JP2013524324A - 持続した接触を検出する方法及び対応するデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、オブジェクトの表面上において行われたタッチイベントの持続した接触の位置及び期間を決定する方法であって、ａ）特にタッチのインパクトにより発生された音響信号に基づきタッチイベントの位置を決定するステップと、ｂ）オブジェクトにおいて又はオブジェクト上において変換器が発生した信号の摂動に基づきタッチイベントの期間を決定するステップとを含む方法において、ステップｂ）は、オブジェクトのＮ個の固有周波数又はそれらの近傍で発生された信号を分析するステップを含むことを特徴とする。固有周波数の近傍での分析は、タッチイベントの位置のみならず、タッチの存在下で発生された信号の重要なダンピングにより、ユーザがオブジェクトの表面とインタラクトすることを続けているか否かの確実な決定も可能にする。本発明はまた、本方法を実行するよう構成されたタッチ感応デバイスに関する。

Description

本発明は、ホールド動作とも呼ばれるオブジェクトの表面上においてユーザによって行われるタッチイベントの持続した接触の位置及び期間を、複数の音響信号の分析を利用して決定する方法、及びそのような方法を実行するように構成されたデバイスに関する。

デバイスの触れられた表面上におけるインパクトのポジションの決定のために複数の音響信号を利用する複数のタッチ感応デバイスは、ユーザがデバイスにタッチしたときのデバイスにおける屈曲波の伝搬の分析に基づく。例えばドラッグ動作中のインパクトか摩擦により、オブジェクトにおいて複数の振動を生成することにより、ユーザは実際に、タッチイベントの位置決めに利用される複数の振動信号を発生する。特許文献１は、複数の音響信号を利用してインパクトのポジションを位置決めするための方法を説明する。

欧州特許第１５１２１１６Ａ１号明細書 国際公開第２００６／０３９０３３号明細書 国際公開第２００５／００６６７５５号明細書

しかしながら、説明されたその音響方法は、ひとたび音響信号がもはや存在しなくなると、その方法はもはや、連続的なコンピュータマウスクリックに相当する、ホールド動作とも呼ばれるユーザがまだ複数の表面をタッチしている間の状態と、ユーザがもはや表面をタッチしていない状態とを区別できないという欠点を有する。実際、ホールド動作の間、いかなる複数の振動も、従って、いかなる複数の屈曲波も生成されない。しかしながら、ホールド動作は、複数のタッチ感応面に対する重要な特徴であり、今日の通常の複数のユーザインタフェースと同様に、「クリックダウン」の特徴は通常用いられる。また、この「ホールド」の特徴は、静電容量方式、弾性表面波方式、又は抵抗方式などの他の複数のタッチ技術において本質的に存在する。

特許文献２は、タッチプレートの変位又はタッチプレートの曲がりの測定、又はインタラクション面上における指の存在により生じることができる低周波数の複数の信号が存在するか否かの測定に基づいて、複数の単一ホールドアクションを識別することを提案する。特許文献３は、屈曲波信号を誘起することと、屈曲波信号をキャンセルする複数のフィルタ係数を利用する適応フィルタリング処理を利用することによって当該屈曲波信号を非タッチ条件の信号と比較することとを提案する。特許文献３において用いられるシステムにおいて、ユーザインタフェースは、任意の複数の信号反射を防止できるように配置される必要がある。しかしながら、提案された複数の処理は、持続した接触を確実に検出できないか、あるいはそれらの実施例は、特に複数の信号反射が抑制される必要がある複数のシステムに対して厄介となると思われる。また、誘起された複数の屈曲波の信号を利用する処理はむしろエネルギーを消費し、このことは、例えば携帯電話などの複数のバッテリ駆動デバイスにおいて利用することを不可能とする。

従って、本発明の目的は、複数の音響信号に基づいてタッチイベントの位置を決定し、また持続した接触の期間を確実に決定することが可能な、タッチ及びホールドの機能性を可能とする、改善された方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、タッチ及びホールドの機能性を、ユーザとユーザインタフェースとの間の持続したインタラクションが、１つより多い位置に対して同時に発生するようなマルチタッチ及びホールドの複数の状況に拡張することにある。

この目的は、請求項１にかかる方法を用いて達成される。オブジェクトの表面上においてユーザによって行われたタッチイベントの持続した接触の位置及び期間を決定する方法であって、ａ）特に表面上におけるタッチのインパクトによって発生された音響信号に基づいて、タッチイベントの位置を決定するステップと、ｂ）変換器によってオブジェクトにおいて又はオブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいて、タッチイベントの期間を決定するステップとを含む方法において、ステップｂ）は、オブジェクトのＮ個の固有周波数又はそれらの近傍で発生された信号を分析し、Ｎは１又はそれ以上であるステップを含むことを特徴とする本発明の方法。

従って、本発明の方法は、受動音響技術を能動音響技術と結合させ、能動音響部分に対するオブジェクトの複数の固有周波数の使用を生かす。この文脈において、用語「固有周波数」は、例えば指又はスタイラスなどの、オブジェクトにタッチしているいかなる他の要素も無い場合における、オブジェクトの複数の固有周波数に関連する。動作原理は、複数の受動センサによって感知される複数の屈曲波を、オブジェクトにおいて発生する励起器を使用することである。使用される複数の周波数は、オブジェクトの複数の固有周波数又はそれらの近傍にあるため、利用可能な複数の信号を発生するために必要な電力が低く保たれて、このことがエネルギーの消費量を低く保つように、発生された複数の信号の複数の振幅はむしろ高くなることが可能である。さらにまた、例えばオブジェクトの表面上における指又はスタイラスの存在などのオブジェクトの複数の境界条件の任意の変更は明らかに、複数の固有周波数での共振条件がもはや満たされないように、複数の信号の摂動を生成する。摂動は、信頼性がありかつ低エネルギーを要求するホールドの検出の解決法が提供されるように、容易に検出されることが可能である。

発生された信号における１つより多くの固有周波数の利用は、オブジェクトの表面上の振幅の分布の非均一性を平均化できるという付加的な利点を有し、これにより方法がさらに改善される。

最後に、複数の固有周波数を使用することによって、１つの固有周波数はもはや、複数の信号反射を抑制するために複数のユーザインタフェースのセットアップに制限されない。

ここで、用語「近傍」は典型的には、固有周波数から１％以内だけ離れることを意味し、従って、２０ｋＨｚを超える複数の音響信号の範囲において、これはおよそ１００Ｈｚから３００Ｈｚを表す。

好ましくは、ステップａ）は、オブジェクトにおいて又はオブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいた粗い位置決定ステップと、タッチイベントによって発生された音響信号に基づいた細かい位置決定ステップとを含むことができる。摂動された信号は、オブジェクト上の指又はスタイラスの存在又は非存在に関する情報を伝えるのみならず、インパクトの位置に関するいくつかの情報も伝えることができる。

さらに好ましくは、粗い位置決定ステップの間、インタラクション面よりも小さな候補領域は、タッチイベントが発生した領域内において決定されることができ、細かい位置決定ステップの間、タッチイベントの位置は、候補領域内において決定される。

そのようにするため、摂動された複数の信号を感知するために用いられる感知手段に関するインパクトの位置に依存する摂動された複数の信号の複数の特性の複数の変化、特に複数の比率の変化は、利用される。この場合、正確なインパクト位置決め決定ステップを、候補領域内において実行できる。従って、タッチ位置を識別するために必要な計算電力を低減可能である。

本発明の第２の目的は、請求項４にかかる方法を用いて達成され、オブジェクトの表面上においてユーザによって行われた複数のタッチイベントの、２つ又はそれ以上の持続した接触の複数の位置及び複数の期間を決定し、２つ又はそれ以上の持続した接触は少なくとも部分的に時間が重なり合う、特に請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載の方法であって、ａ）表面上におけるタッチの複数のインパクトによって発生された複数の音響信号に基づいて、複数のタッチイベントの位置を決定するステップと、ｂ）第２の種類の信号の分析に基づいて、持続した複数のタッチイベントの各タッチイベントの期間を決定し、２つ又はそれ以上の持続した複数のタッチイベントのうちの１つの終了は、第２の種類の信号の少なくとも１つのパラメータにおいて観測される変化の識別に基づいて決定されるステップとを含む方法に関する。複数の屈曲波に基づく音響技術は、マルチタッチの複数の状況に拡張可能であり、第２の種類の信号を利用することにより、持続した接触は、例えば変換器を利用してオブジェクトにおいて又はオブジェクトの表面上において発生された摂動された信号の感知に基づいて、上記のように決定されることができる。複数の持続した接触のうちの１つが他の接触よりも前に終了する場合において、摂動された信号の変化は観測されるであろう。この変化を１つのインパクトの終了を識別するために使用可能であり、従って、この変化はマルチタッチ及びホールドの複数のイベントの分析において役に立つ。

さらに好ましい実施の形態よれば、請求項４にかかる方法のステップｂ）は、複数のタッチイベントのうちのどの１つが終了しているのかを決定するために既に説明されたように、粗い位置決定ステップを備えることができる。実際、ユーザが２つの指を用いてオブジェクトの表面をタッチして、１つの指を他の指よりも前に取り除く場合、摂動された複数の信号の複数の特性の変化は、複数の指のうちの１つのリフトオフを示し、その後に感知された信号の複数の特性は、残っている指の位置を決定するために用いられる。従って、処理はマルチタッチ及びホールドの複数のイベントを識別するために使用可能である。

好ましい実施の形態によれば、ステップａ）及びステップｂ）において、異なる複数の周波数は分析される。これは、信号の分析を簡単にする。

好ましくは、分析のためにステップｂ）において利用されるＮ個の周波数は、可聴周波数範囲の外側にあることができ、特に２０ｋＨｚ又はこれを超える複数の周波数である。この場合、持続した接触の存在又はホールドイベントの決定のために使用される発生された信号は聞こえず、従って、ユーザに対して邪魔をしない。

さらにもっと好ましくは、音響信号及び摂動された信号は、同一の感知手段によって感知されることができる。この場合、複数の信号は、それらの複数の周波数特性に基づいた分析手段によって分離されることが可能である。これは、タッチ感応オブジェクトの構造を単純にする。

有利には、本方法は、変換器によって供給されることが可能な周波数帯にわたって掃引するステップと、感知手段によって感知されたＮ個の最大信号振幅を識別することによって、ステップｂ）において利用されるＮ個の周波数を識別するステップとを含む較正ステップをさらに含むことができる。較正ステップを用いることにより、最適な複数の周波数の候補は、自動化された方法によって、オブジェクトそれ自身の複数の特性に関する詳細な知識を必要とすることなく発見されることができる。Ｎ個の極値の識別は十分である。

さらに好ましくは、ステップｂ）において利用されるＮ個の周波数は、較正の周波数掃引において利用される周波数ステップの少なくとも３倍だけ分離されることができる。掃引フェーズにおける周波数ステップは、パネルにおいて現れるダンピングの量に依存する。さらなるダンピングがあると、この周波数ステップはより大きくなる。十分に分離された分析に対する複数の周波数を選択することのみによって、それらの間のクロストークを防ぐことができ、それによって分析の信頼性がさらに改善される。

好ましい実施の形態によれば、本発明は、特に定期的に又はユーザの要求に応じて実行され、変換器によって供給されることが可能な周波数帯にわたって掃引するステップと、特に周波数シフトが観測された場合において、ステップｂ）において利用されるＮ個の周波数を適応させるステップとを含む再較正ステップをさらに含むことができる。従って、分析のために用いられるＮ個の周波数は、キズ、汚れなどのような、特にオブジェクトのインタラクション面の複数の特性の劣化の場合において、変更の状況に適応可能である。

好ましくは、較正ステップ及び／又は再較正ステップは、Ｎ個の固有周波数に対して、複数の振幅値及び／又は複数の位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性の平均値及び標準偏差を決定するステップと、対応する各周波数又はこれらの組み合わせに対して、最小しきい値及び最大しきい値を決定するステップをさらに含むことができる。例えば、較正フェーズにおいて、Ｎ個の振幅及び／又は複数の位相及び／又は複数の相互に感知された信号特性の参照ベクトルは構築されることができる。この場合、入射する摂動された信号のＮ個の振幅及び／又は複数の位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性は、例えば相関演算を行い次いで当該相関演算が類似スコア又は相関レベルを与えることによって、参照ベクトルと比較されることができる。このスコアが与えられたしきい値よりも低いとき、タッチイベントは発生する。スコアが与えられたしきい値の上に戻るとき、タッチイベントは終了される。

有利には、ステップｂ）において、Ｎ個の周波数における少なくとも１つの信号振幅又は位相又は相互に感知された信号特性が、対応する最小しきい値及び最大しきい値によってそれぞれ定義される複数の振幅及び／又は複数の位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性の範囲の外側にある限り、タッチ動作はまだ発生していると判定されることができる。従って、複雑なデータ分析を用いることなく、タッチイベントが継続しているか又はユーザにより停止されたかを判定するための簡単なしかし信頼性がある基準を提供できる。

好ましくは、ステップｂ）は、複数の振幅及び／又は複数の位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性の範囲の外側にある複数の振幅又は位相又は複数の相互信号特性の数に基づいて信頼レベルを決定するステップをさらに含むことができる。従って、本方法は、ユーザのニーズに簡単に適応される。

本発明の目的はまた、請求項１４にかかる方法を用いて達成される。請求項１４はまた、オブジェクトの表面上においてユーザによって行われたタッチイベントの持続した接触の位置及び期間を決定する方法であって、ａ）特に表面上におけるタッチのインパクトによって発生された音響信号に基づいて、タッチイベントの位置を決定するステップと、ｂ）変換器によってオブジェクトにおいて又はオブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいて、タッチイベントの期間を決定するステップとを含む上記のような方法及びその複数の変形例において、ステップｂ）は、発生された信号を感知するステップと、感知された信号における複数の変動を分析するステップとを含むことを特徴とする方法に関する。例えば信号の標準偏差のような、複数の固有周波数の近傍の又は近傍にはない複数の信号の複数の変動が、タッチイベントが継続するか否かを識別するための測定に適するということは、この発明の発見である。オブジェクトの表面とインタラクトする人は実際に、表面とのインタラクションの期間全体でタッチイベントの正確な位置を保つことができない。しかし、指又はユーザによって保持されたスタイラスは、タッチ位置の周辺で振動するが、非タッチの状況における信号の複数の変動よりも高い圧力の複数の変動をも導く。従って、単に信号の複数の変動を分析することによって、本発明の方法は、持続したタッチイベントの存在を確実に検出できる。

好ましくは、ステップｂ）において、タッチイベントの終了は、感知された信号の複数の変動が所定のしきい値を下回る場合において検出されることができる。

好ましい実施の形態によれば、感知された信号における複数の変動は、オブジェクトの固有周波数又はその近傍の、少なくとも１つの周波数成分又はそれらの近傍で分析されることができる。従って、指又はスタイラスの存在において、複数の共振信号は、持続した接触の存在が確実に立証可能なように急速にダンピングするという事実から再び利点が得られる。

本発明はまた、上記の複数の方法うちの１つにおける複数のステップを実行するためのコンピュータにより実行可能な複数の命令を有する１つ又はそれ以上のコンピュータにより読み取り可能なメディアを備えるコンピュータプログラムプロダクトに関する。

本発明の目的はまた、請求項１８にかかるタッチ感応デバイスを用いて達成されることができ、特に上記のような方法を実行するように構成され、１つのタッチ位置決定ユニット及び１つのタッチ期間決定ユニットを備え、タッチ位置決定ユニットは、オブジェクトの表面上におけるタッチのインパクトによって発生された音響信号を受信する第１の感知手段と、音響信号に基づいてタッチの位置を決定する位置決めユニットとを備え、タッチ期間決定ユニットは、オブジェクトのＮ個の固有周波数又はそれらの近傍で信号を発生する変換器と、Ｎは１又はそれ以上であり、発生された信号を受信する第２の感知手段と、変換器によってオブジェクトにおいて又はオブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいてタッチの期間を決定する期間決定ユニットとを備えるタッチ感応デバイスである。このタッチ感応デバイスを用いることにより、すでに上で説明されたような、本発明及びその複数の変形例に関する全ての複数の効果及び複数の利点は、達成される。

好ましくは、第１の感知手段及び第２の感知手段は、同一の複数のセンサを共有でき、フィルタリングユニットは、タッチイベントの位置決め及び期間の決定のために利用される異なる複数の周波数に基づいて、複数の信号を位置決めユニット及び期間決定ユニットに起因するものとするために利用される。これはデバイスの構造を単純にし、同時のホールド動作及びその終了は、確実に識別されることができる。

本発明にかかるタッチ感応デバイスを図式的に示す。 持続したタッチイベントの位置及び期間を決定するための、本発明の方法の第１の実施の形態を示す。 較正フェーズにおける複数の固有周波数の識別を示す。 複数のパラメータに与えるタッチイベントの影響を示す。 ホールド及びリフトオフの検出の変形例の方法を示す。 持続したタッチイベントの位置及び期間を決定するための、本発明の方法の第２の実施の形態を示す。 粗い位置決めステップ及び細かい位置決めステップの利用のコンセプトを図式的に示す。 ユーザインタフェース上の第１の領域においてタッチイベントが発生する場合における、摂動された複数の信号の複数のパラメータの複数の特性を示す。 ユーザインタフェース上の第２の領域においてタッチイベントが発生する場合における、摂動された複数の信号の複数のパラメータの複数の特性を示す。 時間の関数としての１つのパラメータの依存状態に与えるマルチタッチ及びホールドのイベントの影響を示す。 持続したタッチイベントの位置及び期間を決定するための、本発明の方法の第３の実施の形態を示す。

本発明の好ましい複数の実施の形態は、添付の複数の図を用いて詳細に説明される。

図１は、複数の指示を入力するための、例えば携帯電話、ｍｐ３プレーヤ、ＰＤＡ、ラップトップ、又は任意の他の電子デバイスのようなハンドヘルドモバイルデバイスであるユーザインタフェース３を備えるタッチ感応デバイス１を図式的に示す。本発明によると、ユーザインタフェース３は、デバイス１のタッチ感応面であり、タッチの位置決めは、音響技術を利用して達成される。単一のタッチイベント又はマルチタッチのタッチイベントであり得る、例えばタップ又はスライド／ドラッグ動作であるユーザの任意のタッチイベントは、ユーザインタフェース３の内側において屈曲波を生成する。生成される音響信号は、第１の感知手段によって感知される。本実施の形態において、圧電変換器と同様の音響変換器５ａ，５ｂは、複数の音響信号を複数の電気信号に変換し、この場合において複数の電気信号は、音響信号に基づいてタッチの位置を決定する位置決めユニット７によって分析される。第１の感知手段５及び位置決めユニット７は、本発明にかかるタッチ位置決め決定ユニットを形成する。２つより多い変換器、又は１つのみの変換器でさえも、信号を感知するために利用可能である。ユーザインタフェース３は、その中において複数の音響信号が伝搬可能である限り、いかなる材料でできていても良い。

また、タッチ感応デバイス１はタッチ期間決定ユニットを備え、当該タッチ期間決定ユニットは、信号を発生する例えば圧電変換器である変換器９と、発生された信号を受信する圧電変換器と同様の第２の感知手段１１と、変換器によってオブジェクトにおいて又はオブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいてユーザによるタッチの期間を決定する期間決定ユニット１３とを備える。図１で示される実施の形態において、１つのみの第２の感知手段が示されるが、例えばタッチ位置決め決定ユニットに対して、１つより多いセンサが利用されても良い。

位置決めユニット７及び期間決定ユニット１３の両方は、信号のフィルタリング及び調整ユニットを備える。

本発明のタッチ感応デバイス１は、以下の事実を考慮して、付加的なタッチ期間決定ユニット１３を備える。この事実は、ユーザの指又はスタイラス１５とユーザインタフェース３上との間のインパクトが発生すると、第１の感知手段５ａ，５ｂに向かってインタラクション面を介して伝搬する音響信号が、インパクトの位置１７を識別するために使用可能であるが、ユーザの連続的タッチ動作又はホールドタッチ動作が行われる間、さらなる複数の音響波は、ユーザのタッチそれ自身によって発生されず、その結果、単一かつ短いタッチイベントと、タッチ−ホールドイベントとの間を区別することが難しくなるということである。しかしながら、両方の動作は、標準的な複数のユーザインタフェースにおいて実施され、異なる複数の機能又は複数の動作は、２つのイベントに起因する。

ユーザインタフェース３上においてユーザによって行われたタッチイベントの持続した接触の位置１７及び期間を決定する方法の複数の実施の形態は、以下の複数の図面において説明される。例示の目的のために、本方法は、図１に示される本発明にかかるタッチ感応デバイス１に実施される。しかしながら、他のタッチ感応デバイスもまた、複数の方法を下記のように実施可能である。

図２は、本発明にかかる方法の第１の実施の形態を示す。本発明は、ユーザインタフェース３のインタラクション面をタッチしているときにユーザによって生成される信号の分析に基づいて（受動信号）、かつ変換器９によって発生される信号の複数の信号特性の分析に基づいて（能動信号）タッチイベントの位置及び期間を決定するために、２つのステップのアプローチを用いる。

図２に示されるような本発明にかかる方法の第１の実施の形態は、以下の複数の処理ステップを備える。

ステップ２１において、第１の感知手段５ａ，５ｂ及び／又は第２の感知手段１１によって捕獲された複数の信号は、例えばユーザからの指又はスタイラス１５によるインパクトであるタッチイベントが発生したか否かをチェックするために分析される。当該ステップＳ２１は、タッチイベントが検出されるまで繰り返される。

タッチイベントの存在の下で、ユーザインタフェース３上のタッチイベントの位置１７を決定することを含むステップ２３の処理が進む。位置１７は、ユーザインタフェース３上においてタッチのインパクトによって発生された音響信号に基づいて決定される。ユーザインタフェース３上におけるタッチのインパクトは、ユーザインタフェース３の材料の内側において複数の音響屈曲波を生成する。複数の屈曲波は、材料を介して伝搬し、タッチ感応デバイス１の第１の感知手段５ａ，５ｂによって感知される。この場合、例えば特許文献１の記載と同様の処理に基づいて、インパクトの位置１７の座標は位置決めユニット７によって決定される。

並列に、ステップ２５は、タッチイベントが、ユーザが彼の指１５又はスタイラスをユーザインタフェース３上に保持する間の持続した接触に関連するか否かを判定することを含む。

本発明によれば、この判定は、変換器９によって発生された信号を分析することによって下され、当該信号は、第２の感知手段１１によって感知されて、期間決定ユニット１３によって分析される。従って、この判定は、インタラクション面それ自身上におけるインパクトによって生成された複数の屈曲波を利用していない。

ステップ２５においてタッチイベントが持続した接触に関連しないと判定された場合、期間決定ユニット１３は、コンピュータマウス上におけるクリック動作又はキーボード上においてキーを打つことに相当する短時間の接触が発生したと判定して、対応する出力を供給し（ステップ２７）、ステップ２１の処理は再開する。

ステップ２５においてタッチイベントが持続した接触に関連すると判定した場合、タッチイベントは、ホールド動作として識別されて、対応する出力が期間決定ユニット１３によって供給される（ステップ２９）。この場合において、後続のステップ３１は、変換器９によって発生されて第２の感知手段１１によって感知された信号を再び分析することによってホールド動作（リフトオフ）の終了を識別するように働く。

リフトオフがステップ３１において決定されている場合において、ユーザインタフェース３を用いたユーザインタラクションが終了すると、対応する出力は、期間決定ユニット１３によって供給され（ステップ３３）、ステップ２１の処理は再開する。

従って、本発明によって提案された解決方法は、タッチ位置を決定するために利用される受動音響技術を、タッチイベントの期間を決定するために利用される能動音響技術と結合させるためのものである。

そうするために、ステップ２５において、周波数、振幅、及び位相を含む既知の複数のパラメータを有する屈曲波は、変換器９によって発生される。持続した接触が存在するか否かを決定するために、期間決定ユニット１３は、ユーザインタラクションが無い状況と比較して、第２の感知手段１１によって感知された複数の信号における複数の摂動を識別するように構成される。

より大規模の計算能力を必要とすることなく持続した接触を確実に検出可能とするために、本発明は、タッチ感応デバイス１及び／又はそのユーザインタフェース３のＮ個の固有周波数又はそれらの近傍で発生された信号を分析することを提案する。用語「複数の固有周波数」は、ユーザインタラクションがない状況において、変換器９によって誘起された与えられた周波数を有する外側の信号の存在の下でデバイスが共振するように、デバイス内における複数の屈曲波の複数の反射が起こる状況に関する。

デバイス１及び／又はユーザインタフェース３の複数の固有周波数を識別するために、変換器９によって供給可能な周波数帯が、当該周波数帯にわたって掃引される間、較正ステップは実行される。この場合、第２の感知手段１１によって感知された複数の信号は、Ｎ個の最大振幅を有する複数の周波数を識別するために、期間決定ユニット１３によって分析される。

掃引フェーズにおいて用いられる複数の周波数ステップの数は典型的に、デバイス１において現れるダンピングの量に依存する。大きなダンピングがある程、周波数ステップは大きくなり得る。変換器９によって供給可能な周波数帯において、掃引周波数ステップはまた、およそ利用可能な計算容量に基づいて判定される。実際には、約１００ｋＨｚのサンプリング周波数と、１９２Ｈｚ，９６Ｈｚ，又は４８Ｈｚの周波数ステップをそれぞれ導く５１２個，１０２４個、又は２０４８個のオーダーの複数のサンプルとが利用される。

能動的に発生された変換器９の信号とタッチイベントのインパクトによって発生された複数の信号とのインタラクションを避けるために、可聴周波数範囲の外側にあり、特に２０ｋＨｚ又はこれを超える周波数が選択される。

異なる複数の周波数範囲を選択することはさらに、変換器９によって発生された信号の他、インパクトによって発生された音響信号の両方が同一の複数の物理的センサによって感知されるという利点を有し、従って、当該複数の物理的センサは、第１の感知手段及び第２の感知手段の両方として動作する。

さらにまた、２つの隣接する周波数ビンにわたって不鮮明にする１つ固有周波数を選択することを避けるために、周波数掃引において利用される周波数ステップの少なくとも３倍だけ分離された複数の共振周波数が選択される。

期間決定ユニット１３はさらにまた、Ｎ個の周波数の各々において、次の複数のパラメータのうちの少なくとも１つを識別するように構成される。複数のパラメータは、信号振幅と、感知手段１１によって感知された複数の信号の位相と発生された信号の位相との間で感知された複数の位相差、又は複数の第２の感知手段１１が利用される場合において、感知された複数の信号の複数の位相の間の複数の位相差と、複数の第２の感知手段によって感知された複数の信号の、複数の内部感知された信号特性の複数の値とを含む。複数の内部感知された信号特性の複数の値は特に、スペクトル内の複数の特性ｙ１×ｙ２^＊又は複数の伝達関数ｙ２／ｙ１とを含み、ここで、ｙ１及びｙ２は、第１及び第２の感知手段１１によって感知された複数の信号であり、ｙ２^＊はｙ２の複素共役に対応する。

「位相差」のパラメータの場合において、対応する共振周波数の近傍において、典型的には共振周波数の電力半値幅のプラス／マイナス半分の範囲においてパラメータが分析される場合において、感度を改善可能であることに注意すべきである。電力半値幅は、信号電力が共振周波数の周囲の共振最大信号電力の少なくとも半分である複数の周波数に対応し、また、２の平方根で除算された（又は対数スケールにおいて３ｄＢダンピングされた）共振振幅を見ることによって得られる複数の周波数値に対応する。

さらにまた、較正の間、複数の信号振幅の複数の振幅値、及び／又は複数の位相差、及び／又は複数の内部感知された信号特性の平均値及び標準偏差は決定されて、最小しきい値及び／又は最大しきい値は、対応する信号パラメータに固定可能である。

この状況は、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの周波数範囲において識別されている３つの共振周波数ｆ１，ｆ２，及びｆ３を示している図３ａに示される。各固有周波数ｆ１，ｆ２，及びｆ３に対して、対応する標準偏差に加えて、複数の信号特性ａ１，ａ２，及びａ３が示されている。各固有周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に対して、信号特性ａ１，ａ２，及びａ３に対応する標準偏差とともに、信号特性ａ１，ａ２，及びａ３は示される。３つの周波数を利用する代わりに、もちろん１つのみ、２つのみ、又は３つより多くの固有周波数を用いて本発明を実現することも可能である。

期間決定ユニット１３は、複数の固有周波数ｆ１，ｆ２，及びｆ３のうち少なくとも１つに対して、対応するパラメータが上のしきい値及び下のしきい値によって定義されるパラメータの範囲の外側にあるときに、持続した接触が存在すると判定するように構成される。実際、第２の感知手段１１によって感知された信号の振幅がその範囲から外れるように、ユーザインタフェース３にタッチしているユーザは、変換器９によって発生される信号にダンピングをもたらす。本発明は、複数の固有周波数の近傍にあるという事実を利用して、摂動因子に対する感度は大きい。従って、本方法は、たとえユーザが、人間の素肌と比較してダンピングが非常に低いような彼の爪、又はプラスチック若しくは金属の道具を用いてユーザインタフェース３にタッチする場合であっても、ホールドインタラクションを検出することが可能となろう。

しかしながら、ユーザインタフェース上における指又はスタイラスの存在は、信号をダンピングさせるのみならず、位相も変化させ、又はシステムの複数の固有周波数さえもシフトさせる。結果として、例えば較正において使用される離散的な複数の周波数ステップにより、又はインタラクション面３上における共振パターンの変化により、指又はスタイラスの存在は実際に、較正の間の振幅と比較するとさらに大きな振幅の観測を導くという状況もある。

説明された状況は、図３ｂに示される。周波数ｆ１に対して、観測された特性は下のしきい値を下回るのに対して、周波数ｆ２に対して観測される特性はより大きい。周波数ｆ３に対して、特性は、まだ対応する範囲の内側にある。このことは、例えば、インパクトのポジションが、特別な周波数で、振動ノードなどの共振屈曲波のパターンに弱く結合するという事実による。従って、複数の固有周波数を見ることにより、これらはさらに、持続したタッチイベントの位置が固有周波数での信号の振動ノードに対応してインタラクションが発生していないことを偽って示すような状況を、他の複数の共振周波数を見ることによって除去可能であるという効果を有する。従って、システムの信頼性はさらに、１つより多い固有周波数が分析されるときに改善される。

感知された信号が複数の固有周波数に対する所定の周波数範囲の外側に位置するような周波数の数はまた、信頼レベルを生成するために利用されることも可能である。現在の場合において、これは３つのうち２つであろう。

ステップ３１において、リフトオフが発生しているか否かが判定される間、ユーザが彼の指又はスタイラスを取り去る場合において、変換器９によって発生された信号は再び、較正ステップの間に決定された複数の範囲内において位置するという複数の特性を示すことを利用する。

個々の周波数ｆ１，ｆ２，又はｆ３を見ることに代えて、この較正フェーズにおいて、Ｎ個の振幅の参照ベクトル及び／又は複数の位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性を生成可能である。この場合において、感知されて妨害された信号のＮ個の振幅及び／又は複数の位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性は、類似スコア（相関レベル）を与える相関演算を行うことによって参照ベクトルと比較される。このスコアが与えられたしきい値より低いとき、タッチイベントは発生する。スコアが与えられたしきい値より上に戻って来るとき、タッチイベントは終了される（リフトオフ）。

例えば経年劣化、埃の蓄積などの、タッチ感応デバイス１又はユーザインタフェース３の複数の特性における複数の変化を考慮するために、上記のような較正ステップは、定期的に又はオンデマンドで実行されることができる。

図４は、ホールド及びリフトオフの検出の変形例の方法を示す。当該変形例は、図３ａ及び図３ｂに示される方法と組み合わせ可能であり、又は単独で用いられることができる。

図４は、時間の関数としての変換器９によって発生される信号の、例えば振幅、複数の位相差、又は相互信号特性である１つの信号パラメータＰの複数の特性を示す。ステップＳ２１において瞬間ｔ０でタッチイベントが検出された後、例えば図４に示されるような信号を利用して、又は第１の感知手段５ａ，５ｂによって感知された複数の信号を利用して、本変形例にかかる持続したタッチイベントの期間は、第２の感知手段１１によって感知された信号の複数の変動を見ることによって決定されることが可能である。

図４に示されるように、瞬間ｔ０におけるタッチの開始の前、第２の感知手段１１によって感知された複数の信号の振動は、非常に小さい。共振条件はむしろ安定である。

この場合において、ｔ０とタッチの終了に対応するｔ１との間において、観測される信号の複数の変動はより大きい。この影響は、人の指の抑制不可能な複数の自然移動に起因するものであり、当該自然移動は、第２の感知手段１１によって感知される信号の複数の変動に変換される。

ユーザインタフェース３から移動して離れるとき、分析されるパラメータの複数の標準偏差又は複数の類似の特性を見ることによってユーザインタフェース３上における指の存在又は非存在を検出することも可能ともなるように、かつ、従って、タッチイベントが、持続したタッチイベントに関連するか否か、及びどれだけの期間それが行われたかを検出することが可能となるように、感知された信号のパラメータがその初期値Ｐ_０に戻るのみならず、パラメータの複数の変動も再び低減する。

この変形例において、デバイス１の固有周波数に対応する必要がない複数の周波数を利用可能である。それでも、固有周波数の利用は、ユーザとの複数のインタラクションに対する感度が大いに向上されるという利点を表す。

図５ａは、本発明にかかる方法の第２の実施の形態を示す。ステップＳ２１，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２９，及びＳ３１は、第１の実施の形態の複数のステップに対応する。それらの説明は、再び詳細に繰り返されないが、上記の詳細な説明に戻って参照される。

第１の実施の形態の複数のステップに加えて、この方法は、ステップＳ２１においてタッチイベントが識別される後に、粗い位置決定ステップを含むさらなるステップ４１を備える。ステップ４１において、インタラクション面３それ自身よりもサイズが小さい粗候補領域は、第２の感知手段１１によって感知された信号に基づいてタッチイベントが発生した領域内において決定される。

この場合において、ステップＳ２３の間、タッチイベントの正確な位置が粗候補領域内のみにおいて検索される。

この状況は、図５ｂに示される。図５ｂは、ユーザインタフェース３の上面図と、圧電センサ５ａ，５ｂを有する第１の感知手段と、ホールド動作があるか否かを判定するためにステップＳ２５において利用される能動信号を供給するための変換器９と、第２の感知手段１１とを示す。実際、インパクトが例えば位置５１又は位置５２に位置するか否かに依存して、第２の感知手段１１は、２つの異なる信号を感知する。例えば、１カ所での持続したタッチは、さまざまな分析された複数の固有周波数の間の振幅及び／又は位相差の比率を見ることによって、又は平均値を観測された値から減算することによって得られる値の符号を見ることによって、異なる位置から区別されることが可能である。従って、２つの位置からの複数の信号における差は、妨害された複数の信号の振幅及び／又は位相によって定義されるベクトルの異なる形に由来する。

図５ｃ及び図５ｄは、この特徴を示す。図５ｃは、位置５１上におけるタッチの影響を示すのに対し、図５ｄは、位置５２上におけるタッチの影響を示す。位置５１上におけるタッチは、周波数ｆ１でのパラメータを最大しきい値より上方に移動させるのに対して、位置５２上におけるタッチは、その同一のパラメータを最小しきい値より下方に移動させる。周波数ｆ２でのパラメータに対して、状況は反対であり、位置５１では観測されたパラメータはしきい値よりを下回り、位置５２に対してパラメータはしきい値を上回る。第３のパラメータに対して、両方の位置に対するその値は、しきい値を下回る。従って、これらの観測に基づいて、観測された複数の摂動に基づいてタッチイベントが行われる粗領域を示すルックアップテーブルを生成することが可能である。

従って、発生された信号の観測された摂動に応じて、付加的な分析ユニット１９は、例えば複数の点線及び符号５３又は５４によって表される粗領域を決定できる。この場合、粗領域内において、位置決めユニット７は、ここで５１及び５２それぞれに対して、タッチイベントの正確な位置を決定できる。従って、正確な位置を決定するために必要な計算電力を低減可能である。

さらにまた、この効果を、複数のタッチホールドイベントを識別するためにも利用できる。２つのタッチ及びホールドイベントが、同時に、又は少なくとも時間が重なって本質的に行われるとき、例えばユーザがタッチ位置５１及びタッチ位置５２を同時にタッチするとき、パラメータａ１，ａ２，及びａ３の相対的な複数の変化を、２つのタッチイベントのうちの１つの終了を識別するために利用できる。

図５ｅは、時間の関数としてのパラメータａ１を示す。第１のタッチがｔ０で発生するまで、パラメータａ１はその標準値ａ１_０を有する。次いで第１の持続した接触が位置５１で発生し、パラメータａ１は、例えば図５ｃに示されるように値ａ１_１をとる。ｔ１において、第２の持続した接触は位置５２で発生する。今、２つのインパクトは、変換器９によって発生された信号を摂動して、パラメータａ１は新しい値ａ１_２をとる。次いでｔ２において、ユーザは位置５１から彼の指を取り除くことを決定し、パラメータの値は、図５ｄに示される値に対応する値ａ１_３をとる。ｔ２において観測されたパラメータの複数の変動に基づいて、かつ２つのインパクトが検出されていることを位置決めユニット７から知ることによって、付加的な分析ユニット１９は、位置５１でのタッチイベントがｔ２において終了していることと、位置５２でのタッチイベントがｔ３までいまだ継続することとを識別できる。

従って、異なる複数の位置に対するさまざまなパラメータの間の複数の関係を用いてルックアップテーブルを決定することによって、本発明の方法を、複数のタッチ及びホールドの複数のイベントに拡張可能である。このアプローチは、複数の固有周波数の使用に限定されず、さらにまた、発生された複数の音響信号に代えて他の種類の複数の信号を、複数のタッチ及びホールドの機能性を獲得するために類似の方法で利用可能である。

２つ又はそれ以上のインパクトの位置は、既知の複数の受動音響技術によって、２つのインパクトによって生成された複数の音響屈曲波を分析することによって決定されることができる。

図６は、ステップＳ２１，Ｓ２３，Ｓ２５，Ｓ２７，及びＳ３１が第１の実施の形態と同一である、本発明の方法の第３の実施の形態を示す。それらの説明は再び繰り返されないが、図２及び図３の説明が参照される。第１の実施の形態に対比して、この方法は、ステップＳ２１及びステップＳ２５の間に、ステップＳ２１におけるタッチイベントの検出のみに基づく能動的な部分をスイッチオンする付加的なステップＳ４３を含む。この方法は、機能性を制限することなくエネルギー消費を低減できるという利点を有する。実際、タッチイベントの期間を決定するために利用される信号を発生するために必要なエネルギーは、タッチイベントが検出された場合に供給される必要があるのみである。特に、ハンドヘルドモバイルデバイスにおいて、従って、この実施の形態は有利である。

実施の形態２及び３にかかる本発明の方法は、組み合わせられることも可能である。

従って、本発明のデバイス及び本発明の複数の方法を用いて、ユーザインタフェース３の内側を伝搬する複数の音響屈曲波に基づいてインパクトの位置を決定することのみならず、複数の特性が分析される信号を能動的に発生することによって複数のホールド動作を決定することも可能となる。複数の固有周波数を使用して分析を実行することにより、ホールド動作及びリフトオフ動作を、低減されたエネルギー消費を用いて確実な方法で検出できる。

Claims (19)

1. オブジェクトの表面上においてユーザによって行われたタッチイベントの持続した接触の位置及び期間を決定する方法であって、
   ａ）特に前記表面上における前記タッチのインパクトによって発生された音響信号に基づいて、前記タッチイベントの位置を決定するステップと、
   ｂ）変換器によって前記オブジェクトにおいて又は前記オブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいて、前記タッチイベントの期間を決定するステップとを含む方法において、
   ステップｂ）は、前記オブジェクトのＮ個の固有周波数又はそれらの近傍で発生された前記信号を分析し、Ｎは１又はそれ以上であるステップを含むことを特徴とする方法。
2. ステップａ）は、
   前記オブジェクトにおいて又は前記オブジェクト上において発生された前記信号の前記摂動に基づいた粗い位置決定ステップと、
   前記タッチイベントによって発生された前記音響信号に基づいた細かい位置決定ステップとを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記粗い位置決定ステップの間、前記インタラクション面よりも小さな候補領域は、前記タッチイベントが発生した領域内において決定され、
   前記細かい位置決定ステップの間、前記タッチイベントの位置は、前記候補領域内において決定される請求項２に記載の方法。
4. オブジェクトの表面上においてユーザによって行われた複数のタッチイベントの、２つ又はそれ以上の持続した接触の複数の位置及び複数の期間を決定し、前記２つ又はそれ以上の持続した接触は少なくとも部分的に時間が重なり合う方法であって、
   ａ）前記表面上における前記タッチの複数のインパクトによって発生された複数の音響信号に基づいて、前記複数のタッチイベントの位置を決定するステップと、
   ｂ）第２の種類の信号の前記分析に基づいて、前記持続した複数のタッチイベントの各タッチイベントの期間を決定し、前記２つ又はそれ以上の持続した複数のタッチイベントのうちの１つの終了は、前記第２の種類の前記信号の少なくとも１つのパラメータにおいて観測される変化の識別に基づいて決定されるステップとを含む、特に請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載の方法。
5. ステップａ）及びステップｂ）において、異なる複数の周波数は分析される請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の方法。
6. ステップｂ）において、分析のために利用される前記Ｎ個の周波数は、可聴周波数範囲の外側にあり、特に２０ｋＨｚ又はこれを超える複数の周波数である請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記音響信号及び前記摂動された信号は、同一の感知手段によって感知される請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記変換器によって供給されることが可能な前記周波数帯にわたって掃引するステップと、
   感知手段によって感知されたＮ個の最大信号振幅を識別することによって、ステップｂ）において利用される前記Ｎ個の周波数を識別するステップとを含む較正ステップをさらに含む請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載の方法。
9. ステップｂ）において利用される前記Ｎ個の周波数は、前記周波数掃引において利用される前記周波数ステップの少なくとも３倍だけ分離される請求項８に記載の方法。
10. 特に定期的に又はユーザの要求に応じて実行され、
    前記変換器によって供給されることが可能な前記周波数帯にわたって掃引するステップと、
    特に周波数シフトが観測された場合において、ステップｂ）において利用される前記Ｎ個の周波数を適応させるステップとを含む再較正ステップをさらに含む請求項１から９までのうちのいずれか一項に記載の方法。
11. 前記較正ステップ及び／又は前記再較正ステップは、
    前記Ｎ個の固有周波数の各々に対して、前記振幅及び／又は位相差及び／又は複数の相互に感知された信号特性の平均値及び標準偏差を決定するステップと、
    対応する各周波数又はこれらの組み合わせに対して、最小しきい値及び最大しきい値を決定するステップをさらに含む請求項８から１０までのうちのいずれか一項に記載の方法。
12. ステップｂ）において、前記Ｎ個の周波数における少なくとも１つの信号振幅又は位相又は相互信号特性が、対応する最小しきい値及び最大しきい値によってそれぞれ定義される前記振幅又は位相又は相互信号特性の範囲の外側にある限り、タッチ動作はまだ発生していると判定される請求項１１に記載の方法。
13. ステップｂ）は、前記振幅又は位相又は相互信号特性の範囲の外側にある複数の振幅又は位相又は複数の相互信号特性の数に基づいて信頼レベルを決定するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
14. オブジェクトの表面上においてユーザによって行われたタッチイベントの持続した接触の位置及び期間を決定する方法であって、
    ａ）特に前記表面上における前記タッチのインパクトによって発生された音響信号に基づいて、前記タッチイベントの位置を決定するステップと、
    ｂ）変換器によって前記オブジェクトにおいて又は前記オブジェクト上において発生された信号の摂動に基づいて、前記タッチイベントの期間を決定するステップとを含む方法において、
    ステップｂ）は、
    前記発生された信号を感知するステップと、
    前記感知された信号における複数の変動を分析するステップとを含むことを特徴とする、特に請求項１から１３までのうちのいずれか一項に記載の方法。
15. ステップｂ）において、タッチイベントの前記終了は、感知された信号の複数の変動が所定のしきい値を下回る場合において検出される請求項１４に記載の方法。
16. ステップｂ）において、前記感知された信号における前記複数の変動は、前記オブジェクトの固有周波数又はその近傍の、少なくとも１つの周波数成分又はそれらの近傍で分析される請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 請求項１から１６までのうちのいずれか一項に記載の方法の複数のステップを実行するためのコンピュータにより実行可能な複数の命令を有する１つ又はそれ以上のコンピュータにより読み取り可能なメディアを備えるコンピュータプログラムプロダクト。
18. １つのタッチ位置決定ユニット及び１つのタッチ期間決定ユニットを備え、特に請求項１から１７までのうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたタッチ感応デバイスであって、
    前記タッチ位置決定ユニットは、前記オブジェクトの前記表面上における前記タッチの前記インパクトによって発生された音響信号を受信する第１の感知手段と、前記音響信号に基づいて前記タッチの位置を決定する位置決めユニットとを備え、
    前記タッチ期間決定ユニットは、前記オブジェクトのＮ個の固有周波数又はそれらの近傍で信号を発生する変換器と、Ｎは１又はそれ以上であり、前記発生された信号を受信する第２の感知手段と、変換器によって前記オブジェクトにおいて又は前記オブジェクト上において発生された前記信号の摂動に基づいて前記タッチの期間を決定する期間決定ユニットとを備えるタッチ感応デバイス。
19. 前記第１の感知手段及び前記第２の感知手段は、同一の複数のセンサを共有し、
    フィルタリングユニットは、前記位置決め及び前記期間の決定のために利用される前記異なる複数の周波数に基づいて、前記複数の信号を前記位置決めユニット及び前記期間決定ユニットに起因するものとするために利用される請求項１８に記載のタッチ感応デバイス。

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