JP2018067339A - タッチセンサにおける周波数変換 - Google Patents
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Abstract
Description
開示されたシステム及び方法は、通常はユーザ入力の分野に、特に、高速マルチタッチセンサにおいて減速する更新レートを提供するユーザ入力システムに関する。
一実施形態において、行に送信される直交信号は、未変調のシヌソイドであってもよく、その各々が異なる周波数を有しており、該周波数は、受信器において互いに容易に区別され得るように選択される。一実施形態において、周波数は、受信器において互いに容易に区別され得るように、それらの間に十分な間隔を設けるように選択される。一実施形態において、単純な倍音関係は、選択された周波数の間には存在しない。単純な倍音関係の欠如は、1つの信号に別の信号を模倣させ得る、非線形のアーチファクト(non−linear artifacts)を軽減する場合がある。
一実施形態において、変調されたシヌソイドは、上述のシヌソイドの実施形態の代わりとして、それと組み合わせて、及び/又は、それを改良したものとして(as an enhancement of)、使用され得る。未変調のシヌソイドの使用は、タッチ面付近の他の装置に無線周波干渉を引き起こし、故に、それらを使用する装置は、規定上の試験(例えばFCC、CE)を通過するという問題に遭遇する場合がある。加えて、未変調のシヌソイドの使用は、精密な(deliberate)送信器又は他の干渉装置(恐らく、別の同一のタッチ面)の何れかから、環境における他のシヌソイドからの干渉を受けやすい場合もある。一実施形態において、そのような干渉は、記載の装置において、誤った又は劣化したタッチ測定を引き起こし得る。
シヌソイドの全体のセットの周波数変調は、「それらを不鮮明にする(sme aring them out)」ことにより、同じ周波数でそれらが現われることを回避する。規定上の試験は通常、固定周波数に関係があるので、変調された周波数である送信されたシヌソイドは、低い振幅で現われ、故に、懸念の対象であるようには思われない。受信器への任意のシヌソイド入力を受信器が「不鮮明にしない(un−smear)」ため、等しく且つ対称的な様式で、精密に変調されて送信されたシヌソイドは復調され得、その後、それらが変調前に行われるように実質的に現れる。しかし、環境から進入する(例えば、干渉する)任意の固定周波数のシヌソイドは、「不鮮明にしない」操作によって「不鮮明にされ」、故に、意図した信号に対する効果の減少又は排除が生じることになる。従って、さもなくばセンサへと引き起こされ得る干渉は、例えば、一実施形態においてタッチセンサに使用される周波数のコムに対し、周波数変調を使用することにより和らげられる。
一実施形態において、シヌソイドは、送信器と受信器の両方に知らされる、偽似乱数の(又は真に乱数の)スケジュール上で定期的にそれらを反転することにより、復調されてもよい。故に、一実施形態において、各シヌソイドがその対応する行に送信される前に、各シヌソイドは、選択可能なインバータ回路を通過し、その出力は、「反転選択」入力の状態に依存して、+1又は−1を掛けた受信信号である。一実施形態において、これら「反転選択」入力は全て、同じ信号から駆動され、それにより、各行のシヌソイドは全て、同時に+1又は−1を掛けられる。一実施形態において、「反転選択」入力を駆動する信号は、任意の信号から独立した疑似乱数の機能、又は、環境に存在するかもしれない機能であってもよい。シヌソイドの擬似乱数の反転は、周波数においてシヌソイドを拡散して、シヌソイドが接触し得る任意の装置を無視できるほどにしか干渉しないように、ランダムノイズのように現せる。
前述の技術を使用するタッチ面には、他の方法と比較して、シヌソイドの生成及び検出にかかるコストが比較的高い場合がある。以下に、よりコスト効率が良く、及び/又は、大量生産に更に適した、シヌソイドの生成及び検出の方法を議論する。
一実施形態において、シヌソイドは、フーリエ変換検出スキームを備えた完全な無線受信器を使用して、受信器において検出され得る。そのような検出は、高速RF波形をデジタル化し、その後にデジタル信号処理を行なうことを必要とする場合がある。別々のデジタル化及び信号処理は、表面の全ての列について実施されてもよい。これにより、信号プロセッサが、どの行の信号がその列とタッチ状態にあるのかを発見することが可能となる。上述の例において、タッチ面に40の行と40の列を備えさせることで、この信号チェーンの40のコピーが必要とされる。今日、デジタル化とデジタル信号処理は、ハードウェア、コスト、及び電力に関して、比較的高価な動作である。シヌソイドを検出するためのよりコスト効率の良い方法、特に、容易に複製することができ且つ電力をほとんど必要としない方法を利用することが、有用である。
主に、各々の行が1つの信号の生成を必要とする一方で、列の受信器は多くの信号間で検出し且つ区別しなければならないので、低レイテンシタッチセンサにおける送信信号(例えばシヌソイド)の生成は通常、検出よりもあまり複雑ではない。一実施形態において、シヌソイドは、一連の位相ロックループ(PLL)により生成され得、その各々は共通の基準周波数に異なる倍数を掛ける。
タッチ面がコンピュータディスプレイに統合され、それにより個人がコンピュータグラフィックスと画像(imagery)を相互に作用させることが可能になることが、望ましい場合もある。正面投影が不透明なタッチ面に使用され、背面投影が透明のものに使用され得る一方で、現代の平面パネルディスプレイ(LCD、プラズマ、OLED等)は一般的に、タッチ面が透明であることを必要とする。一実施形態において、現在の技術の行及び列(信号がそれらに沿って伝搬することを可能にするもの)は、それらの信号に対して伝導性である必要がある。一実施形態において、現在の技術の行及び列(無線周波数信号がそれらに沿って伝搬することを可能にするもの)は、導電性である必要がある。
記載された高速マルチタッチ技術を実施する無線周波数および電気的な方法が上記で議論されてきたが、他の媒体も同様に使用することができる。例えば、信号は、導波管、又は行と列のための他の手段を持つ、光学信号(即ち、光)であり得る。一実施形態において、光学信号に使用される光は可視領域にあり、赤外線及び/又は紫外線である。
例えば、上述の手順を使用して、各列の各行から信号強度を計算した後、結果として生じる2−Dの「ヒートマップ」を、使用できるタッチ事象に変換するために、後処理が行われる。一実施形態において、そのような後処理は、以下の4つ手順の内の少なくとも幾つかを含む:フィールド平坦化、タッチポイント検出、補間、及び、フレーム間で一致するタッチ点。フィールド平坦化の手順は、行と列の間のクロストークを取り除くためにオフセットレベルを控除し、減衰により特定の行/列の組み合わせの間の振幅の差を補う。タッチ点の検出手順は、平坦化された信号の極大値を見出すことにより、粗いタッチ点を計算する。補間の手順は、粗いタッチ点に関連したデータを放物面に適合させることにより、細かいタッチ点を計算する。フレームマッチングの手順は、フレームにわたり互いに計算されたタッチ点を一致させる。以下、4つの手順の各々を順に説明する。また、各処理工程について、実装、可能な不良モード、及び結果の例も開示される。非常に低いレイテンシを必要とするため、処理工程は最適化され且つ平行処理されねばならない。
一実施形態において、高速マルチタッチ(FMT)センサによる干渉、或いはそれにおける非実在のタッチ(phantom touche)をノイズが生成する特定の条件を解消するための、方法とシステムが提供される。上述のセンサの実施形態において、行はその上に送信された信号を有し、送信された信号は、タッチがセンサの表面又はその付近に適用された場合に、タッチに近接して列に結合される。(幾つかの場合には、タッチは、列における行信号の低減を引き起こし得る。)タッチの位置は、列から信号を読み取り且つそれらが生成された行を判定することにより、判定される。
例えば、行又は列は、信号プロセッサに直接接続されてもよく、故に、信号プロセッサは受信器としても作用し;同様に、行又は列は、信号発生器に接続され手もよく、故に、信号発生器は送信器として作用する。一実施形態において、信号発生器と受信器\信号プロセッサの全ては、同じ混合された信号ASIC内に統合され得る。
上記で議論されるように、単語「タッチ」、又は句「タッチ事象」は、物理的なタッチを要求せず、むしろ、センサに影響を及ぼす事象(例えば、ノイズではない)及び結合した信号のレベルに影響を及ぼすものを要求する。この点で、ホバリングはタッチ事象と考慮される。更に、本明細書で使用されるように信号の「レベル」又は「量」は、別個の予め判定されたレベルだけでなく、信号の相対量、信号の量の範囲、時間間隔を空けて又はタッチ事象の判定が行われる時に動的に判定される信号の量、或いはそれらの任意の組み合わせを含む。故に、一実施形態において、本センサ及び構成は、1以上の行と1以上の列との間で結合された信号の変化から結果として生じる、タッチ事象を識別することができる。
コンピュータシステムにおけるタッチセンサの知覚品質は、ユーザ入力信号が適切に周囲の電磁ノイズと区別される、高い信号対ノイズ比に依存する。そのような電磁ノイズは、タッチセンサが一部(例えば、LCD情報ディスプレイ)であるコンピュータシステム内の他の構成要素から、又は、ユーザの外部環境における人工か天然の信号(例えば、装置の外部のAC電源充電器からの不要信号)から生じる場合がある。これらの望まれない電磁気信号は、ユーザ入力としてタッチセンサにより偽って検出され、それにより、誤った又はノイズのあるユーザコマンドを生成し得る。
工程1:タッチ信号とノイズを合理的に識別する
ノイズの読み取りが、既存のタッチ信号に基づいて、および/または工程1で詳しく述べられるような統計的推論によって「干渉」であるといったん確認されると、電磁干渉に関するこうした知識を使って、ノイズがタッチセンサによって感知され得るまたは感知される可能性がある周波数空間、時間空間、またはコード空間の特定の衝突を回避することができる。既知のタッチ信号と特定された電磁干渉との間の衝突は、限定されないが以下の様々な技術、または技術の組み合わせによって回避することが可能である:
前述の技術を用いて電磁干渉のいくつかを完全には除去することができない場合、タッチセンサは、こうしたノイズがセンサの表面積全体に均一に広がって、残りの干渉によりもたらされる任意の操作上の問題を確実に最小限に抑えるように構成可能である。
タッチセンサはタッチセンサ中の干渉や他のノイズの影響を減らすために多くの技術を利用することもできる。例えば、FDMを使用するタッチセンサの実施形態では、タッチセンサは行ごとに複数の周波数を使用することができ、その結果、たとえセンサがどの周波数ビンが干渉に晒されることになるかを予言することができなくても、センサは複数の方法で各行(または列)を測定し、ノイズの最も少ない測定値(あるいは測定値の組み合わせ)を測定し、その後、それらを使用することができる。
1.行ごとに複数の周波数を使用する。こうした周波数は同時に、または順に使用することができる。
2.行から列および列から行に(上で詳細に議論されるように、順にまたは同時に)送信すること。これも、上記の複数の周波数の使用、または変調スキームの別の組み合わせと組み合わせ可能である。
3.FDMの上にCDMAを使用するか、あるいは変調スキームのある組み合わせを使用すること。CDMA信号は、FDM技術によって一般に使用されるものとは異なり、基本的には「不自然」なものであり、したがって、コンピュータシステムの外部環境で自然に発生する様々な信号に対して、FDM変調スキームよりも免疫があることに注目すべきである。
一実施形態では、高速マルチタッチセンサには、同じ手、同じユーザの異なる手、同じユーザ、または異なるユーザからのタッチを識別する能力が与えられている。一実施形態では、高速マルチタッチセンサには、タッチ領域に結び付けられるある物体の一部からのタッチを、その位置と方向を決定しやすくする単一の物体上の容量式タッチ先端部を介して、あるいは体の一部と同時にディスプレイの別の領域にもタッチしているユーザの握っているスタイラスを介して、識別する能力を与えられている。
高速マルチタッチセンサの特定の実施形態では、センサは、スタイラスの位置と、随意に、その傾斜角と長手軸まわりの回転角とを同様に検出するように構成される。こうした実施形態は当初上で記載されたように、本質的にはセンサ・ハードウェアから始まり、その先端付近に信号発信機を有するスタイラスをさらに利用する。この信号発生器から信号が送信され、信号は行または列に送信され得る直交信号に対して互換性がある(同じまたは類似の変調スキーム、類似の周波数など)が直交信号にたいして直交する。スイッチはスタイラスの先端の例えば、近接検出装置または圧力検出装置を含む、任意の種類のスイッチであり得るが、これを用いていつ送信機をオンまたはオフにするかを制御することができる。スタイラスは、正常動作条件下において、スタイラスが高速マルチタッチセンサの表面に接触するか、近接しているときに、スイッチが送信機をオンにするように、構成可能である。代替的な実施形態では、スタイラスは、絶えず信号を送信し、スイッチの状態がその周波数、振幅などの信号の1つ以上の特徴を変えることができるように構成される。これにより、スタイラスがタッチ感知デバイスの表面に接触しているときだけではなく、そのわずかに上にいて「ホバーする」能力を与えているときにもスタイラスを使用することができる。
より複雑な実施形態は、スタイラスの位置の測定と一緒に、ユーザがスタイラスを保持するときのスタイラスの傾斜および回転の両方を同時に測定することを可能にする。
図14および15は、その先端部(1505)に発信器(1502)を有する高速マルチタッチスタイラス(1501)の2つの実施形態を示す。図14の実施形態において、発信器(1502)は、先端部(1505)の外面部に位置し、他方、図15の実施形態において、発信器(1502)は先端部(1505)に内部に位置する。4つの発信器(1502)はスタイラス(1501)の周面の周りに配置され、高速マルチタッチセンサ(400)の平坦面に沿ってそれぞれ東西南北に方向づけられる。ペンの開始位置がZ軸と平行であり、センサの平坦面のxおよびy軸に垂直であると仮定する。図示するようにスタイラスが東方向へ傾けられ、センサ(400)の平面に対し角度αの角度までx軸またはy軸に沿って回転させると、東に面する発信器(1503)は、北側および南側の発信器と比べて、3次元空間的にセンサ(400)の表面部に対しより近くへ移動し、西に面する発信器は、北側および南側の発信器に比べ、センサからより遠くに離れる。これにより、東側の発信機から発せられる直交信号が、近くの行および列とより強く結合され、この信号は、高速マルチタッチセンサ内の受信機によって測定され得る。西側の発信器から発せられる直角信号は、近くの行および列との結合があまり強くなく、この信号は、それら近くの行および列の受信機における弱い強度として現れる。東側および西側の信号の相対強度を比較することによって、スタイラスの傾斜角度αを決定することができる。南北方向の傾斜は、北側および南側の直交信号を用いて同様の方法によって決定することができる。実施形態において、スタイラス(1501)の先端部(1505)内のスイッチまたは圧力センサ(1504)は、発信器をいつオンまたはオフにするかを制御するのに使用される。スタイラスは、スタイラスが高速マルチタッチセンサ(400)の表面部と接触または接近しているときに、正常運転条件下で、スイッチ(1504)が発信器を作動させるように構成することができる。
スタイラスの回転は、同様の方法で検出することができる。スタイラスの4つの発信器(1502)それぞれのxy位置を、Z軸に平行に回転させると、ペン上4つの発信機は、タッチ表面部の様々な行列に対し、直線的に近づいたり遠ざかったりする。FMTの各種行列に対するスタイラスの発信器のxy位置間におけるこれらの異なる直線距離が、FMTの受信機によって取得される異なる信号強度をもたらす。Z軸と平行なスタイラスの回転が、これらの直線距離、したがって関連づけられる信号強度を変化させる。スタイラスのxy回転角は、信号強度におけるこれらの差異から推定することができる。
本発明の実施形態は、コンピューターディスプレイまたはタッチセンサ上の手書き入力に使用することができる高速で、正確な、低レイテンシのスタイラスおよびセンサシステムを含む。実施形態において、スタイラスは、流動的かつ自然で、ペンや鉛筆の体験を模倣する入力を提供する。この点で、システムの更新速度は1キロヘルツ以上に高めることができ、レイテンシは、測定位置へのスタイラスの移動および他のパラメータから、1ミリ秒未満に低減することができる。スタイラスの位置測定とともに、その傾斜角と回転とを測定することができる。本明細書で述べるアクティブ光学的スタイラスは、事実上あらゆるデザインのコンピューターディスプレイおよびタッチセンサと適合し、前述の高速マルチタッチセンサへの使用に限定されないことに注目される。
通常、センサ表面のような、薄い透明媒質に入る光は、反対側面から出で、その内部に捕捉されたり、全内部反射によって伝播したりすることはない。入射光を捕捉し内部で伝播するために、その方向を変更するためのある手段が必要とされる。1つの実施形態において、センサ表面は、入射光の一部を様々な方向へ散乱する。それらの方向の一部は、全内部反射を生させ得る角度内である。散乱は好適な方法ではない。何故ならば、散乱によって光の方向がさらに変更するのを防ぐ方法がなく、これにより、線光センサによって受信される光量が低下し、最初の方向転換後でさえ、光が非直線経路を進行することも引き起こすからである。非直線経路は、光が誤った方向から来たように見せかけて、システムが誤った位置の読取を生じさせることを引き起こす。
センサ表面を通じて伝播する光は、多数の角度で端部に到達する。センサ表面内部でのスタイラスの光パターンの位置を推定するために、線光センサの視野を特定方向に制限することが望ましい。実施形態において、角度フィルタはこの機能を提供する。好ましい実施形態において、長方形センサシートおよび2つの側面上の線光センサを用いて、光センサの視野をセンサシートの端部に垂直な方向に制限することが望ましい。「ベネチアンブラインド」の小さなセットを用いてこれを遂行することができ、コンピュータ用モニタのためのプライバシースクリーンで、モニタ正面の狭い角度に視界を直接的に制限するという方法も同様である。
線光センサは、その長さ方向に沿う複数位置で、これと衝突する光の量を測定する。それらは、位置敏感検出器、線形CCDアレイ、線形CMOS撮像アレイ、光電子増倍管アレイ、および、個別フォトダイオード、フォトトランジスター、フォトセル、または任意の他の光検出手段のアレイによって、実施し得る。
図20を参照すると、スタイラス(2001)は、ユーザがペンまたは鉛筆のようにそれを保持し、センサシート(2002)の表面部上で描くときに、センサシート(2002)へ複数の異なるパターンで光を放射することが可能なペン形の装置である。センサシートの端部に沿う投射のパターンは、スタイラスの位置、傾斜および回転を推定するために使用することができる。複数のスタイラスが所望される場合、それらは、時分割マルチプレキシングの形式で、ひとつずつ光を発することができる。これには、スタイラス間で同期させるある形式が必要であり、これは、限定されないが、無線リンク、超音波または光学信号を含む、様々な単純なコミュニケーションチャンネルによって実施し得る。光学信号は、センサシートの下側のコンピューターディスプレイによって生成することが可能であり、ほとんど追加ハードウェアを使用せずにペンを同期させることを可能にする。
本技術の基礎的な実施形態において、スタイラスは、スタイラス本体に対して恐らくは同軸で、単一の光線または光錐を発する。単一の光線は、センサシートの側面に沿うこのパターンの単純な点状の投射を引起し、スタイラスの位置を推定することを可能にし得る。図21は、センサシートの端部に沿う単純なスタイラスによって放射される点の幾何的投射を示す。線光センサによってその長さ方向に沿って検出された光の最大値は、センサシート上の照射点の幾何的投影を与える。このことから、センサ位置を推定することができる。
スタイラスがセンサシートに複数パターンを投影する場合、センサシートの側面に沿うこれらの投射は、スタイラスの位置、傾斜回転角を推定するために使用することができる。図24に示されるように、両側への投射が、センサシートに対し垂直に保持されたスタイラスに対し予想されるよりも広く、しかしサイズにおいてほとんど等しい場合、スタイラスが、センサシート端縁部の方向に対し45度の角度で傾斜している可能性がある。投射の幅は、垂直からの傾斜角を推定するために使用できる。投射が幅広いほど、傾斜は大きい。
太陽光は多くの波長の光を含み、そのため、スタイラスシステムを太陽光下で使用するときに、その動作に干渉する可能性がある。スタイラスが、地球表面で経験される太陽光スペクトルにおいて存在しない、または非常に弱い波長で放射することは有利であろう。1つの可能性は、スタイラスが、地球大気圏の酸素が波長の大部分または全部を吸収する、紫外線のソーラーブランド領域の光を放射することである。UVスペクトルのソーラーブラインド部分を放射するLEDは、商業市場で利用可能である。
複数スタイラスの同時使用が望まれる場合、各々からの信号が不明確にならないようにする方法を使用しなくてはならない。例えば、時分割マルチプレキシングが使用可能であり、その場合、各スタイラスは、センサシート内への、交互の放射パターン(例えば図20に示すように)を採用する。
前述は、容量式FDM、CDM、およびFDM/CDMハイブリッドタッチセンサの様々な実施形態であり、ここで開示した直交信号タッチユーザ、手、および物体識別システムおよび方法と関連して使用されてもよい。そのようなセンサにおいて、行からの信号が列に結合され、その列上で受信されたときに、タッチが感知される。
そうでない場合、それらは複数の人々からもたらされると見なされる。図25を参照すると、このアプローチが、白色領域で2つのタッチが有ったことを決定したのち、黒円領域におけるクロストークを発見する。このクロストークが存在するとき、2つのタッチは同一ユーザからもたらされると見なされる。図26は、2人のユーザによってなされた同じタッチを示すものであり、各ユーザが1本の指でタッチスクリーンにタッチしている。各行からの信号が両方の列へ結合されないので、タッチ間にクロストークは無く、したがって、黒円によって表示される領域中にクロストークは存在しない。従って、これら2点は、2人のユーザからもたらされたと認めることができる。
記載したように、ユーザによるタッチ接触を「グループ化する」ことができる、理想的には、同じ手からの接触を識別するだけでなく、同じユーザからの接触を識別することが望ましい。当業者に理解されるように、センサ装置の走査サイクルにわたるタッチ接触のラベル付けは、手動で行われる。本発明の実施形態では、「走査」自体がないが、アレイがサンプリングされる度に入力フレームと考えられ得るものが存在し、これは、ユーザのディスプレイとの連続的な接触の離散化と考えられ得る。この離散化は、1つのフレームから次のフレームまで、どの接触が持続したか及びどの接触が新しい接触に取って代わったかを装置が判定しなければならないことを意味する。様々な実施形態では、ユーザ、手および物体の識別の本明細書に開示されたシステムおよび方法は、ラベル付けの領域との少なくとも3つの交差を有する:フレームにわたってラベルを提供する必要性、接触の従来の特有のラベル付けの改善、およびユーザ識別を改善するための従来のラベル付けの使用。
モバイルおよび定常のコンピューティングにおける現在のマルチタッチソフトウェアインターフェースは、典型的に、異なるユーザまたは同じユーザからのものであろうと、異なる手を区別することができない。結果として、シングルユーザおよびシングルディスプレイのグループウェアアプリケーションは、アプリケーションの設計、特徴および機能性をマイナスに制限する受信したユーザ入力の真意を解釈するときに、著しいジェスチャのあいまい性(gestural ambiguity)を軽減しなければならない。本明細書に開示された技術は、触覚入力を検出するために容量感知に依存するタッおよびスタイラスのコンピューティングシステムに対するこれらの制限の多くを取り除く。複数のユーザが同じタッチ入力面を共有するシングルディスプレイのグループウェアアプリケーションに関して、コンピューティングシステムは、感知したマルチタッチ入力が同じユーザまたは異なるユーザのものであるのかを確実に識別することができる。この新しいレベルの理解は、二人の異なるユーザからの2つの別々のシングルタッチのドラッグ事象と、同じユーザからの2本の指によって引き起こされた1つのピンチズーム事象とを識別するなど、ジェスチャによる入力の混乱の共通ソースを解決する。別々に移動する任意の2つの接触が、予めUIを「ズームした(ZOOMED)」場合、本発明を利用するシステムは、代わりに、2つの接触を異なるユーザからのものとして識別するときに、物体を半分に「分裂させる(tear)」か、またはコピーを作る。
ユーザの手以外の物体は、識別され得る。受動物体は、記載された技術によって識別される多くのタッチによって識別され得る。これらの複数のタッチは、1つの物体を別の物体と明確に区別することができるように、特有の相対位置にあり得る。一実施形態では、1つの物体のタッチ点の位置は、正三角形にあり得、一方でもう1つの物体のタッチ点の位置は、非正三角形、長方形、またはそれらの相対位置によって識別され得るタッチ点の幾つかの他のセットを形成する。このように、物体は、互いに識別され得、タッチ面に対するそれらの並進および回転が決定され得る。
特定の状況では、ユーザによって保持された物体との接触がいつなされるかを識別することが望ましいかもしれない。本発明は、そのような状況においてユーザ体験をさらに向上させる。例えば、ユーザは、操作のために、指でなされた入力とは区別された、筆記に使用される、スタイラスでスクリーンにタッチするかもしれない。本発明は、少なくとも以下の2つの利点を提供することができる:物体のより容易な識別、および物体を保持する同じユーザ及び/又は手によってなされているものとしての接触のラベル付け。
少なくとも1つは装置の認識用の信号、および少なくとも1つは記載されたようにユーザに結合されるための信号。一例として、スタイラスは、位置感知のためにその先端で1つの信号を生成し、ユーザペアリングのためにその身体のまわりに異なる信号を生成するかもしれない。さらに他の実施形態では、物体は、ペアリングの目的のみで信号を生成するかもしれない(本明細書に記載される時計、またはさもなければ受動スタイラスなど)。
コンピュータ入力装置の電力消費を低下させるために、入力装置が100%未満の時間で使用されるという事実に留意する。したがって、入力装置は、使用されていない時間の間、より少ないエネルギーを消費する又はそうでなければ軽減された動作感度で作動する異なるモードに変更され得る。本明細書で使用されるように、「電力」および「動作感度」は、限定されないが、電力消費、事象頻度(即ち、時間分解能に強く関連する更新率)、タッチ感度、空間分解能(例えば、1行おき又はあらゆる行のプロセシング)、タッチレイテンシ、信号対ノイズ比(これは、ユーザインターフェース精度および故にユーザ体験と強く関連する)、計算能力、フレームレート、ホバー検出(hover detection)のユーザ体験および可用性を含む。
「Low−Latency Touch Sensitive Device」と題された2013年3月15日出願の米国特許出願第13/841,436号に記載されるものなどの高速入力装置に、ユーザが入力をもたらすと、多数の生成された入力事象は入力スタックの他の部分を圧倒する(overwhelm)ことができる。このことに対処するために、我々は、事象ストリームにおける事象の数を減らすことができる、多くの技術を記載しており、その結果、入力スタックの他の部分がタイミング良く作用し、入力スタック上での非常に多くの事象により圧倒されない。
この実施形態において、入力事象ストリームは、N事象ごとにサンプリングされ(ここで、Nは調整自在なパラメータであり、調整自在とは、システムの1以上の構成要素により任意の時間で変更され得ることを意味する)、それにより、出力ストリームが、入力ストリームから毎N番目の入力事象を含み、他のN−1の事象を捨てる。
この実施形態において、入力事象ストリームにおける各入力事象は、時間、好ましくは、ユーザ入力が発生した事象と関連付けられる時間に、関連付けられる。入力事象ストリームは、出力事象ストリームが、入植事象ストリームにおいて毎Xマイクロ秒(又は、要求される任意の他の時間単位で)生じた事象を含むように、サンプリングされる。時間値に正確に対応する事象がない場合、本明細書に開示されたシステムと方法は、入力事象ストリーム、次の事象、以前の事象から最も近い事象を使用し、偽の事象を作成するか、又は事象を全く作成しないように、構成され得る。
入力事象ストリームを考慮すると、最初と最後の入力事象は、ユーザ側の意図を示すので、かなり重要である。タッチ入力を考慮すると、これら最初と最後の入力事象は、ユーザがタッチセンサを最初に起動したときに生じる事象、及び、ユーザが自分の指をタッチセンサから持ち上げた時に生じる最終事象それぞれに対応する。そのため、この実施形態において、入力事象ストリームにおける最初と最後の入力事象は、出力事象ストリームに含まれる。
この実施形態において、入力事象ストリームは、入力事象ストリームの湾曲の有意な変化を表わす事象が出力事象ストリームに含まれるように、サンプリングされる。入力事象ストリームが最初の事象(3604)からスタートして最後の事象(3605)にまで及ぶように行なわれる(点線)ディスプレイ(3601)又はその一部を含む、図36を考慮する。湾曲(3602)の程度又は湾曲(3603)の方向の変化に対応する事象は、出力事象ストリームに含まれる。
入力モードは、デシメーションスキームを明確に選択する場合がある。例えば、UI、アプリケーション、又は明確なユーザの行為は、与えられた領域又は期間にはデシメーションがあまり好ましくないことを明白にするかもしれない。例えば、キャンバス上に描く(drawing on)場合、1つのユーザにより選択自在な「ブラシ」が、より高度にデシメート処理された入力への曲線の適合を介してより滑らかな曲線を提供し、一方で別のブラシは、ユーザの実入力により忠実に従うかもしれない。
入力センサは、不均一な感知能力を有すると知られている。例えば、容量式タッチセンサは、感知の痕跡のある位置への入力を「スナップする(snap)」傾向があり、視覚ベースのセンサは、それらのセンサの周囲光及び光特性により著しく影響を受ける。幾つかの実施形態において、これら入力特性が考慮される。例えば、容量式センサの既知の「スナップ入力」と同様の挙動を示す装置において、感知線にスナップされない事象が、ユーザの入力を滑らかにする効果があるものよりも選択され得る。入力装置は全て、それらが報告する事象において何かしらのバイアスを示し、このスキームはそれらの効果を説明し、ある程度までそれらを補う。
入力の特徴は、それら自体がスキームの選択を通知する場合がある。例えば、一旦、二次元以上で通常はパン撮りされ得るUI要素内でユーザが主に一次元のジェスチャを行うと、一次元のスクロール動作を固定することが、当該技術分野において知られている(例えば、<Appleの949の特許への引用>)。本明細書に開示されるシステムと方法の特定の実施形態は、一次元の動作後にUIの「固定」と変化スキームを同様に示す場合がある。この段階において、一次元のスクロールはより少数の事象を要求し、そのため、より活動的なデシメーションスキームが使用されてもよい。同様に、入力は、「固定」が生じず、そのため、スクロールが二次元以上で同時に起こるかもしれないことを、示す場合がある。そのような状況の下で、実施形態の中には、デシメーションの攻撃性を減らし、又は、多次元の動作により「友好的な」スキーム(例えば、上述の「湾曲」スキーム)に切り換えるものもある。幾つかの実施形態は、モード、即ち「ジェスチャ」を示すために入力スキームの特徴の検討を特徴付け;特定の実施形態は、上述のジェスチャ、又は、システムの必要性に基づいて定義される他のパターンを使用してもよい。
一実施形態において、デシメーションプロセスは、ユーザが相互に作用するグラフィカルユーザインタフェース(GUI)の配置を考慮に入れる。平面、或いは、1D、2.5D、又は3Dに存在する様なGUIにおける要素を考慮すると、平面又は任意の他の形状へと変換され得、且つGUIにカーソルがタッチしている場所を判定させるのを可能にする空間、及びこの平面において位置付けられているような入力事象、その後GUI要素の境界は、インテリジェントデシメーションのプロセスを通知することができる重要な情報を提供する。
一実施形態において、デシメーションプロセスは、ユーザが相互に作用するグラフィカルユーザインターフェース(GUI)のレイアウトを考慮に入れる。GUI中の要素を平面、或いは平面又は他の形状に変換可能な1D、2.5D、又は3Dの空間内に存在するものとみなし、カーソルが触れている場所をGUIに決定させるとき、並びに、入力事象をこの平面内にあるものとしてみなすとき、GUI要素の境界はインテリジェントデシメーションプロセスに通知することができる重要な情報を提供する。
前述のように、インテリジェントデシメーションのエンジンは、本明細書に記載される、任意の数の個々のデシメーション技術を組み合わせてもよい。この実施形態において、システムは、入力事象を生成するためにユーザにより使用される入力装置を考慮に入れる。例えば、入力動作の任意の時間で検出自在である、タッチ及びペン入力の両方を含むシステムにおいて、開示されたシステムと方法は、タッチ入力のために個々のデシメーション技術とパラメータの1つのセットを使用し、その一方で、ペン入力のために技術とパラメータの可能な異なるセットを使用してもよい。一実施形態において、開示されたシステムと方法は、特定の入力装置により実行されている動作に従い、相互作用中の任意の時点でデシメーション技術を切り換えることを決定する場合がある。一実施形態において、与えられたモダリティのために使用されるスキームは、ユーザが別のモダリティによる入力の作成を開始及び/又は止める時間を変更する場合がある。
前述のように、インテリジェントデシメーションのエンジンは、本明細書に記載される、任意の数の個々のデシメーション技術を組み合わせてもよい。一実施形態において、システムは、入力事象を生成するユーザを考慮に入れる。例えば、様々なユーザを含むシステムにおいて、本明細書に開示されたシステムと方法は、第1のユーザに関する個々のデシメーション技術とパラメータの1つのセットを使用し、その一方で、第2のユーザに関する技術とパラメータの可能な異なるセットを使用してもよい。更に、ユーザ間の入力の識別に重要な事象は、上述のUIの境界上での事象と同様、デシメーションプロセスにおいてあたえられる過剰な重みであってもよい。
1つのモダリティにおいてユーザから複数の「点」(又は領域)を追跡することは当該技術分野で既知であり、例えば、マルチタッチ入力は、ユーザとセンサとの間の複数の接触点の追跡に備え、近接センサは、センサに近接したユーザの身体の複数の点の追跡に備える。幾つかの実施形態において、異なるスキームが個々の点に適用されてもよい。これらのスキームは様々な要因に基づいて選択されてもよく、その要因は限定されないが、ユーザ入力、システムにより認識される「ジェスチャ」、点の位置、装置により追跡された物体(例えば、指先、ペンの先端)の間の実際の物理的接触の有無、ユーザ入力の速度又は持続時間等を含む。
前述のように、インテリジェントデシメーションのエンジンは、本明細書に記載される、任意の数の個々のデシメーション技術を組み合わせてもよい。この実施形態において、システムは、装置上で実行されているアプリケーションを考慮に入れ、従って、多くのデシメーションの技術とパラメータの中から選択してもよい。
前述のように、インテリジェントデシメーションのエンジンは、入力スタックのレイテンシを認識しており、及び、入力事象、1又は複数の構築事象に基づき、タッチ速度又はシステムのレイテンシ、又は将来のタッチ場所がどこにあるのかを示す任意の同様のアルゴリズムに基づく。
この実施形態において、デシメーションエンジンは、入力事象がユーザの意図に関して曖昧な場合に、出力事象ストリームにおいて入力事象ストリームからの入力事象を含むのを待つ場合がある。一例として、タッチセンスディスプレイ上でタッチ(3901)により生成される入力事象を備えた図39を考慮する。これら入力事象は点だけでなく、それらに関連したタッチの領域も有する。2つのGUI要素(3606)にまたがる入力事象(3901)の場合、この実施形態は、後の入力事象が、どのGUI要素(3606)がユーザにより標的とされているかを明確にするまで、又はタイムアウトが生じるまで、出力事象ストリームにおいて入力事象を含むのを待つ。
一旦入力がデシメート処理されると、システムは、デシメート処理されていない入力を、スタックの他の層に利用可能にする場合がある。入力事象のストリーム、又はメモリデータバンクとして、この利用可能性は、入力ストリームの実時間に影響しない。
その電力消費と生産費を減らすために、容量式タッチセンサは、低周波数で可能な限り多くの信号処理を行なわねばならない。単純且つ安く信号の周波数を下げることの出来る技術は特に、高性能入力認識のために最適化された、低レイテンシの、高い事象フレームレートの容量式タッチセンサに有益である。そのため、本出願の参照は、一実施形態として低レイテンシの、高フレームレートの容量式タッチセンサを考慮する、「Low−Latency Touch Sensitive Device」と題された2013年3月15日出願の米国特許出願第13/841,436号、及び「Fast Multi−Touch Post Processing」と題された2013年11月1日出願の米国特許出願第14069,609号を組み込み、且つそれらに及ぶ。
周波数変換、又はヘテロダイン処理は、周波数混合器により行なわれ得る。そのような混合器は単一又は直交(quadrature)の何れかであり得る。
Claims (20)
- タッチセンス装置であって、該タッチセンス装置は:
行と1つの列を含むタッチインターフェース;
少なくとも複数の行それぞれに、複数の固有の直交信号を生成するための信号発生器であって、複数の固有の直交信号は、第1の周波数範囲にあり、第1の周波数間隔を有している信号発生器;
ヘテロダイン周波数混合器
を含み、
該ヘテロダイン周波数混合器は:
第1の周波数範囲内に信号が含まれ、第1の周波数間隔を有している、列に存在する列信号、及び、発振信号を受信し、並びに、
ヘテロダイン信号を出力するように構成され;
前記列信号及び前記発振信号に基づくヘテロダイン信号は、第1の周波数間隔で第2の周波数範囲内に信号が含まれ、
前記タッチセンス装置は更に、
ヘテロダイン信号に少なくとも部分的に基づく、タッチインターフェース上のタッチを識別するように構成されたタッチプロセッサ
を含む、タッチセンス装置。 - 周波数混合器は直交周波数混合器を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 発振信号を生成する局部発振器を含み、
直交周波数混合器は、局部発振器から駆動される第1及び第2の周波数混合器を利用し、第1及び第2の周波数混合器の1つは、90度に動かされた局部発振器からの信号のコピーを供給される、ことを特徴とする請求項2に記載のタッチセンス装置。 - タッチプロセッサは、フーリエ変換を使用して分光分析を行なうように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。
- タッチプロセッサは、相互相関の工程として、フーリエ変換を使用して相互相関を行なうように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 周波数混合器の同相出力は、フーリエ変換の実入力に供給され、周波数混合器の直交出力は、フーリエ変換の仮想入力に供給される、ことを特徴とする請求項4に記載のタッチセンス装置。
- 周波数混合器の同相出力は、フーリエ変換の実入力に供給され、周波数混合器の直交出力は、フーリエ変換の仮想入力に供給される、ことを特徴とする請求項5に記載のタッチセンス装置。
- 列信号と発振信号を組み合わせる前に、列信号をフィルタ処理するように構成された、バンドパスフィルタを更に含む、請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 混合器の出力の和成分を除去し、且つ異なる成分が通過することを可能にするように構成された、バンドパスフィルタを更に含む、請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 混合器の出力の異なる成分を除去し、且つ和成分が通過することを可能にするように構成された、バンドパスフィルタを更に含む、請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 周波数発生器は、周波数のカバレッジにギャップがあるよう、周波数を割当てるように構成され、前記ギャップは、ヘテロダイン信号においてDC付近にある使用できない周波数のセットに一致する、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 列信号は中心周波数を有し、
直交周波数混合器は、列信号の中心周波数をベースバンドの位置へと下げるように構成される、ことを特徴とする請求項2に記載のタッチセンス装置。 - ヘテロダイン周波数混合器の出力をタッチプロセッサに動作可能に接続するアナログデジタル変換器を含み、
ヘテロダイン信号は、アナログ−デジタル変換器によるデジタル化の前に増幅される、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。 - ヘテロダイン周波数混合器の出力をタッチプロセッサに動作可能に接続するアナログデジタル変換器を含み、
アナログ−デジタル変換器は、シグマ−デルタのアナログ−デジタル変換器である、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。 - ヘテロダイン周波数混合器の出力をタッチプロセッサに動作可能に接続するアナログデジタル変換器を含み、
アナログ−デジタル変換器は、連続時間のシグマ−デルタのアナログ−デジタル変換器である、ことを特徴とする請求項1に記載のタッチセンス装置。 - タッチインターフェースの各行からどの対象の信号、及びどれだけの対象の信号が、列信号に存在するかを判定するために、列信号のスペクトルが分析されるよう、分光分析をデジタルで実行するように構成される、請求項1に記載のタッチセンス装置。
- タッチインターフェースの各行からどの対象の信号、及びどれだけの対象の信号が、タッチインターフェースの列信号に存在するかを判定するために、列信号が分析されるよう、相互相関分析をデジタルで実行するように構成される、請求項1に記載のタッチセンス装置。
- 第1の列信号と前記発振信号とのデジタル表現を前記ヘテロダイン周波数混合器に動作可能に接続するアナログ−デジタル変換器を含み、
前記ヘテロダイン周波数混合器が前記デジタル領域で動作する、請求項1に記載のタッチセンス装置。 - 第1の列信号と前記発振信号とを前記ヘテロダイン周波数混合器に動作可能に接続する増幅器を含み、
前記ヘテロダイン周波数混合器が前記デジタル領域で動作する、請求項1に記載のタッチセンス装置。 - タッチセンス装置であって、該タッチセンス装置は:
行と列を含むタッチインターフェース;
少なくとも複数の行それぞれに、複数の固有の直交信号を生成するための信号発生器であって、複数の固有の直交信号は、第1の周波数範囲にあり、第1の周波数間隔を有している信号発生器;
ヘテロダイン周波数混合器
を含み、
該ヘテロダイン周波数混合器は:
第1の周波数範囲内に信号が含まれ、第1の周波数間隔を有している、各列に存在する列信号、及び、発振信号を受信し、並びに、
前記列信号それぞれのためのヘテロダイン信号を出力するように構成され;
前記列信号の1つ及び前記発振信号に基づくヘテロダイン信号それぞれは、第1の周波数間隔で第2の周波数範囲内に信号それぞれが含まれ、
前記タッチセンス装置は更に、
ヘテロダイン信号に少なくとも部分的に基づく、タッチインターフェース上のタッチを識別するように構成されたタッチプロセッサ
を含む、タッチセンス装置。
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