(57)【要約】【課題】本発明は、タッチスクリーンの制御装置を、特定のタッチスクリーンの特別な動作特性に適応させるために、制御装置の周波数を適応させる方法および装置に関する。【解決手段】本発明によるタッチスクリーンシステムは、音波が伝播できる基板と、入力信号に呼応した第１のバースト長の音波を送信する少なくとも１つの送信トランスデューサと、第１のバースト長の音波を長くして、第２のバースト長の音波を形成する反射アレイと、第２のバースト長の音波を受ける受信トランスデューサと、適応可能コントローラとを備える。適応可能コントローラは、第１の周波数を生成する基準発振器と、基準発振器に接続されたマイクロプロセッサと、デジタルバースト回路と、１組の周波数補正値を含むメモリとを有し、マイクロプロセッサは、デジタルバースト回路にバースト制御信号を出力することを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波が伝播できる基板と、
基板に接続された少なくとも１つの送信トランスデューサであって、入力信号に呼応した第１のバースト長の音波を送信する少なくとも１つの送信トランスデューサと、
基板に接続された複数の音波反射部を有する反射アレイであって、第１のバースト長の音波を長くして、第２のバースト長の音波を形成する反射アレイと、
基板に接続された少なくとも１つの受信トランスデューサであって、第２のバースト長の音波を受ける受信トランスデューサと、
少なくとも１つの送信トランスデューサおよび少なくとも１つの受信トランスデューサに接続された適応可能コントローラとを備え、
適応可能コントローラは、
第１の周波数を生成する基準発振器と、
基準発振器に接続されたマイクロプロセッサと、
マイクロプロセッサ、基準発振器、少なくとも１つの送信トランスデューサに接続されたデジタルバースト回路であって、バースト制御信号に呼応して少なくとも１つの送信トランスデューサに入力信号を出力するデジタルバースト回路と、
マイクロプロセッサに接続された、１組の周波数補正値を含むメモリとを有し、
マイクロプロセッサは、デジタルバースト回路にバースト制御信号を出力することを特徴とするタッチスクリーンシステム。
【請求項２】
基準発振器は、水晶発振器であることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項３】
バースト制御信号は、ビットパターンであることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項４】
１組の周波数補正値は、マイクロプロセッサによりメモリに伝達されることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項５】
基準発振器に接続された周波数分周器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの送信トランスデューサが、回折格子トランスデューサであることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
【請求項７】
タッチスクリーンシステムを制御する方法であって、
メモリに１組の周波数補正値を格納する格納ステップと、
１組の周波数補正値をデジタル信号プロセッサに送信する第１の送信ステップと、
第１の波形信号を受信トランスデューサで受信する受信ステップと、
第１の波形信号および１組の周波数補正値から、デジタル信号プロセッサを用いて、第２の波形信号を計算する計算ステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項８】
１組の周波数補正値を、マイクロプロセッサを用いて生成する第１の生成ステップと、
１組の周波数補正値をメモリに送信する第２の送信ステップとを有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
受信トランスデューサにより受信された第１の波形信号を周期的に解析する解析ステップと、
解析に呼応して、１組の周波数補正値を生成する第２の生成ステップと、
１組の周波数補正値をメモリに送信する第２の送信ステップとを有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
特性周波数を有するタッチスクリーンを含むタッチスクリーンシステムを制御する方法であって、
調整可能な第１の周波数を有する信号を生成する生成ステップと、
受信トランスデューサからの出力信号と、第１の周波数を有する信号とを混合して、第２の周波数を有する信号を生成する混合ステップと、
第２の周波数を有する信号を、帯域フィルタに通すフィルタ処理ステップと、
フィルタ処理された信号の第２の周波数を、タッチスクリーンの特性周波数と比較する比較ステップと、
フィルタ処理された第２の周波数が、所望の周波数に実質的に等しくなるまで、第１の周波数を調整する調整ステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
システム起動時に、第１の周波数を初期周波数に設定する設定ステップと、
周波数の範囲を通して、初期周波数から第１の周波数をランプするランプステップと
フィルタ処理された第２の周波数が、所望の周波数から所定の差異の範囲内にあるとき、ランプステップを中止する中止ステップとを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第１の周波数信号を、中間周波数発振器の出力信号と混合して、第３の周波数を有する信号を生成する混合ステップと、
第３の周波数を有する信号をバースト回路に送信する第１の送信ステップと、
バースト信号を生成する生成ステップと、
バースト信号を、タッチスクリーンシステムに接続された送信トランスデューサに送信する第２の送信ステップとを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
タッチスクリーンを作動させる方法であって、
タッチスクリーン基板と、タッチスクリーン適応可能コントローラとを備えるタッチスクリーンシステムに電力を供給する供給ステップと、
タッチスクリーン基板の全体に音波を送信する送信ステップと、
音波を受信する受信ステップと、
音波を解析して、タッチスクリーン基板の特性周波数を決定する解析ステップと、
タッチスクリーン適応可能コントローラの周波数を、タッチスクリーン基板の特性周波数に実質的に適応するように調整する調整ステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
調整ステップを自動的に行うことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
調整ステップが、コントローラの可変帯域フィルタの中心周波数を調整することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
送信ステップ、受信ステップ、解析ステップ、および調整ステップが、タッチスクリーン適応可能コントローラの周波数と，タッチスクリーン基板の特性周波数との間の最適な適応を得るために繰り返されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
タッチスクリーンシステムに電力が供給される毎に、解析ステップおよび調整ステップを行うことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
解析ステップおよび調整ステップを周期的に行うことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
タッチスクリーンシステムの最初の起動時に、解析ステップおよび調整ステップを行うことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
タッチスクリーンシステムを製造する方法であって、
特定のタッチスクリーンコントローラに複数の特性周波数を提供する提供ステップと、
特定のタッチスクリーン基板に、１組の動作周波数特性を測定する測定ステップと、
特定のタッチスクリーンコントローラを、特定のタッチスクリーン基板に接続する接続ステップと、
複数の受信特性周波数から、基板動作周波数に実質的に適応する少なくとも１つの特性周波数を選択する選択ステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２１】
複数の特性周波数は制御可能であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複数の制御可能な周波数特性を、特定のタッチスクリーンコントローラに対する複数のタッチスクリーンコントローラの設定と関連付ける関連付けステップと、
関連付けられた制御可能な周波数特性とコントローラの設定に関するルックアップテーブルを記録する記録ステップとを有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
選択ステップが、特定のコントローラ設定を選択して、特性周波数を達成するステップを有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
複数の特性周波数が、複数の部分的受信特性周波数であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
選択ステップが、複数の部分的受信特性周波数から、１組の部分的受信特性周波数を選択することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、タッチスクリーンに関し、とりわけ、タッチスクリーンの制御装置を、特定のタッチスクリーンの特別な動作特性に適応させるために、制御装置の周波数を適応させる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、データ処理システムへの情報入力手段として、陰極線管（すなわちＣＲＴ）、および液晶ディスプレイスクリーン（すなわちＬＣＤスクリーン）を含むさまざまな形式のディスプレイに組み込まれている。タッチスクリーンがディスプレイの上方に配置され、あるいはディスプレイと一体に組み込まれている場合、ユーザは、所望のアイコンまたは要素に対応する位置を触れることにより、表示されたアイコンもしくは要素を選択することができる。タッチスクリーンは、たとえばＰＯＳシステム、インフォメーションセンタ、現金自動支払機（すなわちＡＴＭ）、およびデータ入力システムなどのさまざまな用途において一般的に利用されている。
【０００３】
音響スクリーンなどの特定の種類のタッチスクリーンにおいて、たとえばレーリ波、ラブ波または他の音波などの表面弾性波の現象を利用して、音波または超音波を発生させ、タッチスクリーンの表面上に指向性よく伝播させる。一般に、タッチパネルのそれぞれの軸において、単一の送信トランスデューサと、単一の受信トランスデューサと、一対の反射アレイとが設けられている。送信トランスデューサおよび受信トランスデューサはコントローラ（制御装置）に接続され、コントローラは送信トランスデューサに供給される駆動信号を生成し、受信トランスデューサからの信号を増幅し、調整し、そして応答する。各送信トランスデューサが生成した音波は、タッチスクリーンの周縁部付近に配置された反射アレイで反射する。反射アレイは、その長さの全体において直角に音波を反射し、タッチスクリーンの活性領域に伝播する表面弾性波パターンを生成する。伝播する表面弾性波は、均一な振幅を有する実質的に直線的な波面を有する。対向する反射アレイは、伝播する表面弾性波を受信トランスデューサに向かって反射する。タッチスクリーンの各軸に沿って伝播する表面弾性波の伝播時間と振幅をモニタすることにより、タッチスクリーンの表面上の波の減衰点の位置を特定することができる。この減衰は、指、スタイラスまたは他の物体がスクリーンにタッチ（接触）することにより生じる。
【０００４】
通常、タッチスクリーンシステムの製造業者は、明確な周波数範囲内にあり、基準周波数が水晶発振器を用いて与えられる所定の振動周波数を有するコントローラを製造または購入する。そして製造過程において、それぞれのタッチスクリーンの特性周波数が特定され、必要ならば、確実にタッチスクリーンの特性周波数とコントローラの発振周波数とが十分に適応するように特性周波数が調整される
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タッチスクリーンの特性周波数をより慎重に特定する必要がある。ここで対象となる種類の音響タッチスクリーンは、狭帯域フィルタの特性を有する。狭帯域の中心周波数は、反射素子の間隔、および音波の速度によって決まる。送信トランスデューサに短い時間のバーストが加わると、音波が受信トランスデューサまで最短距離で伝播する時間に相当する遅延時間が経過した後に一連の長く続く波列が検出される。入力されるバーストの周波数スペクトルは、バーストが短期間であることに起因して、通常極めて大きく広がるところ、出力される一連の波列のスペクトルは、極めて狭小で、特定の周波数で鋭いピークを有することが理想的である。この特定の周波数は、タッチスクリーンの特性周波数と呼ばれる。タッチシステムの動作周波数がタッチスクリーンの特性周波数に適応することが要求される。
【０００６】
原理的には、タッチスクリーンは単一の特性周波数を有することが理想的である。ただし製造上のばらつきにより、特性周波数は複数にわたり、または一定の範囲を有することがある。タッチスクリーンの現実の製造過程において、タッチスクリーンの特性周波数が実質的にただ１つであり、コントローラの基準発振器により決まる発振周波数に適応するように費用と労力が投じられている。タッチスクリーンの製造過程において期待される成果を実現するためには、アレイの緻密な配置設計、入手する原材料の供給プロセスの厳重な管理、および反射アレイの適正な電気テストを行う必要がある。さらに予期しない変化または変動があったとき、直ちにこれを是正する必要がある。たとえばアレイを再設計するか、新しいプリントマスクを作成する必要が生じる場合がある。タッチスクリーンの特性周波数を適正に維持するために必要な調整、管理およびテストを実施することにより、製造コストが増大し、さらに音響タッチスクリーンの製造の難しさに熟練した作業者を擁する工場であっても、その生産収量を低減することになる。これは、現在の音響タッチスクリーン業界における重要な解決課題である。
【０００７】
一般に、周波数の不適応は、本質的に全体的か部分的かに分類できる。周波数不適応が全体的である場合、不適応の原因はタッチスクリーン全体に影響を及ぼす。たとえば、コントローラの基準発振器の振動がドリフト（変動）し、あるいは（たとえばガラス基板が異なるガラス業者によって製造されたために）ガラス基板が予想しない音速を有する場合、タッチスクリーン全体において、コントローラの発振周波数をタッチスクリーンの特定周波数に適応させることができる。これに対し、一方、周波数不適応が部分的である場合、タッチスクリーンの特定の領域においてのみ、コントローラとの不適応が生じる。
【０００８】
全体的および部分的な周波数不適応はさまざまな原因に起因する。不適応のいくつかの原因は品質管理を十分に行うことにより排除することができるが、こうした品質管理に要するコストは、しばしば非常に高くつく場合がある。たとえば、タッチスクリーンのガラス基板のばらつきにより、音速が変動し、全体的な周波数不適応が生じる。ガラスの供給業者を管理し、製造プロセスを管理して、すべての基板の音速が所定の狭い範囲内に収まるようにすることは、経済的に不可能である。音響反射アレイが陰極線管（ＣＲＴ）の表面プレートに直接的に印刷される場合、ガラス供給業者および製造プロセスを管理することは、より困難となる。ガラスの化学組成および熱履歴（アニ−ル時間およびアニ−ル温度等）を含む特定のガラス特性を管理して、全体的な周波数不適応を排除することは困難である。
【０００９】
周波数不適応のもう１つの原因は、タッチスクリーンの基板上に印刷された反射アレイのばらつきにある。このばらつきは、たとえばアレイマスクがスクリーン印刷プロセス中に変形したことに起因する。プリントマスクの変形は、アレイがＣＲＴの表面プレート上に直接的な印刷される場合に、特に問題となる。パッドプリント等の他のアレイ印刷技術は、印刷処理時に生じる位置合わせ誤差の影響を受け、さらなる周波数不適応の原因となる。周波数不適応のもう１つの原因は、平坦でない基板表面の球形の幾何学的影響を適正に較正しなかったことによる。
【００１０】
当該技術分野において、コントローラの発振周波数を、特定のタッチスクリーンの動作周波数に適応させる方法および装置が必要とされている。本発明は、そのような方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、コントローラの周波数を、反射アレイを含む特定のタッチスクリーンの基板の動作周波数条件に適応させる方法および装置を提供する。とりわけ本発明に係るコントローラは、バースト信号を、タッチスクリーンの送信トランスデューサに出力し、あるいはタッチスクリーンの受信トランスデューサからの信号を調整することにより、タッチスクリーンの基板の特定の動作周波数特性に対応するように構成される。
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、まず特定のタッチスクリーンの１またはそれ以上の特性周波数が特定される。そしてこの基板とともに使用されるコントローラの周波数が、基板の測定された１またはそれ以上の特性周波数に適応するように調整され、２つの構成部品を適応したセット（組）として対をなす（カップリングまたはペアリングする）ことができる。別の態様によれば、２つの構成部品（タッチスクリーンの基板とコントローラ）の動作周波数を適応させる前に、基板とコントローラとをカップリングする。カップリングした後に、システムを初期化して、その間にタッチスクリーンの基板の周波数特性が特定される。その後に、コントローラの特性周波数が基板の周波数特性に適応するように調整される。システムは、基板の特性周波数を定期的に再テストし、必要に応じて、コントローラの出力を再調整してもよい。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、主として全体的な周波数不適応による誤差を解消しようとするとき、本発明に係る適応可能なコントローラは、アナログ信号処理技術および水晶基準発振器を採用する。デジタル乗算器を用いて基準発振器の出力を加工（変形）し、送信トランスデューサに送信される所望の周波数を有するトーンバーストを生成し、そして／または受信回路が用いる周波数に変えてベースバンド信号を生成する。バースト長は、バースト回路により決定される。所望の動作周波数は、デジタル乗算器の出力信号を受信トランスデューサの適当に調整された出力信号と比較するミキサ内蔵回路によって決定される。そしてミキサ内蔵回路からの出力信号を用いて所望の動作周波数を決定する。
【００１４】
本発明の別の実施の形態において、全体的および部分的な周波数変動を較正するために、本発明に係る適応可能なコントローラは、デジタル信号処理技術および基準水晶発振器を用いる。この実施の形態において、デジタル信号プロセッサは、一対のミキサから、デジタル化され、かつフィルタ処理された出力を受信する。これらのミキサに対する入力信号は一対の基準信号であり、その一方は９０度で位相シフトされ、適切にフィルタ処理され、かつ増幅された受信トランスデューサＲＦ信号である。この実施形態は、受信信号の位相や振幅等の一式の数学的内容がデジタル化される位相敏感コントローラの使用例である。デジタル化された一式の情報がデジタル信号プロセッサのアルゴリズムにより処理できるとき、ソフトウェアで調整可能な周波数フィルタを受信信号に適用することができる。デジタル信号プロセッサは、メモリに格納された補正値に基づいて、周波数フィルタを、最後のバーストが送信された後、好適には遅延時間に応じて変動する特定の中心周波数に適応させる。すなわちこのシステムは、音波反射アレイの部分的な変動によって生じる変動に適応することができる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態によれば、非水晶局部発振器を用いて、適応可能なコントローラにおける基準信号を得ることができる。そのような発振器を用いることにより、コントローラを十分に小型化して、タッチスクリーンの基板上に直接的に実装することができる。またフィードバックループを用いて、発振器のドリフトを補償することができる。この実施形態において、タッチスクリーンの受信トランスデューサからの調整されたＲＦ信号が、局部発振器の出力信号と混合される。ミキサからのＩＦ（中間周波数）出力信号は、電圧を生成する弁別回路に送信され、その符号は、周波数が所望の周波数よりも高いか低いかによって決まり、その振幅は、所望の周波数からのずれ（逸脱）の度合いによって決まる。弁別器からの出力信号を用いて、タッチスクリーンの周波数と合致するように、局部発振器の周波数を調整する。所望のバースト周波数を実現するために、局部発振器からの安定した出力信号は、中間周波数発振器からの出力と混合される。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態において、バーストは、電圧制御の可変周波数帯域フィルタを用いて、受信回路を処理する回路の中心周波数のみを十分に調整する程度に十分に広帯域である。
【００１７】
以下の明細書および図面を参照することにより、本発明の本質および利点について、さらに詳細に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術による音響タッチスクリーンの概略図である。
【図２】従来技術によるタッチスクリーンの１つの軸について、表面弾性波トランスデューサが受信する波形信号の時間に対する信号振幅を示すグラフである。
【図３】タッチスクリーン上をタッチすることにより波形が妨害されたときの図３と同様の波形の時間に対する信号振幅を示すグラフである。
【図４】図２および図３に示される波形に垂直な方向におけるタッチスクリーンの表面に渡って伝播する波形が妨害されたときのグラフである。
【図５】本発明に係る１つの方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る別の方法を示すフローチャートである。
【図７】全体的な変動を補正する、本発明によるコントローラを示す概略図である。
【図８】図７に示すデジタル乗算器の周波数を調整するために用いられる技術を説明するフローチャートである。
【図９】クアドラチャ・サム検知器を示す概略図である。
【図１０】図１１に示す別の実施形態の方法を説明するフローチャートである。
【図１１】全体的変動および部分的変動を補正する、本発明による適応可能なコントローラを説明する概略図である。
【図１２】図１１および図１５に示す適応可能コントローラで用いられるデジタルバーストプロセッサを説明する概略図である。
【図１３】タッチスクリーン基板に直接的に実装できるコントローラを示す概略図である。
【図１４】図１５に示す別の実施形態による方法を説明する概略図である。
【図１５】全体的変動および部分的変動を頻繁に補正する、本発明による適応可能なコントローラを説明する概略図である。
【図１６】受信中心周波数のみが調整される本発明による適応可能なコントローラを示す概略図である。
【図１７】タッチスクリーン特性に対し、１組の追加のトランスデューサを使用する音響タッチスクリーンを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、従来技術による表面弾性波を用いたタッチスクリーン１００を示す図である。この種のタッチスクリーンは、陰極線管（すなわちＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（すなわちＬＣＤ）、または他の種類のディスプレイとともに利用することが好ましい。一般的な種類の音響タッチスクリーンは、レーリ波を採用する。本明細書において、レーリ波の用語は、準レーリ波を含むものとして使用される、レーリ波タッチスクリーンについて、Adlerらに付与された米国特許第4,642,423号、第4,645,870号、第4,700, 176号、第4,746,914号、第4,791,416号、および再発行特許第33,151号、Brennerらに付与された4,825,212号、第4,859,996号、第4,880,665号、Davis-Cannonらに付与された米国特許第4,644,100号、第5,739,479号、ならびにKentに付与された米国特許第5,708,461号、第5,854,450号に開示されている。ラム波や横波等の他の種類の音波、または（レーリ波を含む）他の種類の音波が組み合わされたものを採用する音響タッチスクリーンも知られている。こうした音響タッチスクリーンは、Kentに付与された米国特許第5,591,945号および第5,854,450号、Knowlesに付与された米国特許第5,072,427号、第5,162,618号、第5,177,327号、第5,243,148号、第5,329, 070号、第5,573,077号、およびKnowlesに付与された米国特許第5,260,521号に記載されている。本願明細書で引用された文書は、あらゆる目的において、ここに一体のものとして統合される。ここで表面弾性波タッチスクリーンについて簡潔に説明し、本発明をより詳細に理解することを支援する。
【００２０】
タッチスクリーン１００は、表面弾性波、たとえばレーリ波、ラブ波、および表面上のタッチ（接触）に敏感な他の波を伝播するのに適した基板１０１を有する。システムは、送信トランスデューサ１０５、受信トランスデューサ１０７、および一対の関連する反射アレイ１０９，１１１を有し、ｘ軸１０３に沿ったタッチ座標軸を決定する。同様のシステムが、送信トランスデューサ１１５、受信トランスデューサ１１７、および関連する反射アレイ１１９，１２１を有し、ｙ軸１１３に沿った座標軸を決定する。送信トランスデューサ１０５，１１５は、通常、プロセッサ１２５により制御されるコントローラ１２３に接続される。同様に、受信トランスデューサ１０７，１１７は、信号処理システム１２７を含むコントローラ１２３に接続される。トランスデューサ１０５，１１５に同時に信号を供給してもよいが、２つの座標検知チャネルの間のインタフェースおよびクロストークを低減するために、順次に信号を供給することが好ましい。順次に信号を検知する手法によれば、多くの必要とされる回路を交互に利用することができるので、重複した回路を設ける必要性を排除して、回路の煩雑さを低減することができる。また回路の複雑さをさらに低減するために、通常、両方の送信トランスデューサ１０５，１１５は、同一周波数を有するバーストを送信する。
【００２１】
以下に、一方の検知チャネルについて詳細に説明する。以下のチャネルについての説明は、第２の検知チャネルに等しく適用される。基板１０１におけるｘ軸１０３に沿ったタッチ座標を決定するために、送信トランスデューサ１０５は、経路１２９に沿ったバースト音波（たとえば、約５マイクロ秒のバースト音波）を発する。このバースト音波が有するバンド幅が比較的広いため、周波数はあまり明確に限定されていない。反射アレイ１０９は、経路１２９に沿って配置される複数の反射素子１３１を有し、各反射素子は、経路１２９に対し約４５度の角度で傾斜するように配置されている。各反射素子１３１は，経路１２９に沿って伝播する音波から、複数の波成分１３３を抽出し、その波成分１３３が好適にはｙ軸１１３に沿って基板１０１の表面に沿って伝播するように設計される。反射アレイ１０９のパターンは、個々の反射素子１３１により反射された個々の波成分がコヒーレントに足し合わされることにより、振幅が実質的に均一の直線的な波面を生成するように設計される。これらの波成分１３３は、反射アレイ１１１内の複数の反射素子１３５により再び結合され、各反射素子１３５により、経路１３７に沿って波成分を受信トランスデューサ１０７に仕向けられる。アレイの個々の反射素子１３５は、経路１３７に沿って配置され、経路に対して約４５度の角度で傾斜する要に配置されている。受信トランスデューサ１０７は、送信トランスデューサ１０５から発せられた音波が、基板１０１に付随する音速によって変化する時間遅延に起因して、短いバーストというより、比較的に長期間の信号（たとえば約１５０マイクロ秒）を受信する。
【００２２】
受信トランスデューサ１０７は、経路１３７に沿って受信される波信号を電気信号に変換する。この電気信号は、たとえば受信波の到着時間について解析される。図２は、そのような波の典型的な時間解析を示すグラフである。時間に対する、受信された波の振幅、すなわちＲＦ（高周波）信号の包絡線が図示されている。時刻ｔ１において、信号が信号源１２３からトランスデューサ１０５に提供される。時刻ｔ２において、最初に波信号がトランスデューサ１０７により受信される。時刻ｔ１とｔ２の間の遅延時間は、波がトランスデューサ１０５から発させられ、アレイ１０９の最初の反射素子１３９に到着し、パネル１０１の表面に渡って伝播し、アレイ１１の最初の反射素子によって反射されるまでの遅延時間に対応する。時刻ｔ３において、最後の波がトランスデューサ１０７に到達する。アレイの反射素子の間隔および設計に依存するが、波が遮られない場合、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの包絡線の振幅は比較的一定である。
【００２３】
図３は、トランスデューサ１０７によって受信される波形の２つ目のグラフである。時刻ｔｔにおいて、波形の振幅は、くぼみ３０１を有することが図示されている。くぼみ３０１は、基板１０１上のある位置１４３における音波の減衰によるものである。信号プロセッサ１２７は、プロセッサ１２５と協働して、ｔ１からｔｔまでの遅延時間を解析することにより、タッチ１４３のｘ座標を計算することができる。同様に、プロセッサ１２５，１２７は、信号源１２３、トランスデューサ１１５，１１７および反射アレイ１１９，１２１と協働して、タッチ１４３のｙ軸を計算することができる。図４は、トランスデューサ１１７が受信した波形のグラフであり、タッチ１４３による減衰くぼみ４０１を示している。
【００２４】
図５および図６は、本発明の適応可能なコントローラに関連した基本的な処理手順を示すフローチャートである。図５に示される方法は、ユーザサイド（ユーザの使用場所）で行ってもよいが、タッチスクリーンシステムの製造過程において行うことが最も好ましい。ステップ５０１において、特定のタッチスクリーンの１つまたはそれ以上の特性周波数が、既知の種々のテスト技術のうち任意のものを用いて決定される。たとえば製造現場でテストされる場合、タッチスクリーンは検査用治具内に配置され、音波が基板の表面を横断するように形成される。タッチスクリーンの１またはそれ以上の特性周波数が決定された後において、そのタッチスクリーンとともに用いられる予定のコントローラの周波数は、測定されたタッチスクリーンの周波数に適応するように調整される（ステップ５０３）。一般には、コントローラの周波数は、所望の周波数が得られるまで調整される。択一的には、コントローラは、得られた出力周波数に応じたコントローラ設定値を記録したルックアップテーブルを有していてもよい。好適には、ルックアップテーブルは個々のコントローラに固有のものであって、すなわち各コントローラはそれぞれのばらつきにより左右されるルックアップテーブルを有する。特定のタッチスクリーンの動作周波数が決定された後、そのタッチスクリーンとカップリングされるコントローラのルックアップテーブルを用いて、コントローラが適正に設定される。コントローラを調整する方法の如何によらず、一旦、コントローラが基板に適応されると、タッチスクリーンシステムをアセンブリすることができる（ステップ５０５）。
【００２５】
図６に示す方法によれば、コントローラとタッチスクリーンの２つの周波数を適応させようとする前に、コントローラとタッチスクリーンとをカップリングする（ステップ６０１）。その後、タッチスクリーンシステムとしてのインストールが完了し（ステップ６０３）、システムの初期化が開始される（ステップ６０５）。システムの初期化中、タッチスクリーンをテストして、１つまたはそれ以上の特性周波数を決定する（ステップ６０７）。好適には、このテスト過程において、単一のバーストテストモードで動作するタッチスクリーンの標準的な送信／受信トランスデューサ（１０５／１０７および／または、１１５／１１７など）を使用する。択一的には、一対の専用トランスデューサを用いてもよい。基板の１つまたそれ以上の特性周波数が決まると、コントローラの周波数を調整して（ステップ６０９）、システムを通常動作できるよう準備する（ステップ６１１）。
【００２６】
上述の方法の図６に示す変形例において、タッチ動作中に、周期的にコントローラを調整するようシステム設計することにより、最適な周波数適応を保証することができる。ただし上述のシステムとは対照的に、タッチスクリーンを再テストし、コントローラを再調整するという周期的なテストシーケンスを実行する（ステップ６１３）。システムが起動シーケンスに入る毎に、または所定の期間が経過する毎に、コントローラを再調整するようにしてもよい。一般に、タッチスクリーンの基板またはコントローラが温度に起因して変動しやすい場合には、コントローラを周期的に調整することが好ましい。ポリマ製の基板が用いられた場合、基板における音波の速度は周囲温度の変化に伴い変動しやすい。同様に、コントローラが、水晶発振器を使用しない場合、基準周波数はドリフト（変動）しやすいので、コントローラを頻繁に適応させる必要がある。
【００２７】
破壊行為等によるタッチスクリーン基板の故障またはコントローラの故障により、タッチスクリーンシステムがユーザサイドで故障した場合、上述の適応可能コントローラは、明らかな利点を有する。コントローラの周波数を適応させることが可能であるため、新しいタッチスクリーンまたは新しいコントローラを、現地にて容易にインストールすることができる。これは、製造業社が修理するためにタッチスクリーンシステム全体を返送し、あるいは現地で交換するために、適応させたタッチスクリーン／コントローラをユーザサイドに送ることに比べて好ましいものである。たとえば既存のタッチスクリーンシステムのタッチスクリーンを交換する必要があるとき、古いコントローラは新たに初期化テストを実行して、新しいタッチスクリーンの１つまたはそれ以上の特性周波数を特定し、コントローラの周波数をその新しい特性周波数に適応させるようにリセットすることができる。択一的には、新しいタッチスクリーンの識別コードを用いて、上述のルックアップテーブルを参照して、コントローラの周波数を設定することができる。同様に、新しいコントローラがユーザサイドで必要となった場合、その新しいコントローラを初期化テストにより既存のタッチスクリーンに適応させるか、あるいはルックアップテーブル、および古いタッチスクリーンの識別コードを参照して設定してもよい。後者の手法によれば、コントローラは、製造業者の工場またはユーザサイドのいずれでも設定することができる。
【００２８】
本発明は数多くの実施形態を有し、各実施形態は、コントローラの周波数をタッチスクリーンの条件（周波数）に適応させる機能を提供する。これらの実施形態において、適応可能コントローラが調整する周波数不一致の発生原因が異なる。図７に示す実施形態は、「全体的な」周波数不適応エラー、すなわちコントローラとタッチスクリーンとの間の周波数適応性に全体的に影響を与えるエラーを課題とするシステムで利用されるものである。たとえば一片のガラスにおける音波の速度は、通常、まさにその組成に応じて変動する。すなわちガラスの組成が、ガラスの生産ロット間、またはガラス供給者間においてばらつきが生じるとき、周波数に影響を与えるファクタが十分に管理されているとしても、音波の速度がガラスの生産ロット間で変動するため、組成のばらつきによって生じるエラーが原因で、タッチスクリーンの全体の周波数特性が影響を受ける。特定の具体例によれば、タッチスクリーンの製造工程においてガラスの焼戻しステップがしばしば必要であるが、ガラスの焼戻しステップの時間および温度特性に依存して、個々のタッチスクリーン間で、特性周波数がばらつく場合がある。
【００２９】
（ガラス組成のばらつきに起因する）時間によらない全体的な周波数不適応エラーを有するタッチスクリーンにおいて、本発明に係る適応可能コントローラは、単一の適応周波数アルゴリズムを用いることが好ましい。この場合、コントローラとタッチスクリーンとの間の不適応が時間により変化しないならば、複数回または連続して周波数を適応させる必要はない。むしろ、この実施形態の意図するところは、無作為に選択されたタッチスクリーンと、無作為に選択されたコントローラ（すなわち、ペアリングされていないタッチスクリーンとコントローラの組）を、最終的なシステムアセンブリの際、またはシステム回復の際に、首尾よくペアリングできるようにすることである。したがって、この適用周波数アルゴリズムは、ペアリングされたタッチスクリーンとコントローラの初期起動シーケンス中に実行されることが好ましい。
【００３０】
図７に示される適応可能コントローラの実施形態は、アナログ信号処理技術を採用する。ただしデジタル信号処理も同様にこの実施の形態で採用できることを理解されたい。コントローラ７００内には、所望の周波数に近い周波数で振動する水晶発振器７０１が設けられている。この基準発振器７０１からの出力は、コントローラ７００内のマイクロプロセッサ７０５と、デジタル乗算器７０３（デジタル分周器ともいう。）に供給される。デジタル乗算器７０３は、マイクロプロセッサ７０５からデジタル乗算器７０３に送られる指令に基づいて、（たとえば水晶発振器の周波数に有理数Ａ／Ｂを乗じることによって）水晶発振器からの出力を数学的に変更し、所望の周波数を生成する。すなわち水晶発振器７０１と協働するデジタル乗算器７０３は、タッチスクリーンに付随するアナログ部品のための主発振器７０４を構成する。
【００３１】
デジタル乗算器７０３からの出力信号を用いてトーンバーストが生成され、トーンバーストは、アナログライン７０７に沿って、タッチスクリーンの送信トランスデューサ（たとえば図１のトランスデューサ１０５，１１５）に出力される。トーンバーストは、乗算器７０３によって出力される周波数を有し、マイクロプロセッサ７０５に接続されるバースト回路７０９によって決定されたバースト長を有する。トーンバーストは、通常、送信トランスデューサに送信される前に、バースト増幅器７１１により調整され、増幅される。
【００３２】
所望の動作周波数を決定するために、受信トランスデューサ（図１の１０７，１１７）からの出力信号は、ライン７１３に介してミキサ内蔵回路７１５に送信される。好適には、トランスデューサからの出力信号は、まずバンドバスパスフィルタ７１７およびＲＦ増幅器７１９を通過する。通常、固定型広帯域フィルタであるバンドバスフィルタ７１７を、主としてノイズ抑制回路として用いて、ＲＦ入力信号を調整する。ＲＦ増幅器７１９は、所望のレベルまで信号を増幅する。ミキサ内蔵回路７１５は、調整され、増幅された受信トランスデューサからの信号の周波数成分を、デジタル乗算器７０３からの出力信号と比較し、相当に緩やかに変動する実質的なＤＣベースバンド信号を出力する。ミキサ内蔵回路７１５からの出力信号は、ＡＤコンバータ７２３によりデジタル化され，マイクロプロセッサ７０５に供給される。任意ではあるが、デジタル化の前に、ローパスフィルタ７２１がミキサ内蔵回路の出力信号を追加的に調整するが、通常ミキサ内蔵回路が制限的な狭帯域フィルタ処理を行う。
【００３３】
上述のように、構成部品７０３は、好適にはＡ／Ｂデジタル乗算器である。ただし包括的には、構成部品７０３は単なる周波数変更回路であり、マイクロプロセッサ７０５からの制御信号に応答して水晶発振周波数を変更する任意のデジタル電子回路、アナログ電子回路、またはデジタル／アナログ混合電子回路であってもよい。
【００３４】
用途によるが、バースト中心周波数または受信中心周波数を適応させるだけで足りる場合がある。バースト中心周波数を適応させるだけで足りる場合、回路７１５は、デジタル乗算器７０３からの入力信号を必要としない。したがって、このコントローラに一般にみられる、より標準的な検知器で置換してもよい。受信中心周波数を適応させるだけで足りる場合には、デジタル乗算器７０３とバースト回路７０９との間を接続する必要はない。
【００３５】
図８は、デジタル乗算器７０３の周波数を調整して、これに接続されるタッチスクリーンの周波数を適応させるために使用される技術を説明するフローチャートである。上述したように、この実施形態は、起動時（ステップ８０１）に、コントローラの周波数をタッチスクリーンの周波数に適応させるものである。択一的には、このシステムは、周期的に、または最初の起動サイクル時にのみ、コントローラの周波数適応を実施するように設計してもよい。
【００３６】
起動ステップ８０１の後、マイクロプロセッサ７０５は、所定の周波数範囲を通して、デジタル乗算器７０３の出力信号を掃引する（ステップ８０３）。コントローラは、好適には、まず大まかに（粗く）調整処理を実行した後、緻密に（細かく）調整処理を実行するが、これら２つの調整処理を組み合わせて、単一の走査シーケンスを行うことができる。したがってステップ８０３では、所定の周波数範囲が比較的大きい周波数ステップを用いて走査される。各周波数ステップに対するＡＤコンバータ７２３の出力信号が収集され（ステップ８０５）、主発振器の出力信号とタッチスクリーンとの間の最も近い適応を示す最大信号振幅が選択される（ステップ８０６）。次に、より小さい周波数ステップを用いて、先に選択された周波数付近で主発振器の出力周波数を走査することにより、この走査／最適化処理を繰り返して行う（ステップ８０７−８０９）。そしてタッチスクリーンの特性周波数に最も近いものとしてステップ８０９で決定された周波数が、メモリに入力され（ステップ８１１）、主発振器回路の出力信号の周波数を所望の周波数に確実に維持することができる。
【００３７】
図８は２段階の周波数走査方法を示すものであるが、所望の出力周波数を決定するために他の数多くの技術があることを当業者ならば理解されるところである。本発明は、たとえばディザ法または逐次近似法も採用することができる。
【００３８】
図８の基本的なアルゴリズムは、ＡＤコンバータの合計の使用を必要としない。一般に、ステップ８０５，８０８は、周波数不適応の程度を示唆する任意の測定可能量を収集することを表し、ステップ８０６，８０９は、許容範囲内の小さな周波数不適応に相当する測定可能量を選択することを表すものである。たとえば、マイクロプロセッサ７０５は、所定の時間間隔において、受信信号およびデジタル乗算器７０３の出力信号の両方のＲＦサイクル数をカウントしてもよい。ＲＦサイクル数の差により周波数不適応を測定することができる。同じ目的を達成する他の回路および技術が当業者に広く知られている。
【００３９】
図９は、ミキサ内蔵回路７１５の例示的な具体例として、クアドラチャ・サム（quadrature-sum）検知器を示す。調整されたＲＦ入力信号９０１は、ミキサ９０３のデジタル乗算器７０３から出力された発振器と混合される。ミキサ９０３は、２つの入力周波数の和周波と、差周波を出力する。和周波は、約１０ＭＨｚであり、ローパスフィルタ９０５を用いて除去される。残った周波数は、０に近い、即ちベースバンドである。上述の単一のミキサ回路を用いて、ベースバンド信号を出力するが、その出力信号は、発振器出力とＲＦ入力信号の相対的位相に依存する。相対的な位相の独立性を達成するために、すなわちＡＤコンバータ７２３によりデジタル化された波形のビートパターンを避けるために、クアドラチャ・サム検知器は、図９に示すように２つのチャネルを有する。図示のように、第２のミキサ９０７を用いて、発振器から入力される周波数の位相を９０度で位相シフトする。第２のミキサ９０７の出力信号は、別のローパスフィルタ９０５を通過した後、クアドラチャ・サム回路９０９において第１のチャネルからの出力信号と合計される。回路９０９の出力信号は、ビートパターンのないベースバンド信号９１１であり、受信された信号の正確な位相から独立している。事実上、図９のクアドラチャ・サム検知器は、その中心周波数が調整可能で、デジタル乗算器７０３の出力の周波数によって制御される狭帯域バンドバスフィルタを提供する。
【００４０】
図９に示すミキサ９０３，９０７は、他の利用可能なミキサ内蔵回路の構成部品であると同様に、クアドラチャ・サム検知器の必須の構成部品である。ミキサ９０３は、たとえばライン７１３からの信号とソース７０４の出力信号とを結合して、２つの入力信号の関数であり、それらの周波数の差の関数である所望の出力を得る。クアドラチャ・サム検知器全体を必要としない場合がある。たとえば、バースト周波数のみを調整する必要がある場合、必要とされる出力信号の値は、ライン７１３からの信号とソース７０４からの信号との差のビートである。そのような差周波信号は、ダイオードミキサにより容易に生成できる。もちろん、他のミキサデバイスが当業者に知られており、本発明の変形例において利用することができる。
【００４１】
図１０−１２に示す本発明の別の実施形態において、コントローラは、全体的な変動、すなわちタッチスクリーン全体の特性周波数に一定の影響を与える周波数変動、および部分的な変動、すなわちタッチスクリーンの部分的な領域内における周波数変動の両方に適応できるようにプログラムすることが可能である。例示的な目的において、この実施形態はデジタル信号処理技術を用いる。ただし、この実施形態は、同様にアナログ信号処理技術を用いて実行できることを理解されたい。
【００４２】
図１０は、この実施形態に関連した手順を説明するフローチャートである。必要とされるアレイ堆積ステップ、およびガラス焼戻しステップを含むタッチスクリーン基板の製造が完了した後、アレイの部分的変形の影響を含むタッチスクリーンの特性周波数が測定される（ステップ１００１）。好適には、これらの測定は、製造フロアテスト設備を用いて製造工場内で行われる。これらの測定に基づいて、通常、一連の周波数補正値がｘ軸座標およびｙ軸座標の両方に対する遅延時間の関数として計算される（ステップ１００３）。その後、個々のタッチスクリーンに固有の補正値の組は、その後、この特定のタッチスクリーンとカップリングされる（ステップ１００７）適応可能コントローラ１１００のメモリにロードされる（ステップ１００５）。ステップ１００５およびステップ１００７は、順番が逆になってよく、タッチスクリーン基板の周波数変動の測定ステップ１００１は、補正値計算ステップ１００３と組み合わせてもよいことが理解される。
【００４３】
図１０に示す方法を若干変更した変形例によれば、各タッチスクリーン基板に識別コードが付与される。好ましくは製造業社、販売者またはその両方により、識別コードと、各識別コードに付随する固有の補正値とに関するテーブルが記録される。すなわち、たとえば破損等によりコントローラを交換することが必要になった場合、ユーザは、必要な補正値を事前に読み込んだ新しいコントローラを入手するために、識別コードを通知するだけでよい。
【００４４】
本発明に係る図１１および図１２の実施形態において、適応可能コントローラ１１００は、基準用として、発振器１１０１を利用する。周波数ソースとして、安定した水晶発振器を利用することが好ましい。発振器１１０１からの出力信号は、分周器／位相シフタに送られる。その分周器／移相器は、約２２Ｍｈｚの周波数から約５．５３ＭＨｚの所望の周波数まで周波数を分周し、出力信号の一部を９０度だけ位相をシフトする（移相する）。そして位相シフトされない発振周波数１１０５および位相シフトされた発振周波数１１０７は、ミキサ１１０９，１１１１内において、適当にフィルタ処理され、増幅された受信トランスデューサのＲＦ信号と混合される。コントローラ７００の場合と同様に、タッチスクリーン受信トランスデューサからのＲＦ信号は、通常、固定型の広帯域フィルタである帯域フィルタ１１１３でフィルタ処理され、種々のノイズ成分を除去し、所望の信号レベルを達成するために増幅器１１１５により増幅される。
【００４５】
ミキサ１１０９，１１１１の出力信号は、複素平面におけるｘ信号およびｙ信号の振幅を表す。すなわち一対のミキサと、一方が９０度の位相シフトされた一対の基準信号とを用いることにより、位相と、位相とは無関係の複素表示の振幅を特定することができる。ミキサ１１０９，１１１１の出力信号はそれぞれ、一対のローパスフィルタ１１１７，１１１９を通過した後、ＡＤコンバータ１１２１，１１２３でそれぞれデジタル化される。そして、これらの信号は、デジタル信号プロセッサ（すなわちＤＳＰ）１１２５に送信される。
【００４６】
ＤＳＰ１１２５は、中心周波数とバンド幅の両方を数学的に制御することができる周波数フィルタとして機能する。ＤＳＰ１１２５を数学的に制御して、制御可能なバンド幅および中心周波数を得る方法は、当業者に広く知られているので、ここでは詳細に説明しない。メモリ１１２７がＤＳＰ１１２５に接続される。メモリ１１２７は、特定のタッチスクリーン（すなわちコントローラ１１００とカップリングされたタッチスクリーン）の周波数特性を測定することによって得られる補正値を格納する。ＤＳＰ１１２５は、メモリ１１２７内に格納された補正値に基づいて、特定の中心周波数に応答する。好適には、ＤＳＰ１１２５は、遅延信号に応じて変化する中心周波数に応答し、音波反射アレイにおける部分的変動に起因する変動を参酌する。
【００４７】
図１１のアイテム１１２５は、その一般的な用語の意味において、デジタル信号プロセッサ（すなわちＤＳＰ）である。デジタル信号処理とは、ＡＤコンバータ１１２１，１１２３からのデジタル信号の数学的またはデジタル的な処理を意味する。ＤＳＰ１１２５は数多くの方法で実現することができる。たとえば、ＤＳＰ１１２５はマイクロプロセッサ１１３１により実行されるプログラムコードであってもよい。択一的には、ＤＳＰ１１２５は音波タッチスクリーン用コントローラのためにカスタム設計されたデジタル回路であってもよい。さらに、デジタル信号処理は、それに限定されないが、電子エンジニアがしばしば引用する「ＤＳＰチップ」というパッケージ化されたシリコンチップで行ってもよい。
【００４８】
送信トランスデューサバーストを発するために、水晶発振器１１０１からの出力信号がデジタルバースト回路１１２９に供給される。バースト回路１１２９は、マイクロプロセッサ１１３１から受信した指示に従って、この出力信号を処理し、その後、永久メモリ１１２７から所望の中心周波数に関する指示を受信する。必要ならば、ライン１１３５を介して送信トランスデューサに送信される前に、デジタルバースト回路１１２９の出力が、バースト増幅器１１３３により増幅される。
【００４９】
図１２は、デジタルバースト回路１１２９の具体例を示す概略図である。バースト回路１１２９は、マイクロプロセッサ１１３１に接続されたビットレジスタ１２０１（たとえば６４×８ビットレジスタ）を内蔵する。マイクロプロセッサ１１３１は、所望のビットパターン（すなわち永久メモリ１１２７の出力信号に呼応して、マイクロプロセッサ１１３１により生成されたデジタルパターン）をレジスタ１２０１にロードする。そのビットパターンは、バースト中心周波数を決定する。各バーストについて、レジスタ１２０１にロードされたビットパターンは、バーストを生成するためにクロックアウトされるシフトレジスタ１２０３にラッチされる。理解されるように、異なるビットパターンを用いて、タッチスクリーンのｘ座標およびｙ座標についてバースト中心周波数を決定することにより、２つの軸の間の変動を参酌することができる。ビットパターンは、メモリ１１２７からの周波数補正データに呼応して、あるいはマイクロプロセッサ１１３１により計算されるか、あるいはメモリ１１２７に直接的に記録してもよいことに留意すべきである。
【００５０】
この実施形態に係る適応可能コントローラを利用できる別の具体例において、タッチスクリーンは、回折格子トランスデューサを用いる。回折格子トランスデューサにおいて、圧電素子が基板の後面に配設され、回折格子が基板の前面に配設される。回折格子を用いて、圧電素子により生成された圧力波をコヒーレントに回折して、基板の表面に沿って伝播する音波を生成する。こうした回折格子トランスデューサは、動作周波数がガラス厚共鳴周波数と一致するとき、最も効率的であることが確認されている。基板のガラス厚共鳴周波数は、基板の厚さに依存するので、好適には、まずガラス厚さを測定した後、最適動作周波数を計算し、その最適動作周波数に対する適当な反射アレイおよび回折格子が設計される。そして本発明に係る適応可能コントローラ、たとえばコントローラ１１００を用いて、コントローラの周波数をタッチスクリーンの特性周波数に適応させる。ただしこの実施形態のいくつかの応用例と異なり、この具体例においては、適応可能コントローラが基準発振器の周波数から１０〜２０％程度、バースト周波数を変動させる機能を有することが必要である。任意の受信帯域フィルタ、たとえばフィルタ１１１３は、調整可能であるか、または十分に広帯域バンドであり、タッチスクリーンの特性周波数の変動範囲を十分にカバーすることが必要である。
【００５１】
図１３は適用可能コントローラの別の実施形態を示す概略図であり、このコントローラは、タッチスクリーン基板に直接的に実装されるため、大きさと費用の両方の点で利点がある。この実施形態において、水晶発振器は、局部発振器１３０１と置換されるため、所望の大きさが得られる。局部発振器１３０１は、たとえばシリコンチップ上の回路部品だけで構成されるものであってもよい。水晶発振器に対して局部発振器１３０１にドリフトがあると、必要とされる周波数の安定を実現するために、フィードバックループが求められる。フィードバックループにより、コントローラ１３００は、盛んに、すなわち反復して、発振周波数を所望の周波数に適応させる。
【００５２】
上述の実施形態と同様、タッチスクリーンの受信トランスデューサからのＲＦ信号は、まず帯域フィルタ１３０３および増幅器１３０５を通過することにより調整される。調整されたＲＦ信号は、ミキサ１３０７において局部発振器１３０１の出力信号と混合される。発振器１３０１は、たとえば入力電圧により周波数が制御される可変周波数発振器である。コンデンサ１３０８と発振器１３０１との間の適当なバッファ回路を用いて、発振器１３０１は、電流等の他の種類の電気的な入力信号を提供することができる。この実施形態において、局部発振器または基準発振器は、タッチスクリーンの周波数よりも大きい周波数で作動する。たとえば名目上、５．５ＭＨｚのタッチスクリーン周波数に対して、発振器１３０１は、約６ＭＨｚの周波数で作動するものであってもよい。その後、ミキサ１３０７からの出力信号は約５００ｋＨｚの中間周波数に設定される。
【００５３】
ミキサ１３０７から出力される中間周波数信号は、弁別器１３１１に入力される前に、帯域フィルタ１３０９を通過する。弁別器１３１１は、中間周波数信号の周波数が弁別器１３１１の中心周波数よりも高いか低いかに依存する符号を有し、弁別器の中心周波数との差異の程度に依存する振幅を有する電圧を生成する。そして弁別器１３１１からの出力信号を用いて、バラクタダイオードにより、局部発振器１３０１の周波数を調整して、弁別器の出力信号の電圧をゼロ近くまで低減する。制御プロセッサ１３１４に接続されたスイッチ１３１３は、サンプルホールド回路の一部であり、これにより局部発振器１３０１をバーストサイクル／受信サイクルの間で先に特定された周波数で保持することができる。スイッチ１３１３は、受信サイクルの間閉じられる。
【００５４】
システム起動中、局部発振器１３０１は、相当のマージンで所望の周波数から逸脱して、フィードバックループが発振器を有効に安定化させることを阻害する場合がある。このとき好適には、コントローラ１３００は、フィードバックループが機能するまで、局部発振器１３０１の周波数を徐々に調整するランプ機能を有する。ある動作モードにおいて、起動中、スイッチ１３１３は開いており、第２のスイッチ１３１５は閉じている。デジタルアナログ変換器（すなわち、ＤＡＣ）１３１７は、マイクロプロセッサ１３１４の制御下で、発振器１３０１の周波数を調整し、検知器１３１９でミキサ１３０７の出力信号を見ながら、その周波数を増大（または低減）させる。検知器１３１９は、ＡＤコンバータ１３２１を介してマイクロプロセッサ１３１４に接続されている。検知器１３１９の出力信号が、所定のしきい値を超えて、局部発振器１３０１が所望の周波数に近似していることを示すとき、マイクロプロセッサ１３１４は、フィードバックループが局部発振周波数を微調整できるように、スイッチ１３１５を開き、スイッチ１３１３を閉じる。択一的には、起動中に、スイッチ１３１３およびスイッチ１３１５の両方を閉じてもよい。このモードにおいて、発振周波数が帯域フィルタ１３０３の帯域内に入ると、マイクロプロセッサ１３１４は、スイッチ１３１５を開いて、この時点により以降、フィードバックループが周波数を微調整できるようにする。
【００５５】
上述の実施形態と対照的に、局部発振器１３０１の周波数は、所望のバースト周波数に調整されない。むしろ、局部発振器１３０１の周波数がタッチスクリーンの周波数に追随して、局部発振器の周波数とタッチスクリーンの周波数との間の差が一定となるように（この具体例では、５００ｋＨｚ）維持される。したがって、所望のバースト周波数を達成するために、局部発振器１３０１からの安定化させた出力信号は、第２のミキサ１３２３において中間周波数発振器１３２５からの出力信号と混合される。中間周波数発振器１３２５は、中間周波数帯域フィルタ１３０９と同じ周波数（この具体例では約５００ｋＨｚ）で作動する。ミキサ１３２３からの出力信号は、所望のバースト周波数（この具体例では約５．５ＭＨｚ）を有する。帯域フィルタ（図示せず）は、ミキサ１３２３とバースト回路１３２７との間に挿入され、ミキサ１３２３からの所望の和周波または差周波のみを通過させる。上述の実施形態と同様、この周波数におけるトーンバーストの長さは、マイクロプロセッサ１３１４に接続されるバースト回路１３２７によって制御される。通常、トーンバーストは、タッチスクリーンの送信トランスデューサの１つに対するライン１３３１に沿って出力される前に、バースト増幅器１３２９により所望の振幅に増幅される。
【００５６】
図１３における回路は、受信信号のＲＦ周波数をより低い周波数だけシフトする回路の具体例であるが、シフトさせる周波数は、必ずしも約５００ｋＨｚ等のベースバンドではない。これは、適応可能な周波数コントローラの設計者により広く利用される技術である。より低い周波数の選択は、ＲＦ周波数とベースバンドとの間であればどこでもよい。その最適値は、特定の回路、ノイズ源等の詳細に依存する。
【００５７】
図１４−１５は、基板上の音波の速度が使用中に変動するタッチスクリーンに最も適した本発明の別の実施形態を示す。たとえば上述のように、ポリマ製基板上の音波の速度特性は温度に依存する場合がある。したがって、ポリマ製基板を有するタッチスクリーンは、使用中に（たとえば室温全体の変化に起因して）全体的変動、または（スクリーンの異なる部分により温度が異なることに起因して）部分的変動を生じる場合がある。図１４および図１５に示す実施形態は、こうした変動に適応できるように設計されている。
【００５８】
図１４は、実施形態の方法を示すフローチャートであって、コントローラ１５００は、頻繁に適応させる必要があるタッチスクリーンに接続されている。この実施形態において、第１のステップは、タッチスクリーンがタッチ（接触）を検知したか否かを判断することである（ステップ１４０１）。タッチを検知しない場合、コントローラ１５００は、タッチスクリーンの周波数特性を決定するテストシーケンス（テストルーチン）を実行する。好適には、その最初のステップは、テストルーチンを最後に行ってから経過した時間を判断することにある（ステップ１４０３）。あらかじめ設定された時間が経過していない場合（ステップ１４０５）、そのシステムループは開始点に戻る。あらかじめ設定された時間が経過していた場合、システムは、基板のｘ座標およびｙ座標に対し、基板の周波数特性を測定し（ステップ１４０７）、１組の補正値を決定する（ステップ１４０９）。これらの補正値はコントローラのメモリに記録され（ステップ１４１１）、システムループは開始点に戻る（ステップ１４１３）。そしてタッチを検知すると（ステップ１４１５）、システムは、タッチ座標を特定し（ステップ１４１７）、これらの座標を動作システムに送る（ステップ１４１９）。
【００５９】
頻繁に適応可能なコントローラ１５００を図１５に示す。このコントローラは、いくつかの一部変更点を除き、基本的にコントローラ１１００と同じのものである。たとえば、永久メモリ１１２７を一時メモリ１５０１で置換している。コントローラ１１００と同様、メモリ１５０１は、タッチスクリーンの特性周波数の変動を補正するために必要な周波数補正値を記憶する。この実施形態に係る一時メモリは、上述のように、コントローラ１５００が補正値を周期的に更新するときに必要となる。さらにメモリは、周期的に更新する必要があるので、マイクロプロセッサ１１３１に対して双方向に通信する。したがって、特性テストシーケンスの際、マイクロプロセッサ１１３１は、ＤＳＰ１１２５の出力信号を用いて、所望の周波数補正値を決定し、メモリ１５０１に記憶する。
【００６０】
図１１に示す実施形態において、デジタルバーストプロセッサ１１２９は、所望のバースト周波数を有するバースト信号を出力する。さらに出力されたバースト信号の電力スペクトルは、一時メモリ１５０１に記憶された補正値に基づいて調整される。個々のＲＦパルスの位相の時間変調（たとえば、ｓｉｎ（ｘ）／ｘ曲線に基づくパルス位相）、バーストトレインの振幅変調（たとえば、異なる長さの一連のデジタルパルスの台形包絡線またはスタック）、またはＲＦサイクルのユニットにおける非積分バースト長を用いることなどを含む、さまざまな技術を用いて、バースト電力スペクトルを調整することができる。
【００６１】
図１６に示す実施形態によれば、処理される受信信号の中心周波数のみが調整され、バースト信号の周波数は調整されない。この実施形態は、バーストが極めて短く、たとえばＲＦ信号の１０サイクル未満の期間を有し、タッチスクリーンの特性周波数における予期される変動をカバーするほど十分に広帯域であるとき、バースト信号の周波数を調整する必要がない場合において適用することができる。
【００６２】
図１６に示すように、マイクロプロセッサ１６０１は、名目上のＲＦ動作周波数を受信し、送信トランスデューサ（図示せず）を実行するバースト回路１６０３を起動する。上述の実施形態と同様に、バースト増幅器１６０５を用いて、バースト回路１６０３の出力信号を調整することができる。受信回路チェーンにおける狭帯域フィルタは可変帯域フィルタ１６０７である。可変帯域フィルタ１６０７の中心周波数はＤＡ変換器１６０９により提供される電圧によって制御され、ＤＡ変換器１６０９はマイクロプロセッサ１６０１によって制御される。フィルタ１６０７等の可変帯域フィルタに関する適当な回路設計は、当業者により広く知られているので、さらに説明しない。受信トランスデューサ（図示せず）からの信号は、中心周波数を決定する可変帯域フィルタ１６０７を通過する前に、相対的に広い帯域フィルタ１６１１を通過し、増幅器１６１３により増幅してもよい。その信号は、検知器１６１５により、ＲＦ信号からベースバンド信号に変換され、ＡＤコンバータ１６１７でデジタル化される。マイクロプロセッサ１６０１は、たとえば図８に示す処理を用いることにより、ＤＡ変換器１６０９に対する最適な設定を決定する。そして最適なＤＡ変換器の設定はメモリ１６１９に記憶され、マイクロプロセッサ１６０１は通常のタッチ処理の間、記憶された値を用いる。ｘ信号およびｙ信号に対して、個別のＤＡ変換器の値を記憶してもよい。
【００６３】
上述の各実施形態において、タッチ検知に用いられるトランスデューサ、たとえばトランスデューサ１０５，１０７，１１５および１１７を用いて、コントローラをタッチスクリーンに適応させることが好ましい。すなわち、たとえばトランスデューサ１０５が発し、トランスデューサ１０７が受けた音波から生じた受信信号を、本発明に係る適応可能なコントローラの基準周波数として用いるか、あるいは従来式のタッチスクリーンと同一または類似の手法によりタッチ情報を提供するものとして用いることができる。ただし、タッチスクリーンの特性周波数を決定して、コントローラを適応させるために用いられるトランスデューサは、タッチ検知および情報収集のために用いられるトランスデューサと同じである必要はない。たとえば、図１７に示すように、１対のトランスデューサ１７０１，１７０３を遅延ラインフィードバック発振器（図示せず）において用いて、タッチスクリーンの特性周波数を決定するが、タッチ検知の際に用いられるトランスデューサ１０５，１０７，１１５，１１７を追加することができる。択一的には、個別の反射アレイを有する別個の変換器を、タッチスクリーン基板の背面に設けてもよい。好適には、追加したトランスデューサの入力信号および出力信号は、コントローラ７００のライン７０７，７１３、またはコントローラ１１００，１３００または１５００の相当するラインで多重化される。この方法は、タッチ検知音波経路の必要性と独立して、周波数基準信号の特性を最適化する自由度が得られる。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態が、これまでに説明および図示されてきたが、本発明に係る適応方法を用いた他の実施形態が考えられることが理解されるべきである。加えて、上述の実施形態の種々の態様が、本発明から逸脱することなく変更できることを理解すべきである。たとえば、図１３に示す実施形態で用いられる非水晶基準発振器およびフィードバックループは、図１１および図１２で示す実施形態で用いられる水晶発振器の代わりに用いてもよい。すなわち本発明は、その精神または必須の特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化できる。したがって、ここでの開示および説明は、特許請求の範囲で示される本発明の範囲を説明するために例示するものであって、限定するためのものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１００  タッチスクリーン
１０１  基板
１０５，１１５  送信トランスデューサ
１０７，１１７  受信トランスデューサ
１０９，１１１  反射アレイ
１２３  コントローラ
１２５  プロセッサ
１２７  信号プロセッサ
１７０１，１７０３  トランスデューサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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