(57)【要約】粘弾性効果により誘発されたエラーを有する１個以上のセンサー信号を補正する方法およびシステムを提供する。エラーは、線型または非線型関数の組合せを用いて特徴化することができる。エラーの特徴化を用いて、センサー信号からエラーを減らすことができる。本発明の一態様において、センサー信号をフィルタリングし、補正係数を生成すべくフィルタ回路の出力をスケーリングしてセンサー信号から補正係数を減算することにより、粘弾性効果に付随するエラーがセンサー信号から減らされる。補正されたセンサー信号を用いて、タッチスクリーン上の押圧位置特定の精度を向上させることができる。
2005526337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチスクリーン上の押圧位置を特定する方法であって、
押圧力のステップ変化への初期応答、すなわち一定期間にわたり前記センサー信号の単調増加により増幅されている初期応答により特徴化された１個以上の押圧力応答センサー信号を検知するステップと、
センサー信号の前記単調増加を反映した補正値を準備するステップと、
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップとを含む方法。
【請求項２】
一定の押圧力が維持されている間、前記単調増加が漸近値に近づく、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単調増加が１個以上の指数的に減少する時間関数の加重和に従って前記漸近値に近づき、前記１個以上の関数が１個以上の異なる時定数により特徴化される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記補正値を準備するステップが、単調増加する応答と、前記１個以上の指数的に減少する時間関数の加重和に従う前記漸近値との差異をモデル化するステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記単調増加が、前記押圧力のステップ変化を適用した後で０．５秒より長く前記漸近値と大幅に異なる、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップが、
前記補正値を用いて第一のセンサー信号を補正するステップと、
前記補正された第一のセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一のセンサー信号が２個以上の信号の加重和を含む派生センサー信号である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記補正値を用いて前記第一のセンサー信号を補正するステップが、前記第一のセンサー信号から前記補正値を減算するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記補正値を用いて前記第一のセンサー信号を補正するステップが、前記第一のセンサー信号が派生された信号を前記補正値で代替するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
補正値を準備するステップが、線型かつ時間不変演算子を、前記１個以上のセンサー信号の少なくとも１個を含む第一の加重和に適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップが、
前記補正値を少なくとも１個のセンサー信号から減算して補正センサー信号を生成するステップと、
前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記線型かつ時間不変演算子を適用するステップが、前記第一の加重和の１個以上の一次ローパスフィルタリングの第二の加重和を求めるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップが、
前記第一の加重和を補正値で代替して補正された信号を生成するステップと、
前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記線型かつ時間不変演算子を適用するステップが、前記第一の加重和の１個以上の一次ローパスフィルタリングの加重和を、前記第一の加重和から減算するのと数学的に等しい演算子を適用するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
機械的に押圧面に接続された複数のタッチセンサーを用いて、タッチスクリーン上の押圧位置を特定する方法であって、
粘弾性により生じた押圧力への比例応答からの偏差を有する、少なくとも第一の押圧力応答センサー信号を検知するステップと、
粘弾性により生じた前記偏差を反映した補正値を準備するステップと、
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記粘弾性が主に線型粘弾性である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記偏差が主に、１個以上の指数的に減少する時間関数の加重和に対応し、前記１個以上の関数が１個以上の異なる時定数により特徴化される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記補正値を準備するステップが、
前記１個以上の指数的に減少する時間関数の加重和として前記偏差をモデル化するステップと、
そのようにモデル化された前記偏差を反映した補正値を準備するステップとを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記押圧力が除去された後も前記偏差が０．５秒より長く顕著であり続ける、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップが、
前記補正値を用いて少なくとも第二のセンサー信号を補正するステップと、
前記補正された第二のセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第二のセンサー信号がセンサー信号の加重和を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記補正値を用いて前記第二のセンサー信号を補正するステップが、前記第二のセンサー信号から前記補正値を減算するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記補正値を用いて前記第二のセンサー信号を補正するステップが、前記補正値が派生された信号を前記補正値で代替するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記補正値を準備するステップが、線型かつ時間不変演算子を、前記第一のセンサー信号を含む第一の加重和に適用するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップが、
第二のセンサー信号から前記補正値を減算して補正された第二のセンサー信号を生成するステップと、
前記補正された第二のセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記線型かつ時間不変演算子を適用するステップが、前記第一の加重和の１個以上の一次ローパスフィルタリングの第二の加重和を求めるステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記補正値を用いて押圧位置を特定するステップが、
前記第一の加重和を前記補正値で代替して補正された第二のセンサー信号を生成するステップと、
前記補正された第二のセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記線型かつ時間不変演算子を適用するステップが、前記第一の加重和の１個以上の一次ローパスフィルタリングの第二の加重和を、前記第一の加重和から減算するのと数学的に等しい演算子を適用するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
機械的に押圧面に接続された複数のタッチセンサーを用いてタッチスクリーン上の押圧位置を特定する方法であって、
粘弾性効果により誘発されたエラーを有する１個以上の力応答センサー信号を検知するステップと、
前記粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより、１個以上のセンサー信号を補正するステップと、
前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む方法。
【請求項３０】
前記１個以上の力応答センサー信号を検知するステップが、予測可能なエラーを有する１個以上のセンサー信号を検知するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記１個以上のセンサー信号を補正するステップが、
前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化するステップと、
前記１個以上のセンサー信号内のエラーを減らすステップとを更に含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化するステップが、指数関数を用いてエラーを特徴化するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記１個以上のセンサー信号内のエラーの特徴化に用いる指数関数が実験的に決定された時定数を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化するステップが、いくつかの指数関数の加重和を用いてエラーを特徴化するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記１個以上のセンサー信号を補正するステップが、
未補正センサー信号をフィルタリングして、フィルタリングされたセンサー信号を生成するステップと、
スケーリング係数により前記フィルタリングされたセンサー信号をスケーリングして補正係数を生成するステップと、
前記未補正センサー信号から前記補正係数を減算するステップとを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記未補正センサー信号をフィルタリングするステップが、前記未補正センサー信号の一次フィルタリングを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記未補正センサー信号をフィルタリングするステップが、所定の時定数を用いて前記未補正センサー信号をフィルタリングするステップを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記１個以上のセンサー信号を補正するステップが、連続時間アナログ処理を用いて前記１個以上のセンサー信号を補正するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
前記１個以上のセンサー信号を補正するステップが、離散時間デジタル処理部を用いて各センサー信号を補正するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
押圧面と、
複数のタッチセンサーであって、前記押圧面に物理的に接続されていて、前記押圧面に加えられた押圧力に応答してセンサー信号を生成するタッチセンサーと、
前記タッチセンサーに接続された制御システムであって、粘弾性効果により誘発される１個以上のエラーを有する１個以上のセンサー信号を検知して、前記粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより前記１個以上のセンサー信号を補正し、前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定すべく構成された制御システムとを含むタッチスクリーン・システム。
【請求項４１】
前記タッチセンサーが容量型力センサーを含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記制御システムが１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化して、前記１個以上のセンサー信号内のエラーを減らすべく構成された、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４３】
前記制御システムが前記１個以上のセンサー信号内のエラーを指数関数として特徴化すべく構成された、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号内のエラーをいくつかの指数関数の加重和として特徴化すべく構成された、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記制御システムが、エラーを有する１個以上のセンサー信号を補正して、前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するプロセッサを含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４６】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号を補正すべく構成されたデジタル処理部回路を更に含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４７】
前記制御システムが、
前記未補正センサー信号をフィルタリングするためのフィルタ回路と、
前記フィルタ回路に接続されていて、前記フィルタ回路の出力をスケーリングして補正係数を生成するスケーリング回路と、
前記未補正センサー信号から前記補正係数を減算して前記補正されたセンサー信号を生成する加算回路とを更に含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４８】
前記フィルタ回路が所定のゲインを有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号を補正すべく構成されたアナログ回路を更に含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項５０】
タッチスクリーン表示システムであって、
押圧面と、
複数のタッチセンサーであって、前記押圧面に物理的に接続されていて、前記押圧面に加えられた押圧力に応答してセンサー信号を生成するタッチセンサーと、
前記タッチセンサーに接続された制御システムであって、粘弾性効果により誘発されるエラーを有する１個以上のセンサー信号を検知して、前記粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより前記１個以上のセンサー信号を補正し、前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定すべく構成された制御システムとを含むタッチスクリーン・システムと、
前記タッチスクリーン・システムを介して情報を表示するディスプレイとを含むタッチスクリーン表示システム。
【請求項５１】
前記ディスプレイが液晶ディスプレイ、発光ダイオード・ディスプレイ、プラズマ・ディスプレイまたは陰極線管ディスプレイを含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化して、前記センサー信号内のエラーを減らすべく構成された、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記制御システムが、指数関数を用いて前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化する、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記制御システムが、いくつかの指数関数の加重和を用いて前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化する、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５５】
前記制御システムが、エラーを有する１個以上のセンサー信号を補正し、前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するプロセッサを含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号を補正すべく構成されたデジタル処理部回路を更に含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５７】
前記制御システムが、
未補正センサー信号をフィルタリングするフィルタ回路と、
前記フィルタ回路に接続されていて、前記フィルタ回路の出力をスケーリングして補正係数を生成するスケーリング回路と、
前記未補正センサー信号から前記補正係数を減算して前記補正されたセンサー信号を生成する加算回路とを更に含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５８】
前記フィルタ回路が所定のゲインおよび所定の時定数を有する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５９】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号を補正すべく構成されたアナログ回路を更に含む、請求項５０に記載のシステム。
【請求項６０】
表示システムであって、
押圧面と、
複数のタッチセンサーであって、前記押圧面に物理的に接続されていて、前記押圧面に加えられた押圧力に応答してセンサー信号を生成するタッチセンサーと、
前記タッチセンサーに接続された制御システムであって、粘弾性効果により誘発されるエラーを有する１個以上のセンサー信号を検知して、前記粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより前記１個以上のセンサー信号を補正し、前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定すべく構成された制御システムとを含むタッチスクリーン・システムと、
前記ディスプレイ上に表示するデータおよび前記タッチスクリーン・システムから受信した情報を処理すべく前記ディスプレイおよび前記タッチスクリーン・システムに接続されたプロセッサとを含む表示システム。
【請求項６１】
前記ディスプレイが前記タッチスクリーンを介して情報を表示する、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
前記ディスプレイが液晶ディスプレイ、発光ダイオード・ディスプレイ、プラズマ・ディスプレイまたは陰極線管ディスプレイを含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６３】
前記プロセッサが、前記ディスプレイに表示された情報と関連して前記タッチスクリーンに行なわれた押圧に関する情報を受信する、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６４】
前記制御システムが、前記エラーを有する前記１個以上のセンサー信号を補正して、前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するプロセッサを含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６５】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号内のエラーを特徴化して、前記１個以上のセンサー信号内のエラーを減らすべく構成された、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６６】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号を補正すべく構成されたデジタル処理部回路を更に含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６７】
前記制御システムが、
前記未補正センサー信号をフィルタリングするためのフィルタ回路と、
前記フィルタ回路に接続されていて、前記フィルタ回路の出力をスケーリングして補正係数を生成するスケーリング回路と、
前記未補正センサー信号から前記補正係数を減算して前記補正されたセンサー信号を生成する加算回路とを更に含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６８】
前記制御システムが、前記１個以上のセンサー信号を補正すべく構成されたアナログ回路を更に含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項６９】
データを格納すべく、前記プロセッサに接続された１個以上のデータ記憶装置と、
前記プロセッサへ情報を転送する１個以上の入力装置と、
前記プロセッサから情報を転送する１個以上の出力装置とを更に含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項７０】
前記システムを１個以上のネットワークに接続する１個以上のインターフェースを更に含む、請求項６０に記載のシステム。
【請求項７１】
タッチスクリーン上の押圧位置を特定するシステムであって、
押圧力のステップ変化への初期応答、すなわち一定期間にわたり前記センサー信号の単調増大により増幅されている初期応答により特徴化された１個以上の押圧力応答センサー信号を検知する手段と、
前記センサー信号の前記単調増大を反映した補正値を準備する手段と、
前記補正値を用いて押圧位置を特定する手段とを含むシステム。
【請求項７２】
前記押圧力が維持されている間、前記単調増加が漸近値に近づき、前記補正値を準備する手段が、単調増加する応答と、前記１個以上の指数的に減少する時間関数の加重和に従う前記漸近値との差異をモデル化する手段を更に含む、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７３】
前記補正値を用いて押圧位置を特定する手段が、
前記補正値を用いて第一のセンサー信号を補正する手段と、
前記補正された第一のセンサー信号を用いて押圧位置を特定する手段とを含む、請求項７１に記載のシステム。
【請求項７４】
機械的に押圧面に接続された複数のタッチセンサーを用いて、タッチスクリーン上の押圧位置を特定するシステムであって、
粘弾性により生じた押圧力への比例応答からの偏差を有する、少なくとも第一の押圧力応答センサー信号を検知する手段と、
粘弾性により生じた前記偏差を反映した補正値を準備する手段と、
前記補正値を用いて押圧位置を特定する手段とを含むシステム。
【請求項７５】
前記補正値を準備する手段が、
前記１個以上の指数的に減少する時間関数の加重和として前記偏差をモデル化する手段と、
そのようにモデル化された前記偏差を反映した補正値を準備する手段とを更に含む、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
前記補正値を用いて押圧位置を特定する手段が、
第二のセンサー信号から前記補正値を減算して補正された第二のセンサー信号を生成する手段と、
前記補正された第二のセンサー信号を用いて押圧位置を特定する手段とを含む、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７７】
前記補正値を用いて押圧位置を特定する手段が、
前記第一の加重和を前記補正値で代替して補正された第二のセンサー信号を生成する手段と、
前記補正された第二のセンサー信号を用いて押圧位置を特定する手段とを含む、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７８】
タッチスクリーン上の押圧位置を特定するシステムであって、
１個以上のセンサー信号内のエラー、すなわち粘弾性効果に付随するエラーを特徴化する手段と、
前記センサー信号内のエラーを減らす手段と、
エラーが減らされた前記センサー信号を用いて押圧位置を特定する手段とを含むシステム。
【請求項７９】
前記センサー信号内のエラーを減らす手段が、
未補正センサー信号をフィルタリングして、フィルタリングされたセンサー信号を生成する手段と、
スケーリング係数により前記フィルタリングされたセンサー信号をスケーリングして補正係数を生成する手段と、
前記未補正センサー信号から前記補正係数を減算する手段とを含む、請求項７８に記載のシステム。
【請求項８０】
コンピュータにより可読なプログラム記憶媒体を含む製品であって、タッチスクリーン上の押圧位置を特定する方法を実行すべく１個以上のコンピュータにより実行可能な命令の１個以上のプログラムを前記媒体が具体的に実装しており、前記方法が、
粘弾性効果により誘発されたエラーを有する１個以上の押圧力応答センサー信号を検知するステップと、
前記粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより、前記１個以上のセンサー信号を補正するステップと、
前記補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にはタッチスクリーン、より具体的には押圧信号エラーを補正してタッチスクリーン上の押圧位置特定の精度を向上させる方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンはコンピュータまたはその他のデータ処理装置用に簡単かつ直観的なインターフェースに提供するものである。ユーザーはデータの入力にキーボードを用いるのではなく、画面上でアイコンに触れたり、文字や絵を描くことによりタッチスクリーンを介して情報を送ることができる。タッチスクリーンは、各種の情報処理アプリケーションで利用されている。携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）および携帯またはラップトップ・コンピュータ等の用途に透明なタッチスクリーンが特に有用である。
【０００３】
押圧位置を特定するために、容量型、抵抗型、音響型、および赤外線技術を含む各種の方法が用いられてきた。押圧位置はまた、押圧面に接続された力センサーを介して押圧力を検知することにより特定することができる。押圧力を検知することにより動作するタッチスクリーンは、上述した他の技術よりもいくつかの点で優れている。第一に、力センサーでは、抵抗型タッチセンサーのように押圧面からの光透過を阻止する恐れのある特殊な材料で押圧面を形成する必要がない。更に力センサーでは、容量型タッチスクリーンで必要とされる損失性電気接地に依存しないため、指での押圧、手袋をはめた手、指の爪、または他の非導電押圧機器により動作させることができる。表面音波技術とは異なり、力センサーは押圧面上に汚れ、埃、または液体が溜まっても比較的耐性がある。最後に、力センサーでは、赤外線タッチスクリーンに共通の問題である、押圧面に近づいた際に実際に押圧したものと誤検知する可能性が低い。
【０００４】
押圧式タッチスクリーンは、認識された押圧位置に各種の要因からエラーが潜在的に生じやすい。タッチスクリーンの力センサーから生じた力応答押圧信号は、押圧力以外に各種の静的および動的要因の影響を受ける場合がある。これらの要因は、押圧信号に関してノイズ源とみなすことができる。ノイズにはタッチスクリーン電子系統からもたらされるもの、または、本質的に機械的なものがある。電気的ノイズは、例えば押圧検知、増幅、データ変換または信号処理の段階でもたらされる場合がある。機械的ノイズは、タッチスクリーンのねじれ、タッチスクリーン装置の動き、タッチスクリーンの振動、およびその他の過渡的な要因により生じる場合がある。タッチスクリーンの力センサーは押圧面の重量および製造中に力センサーに予め加えられた力の影響を受ける場合がある。更に、ノイズが押圧自体によりもたらされる場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
押圧力は通常、押圧が持続する間に急激に変化する。１箇所へ押圧が行なわれた場合、押圧力信号の強さは押圧が加えられるにつれて増大し、押圧が無くなるにつれて減衰する。押圧はまた、タッチスクリーンの表面をなぞる場合があり、各力センサー毎に変化する信号を生成する。押圧位置を正確に特定するには、タッチスクリーンに影響を及ぼす静的および動的ノイズ信号の除去だけでなく、押圧力により生じる押圧力信号の解析を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般的に言えば、本発明はセンサー・システムのエラーを補正してタッチスクリーン上の押圧位置特定の精度を向上させる方法およびシステムに関する。本発明の特徴が特に有用なのは、透明なタッチスクリーンにより機能強化された表示装置を動作させるマイクロプロセッサ・ベースのシステムと組み合わせた場合である。
【０００７】
本発明の一実施形態に従い、１個以上の押圧力応答センサー信号の検知に関わり、タッチスクリーン上の押圧位置を特定する方法を提供する。センサー信号は、押圧力のステップ変化への初期応答により特徴化され、初期応答は一定期間にわたるセンサー信号の単調増加により増大する。センサー信号の単調増大を反映した補正係数を提供する。補正値を用いて押圧位置が特定される。
【０００８】
本発明の更なる実施形態は、少なくとも粘弾性により生じた押圧力への比例応答からの偏差を有する第一の押圧力応答センサー信号を検知するステップを含む。粘弾性により生じた偏差を反映した補正係数を準備し、当該補正係数を用いて押圧位置が特定される。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態は、粘弾性応答により誘発されたエラーを有する１個以上の力応答センサー信号を検知するステップを含む。粘弾性に誘発されたエラーを減らすことにより１個以上のセンサー信号が補正される。補正センサー信号を用いて押圧位置が特定される。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、押圧面、多数のタッチセンサー、および制御システムを含むタッチスクリーン・システムに関するものである。タッチセンサーは、押圧面と物理的に接続されていて、押圧面に加えられた押圧力に応答してセンサー信号を生成する。制御システムはタッチセンサーに接続されていて、粘弾性応答により誘発されたエラーを有する力応答センサー信号を検知すべく構成されている。当該制御システムは、エラーを有するセンサー信号を補正し、補正センサー信号を用いて押圧位置を特定する。
【００１１】
本発明の更なる実施形態は、押圧面および押圧面に物理的に接続された多数のタッチセンサーを含み、押圧面への押圧力に応答してセンサーは信号を生成するタッチスクリーン表示システムに関するものである。本システムはまた、タッチセンサーに接続された制御システムを含む。当該制御システムは、粘弾性応答により誘発されたエラーを有する１個以上のセンサー信号を検知すべく構成されている。当該制御システムは、エラーを除去することによりセンサー信号を補正し、補正センサー信号を用いて押圧力の位置を特定する。本システムは更に、タッチスクリーンを介して情報を表示するディスプレイを含む。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、押圧面、多数のタッチセンサー、および制御システムを含むタッチスクリーン・システムを備えた表示システムに関するものである。当該表示システムは更に、情報を表示するためのディスプレイ、当該ディスプレイに接続されたプロセッサ、ディスプレイに表示するデータを処理するためのタッチスクリーン、およびタッチスクリーン・システムから受信した情報を含む。
【００１３】
本発明の実施形態によるシステムは、押圧力のステップ変化に対する初期応答であって一定期間にわたるセンサー信号の単調増加により増大する初期応答により特徴化される１個以上の押圧力応答センサー信号を検知する手段と、センサー信号の単調増加を反映した補正値を用意する手段と、当該補正値を用いて押圧位置を特定する手段を提供する。
【００１４】
本発明の更に別の実施形態は、押圧面と機械的に接続されている複数のタッチセンサーを用いてタッチスクリーン上の押圧位置を特定するシステムに関するものである。本発明のこの実施形態に従い、当該システムは、少なくとも粘弾性により生じた押圧力に対する比例応答からの偏差を有する第一の押圧力応答センサー信号を検知する手段と、粘弾性により生じた偏差を反映した補正値を用意する手段と、補正値を用いて押圧位置を特定する手段とを含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態に従い、タッチスクリーン上の押圧位置を特定するシステムは、１個以上のセンサー信号内のエラーであって粘弾性応答に付随するエラーを特徴化する手段と、センサー信号内のエラーを減らす手段と、エラーが減ったセンサー信号を用いて押圧位置を特定する手段とを含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、コンピュータ可読なプログラム記憶媒体を含む製品に関するものであり、当該媒体は１個以上のコンピュータにより実行可能な命令の１個以上のプログラムを具体的に実装していて、押圧面に機械的に接続された複数のタッチセンサーを用いてタッチスクリーン上の押圧位置を特定する方法を実行する。プログラム命令形式で実装された押圧位置特定方法は、粘弾性応答により誘発されたエラーを有する１個以上の力応答センサー信号を検知するステップと、粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより１個以上のセンサー信号を補正するステップと、補正されたセンサー信号を用いて押圧位置を特定するステップとを含む。
【００１７】
上で述べた本発明の概要は、本発明の各々の実施形態またはすべての実装形態を網羅することを目的としていない。以下の図面および詳細説明により、これらの実施形態を例示する。
【００１８】
本発明は、添付の図面と合わせて以下に述べる本発明の各種の実施形態を通じてより完全に理解することができる。
【００１９】
本発明には、各種の変更および代替方式が可能である。本発明の特定の実施形態を、実施形態や図面を用いて詳述している。しかし、記述した特定の実施形態に本発明を限定する意図はない点を理解されたい。逆に、添付の請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる変更、同等物、および代替物を包含することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に示す実施形態の記述において、本明細書の一部をなすとともに、本発明を実施するための各種の実施形態を示す添付図面を参照する。他の実施形態を利用してもよく、発明の範囲を逸脱することなく構造および機能に変更を加えることができる。
【００２１】
上述のように、また本明細書を精査すれば明らかになる以下のその他理由により、押圧式タッチスクリーン・システムのセンサー信号に影響を及ぼす各種信号エラーを補正する方法およびシステムが必要とされている。センサー信号エラーの補正により、タッチスクリーン上の押圧位置をより正確に特定することができる。
【００２２】
本発明は押圧検知技術に応用可能であり、本発明の特徴を透明なタッチスクリーンにより機能強化された表示装置を動作させるデータ処理システムと組み合わせた場合に特に有用であると思われる。例えば、本発明のタッチスクリーンはデスクトップ、携帯またはラップトップ・コンピュータシステム、ＰＯＳ（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｓａｌｅ）端末、携帯情報端末（ＰＤＡ）あるいは携帯電話に利用可能である。本明細書ではマイクロプロセッサ・ベースのシステムとの組合せを記述しているが、必要に応じて本発明のタッチスクリーン装置を任意の論理ベース・システムと組み合わせることができる。
【００２３】
タッチスクリーンに作用する押圧力を表わす押圧信号は、タッチスクリーンの押圧面に接続された１個以上のタッチセンサーにより生成される。押圧信号は、単一のセンサー、または２個以上のタッチセンサーからのセンサー信号を組み合わせて派生させることができる。押圧位置の特定は、タッチセンサーが生成したセンサー信号の解析を含む。１箇所へのタップ押圧は、押圧が加えられるにつれて増大し、押圧が弱まるにつれて減少する押圧信号を特徴的に生成する。押圧はまた、持続的押圧でもよく、その場合押圧はタッチスクリーン上の特定の場所で持続するか、またはタッチスクリーン表面を横切って移動する。
【００２４】
タッチセンサーは、加えられた押圧力をセンサーの位置における押圧力の電気信号表現に完全には変換できない場合がある。例えば、センサー材料にメモリ効果が現れる場合があり、その場合材料の変形は力だけでなく直近に加えられた力の履歴にも依存する。そのようにフックの法則に反するため、押圧力を表わす電気信号にエラーが生じる場合がある。本発明の一態様は、１個以上のセンサー信号から予測可能なエラーを特徴化し減少させる方法を提供する。本発明のエラー補正方法は、連続時間アナログ処理、または離散時間デジタル処理により適用することができる。補正センサー信号を用いて、タッチスクリーン上の押圧位置特定の精度を向上させることができる。
【００２５】
タッチスクリーンの概要図を図１に示す。押圧面１００は、１個以上のタッチセンサー１１０、１２０、１３０、１４０に接続されている。図に示す実施形態において、タッチセンサー１１０、１２０、１３０、１４０は長方形の押圧面の四隅に配置されている。図１に示すタッチスクリーンは長方形で隅にセンサーが配置されているが、押圧面の形状が異なる３個以上のタッチセンサーを用いた各種の構成であってもよい。
【００２６】
例えば、センサー１１０、１２０、１３０、１４０は間隙により分離された２枚のコンデンサ・プレートから構成された小さい容量型力センサーであってよい。容量型力センサーは押圧面に十分な大きさと方向の押圧力が加えられた場合に１個のコンデンサ・プレートが二番目のプレートの方へ撓むように配置することができる。撓みによりコンデンサ・プレート間の距離が変わることによりセンサーの静電容量が変化する。押圧力は制御システム回路により、タッチセンサーに印加された交流電気信号の変化として測定可能である。タッチスクリーン用途に使用に適した容量型力センサーの一実施形態が、２００１年４月１３日に出願された米国特許出願第０９／８３５，０４０号明細書「押圧式入力を行なう方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｃｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｔｏｕｃｈ  Ｉｎｐｕｔ）」に記載されている。力センサーは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）その他の透明ディスプレイ用途に適しており、図２に概略的に示す。この特定の実施形態において、センサーは容量型素子の静電容量の変化に基づき、加えられた力を測定する。
【００２７】
押圧面２１０またはオーバレイは、骨組みまたは筐体２１５内に配置されている。押圧面２１０は通常、押圧面を通してディスプレイまたはその他の物体が見えるように透明である。他の用途では押圧面２１０は不透明であってよい。
【００２８】
骨組みまたは筐体２１５は、ディスプレイを透過して見ることができる巨大な中央開口部を備えていてよい。必要に応じて、筐体２１５の下面がこのようなディスプレイの表面に直接接触した状態で、ディスプレイの動作領域を囲む境界上に据付けられていてよい。別の実施形態において、上述のようにオーバレイはＬＣＤ等のディスプレイ装置を含む構造で代替することができる。
【００２９】
押圧面２１０と筐体２１５の間に容量型センサー２２０が配置されていてよい。ハンダ付け、接着またはその他の方法により、取付ランド２３３を有する相互接続部２２５を筐体２１５に接続することができる。導電領域が相互接続部２２５上に第一の導電素子２３４を形成する。ディンプル等、中央突起２４０を有する第二の導電素子２３５は、例えばハンダ付けにより相互接続部２２５の取付ランド２３３に取り付けることができる。第二の導電素子２３５の形状により、または第二の導電素子２３５を相互接続部２２５に取り付ける過程で、第一の導電素子２３４と第二の導電素子２３５の間に小さい間隙２８０が形成される。間隙２８０の幅は、約１ミル（ｍｉｌ）であってもよい。間隙２８０により分離された導電素子２３４、２３５によりコンデンサが形成される。
【００３０】
オプションのベアリング面２７０は、押圧面２１０と第二の導電素子２３５の間に挿入されていてよい。これにより、特にオーバレイがより柔らかい材料で作られている場合に押圧面２１０を突起２４０によるへこみまたは損傷から保護することができる。ベアリング面２７０はまた、エラストマの薄い層（図示せず）または非常に柔軟な接着剤を介して押圧面２１０に取付け可能であり、これにより横方向の緩衝機能を与える。通常の動作時に、押圧面２１０またはベアリング面２７０は、突起２４０と接触している点を理解されたい。図を見やすくするためにこれらの要素を分離して示す。
【００３１】
第二の導電素子２３５は、バネおよびコンデンサ・プレートの機能を組み合わせる。押圧面２１０に垂直方向の力が加えられるにつれて、第二の導電素子２３５は撓み、間隙２８０の幅を狭めてセンサー２２０の静電容量を増やす。静電容量の変化は測定されて、押圧面２１０に加えられた力に関連付けられる。容量型力センサーを用いるタッチスクリーンについて述べているが、例えば、圧電センサーおよび歪み計センサーを含む他の種類の力センサーも同様に用いることができる。
【００３２】
押圧タッチスクリーンの利点の一つに、ディスプレイ装置とユーザーの間に配置される光学的に分かれた層の数が少ない点があげられる。通常は、ディスプレイ装置の上に配置されるオーバレイはガラスまたは比較的固いポリマー、例えばポリカーボネート等の単一の層であり、適切な光学特性が得られるように選択することができる。この点において、抵抗型または容量型タッチスクリーン等、光損失性が内在するいくつかの層をディスプレイ装置上に配置することが必要な他の種類のタッチスクリーンとは対照的である。抵抗型または容量型タッチスクリーンに必要とされる導電性薄膜は通常、高い撓み率を有するため、界面における反射損失が増大する。これは、導電層が物理的に接触している必要があるため、余分の固体／気体界面があって反射防止コーティングが役立たない抵抗型スクリーンで特に問題である。しかし、押圧タッチスクリーン用のスクリーン・オーバーレイは、上下面しかないため、これらを処理することにより反射損失を減らし、またグレアを減らすことができる。例えば、オーバレイはマット面を備えて鏡面反射を減らすことができ、および／または反射防止コーティングを施されて反射損失を減らすことができる。
【００３３】
図３にタッチスクリーンの斜視図を概略的に示す。押圧面３００が、押圧面３００の各隅に置かれた力センサー３１０、３２０、３３０、３４０に近接している様子を示す。スタイラス、指または他の押圧機器３５２が押圧面３００を押圧するにつれて、押圧力３５５が押圧面３００の押圧位置３５０に作用する。押圧力３５５により、押圧面３００に垂直な力センサー３１０、３２０、３３０、３４０に力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４が生じる。力センサー３１０、３２０、３３０、３４０は交流電気信号により駆動されてよい。垂直な力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は力センサー３１０、３２０、３３０、３４０の静電容量を変化させることにより、力センサー３１０、３２０、３３０、３４０を通る信号を変化させる。力センサー３１０、３２０、３３０、３４０から生じた押圧信号を用いて押圧位置を計算することができる。
【００３４】
押圧位置の計算は、例えば力応答タッチセンサー信号の組合せを用いて実行することができる。タッチセンサーにより生じた力応答信号を用いて、ｙ軸の回りのモーメントＭy、ｘ軸の回りのモーメントＭx、およびｚ方向の力総計ＦTzを含む各種の押圧信号を計算することができる。押圧位置の座標は、式１で与えられるタッチセンサー信号から決定することができ、タッチスクリーン中央に基準点を、また押圧力以外に、エラー、背景の揺らぎまたは乱れの無い理想的な条件を仮想している。
【００３５】
【数１】
2005526337.tif 000003
【００３６】
式中、
Ｍy＝（Ｆ２＋Ｆ４）−（Ｆ１＋Ｆ３）、
Ｍx＝（Ｆ１＋Ｆ２）−（Ｆ３＋Ｆ４）、および
ＦTz＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４
である。
【００３７】
式１に従い、センサー信号が力応答タッチセンサー信号から押圧位置を特定する制御システムに向けられている。
【００３８】
図４に、タッチスクリーン４００、および本発明の原理に従い機能ブロックで編成されたタッチスクリーン制御システム４５０のブロック図を概略的に示す。これらの機能ブロックを編成できる多くの可能な構成が存在することを理解されたい。図４に示す例は一つの可能な機能構成である。
【００３９】
図４に示す実施形態の例において、押圧面４０５は、押圧面４０５の各隅に配置された４個の力センサー４０１、４０２、４０３、４０４に接近して構成されている。センサー４０１、４０２、４０３、４０４は、容量、圧電および歪みゲージセンサーを含む各種の検知技術の中から選択することができる。センサー４０１、４０２、４０３、４０４は、センサー位置で検知された押圧力を測定するものであり、制御システム４５０内に配置された駆動／検知回路４１０、４２０、４３０、４４０に接続されている。あるいは、駆動／検知回路のいくつかの構成要素は対応するセンサーの近傍に置かれていてよい。各センサー用の駆動回路４１２、４２２、４３２、４４２で生成された励起信号を用いて、センサー４０１、４０２、４０３、４０４を励起することができる。各センサー４０１、４０２、４０３、４０４は、押圧面４０５を介してセンサーに加えられた押圧力に対応する押圧力信号を生成する。各センサー４０１、４０２、４０３、４０４により生成された押圧力信号は、制御システム４５０内に置かれた検知回路４１１、４２１、４３１、４４１により検知される。
【００４０】
各センサー位置における押圧力を表わすアナログ電圧が検知回路４１１、４２１、４３１、４４１により生成される。アナログ電圧は、サンプリングされ、サンプリング回路４６０により押圧の存在および位置を特定するための力応答センサー信号を正確に表現できるに足る速度で多重化される。サンプリングされた信号は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４７０によりデジタル化される。デジタル化されたセンサー信号はプロセッサ回路４８０に向けられる。プロセッサ回路４８０は押圧位置を特定する計算を実行する。プロセッサ回路４８０はまた、信号調節用のフィルタ回路４８２を含んでいても、あるいは汎用プロセッサ回路で実行される手順を介して信号の調節を実行してもよい。押圧信号の値を保存するためのメモリ回路４８６も含まれていてよい。デジタル処理部によりエラー補正を実行する場合、プロセッサはサンプリングされたセンサー信号を処理するエラー補正回路４８１を含んでいても、あるいは汎用プロセッサ回路で実行される手順を介してエラーを補正してもよい。プロセッサ回路４８０はまた、押圧信号サンプリング回路４６０、マルチプレクサ回路４６０、およびＡ／Ｄコンバータ４７０の制御を含む多くの追加的な制御システム機能を実行することができる。
【００４１】
タッチスクリーン制御システム４５０またはその同等物を単一の混合モード集積回路チップ上に実装することに利点があることがわかる。そのような実装において、サンプリング回路４６０およびコンバータ４７０を、各センサーチャネルに１個ずつ並列動作する１組のデルタ−シグマ・コンバータで代替することに利点がある。
【００４２】
図４Ｂに示す本発明の別の実施形態の例では、制御システム内に置かれたエラー補正用のアナログ回路が含まれる。本実施形態において、エラー補正は連続時間アナログ処理により実行される。アナログエラー補正回路４９１、４９２、４９３、４９４は、各センサーの駆動／検知回路４１０、４２０、４３０、４４０に接続されている。センサー信号がアナログ補正回路４９１、４９２、４９３、４９４により処理されて、正確な押圧位置の特定に利用可能な補正されたセンサー信号が生成される。
【００４３】
本発明が解決を図る種類の短所は、センサー信号に見られるエラー特性により特徴化することができる。特に、エラーを含む信号変化の大部分はステップ力を加えた１／２秒超後以降に増大する。これは、タッチスクリーン構成に典型的に見られる弾性振動の自然周期よりもはるかに持続期間が長いメモリ効果である。振動の減衰時間はこの順序であるが、観測される効果は、出現するどの振動エンベロープからも独立しており、存在するあらゆる振動を大幅に変える操作によっても不変である。しかし、所与の力履歴の再現可能なコースを辿ろうとする点が、問題とされる不完全性の特性である。また、力のステップ変化に応答して漸近値へ向かって単調に進む傾向がある点もこの短所の特性である。
【００４４】
このようなエラーの潜在的な要因の一つは、弾性的挙動が押圧機器の性能に重要である材料がフックの法則に完全には従わない点である。このような材料は力センサーの一部を形成し、弾性的変形は力応答信号の増大に関係する。このような材料は、自明な、および／または熟慮されたバネ要素、または制御された弾性挙動を与えるべく用意された他の構造を含んでいても、いなくてもよい。
【００４５】
例えば図２のセンサーにおいて、第二の導電素子２３５がバネ金属であって、優れた弾性特徴を有していてよい。更に、本設計による端部据付具は、堅く締め付けられた端部締め具に接近することができる。しかし、端部据付具がわずかに撓みが生じる場合があり、そのような撓みに弾性が欠けていればセンサー応答が不完全になる恐れがある。例えば相互接続部２２５は、ガラス・エポキシラミネートであってよい。取付ランド２３３の下の相互接続部２２５に応力が比較的高い小領域があってよく、第二の導電素子２３５からモーメントが端部据付具内へ出て行く。これに応答して相互接続部２２５の材料がある程度の粘弾性圧力を示し、力の測定値に何らかの影響を及ぼす場合がある。
【００４６】
別の力センサー設計を考慮することも可能であり、その場合、力はエラストマまたはその他の高分子材料で作られた部材の撓みまたは変形を測定することにより確認される。そのような材料は変形と回復が大幅に遅れる傾向があり、それらの特徴に直接依存するセンサーは本発明の方法から大いに利点が得られる。また、いくつかの力検知タッチスクリーン設計は、センサーの外側で適切に用いられた材料の弾性特徴に依存していてよい。そのような設計もまた、本発明の方法から利点が得られる。
【００４７】
エラーが再現可能な限り、予測可能であり、従って補正可能である。ここで考えるエラーは基本的にこの種のものであり、１個以上のセンサー信号においてこれらの予測可能なエラーを補正することでより正確な押圧位置の特定が行なえる。本発明の改良型は特定の時点で、またはセンサー信号の特定の領域だけに補正を適用する点を理解されたい。エラー対信号比は、環境条件により変わり得るため、ある環境条件のもとで他の場合よりはるかに明らかな押圧位置のエラーを引き起こす場合がある。このように、補正は、より深刻な位置特定エラーが生じた期間中、選択的に適用することができる。
【００４８】
一般に、予測可能なエラーの補正は、予測可能なエラーをモデル化して、１個以上のセンサー信号からモデル化されたエラーを取り除くことにより実現できる。例えば、センサー信号エラーは線型または非線型関数の任意の組合せで表わすことができる。一例として、センサー・エラーは、実験的に決定された時定数を有する指数関数で表わすことができる。より一般的な例として、センサー・エラーは、各々に時定数が関連付けられた複数の指数関数の加重総和により特徴化することができる。その他のセンサー・エラーの特徴化は、経験的に発展し得る。
【００４９】
本発明による方法を図５のフロー図により、広範かつ一般的に示す。粘弾性により生じた押圧力への比例応答からの偏差を有する、少なくとも第一の押圧力応答センサー信号が検知される（５２０）。粘弾性により生じた偏差を反映した補正値が用意される（５３０）。補正値を用いて押圧位置が特定される（５４０）。
【００５０】
本発明の別の実施形態を図６のフロー図に概念的に示す。１個以上の力応答センサー信号が検知される（６１０）。検知されたセンサー信号は、粘弾性応答により誘発されたエラーを有する。センサー信号は、粘弾性により誘発されたエラーを減らすことにより補正される（６２０）。補正センサー信号を用いて押圧位置が特定される（６３０）。
【００５１】
観測されたセンサー信号エラーの一つは予測可能なメモリ効果として出現し、結果的に押圧力過渡応答における遅延時間を引き延ばす。この効果の要因は実験的に検証されていないが、タッチスクリーンが操作された際に応力を受けるタッチセンサーに用いられた材料の粘弾性挙動から生じる可能性がある。他の機械的または材料関連の挙動がこの予測可能なメモリ効果の要因であるかもしれない。この効果により生じたエラーは予測可能かつ補正可能である。メモリ効果エラーの補正により、押圧位置をより正確に特定することができる。
【００５２】
このエラーの効果は、図７に示すような印加された試験押圧力におけるステップ変化に対するセンサー応答として記述することができる。図７に、最終的に最大値Ｆmaxまで増大する力信号を例示する。力が急激に加えられた場合、即時センサー応答の値はＦriseであり、一定期間にわたりＦmaxまで徐々に上がる。センサーから力が除去されたならば、センサー出力は直ちにＦfallまで下がり、以後０まで徐々に減少する。センサー信号の先端および終端で観測可能な遅延時間を数学的に特徴化することができる。一例として、先端および終端の両方で観測可能なセンサー信号の過渡応答におけるエラーを、実験的に決定された時定数を有する指数関数により特徴化することができる。
【００５３】
上述のセンサー信号のメモリ効果過渡応答により生じたエラーに起因する問題の一つが、押圧がすばやく続けて２回行なわれた場合に観測できる。第一の押圧が第一のタッチスクリーン位置に行なわれ、間髪をおかず第二のタッチが第二のタッチスクリーン位置領域に行なわれた状況を考える。この状態で、第一のタッチにより生成された信号の立下がりエッジのセンサー応答の遅延時間に起因して、第二の押圧の押圧位置の特定が不正確になる恐れがある。
【００５４】
タッチセンサーがタッチスクリーンの各隅に置かれていると仮定すれば、タッチスクリーンの１箇所の隅に長時間重い押圧が加えられ、その直後に対向する隅に軽い押圧が加えられた場合にメモリ効果過渡応答エラーが最も深刻な問題をはらんでいる。第一の重い押圧によりセンサーが依然として小さい出力を生じているため、軽い押圧の押圧位置の特定が不正確になる恐れがある。この状態において、先行の重い押圧に最も近接して置かれたセンサーが最も大きいエラー信号を生成する。後続する軽い押圧が加えられたならば、遠い隅のセンサーに出現する実在しない微弱な力により軽い押圧の報告された位置を当該遠方隅の方へずらせる。例えばストリーミング押圧におけるように、軽い押圧がさらに続けられた場合、遠方センサーにおいて先行の押圧の記憶が薄れるにつれて、認識される位置が徐々に実際の押圧位置に近づく。
【００５５】
所与の押圧位置から離れた位置にあるセンサーにおけるエラーが押圧位置特定の精度に最も大きな影響を及ぼすため、対向する隅での軽い押圧の押圧位置の特定が不正確な度合が高い。また、重い押圧の方が強い力がかかるため、軽い押圧の押圧信号と比較して、重い押圧のメモリ効果エラーに起因するエラー信号が強くなる場合がある。従って、上述のメモリ効果エラー等の予測可能なエラーに付随する信号エラーをより完全に補正する必要がある。
【００５６】
図７のグラフに示すセンサー信号メモリ効果エラーの時間経過および相対的な強度は、力ステップの絶対強度からほぼ独立していることが観測されている。更に、センサー信号の立上がりおよび立下りエッジの両方における遅延時間は、単一の時定数を有する指数関数により合理的に特徴化することができる。これらの観測から、同じセンサー信号に対して単一極の非常にローパスなフィルタリングを行なったものをわずかに含むエラーによりセンサー信号が増幅されるセンサー挙動のモデルが示唆される。本発明の方法の適用による本モデルに基づく、メモリ効果過渡応答エラーの補正は経験的に成功することが証明されている。
【００５７】
本発明のエラー補正手順は、タッチセンサー信号のエラーを特徴化し、信号から特徴化されたエラーを減らすステップを含む。本発明の方法は、連続時間アナログ処理、あるいは図４Ａおよび図４Ｂに各々示す構成要素４９１〜４９４または構成要素４８１により実行される離散時間デジタル処理により適用することができる。
【００５８】
本発明によるエラー補正手順を図８のブロック図および図９〜１２の対応するグラフに示す。図８に示すように、センサー信号８１０は、所定のゲインと所定の時定数を有する一次ローパスフィルタ８２０に送られる。フィルタの出力８２５は、適当な係数ｋによりスケーリングされる８３０。スケーリング機能の出力８３５が未補正センサー信号８１０から減算されて８４０、補正されたセンサー信号８５０を生成する。
【００５９】
図９〜１２に、上述の手順が特定のタッチセンサー信号に適用された結果を示す。図９は、持続期間が２秒の一定強度のステップ力に対するセンサー応答を表わす未補正センサー信号のグラフである。センサーで検知された過渡応答は、センサー信号の立上がり／立下りエッジでエラーが生じる。本発明の方法に従い、未補正センサー信号が一次ローパスフィルタに適用される。この例では、ローパスフィルタは単位ゲインおよび１秒の時定数を有するが、補正されるエラーの特徴に応じて他のパラメータを選択してもよい。フィルタ出力を図１０のグラフに示す。フィルタの出力は適当な定数によりスケーリングされてエラー補正係数を生成する。この例では、スケール定数０．０１が適用される。スケーリングの結果を図１１のグラフに示す。最後に、図１２に示すように、補正係数が未補正センサー信号から減算されて補正センサー信号を生成する。
【００６０】
図９〜１２は１個の特定の試験押圧力だけを表わすが、上述のように本手順のパラメータを調整してこの場合について最適な補正が得られたならば、それらはまた、加えられたあらゆる試験押圧力および指による押圧についても優れた補正を与えることがわかっている。
【００６１】
より一般的には、本発明の方法は、エラストマ系またはポリマー系バネ要素等の異なるメモリ特徴を有する他のセンサー、あるいはメモリ特徴を有する圧電性またはその他の力センサーに適用することができる。例えば、そのようなセンサーは、各々が異なる時定数を有する一次フィルタにより生成された、いくつかの補正を適切に加重した合計から生成された補正の利益が得られる。補正値の生成に他の関数形式も経験的に考案することができる。これらは線型でも非線型のいずれの種類であってよい。
【００６２】
ここで、より数学的な表記法で表わされた本発明の方法を検証する。
【００６３】
補正要素を第一のステップで生成することができる。これらは、特定のセンサーｓからの未補正信号ｆs（ｔ）の１個以上の線型フィルタリングを含んでいてよい。適応されたフィルタ機能は一般に、システムの基本的な機械および電子応答よりも大幅に長い時間スケールで応答することができる。ｎ個のフィルタの各々はインパルス応答Ｉi（ｔ）を有していてよく、ｉは１からｎの範囲にある。補正要素は次いで、ｎ個の値ｆs（ｔ）*Ｉi（ｔ）を含む。式中、*は重畳演算子を示す。
【００６４】
補正信号ｆCs（ｔ）を第二のステップで生成することができる。これは、第一のステップで生成された補正要素の適当な線型加重を含んでいてよい。次いで補正信号を次式で表わすことができる。
【００６５】
【数２】
2005526337.tif 000004
【００６６】
次いで補正されたセンサー出力ｆSCs（ｔ）を第三のステップで次式により、
【００６７】
【数３】
2005526337.tif 000005
【００６８】
またはより直接的に次式により、
【００６９】
【数４】
2005526337.tif 000006
【００７０】
生成することができる。
【００７１】
特定の実施形態において、それはフィルタを、次式：
【００７２】
【数５】
2005526337.tif 000007
【００７３】
のインパルス応答を有する一次指数フィルタに限定すれば十分である。
【００７４】
好適な容量型力センサーに適した特定の実施形態において、単一時定数τが１秒間に、単一加重ｋは０．０１に設定された状態でｎ＝１であれば十分である。力検知タッチスクリーンのその他の設計に適した他の実施形態において、ｎ＞１を用いるのが望ましく、各フィルタに対して異なる時定数を有する。
【００７５】
実際のセンサー信号は所望の力に比例する信号の和に、所望の信号に適用された特定のエラー演算子の結果であるエラー成分を加えたものと見なすことができる。図７〜９に示すように所望のセンサー信号に重ね合わされた全エラーが比較的小さい場合、測定された歪み信号に同じエラー演算子を加え、その結果を歪み信号から減算することにより正確な補正が実現できる点に注意されたい。しかし、補正を生成すべく適用されているエラー演算子が所望の成分だけでなく測定された信号内のエラーにも適用されているため、結果は当初のエラーとは完全には合致しない。これは、補正すべきエラーが大きいセンサーを用いる場合に重要になる。この問題は、追加的な時定数を使用するか、あるいはより一般的な手段、例えば適切に加重されたタップを有するＦＩＲフィルタを介して補正フィルタリングのインパルス応答を調整することにより対処することができる。
【００７６】
式２をｆS（ｔ）に適用することでエラー推定演算子を定義する。これは、ｆS（ｔ）からｆCs（ｔ）を生成する線型の時不変演算子、すなわちＬＴＩ演算子である。同様に、式４を両方適用することで補正信号演算子を定義する。これは、ｆS（ｔ）からｆSCs（ｔ）を生成するＬＴＩオペレータである。このように、補正はエラーを計算した後でエラーを減算することと見なすことができる。例えば、補正すべき信号にＬＴＩエラー推定演算子を適用することにより補正値を得て、ついで信号から補正値を減算して補正された信号を生成する。あるいは、例えば、補正すべき信号にＬＴＩ補正された信号演算子を適用することにより補正された信号を生成するように、補正を信号の置換と見なすことができる。
【００７７】
本明細書で述べるように、センサー信号のエラー成分を含むセンサー信号は、実際のセンサー力にＬＴＩセンサー値演算子を時間関数として適用した結果としての表現と実質的に整合する特徴を有することが知られている。換言すれば、センサーの挙動は実質的にこのようにモデリングすることができる。このような結果は、線型粘弾性として公知の物理的効果に基づくものと考えられる。従って、先にｆSCs（ｔ）について定義したような補正された信号演算が、センサー値演算子の数学的逆演算になるべく近い近似であることが求められる。
【００７８】
センサー信号補正に係わる演算は上記の意味で線型でよいため、それらの演算を他のセンサー信号の線型結合として派生したセンサー信号に対し、別個のセンサーの各々で生じた当初の信号に対するのと同程度に効果的に適用することが可能である。例えば、式４の方法を４個の未補正の隅センサー信号に適用した後で式１に示すように力およびモーメントの計算を行なった結果得られる値と、４個の未補正の隅センサーから力およびモーメントを計算した後で式４の方法を適用して得られる補正された力およびモーメントの値が同じであることがわかる。このような計算順序の入れ替えに加え、手順に関するその他各種の変更が当業者には明らかである。例えば、タブラーまたはその他の手段により、センサー信号およびそこから派生した補正値を組み合わせて、押圧位置のＸおよびＹ座標のエラー期待値を推定することができる。未補正信号から計算されたＸおよびＹ値は次いで、ＸおよびＹ座標のエラー期待値を減算して補正することができる。このような変更は、その意図および効果において本発明の方法と実質的に同等であり、本発明の範囲に含まれる。
【００７９】
本発明のタッチスクリーンは、各種のデータ処理システムに好適に実装することができる。ここで図１３を参照するに、本発明の実施形態による一体化されたタッチスクリーンとディスプレイを用いるデータ処理システム１３００のブロック図を示す。システム１３００は、液晶ディスプレイ等、データ処理用途に適したディスプレイ１３０８上に配置された透明なタッチスクリーン１３０６を用いる。ＣＲＴディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ、ＬＥＤ表示等、他のディスプレイを用いてもよい。ディスプレイ１３０８は、ディスプレイとデータ処理コンピュータ１３１０とのインターフェースを提供する表示制御システム回路１３０９を必要とする場合がある。タッチスクリーン制御システム１３０７は、本発明の実施形態によるタッチスクリーン制御システム・プロセッサに加え、上述の駆動／検知回路を含む。
【００８０】
データ処理装置１３１０は、コンピュータシステムの用途に応じて、各種の構成要素を含んでいてよい。例えば、データ処理装置はマイクロプロセッサ１３１２、各種のメモリ回路１３１４、電源１３１８、および１個以上の入出力インターフェース１３１６を含んでいてよい。入出力インターフェース１３１６により、データ処理システムはキーボード１３２１、位置指示機器１３２２、およびマイクロホンとスピーカを含む音声機器１３２３等、任意の個数の周辺入出力機器１３２０と接続することができる。データ処理システムは更に、例えばハードディスク装置またはＣＤ−ＲＯＭ等の大容量データ記憶装置１３３０を含んでいてよく、物理的または無線ネットワーク接続１３４０を介して他のデータ処理システムとネットワーク化することができる。
【００８１】
図１４に、本発明によるタッチスクリーン・システム１４００を示す。ここで図１〜１２に示した処理がコンピュータ可読媒体またはキャリア、例えば図１４に示す１個以上の固定および／または着脱可能データ記憶装置１４１０、あるいは他のデータ記憶またはデータ通信機器内に具体的に実装することができる。着脱可能データ記憶装置１４１０に実装された方法を表わす１個以上のコンピュータ・プログラム１４２０が、タッチスクリーン制御システム１４４０内に置かれた各種のメモリ素子１４３０にロードされて、本発明に従い動作するタッチスクリーン・システム１４００を構成することができる。コンピュータ・プログラム１４２０は、図１４のタッチスクリーン・システム・プロセッサ１４５０により読み込まれて実行された場合にタッチスクリーン・システム１４００が本発明のステップまたは要素の実行に必要なステップを実行するための命令を含んでいる。
【００８２】
本発明の原理によるエラー補正方法およびシステムは、タッチスクリーン上の押圧位置をより正確に特定することができる。押圧位置計算を計時する一方法が、文書番号５７４７０ＵＳ００２で識別される、共有米国特許出願「確定された押圧入力の位置特定の精度向上方法（Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄ  Ａｃｃｕｒａｃｙ  ｆｏｒ  ａ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｔｏｕｃｈ  Ｉｎｐｕｔ）」に記載されている。この方法によれば、押圧信号の時間プロフィル内の好適な時点で収集されたデータから押圧位置を計算することができる。
【００８３】
押圧位置精度を向上させる別の方法として、文書番号５７４７１ＵＳ００２で識別される共有米国特許出願「押圧式タッチパネル・システムにおけるベースライン技術の改良（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｂａｓｅｌｉｎｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｉｎ  Ｆｏｒｃｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｔｏｕｃｈ  Ｐａｎｅｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）」に記載されている。押圧信号に対して１個以上の基準レベルを識別することができる。基準レベルは、押圧時点でタッチスクリーンに影響を及ぼす各種の条件を補償することができる。押圧位置の精度は、押圧位置を特定するための識別された１個以上の押圧信号基準レベルを用いて向上させることができる。
【００８４】
本明細書に記載するエラー補正方法を組み込んだ押圧検知方式は、携帯情報端末（ＰＤＡ）、電子機器、携帯電話、およびハンドヘルド、ラップトップ、デスクトップ・コンピュータを含むコンピュータ等、各種のデータ処理システムでの利用に適している。
【００８５】
本発明は、上述の特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、添付の請求項に完全に開示する本発明の全態様を包含するものと理解されたい。本発明が指向する分野の当業者が本明細書を精査したならば、本発明が適用可能な多数の構造だけでなく各種の改良、等価プロセスが明らかになろう。請求項は、そのような改良やプロセスを包含することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態による、タッチスクリーンの隅に力センサーが配置されたタッチスクリーンの概略上面図を示す。
【図２】本発明の実施形態による、容量型力センサーの概略断面図を示す。
【図３】本発明の実施形態による、タッチスクリーンの隅に力センサーが配置されたタッチスクリーンの概略斜視図を示す。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、タッチスクリーンおよびタッチスクリーン制御システムのブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、タッチスクリーンおよびタッチスクリーン制御システムのブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による、センサー信号エラーの補正方法のフロー図である。
【図６】本発明の他の実施形態による、センサー信号エラーの補正方法のフロー図である。
【図７】一定期間加えられた定常試験押圧力に対するセンサー信号応答のグラフである。
【図８】本発明の実施形態による、メモリ効果過渡応答エラーのエラー補正手順を示す図である。
【図９】試験押圧力に対する未補正センサー信号応答を特徴化するグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による、センサー信号エラー補正手順の中間のステップを特徴化するグラフである。
【図１１】本発明の実施形態による、センサー信号補正係数を特徴化するグラフである。
【図１２】本発明の実施形態による、補正されたセンサー信号を描いた図である。
【図１３】本発明の実施形態による、押圧検知インターフェースを用いるデータ処理システムのブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態による、タッチスクリーン・コントローラを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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