(57)【要約】  タッチセンシティブ装置には、いくつかのピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサが結合されたタッチプレートが含まれる。センサのそれぞれは、タッチプレートにおける屈曲波を検知するように構成され、励起トランスデューサは、タッチプレートに屈曲波を誘発するように構成されている。この装置は、アクティブバッファ回路をさらに含んでもよく、アクティブバッファ回路のそれぞれは、センサの１つに結合される。コントローラが、アクティブバッファ回路を介してセンサに結合され、非アクティブバッファド接続部を介して励起トランスデューサに結合されている。コントローラは、センサから受信された検知信号に応じて、タッチプレート上の接触位置を計算するように構成されている。この装置を用いて、タッチプレートおよびセンサ校正を始めとする様々な校正を実行可能である。タッチセンシティブ装置校正および性能の変化を検知して、経時的に追跡してもよい。
2007517318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチプレートと、
前記タッチプレートに結合された複数のセンサであって、前記センサのそれぞれが、前記タッチプレートにおける屈曲波を検知するように構成されたセンサと、
前記タッチプレートに結合され、かつ前記タッチプレートに屈曲波を誘発するように構成された励起トランスデューサと、
複数のアクティブバッファ回路であって、前記アクティブバッファ回路のそれぞれが、前記センサの１つにそれぞれ結合されたアクティブバッファ回路と、
前記アクティブバッファ回路を介して前記センサに結合され、非アクティブバッファド接続部を介して前記励起トランスデューサに結合されたコントローラであって、前記センサによって受信された検知信号に応じて前記タッチプレートにおけるタッチと関連する情報を計算するように構成されたコントローラと、
を含むタッチセンシティブ装置。
【請求項２】
前記タッチに関連する前記情報がタッチ位置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記タッチに関連する前記情報が、前記タッチのリフトオフの検出に関する情報を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記タッチプレートがほぼ矩形であり、
前記複数のセンサが、前記タッチプレートのそれぞれのコーナーにそれぞれ配置された４つのセンサを含み、
前記励起トランスデューサが、前記タッチプレートの周縁エッジに隣接して配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のセンサが圧電センサを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記励起トランスデューサが圧電トランスデューサを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記アクティブバッファ回路のそれぞれが電界効果トランジスタを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数のセンサ、前記複数のアクティブバッファ回路、および前記励起トランスデューサが、前記タッチプレートにそれぞれ配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記励起トランスデューサが、前記タッチプレートに屈曲波を誘発し、かつ前記タッチプレートにおける屈曲波を検知するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記センサのそれぞれが、前記アクティブバッファ回路の１つにおける平衡入力部に差動検知信号を供給するように構成され、前記アクティブバッファ回路のそれぞれが、前記コントローラの平衡入力部に結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記センサが、前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成し、
前記コントローラが、前記屈曲波信号を用いて、前記タッチプレートの相対寸法を計算する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記センサが、前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成し、
前記コントローラが、前記屈曲波信号を用いて、前記タッチプレートの絶対寸法を計算する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記センサが、前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成し、
前記コントローラが、前記屈曲波信号を用いて、前記タッチプレートの寸法を計算し、
前記コントローラが、前記計算されたタッチプレート寸法と、分散関係と、測定された位相応答と、を用いて、前記センサのそれぞれの位相応答を計算する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記励起トランスデューサが、非可聴トーン信号に応じて、前記タッチプレートに屈曲波を誘発する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記コントローラが、サンプリング周波数を有するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、前記コントローラが、前記ＡＤＣの前記サンプリング周波数の周波数とほぼ等しい周波数を有するトーン信号を生成し、かつ前記生成されたトーン信号を前記励起トランスデューサに伝える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記励起トランスデューサが、非可聴多重トーン信号に応じて前記タッチプレートに屈曲波を誘発する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記多重トーン信号が、空間的に非周期的な周波数を有するトーンを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記励起トランスデューサが、前記タッチプレートに非可聴広帯域ノイズ刺激を誘発する、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記励起トランスデューサが、前記コントローラからの掃引トーン信号の受信に応じて、前記タッチプレートに屈曲波を誘発し、前記センサが、前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記コントローラが、前記掃引トーン信号と同期して前記屈曲波信号を復調する復調器を含む、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記コントローラが、サンプリング周波数ｆsを有するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、
前記励起トランスデューサが、ｆs／２より高い周波数を有する屈曲波を前記タッチプレートに誘発する、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記センサが、ｆs／２より高い周波数を有する前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成し、
前記ＡＤＣが、ｆs／２より低い周波数を有するエイリアス屈曲波信号として前記屈曲波信号を登録する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記コントローラが、サンプリング周波数ｆsを有するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、
前記励起トランスデューサが、ｆsとほぼ等しい周波数を有する屈曲波を前記タッチプレートに誘発する、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記センサが、前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成し、
前記ＡＤＣが、前記誘発された屈曲波の振幅および位相によって決定されるｄｃオフセットを有するエイリアス屈曲波信号として前記屈曲波信号を登録する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記励起センサが、前記タッチプレートに屈曲波を誘発し、かつ前記タッチプレートにおける屈曲波を検知するように構成され、
前記コントローラが、前記励起センサに結合されたウェークアップ回路をさらに含み、前記ウェークアップ回路が、前記タッチプレートへのタッチを検知する前記励起センサに応じてウェークアップ信号を生成し、かつ前記ウェークアップ信号を前記コントローラに伝えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも前記アクティブバッファ回路が、前記コントローラが前記ウェークアップ信号を受信するのに応じて、スリープモードから動作モードへ遷移する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記タッチセンシティブ装置に結合されたディスプレイをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記タッチセンシティブ装置に結合されたディスプレイと、
前記ディスプレイと前記タッチセンシティブ装置とに結合されたホストプロセッサと、
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
励起トランスデューサおよび複数のセンサがそれぞれ結合されたタッチプレートを含むタッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法であって、
前記励起トランスデューサによって生成された励起信号を前記タッチプレートに印加し、かつ前記センサのそれぞれによって前記励起信号を検知するステップと、
前記センサのそれぞれにおける出力に対して、前記励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定するステップと、
前記伝達関数を用い、前記センサのそれぞれに対して分散補正インパルス応答を決定するステップと、
前記それぞれの分散補正インパルス応答を用いて、前記タッチセンシティブデバイスの校正を実行するステップと、
を含む方法。
【請求項３０】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記タッチプレートの校正を実行するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記タッチプレートの寸法を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記タッチプレートの絶対寸法を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記センサのそれぞれの校正を実行するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記センサのそれぞれの位相応答を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記センサのそれぞれの振幅応答を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記センサのそれぞれの位相応答を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法であって、タッチ位置検出を実行するときに、前記センサ間の位相応答差を補正するステップをさらに含む方法。
【請求項３７】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記センサのそれぞれの振幅応答を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法であって、タッチ位置検出を実行するときに、前記センサ間の振幅応答差を補正するステップをさらに含む方法。
【請求項３８】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を実行するステップが、前記タッチプレートのための分散関係を決定するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３９】
前記タッチセンシティブデバイスの前記校正を反復して実行するステップと、タッチセンシティブデバイス校正の変化を経時的に追跡するステップと、をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
励起トランスデューサおよび複数のセンサがそれぞれ結合されたタッチプレートを含むタッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法であって、
前記励起トランスデューサによって生成された励起信号を前記タッチプレートに印加し、かつ前記センサのそれぞれによって前記励起信号を検知するステップと、
前記センサのそれぞれにおける出力に対して、前記励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定するステップと、
前記センサのそれぞれによって検知された前記励起信号に関連する周波数応答の位相成分を測定するステップと、
前記測定された位相成分を用いて前記タッチプレートの校正を実行するステップと、
を含む方法。
【請求項４１】
前記周波数応答の前記位相成分を測定するステップが、前記励起信号の最初のエネルギ到達の、前記センサのそれぞれによる検出を機械的またはアルゴリズム的に向上させるステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記タッチプレートの前記校正を実行するステップが、前記タッチプレートの寸法を決定するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記タッチプレートの前記校正を実行するステップが、前記タッチプレートの絶対寸法を決定するステップを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記タッチプレートの前記校正を実行するステップが、
前記センサのそれぞれのための測定された位相成分に対して合計位相応答の位相比を計算するステップと、
前記位相比を用いて、前記タッチプレートのアスペクト比を計算するステップと、
を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
前記タッチプレートの前記校正を実行するステップが、
前記センサのそれぞれに対する最初の到達エネルギの合計位相応答を計算するステップと、
周波数に関連して合計位相応答の位相を区別するステップと、
位相速度を周波数に応じて特徴付けるステップと、
前記位相速度の特徴付けを用いて、前記タッチプレートの分散関係を決定するステップと、
を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
励起トランスデューサおよび複数のセンサがそれぞれ結合されたタッチプレートを含むタッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法であって、
前記励起トランスデューサによって生成された励起信号を前記タッチプレートに印加し、かつ前記センサのそれぞれによって前記励起信号を検知するステップと、
前記センサのそれぞれにおける出力に対して、前記励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定するステップと、
前記伝達関数を用い、前記センサのそれぞれに対してインパルス応答を時間領域において計算するステップと、
前記センサのそれぞれへの最初のエネルギ到達時間を測定するステップと、
前記測定された最初のエネルギ到達時間を用いて、前記励起トランスデューサから前記センサのそれぞれへの距離を計算するステップと、
前記計算されたトランスデューサ−センサ距離を用いて、前記タッチプレートの寸法を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項４７】
前記インパルス応答を１つまたは複数の周波数帯へフィルタリングするステップと、
前記周波数帯のそれぞれに対して、前記計算された距離を平均するステップと、
をさらに含む、請求項４６に記載の方法であって、
前記タッチプレート寸法を計算するステップが、前記平均されたトランスデューサ−センサ距離を用いて、前記タッチプレートの寸法を計算するステップを含む方法。
【請求項４８】
前記タッチプレート寸法を計算するステップが、前記タッチプレートの絶対寸法を検索するステップとを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
励起信号をタッチプレートに印加するための手段と、
前記タッチプレートの４つのコーナーのそれぞれにおいて前記励起信号を検知するための手段と、
前記検知手段のそれぞれにおける出力に対して、前記励起信号印加手段における入力の伝達関数を決定するための手段と、
前記検知手段のそれぞれのための前記伝達関数を用いて、分散補正インパルス応答を決定するための手段と、
前記それぞれの分散補正インパルス応答を用いて、前記タッチセンシティブデバイスの校正を実行するための手段と、
を含むタッチセンシティブデバイス。
【請求項５０】
前記実行手段が、前記タッチプレートの寸法を決定するための手段を含む、請求項４９に記載のデバイス。
【請求項５１】
前記実行手段が、前記検知手段のそれぞれの位相応答を決定するための手段を含む、請求項４９に記載のデバイス。
【請求項５２】
前記実行手段が、前記検知手段のそれぞれの振幅応答を決定するための手段を含む、請求項４９に記載のデバイス。
【請求項５３】
励起信号をタッチプレートに印加するための手段と、
前記タッチプレートの４つのコーナーのそれぞれにおいて前記励起信号を検知するための手段と、
前記検知手段のそれぞれにおける出力に対して、前記励起信号印加手段における入力の伝達関数を決定するための手段と、
前記検知手段のそれぞれによって検知された前記励起信号に関連する周波数応答の位相成分を測定するための手段と、
前記測定された位相成分を用いて、前記タッチプレートの校正を実行するための手段と、
を含むタッチセンシティブデバイス。
【請求項５４】
励起信号をタッチプレートに印加するための手段と、
前記タッチプレートの４つのコーナーのそれぞれにおいて前記励起信号を検知するための手段と、
前記検知手段のそれぞれにおける出力に対して、前記励起信号印加手段における入力の伝達関数を決定するための手段と、
前記伝達関数を用い、前記検知手段のそれぞれに対してインパルス応答を時間領域において計算するための手段と、
前記検知手段のそれぞれにおけるセンサへの最初のエネルギ到達時間を測定するための手段と、
前記測定された最初のエネルギ到達時間を用いて、前記励起信号印加手段のトランスデューサから前記検知手段のそれぞれにおける前記センサへの距離を計算するための手段と、
前記計算されたトランスデューサ−センサ距離を用いて、前記タッチプレートの寸法を計算するための手段と、
を含むタッチセンシティブデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンシティブデバイスに関し、特に、多数のピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサを用いる振動検知タッチセンシティブデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
対話式のビジュアルディスプレイには、しばしば、何らかの形態のタッチセンシティブスクリーンが含まれる。タッチセンシティブパネルをビジュアルディスプレイと一体化することが、次世代携帯マルチメディア装置の出現とともに、より一般的になっている。表面弾性波（ＳＡＷ）と呼ばれる１つの普及したタッチ検出技術は、ガラススクリーンの表面を伝搬する高周波を用いる。ガラススクリーン表面と指の接触に起因する波の減衰を用いて、タッチ位置を検出する。ＳＡＷは「飛行時間」技術を用いるが、この場合には、外乱がピックアップセンサに到達する時間を用いて、タッチ位置を検出する。かかるアプローチが可能なのは、対象の周波数範囲にわたって波の速度が著しく変化しないように、媒質が非分散的に作用する場合である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、タッチセンシティブプレートにおける屈曲波振動を一般に検知できるタッチセンシティブ装置に関する。本発明の実施形態には、ピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサを用いる実施形態が含まれる。一実施形態によれば、タッチセンシティブ装置には、いくつかのピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサがそれぞれ結合されたタッチプレートが含まれる。センサのそれぞれは、タッチプレートにおける屈曲波を検知するように構成され、励起トランスデューサは、タッチプレートに屈曲波を誘発するように構成されている。本装置には、アクティブバッファ回路がさらに含まれ、アクティブバッファ回路のそれぞれは、センサの１つに結合されている。コントローラが、アクティブバッファ回路を介してセンサに結合され、非アクティブバッファド接続部を介して励起トランスデューサに結合されている。コントローラは、センサから受信された検知信号に応じて、タッチプレート上の接触位置を計算するように構成されている。
【０００４】
ピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサを用いるタッチセンシティブ装置は、タッチプレートおよびセンサ校正を始めとする様々な校正を実行可能である。たとえば、プレート校正を用いて、相対または絶対プレート寸法など、タッチ基板に関する有用な情報を提供してもよい。たとえばピックアップセンサ校正を用いて、センサ位相応答における差を決定してもよく、被測定屈曲波信号を補正して、センサ位相応答における差を調整してもよい。タッチセンシティブ装置校正および性能の変化を検出して、経時的に追跡してもよい。
【０００５】
別の実施形態によれば、タッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法は、励起トランスデューサによって生成された励起信号をタッチプレートに印加することと、多数のセンサのそれぞれによって励起信号を検知することと、を伴う。センサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数が決定される。分散補正インパルス応答が、伝達関数を用いてセンサのそれぞれのために決定される。タッチセンシティブデバイスの校正が、それぞれの分散補正インパルス応答を用いて実行される。有用な校正には、タッチプレートの相対または絶対寸法を決定することと、センサのそれぞれの位相または振幅応答を決定することと、が含まれる。タッチ位置検出を実行する場合に、センサ間の位相または振幅応答差を補正してもよい。別の有用な校正は、タッチプレートのために分散関係を決定することを伴う。
【０００６】
さらなる実施形態によれば、タッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法は、励起トランスデューサによって生成された励起信号をタッチプレートに印加することと、多数のセンサのそれぞれによって励起信号を検知することと、を伴う。センサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数が決定される。本実施形態によれば、センサのそれぞれに対する分散補正インパルス応答は、用いられない。この方法は、センサのそれぞれによって検知された励起信号に関連する周波数応答の位相成分を測定することと、測定された位相成分を用いてタッチプレートの校正を実行することと、をさらに伴う。周波数応答の位相成分の測定には、センサのそれぞれによる、励起信号エネルギの最初の到達の検出を機械的またはアルゴリズム的に向上させることを伴ってもよい。
【０００７】
本実施形態によるタッチプレートの校正には、センサそれぞれのための測定された位相成分に対して合計位相応答の位相比を計算することと、位相比を用いてタッチプレートのアスペクト比を計算することと、を伴ってもよい。別のタッチプレート校正アプローチは、センサのそれぞれに対して最初の到達エネルギの合計位相応答を計算することと、周波数に関連して合計位相応答の位相を区別することと、位相速度を周波数に応じて特徴付けることと、位相速度の特徴付けを用いて、タッチプレートの分散関係を決定することと、を伴う。
【０００８】
別の実施形態によれば、到達時間は、タッチプレート校正に関連して用いられる。一アプローチによれば、校正方法は、励起トランスデューサによって生成された励起信号をタッチプレートに印加することと、いくつかのセンサのそれぞれによって励起信号を検知することと、センサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定することと、を伴う。この方法は、伝達関数を用いて、センサのそれぞれのためのインパルス応答を時間領域において計算することと、センサのそれぞれへの第１のエネルギの到達時間を測定することと、をさらに伴う。励起トランスデューサからセンサのそれぞれへの距離は、第１のエネルギ到達の測定時間を用いて計算される。タッチプレート寸法は、計算されたトランスデューサ−センサ距離を用いて計算される。この方法は、インパルス応答を１つまたは複数の周波数帯にフィルタリングすることと、周波数帯のそれぞれに対して、計算された距離を平均することと、平均されたトランスデューサ−センサ距離を用いて、タッチプレート寸法を計算することと、をさらに伴ってもよい。
【０００９】
本発明の上記の概要は、本発明の各実施形態または全ての実装例を説明するようには意図されていない。本発明のより完全な理解と共に、利点および達成が、添付の図面と共に書かれた次の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、明らかとなりかつ理解されるであろう。
【００１０】
本発明は様々な修正および代替形態に適用できるが、それらの細目は、図面に例として示され、詳細に説明される。しかしながら、説明される特定の実施形態に本発明を限定する意図はないことを理解されたい。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に入る全ての修正、均等物および代替物を含むように意図されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
例示した実施形態の下記の説明において、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照したが、これらの図面には、本発明を実施可能な様々な実施形態が、実例として示されている。本発明の範囲から逸脱せずに、実施形態を利用し、かつ構造的変更を施すことが可能なことを理解されたい。
【００１２】
本発明は、多数のタッチトランスデューサによる検知のためにタッチ基板を通して伝搬する振動を検知する、タッチ始動でユーザ対話式の装置に関する。特に、本発明は、ピックアップセンサを用いることに加えて少なくとも１つの励起トランスデューサを含む屈曲波振動タッチ検知装置に関する。ピックアップセンサおよび励起トランスデューサを協調的に用いることによって、多くの動作および診断能力の向上がもたらされる。かかる能力には、たとえば、相対または絶対プレート寸法など、タッチ基板に関する有用な情報を提供するプレート校正手順を実行することが含まれる。別の能力は、ピックアップセンサ校正に関するが、この場合には、センサ位相応答における差が決定され、被測定屈曲波信号に補正が施されて、センサ位相応答におけるかかる差が調整される。
【００１３】
タッチ検知装置のピックアップセンサおよび励起トランスデューサの協調的使用を通して実現可能なさらなる能力は、タッチ検知装置性能における変化の検出およびその性能における変化を経時的に追跡することに関する。タッチ検知装置性能における微妙および劇的な変化が、検出および追跡可能である。タッチ検知装置の状態および性能変化に関する情報は、ローカルに格納するか、かつ／またはリモートシステムでアクセスしてもよい。多くの自己診断プロセスを実行して、性能におけるそれほど激しくない変化を（ローカルおよび／またはリモートで）補正してもよく、タッチ検知装置性能における著しい変化の検出に応じて、メンテナンス情報／警告メッセージを生成してもよい。他の能力には、リフトオフ検出の向上、軽いタッチに対する感度の改善、ウェークオンタッチ機能性の改善が含まれる。
【００１４】
これらおよび他の有利な特徴および能力は、下記でより詳細に説明する。本発明に従って実行されるタッチ検知装置は、本明細書で説明する１つもしくは複数の特徴、構造、方法またはそれらの組み合わせを組み込んでもよい。かかる装置または方法は、本明細書で説明する特徴および機能の全てを含む必要はなく、組み合わされて独特な構造および／または機能性を提供する、選択された特徴および機能を含むように実行してもよいと、意図されている。
【００１５】
たとえば、圧電センサを含む振動検知タッチ入力装置において、タッチパネルプレートの平面を伝搬する振動は、圧電センサに圧力を加え、センサに全体にわたって、検出可能な電圧降下を引き起こす。受信される信号は、直接タッチ入力もしくはトレースすること（摩擦）に伴うエネルギ入力のインパクトに直接起因する振動によってか、またはたとえば振動の減衰により既存の振動に影響を及ぼすタッチ入力によって、もたらすことができる。受信される信号はまた、ユーザによるタッチ入力装置の取り扱いもしくは取り扱いの誤りに起因するか、またはタッチ入力装置には外的だがそれに検知される環境的な原因に起因するタッチ入力などの意図しないタッチ入力によってもたらされる場合もある。
【００１６】
１つのタッチ検知アプローチによれば、たとえば直接タッチを示す信号を受信すると、同じ信号がセンサのそれぞれで受信される異なる時間を用いて、タッチ入力の位置を推定することができる。伝搬媒質が分散媒質である場合には、多数の周波数から構成されている振動波束は、伝搬するにつれて広がって減衰し、信号の解釈を困難にする。したがって、まるで非分散媒質を伝搬しているかのように受信信号を解釈できるように、受信信号を変換することが提案された。かかる技術は、特に、屈曲波振動を検出するシステムに適している。
【００１７】
振動波束分散に取り組み、かつかかる分散に対して補正された典型的な信号を生成するための技術が、国際公開第２００３／００５２９２号パンフレット、国際公開第０１／４８６８４号パンフレット、２０００年１２月２６日に出願された米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書、２００２年１２月１０日に出願された米国仮出願第６０／４３２，０２４号明細書、および共同所有の米国特許出願第１０／４４０，６５０号明細書に開示されている。
【００１８】
屈曲波振動という用語は、たとえば接触により、屈曲波振動を支持できる部材にいくらかの面外変位を与える励起を指す。多くの材料が屈曲し、完全な平方根分散関係を伴う純曲げで屈曲するものもあり、純曲げおよび剪断曲げの混合で屈曲するものもある。分散関係は、波の面内速度の、波周波数への依存を示す。
【００１９】
振動波束分散の理解を向上させるため、かつかかる分散を補正された典型的な信号を生成するために、図１ａ〜１ｄを参照する。図１ａは、平方根分散関係を備えた理想的な媒質におけるインパルスを示し、分散媒質が、インパルスの波形を保持しないことを示す。送出波６０は、時間ｔ＝０において明白であるが、エコー信号６２は、経時的に広がり、これによって、正確な接触位置の決定が不確実にされる。
【００２０】
空気などの非分散媒質において、周波数応答の周期的な変動は、反射に特有であり、しばしば櫛形フィルタリングと呼ばれる。物理的には、周波数応答における周期的な変動は、発生源と反射器との間に適合する波長の数に由来する。周波数が増加し、かつこの空間に適合する波長の数が増加するにつれて、送出波と反射波の干渉は、建設的干渉と相殺的干渉との間を変動する。
【００２１】
図１ａの分散インパルス応答のフーリエ変換を計算することによって、図１ｂに示す周波数応答が生成される。この周波数応答は非周期的であり、波長を伴う周期変動は、周波数が高くなると共により遅くなる、周波数における変動になる。これは、波長が周波数の逆数の平方根に比例する平方根分散の結果である。したがって、周波数応答に対するパネルの影響は、パネル分散に従う周波数に応じて応答をストレッチすることである。その結果として、パネル分散のための補正は、周波数領域に逆ストレッチを適用することによって行なうことが可能であり、かくして非分散的なケースに存在する周期性が回復される。
【００２２】
パネル分散の逆により周波数軸をワープすることによって、図１ｂを、非分散的なケース（図１ｃ）のための周波数応答に変換可能であり、この場合に、励起周波数は、波長の逆数に比例している。この単純な関係によって、図１ｃに示すように、波長が減少する周期変動は、周波数が増加する周期変動に変換される。
【００２３】
図１ｃのトレースに逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することによって、図１ｄに示すインパルス応答が生成されるが、このインパルス応答は分散を補正されており、明瞭な反射が回復されている。図１ｄに示すように、インパルスのどの特定の波形も、時間において保持される。なぜなら、非分散媒質を移動する波は、それらの周波数と無関係な一定の移動速度を有するからである。したがって、エコーロケーションの仕事は、比較的に単純明快である。送出波５０は、４ｍｓの明瞭な反射５２と共に、時間ｔ＝０において明白である。反射５２は、送出波５０の大きさのほぼ４分の１の大きさを有する。
【００２４】
上述の手順は、インパルスが未知の時間ｔ0に発生した場合には適用不可能であり、インパルスがｔ0＝０で発生した場合に、最初のインパルスに対する応答から距離ｘが計算できるだけであることが注目される。分散補正相関関数は、接触が発生した正確な時間ｔ0が知られていない状況で用いてもよい。１つのアプローチによれば、屈曲波を支持できる構造体に取り付けられた第１のセンサが、第１の被測定屈曲波信号を測定する。第２のセンサが構造体に取り付けられ、第２の被測定屈曲波信号を測定する。第２の被測定屈曲波信号は、第１の被測定屈曲波信号と同時に測定される。２つの被測定屈曲波信号の分散補正関数が計算されるが、分散補正関数は、分散補正相関関数、分散補正畳込み関数、分散補正コヒーレンス関数または他の位相等価関数であってもよい。分散補正関数を適用することによって被測定屈曲波信号を処理し、接触に関連する情報を計算する。このアプローチに関する詳細は、上記に援用したＰＣＴ出願国際公開第０１／４８６８４号パンフレットおよび米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書に開示されている。
【００２５】
ここで図２を見ると、屈曲波振動を検出するための特徴および機能性を組み込んだタッチセンシティブデバイス１０の一構成が示されている。本実施形態によれば、タッチセンシティブデバイス１０には、タッチ基板１２、およびタッチ基板１２の上面に結合された振動センサ１６が含まれる。この例証的な例では、タッチ基板１２の上面によって、タッチセンシティブ表面が画定される。センサ１６は、タッチ基板１２の上面に結合されて示されているが、代替として、センサ１６は、タッチ基板１２の下面に結合することができる。別の実施形態において、１つまたは複数のセンサ１６を上面に結合し、一方で、１つまたは複数の他のセンサ１６を、タッチ基板１２の下面に結合してもよい。
【００２６】
タッチ基板１２は、屈曲波振動などの対象の振動を支持する任意の基板であってもよい。例示的な基板１２には、アクリル樹脂もしくはポリカーボネートなどのプラスチック、ガラスまたは他の適切な材料が含まれる。タッチ基板１２は、透明または不透明とすることができ、任意に他の層を含むか組み込むこと、または追加の機能性を支持することができる。たとえば、タッチ基板１２は、耐引っかき性、耐汚れ性、グレア低減、反射防止特性、指向性またはプライバシのための光制御、フィルタリング、偏光、光学補償、摩擦面形成、採色、グラフィック画像等を提供することができる。
【００２７】
一般に、タッチセンシティブデバイス１０には、二次元でタッチ入力の位置を決定するために少なくとも３つのセンサ１６が含まれるが、国際公開第２００３００５２９２号パンフレット、国際公開第０１４８６８４号パンフレットおよび米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書で論じられているように、実施形態によっては、４つのセンサ１６が望ましい場合がある。本発明では、センサ１６は、タッチ基板１２へのタッチ入力を示す振動を検知できる圧電センサが好ましい。有用な圧電センサには、ユニモルフおよびバイモルフ圧電センサが含まれる。圧電センサは、たとえば、良好な感度、比較的低いコスト、適度な堅牢性、潜在的に小さな形状係数、適切な安定性および応答の線形性を始めとする多数の有利な特徴を提供する。振動検知タッチセンシティブデバイス１０において使用できる他のセンサには、とりわけ、電歪、磁歪、圧電抵抗、音響、および可動コイルトランスデューサ／装置が含まれる。
【００２８】
一実施形態において、センサ１６の全ては、タッチ基板１２の振動を検知するように構成されている。別の実施形態において、センサ１６の１つまたは複数を放出器として用いることができるが、この放出器は、基準信号として用いられるように他のセンサ１６によって検知可能な信号を発するか、またはタッチ入力に基づいて変更可能な振動を生じ、かかる変更された振動が他のセンサ１６によって検知され、タッチ位置が決定される。電気力トランスデューサを、適切な放出器として用いてもよい。さらに、センサ１６の１つまたは複数を、二重目的の検知および励起トランスデューサとして構成することができる。センサ１６は、接着剤の使用などによって、任意の適切な手段によってタッチ基板１２に貼付または接合することができる。
【００２９】
タッチセンシティブデバイス１０が、アクティブセンサ１６、すなわち励起信号を生成する放出トランスデューサを備えて動作している場合に、タッチ基板１２に対する接触は、励起信号の高調波を生成するために、タッチ基板１２に非線形力を働かせてもよい。パッシブ検知に類似した方法で接触位置を決定するために高調波を用いることが可能なように、信号処理を用いて、高調波から励起信号を分離してもよい。高調波は、接触箇所から屈曲波源を効果的に構成する。
【００３０】
タッチセンシティブデバイス１０が二重アクティブおよびパッシブセンサ１６を用いる構成において、このセンサ１６は、タッチ基板１２に接触がなされるかどうかに依存して、アクティブおよびパッシブ検知モードの間で切り換わるように構成してもよい。タッチセンシティブデバイス１０は、接触が検出されない場合にパッシブ検知モードで休止し、接触がなされるとアクティブモード検知へ切り換わることと、一旦接触が取り除かれるとパッシブ検知モードへ戻って、さらなる接触を待つこととの間で循環してもよい。これは、タッチセンシティブデバイス１０が不必要にアクティブモードにある場合の電力消費を回避するのに有利であろう。
【００３１】
また、タッチセンシティブデバイス１０を用いる多くの用途では、タッチセンシティブデバイス１０による情報を表示するために、電子ディスプレイを用いる。ディスプレイが典型的には矩形なので、矩形のタッチセンシティブデバイス１０を用いることが、典型的であり、便利である。したがって、センサ１６が貼付されたタッチ基板１２は、典型的には形状が矩形である。代替として、タッチ基板１２は、より複雑な形状、たとえば、湾曲した表面および／または可変の厚さを有してもよい。複雑な形状をしたタッチ基板１２の場合には、適応アルゴリズム（たとえばニューラルネット）を用いて、センサ１６によって受信された屈曲波信号から接触位置を解読してもよい。
【００３２】
一構成によれば、センサ１６は、タッチ基板１２のコーナー近くに配置するのが好ましい。多くの用途では、タッチセンシティブデバイス１０を通してディスプレイが見られるように求められるので、センサをタッチ基板１２のエッジ近くに配置して、それらが可視ディスプレイエリアを不適切に侵さないようにするのが望ましい。また、タッチ基板１２のコーナーにセンサ１６を配置することによって、パネルエッジからの反射の影響を低減できる。
【００３３】
タッチセンシティブデバイス１０によって検知される接触は、手持ち式ペン形状であるようなスタイラスからのタッチ形態であってもよい。タッチ基板１２上のスタイラスの移動によって、タッチ基板１２上のスタイラスの位置、圧力および速度によって影響される連続信号が生成可能である。スタイラスは、たとえばゴムの可撓性先端を有してもよく、この先端が、可変力をタッチ基板１２に印加することによって、そこに屈曲波を生成する。可変力は先端によって提供可能だが、先端は、代替として、タッチ基板１２の表面に密着するか、または表面全体にわたってすべってもよい。代替として、接触は、タッチ基板１２に屈曲波を生成可能な指からのタッチ形態であってもよく、この屈曲波を、パッシブおよび／またはアクティブ検知によって検出してもよい。屈曲波は、超音波領域（＞２０ｋＨｚ）の周波数成分を有してもよい。
【００３４】
図３は、本発明のある実施形態によるタッチセンシティブデバイス１０の別の構成を示す。本実施形態によれば、タッチセンシティブデバイス１０には、タッチ基板１２における屈曲波振動を検知するための多数のセンサ１６が含まれる。タッチセンシティブデバイス１０には、励起トランスデューサ１８がさらに含まれる。励起トランスデューサ１８は、それが通常のタッチ位置計算において典型的には用いられないという点で、「専用」トランスデューサ１８であるのが好ましい。より正確に言えば、通常のタッチ位置計算は、ピックアップセンサ１６によってなされる。励起トランスデューサ１８は、放出トランスデューサまたは二重放出／センサトランスデューサであってもよいことが理解される。励起トランスデューサ１８が二重放出／センサトランスデューサとして形成される構成において、二重モードトランスデューサは、典型的には、通常のタッチ位置決定動作に関係しない。専用の励起トランスデューサ１８を用いることによって、従来のセンサ／トランスデューサトポロジを用いては容易に可能でない様々な機能を実行する機会が提供される。
【００３５】
図３に示す構成において、４つのセンサ１６が、振動ピックアップとして用いられている。これらのトランスデューサ１６は、軽いタッチに関連する低いレベルの振動に対する感度のために最適化されるのが好ましい。これらのトランスデューサ１６に対する接続は、プリント電極パターンで行ってもよい。振動ピックアップとしてのセンサ１６の動作に加えて、電圧がセンサ１６に印加されると、エネルギがプレートへ移送され、結果として屈曲波が生成される。したがって、上述のように、センサ１６は、振動ピックアップセンサおよび屈曲波発生器の両方として動作する。しかしながら、基板１２の振動ピックアップおよびアクティブ励起の両方のためのトランスデューサとして、所定のセンサ１６を用いることには、多くの欠点がある。
【００３６】
１つの欠点は、単一のセンサ１６が、ピックアップおよび放出器の両方として同時には動作できないことである。センサ１６が、たとえば刺激によって駆動される放出器として用いられている場合には、それらは、同時にピックアップとして容易に用いることができない。したがって、ピックアップモードにおける基板１２の機能性は、おそらく、損なわれるかまたは多重的な方法でのみ可能である。
【００３７】
以下で論じるように、所定のセンサ１６および関連する検知回路間にバッファ回路を組み込む構成において、かかるバッファ回路は、センサ１６がピックアップトランスデューサとして動作しているときに、センサ１６への電圧の印加に対するバリアを提供する。バッファ回路は逆バイアス状態に配置してもよく、この場合には、基板１２への外部接続部に印加される電圧は、センサ１６に直接に印加されるが、これが、線形的な方法で達成可能な電圧範囲は、かなり制限されている。また、このアプローチは、タッチセンシティブデバイス１０に通信的に結合されたコントローラに追加回路を必要とする。
【００３８】
従来のタッチセンシティブデバイス実装例に関連するこれらおよび他の欠陥を克服するために、図３に示すような、本発明のある実施形態によるトランスデューサ配置は、基板１２において屈曲波のアクティブな生成をもたらす少なくとも１つの専用励起トランスデューサ１８を組み込んでいる。屈曲波の生成を用いて、多くの性能改善および診断上の特徴を提供可能である。これらの例は、本明細書で説明する。
【００３９】
ここで図４を見ると、本発明によるタッチセンシティブデバイス１０のある実施形態が示されている。本実施形態において、４つのセンサ１６が、基板１２の４つのコーナーに位置している。第５のトランスデューサ、すなわち励起トランスデューサ１８が、基板１２の同じエッジに最も近く位置している２つの隣接するセンサ１６間において好ましくは等距離で、基板１２のエッジに沿って置かれている。励起トランスデューサ１８を、図４に示す位置とは異なる基板位置に配置してもよいことが、理解されるであろう。４つのセンサ１６のそれぞれおよび励起トランスデューサ１８は、テールコネクタ２６へと配線されるそれぞれの導体に接続される。上記のように、プリント電極パターンを導体として用いてもよい。
【００４０】
図４は、４つのコーナーセンサ１６のそれぞれに関連するバッファ回路３０をさらに示す。バッファ回路３０は、各センサ１６に隣接して基板１２に位置し、基板１２を伝搬する検知屈曲波振動に応じてセンサ１６によって生成される信号をバッファしてもよい。バッファ回路３０を含むことによって、センサ１６の信号対ノイズ比の向上、および環境からのＥＭＩ干渉レベルの低減を始めとして、いくつかの利点が提供される。図４に示すように、バッファ回路３０は、センサ１６のすぐ近くに位置することが望ましい。しかしながら、バッファ回路３０は、必要に応じて、基板１２の他のところに位置してもよく、代替として、テールコネクタ２６に一体化してもよい。
【００４１】
バッファ回路３０のそれぞれには、図５に示す増幅回路などの増幅回路が含まれる。図５に示す単純化された回路構成によれば、バッファ回路３０には、ピックアップセンサ１６および抵抗器４４と並列に結合されたベースを有する、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのトランジスタ４２が含まれる。ｎチャネルＪＦＥＴ（たとえばＦＥＴ−Ｊ−Ｎ  ＳＳＴ３１０）として示されたＦＥＴ４２のドレインは、第１の導体４５に結合されている。ＦＥＴ４２のソースは、抵抗器４６を介して第２の導体４７に結合されている。導体４５および４７は、タッチセンシティブデバイス１０のコントローラに結合されている。ＦＥＴ４２に適切にバイアスをかけるために、他の構成要素（図示せず）が基板外に必要であることが注目される。典型的な基板外構成要素には、電源、バイアス抵抗器、およびタッチセンシティブデバイス１０のコントローラのアナログ入力部への静電結合部が含まれる。
【００４２】
図５に示す構成において、ピックアップセンサ１６は、グランドを基準にするように配線される。代替実施形態において、ピックアップセンサ１６は、平衡内蔵増幅器（たとえばバッファ回路増幅器）または外部増幅器（たとえばタッチパネルコントローラの検知増幅器）などの平衡増幅器に、差動入力を供給するように配線してもよいことが、認識されるであろう。本実施形態によれば、各ピックアップセンサ１６は、２つの平衡線路を介して、増幅器の平衡入力部に接続される。平衡増幅器は、内蔵または外部増幅器であってもよい。
【００４３】
一構成において、各ピックアップセンサ１６は、ツイストペア導体を介して外部平衡増幅器に接続され、内蔵ＦＥＴ４２は用いる必要がない。別の構成において、各ピックアップセンサ１６は、２つの平衡線路を介して、ＦＥＴ４２の平衡入力部に接続され、ＦＥＴ４２の差動出力部は、ツイストペア導体を介して、外部増幅器の平衡入力部に接続される。本実施形態に従って平衡増幅器を用いることにより、差動ピックアップセンサ電圧測定が提供される。この構成は、差動ピックアップセンサ電圧測定によって与えられる同相除去を介して、ある一定のセンサ信号ノイズの改善された相殺を提供可能である。
【００４４】
例証のために、図４に示すセンサ１６のそれぞれは、基板１２のエッジに対して約４５度の向きにされている。さらに、１つのバッファ回路３０が、各コーナーセンサ１６に隣接して取り付けられている。１つのタッチセンシティブデバイス実装例によれば、基板には、長さ、幅および厚さ寸法がそれぞれＬ＝３２４ｍｍ、Ｗ＝２４６ｍｍおよびＴ＝２．２ｍｍのガラスプレートが含まれる。基板１２の４つのコーナーのそれぞれに、圧電トランスデューサ１６が、Ｌ＝７ｍｍ、Ｗ＝３ｍｍおよびＴ＝１ｍｍの長さ、幅および厚さ寸法をそれぞれ有して位置している。
【００４５】
図６は、ディスプレイ２５に取り付けられたタッチセンシティブデバイス１０の断面図である。ディスプレイ２５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセントディスプレイ、陰極線管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイなどの任意の適切な電子ディスプレイであってもよい。ディスプレイ２５には、追加または代替として、常置可能かまたは交換可能な静止グラフィックスを含んでもよい。図６に示すタイプのタッチセンシティブデバイス１０には、ＬＣＤスクリーン２０の前部に取り付けられた透明基板１２が含まれる。
【００４６】
ＬＣＤスクリーン２０は、ＬＣＤディスプレイ２５のフレーム２４に取り付けられる。発泡ガスケットまたは取り付け台２２が、基板１２の下側に装着され、基板１２のほぼ周囲回りに延伸する。発泡ガスケット２２は粘着性の表面を有し、それによって、基板１２を任意の表面にしっかりと装着し得る。発泡ガスケット２２は、基板１２のエッジからの反射を低減し得る。タッチセンシティブデバイス１０のテールコネクタ２６は、タッチセンシティブデバイス１０のコントローラに接続してもよい。
【００４７】
図７は、タッチセンシティブデバイス１０２およびタッチパネルコントローラ１２０を含むタッチパネルシステム１００の図である。タッチセンシティブデバイス１０２には、少なくとも３つのセンサ１０４、好ましくは４つのセンサ１０４が含まれ、それぞれが、関連するバッファ回路１０６に結合されている。タッチセンシティブデバイス１０８には、少なくとも１つの放出トランスデューサ１０８がさらに含まれる。放出トランスデューサ１０８は、励起トランスデューサとしてのみ、または二重放出／センサトランスデューサとして動作するように構成してもよい。バッファ回路１０６および放出トランスデューサ１０８のそれぞれは、コントローラ１２０に結合される。
【００４８】
コントローラ１２０には、センサ／バッファ回路組み合わせ１０４／１０６の１つにそれぞれが結合された検知回路１２４が含まれる。検知回路１２４には、典型的には、１つまたは複数の増幅、調整およびフィルタリング回路が含まれる。放出トランスデューサ１０８は駆動回路１２８に結合され、この駆動回路１２８は、タッチセンシティブデバイス１０２の基板に伝えられる所定の励起信号を放出トランスデューサ１０８に生成させる信号を、生成する。駆動回路１２８および検知回路１２４のそれぞれは、タッチ位置プロセッサ１３０に結合されている。タッチ位置プロセッサ１３０には、典型的には、アナログ信号調整段階と、適切なサンプリング周波数（たとえば２００ｋＨｚ）でサンプリングするアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、座標位置アルゴリズム／ファームウェアならびに他のアルゴリズムおよびルーチンを実行するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、が含まれる。
【００４９】
たとえば、図８を参照すると、図７の各センサ１０４で検知された屈曲波情報を処理するための一実装例が示されている。図８において、パネル１０５における屈曲波は、少なくとも３つ、好ましくは４つのセンサ１０４によって検知される。センサ１０４は、アナログ屈曲波信号Ｗ1（ｔ）、Ｗ2（ｔ）．．．ＷN（ｔ）を測定し、これらの信号が、多重化ＡＤＣ１２６に伝送される。結果として得られたデジタル入力信号が、タッチ位置プロセッサ１３０に伝送され、それによって、接触インパルスの位置およびプロファイルに関連する情報１３２が、決定される。
【００５０】
図９にさらに示すように、タッチパネルコントローラ１２０は、典型的には、ホストプロセッサ１５０に結合される。ホストプロセッサ１５０はまた、タッチディスプレイシステム１２５に結合されるが、このシステム１２５は、図７に示すタイプのタッチセンシティブデバイス１０２を組み込んでいる。ホストプロセッサ１５０は、ネットワークインターフェースなどの通信インターフェースを含み、タッチパネルシステム１００とリモートシステムとの間の通信を容易にしてもよい。たとえば、様々なタッチパネルシステム診断、校正およびメンテナンスルーチンが、タッチパネルシステム１００とリモートシステムとの間の協力的な通信によって実行可能である。
【００５１】
図７にさらに示すように、タッチパネルコントローラ１２０には、ウェークオンタッチ検出器１４０を任意に含んでもよい。一般的なウェークオンタッチアプローチに従って、タッチセンシティブデバイスの基板との接触に起因するか、または別の方法で基板に与えられた屈曲波振動が検知される。検知された振動が分析または評価され、検知された振動がユーザによる意図的タッチの結果か、またはタッチセンシティブデバイスへの非意図タッチの結果かどうかが決定される。タッチセンシティブデバイスへのタッチが意図的だったとの決定に応じて、ウェークアップ信号が生成される。しかしながら、タッチセンシティブデバイスへのタッチが非意図的だったと決定された場合には、ウェークアップ信号は生成されない。
【００５２】
用語「意図的タッチ」は、検出可能な振動、かかる振動を引き起こすイベント、およびタッチ入力として解釈されるように意図された、かかる振動を受信するセンサにより発生される信号を指す。用語「非意図的タッチ」は、検出可能な振動、かかる振動を引き起こすイベント、およびタッチ入力として解釈されるように意図されない、かかる振動を受信するセンサにより発生される信号を指す。非意図的タッチの例には、検出される信号において必要なシグネチャを生成しない、タッチセンシティブデバイスへの、振動を引き起こすインパクトと共に、外部ノイズが含まれる。
【００５３】
検知された振動が分析または評価され、検知された振動がユーザによる意図的タッチの結果か、またはタッチセンシティブデバイスへの非意図的タッチの結果かどうかが決定される。一般に、検知屈曲波振動は処理され、かつ意図的タッチと非意図的タッチとの間の区別を容易にするために確立される閾値またはプロファイルと比較される。意図的タッチと非意図的タッチとの間の区別は、多くの方法で達成可能だが、これらの方法には、たとえば、閾値とのタッチ信号振幅の比較と、閾値との、フィルタリングされたタッチ信号の比較と、時間領域評価（たとえば信号特性相関分析）と、周波数領域評価（たとえば離散フーリエ変換（ＤＦＴ）分析）と、が含まれる。様々なウェークオンタッチアプローチに関する詳細は、２００３年１０月１０日に出願された、共同所有の同時係属中の米国特許出願第１０／６８３，３４２号明細書に開示されている。
【００５４】
図１０は、タッチセンシティブデバイス１０２に通信的に結合されたタッチパネルコントローラ１２０のある実施形態を示す。本実施形態によれば、タッチパネルコントローラ１２０には、バス２０８を介してメインプロセッサ２０６に結合されたＩ／Ｏプロセッサ２０４が含まれる。Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、タッチパネルコントローラ１２０と外部システムまたは装置との間のＩ／Ｏシグナリングをバス２０９を介して管理するために、本実施形態において用いられる。
【００５５】
一構成において、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、シリアルインターフェースまたはバスなどの高速インターフェース２０９を通じたシグナリングを管理するために実行される。例として、バス２０９は、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）またはＩＥＥＥ１３９４ファイヤワイヤアーキテクチャなどの高速シリアルバスアーキテクチャに準拠してもよく、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、シリアルバス２０９を通じたシグナリングを調整するために実行することができる。ＵＳＢまたはファイヤワイヤ仕様に従ってバス２０９を構成することによって、即時にプラグアンドプレイ接続が提供される。したがって、タッチパネルコントローラ１２０は、接続性に関しての不都合な結果なしに、いつでも、異なるポートにプラグ接続でき、そこからプラグを抜くことができる。
【００５６】
図１０に示すように、ウェークオンタッチ検出器１４０は、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４、インターフェース２０２、および任意にメインプロセッサ２０６に結合される。別の構成において、ウェークオンタッチ検出器１４０は、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４の前端部に結合するか、またはＩ／Ｏプロセッサ２０４とバス２０２との間のインターフェースとして組み込むことができる。ウェークオンタッチ検出器１４０は、タッチセンシティブデバイス１０２から検知信号を受信するけれども、タッチセンシティブデバイス１０２とタッチパネルコントローラ１２０との間における検知信号および他の信号またはデータの伝送に悪影響を与えないように構成されるのが好ましい。
【００５７】
図１０に示す一構成によれば、ウェークオンタッチ検出器１４０をＩ／Ｏプロセッサ２０４に結合して、ウェークオンタッチ検出器１４０によって生成されたウェークアップ信号が、ライン２２２を介してＩ／Ｏプロセッサ２０４に伝送されるようにすることができる。この構成において、Ｉ／Ｏプロセッサは、ウェークアップ信号に応じて、スリープモードからアクティブモードに遷移する。スリープからアクティブモードへの遷移後に、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、タッチパネルコントローラ１２０のメインプロセッサ２０６もしくは他の構成要素、および／またはタッチセンシティブデバイス１０２を組み込んだ携帯機器の制御システムなど、他の構成要素が起動を必要としているかどうかを決定してもよい。代替として、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、バス２０８を介してメインプロセッサ２０６にライン２２６によって伝送される第２のウェークアップ信号を生成してもよい。別の構成において、ウェークオンタッチ検出器１４０は、ウェークアップ信号を生成し、ウェークアップ信号を、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４（ライン２２２を介して）およびメインプロセッサ２０６（ライン２２４介して）の両方に伝送することができる。
【００５８】
図１０に示すタッチセンシティブデバイス１０２の構成において、センサ１０４のそれぞれは、バッファ回路１０６に結合されている。バッファ回路１０６がアクティブ構成要素（たとえばＪＦＥＴ）を有するので、電力は、バッファ回路１０６がアクティブのときに、バッファ回路１０６に供給されなければならない。したがって、センサ１０４は、電力の節約が課題である用途におけるウェークオンタッチセンサの候補としては劣っている。しかしながら、放出トランスデューサ１０８は、バッファ回路１０６に結合されず、それによって、放出トランスデューサ１０８は、ウェークオンタッチセンサのすぐれた候補になる。
【００５９】
本実施形態によるウェークオンタッチ方法論が、タッチセンシティブデバイス、特に携帯および手持ち式タッチ入力装置の電力消費を著しく低減できることが、容易に認識できる。たとえば、メインプロセッサ２０６およびＩ／Ｏプロセッサ２０４のそれぞれは、通常の動作中に、数百ミリアンペアの電流を必要とする可能性がある。放出トランスデューサ１０８を用いたウェークオンタッチ検出器を使用することによって、メインプロセッサ２０６およびＩ／Ｏプロセッサ２０４のほとんどの回路は、スリープモード中に止めることができ、それによって、電力要求は、完全な動作に必要な電力要求のごく一部にまで、かなり低減される。
【００６０】
タッチパネルにおいてピックアップセンサと協調して動作する専用の励起トランスデューサを設けることによって、種々様々の新しく有用なタッチ検出システム動作および診断能力の実装例が可能になる。かかる能力には、たとえば、リフトオフ検出の向上、軽いタッチに対する感度の改善、ウェークオンタッチ機能性の改善が含まれる。これらおよび他の向上した能力は、励起トランスデューサによって生成されるある一定の刺激およびかかる刺激に応じてピックアップセンサによって生成される信号の処理を用いて、実現可能である。
【００６１】
代理人整理番号５９３７７ＵＳ００２の下で本出願と同時に出願された「タッチダウンおよびリフトオフ感度を備えたタッチ検知（Ｔｏｕｃｈ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｔｏｕｃｈ  Ｄｏｗｎ  ａｎｄ  Ｌｉｆｔ  Ｏｆｆ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）」なる名称の、共同所有の同時係属中の米国特許出願に説明されているように、たとえば、軽いタッチに対する感度の増加に関するリフトオフ検出方法論および技術は、たとえば５０ｋＨｚの基本周波数を備えたトーンなど、励起トランスデューサに印加される単一トーンの生成によって実行してもよい。この単一トーンは、サンプリング周波数の４分の１に等しい周波数を有する非可聴音など、可聴範囲を超える周波数を有するのが好ましい。代理人整理番号５９３７７ＵＳ００２の下で出願され、事前に組み込まれた米国特許出願に説明されている別のリフトオフ検出／軽いタッチの感度向上アプローチによれば、リフトオフイベントに対する感度の空間的変動を相殺することは、多数の周波数を備えた刺激を並列に印加することによって達成できる。多数の周波数を選択する場合に、空間周期性を回避すべきことが、注目される。
【００６２】
さらなる例として、リフトオフ検出／軽いタッチの感度向上のために広帯域ノイズ刺激を用いることは、単一周波数測定方法とおおむね類似した方法で実行可能である。たとえば５０ｋＨｚから７５ｋＨｚの周波数範囲における広帯域ノイズ刺激を、かかるアプローチで用いてもよい。このアプローチの有益な態様は、より多くの空間情報を含むスペクトル拡散内容に関する。この特性によって、タッチプレートエリアにわたり、応答感度のより優れた均一性がもたらされ、異なる周波数帯における並列計算の必要性が回避される。
【００６３】
代理人整理番号５９３７７ＵＳ００２の下で出願され、事前に組み込まれた米国特許出願に説明されている別のリフトオフ検出／軽いタッチの感度向上アプローチによれば、掃引トーンを用いて、所定の帯域幅にわたるタッチプレート応答のスペクトルを測定してもよい。たとえば、チャープ信号が刺激であってもよく、測定された信号は、チャープ信号と同期して復調される。このアプローチは、刺激信号および検出プロセスの非常に決定論的な性質ゆえに、信号におけるノイズに非常に堅固であり得るという利点を有する。リフトオフ検出／軽いタッチの感度向上アルゴリズムは、たとえば、５０〜７５ｋＨｚの掃引を有する掃引トーンで実行してもよい。
【００６４】
リフトオフ検出／軽いタッチの感度向上のための刺激信号を生成する別のアプローチは、ｆs／２を超えてタッチパネルを駆動することであるが、この場合に、ｆsは、サンプリング周波数である。一般に、サンプリングされるシステムは、検知用アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）が、ナイキスト基準に従って信号における情報を正確に捕捉するように、ｆs／２未満で駆動される。ＡＤＣは、通常、アンチエイリアシングフィルタを用いて、ｆs／２を超える周波数の信号レベルを制限する。サンプリング周波数よりはるかに高い周波数で信号を捕捉できるＡＤＣに関し、ｆs／２より高い信号がＡＤＣによってピックアップされる場合には、かかる信号は、より低い周波数におけるエイリアス信号として登録される。
【００６５】
エイリアシングを用いてリフトオフ検出を向上させることができる多くの方法がある。最初に、高周波を用いることが、タッチプレートにおける空間波長を低減する役目をし、これによって、小さな接触によるタッチプレート応答の空間感度が低減される。多数の単一トーンを用いることによって、リフトオフに対する感度の空間的均一性を改善することが可能である。ｆs／２を超えるエイリアス信号を用いることによって、かかる周波数セットの選択における追加的な自由が可能になる。さらに、エイリアシングは、刺激周波数セットが同じインバンド周波数でサンプリングされるように、用いてもよい。
【００６６】
エイリアシング方法を用いる別の利点は、２０ｋＨｚ未満の可聴帯域などの周波数帯であって、刺激信号がこの帯域に存在するならば、タッチプレートの誘発された振動から可聴音響放射を生成する可能性がある、以前は利用不可能かまたは望ましくなかった周波数帯に、対象の信号を合わせられるということである。たとえば、エイリアシング方法を用いると、エイリアス信号をサンプリング可能な周波数を、たとえば、サンプリング周波数と刺激周波数との間の差によって調整してもよい。この方法は、単一周波数、多数の周波数、掃引トーンおよび広帯域ノイズ信号に適用してもよい。
【００６７】
エイリアシング方法の特に有利な実装例は、刺激信号の周波数としてｆsを用いることを伴う。このアプローチによれば、エイリアス周波数はｄｃであり、高周波刺激の検知は、ピックアップ信号の振幅および位相によって決定されるｄｃオフセットに帰する。サンプリング周波数で刺激信号を駆動することには多くの利点があり、これらのいくつかは、代理人整理番号５９３７７ＵＳ００２の下で出願され、事前に組み込まれた米国特許出願に説明されている。
【００６８】
様々な校正および診断方法論の向上は、タッチセンシティブデバイスのピックアップセンサと組み合わせて専用励起トランスデューサを組み込みかつ用いるこれによって、実現してもよい。たとえば、様々なタッチプレートおよびピックアップセンサ校正プロセスは、ピックアップセンサと組み合わせて専用励起トランスデューサを用いて実行してもよい。本発明の一タッチプレート校正方法論に従って、タッチプレートまたは基板の寸法を検知し、決定することができる。タッチプレート寸法の自動検知によって、ピックアップセンサの多くの異なるサイズおよびアスペクト比にわたり、同じタッチパネルコントローラを用いることが可能になる。
【００６９】
図１１に示す実施形態において、たとえば、専用励起トランスデューサが、屈曲波を生成するために用いられ３００、これらの屈曲波が、タッチ基板のコーナーに配置されたピックアップセンサによって検知される３０２。励起刺激は、パルス刺激または広帯域ノイズ状刺激であってもよい。ピックアップセンサによって出力されたピックアップ信号は、前述のように、等価な非分散体系の１つへのピックアップ信号それぞれの変換３０４などによって、分散的な方法で処理してもよい。励起トランスデューサからピックアップセンサのそれぞれへの相対距離が計算される３０６。励起トランスデューサとピックアップセンサとの間の相対距離を決定するための代替アプローチは、最初の到達時間の調査のために固定量の分散の除去を伴う。別の代替アプローチにおいて、励起信号を狭い周波数帯に集中してもよく、ピックアップセンサのそれぞれへの相対的な到達時間を推定してもよい。これらおよび他のアプローチは、以下でより詳細に説明する。
【００７０】
タッチプレート材料の絶対的な分散関係が知られている場合には３０８、タッチプレートの絶対寸法が計算可能である３１２。しかしながら、タッチプレート材料の絶対的な分散関係が知られていない場合には３０８、タッチプレートの相対寸法だけが計算可能である３１０。タッチプレートの絶対的な分散関係の知識が、プレートの絶対寸法を決定するために必要である。なぜなら、タッチプレートの材料特性が、タッチプレートにわたる波動伝搬の絶対速度を、周波数の関数として決定するからである。この知識なしでは、タッチプレート寸法は、正規化座標において知られるだけである。
【００７１】
たとえタッチプレートの材料が未知で、プレートの絶対サイズが直接計算できない場合であっても、タッチプレートにおける波長の関数としての寸法の知識は、接触位置アルゴリズムが正規化座標として接触位置を決定するのに十分である。この方法は、アルゴリズム用のパラメータを直接決定するためか、またはたとえば選択テーブルからタッチプレート寸法を認識するために用いてもよいことが注目される。
【００７２】
接触位置の計算を行なうときに、ピックアップセンサが非常に類似した位相応答を有する場合には、有利である。しかしながら、所定のセンサの位相応答の特徴は、タッチプレートへのセンサの取り付け方法、およびまた統合システム内におけるタッチプレートの取り付け方法と密接に関連している。例として、ピックアップセンサは、タッチプレートが、センサのすぐ近くに装着された堅い発泡樹脂製品に取り付けられかつ各コーナーで異なって配置されている場合には、互いに異なる位相応答を典型的に有する。センサの異なる位相応答は、タッチ位置計算を損なう可能性がある。たとえば、分散補正相関関数におけるピークは、歪んで、大きさが小さくなる可能性がある。
【００７３】
ある程度の取り付け／統合変動を許容する一アプローチは、センサの位相応答に対してピックアップセンサ信号を補正することを伴う。これは、センサ位相応答の知識を与えられれば、容易に達成できる。専用励起トランスデューサを用いて、センサ位相応答を決定してもよい。
【００７４】
図１１に関連して上記したプレート校正技術は、ピックアップセンサのそれぞれに対して励起トランスデューサが生成した直接波の周波数の関数としての位相遅延の大きさと見なして実行してもよい。この位相遅延のほとんどは、センサのそれぞれへの距離に関連しており、これによって、タッチプレート寸法の測定が可能になる。しかしながら、あるさらなる位相変動は、センサの位相応答による可能性がある。一旦タッチプレート寸法が決定されると、この残りの部分は、合計位相遅延の測定から容易に得られる。
【００７５】
図１２に示すアプローチによれば、専用励起トランスデューサを用いて、屈曲波が生成され３３０、これらの屈曲波が、タッチ基板のコーナーに配置されたピックアップセンサによって検知される３３２。励起刺激は、図１１の例証的な例におけるように、パルス刺激または広帯域ノイズ状刺激であってもよい。分散補正が、ピックアップセンサ信号に対して実行される３３４。タッチ基板の寸法は、上述の方法で決定されるか３３６、さもなければ知られている。ピックアップセンサのそれぞれの位相応答は、合計位相遅延の知識から決定可能である３３８。
【００７６】
ピックアップセンサの位相応答を測定するために専用励起トランスデューサを用いることによって、測定されたピックアップ信号を補正し、かかるセンサ位相応答を調整することが可能になる。今度はこれによって、それほど厳格ではない構造公差およびより広範囲のシステム統合の可能性が考慮される。さらに、センサの近くに堅い発泡樹脂製品を組み込むいくつかの統合方式によって、軽いタッチに対するデバイス感度の改善が実現されるが、それは、センサの近くにおけるタッチパネル応力への影響から結果としてもたらされる。本明細書で説明する位相応答補正アプローチは、かかる統合を、センサ間のわずかな変動に対してより堅固にし、したがって、軽いタッチに対して感度を改善するための選択肢を形成する。
【００７７】
本明細書で説明するプレートおよびセンサ校正アプローチは、専用励起トランスデューサを屈曲波の発生器として用いるのが好ましく、続いて、これらの屈曲波は、少なくとも３つのセンサ、より好ましくは４つのコーナーセンサによって検知される。下記の様々な校正アプローチの文脈では、センサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を取得するのが有用である。この伝達関数は、多くの標準方法を用いて取得可能である。かかる周知の方法には、次のものが含まれる。とりわけ、インパルス応答を得るための、最大長シーケンス（ＭＬＳ）信号による刺激および相互相関と、ノイズ状信号に関連した適応フィルタの使用と、複素周波数応答の平均比率と、インパルスの直接入力および測定と、時間遅延分光測定法（ＴＤＳ）を用いた線形チャープ信号の測定と、である。
【００７８】
ＴＤＳ方法は、システムを刺激するために線形チャープ信号を用いる。次に、応答は、同相刺激（サイン）およびまた９０度位相がずれた刺激（コサイン）の両方で復調される。これによって、周波数応答の実数および虚数成分の両方がもたらされる。図１３に示すように、線形チャープ信号が、ブロック４００で生成される。信号位相を得るために、周波数は積分され、２πを掛けられる。コサインおよびサイン関数（ｃｏｓ（θ）およびｓｉｎ（θ））が、ブロック４０４、４０６で生成され、これらを用いて、センサ応答を同期して復調する。サイン関数ｓｉｎ（θ）は、ブロック４０８で振幅βを掛けられ、励起トランスデューサに印加された入力信号または刺激を定義する。
【００７９】
刺激の印加に応じて、屈曲波が、ブロック４１０でタッチパネルに生成されてピックアップセンサによって検知され、このピックアップセンサが出力信号を生成する。出力信号は、ブロック４１２で片振幅βによって割られる。この信号は、ブロック４１４、４１６でコサインおよびサイン関数、ｃｏｓ（θ）およびｓｉｎ（θ）、のそれぞれを掛けられ、ブロック４１８、４２０でそれぞれ低域通過フィルタリングされる。ＴＤＳ方法により、ブロック４２２、４２４および４２６でそれぞれ、周波数ならびに周波数応答の実数および虚数成分が提供される。
【００８０】
ＴＤＳ方法の１つの利点は、それが、用いられる刺激信号の高度に相関的性質ゆえに、優れたノイズ阻止性能を有し得るということである。実際に、任意の高性能が、低域通過フィルタのカットオフ周波数と組み合わされたより遅い掃引速度で達成可能である。図１４は、測定された伝達関数の例を示す。低周波端における特徴は、用いられる方法のアーチファクトであり、その後はウィンドウの外側に置かれることが注目される。
【００８１】
上記のＴＤＳ方法は、励起トランスデューサからコーナーセンサのそれぞれへの伝達関数を決定するために用いることが可能な多くの異なる方法のあくまで一例である。他の例は、時間領域または周波数領域において伝達関数を決定可能である。これら２つの領域間の変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて容易に実行される。
【００８２】
タッチセンシティブプレートにそれぞれ設けられたピックアップセンサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定した後で、本明細書に説明するタイプの励起トランスデューサを用いて、様々な性能および校正プロセスを実行してもよい。図１６は、たとえば、図１５に示すプロセスによって決定されるような分散補正インパルス応答を用いて、タッチセンシティブプレートの寸法を計算するアプローチを示す。図１５は、タッチ距離の関数として分散補正インパルス応答を取得するためのプロセスを示す。
【００８３】
一般に、タッチセンシティブプレートの寸法は、図１３に関連して上記した伝達関数測定法を用いて決定してもよい。前述のように、タッチセンシティブプレートの材料についての知識が、プレートの絶対寸法を決定するために必要とされる。なぜなら、それによって、波の絶対速度が周波数の関数として決定されるからである。この知識なしでは、プレート寸法は、正規化座標において知られるだけである。
【００８４】
図１５に示すように、伝達関数に窓関数を掛けて５０２、低周波および高周波の振幅を低減してもよい。分散は、周波数への屈曲波速度の依存に起因し、この依存は、ブロック５０６において示すように、純曲げに対しては平方根依存性である。上記に援用した米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書が説明している方法によれば、ブロック５０４に一般的に示すように、信号の分散は、伝達関数の周波数軸を波動ベクトルに補間する変換によって補正可能である。次に、逆ＦＦＴを取ることによって５０８、距離に応じてインパルス応答がもたらされ５１０、全ての周波数成分が調整されて、分散の影響が補正される。周波数の関数としての絶対速度が、タッチセンシティブパネルの材料特性の知識から知られている場合には、分散補正インパルス応答は、絶対距離の関数として返してもよい。しかしながら、この関係が知られていない場合には、やはり、距離軸の任意のスケーリングによって、タッチセンシティブプレートのアスペクト比など、有用な情報の決定が可能になる。
【００８５】
ここで図１６を参照すると、図１５に示すアプローチなどによって分散補正インパルス応答が決定された後で６００、励起トランスデューサへのピックアップセンサの距離が、それぞれのピックアップセンサにおける、励起トランスデューサエネルギの最初の到達に基づいて決定される６０２。励起トランスデューサから２つの最も近いコーナーピックアップセンサへの距離は、各ピックアップセンサにおけるエネルギの最初の到達に対応する、応答の最初のピーク位置として決定される。したがって、ブロック６０４に示すように、この距離は、プレートの全幅（Ｌx）の半分に対応する。プレートの高さ寸法（Ｌy）は、次の式、
【数１】
2007517318.tif 000003
と共に、他の２つのピックアップセンサへの最初の到達に対する同様の距離（ＬT）から決定可能である。
【００８６】
上記の方法は、タッチセンシティブプレートの寸法を決定するいくつかの方法の１つを表わす。ここで、いくつかの追加的な方法を説明する。タッチセンシティブプレートの寸法を決定するための、本明細書で説明する方法のいくつかは、分散補正インパルス応答の計算および利用を必要としないことが注目される。たとえば、様々な飛行時間技術を用いてタッチセンシティブプレート寸法を決定してもよく、かかる技術は、分散および非分散媒質の両方に適用可能である。タッチセンシティブプレートの寸法を決定する以下の追加的な方法には、分散補正インパルス応答を利用する方法および飛行時間技術を利用する方法が含まれる。
【００８７】
第１の追加的な方法によれば、標準化されたプレート寸法は、図１５および１６に関連して上記した技術に非常に類似した技術を用いて決定される。この第１の追加的なアプローチでは、絶対的な材料分散関係の知識が不足しているために、タッチセンシティブプレートの絶対寸法が知られていないと仮定されている。ここで、分散補正相関関数が、任意にスケーリングされたＸ軸と共に返される。図１６に示す同じプロセスに従って、任意の単位でもたらされるタッチセンシティブプレート寸法を提供してもよい。しかしながら、これによって、タッチセンシティブプレートのアスペクト比の決定は可能になるが、絶対寸法は可能ではない。
【００８８】
タッチセンシティブプレートの寸法を計算する第２の追加的な方法によれば、各ピックアップセンサに最初に到達する周波数の関数としての位相測定値を用いて、プレート寸法を決定してもよい。このアプローチでは、位相は、周波数応答から直接に取得可能であり、次に、位相は、位相跳躍を除去するためにアンラップされる。このアプローチをプレート校正タスクに適用するためには、周波数応答において、ピックアップセンサへの最初の到達エネルギが支配的であることが重要である。これは、タッチセンシティブプレートが、吸収エッジ終端部によって支持されている場合には、事実であり得る。代替として、スケーリング関数を時間領域データに適用し、タッチセンシティブプレートにおける残響を抑え、最初の到達を、各ピックアップセンサによって検出される主なエネルギ源として残してもよい。
【００８９】
図１７は、この第２の追加的な方法を示す。このアプローチが、分散補正を必要とせず、生の伝達関数データまたは分散補正データに基づいて実行可能であることが注目される。図１７に示すように、センサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数が、上記で確認したいくつかのアプローチの１つなどによって測定される７００。伝達関数データが、時間領域に変換される７０２。ダンピングを適用して、信号における残響を最小限にし７０４、これによって、最初の到達エネルギの検出が向上する。伝達関数の周波数応答が計算される７０６。
【００９０】
位相が計算され、次にアンラップされる７０８。各ピックアップセンサに関連する位相遅延に対する合計位相遅延の比率が、計算される７１０。この情報から、タッチセンシティブプレートのアスペクト比が計算可能である７１２。分散定数が知られている場合には、前述のように、タッチセンシティブプレートの絶対寸法が計算可能である７１４。
【００９１】
図１８は、本発明に従い、タッチセンシティブプレート校正を実行するための第３の追加的な方法を示す。図１８に示す方法は、飛行時間を利用する。分散媒質において、波の分散が過度でない場合には、飛行時間は、有用に用いることが可能である。このアプローチによれば、ピックアップセンサ信号を、１つまたは複数の周波数帯へフィルタリングしてもよく、各センサへの相対的な到達時間を決定してもよい。この方法論の一実装例が、図１８に示されている。
【００９２】
図１８に示すように、センサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数が、上記で確認されたいくつかのアプローチの１つなどによって測定され８００、インパルス応答が、時間領域において計算される８０２。インパルス応答は、１つまたは複数の周波数帯へフィルタリングされ８０４、ピックアップセンサのそれぞれにおけるエネルギの最初の到達の検出を向上させる。センサのそれぞれにおける最初の到達エネルギの到達時間が、計算される８０６。各ピックアップセンサへの距離が、前述の方法で計算される８０８。計算された距離は、分散定数が知られているかどうかに依存して、正規化または絶対距離であってもよい。この計算は、フィルタリングブロック８０４で用いられる周波数帯のそれぞれに対して実行してもよい。１を超える周波数帯がフィルタリングブロック８０４で用いられると仮定して、周波数帯のそれぞれに対する距離計算が、各ピックアップセンサのために平均される８１０。ピックアップセンサのそれぞれに対する距離計算を用いて、タッチセンシティブプレートの幅（Ｌx）および高さ（Ｌy）が計算可能である。
【００９３】
純曲げ動作のための分散関係が、上述のように、周波数への平方根依存性であることが理解される。しかしながら、任意の所定の材料については、周波数であって、それを超えると、曲げが純曲げ動作から逸脱し、周波数に対する平方根依存性が修正される周波数がある。実際の分散関係の知識を与えられれば、この修正は、接触位置計算において一般に用いられる分散補正変換に組み込んでもよい。所定の材料の分散関係を測定する一方法が、図１９に示されている。このアプローチは、図１７に関連して前述したように、合計位相遅延に基づいている。
【００９４】
図１９に示すように、各ピックアップセンサにおける最初の到達エネルギの合計位相遅延が、計算される９００。ピックアップセンサのそれぞれに対して、図１７に関連して説明した方法で計算可能な位相が、周波数に関連して区別される９０２。位相速度Ｖpが、周波数の関数として、
【数２】
2007517318.tif 000004
によって与えられるが、この場合に、ｄは、所定のピックアップセンサを励起トランスデューサから分離する距離である。滑らかな関数を、測定された位相速度へ適合させてもよい９０６。この滑らかな関数は、分散関係を周波数の関数として特徴付け、周波数に対する平方根依存性からの分散関係の逸脱を補正するために用いてもよい。
【００９５】
所定の材料の分散関係を決定する別のアプローチによれば、分散関係のためのパラメトリックモデルを確立し、これを用いて、これらのパラメータを最適化してもよい。かかる最適化は、結果としてのインパルスの鮮鋭さのために、分散補正の適用および分散補正インパルス応答の測定に基づいてもよい。選択された分散関係によって、分散補正インパルスの最大の鮮鋭さが結果としてもたらされる。
【００９６】
上記の方法は、分散関係およびタッチセンシティブプレートの寸法を決定する様々なアプローチを表わす。タッチセンシティブデバイスの性能改善をもたらすことができる別の校正技術は、各ピックアップセンサの位相応答を測定することである。次に、センサ校正結果を位置検出アルゴリズムに用いて、ピックアップセンサ間の差を補正してもよいが、これらの差は、製造公差、または所定のシステム応用例にタッチセンシティブプレートを統合する際の差によって引き起こされる。
【００９７】
この校正方法論によれば、特に対象となる特徴は、各ピックアップセンサの位相応答、およびピックアップセンサ間における位相応答差の補正である。本発明によるセンサ校正技術の一実施形態が、図２０に示されている。上記のアプローチを用いて、分散関係が、対象のタッチセンシティブプレートのために計算され１０００、プレート寸法が計算される１００２。ピックアップセンサのそれぞれに対する合計位相遅延が決定される１００４。ブロック１０００および１００２の校正プロセスで計算された、速度および寸法に関連する合計位相遅延が、除去される１００６。各ピックアップセンサに対する、結果としての位相差が平均され１００８、それによって、励起トランスデューサにより放出された励起信号の開始位相の推定値が提供される。次に、開始位相のこの推定値を、ピックアップセンサのそれぞれの位相遅延から除去してもよい１０１０。ピックアップセンサのそれぞれに対する、結果としての位相差データに、滑らかな関数を適合させてもよい１０１２。この技術が、各ピックアップセンサの振幅応答に基づいたセンサ校正アプローチ、およびピックアップセンサ間の振幅応答差の補正に容易に拡張可能なことは、当業者に理解されるであろう。
【００９８】
上記の校正技術は、センサのそれぞれにおける出力に対する、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数の文脈で一般的に説明した。代替アプローチは、励起トランスデューサによって放出された励起信号が存在する状態で、２つのピックアップセンサ間の相関関数を計算することを伴う。この代替方法は、入力信号との同期化を必要とせず、分散補正は、相関関数に適用してもよい。本発明の校正方法論において利用可能な分散補正相関関数の詳細は、上記に援用した米国特許出願の１つまたは複数に開示されている。開示された分散補正相関関数を本明細書で説明する方法論の文脈内で実行することは、当業者に容易に理解されるであろう。励起トランスデューサから各ピックアップセンサへの直線距離を返す伝達関数方法とは異なり、分散補正相関関数を用いる方法は、検知ピックアップセンサの各ペアに対する、励起トランスデューサの相対距離を返す。
【００９９】
上記の方法は、励起トランスデューサによってピックアップセンサのそれぞれへ放出される直接信号の点から一般的に説明した。プレートエッジからの反射およびプレートの残響が、対象の信号に悪影響を及ぼすことが理解される。タッチセンシティブプレートにおける反射が、正確に識別されれば、プレートの寸法に関連して追加情報を提供するために利用可能である場合には、上記の方法の拡張では、これらの反射を利用する。
【０１００】
本明細書で説明するタッチセンシティブプレートおよびセンサ校正方法論を用いて、タッチセンシティブデバイスの性能および診断を向上させてもよい。たとえば、本発明のプレート校正技術を用いて、前述のように、プレートサイズを決定してもよく、これらのパラメータを、位置検出アルゴリズムに入力してもよい。また、プレート校正を用いて、どのタッチセンシティブプレート（たとえばデータベースまたは標準サイズから）がタッチパネルコントローラに取り付けられているかを認識してもよい。プレート認識手順からのリターンに基づいて、位置検出アルゴリズム用のパラメータを、データベースから検索してもよい。別の向上は、製造公差または統合における差によるタッチセンシティブデバイス間の差を考慮するための、位置検出アルゴリズムにおけるパラメータの改善に関する。
【０１０１】
本明細書で説明する方法論をさらに用いて、タッチセンシティブデバイス／システム性能の変化を経時的に追跡してもよい。専用励起トランスデューサを伴う上記の技術を用いることによって、タッチセンシティブデバイス／システム性能の微妙なかつ劇的な変化の両方を経時的に検出する機会が提供される。例として、センサ応答測定値における大きな変化の検出は、プレート破損の場合など、センサまたはタッチセンシティブプレートが被った重大な損傷を示す場合がある。
【０１０２】
タッチセンシティブデバイス／システム特性の他の変化は、温度依存性など、環境に対する反応の場合のように、可逆的であり得る。たとえば、タッチセンシティブプレートにおける波速は、いくつかの材料にとっては、温度に過敏であり得る。過度の温度は、波速を加速するかまたは減速する可能性がある。タッチセンシティブプレートの校正によって、かかる変化の追跡および位置検出アルゴリズムにおける補正が可能になる。さらなる例として、タッチセンシティブプレート用の発泡樹脂支持体は、温度依存性を有する可能性がある。前述のように、取り付け用発泡樹脂製品は、センサ位相応答に影響を及ぼす場合があり、したがって、センサ位相応答は、温度依存性を有する可能性がある。
【０１０３】
タッチセンシティブプレートサイズおよびセンサ位相／振幅応答の反復的校正によって、温度に伴うこれらの変化を特徴づけ追跡することが可能になる。たとえば、表面汚染は、タッチセンシティブプレートの測定されたインパルス応答を変化させる可能性があるが、これは、経時的に追跡可能である。かかる汚染は、局所的か（たとえばチューインガム）またはタッチセンシティブプレートの広い範囲にわたって広がる（たとえば液体のこぼれ）場合がある。本明細書で説明する校正方法論を用いて、多様なタッチセンシティブデバイス／システム特性およびデバイス／システム性能を経時的に検出し、決定し、かつ追跡可能なことが理解される。
【０１０４】
本発明の様々な実施形態の前述の記載は、例証および説明のために提示された。それは、包括的であるようにも、本発明を開示された形態に正確に限定するようにも意図されていない。上記の教示に照らして、多くの修正および変更が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、より正確に言えば、添付の特許請求の範囲によって限定されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１ａ】平方根分散関係を備えた理想的な媒質におけるインパルス応答を図表で示す。
【図１ｂ】図ｌａのインパルス応答のフーリエ変換を取ることによって得られた、図ｌａの分散インパルス応答の周波数応答を図表で示す。
【図１ｃ】タッチパネル分散の逆数で周波数軸をワープすることによって得られた、図１ｂに示す分散周波数応答の分散補正変換を図表で示す。
【図１ｄ】分散に対して補正された図１ｃのトレースに逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することによって生成された非分散インパルス応答を示す。
【図２】本発明のある実施形態による、屈曲波振動を検出するための特徴および機能性を組み込んだタッチセンシティブデバイスの一構成を示す。
【図３】本発明のある実施形態による、ピックアップセンサおよび励起トランスデューサを組み込んだタッチセンシティブデバイスの別の構成を示す。
【図４】本発明のある実施形態による、励起トランスデューサ、およびバッファ回路に結合されたピックアップセンサを組み込んだタッチセンシティブデバイスの構成を示す。
【図５】図４に示すデバイス実施形態において用いるのに適したバッファ回路構成の概略図である。
【図６】本発明のある実施形態による、ディスプレイに取り付けられたタッチセンシティブデバイスの断面図である。
【図７】本発明のある実施形態による、タッチセンシティブデバイスおよびタッチパネルコントローラを含むタッチパネルシステムの図である。
【図８】本発明のある実施形態による、多数のピックアップセンサのそれぞれにおいて取得された屈曲波情報を処理するための実装例を示す。
【図９】本発明のある実施形態による、ディスプレイに取り付けられ、かつタッチパネルコントローラおよびホストプロセッサに結合されたタッチセンシティブデバイスを含むタッチパネルシステムを示す。
【図１０】本発明による、タッチセンシティブデバイスに通信的に結合されたタッチパネルコントローラのある実施形態を示す。
【図１１】本発明のある実施形態に従い、分散補正センサデータを用いてタッチプレート校正を実行するための実装例を示す。
【図１２】本発明のある実施形態に従い、分散補正センサデータを用いて、個別のピックアップセンサの位相応答を決定するための実装例を示す。
【図１３】本発明のある実施形態に従い、多数のピックアップセンサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定するための実装例を示す。
【図１４】図１３に示す実装例を用いることによって導き出され、測定された伝達関数の例証的な例を示す。
【図１５】本発明のある実施形態に従い、タッチ距離の関数としてインパルス応答を取得するためのプロセスを示す。
【図１６】本発明のある実施形態に従い、図１５に示すプロセスによって決定される分散補正インパルス応答を用いて、タッチセンシティブプレートの寸法を計算するための校正方法を示す。
【図１７】本発明のある実施形態に従い、位相遅延測定に基づいてタッチセンシティブプレートの寸法を計算するための別の校正方法を示す。
【図１８】本発明のある実施形態に従い、飛行時間技術を用いてタッチセンシティブプレートの寸法を計算するためのさらに別の校正方法を示す。
【図１９】本発明のある実施形態に従い、タッチセンシティブプレートの材料分散関係を決定するための校正方法を示す。
【図２０】本発明のある実施形態に従い、個別ピックアップセンサの位相応答を決定するためのセンサ校正技術を示す。
【図１ａ】
2007517318.tif 000005
【図１ｂ】
2007517318.tif 000006
【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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