(57)【要約】  タッチ検知デバイス（１０）には、複数のセンサ（１６、１０４）、およびタッチパネル（１２、１０２）に結合された放出トランスデューサが含まれる。トランスデューサ（１８、１０８）は、タッチパネル（１２、１０２）に屈曲波を誘発する。センサ（１６、１０４）は、タッチパネル（１２、１０２）において屈曲波を検知し、かつ検知屈曲波に応じて屈曲波信号を生成する。コントローラ（１２０）は、誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別する。コントローラ（１２０）は、非タッチ状態信号を屈曲波信号と比較し、かつ比較に基づき、タッチパネルにおいてタッチを検出する。【選択図】図４
2007524970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルと、
前記タッチパネルに結合された複数のセンサであって、前記タッチパネルにおける屈曲波を検知し、かつ前記検知屈曲波に応じて屈曲波信号を生成するように構成された複数のセンサと、
前記タッチパネルに結合され、かつ前記タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されたトランスデューサと、
前記複数のセンサに結合されたコントローラであって、前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別し、前記非タッチ状態信号を前記屈曲波信号と比較し、かつ前記比較に基づいて前記タッチパネルにおけるタッチを検出するように構成されたコントローラと、
を含むタッチ検知デバイス。
【請求項２】
前記タッチパネルがほぼ矩形であり、
前記複数のセンサが、前記タッチパネルのコーナーに配置された少なくとも３つのセンサを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数のセンサが圧電センサを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記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１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記トランスデューサが、単一周波数で前記タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記トランスデューサが、多数の周波数で前記タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記トランスデューサが、前記コントローラによって用いられるサンプリング周波数の半分以上の周波数で、前記タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記トランスデューサが、エイリアス非タッチ状態信号に関連する周波数で、前記タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記エイリアス非タッチ状態信号が、オーディオ帯域周波数以下の周波数を有する信号を含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記エイリアス非タッチ状態信号がＤＣ信号を含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記屈曲波信号と前記非タッチ状態信号との間の差を決定し、かつ前記差に基づいて前記タッチを検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記非タッチ状態信号の振幅を決定し、前記非タッチ状態信号の振幅を前記屈曲波信号の振幅と比較し、かつ前記比較に基づいて前記タッチを検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記振幅がＲＭＳ振幅である、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記非タッチ状態信号のスペクトルを決定し、前記非タッチ状態信号を前記屈曲波信号のスペクトルと比較し、かつ前記比較に基づいて前記タッチを検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記コントローラが、前記非タッチ状態信号をキャンセルするために選択された複数の基準フィルタ係数を有する適応フィルタを含み、前記コントローラが、前記屈曲波信号をキャンセルする前記フィルタ係数を計算し、前記計算されたフィルタ係数を前記基準フィルタ係数と比較し、かつ前記比較に基づいてタッチを検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記コントローラが、前記タッチを検出した後で、前記タッチの前記位置を決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記コントローラが、前記タッチを検出した後で、前記タッチパネルからタッチリフトオフを検出するようにさらに構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記コントローラが、前記タッチを検出した後で、前記屈曲波信号を前記非タッチ状態信号と比較し、かつ前記比較に基づいて前記タッチリフトオフを検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記コントローラが、前記屈曲波信号が前記非タッチ状態信号に戻った場合に、前記タッチパネルからタッチリフトオフを検出するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
タッチスクリーンであって、
タッチパネルと、
前記タッチパネルに結合された複数のセンサであって、前記タッチパネルにおける屈曲波を検知し、かつ検知屈曲波に応じて屈曲波信号を生成するように構成された複数のセンサと、
前記タッチパネルに結合され、かつ前記タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されたトランスデューサと、
前記複数のセンサに結合されたコントローラであって、前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別し、かつ前記屈曲波信号と前記非タッチ状態信号との間の差に基づいて前記タッチパネルにおける前記タッチを検出するように構成されたコントローラと、
前記タッチスクリーンを通して可視であり、かつ情報を表示するように構成されたディスプレイと、
を含むタッチスクリーンと、
前記ディスプレイに結合され、かつ前記ディスプレイに表示される前記情報を処理するように構成されたプロセッサと、
を含むタッチシステム。
【請求項２１】
前記ディスプレイが発光ダイオードディスプレイを含む、請求項１に記載のタッチシステム。
【請求項２２】
前記ディスプレイが液晶ディスプレイを含む、請求項１に記載のタッチシステム。
【請求項２３】
前記ディスプレイが陰極線管ディスプレイを含む、請求項１に記載のタッチシステム。
【請求項２４】
前記コントローラが、前記タッチを検出した後で前記タッチパネルからタッチリフトオフを検出するようにさらに構成されている、請求項１に記載のタッチシステム。
【請求項２５】
前記コントローラが、前記タッチを検出した後で前記屈曲波信号を前記非タッチ状態信号と比較し、かつ前記比較に基づいて前記タッチパネルからタッチリフトオフを検出するようにさらに構成されている、請求項１に記載のタッチシステム。
【請求項２６】
前記コントローラが、前記タッチを検出した後で前記屈曲波信号を前記非タッチ状態信号と比較し、かつ前記非タッチ状態信号への前記屈曲波信号のリターンに基づいて、タッチリフトオフを検出するようにさらに構成されている、請求項１に記載のタッチシステム。
【請求項２７】
タッチ情報を決定するための方法であって、
駆動信号を用いてタッチパネルに屈曲波を誘発するステップと、
前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別するステップと、
前記タッチパネルにおけるタッチに応じて屈曲波信号を生成するステップと、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップと、
前記比較に基づいて前記タッチパネルにおける前記タッチを検出するステップと、
を含む方法。
【請求項２８】
前記駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、単一周波数駆動信号を用いて前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、多重周波数駆動信号を用いて前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、広帯域周波数駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、エイリアス非タッチ状態信号に関連する駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
非タッチ関連状態に基づいて、前記識別された非タッチ状態信号を更新するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記識別された非タッチ状態信号を更新するステップが、構成要素のドリフトゆえに前記識別された非タッチ状態信号を更新するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記識別された非タッチ状態信号を更新するステップが、タッチ期間と比較して長くなるように選択された時間尺度で、前記識別された非タッチ状態を周期的に更新するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記屈曲波信号を前記非タッチ状態信号と比較するステップが、前記屈曲波信号と前記非タッチ状態信号との間の差を決定するステップを含み、
前記比較に基づいて前記タッチを検出するステップが、前記差が閾値を超える場合に前記タッチを検出するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記非タッチ状態信号を識別するステップが、前記非タッチ状態信号の振幅を決定するステップを含み、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップが、前記非タッチ状態信号の前記振幅を、前記屈曲波信号の振幅と比較するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記非タッチ状態信号を識別するステップが、前記非タッチ状態信号のスペクトルを決定するステップを含み、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップが、前記非タッチ状態信号の前記スペクトルを、前記屈曲波信号のスペクトルと比較するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
前記非タッチ状態信号を識別するステップが、前記非タッチ状態信号をキャンセルするために、適応フィルタの複数の基準フィルタ係数を選択するステップを含み、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップが、前記屈曲波信号をキャンセルするためにフィルタ係数を計算するステップと、前記計算されたフィルタ係数を前記基準フィルタ係数と比較するステップと、を含み、
前記比較に基づいて前記タッチを検出するステップが、前記計算されたフィルタ係数と前記基準フィルタ係数との間の差に基づいて前記タッチを検出するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３９】
タッチ情報を決定するための方法であって、
駆動信号を用いてタッチパネルに屈曲波を誘発するステップと、
前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別するステップと、
前記タッチパネルにおけるタッチに応じて屈曲波信号を生成するステップと、
前記タッチパネルにおけるタッチを検出するステップと、
前記タッチが検出された後で、前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップと、
前記比較に基づいて前記タッチパネルからタッチリフトオフを検出するステップと、
を含む方法。
【請求項４０】
前記タッチリフトオフを検出するステップが、前記非タッチ状態信号への前記屈曲波信号のリターンに基づいて、前記タッチリフトオフを検出するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記駆動信号を用いて、前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、単一基本周波数で前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記駆動信号を用いて、前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、多数の周波数で前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記駆動信号を用いて、前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、広帯域周波数駆動信号を用いて前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
駆動信号を用いて、前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップが、エイリアス非タッチ状態信号に関連する駆動信号を用いて、前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記非タッチ状態信号を識別するステップが、前記非タッチ状態信号の振幅を決定するステップを含み、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップが、前記屈曲波信号の振幅を前記非タッチ状態信号の前記振幅と比較するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記非タッチ状態信号を識別するステップが、前記非タッチ状態信号のスペクトルを決定するステップを含み、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップが、前記非タッチ状態信号の前記スペクトルを、前記屈曲波信号のスペクトルと比較するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
前記非タッチ状態信号を識別するステップが、前記非タッチ状態信号をキャンセルするために、適応フィルタの複数の基準フィルタ係数を選択するステップを含み、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップが、
前記屈曲波信号をキャンセルするためにフィルタ係数を計算するステップと、
前記計算されたフィルタ係数を前記基準係数と比較するステップと、
を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４８】
前記タッチパネルにおいて前記タッチを検出するステップが、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップと、
前記比較に基づいて前記タッチパネルにおいて前記タッチを検出するステップと、
を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
前記タッチに応じてウェークオンタッチ信号を生成するステップと、
前記ウェークオンタッチ信号が生成された場合には、前記放出トランスデューサにエネルギを与えるステップと、
をさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項５０】
複数のタッチ検出プロセスの１つまたは複数により、タッチパネルにおいてタッチを検出するステップであって、前記複数のタッチ検出プロセスの少なくとも１つが、駆動信号によって前記タッチパネルに誘発された屈曲波に基づいているステップと、
前記タッチを検出した後で、タッチ位置プロセスを開始するステップと、
を含むタッチ検知方法。
【請求項５１】
前記少なくとも１つのタッチ検出プロセスが、
前記駆動信号を用いて前記タッチパネルに前記屈曲波を誘発するステップと、
前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別するステップと、
前記タッチパネルにおけるタッチに応じて屈曲波信号を生成するステップと、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するステップと、
前記比較に基づいて前記タッチパネルにおいて前記タッチを検出するステップと、
を含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記タッチを検出した後でタッチリフトオフを検出するステップをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
タッチ情報を決定するためのシステムであって、
駆動信号を用いてタッチパネルに屈曲波を誘発するための手段と、
前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別するための手段と、
前記タッチパネルにおけるタッチに応じて屈曲波信号を生成するための手段と、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するための手段と、
前記比較に基づいて前記タッチパネルにおいて前記タッチを検出するための手段と、
を含むシステム。
【請求項５４】
非タッチ関連状態に基づいて、前記識別された非タッチ状態信号を更新するための手段をさらに含む、請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
タッチリフトオフ情報を決定するためのシステムであって、
駆動信号を用いてタッチパネルに屈曲波を誘発するための手段と、
前記誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別するための手段と、
前記タッチパネルにおけるタッチに応じて屈曲波信号を生成するための手段と、
前記タッチパネルにおいて前記タッチを検出するための手段と、
前記屈曲波信号および前記非タッチ状態信号を比較するための手段と、
前記比較に基づいて前記タッチパネルからタッチリフトオフを検出するための手段と、
を含むシステム。
【請求項５６】
前記タッチに応じてウェークオンタッチ信号を生成するための手段と、
前記ウェークオンタッチ信号が生成された場合には、前記放出トランスデューサにエネルギを与えるための手段と、
をさらに含む、請求項５５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ入力装置に関する。本発明は、特に、タッチパネルにおける振動の情報を用いて、タッチパネルにおけるタッチについての情報を決定するタッチ入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ディスプレイは、生活の全ての局面において広く用いられている。過去において、電子ディスプレイの使用は、デスクトップコンピュータおよびノート型コンピュータなどの電算用途に主に制限されてきたが、処理能力がより容易に利用可能になるにつれて、かかる能力は、種々様々な用途に統合された。たとえば少数の例を挙げれば、現金預け払い機、ゲーム機、自動車用ナビゲーションシステム、レストラン管理システム、食料雑貨店のチェックアウトライン、ガソリンポンプ、インフォメーションセンタ、および手持ち式データオーガナイザなどの種々様々の用途で電子ディスプレイを見かけるのが今や普通である。
【０００３】
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感応スクリーンが含まれる。タッチ感応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「伝搬時間」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】
【０００４】
本発明は、タッチダウンおよび／またはリフトオフ検出のためのタッチ検知方法を実行するタッチ感応装置およびシステムに関する。本発明の一実施形態に従い、タッチ検知デバイスには、タッチパネルと、タッチパネルに結合され、タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されたトランスデューサと、タッチパネルに結合されて、タッチパネルにおける屈曲波を検知しかつ検知屈曲波に応じて屈曲波信号を生成するように構成された複数のセンサと、が含まれる。
【０００５】
タッチ検知デバイスには、複数のセンサに結合されたコントローラが更に含まれる。コントローラは、トランスデューサによって誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別するように構成されている。コントローラは、非タッチ状態信号を屈曲波信号と比較し、かつ比較に基づいてタッチパネルにおけるタッチを検出するように構成されている。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、タッチスクリーンと、タッチスクリーンを通して見ることができる情報を表示するためのディスプレイと、ディスプレイに結合され、かつディスプレイに表示される情報を処理するように構成されたプロセッサと、を含むタッチスクリーンシステムに関する。
【０００７】
タッチスクリーンには、タッチパネルと、タッチパネルに結合されたトランスデューサと、タッチパネルに結合された複数のセンサと、複数のセンサに結合されたコントローラと、が含まれる。トランスデューサは、タッチパネルに屈曲波を誘発するように構成されている。複数のセンサは、タッチパネルにおける屈曲波を検知し、かつ検知屈曲波に応じて屈曲波信号を生成するように構成されている。コントローラは、誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別し、かつ屈曲波信号と非タッチ状態信号との間の差に基づいて、タッチパネルにおけるタッチを検出するように構成されている。
【０００８】
本発明の更なる実施形態は、タッチ検出方法に関する。この方法は、駆動信号を用いてタッチパネルに屈曲波を誘発することを含む。誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号が、識別される。タッチパネルにおけるタッチに応じた屈曲波信号が、生成される。屈曲波信号は、非タッチ状態信号と比較される。タッチパネルにおけるタッチは、比較に基づいて検出される。
【０００９】
本発明の更に別の実施形態は、タッチリフトオフの検出方法に関する。この方法には、駆動信号を用いてタッチパネルに屈曲波を誘発することと、誘発された屈曲波に応じて非タッチ状態信号を識別することが含まれる。タッチパネルにおけるタッチは、タッチに応じて屈曲波信号を生成する。タッチが検出された後、屈曲波信号は、非タッチ状態信号と比較される。タッチリフトオフが、比較に基づいて検出される。
【００１０】
本発明の更なる実施形態において、タッチ検知方法は、複数のタッチ検出プロセスの１つまたは複数によって、タッチパネルにおけるタッチを検出することを含む。複数のタッチ検出プロセスの少なくとも１つは、駆動信号によってタッチパネルに誘発された屈曲波に基づいている。タッチ位置プロセスが、タッチを検出した後で開始される。
【００１１】
本発明の上記の概要は、本発明の各開示された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。図および続く詳細な説明は、これらの実施形態をより詳しく例証する。
【００１２】
本発明は、添付の図面に関連して、本発明の様々な実施形態の次の詳細な説明を考慮すれば、より完全に理解されるであろう。
【００１３】
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、本発明の趣旨および範囲に入る全ての修正、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】
【００１４】
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。
【００１５】
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、タッチで作動する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。
【００１６】
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更なる能力は、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より実現できる。タッチ検知装置性能における微妙な変化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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、あたかも非分散媒質内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。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
空気のような非分散媒質において、周波数応答の周期的な変動は反射特性であり、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、建設的干渉と破壊的干渉との間を変動する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、電磁波反射法（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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感応装置（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、タッチ感応装置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、タッチ感応表面が画定される。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、これに代えて、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。
【００２８】
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には、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持たせることができる。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。
【００２９】
一般に、タッチ感応装置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。振動検知タッチ感応装置１０に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。
【００３０】
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。
【００３１】
タッチ感応装置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。
【００３２】
タッチ感応装置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。タッチ感応装置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、タッチ感応装置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。
【００３３】
また、タッチ感応装置１０を用いる多くの用途では、タッチ感応装置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、矩形のタッチ感応装置１０を用いることが、一般的であり、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。これに代えて、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。
【００３４】
一つの構成によれば、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、タッチ感応装置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領域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。
【００３５】
タッチ感応装置１０によって検知される接触は、手持ち式ペン形状として構成されるであろう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いてもよく、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であるが、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。これに代わって、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。
【００３６】
図３は、本発明のある実施形態によるタッチ感応装置１０の別の構成を示す。本実施形態によれば、タッチ感応装置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。タッチ感応装置１０には、励起トランスデューサ１８が更に含まれる。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主として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、一般的には、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与えられる。
【００３７】
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、軽いタッチによる低いレベルの振動に対しても感度があるよう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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、タッチ感応装置１０に通信によって結合されたコントローラに追加回路を必要とする。
【００４０】
従来のタッチ感応装置の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では、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。
【００４１】
ここで図４を見ると、本発明によるタッチ感応装置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。
【００４２】
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を更に示す。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、またその代わりに、テールコネクタ２６に一体化してもよい。
【００４３】
バッファ回路３０のそれぞれには、図５に示されるような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、タッチ感応装置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、およびタッチ感応装置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。
【００４４】
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。これに代わる実施形態において、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。
【００４５】
一つの構成において、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。本実施形態に従った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。
【００４６】
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つのタッチ感応装置の実装例によれば、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。
【００４７】
図６は、ディスプレイ２５に取り付けられたタッチ感応装置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感応装置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。
【００４８】
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。タッチ感応装置１０のテールコネクタ２６は、タッチ感応装置１０のコントローラに接続してもよい。
【００４９】
図７は、タッチ感応装置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。タッチ感応装置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。タッチ感応装置１０２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。
【００５０】
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、一般的には、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、タッチ感応装置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、一般的には、アナログ信号調整段と、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。
【００５１】
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。
【００５２】
図９に更に示すように、タッチパネルコントローラ１２０は、一般的には、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感応装置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する。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。
【００５３】
図７に更に示すように、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、タッチ感応装置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かが検知される。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なタッチの結果か、またはタッチ感応装置への意図しないタッチの結果かどうかが決定される。タッチ感応装置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、タッチ感応装置へのタッチが意図的でなか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。
【００５４】
用語「意図的なタッチ」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「意図しないタッチ」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。意図しないタッチの例では、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、タッチ感応装置への、振動を引き起こすインパクトと、同様に外部ノイズが含まれる。
【００５５】
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なタッチの結果か、またはタッチ感応装置への意図しない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、かつ意図的なタッチと意図しない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。意図的なタッチと意図しない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、フィルタリングされたタッチ信号の閾値との比較と、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日に出願された米国特許出願第１０／６８３，３４２号明細書に開示されている。
【００５６】
図１０は、タッチ感応装置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。
【００５７】
一つの構成において、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のような高速インターフェース２０９を通じてシグナリングの管理を実行する。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を通じてシグナリングの調整を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、接続性に関して不都合を生じることなく、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。
【００５８】
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、および必要に応じてメインプロセッサ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、タッチ感応装置１０２から検知信号を受信するが、タッチ感応装置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。
【００５９】
図１０に示す一つの構成によれば、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２２４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／またはタッチ感応装置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。これに代えて、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２２４を介して）およびメインプロセッサ２０６（ライン２２２介して）の両方に伝送することができる。
【００６０】
図１０に示すタッチ感応装置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。
【００６１】
本実施形態によるウェークオンタッチ方法論が、タッチ感応装置、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。
【００６２】
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。
【００６３】
上記のように、屈曲波技術を用いるタッチ検知デバイスは、タッチパネルの平面を伝搬する振動を検知し、タッチ入力の位置を決定する。いくつかの用途において、タッチ位置を超えた追加情報が、より完全にタッチを特徴付けるのに望ましい可能性がある。たとえば、本明細書ではタッチダウンとして示すタッチ開始のタイミングに関するより正確な情報を提供するために、プロセスを実行してもよい。さらに、本明細書ではタッチリフトオフとして示す、タッチイベントの終了の検出がまた、タッチイベントを特徴付けるのに有用であり得る。
【００６４】
本発明の様々な実施形態は、向上したタッチダウンおよび／またはリフトオフ検出を用いたタッチ検知のための方法およびシステムに関するものである。様々な実装例において、タッチダウンおよび／またはリフトオフに対する感度の向上には、放出トランスデューサを用いることが含まれる。放出トランスデューサは、タッチパネルの非タッチ状態を特徴付けるために用いられる屈曲波を誘発する。検知トランスデューサは、非タッチ状態信号として識別される誘発された屈曲波に応じて信号を生成する。
【００６５】
タッチダウンは、非タッチ状態信号と、タッチパネルへのタッチに応じて生成された信号とを比較することによって、検出してもよい。タッチパネルにタッチが生じた場合に、タッチによりタッチパネルに屈曲波が生成される。タッチによって生成された屈曲波は、放出トランスデューサによって誘発された屈曲波と組み合わさる。検知トランスデューサは、組み合わされた屈曲波を検知し、屈曲波信号を生成する。タッチダウンは、屈曲波信号を非タッチ状態信号と比較することによって検出してもよい。一実装例において、屈曲波信号が、非タッチ状態信号から閾値量だけ逸脱する場合には、タッチダウンイベントが検出される。タッチダウンの検出に基づいて、タッチ位置決定アルゴリズムをトリガしてもよい。
【００６６】
タッチがなくなるとリフトオフが生じ、それによって、タッチパネルは非タッチ状態に戻る。リフトオフは、屈曲波信号が非タッチ状態信号に戻った場合に検出してもよい。
【００６７】
タッチダウンおよび／またはリフトオフの検出におけるシステムの感度は、タッチダウン／リフトオフトリガ方式によって制限される可能性がある。たとえば、放出トランスデューサを含まないパッシブシステムでは、タッチダウンは、タッチパネルへのタッチに応じた屈曲波が、閾値レベルを超える屈曲波信号を生成する場合に検出可能である。タッチダウンの検出に続いて、リフトオフは、屈曲波信号が閾値レベルより下に下がった場合に検出可能である。閾値レベルは、背景ノイズベースラインに関連して定義してもよく、ノイズにと共に動的に変化してもよい。
【００６８】
相関ベースの検知方法論に基づいたタッチダウン検出は、上記の受動閾値超過方法よりもノイズに対して許容性があってもよい。本明細書で説明するタッチダウン検出方法は、相関ベースの検知プロセスと組み合わせて放出トランスデューサを用い、受動閾値超過技術と比較した場合に、軽いタッチに対するタッチダウンおよびリフトオフ感度を向上させてもよい。
【００６９】
図１１ａ〜１５ｃは、本発明の実施形態に従い、タッチダウンおよびタッチリフトオフを検出する様々な方法を示すフローチャートである。図１１ａ〜１５ｃに関連して説明する方法は、少なくとも１つの放出トランスデューサおよび２以上の検知トランスデューサの使用を伴う。好ましい構成では、４つの検知トランスデューサが、矩形タッチパネルのそれぞれのコーナー近くに配置されている。放出トランスデューサは、タッチパネルのエッジに沿ってか、または別の位置に配置してもよい。放出トランスデューサおよび／または検知トランスデューサには、圧電、電歪、磁歪、圧電抵抗、音響、および／または可動コイルトランスデューサ／装置を含んでもよい。検知トランスデューサは、上記のようなＦＥＴバッファ回路に結合してもよい。
【００７０】
図１１ａのフローチャートは、本発明の実施形態によるタッチダウン検出方法を示す。駆動信号が、放出トランスデューサにエネルギを与え、放出トランスデューサに、タッチパネルにおいて屈曲波を誘発させる１１１０。トランスデューサに誘発された屈曲波は、検知トランスデューサへと、タッチパネルを分散的に伝搬する。タッチパネルにタッチが加えられない場合には、放出トランスデューサによって誘発された屈曲波だけが、タッチパネルに存在する。この状態では、検知トランスデューサは、非タッチ状態に対応する信号を生成する。非タッチ状態に対応する信号は識別される１１２０。
【００７１】
タッチがタッチパネルに加えられた場合には、屈曲波がタッチパネルに生成され、検知トランスデューサによって検知される。タッチに応じた屈曲波信号が生成される１１３０。タッチに応じた屈曲波信号は、非タッチ状態信号と比較される。タッチダウンが、タッチ生成屈曲波信号と非タッチ状態信号との間の差に基づいて検出される１１４０。タッチダウン検出は、タッチ位置決定のためにタッチ位置アルゴリズムをトリガしてもよい。
【００７２】
図１１ｂのフローチャートは、本発明の実施形態によるリフトオフ検出方法を示す。図１１ｂに示すリフトオフ検出プロセスは、図１１ａに関連して前に説明したタッチダウン方法を用いる。駆動信号が、放出トランスデューサにエネルギを与え、放出トランスデューサに、タッチパネルにおいて屈曲波を誘発させる１１５０。タッチパネルにタッチが加えられない場合には、放出トランスデューサによって誘発された屈曲波だけが、タッチパネルに存在する。この状態では、検知トランスデューサは、非タッチ状態に対応する信号を生成する。非タッチ状態に対応する信号は識別される１１６０。
【００７３】
タッチがタッチパネルに加えられた場合には、屈曲波がタッチパネルに生成され、検知トランスデューサによって検知される。タッチに応じた屈曲波信号が生成される１１７０。タッチダウンが、タッチ生成屈曲波信号と非タッチ状態信号との間の差に基づいて検出される１１８０。タッチダウン検出は、タッチ位置決定のためにタッチ位置アルゴリズムをトリガしてもよい。
【００７４】
タッチが検出された後、屈曲波信号は、引き続き非タッチ状態信号と比較される。リフトオフが、非タッチ状態信号への屈曲波信号のリターンに基づいて検出される１１９０。
【００７５】
図１２ａは、本発明の実施形態に従い、適応フィルタアプローチに基づいたタッチダウン検出方法のフローチャートを示す。この実装例において、放出トランスデューサは、単一基本周波数、たとえば５０ｋＨｚまたは他の周波数値で動作する駆動信号を用いて、タッチパネルに屈曲波を誘発してもよい１２１０。駆動信号はデジタルで生成し、検知信号の処理のために用いられるアナログ／デジタル変換器の周波数に位相ロックしてもよい。
【００７６】
検知トランスデューサによって生成された屈曲波信号は、サンプリングされ１２２０、適応フィルタの入力部に印加される。適応フィルタは、その係数を更新する能力を有する。適応フィルタは、たとえば、２タップの最小平均２乗（ＬＭＳ）適応フィルタアルゴリズムを用いて、デジタルで実行してもよい。２タップ適応フィルタアルゴリズムによって、タッチダウンおよびリフトオフ検出のために、検知屈曲波信号の振幅および位相に関する十分な情報が提供される。
【００７７】
適応フィルタに検知信号を印加する前に、信号は、最初に基本周波数、たとえば５０ｋＨｚに対応する帯域通過フィルタによってフィルタリングし、平均してもよい。システムがまだ初期化されていなかった場合には１２３０、適応フィルタの基準係数が決定される１２３５。基準係数を決定するプロセスは、放出トランスデューサにより誘発された屈曲波によって生成された信号をキャンセルするフィルタ係数の決定を伴う。換言すれば、基準フィルタ係数は、非タッチ状態信号をキャンセルするフィルタ係数を表わす。この場合では、適応フィルタの出力は、非タッチ状態信号だけがフィルタの入力部に印加された場合に、最小である。
【００７８】
システムが事前に初期化された場合１２２０には、屈曲波信号をキャンセルするために、フィルタ係数が計算される１２４０。計算されたフィルタ係数は、基準係数と比較される。タッチダウンが検出されない場合には、屈曲波信号をキャンセルするフィルタ係数は、基準係数とほぼ同じである。フィルタ係数の変化が閾値を超えない１２５０場合には、タッチは検出されず、ブロック１２１０〜１２４０で説明するプロセスが継続する。
【００７９】
タッチがタッチパネルに存在する場合には、検知トランスデューサによって生成される屈曲波信号は、非タッチ状態信号から変化する。タッチによって生成された屈曲波信号をキャンセルするために計算されたフィルタ係数は、基準係数とは異なる。フィルタ係数の変化が閾値を超える場合には１２５０、タッチダウンが検出される１２６０。
【００８０】
タッチダウンが検出された後、リフトオフは、非タッチ状態信号への屈曲波信号のリターンを検出することによって決定してもよい。図１２ｂ〜１２ｃに示すリフトオフ検出プロセスは、図１２ａに関連して前に説明したタッチダウン検出に対する適応フィルタアプローチを用いる。
【００８１】
図１２ｂ〜１２ｃは、本発明の実施形態によるリフトオフ検出方法のフローチャートを示す。放出トランスデューサが、単一基本周波数、たとえば５０ｋＨｚまたは他の周波数値で動作する駆動信号を用いて、タッチパネルに屈曲波を誘発する１２７０。検知トランスデューサによって生成された屈曲波信号が、サンプリングされて１２７２、適応フィルタの入力部に印加される。
【００８２】
システムがまだ初期化されていなかった場合には１２７４、適応フィルタの基準係数が決定される１２７６。基準係数を決定するプロセスは、放出トランスデューサにより誘発された屈曲波によって生成された信号をキャンセルするフィルタ係数の決定を伴う。換言すれば、基準フィルタ係数は、非タッチ状態信号をキャンセルするフィルタ係数を表わす。この場合では、適応フィルタの出力は、非タッチ状態信号だけがフィルタの入力部に印加された場合に、最小である。
【００８３】
システムが事前に初期化された場合には１２７４、屈曲波信号をキャンセルするためにフィルタ係数が計算される１２７８。計算されたフィルタ係数は、基準係数と比較される。タッチダウンが検出されない場合には、屈曲波信号をキャンセルするフィルタ係数は基準係数とほぼ同じである。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数との間の差が、タッチダウン閾値を超えない場合には１２８０、タッチは検出されず、ブロック１２７０〜１２７８で説明するプロセスが継続する。
【００８４】
タッチがタッチパネルに存在する場合には、検知トランスデューサによって生成される屈曲波信号は、非タッチ状態信号から変化する。タッチによって生成された屈曲波信号をキャンセルするために計算されるフィルタ係数は、基準係数とは異なる。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数との間の差が、タッチダウン閾値を超える場合には１２８０、タッチダウンが検出される１２８２。タッチダウン検出は、タッチ位置プロセスをトリガしてもよい。
【００８５】
タッチダウンが検出された後、屈曲波信号は、リフトオフを決定するために、引き続きサンプリングされる１２８４。フィルタ係数が、屈曲波信号をキャンセルするために計算される１２８６。計算されたフィルタ係数は、基準係数と比較される。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数との間の差が、リフトオフ閾値を超える場合には１２８８、リフトオフは検出されない。リフトオフ検出プロセスは、ブロック１２８４〜１２８８で説明するように継続する。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数の間の差が、リフトオフ閾値を超えない場合には１２８８、リフトオフが検出される１２９０。
【００８６】
上記の図１１ａ〜１１ｂおよび１２ａ〜１２ｃに関連して論じた方法は、非タッチ状態信号に関連する基準を識別することを伴う。たとえば、図１２ａ〜１２ｃに関連して説明した方法において、基準は、非タッチ状態信号をキャンセルするように動作する適応フィルタの基準係数を含む。タッチ検知システムは、構成要素のドリフト、タッチパネルの物理的支持構造の老朽化、タッチパネル表面へのほこりおよび／もしくは他の汚染物質の徐々の蓄積ならびに／または他の要因のために、経時的に徐々に変化する可能性がある。これらの漸進的な変化は、非タッチ状態信号を、経時的にゆっくり変化させる可能性がある。最後には、基準係数は、非タッチ状態信号をもはやキャンセルしないことがあり得る。さらに、タッチシステムは、非タッチ状態信号における突然の逸脱を引き起こす急な変化を経験する可能性がある。たとえば、タッチ表面へ汚染物質がこぼれたり、またはその他として堆積するために、非タッチ状態信号が急に変化する可能性がある。非タッチ状態信号におけるゆっくりとしたまたは突然の変化は、タッチダウンおよび／またはリフトオフ検出におけるエラーにつながる可能性がある。
【００８７】
図１３は、本発明の実施形態に従い、タッチダウンおよびリフトオフ検出プロセスにおいて用いられる基準の更新方法を示すフローチャートである。本実施形態において、適応フィルタの基準係数が更新されるが、このプロセスは、他の基準が用いられる場合にも等しく適用可能である。基準調節は、タッチシステムに対するゆっくりしたドリフトおよび／または急な変化を補償するために実行してもよい。
【００８８】
前述のように、放出トランスデューサは、駆動信号を用いて、タッチパネルに屈曲波を誘発する１３１０。駆動信号は、単一基本周波数、たとえば５０ｋＨｚまたは他の周波数値で動作してもよい。検知トランスデューサが、駆動信号によって生成された屈曲波を検知し、検知屈曲波を表わす信号を生成する。
【００８９】
システムは、起動すると、図１３のブロック１３１５〜１３２５に関連して説明されている初期化プロセスを実行してもよい。過渡現象が安定した後１３１５、トランスデューサに誘発された屈曲波信号をほぼキャンセルするのに必要な適応フィルタ係数が決定される１３２０。これらの初期化されたフィルタ係数は、非タッチ状態信号に関連する基準係数を表わす。基準係数は格納される１３２５。
【００９０】
検知トランスデューサによって生成された屈曲波信号はサンプリングされ１３３０、適応フィルタの入力部に印加される。印加された入力信号をキャンセルするのに必要なフィルタ係数が計算される。計算されたフィルタ係数は、基準係数と比較される。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数との間の差が、タッチダウン閾値を超える場合には１３４０、タッチダウンが示される１３５５。
【００９１】
いくつかの状況において、タッチシステムは、初期化および基準係数の決定の後に、急な変化を受ける可能性がある。突然の変化が引き起こされる可能性があるのは、たとえば、タッチパネルに物質がこぼれたか、さもなければ物質が突然加えられた場合、またはタッチシステムの構造的構成要素の関係を急に変更するインパクトがあった場合である。突然の変化は、駆動信号によって誘発される屈曲波を急に変化させ、関連する変化を非タッチ状態信号にもたらす可能性がある。突然の変化は、最初は、タッチ接触として検出される可能性がある。
【００９２】
本発明の実施形態によれば、システムは、タッチ接触に関連する信号と他の要因によってもたらされた信号との間を区別可能である。システムは、経時的に基準係数を調節することによって、タッチと無関係な急な変化を補償してもよい。かかるプロセスによって、上記で言及したような要因による非タッチ関連の影響が除去される。基準係数の更新は、タッチの最長期間と比較して長くなるように選択された時間尺度で周期的に実行してもよい。基準の再調整は、急にまたは経時的に徐々に実行してもよい。
【００９３】
有効なタッチ状態は、一般に、比較的短時間のイベントであり、基準状態からの過渡的な逸脱を生成する。基準状態からの著しい逸脱がより長い期間にわたって持続する場合には、逸脱がタッチによって生成されるということはないであろう。この状況において、システムは、基準係数を調節し、逸脱に対して補償してもよい１３６０。ある期間の後で、システムは、急な変化を考慮して「再構成」される。
【００９４】
フィルタ係数における変化が閾値より大きくない場合には１３４０、接触は示されない１３４５。基準係数を調節して、システムドリフトを補償してもよい１３５０。この場合は、計算された係数は、システムドリフトのためにわずかに変化する可能性があるが、この変化は、タッチ検出閾値を超えない。基準係数の調節によって、電子構成要素パラメータのドリフト、タッチパネルの物理的支持構造の老朽化、タッチパネル表面へのほこりもしくは他の汚染物質の徐々の蓄積および／または他の要因などの要因を、システムが補償することが可能になる。基準係数は、最近にトランスデューサに誘発された屈曲波信号に基づいて調節される。基準係数調節は、たとえば、最近の基準係数を加重平均することにより実行してもよい。
【００９５】
上記のように単一基本周波数で動作する駆動信号を用いるタッチダウンおよび／またはリフトオフ検出は、信号ノイズに対してエラー強さがある。フィルタ係数値ではなく、屈曲波信号自体における変化を追跡することは、より速いが、ノイズの影響をより受けやすくなる可能性がある。さらに、単一基本周波数で動作する駆動信号を用いることは、計算上効率的である。しかしながら、駆動信号の周波数がタッチパネルにおける振動の固定パターンに一致する場合には、問題が生じ得る。この状況において、タッチパネルは、低減衰のモードシステムにおいて、節および腹に対応する高または低移動エリアを示す可能性がある。ペンまたは指の爪などの小さな接触エリアが用いられる場合には、特定のエリアが、プレートの空間的変動により、接触に対してより敏感であったり、またはそれほど敏感でなかったりすることがあり得る。この影響は、接触エリアが、駆動信号用に選択された基本周波数においてプレートの波長と比較してかなり大きい場合には、弱められる。
【００９６】
単一周波数駆動信号を用いる際にもたらされる可能性のある空間的な感度変動をオフセットする１つのアプローチは、多重周波数信号を用いることである。各センサで検知された信号は、駆動信号における多数の周波数のそれぞれに対して処理してもよい。これに代えて、異なる検知トランスデューサによって生成された信号を用いて、駆動周波数のより小さなサブセットを処理してもよい。
【００９７】
多重周波数駆動信号を選択する場合には、タッチパネルの空間周期性を回避すべきである。平方根分散関係のために、波長は、周波数の平方根の逆数に比例する。節線が重なり合うのを避けるために、次の条件、すなわち、
【数１】
2007524970.tif 000003
を回避すべきである。ここで、ω1およびω2は、多重周波数駆動信号の周波数であり、ｎおよびｍは、任意の整数である。この条件を満たす多くの周波数比率がある。この条件を満たす最も単純な周波数比率は、２つの周波数ω1およびω2間で２倍である。
【００９８】
タッチダウンおよび／またはリフトオフ検出は、放出トランスデューサを駆動する多重周波数信号を用いて実行してもよい。図１４ａは、本発明の実施形態に従い、駆動信号として広帯域ノイズ励振を用いたタッチダウン検出方法のフローチャートを示す。図１４ｂ〜１４ｃは、本発明の実施形態によるリフトオフ検出方法の対応するフローチャートを示す。
【００９９】
図１４ａおよび１４ｂ〜１４ｃに示す実施形態において、広帯域ノイズ信号を用いて、放出トランスデューサにエネルギを与える。放出トランスデューサは、広帯域ノイズ信号に応じて、タッチパネルに屈曲波を誘発する１４１０、１４７０。
【０１００】
タッチパネルにおける屈曲波は、タッチパネルを分散的に伝搬し、検知トランスデューサによって検知される。検知信号は、サンプリングされ１４２０、１４７２、信号の分析を容易にするために、たとえば、増幅、フィルタリングおよび／またはデジタル化など、更に処理をしてもよい。一例において、屈曲波信号は、約５０ｋＨｚ〜約７５ｋＨｚの通過帯域を備えたフィルタを用いてフィルタリングしてもよい。
【０１０１】
システムがまだ初期化されていなかった場合には１４３０、１４７４、非タッチ状態信号の振幅基準レベルが決定される１４３５、１４７６。このプロセスには、たとえば、トランスデューサに誘発された屈曲波に応じた、屈曲波信号のＲＭＳ値の計算を伴ってもよい。
【０１０２】
システムが事前に初期化された場合には１４２０、１４７２、検知屈曲波信号のＲＭＳ値が決定される。屈曲波信号のＲＭＳ値は、事前に決定された基準値と比較される１４４０、１４７８。屈曲波信号のＲＭＳ値と基準値との間の差が、閾値より大きい場合には１４５０、１４８０、タッチダウンが検出される１４６０、１４８２。屈曲波信号のＲＭＳ値が基準値より大きくない場合には１４５０、１４８０、タッチダウンは検出されない。
【０１０３】
タッチダウンが検出された１４８２後で、屈曲波信号は、リフトオフを決定するために、引き続きサンプリングされる１４８６（図１４ｃ）。屈曲波信号のＲＭＳ値が計算される１４８６。検知屈曲波信号のＲＭＳ値は、基準値と比較される。計算されたＲＭＳ値と基準値との間の差が、リフトオフ閾値を超える場合には１４８８、リフトオフは検出されない。リフトオフ検出プロセスは、ブロック１４８４〜１４８８で説明するように継続する。屈曲波信号のＲＭＳ値と基準値との間の差が、リフトオフ閾値より下に下がった場合には１４８８、リフトオフが検出される１４９０。
【０１０４】
すぐ上に提示した例は、屈曲波信号のＲＭＳ値の決定に基づいているが、他のパラメータおよび／または多数のパラメータを用いて、屈曲波信号を特徴付けてもよい。１つの場合では、多数のパラメータを用いて、ノイズの帯域幅にわたるスペクトルを特徴付けてもよい。たとえば、それぞれがスペクトルの特定の部分に対応する多数のＲＭＳ値を用いてもよい。さらに、図１３に関連して前述したように、基準値を周期的に更新して、タッチ接触に関連しない、タッチシステムにおける徐々のドリフトおよび／または急な変化を調節してもよい。
【０１０５】
上記で概説したノイズ状の駆動信号を用いることによって、図１２ａおよび１２ｂ〜１２ｃに関連して説明した単一駆動周波数例と比較した場合に、追加的な空間情報が有利に提供される。追加的な空間情報は、タッチパネルエリアにわたるより均一な応答感度につながる可能性がある。より均一な応答感度は、上述のように異なる周波数帯における並列計算要件をオフセットできる。
【０１０６】
いくつかの状況では、他の多重周波数駆動信号アプローチが有利であり得る。ノイズ状の励振を用いることによって、タッチダウンおよびリフトオフ検出に関連して、非決定論的な結果がもたらされる。統計的平均を用いて、ノイズ状の励振信号によってもたらされる非決定論的な結果を補償してもよいが、しかしながら、信号が経時的に平均されるので、タッチダウンおよびリフトオフ応答の速度は低下する可能性がある。さらに、このアプローチでは、タッチ位置決定のために用いられる帯域幅のかなりの割合を、リフトオフ決定によって用いてもよい。このアプローチを用いるリフトオフ検出は、タッチ接触の位置の決定に利用可能な情報を制限してもよい。
【０１０７】
図１５ａおよび１５ｂ〜１５ｃは、それぞれ、本発明の実施形態によるタッチダウンおよびリフトオフ検出方法のフローチャートである。図１５ａおよび１５ｂ〜１５ｃに示す方法は、掃引トーンを有する駆動信号を用いる。掃引トーン駆動信号を用い、所定の帯域幅にわたってタッチパネルのスペクトルを測定してもよい。検知信号は、掃引トーン駆動信号と同期して復調される。掃引トーン駆動信号によって生成される屈曲波信号は、本質的に決定論的であり、ノイズに比較的影響されない。掃引トーン駆動信号によって生成される屈曲波信号の決定論的性質によって、タッチパネル周波数応答の比較的速い測定が可能になる。これによって、ノイズに対して応答の速度および精度が改善される。しかしながら、いくつかの状況では、掃引トーン駆動信号を用いることによって、タッチ位置決定プロセスのために利用可能な情報量が制限される可能性がある。
【０１０８】
図１５ａおよび１５ｂ〜１５ｃのフローチャートを見てみると、放出トランスデューサは、掃引トーン駆動信号、たとえば約５０ｋＨｚ〜約７５ｋＨｚに及ぶ周波数を備えた多重周波数駆動信号を用いて、タッチパネルに屈曲波を誘発する１５０５、１５６０。検知トランスデューサは、駆動信号によって生成された屈曲波を検知し、検知屈曲波を表わす信号を生成する。検知屈曲波信号は、サンプリングされ１５１０、１５６２、掃引トーン駆動信号と適合する通過帯域、すなわちこの例では約５０ｋＨｚ〜約７５ｋＨｚの通過帯域を備えたフィルタを用いてフィルタリングしてもよい。好ましくはデジタルフィルタを用いるが、その代わりに、アナログフィルタリングを用いてもよい。フィルタリングされた屈曲波信号は、掃引トーン刺激と同期して復調される１５１５、１５６４。周波数範囲を通して放出トランスデューサを掃引し、かつ検知トランスデューサからの結果としての屈曲波信号を測定することによって、伝達関数のスペクトルを決定することが可能になる１５２０、１５６６。
【０１０９】
システムが事前に初期化された場合には１５２５、１５６８、決定されたスペクトルが、基準スペクトルとして識別される１５３０、１５７０。基準スペクトルは、上記と類似の方法で、タッチ接触に関連しない、タッチシステムにおける徐々のドリフトおよび／または急な変化に対して調節するように、周期的に更新してもよい。
【０１１０】
タッチダウンが生じた場合には、検知されたスペクトルは、基準非タッチ状態スペクトルから変化している。スペクトルにおける差が、基準スペクトルに対して計算される１５３５、１５７２。差が閾値を超える場合には１５４０、１５７４、タッチダウンが検出される１５５０、１５７６。差が閾値を超えない場合には、接触は検出されない。
【０１１１】
タッチダウンが検出された後１５７６、屈曲波信号は、リフトオフ決定のために引き続きサンプリングされる１５７７（図１５ｃ）。信号は、掃引トーンと同期して復調される１５７８。伝達関数のスペクトルが計算される１５８０。伝達関数スペクトルと基準スペクトルとの間の差が、決定される１５８２。計算されたスペクトルと基準スペクトルとの間の差が、リフトオフ閾値を超える場合には１５８４、リフトオフは検出されない。リフトオフ検出プロセスは、ブロック１５７７〜１５８２で説明したように継続する。計算されたスペクトルと基準スペクトルとの間の差がリフトオフ閾値を超えない場合には１５８４、リフトオフが検出される１５８６。
【０１１２】
上記の様々な実施形態は、屈曲波信号をサンプリングするために用いられるサンプリング周波数ｆsの半分より低い周波数を有する駆動信号を用いることを伴う。一般に、ナイキスト基準によれば、信号は、信号における情報を正確に捕捉するために、最も高い周波数の２倍を超えるサンプリングレートでサンプリングされる。アナログ／デジタル変換器は、典型的にはアンチエイリアシングフィルタを用いて、ｆs／２を超える周波数を制限する。
【０１１３】
ナイキスト基準サンプリング周波数を超える屈曲波信号周波数を生成する駆動信号を、タッチ検出のために有利に用いることが可能である。ｆs／２を超える周波数を有する屈曲波信号がサンプリングされる場合には、サンプリングされた信号は、より低い周波数でエイリアス信号として検出される。タッチ検出のためにより高い周波数を用いて、タッチパネルにおける空間波長を低減してもよい。空間波長の低減によって、タッチパネルにおける空間感度の変動が低減される。
【０１１４】
前述のように、タッチパネルの空間感度における変動は、ペンまたは指の爪によるタッチなどの小さなタッチ接触エリアが用いられる場合には、特に問題である。空間感度における変動は、プレートの空間変動ゆえに、特定のエリアを接触に対してより敏感にするかまたはそれほど敏感ではないようにする可能性がある。この影響は、駆動信号周波数においてタッチパネルの波長と比較した場合に接触エリアがかなり大きい場合には、低減される。したがって、より高い駆動信号によってタッチパネルにおけるより短い波長がもたらされ、それに対応して、空間感度におけるより小さな変動により、より小さなエリアのタッチ接触を確実に検出することが可能になる。
【０１１５】
より高周波の多重または単一トーンを伴う駆動周波数は、タッチパネルの空間均一性を改善し、タッチダウンおよび／またはリフトオフ感度の向上をもたらすことが可能である。ｆs／２を超える駆動周波数により生成されるエイリアス周波数によって、多数の周波数の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、エイリアシングを用いて、同じ周波数で現れるようにエイリアスされた屈曲波信号を生成してもよい。かかる周波数の例示的なセットには、２００ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされる場合に、５０ｋＨｚ、１５０ｋＨｚおよび２５０ｋＨｚが含まれる。この例において、１５０ｋＨｚ周波数および２５０ｋＨｚ周波数の両方とも、２００ｋＨｚでサンプリングされた場合に、５０ｋＨｚにおけるエイリアス周波数をもたらす。
【０１１６】
同じ周波数として現れる多数の駆動周波数を用いる利点は、多数の周波数を同じ適応フィルタで処理可能だということである。結果としての屈曲波信号には、単一周波数より多くの空間情報が含まれる。追加的な空間情報は、選択された帯域内周波数でサンプリングされたエイリアス信号の追加周波数から得られる。これらの多数の周波数は、タッチパネルエリアにわたるタッチダウンおよびリフトオフに対する均一な感度を改善するものと思われる。多数の周波数によって生成された屈曲波信号を、同じフィルタを用いて処理可能なので、エイリアス多重周波数技術を用いて、処理負荷の増加なしに、性能の向上が可能である。
【０１１７】
本明細書に説明するエイリアシング技術のさらなる利点は、以前には利用不可能だった周波数帯域に、対象の信号を合わせられるということである。たとえば、オーディオ帯域（すなわち２０ｋＨｚより低い周波数帯）内またはそれより低い駆動信号は、一般に望ましくない。オーディオ帯域の周波数は、タッチパネルの誘発された振動から望ましくない可聴音響放射を生成する可能性がある。エイリアシングを用いて、トランスデューサに誘発された屈曲波信号を、たとえ駆動信号がオーディオ帯域を超える周波数を有しても、オーディオ帯域における周波数に合わせることができる。たとえば、２００ｋＨｚでサンプリングされた１９５ｋＨｚの駆動信号は、５ｋＨｚでエイリアス周波数を生成する。この技術は、タッチ位置のために必要とされない周波数帯域に、情報をエイリアスできるという利点を有する。エイリアシング技術は、単一周波数、多数の周波数、掃引トーンおよび／または広帯域ノイズを伴うタッチダウンおよびリフトオフ検出方法に適用してもよい。
【０１１８】
一実施形態に従い、エイリアシングを用いて、ＤＣ信号を生成してもよい。この例では、サンプリング周波数と等しい駆動周波数が用いられる。比較的高い駆動周波数によって、プレートに短い波長がもたらされ、かつタッチパネル表面にわたってタッチ感度の均一性が改善される。サンプリング後、駆動周波数で動作している放出トランスデューサで生成された屈曲波信号が、屈曲波信号の振幅および位相によって決定されたＤＣオフセットとして現れる。屈曲波信号の振幅および位相のかかるｄｃレベル表現は、前述の適応フィルタ法において用いたものと類似のアプローチである。
【０１１９】
サンプリング周波数と等しい駆動信号を用いることには、いくつかの利点がある。たとえば、エイリアシング後にもたらされるｄｃレベルは、生成が比較的簡単で、適応フィルタリングの必要性を低減し、かつより単純な設計、およびより少ない処理負荷で達成可能である。更に、エイリアス信号は、タッチ位置決定のための対象の信号と干渉しない。駆動信号のために、追加の周波数を用いてもよい。追加の周波数は、別個に生成するか、または駆動信号のひずみスペクトルの設計によって生成してもよい。
【０１２０】
上記で提示した実施形態において、タッチダウンおよび／またはリフトオフに対する感度の向上には、放出トランスデューサの使用を伴う。放出トランスデューサは、タッチパネルの非タッチ状態を特徴付けるために用いられる屈曲波を誘発する。タッチダウンに対する感度の増加に関する実施形態は、放出トランスデューサの連続的な動作を伴う。リフトオフ検出に関する本発明の実施形態は、ウェークオンタッチプロセスと組み合わせて用いてもよい。これらの実施形態において、放出トランスデューサは、ウェークオンタッチ信号によってトリガされるまで、不動作であってもよい。
【０１２１】
図１６ａ〜１６ｂのフローチャートは、ウェークオンタッチと組み合わせて実行されるリフトオフ検出を示す。上記のリフトオフ検出例のいずれかを修正して、ウェークオンタッチ機構を含むようにしてもよい。図１６ａおよび１６ｂに示す方法は、適応フィルタアプローチを用いて、屈曲波信号リフトオフ検出における変化を検出する。
【０１２２】
この例において、ウェークオンタッチを用いたリフトオフ検出は、適応フィルタの基準係数を決定するための初期化プロセスを伴う。初期化プロセスは、図１６ａのフローチャートに示されている。放出トランスデューサが、単一基本周波数、たとえば５０ｋＨｚまたは他の周波数値で動作する駆動信号を用いて、タッチパネルに屈曲波を誘発する１６０２。検知トランスデューサによって生成された屈曲波信号が、サンプリングされ１６０４、適応フィルタの入力部に印加される。
【０１２３】
誘発された屈曲波によって生成された信号をキャンセルするフィルタ係数が、決定される１６０６。フィルタ係数は、非タッチ状態信号をキャンセルする基準フィルタ係数を表わす。基準フィルタ係数は格納される１６０８。初期化後は放出器を停止させてもよく１６１０、システムは、タッチ検出を待つ１６１２。
【０１２４】
タッチ検出は、パッシブアプローチを用いて実行してもよい。たとえば、放出トランスデューサを停止した状態で、タッチパネルに対するタッチに応じた屈曲波が、閾値を超える屈曲波信号を生成する場合には、タッチダウンが検出可能である。屈曲波信号が閾値を超えて上昇した場合には、タッチダウンが検出される１６２０（図１６ｂ）。
【０１２５】
図１６ｂは、本発明の実施形態に従い、ウェークオンタッチ機構を用いたリフトオフ検出方法を示すフローチャートである。たとえば、パッシブアプローチによるタッチダウン検出１６２０に続いて、放出トランスデューサが作動され１６２２、選択された周波数、この例では５０ｋＨｚで動作する。屈曲波信号がサンプリングされる１６２４。屈曲波信号をキャンセルするために、フィルタ係数が計算される１６２６。計算されたフィルタ係数は、基準係数と比較される。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数との間の差が、リフトオフ閾値を超える場合には１６２８、リフトオフは検出されない。検出プロセスは、ブロック１６２４〜１６２６に説明するように継続する。計算されたフィルタ係数と基準フィルタ係数との間の差が、リフトオフ閾値を超えない場合には１６２８、リフトオフが検出される１６３０。
【０１２６】
上記のアクティブ放出器に基づいたタッチダウン検出プロセスは、他のタイプのタッチダウン検出方法論と組み合わせて用いてもよい。図１７は、本発明の実施形態に従い、多数のタッチダウン検出技術を用いたタッチダウン検出方法論を示すプロセスフローダイアグラムである。
【０１２７】
放出トランスデューサは、駆動信号によってエネルギを与えられる。この例において、放出トランスデューサは５０ｋＨｚの周波数で動作するが、他の単一周波数または多数の周波数を用いてもよい。誘発された屈曲波は、非タッチ状態信号を生成する。非タッチ状態信号を特徴づける基準状態が識別される。
【０１２８】
屈曲波信号はサンプリングされ１７０５、５０ｋＨｚで帯域通過フィルタリングされる１７１０。信号は、５０ｋＨｚでノッチフィルタリングされる１７１５。５０ｋＨｚで信号をノッチフィルタリングすることによって、誘発された屈曲波に対応する信号部分が除去される。ノッチフィルタリングされた信号がタッチダウン閾値を超える場合には、タッチダウンが検出される１７２０。
【０１２９】
帯域通過フィルタリングされた信号は、エラーを決定するために、適応フィルタに印加される１７３０。適応フィルタの一出力は、エラー関数である。エラー関数によって、次のサンプルの値を予測する適応フィルタの出力と、次のサンプルの測定値との間の差が提供される。このエラーは、適応プロセスによって最小化されるが、しかしながら、システムにおける変化により、エラー関数に過渡現象を生じる。したがって、エラーが閾値を超える場合には、タッチダウンが検出される１７３５。屈曲波信号をキャンセルするのに必要な適応フィルタ係数が計算される１７４０。計算されたフィルタ係数と基準係数との間の差が閾値を超える場合には、タッチダウンが検出される１７４５。
【０１３０】
タッチダウンが、タッチダウンプロセス１７２０、１７３５、１７４５のいずれかによって検出された場合には、タッチ時間は、タッチダウン時間に基づいて確定される１７５０。タッチダウン検出を用いて、タッチ位置アルゴリズムの起動をトリガする１７６０。タッチ位置は、ノッチフィルタリングされたデータを用いて決定される１７５５。
【０１３１】
本発明は、上記の特定の例に限定されるように考えるべきではなく、それどころか、添付の特許請求の範囲に明確に述べたような本発明の全ての態様をカバーするように理解すべきである。本発明を適用可能な多数の構造と同様に、様々な修正、等価なプロセスが、本発明が対象とする当業者には、本明細書を検討すればすぐに明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【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感応装置の一構成を示す。
【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感応装置の別の構成を示す。
【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感応装置の構成を示す。
【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感応装置の断面図である。
【図７】本発明のある実施形態による、タッチ感応装置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感応装置を含むタッチパネルシステムを示す。
【図１０】本発明による、タッチ感応装置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１１ａ】本発明の実施形態に従い、タッチダウン検出方法を示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態に従い、リフトオフ検出方法を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】本発明の実施形態に従い、適応フィルタアプローチに基づいたタッチダウン検出方法を示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態に従い、適応フィルタアプローチを用いたリフトオフ検出方法を示すフローチャートである。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態に従い、適応フィルタアプローチを用いたリフトオフ検出方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態に従い、タッチダウンおよび／またはリフトオフ検出プロセスのために用いられる基準係数を適応させる方法を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】本発明の実施形態に従い、駆動信号として広帯域ノイズ刺激を用いるタッチダウン検出方法を示すフローチャートである。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態に従い、駆動信号として広帯域ノイズ刺激を用いるリフトオフ検出方法を示すフローチャートである。
【図１４Ｃ】本発明の実施形態に従い、駆動信号として広帯域ノイズ刺激を用いるリフトオフ検出方法を示すフローチャートである。
【図１５Ａ】本発明の実施形態に従い、掃引トーンを有する駆動信号を用いるタッチダウン検出方法のフローチャートである。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態に従い、掃引トーンを有する駆動信号を用いるリフトオフ検出方法のフローチャートである。
【図１５Ｃ】本発明の実施形態に従い、掃引トーンを有する駆動信号を用いるリフトオフ検出方法のフローチャートである。
【図１６Ａ】本発明の実施形態に従い、ウェークオンタッチと組み合わされて実行されるリフトオフ検出を示すフローチャートである。
【図１６Ｂ】本発明の実施形態に従い、ウェークオンタッチと組み合わされて実行されるリフトオフ検出を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施形態に従い、多数のタッチダウン検出技術を用いるタッチダウン検出方法論を示すプロセスフローダイアグラムである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【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１１ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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