(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１のセンサから第１の信号を取得し、少なくとも第２のセンサから第２の信号を取得することと、
上記第１の信号をデジタル化することにより、第１のデジタル化された信号のセットを形成し、上記第２の信号をデジタル化することにより、第２のデジタル化された信号のセットを形成することと、
上記第１及び第２のデジタル化された信号のセットに対して周波数変換を実行することにより、周波数成分の第１及び第２の周波数変換データセットをそれぞれ形成することと、
上記第１の信号に関連づけられる第１の振幅値を計算し、上記第２の信号に関連づけられる第２の振幅値を計算することと、
上記第１の周波数変換データセットに関連づけられる上記第１の振幅値と、上記第２の周波数変換データセットに関連づけられる上記第２の振幅値との間の値の比を決定することと、
上記値の比に基づいてタッチ位置を識別することとを含み、
上記第１及び第２の信号はタッチイベントに応答し、
上記第１の振幅値は上記第１の周波数変換データセットに基づいて計算され、上記第２の振幅値は上記第２の周波数変換データセットに基づいて計算され、
上記値の比はゲージ不変であるタッチパネル上のタッチイベントを検出する方法。
【請求項２】
上記計算することは、値の比の系列を計算することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記タッチ位置を識別することは、上記値の比を複数のテンプレートの値の比の校正ファイルに関連して解析することを含み、
上記複数のテンプレートの値の比はそれぞれ、上記タッチパネル上の既知の位置に関連づけられる請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記タッチ位置を識別することは、上記値の比を、校正ファイル内の複数のテンプレートの値の比と比較することにより、関連するスコアリングリレーションを決定することをさらに備え、
上記複数のテンプレートの値の比はそれぞれ、上記タッチパネル上の既知の位置に関連づけられ、
上記タッチ位置を識別することは、上記スコアリングリレーションに基づいて上記複数のテンプレートの値の比のうちの少なくとも１つを識別することさらに備える請求項１記載の方法。
【請求項５】
第３のセンサから第３の信号を取得することをさらに備え、
上記値の比は、上記第１、第２及び第３の信号に関連づけられる振幅値に基づいて取得される請求項１記載の方法。
【請求項６】
タッチパネルと、
上記タッチパネル上のタッチイベントに関連づけられる少なくとも２つの信号を取得するように構成された少なくとも２つのセンサと、
プロセッサモジュールとを備えたタッチシステムであって、
上記少なくとも２つの信号は、第１のセンサから取得された第１の信号と、第２のセンサから取得された第２の信号とを備え、上記少なくとも２つのセンサは上記第１及び第２のセンサを含み、
上記プロセッサモジュールは、
上記第１の信号をデジタル化することにより第１のデジタル化された信号のセットを形成し、
上記第２の信号をデジタル化することにより第２のデジタル化された信号のセットを形成し、
上記第１及び第２のデジタル化された信号のセットに基づいて周波数変換を実行することにより、第１及び第２の周波数変換データセットをそれぞれ形成し、
上記第１の信号に関連づけられる第１の振幅値を計算し、
上記第２の信号に関連づけられる第２の振幅値を計算し、
上記第１及び第２の振幅値の値の比を、上記タッチパネル上の複数の既知の位置に関連づけられる複数のテンプレート指紋の校正ファイルと比較することにより、上記タッチイベントに関連づけられる座標位置を決定するように構成され、
上記第１の振幅値は上記第１の周波数変換データセットに基づいて計算され、
上記第２の振幅値は上記第２の周波数変換データセットに基づいて計算され、
上記複数のテンプレート指紋は、少なくとも部分的に、上記複数の既知の位置に関する上記第１及び第２のセンサの振幅値の周波数スペクトル間の値の比に基づいており、
上記値の比は、ゲージ不変であるタッチシステム。
【請求項７】
上記第１及び第２の振幅値の値の比は、上記タッチイベントに関連づけられるライブ指紋の少なくとも一部を表す請求項６記載のシステム。
【請求項８】
上記プロセッサモジュールは、上記第１及び第２の周波数変換データセットに基づいて位相差を取得するようにさらに構成され、上記位相差及び上記値の比は上記タッチイベントに関連づけられるライブ指紋を構成するために用いられる請求項６記載のシステム。
【請求項９】
Ｍ個の信号を備え、Ｍは少なくとも３である請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
上記プロセッサモジュールは、上記Ｍ個の信号のそれぞれについて位相φ１（ω），φ２（ω），…，φＭ（ω）を生成するようにさらに構成され、
線形結合定数Ｃ１，Ｃ２，…，ＣＭは上記Ｍ個の位相のそれぞれに関連づけられ、
上記Ｍ個の線形結合定数の和はゼロであり、
上記プロセッサモジュールは、上記各線形結合定数と位相との積の和に基づいてゲージ不変の位相差Ｃ１・φ１（ω）＋Ｃ２φ２（ω）,…，＋ＣＮ・φＮ（ω）を形成する請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
上記ライブ指紋は２つの次元を有する軌跡であり、
上記軌跡の第１の座標はπ／２−２ａｒｃｔａｎ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））に基づいており、上記軌跡の第２の座標はΔφ（ω）＝φ２（ω）−φ１（ω）に基づいている請求項８記載のシステム。
【請求項１２】
上記校正ファイル内の上記複数のテンプレート指紋はさらに、上記タッチパネル上の上記複数の既知の位置に関連づけられる複数の位相差に基づいており、
上記プロセッサモジュールは、上記ライブ指紋と上記複数のテンプレート指紋との間の比較に基づいて複数のスコアを発生するようにさらに構成された請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
上記プロセッサモジュールは、上記値の比及び上記位相差のうちの少なくとも１つを１ビットの分解能で格納するようにさらに構成された請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
上記ライブ指紋は、（Ａ１（ω）／Ａ２（ω））の関数と、（Ａ２（ω）−Ａ１（ω））／（Ａ２（ω）＋Ａ１（ω））の関数と、（Ａ２（ω）２−Ａ１（ω）２）／（Ａ２（ω）２＋Ａ１（ω）２）の関数と、（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））の関数とのうちの少なくとも１つであり、
Ａ１（ω）は周波数の関数としての第１の振幅値であり、Ａ２（ω）は周波数の関数としての第２の振幅値である請求項７記載のシステム。
【請求項１５】
第１及び第２のセンサを含む少なくとも２つのセンサからの、タッチパネル上のタッチイベントに応答し、かつ上記第１のセンサに関連づけられる第１の信号と、上記第２のセンサに関連づけられる第２の信号とを少なくとも備えた複数のデジタル化された信号を処理する命令と、
上記第１の信号をデジタル化することにより、第１のデジタル化された信号のセットを形成する命令と、
上記第２の信号をデジタル化することにより、第２のデジタル化された信号のセットを形成する命令と、
上記第１及び第２のデジタル化された信号のセットに対して周波数変換を実行することにより、周波数成分の第１及び第２の周波数変換データセットをそれぞれ形成する命令と、
上記第１の信号に関連づけられる第１の振幅値を計算する命令と、
上記第２の信号に関連づけられる第２の振幅値を計算する命令と、
上記第１の周波数変換データセットに関連づけられる上記第１の振幅値と、上記第２の周波数変換データセットに関連づけられる上記第２の振幅値との間の値の比を決定する命令と、
上記値の比に基づいてタッチ位置を識別する命令とを備えた、音響指紋に基づくタッチシステムに用いるコンピュータ読取り可能な媒体であって、
上記第１の振幅値は上記第１の周波数変換データセットに基づいて計算され、
上記第２の振幅値は上記第２の周波数変換データセットに基づいて計算され、
上記値の比はゲージ不変であるコンピュータ読取り可能な媒体。
【請求項１６】
上記値の比を、上記タッチパネル上の複数の既知の位置に関連づけられる複数のテンプレートの値の比の校正ファイルと比較する命令をさらに備えた請求項１５記載のコンピュータ読取り可能な媒体。
【請求項１７】
上記第１の信号に関連づけられる第１の位相情報と、上記第２の信号に関連づけられる第２の位相情報とを計算する命令と、
上記第１及び第２の位相情報間の位相差に基づいて上記タッチイベントに関連づけられる上記タッチ位置をさらに識別する命令とをさらに備えた請求項１５記載のコンピュータ読取り可能な媒体。
【請求項１８】
上記タッチパネル上の複数の既知の位置に関連づけられる複数のテンプレート指紋の校正ファイルを計算する命令をさらに備え、
上記複数のテンプレート指紋は、上記複数の既知の位置のそれぞれに関連づけられる振幅値情報に少なくとも基づいており、
上記タッチ位置はさらに、上記値の比と上記複数のテンプレート指紋との比較に基づいて識別される請求項１５記載のコンピュータ読取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタッチに反応する（touch sensitive）システムに関し、より具体的には、屈曲波（bending wave）タッチパネルを用いるタッチに反応するシステム上のタッチ位置を識別することに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネルは、二次元座標の情報を提供するために用いられる。一例は、不透明なトラックパッドであってもよく、別の例は、液晶ディスプレイ等のディスプレイの前に置かれる透明なタッチスクリーンであってもよい。タッチパネルは、４線式及び５線式の抵抗型、容量型、赤外線及び表面弾性波型、並びに屈曲波タッチ技術を含む様々なタッチ技術に基づくものであってもよい。
【０００３】
屈曲波は、「たわみ波（flexural waves）」並びに「Ａ０」として省略される「最低次の非対称なラム波（lowest order anti-symmetric Lamb waves）」と呼ばれる場合もある。タッチスクリーン基板等の平板内の屈曲波は、面に対して主に垂直でありかつ面に対する全ての深さで本質的に同一である動きによって特徴づけられる。例えば、タッチの検出は、メガヘルツの周波数領域における超音波周波数のラム波の指による吸収を用いて提案されている。しかしながら、屈曲波タッチシステムを用いる最新の研究は、可聴周波領域を含むメガヘルツ領域を遙かに下回る周波数を用いている。
【０００４】
特許文献１における１つのアプローチでは、屈曲波タッチシステムは、基板内での屈曲波の励起に用いられるキー又は指等の物体のタップに基づいてタッチを検出してもよい。これらの屈曲波は、基板に接着された圧電素子又はセンサ（ピエゾ）に電気信号を励起する。これらの信号は電子回路によって取得され、ピエゾ信号からタッチ座標の情報を抽出する複数のタイム・オブ・フライト法を用いることなどによってタッチ位置の（Ｘ，Ｙ）座標を決定すべく処理される。
【０００５】
特許文献２におけるアプローチは、「音響指紋法（acoustic fingerprinting）」と記述されてもよく、基板に接着されるピエゾからの様々な距離「Ｄ」における基板上での複数の校正タッチから結果的に生じる複数のピエゾ信号の周波数変換に対応する、複数のテンプレートが取得される。ある例では、各テンプレートは、周波数を表す横軸と、正規化された振幅値（amplitude magnitude）を表す縦軸とを有する。システムのリアルタイムのタッチ動作の間、１つのタッチイベントに関して同様の正規化された振幅対周波数のプロファイル（詳細後述する）が生成され、テンプレートのライブラリと比較される。タッチからピエゾまでの距離は、最良の一致のテンプレートに対応する「Ｄ」の値によって決定される。
【０００６】
特許文献３において論じられている別のアプローチでは、正規化された振幅対周波数のプロファイルがライブタッチから計算され、テンプレートプロファイルのライブラリと比較される。最良の一致のスコアを有するテンプレートが発見される。しかしながら、この場合、正規化された振幅のプロファイルは単にタッチとピエゾとの間隔「Ｄ」の関数ではなく、むしろ二次元の（Ｘ，Ｙ）タッチ座標の関数である。しかしながら、正規化された振幅は、タッチの生成に用いられる方法及び手段によって変化するタッチ力（touch force）のパワースペクトルの詳細に反応する。従って、正規化された振幅は、タッチの（Ｘ，Ｙ）座標位置以外の要素に反応する。
【０００７】
別のアプローチにおいて、特許文献４は、位相差プロファイルを用いてタッチ位置を識別する。以下、数学的表記を提示して、正規化された振幅のプロファイル及び位相差のプロファイルという用語をさらに正確に定義する。
【０００８】
ある例において、オペレータは、２つのアナログ信号が発生される４つのピエゾを有するタッチパネルにタッチする。（他の例では、５つ以上又は３つ以下のピエゾ、センサ又はマイクロホンが用いられてもよい。）各信号、即ちＳ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）は、時間「ｔ」の関数である。信号Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）はデジタル化されて、周波数領域における対応する信号Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）に周波数変換される。但し、ω＝２πｆは角周波数である。角周波数ωに基づく任意の関数又はアルゴリズムは、周波数ｆに基づく関数又はアルゴリズムに容易に変換され、かつ逆もまた同じである。以下、「周波数」という用語は周波数及び角周波数の両方を含むように広義に解釈される。例えば、Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）はＳ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）の周波数変換を表してもよい。単なる例示として、Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）は、フーリエ変換又はＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって提供されるような、有限な時間期間での離散周波数変換として計算されてもよい。Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）は実関数であるが、Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）は複素関数であって、実数部Ｒｅ｛Ｓ１（ω）｝及びＲｅ｛Ｓ２（ω）｝並びに虚数部Ｉｍ｛Ｓ１（ω）｝及びＩｍ｛Ｓ２（ω）｝の両方を有する。これは、周波数の合計４つの実関数をもたらす。各周波数において信号の振幅は大きさ及び位相の両方を有するので、このような複素表示が必要とされる。複素関数Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）は、下記の式（式）１及び式２に示すように、正の実数値と、単位大きさの複素位相係数との積として表されてもよい。
【０００９】
【数１】
0005265260.tif 000002
【００１０】
【数２】
0005265260.tif 000003
【００１１】
ここで、Ａ１（ω）＝│Ｓ１（ω）│及びＡ２（ω）＝│Ｓ２（ω）│は信号の振幅の正の実数値であり、φ１（ω）及びφ２（ω）は複素振幅Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）の位相であり、「ｉ」はマイナス１の平方根を表す。下記の式３及び式４の場合、Ａ１ＭＡＸは周波数範囲における振幅値Ａ１（ω）の最大値であり、Ａ２ＭＡＸも同様に定義することができる。式３及び式４は、信号Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）の正規化された振幅のプロファイルａ１（ω）及びａ２（ω）を定義している。但し、ａ１（ω）及びａ２（ω）は最大値１を有するように正規化されている。
【００１２】
【数３】
0005265260.tif 000004
【００１３】
【数４】
0005265260.tif 000005
【００１４】
式５は、位相差プロファイルΔφ（ω）を定義する。
【００１５】
【数５】
0005265260.tif 000006
【００１６】
表現を明瞭にするために、上述の振幅値Ａ１（ω）及びＡ２（ω）及び位相差Δφ（ω）等の周波数の関数は、周波数ωの連続関数として表されている。ある実際のエンジニアリングにおける実装では、周波数ωの数学的な連続体は、例えばωｋである離散周波数の有限集合によって置換される。但し、整数の指数ｋは１から、おそらくは大きい但し有限の整数Ｋまでの範囲である。同様に、周波数の連続関数は、離散周波数ωｋに対応するＡ１（ωｋ）等の値の集合によって置換される。
【００１７】
位相差プロファイルΔφ（ω）の音響指紋（acoustic fingerprint）としての性能は、正規化された振幅ａ１（ω）及びａ２（ω）より優れていることが観察されている。例えば、ΔΦ（ω）は、既知の位置（Ｘ０，Ｙ０）における校正タッチに対応するテンプレートの位相差プロファイルを表す。位相差プロファイルΔφ（ω）のライブ音響指紋がテンプレートの位相差プロファイルΔΦ（ω）（Φは校正信号を示し、φはライブ信号を示す）に厳密に一致するものであれば、ライブタッチの座標（Ｘ，Ｙ）はテンプレートの位相差プロファイルΔΦ（ω）を生成した校正タッチの座標（Ｘ０，Ｙ０）に近いことが示される。
【００１８】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／３８１０４号パンフレット。
【特許文献２】国際公開第ＷＯ０１／４３０６３号パンフレット。
【特許文献３】英国特許出願公開第２３８５１２５号明細書。
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０３／０６７５１１号パンフレット。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
現時点で既存の製品によって実証されているように、音響指紋に基づく屈曲波のタッチシステムは、高い光透過性、耐摩耗性、水質汚染物に対する耐性及び小型な機械的設計等の他の幾つかの望ましい製品の機能との組合せで優れたタッチ性能をもたらす。これは、例えば１５インチ（約３８０ｍｍ）対角の液晶ディスプレイに基づくデスクトップサイズのタッチ／ディスプレイシステム等のより大きいサイズのシステムに関して特に顕著である。しかしながら、アプリケーションによっては、いまだ、改善された音響指紋の定義及び一致アルゴリズムに対するニーズが存在する。具体的には、ハンドヘルドへのアプリケーション及び店頭へのアプリケーションに用いられるもの等のより小さいセンササイズの場合、位相差プロファイルΔφ（ω）は、信号Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）が周辺雑音に曝されると、単独では必ずしもタッチ座標を確実に抽出するのに十分ではない。さらに、アプリケーションによっては、一瞬の誤った信号データが間違ったタッチ座標を発生させて、重要な問題となる可能性がある。
【００２０】
よって今もなお、改善された音響指紋及び一致アルゴリズム、並びに屈曲波タッチシステムに用いるための誤った信号データの改善された識別に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
一実施形態において、タッチパネル上のタッチイベントの検出方法は、少なくとも２つのセンサから、タッチイベントに応答する少なくとも第１及び第２の信号を取得することを含む。第１の信号に関連づけられる第１の振幅値が計算され、第２の信号に関連づけられる第２の振幅値が計算される。第１及び第２の振幅値間の値の比（magnitude ratio）が決定され、この値の比に基づいてタッチ位置が識別される。
【００２２】
他の実施形態では、タッチシステムは、タッチパネルと、当該タッチパネル上のタッチイベントに関連づけられる少なくとも２つの信号を取得するための少なくとも２つのセンサとを備える。プロセッサモジュールは、上記少なくとも２つの信号に基づいて周波数変換を実行することにより、複数の周波数変換データセットを形成し、当該複数の周波数変換データセットに基づいて複数の振幅値を生成する。プロセッサモジュールは、上記複数の周波数変換データセットのうちの少なくとも２つに関連づけられる振幅値の比を上記タッチパネル上の複数の既知の位置に関連づけられる複数のテンプレート指紋の校正ファイルと比較することにより、上記タッチイベントに関連づけられる座標位置を決定する。複数のテンプレート指紋は、少なくとも部分的に複数の値の比に基づく。
【００２３】
さらに他の実施形態では、音響指紋に基づくタッチシステムに用いるためのコンピュータ読取り可能な媒体は、少なくとも２つのセンサからの、タッチパネル上のタッチイベントに対応するデジタル化された信号を処理する命令を含む。デジタル化された信号は、少なくとも第１及び第２の信号を含む。コンピュータ読取り可能な媒体は、第１の信号に関連づけられる第１の振幅値と、第２の信号に関連づけられる第２の振幅値とを計算する命令を有する。第１及び第２の振幅値に基づく値の比に基づいてタッチイベントに関連づけられるタッチ位置を識別する命令もまた提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
これまでに述べた概要及び本発明の所定の実施形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面に関連して読めばより良く理解されるであろう。諸図が様々な実施形態の機能ブロックの線図を示している限り、これらの機能ブロックは必ずしもハードウェア回路間の区分を示すものではない。従って例えば、１つ又は複数の機能ブロック（例えば、プロセッサ又はメモリ）が単一のハードウェアの部分（例えば、汎用信号プロセッサ又はランダムアクセスメモリ、ハードディスク等）に実装されてもよい。同様に、プログラムはスタンドアロンプログラムであってもよく、オペレーティングシステム内にサブルーチンとして組み込まれても、インストールされるソフトウェアパッケージ内のファンクション等であってもよい。様々な実施形態は、図面に示されている装置及び手段に限定されないことは理解されるべきである。
【００２５】
図１は、音響指紋に基づくタッチシステム１００を示す。音響指紋に基づくタッチシステム１００は、屈曲波タッチシステムの一例である。一実施形態において、音響指紋に基づくタッチシステム１００は、屈曲波がタッチによって発生され、０−２０キロヘルツの可聴周波数の範囲及び／又は１メガヘルツを大幅に下回る低超音波周波数の範囲内で検出されるシステムである。
【００２６】
タッチパネル１０２は、ガラス、アルミニウム又は他の物質のシート等の基板１０４を有し、基板１０４上にセンサ１０６、１０８、１１０及び１１２及び関連するトレース１１４、１１６、１１８及び１２０が搭載される。センサは圧電センサであってもよく、これは「ピエゾセンサ」又は単に「ピエゾ」として短縮される場合もある。センサはまた、様々なタイプの加速度計及び歪ゲージ等の基板１０４のローカルな動き又は歪を検出する他の任意のタイプのセンサであってもよい。センサ１０６、１０８、１１０及び１１２はまた、マイクロホンと呼ばれる場合もある。センサ１０６、１０８、１１０及び１１２は音を検出し、タッチスクリーンケーブル１２２とのインタフェースとなるトレース１１４、１１６、１１８及び１２０を介してセンサ信号を送信する。タッチスクリーンケーブル１２２は、センサ信号をタッチスクリーンコントローラ１２４に送る。図１に示す実施形態では、トレース１１４及び１２０間の電圧差はセンサ１０６及び１１２の逆直列の結合によって発生される１つのアナログ信号である。同様に、センサ１０８及び１１０の逆直列の結合も、トレース１１６及び１１８間の電圧差に対応するアナログ信号を生成する。あるいは、オプションとして、センサ１１２及び１１０は、センサ１０６及び１０８がそれぞれ１つのアナログ信号に対応するように、除去されてもよい。他の実施形態では、３つ以上のアナログ信号がトレースの交互の相互接続及び／又は追加のセンサ（図示されていない）の何れかによって生成される。センサ１０６、１０８、１１０及び１１２と基板１０４との配置及び／又は互いに対する配置は、表示されているものに限定されないことは理解されるべきである。
【００２７】
タッチパネル１０２は、タッチスクリーンとして用いられる場合、ガラス等の不透明でない物質で製造され、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ（Graphical User Interface））のディスプレイボタン及びアイコン又は他のグラフィック表現をサポートすることがあるディスプレイ１６０の前に搭載される。他の実施形態では、タッチパネル１０２は不透明又は不透明でない物質で形成されてもよく、トラックパッド等として機能するためにディスプレイ１６０から物理的に分離して位置づけられてもよい。タッチパネル１０２は、以下の議論においては主として他のタッチパネルと呼ばれるが、タッチスクリーン及びトラックパッドの設計が同様に用いられてもよいことは理解されるべきである。
【００２８】
一般に、タッチシステム１００は、基板１０４が（Ｘ，Ｙ）座標の位置として記述される場合もある所定の位置においてタッチされるときに生成される音を認識する。他にも、原点を中心とする動径及び偏角を有する極座標等の座標系が用いられてもよいことは理解されるべきである。基板１０４上の異なる各位置におけるタッチイベントはそれぞれ、一意の音を発生させる。より具体的には、ユーザが基板１０４上の１点にタッチすると、基板１０４上の１つ又は複数のセンサ１０６、１０８、１１０及び１１２はその音を検出し、これを信号として表す。タッチパネルが透明なタッチスクリーンであれ、不透明又は不透明でないタッチパッドであれ、音響指紋を生成する（acoustic fingerprinting）原理は同じである。
【００２９】
タッチスクリーンコントローラ１２４内のアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２６は、センサ１０６−１１２により生成される２つのアナログ信号を、タッチスクリーンケーブル１２２を介して受信する。Ａ／Ｄ変換器１２６はデジタル化された信号１４８を出力し、当該信号１４８はプロセッサモジュール１２８によって受信される。周波数変換モジュール１３４は、デジタル化された信号１４８に対してフーリエ変換又はより具体的には高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の周波数変換を実行し、各センサ信号に関連づけられる周波数成分の周波数変換データセットを出力してもよい。次に、振幅値（amplitude magnitude）モジュール１３０は各周波数変換信号から振幅値の情報を抽出してもよい。オプションとして、位相モジュール１３２は、各周波数変換信号から位相情報を抽出してもよい。プロセッサモジュール１２８は、振幅値の情報に基づいてライブタッチイベントに関連づけられるプロファイル又は音響指紋を構成してもよい。別の実施形態では、プロセッサモジュール１２８は、振幅値の情報及び位相情報の両方に基づくライブタッチイベントに関連づけられるプロファイル又は音響指紋を構成してもよい。さらに他の実施形態では、プロセッサモジュール１２８は、位相情報に基づいて又はデジタル化された信号１４８内の他の情報に基づいて音響指紋を構成してもよい。
【００３０】
メモリ１３６は、複数の音響指紋のセットを含む校正ファイル１３８を格納してもよく、これによりユーザが成功裡にディスプレイ１６０と相互作用できるようにする。通常の使用の前に、タッチパネル１０２上の複数の（Ｘ，Ｙ）座標の位置は、一連の既知の（Ｘ，Ｙ）座標の位置がタッチされたときに発生されるセンサ信号に関連づけられる。上記信号は処理され、校正ファイル１３８内の第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４のような音響指紋として格納されてもよい。実施形態によっては、信号は、第２の校正ファイル１６４を生成するように異なる方法で処理されてもよい。第２の校正ファイル１６４もまた、メモリ１３６内に格納され、音響指紋の対応するセットを含む。この例では、第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１７４、１７６及び１７８は、第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４にそれぞれ対応し、これにより、タッチパネル１０２上の同じ（Ｘ，Ｙ）座標の位置を表す。以下、校正ファイル１３８及び１６４の両方を用いる実施形態についてさらに論じる。但し、追加の校正ファイルが用いられてもよいことは理解されるべきである。
【００３１】
屈曲波タッチスクリーン技術のコンテキストにおいては、音響指紋は明確に単に「指紋」といわれてもよい。一例として、既知の位置１５２は第２のテンプレート指紋１４２に対応してもよく、既知の位置１５４は第Ｎのテンプレート指紋１４４に対応してもよい。従って、校正ファイル１３８は、タッチパネル１０２上の特定の（Ｘ，Ｙ）位置にそれぞれ関連づけられる所定の複数の指紋又はテンプレート、又は指紋又はテンプレートの集合体を含む。ここで、「テンプレート」という用語は、校正ファイル内の所定の指紋を指す。これに対して、ここでは、実行時間又はランタイム（run-time）タッチに関して計算されるライブ音響指紋を「ライブ指紋」又は「リアルタイムの指紋」という。幾つかの実施形態の議論においては、音響指紋は、後に詳述するように「プロファイル」又は「軌跡（trajectory）」と呼ばれる場合もある。
【００３２】
音響指紋を生成するときに、タッチがどのようにして発生されるかということは、潜在的に、取得される音響指紋に望ましくない影響を与える可能性がある。例えば、同じ（Ｘ，Ｙ）座標の位置において、第１のタッチが硬いスタイラスを用いて発生され、第２のタッチが消しゴムを用いて発生されるときには、大きく異なる信号が発生され、よって異なる音響指紋が発生される場合がある。ドラッグタイプのタッチは、他のタイプの信号を発生させる。音響指紋がこれらの及び他のタッチ特性に依存するときには、各タッチ位置（Ｘ，Ｙ）に関して、タッチ面上の同じ点を複数の異なる方法でタッチする当該方法に対応して、多くの異なる音響指紋が存在することになる。このような他のタッチ特性に対して音響指紋が反応することは、単一のテンプレートの音響指紋が所定の１つの（Ｘ，Ｙ）位置における全てのタッチを表現する能力を小さくする。従って、全ての異なるタイプの信号に相関する、（Ｘ，Ｙ）位置に関連づけられる一意のテンプレート指紋を発生させ、異なるタイプのタッチからの信号が一意の指紋にマッピングされることを可能にすることが望まれる。さらに、各タイプのテンプレート指紋が所定の１つの（Ｘ，Ｙ）位置に関して一意である２つ以上のタイプのテンプレート指紋を有することが望ましい場合もある。
【００３３】
１つの（Ｘ，Ｙ）位置に関連づけられる一意の指紋を発生させることに関する一実施形態において、第１、第２から第Ｎの指紋テンプレート１４０、１４２及び１４４は、振幅値モジュール１３０によって決定される２つのデジタル化された信号に関連づけられる、２つの信号のそれぞれの振幅値の割合等の値の比（magnitude ratio）又は当該比の関数に基づくものであってもよい。別の実施形態では、第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４は、値の比と、位相差情報等の位相モジュール１３２によって決定される位相情報との組合せに基づくものであってもよい。従って、音響指紋の定義は、値の比及び位相差の両方の関数であってもよい。
【００３４】
典型的な使用の間、ユーザがタッチパネル１０２にタッチすると、プロセッサモジュール１２８は、ライブタッチの音響指紋を、校正ファイル１３８内に格納されている第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４の少なくとも１つの部分集合と比較する。そして、最良の一致の音響指紋又はテンプレートを用いてタッチイベントの位置が識別されてもよい。
【００３５】
次に、プロセッサモジュール１２８は、ファームウェア又はソフトウェアの１つ又は複数のモジュール内に格納されてよい（Ｘ，Ｙ）座標を、ディスプレイモジュール１４６に対して送ってもよい。ディスプレイモジュール１４６は、例えばマイクロソフトウィンドウズ（Microsoft Windows  登録商標）のオペレーティングシステム等のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）モジュールであってもよい。一実施形態では、ディスプレイモジュール１４６は、ユーザの関心の対象であるアプリケーションコードもまた実行するホストコンピュータ１６２上で実行される。ディスプレイモジュール１４６は、座標がディスプレイ１６０上に表示されるボタンの選択を示すか、アイコンの選択を示すかを決定する。ボタンが選択されているときには、ホストコンピュータ１６２又は他のコンピュータ（図示されていない）は、その特定のボタンに関連づけられる機能に基づいてさらなるアクションを行ってもよい。
【００３６】
音響指紋と、自然界の基本的な力の現代の量子場のゲージ理論との間にはアナロジーを引き出すことができる。物理学の研究分野において、「ゲージ」理論は量子場の理論学者が電磁力、弱い核力及び強い核力等の基本的な自然界の力を理解することに役立ってきた。実験室で観察される自然界を正しく記述するために発見されてきた理論は、「ゲージ不変」の原理を満足する数学的可能性の極めて小さい部分集合のみから導かれたものである。
【００３７】
「ゲージ」という用語の元の意味は、「ワイヤゲージ」の場合のように機械的な寸法の測定基準を指すが、「ゲージ」の意味は、物理系の定量的な記述に必要とされる機械的ではない基準の設定に一般化されてきている。具体的には、「ゲージ」の選択は、回路内において「接地」又はゼロボルトとラベリングするための点を選択するときに行うことができる。「ゲージ変換」は、スパイス（ＳＰＩＣＥ）等の回路シミュレーションプログラムを実行している間に、回路内の別の点を接地として定義してスパイスシミュレーションを実行し直すことによって実行されてもよい。このゲージ変換により、回路内のあらゆる点における数値的にシミュレートされる電圧が変わる。それにも関わらず、接地の基準の定義の変更によって回路内の２点間の電圧差等の電子回路の実験室での測定値の予測値は変わらないので、スパイスプログラムはこのゲージ変換の下で「不変」である。この「ゲージ不変性」は、デバッグ及び品質チェックのツールとして用いられてもよい。予備的な回路シミュレーションコードにおけるこのようなゲージ不変性の欠如、即ち接地点の基準の定義のし直しによる検証可能な予測値の変化は、コーディングエラーの警告を与える。このようなコーディングエラーの一例が抵抗器に流れる電流のオームの法則による計算であり、これは、２つの抵抗端子間の電圧差を正しく用いずに、１つの抵抗端子における絶対的な電圧を誤って用いるコーディングエラーである。
【００３８】
ゲージ不変の原理を屈曲波タッチ技術に適用して、音響指紋の定義の良い候補と悪い候補とを区分（ソート）できる。タッチスクリーンへのアプリケーションの場合、関心対象の特性はタッチ位置、即ちタッチの（Ｘ，Ｙ）座標である。典型的には、力等の他の全てのタッチ特性は、このアプリケーションに無関係である。音響指紋の定義が他の任意のタッチ特性の影響を受けると、正しい（Ｘ，Ｙ）座標位置は識別かつ選択されず、アプリケーション内に多くの問題を発生させる場合がある。従って、タッチ座標（Ｘ，Ｙ）にのみ依存する「ゲージ不変の音響指紋」が望ましい。
【００３９】
位相差プロファイルΔφ（ω）は、識別される他のタッチ特性には鈍感であり、タッチ位置に対して反応する。これは、位相差プロファイルは正規化された振幅プロファイル等の音響指紋定義の他の候補より性能がよいという歴史的観測の理論上の根拠となっている。
【００４０】
上述したように、タッチの全体的な力は、タッチ位置以外のタッチ特性の１つである。例えば、タッチ強度の倍増、即ち同じ方法で力を２倍にしたタッチは信号の振幅を増大させる。この例では、信号の振幅は倍増され、即ち、Ｓ１（ｔ）→Ｓ’１（ｔ）＝２・Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）→Ｓ’２（ｔ）＝２・Ｓ２（ｔ）になる。アポストロフィ「’」は、ゲージ変換された信号を示すように用いられる。Ｓ’１（ｔ）及びＳ’２（ｔ）は、タッチ強度の倍増に起因して「ゲージ変換された」信号である。ゲージ変換、即ちゲージの変更（即ち、タッチ位置におけるタッチ方法の変更）は、両方の信号に同じ効果を与える。別のタッチ特性は、タッチの正確なタイミングである。例えば、「ゲージ変換された」信号Ｓ１（ｔ）→Ｓ’１（ｔ）＝Ｓ１（ｔ−Δｔ）及びＳ２（ｔ）→Ｓ’２（ｔ）＝Ｓ２（ｔ−Δｔ）は、ゲージ変換された信号Ｓ’１（ｔ）及びＳ’２（ｔ）が時間間隔Δｔだけ遅延されているが他は同一であるタッチに対応することを示す。タッチのさらに別の特性は、屈曲波を励起するタッチによって生じる力のパワースペクトルである。例えば、硬いスタイラスから柔らかいスタイラスへの交換は、タッチのパワースペクトルを変える。このことは、周波数領域では、「ゲージ変換された」信号Ｓ１（ω）→Ｓ’１（ω）＝Ｆ（ω）・Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）→Ｓ’２（ω）＝Ｆ（ω）・Ｓ２（ω）に対応する。但し、Ｆ（ω）はタッチ力の周波数特性に関係し、周波数ωの関数としての、タッチ力が変化したときのパワースペクトルの、タッチ力が変化していないときのパワースペクトル対する比（一般に複素数）である。これらのタイプのゲージ変換された信号は全て、正確に同じ（Ｘ，Ｙ）タッチ位置におけるタッチに対応する。ゲージに反応し、点（Ｘ，Ｙ）がどのようにタッチされるかに正確に依存して異なる結果を生成する音響指紋の定義は、望ましくない。これに対して、タッチ（Ｘ，Ｙ）座標にのみ依存して他の全てのタッチ特性とは独立な「ゲージ不変」の音響指紋は、音響指紋に基づくタッチシステムにおける使用にとって望ましい。
【００４１】
屈曲波タッチ技術のコンテキストにおけるゲージに対する望ましくない反応性及び望ましいゲージ不変の概念の数学的な基準は、振幅値のゲージ関数Ｇ（ω）及び位相のゲージ関数γ（ω）によってさらに展開されることが可能である。固定された１つのタッチ位置に関しても、タッチの生成方法の変更は、一般に信号の振幅値及び／又は位相を周波数の関数として複雑に変える。しかしながら、所定の位置へのタッチ方法の変更は何れも、両方の信号に同じように影響を与える。数学的に記述すると、一般に、ゲージ変換された周波数領域の信号は下記のようになる。
【００４２】
【数６】
0005265260.tif 000007
【００４３】
【数７】
0005265260.tif 000008
【００４４】
２つの信号Ｓ１（ω）及びＳ２（ω）は、同じように変更される。等価的に、ゲージ変換は、下記のように表すこともできる。
【００４５】
【数８】
0005265260.tif 000009
【００４６】
【数９】
0005265260.tif 000010
【００４７】
【数１０】
0005265260.tif 000011
【００４８】
【数１１】
0005265260.tif 000012
【００４９】
上述した倍増されたタッチ強度の例は、ゲージ関数Ｇ（ω）＝２及びγ（ω）＝０のゲージ変換に対応する。時間Δｔだけタッチを遅延させることは、ゲージ関数Ｇ（ω）＝１及びγ（ω）＝ω・Δｔのゲージ変換に対応する。タッチのパワースペクトルの変化は、ゲージ関数Ｇ（ω）及びγ（ω）のさらに複雑な形式のゲージ変換に対応する。上述の諸式から分かるように、全ての信号成分Ａ１（ω）、Ａ２（ω）、φ１（ω）及びφ２（ω）はゲージ変換に反応し、故に、（Ｘ，Ｙ）座標以上にタッチ特性の変化に反応する。位相差プロファイルのゲージ変換を以下に示す。
【００５０】
【数１２】
0005265260.tif 000013
【００５１】
Δφ（ω）→Δφ（ω）という結果が示すように、式１２は、位相差プロファイルがタッチ特性のゲージ変換の影響を受けないことを示す。従って、位相差プロファイルはゲージ不変の音響指紋であり、タッチ位置にのみ依存してタッチの他の任意の特性に依存しない。これに対して、上述した正規化された振幅はゲージの変化に反応し、下記の式１３及び１４に示すように、タッチ力のパワースペクトルの詳細に依存する。
【００５２】
【数１３】
0005265260.tif 000014
【００５３】
【数１４】
0005265260.tif 000015
【００５４】
従って、位相差プロファイルはゲージ不変の音響指紋である、即ち制御されない無関係なタッチ特性に反応しないので、効果的な音響指紋を提供する。しかしながら、位相差プロファイルはこのゲージ不変の特性において唯一のものではない。特に、値の比Ａ２（ω）／Ａ１（ω）も同じくゲージ不変であり、即ち、ゲージ関数Ｇ（ω）が相殺される式１５に示すように、（Ｘ，Ｙ）座標位置以上の無関係なタッチ特性に対して独立である。
【００５５】
【数１５】
0005265260.tif 000016
【００５６】
式１５の結果は、Ａ２（ω）／Ａ１（ω）→Ａ２（ω）／Ａ１（ω）であることを示す。
【００５７】
値の比の任意の関数ｆ（ｘ）もまたゲージ不変である。
【００５８】
【数１６】
0005265260.tif 000017
【００５９】
従って、ｆ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））→ｆ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））である。例えば、ｆ（ｘ）＝１／ｘであれば、Ａ１（ω）／Ａ２（ω）も、任意のラベル「１」と「２」を単に交換するだけで予測される通り、やはりゲージ不変であることが分かる。ｆ（ｘ）＝（ｘ−１）／（ｘ＋１）、ｆ（ｘ）＝（ｘ２−１）／（ｘ２＋１）及びｆ（ｘ）＝ａｒｃｔａｎ（ｘ）である場合には、下記のようなゲージ不変の音響指紋を決定することができる。
【００６０】
【数１７】
0005265260.tif 000018
【００６１】
【数１８】
0005265260.tif 000019
【００６２】
【数１９】
0005265260.tif 000020
【００６３】
従って、値の比の任意の関数がゲージ不変であると示されているように、音響指紋を取得するように値の比がどのように構成されるかということには、大きい柔軟性がある。コーディングを目的として、式１７−式１９は、有限の範囲（式１７及び式１８では−１から＋１までの範囲、式１９では０からπ／２までの範囲）の利点を有する音響指紋の選択を表している。これらの範囲は共に、例えば８ビットの整数の範囲まで容易にスケーリングされてもよい。これに対して、値の比Ａ２（ω）／Ａ１（ω）はゼロから無限大までの範囲を有し、これにより、結果的に実施中の複雑さのレベルはより高くなる場合がある。値の比Ａ２（ω）／Ａ１（ω）並びに（Ａ２（ω）−Ａ１（ω））／（Ａ２（ω）＋Ａ１（ω））及びａｒｃｔａｎ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））等の値の比の様々な関数ｆ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））は全てゲージ不変を提供し、よって、「値の比」という用語は、Ａ２（ω）／Ａ１（ω）及びその全ての関数の両方を含むように広義に定義される。
【００６４】
単に例示として、音響指紋の校正ファイルは、１５インチ（約３８０ｍｍ）対角の屈曲波センサを７６×５７グリッドの校正点における各点である合計Ｎ＝４３３２個の校正点においてタップすることによって構成されてもよい。例えば、図１のタッチパネル１０２がこれらの校正点でタッチされて、校正ファイル１３８内に第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４が生成されてもよい。これらの４３３２個の各校正点位置において、１対のアナログ信号（センサ１０６及び１１２からの信号及びセンサ１０８及び１１０からの信号等）はＡ／Ｄ変換器１２６によってデジタル化され、ハミングフィルタ又はハニングフィルタ及びこれに続くＦＦＴの使用等によって周波数変換モジュール１３４により周波数変換されてもよい。例えば、（１０２４個から）選択される２．１キロヘルツから１９．３キロヘルツまでの範囲内の９００個の各離散ＦＦＴ周波数について、ａｒｃｔａｎ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω））が計算され、スケーリングされ、０から１２７までの範囲の整数に丸められて８ビットの整数として格納されてもよい。次に、音響指紋の基準テンプレートである校正ファイル１３８は、一致アルゴリズムにより、タッチイベントから結果的に得られるライブ信号のタッチ位置を識別するように用いられてもよい。
【００６５】
図２は、値の比を用いて構成される単一の音響指紋に基づいて、タッチパネル１０２上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。２００において、オペレータは、図１の点（Ｘ１，Ｙ１）１５０等のタッチパネル１０２上の１つの（Ｘ，Ｙ）位置でタッチイベントを開始してもよい。値の比が用いられるので、考慮の対象はタッチ位置のみであり、タッチ又は印加される力の生成に用いられる装置等の他の要因は正しい位置の決定に影響しない。タッチパネル１０２上のセンサ１０６、１０８、１１０及び１１２の配置は例示的であり、限定的ではないことは留意されるべきである。
【００６６】
２０１及び２０２において、Ａ／Ｄ変換器１２６は、４つのセンサ１０６、１０８、１１０及び１１２から、トレース１１４、１１６、１１８及び１２０上をタッチスクリーンケーブル１２２へ送られてもよい２つの信号を検出する。Ａ／Ｄ変換器１２６は、デジタル化された信号１４８のセットをプロセッサモジュール１２８へ出力する。
【００６７】
２０３及び２０４において、周波数変換モジュール１３４は、２つのセンサ信号に対応するデジタル化された信号１４８のセットに対してフーリエ変換及びより具体的にはＦＦＴ等の周波数変換を実行し、第１及び第２の周波数変換データセットを出力する。２０５及び２０６において、振幅値モジュール１３０は、周波数領域においてこれらの第１及び第２の周波数変換データセットのそれぞれについて振幅値を計算する。例えば、第１及び第２の周波数変換データセットに関連づけられる第１及び第２の振幅値セット（Ａ１（ω）及びＡ２（ω））が計算されてもよい。２０８において、振幅値モジュール１３０は、２０５及び２０６の振幅値に基づいて値の比を決定する。
【００６８】
２１０において、プロセッサモジュール１２８は、値の比に基づいてライブ指紋を構成してもよい。ライブ指紋は、周波数変換の各周波数帯域（実施形態によっては、選択された領域に限定されてもよい）を含むライブタッチイベントを表す。２１２において、プロセッサモジュール１２８はライブ指紋を校正ファイル１３８内に格納されている第１から第Ｎのまでのテンプレート指紋１４０−１４４等のテンプレート指紋と比較し、両者間の差を決定し、音響指紋に関して「最良の一致」である１つ又は複数のテンプレート指紋を識別する。この例では、第１から第Ｎのまでのテンプレート指紋１４０−１４４は値の比を周波数の関数として表す。ライブ指紋の獲得に用いられるこの処理方法は、比較用に用いられる校正ファイル内のテンプレート指紋を構成するためにも用いられる。一実施形態では、プロセッサモジュール１２８は比較毎にスコア又はスコアリングリレーション（scoring relation）を決定してもよい。この場合、スコアは周波数領域における差の絶対値の和であってもよい。スコアは、ライブ指紋が校正ファイル１３８内の第１から第Ｎのまでのテンプレート指紋１４０−１４４のそれぞれに対してどの程度相違し、又はどの程度強く一致しているかを表す。プロセッサモジュール１２８は、１つの又はオプションとして２つ以上の可能な位置の候補を又は最良の一致のテンプレート指紋を示す最小のスコアを決定してもよい。
【００６９】
２１４において、プロセッサモジュール１２８は、最良の一致のテンプレート指紋とライブ指紋との差を所定のしきい値と比較してもよい。差が所定のしきい値より大きいときには、本方法は２１６へ進み、ライブ指紋は却下される。言い替えれば、このライブ指紋は校正ファイル１３８内のテンプレート指紋のどれとも十分に一致しない。２１４における差が所定のしきい値より小さいときには、プロセッサモジュール１２８は、２１８において、２１２で識別された最良の一致の（Ｘ，Ｙ）座標等の座標を識別する。次にプロセッサモジュール１２８は、２２０において、最良の一致のテンプレート指紋の座標及び隣接するテンプレート指紋の座標及びスコアに基づいて補間を行い、タッチパネル１０２上のライブタッチイベントの位置をさらに精緻化してもよい。次に、２２２において、タッチ座標はホストコンピュータ１６２に報告される。ライブタッチイベントがディスプレイ１６０上の選択に一致するときには、ホストコンピュータ１６２は、特定のアクション又は機能を開始しかつ／又はディスプレイ１６０を更新してもよい。
【００７０】
値の比（例えばＡ２（ω）／Ａ１（ω）又はその任意の関数）に加えて、可能なゲージ不変の音響指紋のセットは、値の比及び位相差プロファイルΔφ（ω）の両方の関数を含む。音響指紋は、値の比及び位相差の両方を組み込むことができる。別のアプローチは、１つの音響指紋が値の比を用い、区別可能な別個の音響指紋が位相差を用いるというものである。
【００７１】
図３は、本発明の一実施形態に係る、２つの音響指紋に基づいて図１のタッチパネル１０２上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。一方の指紋は値の比を用いて構成され、他方の指紋は位相差を用いて構成される。図３の方法は、単一の刺激又はタッチイベントに基づいて２つ以上の音響指紋が生成される冗長な検証の一例を示す。２つ以上の音響指紋を用いることにより、小型スクリーンにおける雑音に対する感度の問題はより良く対処される。冗長な検証は、値の比を用いて構成される１つ又は２つの音響指紋と共に用いられてもよい。あるいは、値の比を用いて１つの音響指紋が構成され、位相差を用いて第２の音響指紋が構成されてもよい。別の実施形態では、位相差を用いて２つの音響指紋が構成されてもよく、さらに別の実施形態では、異なる音響指紋の構成を用いて一方又は両方の音響指紋が構成されてもよい。
【００７２】
２３０において、オペレータは、図２に関連して上述したように、図１上の点（Ｘ１，Ｙ１）１５０等のタッチパネル１０２上の１つの（Ｘ，Ｙ）位置でタッチイベントを開始する。２３１及び２３２において、Ａ／Ｄ変換器１２６は、上述したように２つの信号を検出し、デジタル化された信号１４８のセットをプロセッサモジュール１２８へ出力する。
【００７３】
２３３及び２３４において、周波数変換モジュール１３４は２つの信号に対応するデジタル化された信号１４８のセットに対して周波数変換を実行し、第１及び第２の周波数変換データセットを出力する。図２とは対照的に、情報は第１及び第２の周波数変換データセットから値及び位相に基づいて抽出され、２つの別々の指紋を構成するために用いられる。
【００７４】
値の比に基づく音響指紋の構成は、図２の場合と同様のプロセスを用いる。２３５及び２３７において、振幅値モジュール１３０は、周波数領域においてそれぞれ周波数変換データセット２３３及び２３４に基づいて第１及び第２の振幅値セットを計算する。２３９において、振幅値モジュール１３０は、２３５及び２３７で計算された振幅値に基づいて値の比を決定する。２４１では、プロセッサモジュール１２８は、この値の比に基づいて第１のライブ指紋を構成してもよい。２４３において、プロセッサモジュール１２８は、ライブタッチイベントの第１のライブ指紋をテンプレート指紋と比較して両者間の差を決定し、当該ライブ指紋に対して「最良の一致」であるテンプレート指紋を識別する。テンプレート指紋は、校正ファイル１３８内の第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４であってもよい。プロセッサモジュール１２８は、可能な位置の候補又は最良の一致のテンプレート指紋を示す最良のスコアを決定してもよい。
【００７５】
２４５において、プロセッサモジュール１２８は、最良の一致のテンプレート指紋とライブ指紋との差を所定のしきい値と比較してもよい。差が所定のしきい値より大きいときには本方法は２４８へ進み、ライブ指紋が却下されて本方法は終了する。２４５における差が所定のしきい値より小さいときには、２４９において、プロセッサモジュール１２８は、２４３で識別された最良の一致の（ＸＭＲ，ＹＭＲ）座標を識別する。
【００７６】
位相差に基づく音響指紋の構成には、２３３及び２３４のデータセットを用いる。位相が決定されかつ位相差プロファイルが計算される。２３６及び２３８のそれぞれでは、位相モジュール１３２は２３３及び２３４の各周波数変換データセットの各位相を決定し、２４０において、位相モジュール１３２は２つの信号の位相差を決定する。２４２では、プロセッサモジュール１２８は位相差に基づいてライブ指紋を構成してもよい。２４４において、プロセッサモジュール１２８は、ライブタッチイベントのライブ指紋をテンプレート指紋と比較して両者間の差を決定し、かつこのライブ指紋に対して「最良の一致」であるテンプレート指紋を識別する。この例では、テンプレート指紋は、校正ファイル１６４内の第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１７４、１７６及び１７８であってもよい。この場合もやはり、プロセッサモジュール１２８は、可能な位置の候補又は最良の一致のテンプレート指紋を示すスコアを決定してもよい。
【００７７】
２４６において、プロセッサモジュール１２８は、最良の一致のテンプレート指紋と音響指紋との差を所定のしきい値と比較してもよい。差が所定のしきい値より大きいときには本方法は２４８へ進み、音響指紋が却下されて本方法は終了する。２４６における差が所定のしきい値より小さいときには、２５０において、プロセッサモジュール１２８は、２４４で識別された最良の一致の（ＸＰＤ，ＹＰＤ）座標を識別する。
【００７８】
２５２において、プロセッサモジュール１２８は、最良の一致の値の比テンプレートに基づくタッチ座標（ＸＭＲ，ＹＭＲ）並びに最良の一致の位相差テンプレートに基づくタッチ座標（ＸＰＤ，ＹＰＤ）の両方を考慮する。この場合は、２つの独立したタッチ座標推定値が計算される。値の比から導出される座標（ＸＭＲ，ＹＭＲ）及び位相差から導出される座標（ＸＰＤ，ＹＰＤ）が、互いを比較したときに所定の距離を超えているときのように一致しなければ本方法は２５４へ進み、ここで座標は却下され、タッチ座標はホストコンピュータ１６２に報告されない。２５２において、（ＸＭＲ，ＹＭＲ）及び（ＸＰＤ，ＹＰＤ）座標が所定の距離内にあるときには、２５６において、タッチ座標はホストコンピュータ１６２に報告される。ここで、ライブタッチイベントがディスプレイ１６０上の選択に一致しているときには、ホストコンピュータ１６２は特定のアクション又は機能を開始してもよく、かつ／又はディスプレイ１６０を更新してもよい。信号処理におけるこのような冗長性は、周囲の騒音に起因する誤ったタッチの割合を大幅に低減させることが観察されている。この冗長な音響指紋による方法を、様々な方法で一般化することができる。
【００７９】
図４は、値の比及び位相差の両方の情報を組み込む単一のゲージ不変の音響指紋に基づいて、図１のタッチパネル１０２上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。図４における幾つかの項目番号は図３のものと同じであり、同様の処理技術を示す。２３９及び２４０を参照すると、２つのデジタル化された信号に基づいて値の比及び位相差が決定されている。
【００８０】
２６０において、プロセッサモジュール１２８は、値の比及び位相差に基づいて単一のライブ指紋を構成する。具体的には、ｘがＡ２（ω）／Ａ１（ω）であり、ｙが位相差であるときに、２つの変数から成る任意の関数ｆ（ｘ，ｙ）であるｆ（Ａ２（ω）／Ａ１（ω），Δφ（ω））はゲージ不変の音響指紋である。例えば、ｆ（ｘ，ｙ）＝ｃｏｓ（ｙ）・ｘ又はｆ（ｘ，ｙ）＝ｓｉｎ（ｙ）・ｘであれば、下記のゲージ不変の音響指紋は値の比に部分的にしか依存しない。
【００８１】
【数２０】
0005265260.tif 000021
【００８２】
【数２１】
0005265260.tif 000022
【００８３】
上述の２式（式２０及び式２１）は、周波数変換の数として表記されることが可能であり、これらの２式は、値及び位相ではなく、複素数比Ｓ２（ω）／Ｓ１（ω）の実数部及び虚数部に等しいことを証明することができる。もう少し高等な数学を用いれば、これらの２式（式１９及び式２０）が下記の２式（式２２及び式２３）と同等であることを証明することができる。
【００８４】
【数２２】
0005265260.tif 000023
【００８５】
【数２３】
0005265260.tif 000024
【００８６】
実施例に関連して、プログラマは、浮動小数点又は整数値としての量Ｒｅ｛Ｓ１（ω）｝，Ｉｍ｛Ｓ１（ω）｝，Ｒｅ｛Ｓ２（ω）｝及びＩｍ｛Ｓ２（ω）｝が典型的にはＦＦＴコードの生の出力であることに留意する場合がある。故に、上述の式（式２２及び式２３）は、平方根関数又は超越数関数を用いずに、加算、減算、乗算及び除算のみによってＦＦＴの出力から直接的に計算されてもよいゲージ不変の指紋を提供する。
【００８７】
音響指紋は、周波数の関数として単一の実変数、すなわちプロファイルに限定される必要はなく、周波数の関数として二次元又はこれより高い次元の空間における１点に一般化されてもよい。よって、音響指紋は、より高い次元の空間内の（周波数によりパラメータ化された）「経路」又は「軌跡」と等価な点の集合になる。周波数の関数としての１対の実変数は、ゲージ不変のＡ２（ω）／Ａ１（ω）プロファイル及びゲージ不変の位相差プロファイルΔφ（ω）に含まれる全ての情報を組み合わせて保持するために用いられてもよい。これらの２つのプロファイルを組み合わせる１つの方法は、周波数の関数としての２Ｄベクトル（Ｘ（ω），Ｙ（ω））＝（Ａ２（ω）／Ａ１（ω），Δφ（ω））を形成することである。ある特定の周波数の場合、対応する実数の対（Ａ２／Ａ１，Δφ）は、原点からの距離が割合Ａ２／Ａ１でありかつ極角度がΔφである極座標平面３０２における（図５に示すような）点３３０であると見なされてもよい。周波数ωの関数としての完全な点集合（Ａ２（ω）／Ａ１（ω），Δφ（ω））は、幾何学的に軌跡３３２を極座標平面３０２内に定義する。ライブタッチの場合、軌跡３３２は、校正ファイルに格納されているテンプレート軌跡に類似している、又は類似していないものとして比較されてもよい音響指紋である。音響指紋をこのような軌跡の形式で構成することに関しては、多くの選択肢が存在する。特に興味深いものは、バイアスされないマッチングスコア（matching score）のアルゴリズムをサポートする軌跡座標系である。
【００８８】
周波数ωを十分に大きい数だけサンプリングすることによって、音響指紋（Ａ２（ω）／Ａ１（ω），Δφ（ω））は、分解能が僅か１ビットにまで低減される場合でも効果的であることが発見されている。例えば、値の比Ａ２（ω）／Ａ１（ω）は、Ａ２（ω）＞Ａ１（ω）であれば１に、そうでなければゼロに設定されてもよく、Δφ（ω）はその符号ビットまで、即ち、Δφ（ω）が負であれば１まで、そうでなければゼロまで減少されてもよい。あるいは、値の比及び位相差は、８ビット（又は１バイト）の分解能又は他の任意の分解能で格納されてもよい。指紋毎に固定された数のメモリビットが利用可能であるときには、指紋の分解能と、その指紋を構成するためにサンプリングされる周波数の数とのトレードオフに関して幾つかの選択肢を利用可能である。処理電力が限定されているときには、１ビットの分解能の重要な優位点は、ライブ指紋及びテンプレート指紋が論理ＸＯＲ関数を用いて多大な計算効率で比較され得ることにある。
【００８９】
図５は、このような音響指紋を幾何学的な軌跡として視覚化するための球座標系を示す。Ａ２（ω）／Ａ１（ω）及び位相差プロファイルから合成の音響指紋を形成して、後述するように緯度θ（ω）及び経度
【数２４】
0005265260.tif 000025
が周波数の関数である単位球面３００の面上に軌跡３４２を定義してもよい。周波数毎に、点３４０のような球面上の点が存在し、全ての周波数によって３４２のような軌跡が形成される。本明細書における議論を目的として、単位球面３００は、典型的には地球に関して用いられる、北極３２０、南極３２２、赤道３２４、緯度及び経度等の地理的な表示を用いて参照されてもよい。極座標における動径が値の比Ａ２／Ａ１に等しく、極座標における偏角が位相差φ２−φ１に等しい単位球面３００及び対応する極座標平面３０２が図示されている。この単位球面上では、経度（東経／西経）の角度は、下記のように位相差プロファイルによって定義される。
【００９０】
【数２５】
0005265260.tif 000026
【００９１】
緯度（北緯／南緯）の角度は、Ａ２（ω）／Ａ１（ω）の下記の関数によって定義される値の比の例である。
【００９２】
【数２６】
0005265260.tif 000027
【００９３】
極座標平面３０２の全体は、極座標平面３０２における点３３０が単位球面３００における点３４０にマッピングされ平面上の軌跡３３２が球面上の軌跡３４２にマッピングされるように、単位球面３００である球の表面上にマッピングされてもよい。任意の信号のラベル「１」及び「２」の交換は、一般に、極座標平面３０２においてライブ軌跡とテンプレート軌跡に対応する点（同じ周波数）間の距離を変化させ、これは、スコアの計算にとって望ましくない状況をもたらす。これに対して、単位球面３００における軌跡上の点間の距離に基づくスコアには、このようなバイアスがない。（図１のセンサ１０６及び１０８からの信号によって表されるような）第１及び第２のセンサ信号の交換は、北極３２０と南極３２２とを反転させて単位球面３００を極軸に関して１８０゜回転させるだけであり、球面３００上の任意の２点間の距離は変わらない。さらに、モンテカルロシミュレーションによって、タッチ信号が存在せず信号Ｓ１（ｔ）及びＳ２（ｔ）が単なるランダム雑音であるときには、
【数２７】
0005265260.tif 000028
に対応する値は球面上に均一かつランダムに分布することが観察されている。これは、値の比と位相差とが組み合わされた音響指紋は上述の式により、単位球面である二次元の面上の（周波数の関数としての）軌跡としてバイアスされない方法で表されることを意味する。面又はより高い次元の空間上の経路又は軌跡のイメージのために、周波数当たり２つ以上の値を提供する音響指紋は、歴史的に「プロファイル」といわれることのある周波数当たり唯一の値を提供する音響指紋とは区別的なものとして、「軌跡」といわれてもよい。
【００９４】
図６は、比Ａ２／Ａ１の緯度θ＝π／２−２ａｒｃｔａｎ（Ａ２／Ａ１）へのマッピングの詳細図である。例示として、センサ１０８及び１１０からの信号が単なる雑音である場合に、信号の振幅値Ａ１は信号の振幅値Ａ２に比較して極めて大きく、北極３２０の近傍の点がセンサ１０６及び１１２、並びにセンサ１０８及び１１０からそれぞれ受信される（所定の周波数における）信号Ｓ１及びＳ２に対応する。センサ１０６及び１１２からの信号が単なる雑音である場合に、信号の振幅値Ａ２は信号の振幅値Ａ１に比較して極めて大きく、南極３２２の近傍の点が信号Ｓ１及びＳ２に対応する。赤道３２４の近傍の点は信号の振幅値Ａ１及びＡ２がほぼ等しい位置であり、即ち、センサ１０６及び１１２はセンサ１０８及び１１０からの信号の振幅と同様の振幅の信号を発生させる。
【００９５】
ライブタッチに基づく軌跡の各点は、テンプレート指紋の軌跡の同じ周波数を表す対応する点と比較されて、対応するこれらの点が単位球面上でどの程度近接しているか又はどの程度離れているかが決定されてもよい。軌跡の対の全ての点、即ち全ての周波数に関してこのような比較を実行することは、これらの２つの軌跡、即ち音響指紋がどの程度類似しているか又は異なるかに関する測度を提供する。単位球面上の対応する軌跡点間のこのような間隔の距離は、比Ａ２／Ａ１又は位相差φ２（ω）−φ１（ω）自体により提供されないバイアスされない意味での距離を提供する。Ｓ２がＳ１に比較して非常に小さくＡ２／Ａ１がほとんどゼロでありかつＳ２が雑音であるときには、プラス１８０゜からマイナス１８０゜までの全域でφ２（ω）はランダム値になり、位相差φ２（ω）−φ１（ω）もランダム値になる。従って、φ２（ω）−φ１（ω）は、ランダム雑音の小さいゆらぎが時には誤って音響指紋における大きい差異を意味する可能性があるバイアスされた距離の測度である。振幅に関しては、Ａ１の２倍のＡ２値Ａ２＝２・Ａ１（すなわちＡ２／Ａ１＝２）は、等式Ａ２＝Ａ１（なわちＡ２／Ａ１＝１）から、Ａ２の２倍のＡ１値Ａ１＝２・Ａ２（すなわちＡ２／Ａ１＝１／２）の場合と全く同様に離れている。値Ａ２／Ａ１＝２，１及び１／２が図６で行われているように数値の直線３２６上にプロットされると、Ａ２／Ａ１＝２のＡ２／Ａ１＝１からの距離はＡ２／Ａ１＝１／２のＡ２／Ａ１＝１からの距離より大きいという誤った印象を与える。図６に示すように、このバイアスは、比Ａ２／Ａ１を緯度θ＝π／２−２ａｒｃｔａｎ（Ａ２／Ａ１）にマッピングすることによって除去される。
【００９６】
実際のコードでは、式２４の経度
【数２８】
0005265260.tif 000029
等のラジアン単位の角度は、計算及びデータの格納を容易にするためにスケーリングされオフセットされてもよい。例えば、−πから＋πまでのラジアン範囲
【数２９】
0005265260.tif 000030
は、
【数３０】
0005265260.tif 000031
をスケーリング係数（１２８／π）で乗算することにより、−１２８から＋１２７までの符号付き８ビット（１バイト）の整数の範囲にスケーリングされてもよい。同様に、式２５の緯度θ（ω）も、同じ係数（１２８／π）でスケーリング（即ち、定数により乗算）されることが可能であり、この場合、−π／２から＋π／２までのラジアン範囲θ（ω）が−６４から＋６３までの範囲にスケーリングされる。正の整数が好ましいときには、これは次に、単に定数６４を加算することによって０から１２７までの範囲にオフセットされることが可能である。より一般的には、任意の音響指紋は、本発明の範囲を逸脱することなくスケーリング（定数により乗算）又はオフセット（定数に加算）されてもよい。
【００９７】
図４に戻ると、２６２において、プロセッサモジュール１２８は、ライブ信号軌跡（２６０の音響指紋）を校正ファイルの１つに格納されている複数のテンプレートに対応する複数の軌跡と比較してもよい。この場合、校正ファイル１３８の第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４は、値の比及び位相差の両方に基づいてテンプレート軌跡を格納する。ライブタッチ（Ｘ，Ｙ）の位置を決定するために、ライブ信号軌跡
【数３１】
0005265260.tif 000032
に加えて値の比及び位相差の両方を用いるときには、単位球面３００の表面上のテンプレート軌跡（Θ（ω），Φ（ω））は位置（Ｘ０，Ｙ０）における校正タッチに対応する。プロセッサモジュール１２８は、全ての周波数について食い違いの距離（mismatch distance）を計算する。周波数の関数としての食い違いの距離は、ライブ信号軌跡と第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４のそれぞれとの間で計算され、後述するように、式２５を用いて計算されてもよい。
【００９８】
ライブタッチ座標（Ｘ，Ｙ）の校正タッチ座標（Ｘ０，Ｙ０）との近接性は、ライブ信号の音響指紋
【数３２】
0005265260.tif 000033
とテンプレート指紋（Θ（ω），Φ（ω））との相似性の度合いによって判断される。各周波数ωにおいて、ライブタッチ及びテンプレートは単位球面３００上の点
【数３３】
0005265260.tif 000034
及び（Θ（ω），Φ（ω））に対応する。α（ω）は球面３００上の上記２点間の最短距離であり、かつ球面３００の中心から単位球面の表面上の２点
【数３４】
0005265260.tif 000035
及び（Θ（ω），Φ（ω））のそれぞれまでの単位ベクトル間の（正の）ラジアン単位の角度でもある。式２６は、ライブ信号の音響指紋
【数３５】
0005265260.tif 000036
及び（第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４として格納される）テンプレートの音響指紋（Θ（ω），Φ（ω））からの食い違いの距離のパラメータα（ω）の計算を可能にする。
【数３６】
0005265260.tif 000037
【００９９】
実際には、距離のパラメータα（ω）は、多数の離散値ωｋに関して計算される。但し、ｋは整数の指数である。距離パラメータの周波数に関する総和、即ちΣα（ωｋ）は、ライブ信号と第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４のうちの１つ、幾つか又は全てとの間の食い違いの度合いの全体的なスコアを提供する。数学的には、スコア関数は、下記の積分として表されてもよい。
【数３７】
0005265260.tif 000038
【０１００】
さらに、ｆ（ｘ）が０＜ｘ＜πに関する任意の単調増加関数であるときには、
【数３８】
0005265260.tif 000039
もまた可能なスコア関数である。例えば、
【数３９】
0005265260.tif 000040
及び
【数４０】
0005265260.tif 000041
は共に、ｃｏｓ（α（ωｋ））に関する上述の明示的な公式が与えられれば、可能なオプションである。図４の２６４において、プロセッサモジュール１２８は、２６２で識別される最良の一致の（Ｘ，Ｙ）座標を識別する。オプションとして、図２及び３に関連して上述したように、しきい値との比較が遂行されてもよい。２６６において、プロセッサモジュール１２８は上述したような補間を遂行してもよく、２６８において、プロセッサモジュール１２８はタッチ座標をホストコンピュータ１６２に報告する。
【０１０１】
３つ以上の信号を用いる屈曲波タッチシステムでも、ゲージ不変の音響指紋は有益である。従って、１つ、２つ又はそれ以上の音響指紋を構成するために、３つ以上の信号が用いられてもよい。一般に、３つ以上の信号が受信され、当該受信された信号から１つ又は複数の音響指紋が構成される。音響指紋は、位相差、値の比、異なる構成及び／又はこれらの組合せに基づいて構成されてもよい。２つ以上の音響指紋が構成されるときには、冗長な検証の恩恵が実現される場合がある。図３に関連して上述したように、冗長な検証は、全てのサイズのタッチスクリーンにおいて、特に、より小型なサイズのタッチスクリーン及び雑音の多い環境で用いられるタッチスクリーンにおいて、タッチ点のロバストな検出を提供する。
【０１０２】
図７は、タッチ検出に用いられる２つ以上の信号を発生させるタッチパネル４０１を有する、音響指紋に基づくタッチシステム４００を示す。タッチパネル４０１は基板４０２を有し、基板４０２上に第１、第２から第Ｍのセンサ４０４、４０６及び４０８が搭載される。図７では、（図１に示すように）逆直列に相互接続された１対のピエゾ又はマイクロホンではなく、単一のセンサ４０４、４０６及び４０８を用いて信号が生成される。トレース４１０及び４１２は第１のセンサ４０４に関連づけられる第１の信号を送り、トレース４１４及び４１６は第２のセンサ４０６に関連づけられる第２の信号を送り、トレース４１８及び４２０は、第Ｍのセンサ４０８に関連づけられる第Ｍの信号を送る。ケーブル４２２は、図１において上述したように、信号をタッチスクリーンコントローラ１２４へ伝送する。図１のタッチスクリーンコントローラ１２４内の素子、ディスプレイ１６０及びホストコンピュータ１６２は、タッチシステム４００に関しても再現される。
【０１０３】
ゲージ変換の概念を一般化して、無関係なタッチ特性の変化を受けるタッチ信号は、デジタル化された信号のセットＳ１（ｔ），Ｓ２（ｔ），…，ＳＭ（ｔ）として表されてもよい。但し、Ｍは２以上の任意の整数である。対応する周波数変換信号は、Ｓ１（ω），Ｓ２（ω），…，ＳＭ（ω）である。振幅値のゲージ関数Ｇ（ω）及び位相のゲージ関数γ（ω）が与えられると、ゲージ変換された信号は下記のようになる。
【０１０４】
【数４１】
0005265260.tif 000042
【数４２】
0005265260.tif 000043
…から…
【数４３】
0005265260.tif 000044
【０１０５】
等価的に、次式も与えられる。
【数４４】
0005265260.tif 000045
【数４５】
0005265260.tif 000046
…から…
【数４６】
0005265260.tif 000047
【０１０６】
一般化されたゲージ不変の値の比を構成するために、α１，α２，…，αＭを合計がゼロになる、即ちΣαｉ＝０である指数の集合であるとする。一般化された値の比は、下記の積となるように定義されてもよい。
【０１０７】
【数４７】
0005265260.tif 000048
【０１０８】
ゲージ変換の下では、この積は、下記に示すようにゲージ不変である。
【０１０９】
【数４８】
0005265260.tif 000049
【０１１０】
同様に、任意のｆ（ｘ）であるｆ（Ａ１（ω）α１・Ａ２（ω）α２・…・ＡＮ（ω）αＭ）もまたゲージ不変の音響指紋である。Ｍ＝２，α１＝−１及びα２＝＋１の場合、この形式は先の値の比の式Ａ２（ω）／Ａ１（ω）に帰する。３つのデジタル化された信号の場合、一例はＭ＝３，α１＝＋１，α２＝＋１及びα３＝−２であり、これは、３つの信号の一般化された値の比、
【数４９】
0005265260.tif 000050
に対応する。
【０１１１】
さらに、ｆ（ｘ，ｙ，…，ｚ）が複数の変数の任意の関数であるときには、各引数は一般化された異なる値の比によって置換されてもよく、結果として得られる音響指紋もまたゲージ不変である。従って、音響指紋は、少なくとも部分的に、このような一般化された値の比の任意の関数に基づいてもよい。ゲージ不変性を提供するという目的に合致して、値の比という用語は、一般化された値の比並びに１つ又は複数の一般化された値の比の関数を含むように広義に定義される。
【０１１２】
一般化された値の比を含む任意の値の比は、単一のタッチ座標の決定に対応する単一の音響指紋を構成するために用いられることが可能である。図８は、２つ以上のデジタル化された信号に基づいて構成される１つのライブ指紋に基づいて図７のタッチパネル４０１上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。４５０において、オペレータは、第１、第２から第Ｍのセンサ４０４、４０６及び４０８を有するタッチパネル４０１上の１つの（Ｘ，Ｙ）位置においてタッチイベントを開始する。タッチイベントは、点（Ｘ２，Ｙ２）４２４であってもよい。４５２、４５３及び４５４において、Ａ／Ｄ変換器１２６は、上述したように第１の信号から第Ｍの信号までを検出し、対応するデジタル化された信号のセット１４８をプロセッサモジュール１２８に出力する。
【０１１３】
４５６、４５７及び４５８において、周波数変換モジュール１３４は、第１から第Ｍまでのデジタル化された信号セットに対応するデジタル化された信号１４８セットに対して周波数変換を実行し、第１、第２から第Ｍまでの周波数変換データセットを出力する。第１、第２から第Ｍまでの周波数変換データセットから抽出された情報は、１つのライブ指紋を構成するために用いられる。４６０において、プロセッサモジュール１２８は、周波数の第１、第２から第Ｋのゲージ不変関数４６１、４６２及び４６３等の周波数の１つ又は複数のゲージ不変関数を構成する。例示として、ゲージ不変関数のうちの少なくとも１つは、上述したように値の比に基づくものであってもよい。また、周波数のゲージ不変関数は、上述したような位相差及び値の比並びに後に論じる一般化された位相差から構成されてもよい。
【０１１４】
４６４において、プロセッサモジュール１２８は、周波数の第１、第２から第Ｋのゲージ不変関数に基づいてライブ指紋（多次元の軌跡等）を構成する。４６６では、プロセッサモジュール１２８はライブタッチイベントのライブ指紋をテンプレート指紋（第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４等と比較して両者間の差を決定し、ライブ指紋に対して「最良の一致」であるテンプレート指紋を識別する。上述したように、プロセッサモジュール１２８は、可能な位置の候補又は最良の一致のテンプレート指紋を示す最低のスコアを決定してもよい。
【０１１５】
オプションとして、先に図２の２１４で論じたようなしきい値との比較が用いられてもよい。４６８において、プロセッサモジュール１２８は、４６６において識別された最良の一致の（Ｘ，Ｙ）座標を識別する。４７０では、タッチ座標がホストコンピュータ１６２に報告され、ここで、そのライブタッチイベントがディスプレイ１６０上の選択に一致しているときには、ホストコンピュータ１６２は特定のアクション又は機能を開始しかつ／又はディスプレイ１６０を更新してもよい。
【０１１６】
一実施形態では、２つ以上の区別的な（distinctive）音響指紋を構成することによってタッチ座標の２つ以上の推定値が決定されてもよい。上記各区別的な音響指紋は、当該音響指紋の固有のマッチングスコアを介してタッチ位置の候補を独立に決定するために用いられる。上述したように、このような冗長的に計算される複数の座標の一貫性を要求することによって、誤ったタッチは抑圧される。例えば、図７のタッチパネル４０１であって、但しＭ＝３個のセンサ（第１、第２、第３（Ｍ）のセンサ４０４、４０６及び４０８）及び、振幅値Ａ１（ω），Ａ２（ω）及びＡ３（ω）が導出される（図８の４５６、４５７及び４５８で論じたような）第１から第３までのデジタル化され周波数変換された信号Ｓ１（ω），Ｓ２（ω）及びＳ３（ω）を用いる、音響指紋に基づくタッチスクリーンシステムについて考察されたい。タッチ座標の推定値（ＸＥ１，ＹＥ１），（ＸＥ２，ＹＥ２）及び（ＸＥ３，ＹＥ３）を、ゲージ不変の比Ａ２（ω）／Ａ１（ω），Ａ３（ω）／Ａ２（ω）及びＡ１（ω）／Ａ３（ω）から構成される第１から第３までの別々のライブ指紋を用いて、それぞれ独立に計算することが可能である。ホストコンピュータ１６２にタッチを報告する前に、３つの方法による各座標の一致が要求されてもよい。あるいは、バックグランドノイズの抑制には、３つの座標うちの２つの座標の一致で充分と見なされてもよい。
【０１１７】
従って、音響指紋は純粋に値の比のプロファイルから構成されてもよい。あるいは、音響指紋は、値の比プロファイル及び位相差プロファイルの両方の組合せから構成されてもよい。一例は、ｃｏｓ（Δφ）・Ａ２（ω）／Ａ１（ω）である。３つ以上のデジタル化された信号の場合、位相差は下記のように一般化されてもよい。例えば、φ１（ω），φ２（ω），…，φＭ（ω）はＭ個のデジタル化された信号の場合の周波数の関数としての信号位相であり、Ｃ１，Ｃ２，…，ＣＭは総和がゼロ、即ちΣＣｉ＝０になる係数の集合である。一般化された位相差は、Ｃ１・φ１（ω）＋Ｃ２・φ２（ω）…＋ＣＭ・φＭ（ω）の形式であるものと定義されてもよい。式３１、３２及び３３を用いると、一般化された位相差がゲージ不変であると証明することができる。例えば、量φ１（ω）＋φ２（ω）−２・φＭ（ω）は３つの信号の場合の一般化された位相差の１つの可能性である。従って、音響指紋の定義は、値の比のプロファイル及び一般化された位相差の両方の関数であってもよい。ゲージ不変を提供するという目的に合致して、位相差という用語は、一般化された位相差並びに１つ又は複数の一般化された位相差の関数を含むように広義に定義される。
【０１１８】
一般化された位相差を含む任意の位相差は、さらに、冗長な座標推定のオプションを増やす。例えば、音響指紋に基づくタッチシステムは、３つ以上のセンサ及び３つのデジタル化されかつ周波数変換された信号Ｓ１（ω），Ｓ２（ω）及びＳ３（ω）を有してもよく、当該信号から振幅値Ａ１（ω），Ａ２（ω）及びＡ３（ω）並びに位相φ１（ω），φ２（ω）及びφ３（ω）が導出される。２つ以上の音響指紋は、例えば周波数の下記の関数、Ａ２（ω）／Ａ１（ω），Ａ３（ω）／Ａ２（ω），Ａ１（ω）／Ａ３（ω），Ａ１（ω）・Ａ２（ω）／Ａ３（ω）２，Ａ２（ω）・Ａ３（ω）／Ａ１（ω）２，Ａ３（ω）・Ａ１（ω）／Ａ２（ω）２，（φ１（ω）−φ２（ω）），（φ２（ω）−φ３（ω）），（φ３（ω）−φ１（ω）），φ１（ω）＋φ２（ω）−２・φ３（ω）等のうちの２つ以上の関数から構成され、２つ以上のタッチ座標推定値を生成してもよい。３つ以上の冗長な座標計算が実行されるときには、ホストコンピュータ１６２へのタッチ座標の報告は、例えば４つのうちの３つである任意の一致のレベルにより決定されてもよい。
【０１１９】
図９は、２つ以上のデジタル化された信号に基づいて構成される２つ以上の音響指紋に基づいて図７のタッチパネル４０１上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。５００では、オペレータは、タッチパネル４０１上の点（Ｘ２，Ｙ２）４２４等の１つの（Ｘ，Ｙ）位置においてタッチイベントを開始する。５０２、５０４及び５０６において、Ａ／Ｄ変換器１２６は、上述したように第１、第２から第Ｍまでの信号を検出し、第１、第２から第Ｍまでのデジタル化された信号１４８のセットをプロセッサモジュール１２８へ出力する。
【０１２０】
５０８、５０９及び５１０において、周波数変換モジュール１３４は、第１、第２から第Ｍまでのセンサ信号に対応する第１、第２から第Ｍまでのデジタル化された信号１４８に対して周波数変換を実行し、第１、第２から第Ｍまでの周波数変換データセットを出力する。この例では、２つ以上の別々の指紋を構成するために、値及び位相に基づいて第１、第２から第Ｍまでの周波数変換データセットから情報が抽出されてもよい。しかしながら、値の比及び／又は位相差に基づいて１つ、２つ、Ｍ個未満又はＭ個を超える指紋が構成されてもよいこと及び他の音響指紋の構成が用いられてもよいことは理解されるべきである。
【０１２１】
５１２、５１４及び５１６において、振幅値モジュール１３０は、周波数領域において５０８、５０９及び５１０の周波数変換データセットに基づいて第１、第２及び第Ｍの振幅値セットをそれぞれ計算する。５１８において、プロセッサモジュール１２８は、値の比に基づいて少なくとも１つのライブ指紋を構成してもよい。振幅値モジュール１３０は、複数の振幅値に基づいて値の比を決定し、第１及び第Ｍの振幅値に基づいて第１の値の比を決定し第２及び第Ｍの振幅値に基づいて第２の値の比を決定するように異なる信号を組み合わせてもよい。従って、信号の任意の組み合わせが用いられてもよく、信号の中には２回以上用いられるものがあってもよい。
【０１２２】
位相差に基づくライブ指紋を、位相を決定し位相差プロファイルを計算することによって構成することが可能である。５１３、５１５及び５１７において、位相モジュール１３２は、第１、第２から第Ｍまでの周波数変換データセットの各位相を決定し、５１８において、プロセッサモジュール１２８は位相差に基づいてライブ指紋を構成してもよい。位相モジュール１３２は２つ以上の信号間の位相差を決定し、２つ以上の信号による任意のグループ分けが用いられてもよい。
【０１２３】
プロセッサモジュール１２８は、第１、第２から第Ｐまでのライブ指紋５２０、５２１及び５２２を出力する。５２４、５２５及び５２６において、プロセッサモジュール１２８は、ライブタッチイベントの対応する第１、第２から第Ｐまでのライブ指紋をテンプレート指紋と比較して両者間の差を決定し、かつ第１、第２から第Ｐまでのライブ指紋に対して「最良の一致」である第１、第２から第Ｐまでのテンプレート指紋を識別する。この例では、テンプレート指紋は、校正ファイル１３８内の第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１４０、１４２及び１４４、校正ファイル１６４内の第１、第２から第Ｎのテンプレート指紋１７４、１７６及び１７８又は追加の校正ファイル又は他の校正ファイル（図示されていない）内の指紋であってもよい。この場合も、プロセッサモジュール１２８は、可能な位置の候補又は最良の一致のテンプレート指紋を示すスコア（最低又は最高スコアの一方であってもよい）を決定してもよい。
【０１２４】
５２８、５２９及び５３０において、プロセッサモジュール１２８は、複数の最良の一致のテンプレート指紋とライブ指紋との差を所定のしきい値と比較してもよい。オプションとして、複数の最良の一致のテンプレート指紋のうちの１つのみのテンプレート指紋とライブ指紋に対してしきい値との比較が遂行されてもよい。オプションとして、しきい値との比較は用いられなくてもよい。
【０１２５】
しきい値との比較が用いられる場合、差が所定のしきい値より大きいときには、本方法は５３２に進み、ライブ指紋は却下される。オプションとして、本方法は、１つの却下に基づいて完了してもよい。別の実施形態では、本方法は、２つ以上の却下が識別されたとき、又は所定の割合のライブ指紋が却下されたときに完了してもよい。５２８、５２９及び／又は５３０における差が所定のしきい値より小さけいときには、５３４、５３５及び５３６において、プロセッサモジュール１２８は、５２４、５２５及び５２６においてそれぞれ識別された最良の一致の（Ｘ，Ｙ）座標を識別する。
【０１２６】
５３８において、プロフェッサモジュール１２８は、検出された（Ｘ，Ｙ）座標間に十分な一致があるかどうかを決定する。例えば、プロセッサモジュール１２８は、各座標を互いに比較してもよい。１つ又は複数の座標が他の座標から所定の距離を超えて離れているときには、プロセッサモジュール１２８は、これらの座標が誤ったものであると決定し、特定の座標を放棄してもよい。別の実施形態では、プロセッサモジュール１２８は、全ての座標点に基づいてＸの平均値及びＹの平均値を計算してもよい。そして、平均点と個々の各点との間のユークリッド距離が計算されてもよい。任意の点の最大の距離が平均値からの所定の距離より小さいときには、又は、例えば平均の点（Ｘ，Ｙ）を中心にして形成される所定のサイズを有する円の直径の範囲内であるときには、その特定の点は一致する点として保持されてもよい。上記円の直径の外側にある点は、廃棄されてもよい。大部分の点又は所定の比率の点等の十分な数の点が一致していれば、プロセッサモジュール１２８は有効なタッチが検出されていると決定し、５４０において、タッチ座標のセットをホストコンピュータ１６２に報告する。タッチ座標のセットは、例えば平均の座標であってもよい。プロセッサモジュール１２８が一致が十分でないと決定すれば、本方法は５４２に進み、ここで座標は却下され、タッチ座標はホストコンピュータ１６２に報告されない。これは、雑音の多い環境が誤ったタッチを検出させる場合に発生することがある。
【０１２７】
これまでの説明は、例示を意図するものであり、限定的でないことは理解されるべきである。例えば、上述の実施形態（及び／又はその態様）は、互いに組み合わせて用いられてもよい。さらに、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるべく多くの修正が行われてもよい。本明細書に記述している材料の寸法及び型式は本発明のパラメータを規定するためのものであるが、これらは決して限定的なものではなく、例示的な実施形態である。上述の説明を精査すれば、当業者には、他の多くの実施形態が明らかとなるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求の範囲並びに本請求の範囲が権利として有する同等の全範囲に関連して決定されるべきである。添付の請求の範囲において、「を含む（including）」及び「において（in which）」という用語は、個々の用語「を備える（comprising）」及び「において（wherein）」に対応する平易な英語として用いられている。さらに、添付の請求の範囲における「第１の」、「第２の」及び「第３の」、他の用語は単なる標識として用いられるものであり、その物体に数値的要件を課すためのものではない。さらに、添付の請求の範囲における限定は、ミーンズ・プラスファンクションの様式で書かれたものではなく、このようなクレームの限定が明示的に「ための方法」という言い回し、及びこれに続く詳細構造なしの機能陳述を用いていない限り、又はこのような言い回しが明らかに用いられるまで、特許法第１１２条第６段落に基づいて解釈されることは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成される音響指紋に基づくタッチシステムを示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る、値の比を用いて構成される単一の音響指紋に基づいて図１のタッチパネル上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る、２つの音響指紋に基づいて図１のタッチパネル上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示し、一方の指紋は値の比を用いて構成され、他方の指紋は位相差を用いて構成される。
【図４】本発明の一実施形態に係る、値の比及び位相差の両方の情報を組み込む単一のゲージ不変の音響指紋に基づいて図１のタッチパネル上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る、音響指紋アルゴリズムに用いるための球座標系を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係る、緯度に対する値の比のマッピングを示す。
【図７】タッチ検出に用いられるべき２つ以上の信号を発生させるタッチパネルを有する、本発明の一実施形態に従って形成される音響指紋に基づくタッチシステムを示す。
【図８】本発明の一実施形態に係る、２つ以上のデジタル化された信号に基づいて構成される１つの音響指紋に基づいて図７のタッチパネル上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。
【図９】本発明の一実施形態に係る、２つ以上の音響指紋に基づいて図７のタッチパネル上のライブタッチイベントの位置を決定するための方法を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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