(57)【要約】撓み波を支持可能な部材（１２）と、該部材に取り付けられ、部材中の撓み波振動を測定して、第１の測定された撓み波信号を求める第１のセンサ（１６）と、撓み波を支持する部材（１２）の材料の分散関係に基づく補正を適用して、測定された撓み波信号から部材（１２）上の接触に関連する情報を計算する処理装置と、を備える接触検知装置（１０）であって、該装置には、第１の測定された撓み波信号と同時に測定される第２の測定された撓み波信号を求めるための第２のセンサが設けられ、処理装置は前記接触に関連する情報を特定するために、分散補正相関関数、分散補正重畳関数、分散補正コヒーレンス関数、及び他の位相等価関数からなるグループから選択された、２つの測定された撓み波信号の分散補正関数を計算することを特徴とする接触検知装置。
2004534329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撓み波を支持可能な部材と、
該部材に取り付けられ、前記部材中の撓み波振動を測定して、第１の測定された撓み波信号を求める第１のセンサと、
前記撓み波を支持する前記部材の材料の分散関係に基づく補正を適用して、前記測定された撓み波信号から前記部材上の接触に関連する情報を計算する処理装置と、
を備える接触検知装置であって、
前記装置には、前記第１の測定された撓み波信号と同時に測定される第２の測定された撓み波信号を求めるための第２のセンサが設けられ、前記処理装置は前記接触に関連する情報を特定するために、分散補正相関関数、分散補正重畳関数、分散補正コヒーレンス関数、及び他の位相等価関数からなるグループから選択された、前記２つの測定された撓み波信号の分散補正関数を計算することを特徴とする接触検知装置。
【請求項２】
前記第１のセンサは前記第２のセンサとして機能し、これにより計算された前記分散補正関数が自動相関関数であることを特徴とする請求項１に記載の接触検知装置。
【請求項３】
前記第２の分散補正関数が計算される２つの追加測定された撓み波信号を求めるために第２のセンサの組を備える請求項１又は請求項２に記載の接触検知装置。
【請求項４】
前記処理装置は、各々の分散補正関数から、接触場所と前記第１及び第２のセンサの各々との間の第１の経路長の差と、接触場所と前記第２のセンサの組の各々との間の第２の経路長の差とを求め、前記第１及び第２の経路長の差から接触の位置を特定することを特徴とする請求項３に記載の接触検知装置。
【請求項５】
反射波を吸収するために、前記部材の周縁の少なくとも一部の周りに取り付けられた吸収体を備えることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の接触検知装置。
【請求項６】
前記処理装置は、前記測定された撓み波信号から反射波の影響を除去するように構成されていることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の接触検知装置。
【請求項７】
前記処理装置は、前記測定された撓み波信号に対して動作し、かつ時間と共に局所的に幅が変化する平均窓を備える低域フィルタ演算子を備えることを特徴とする請求項６に記載の接触検知装置。
【請求項８】
前記処理装置は前記接触場所と各センサ間の距離の推定値を提供するように構成され、前記推定値は前記反射波を除去するために計算に代入されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の接触検知装置。
【請求項９】
前記部材上に複数のセンサを備え、これにより複数の分散補正関数が求められることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の接触検知装置。
【請求項１０】
前記処理装置は、各々の分散補正関数について前記部材の表面をマップ化するマッピング機能を生成するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の接触検知装置。
【請求項１１】
前記部材は音響ラジエータであり、前記部材に撓み波振動を励振して音響出力を生成するために前記部材に放射変換器が取り付けられていることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項１２】
前記音響出力と前記測定された撓み波信号が別々の周波数帯域にあることを保証する手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の接触検知装置。
【請求項１３】
前記測定された撓み波信号から前記音響出力の影響を除去するための適合ノイズキャンセラを備えることを特徴とする請求項１２に記載の接触検知装置。
【請求項１４】
前記部材は透明であることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項１５】
前記処理装置は前記分散補正関数に適用される重畳補正係数を推定し、これによりセンサ間の位相差を補償することを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項１６】
前記部材は該部材の表面上に隆起したパターンを備え、これにより表面にわたって接触が引かれることにより部材内に撓み波を生成する可変の力を該部材に与えることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項１７】
前記パターンがランダムであることにより、前記部材中にランダムな撓み波振動が生成されることを特徴とする請求項１６に記載の接触検知装置。
【請求項１８】
前記接触が部材をわたって移動するときに、前記センサ又は各々のセンサからの第１及び第２の測定された撓み波信号のセットを時間の経過とともに記録する手段を備えることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項１９】
前記処理装置は、前記測定された撓み波信号を一連のデータのフレームとして分析するように適合されていることを特徴とする請求項１８に記載の接触検知装置。
【請求項２０】
前記処理装置は、前記フレームの持続時間にわたって平均化されている前記接触に関連する情報を抽出するように適合されていることを特徴とする請求項１８に記載の接触検知装置。
【請求項２１】
前記処理装置は、前記第１の測定された撓み波信号のセットと前記第２の測定された撓み波信号のセット間の重畳関数を計算する適合フィルタを備えることを特徴とする前出の請求項のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項２２】
前記処理装置は接触についての情報を計算するために分散補正重畳関数を使用するように適合されていることを特徴とする請求項２１に記載の接触検知装置。
【請求項２３】
接触検知装置上の接触に関連する情報を特定する方法であって、
撓み波を支持可能な部材と前記部材中の撓み波振動を測定するために前記部材上に取り付けられた第１のセンサとを提供し、
前記センサを用いて特徴付けられた第１の測定された撓み波信号を特定し、
第２の測定された撓み波信号を特定するために前記部材上に取り付けられた第２のセンサを提供し、
前記第２の測定された撓み波信号を前記第１の測定された撓み波信号と同時に測定し、
分散補正相関関数、分散補正重畳関数、分散補正コヒーレンス関数、及び他の位相等価関数からなるグループから選定された、前記２つの測定された撓み波信号の分散補正関数を計算し、
前記分散補正関数を適用することによって前記測定された撓み波信号を処理し、前記接触に関連する情報を特定する、
各段階を含む方法。
【請求項２４】
前記分散補正相関関数は、
前記２つの測定された撓み波信号のフーリエ変換と複素共役フーリエ変換とを計算し、
前記２つの測定された撓み波信号のフーリエ変換と複素共役フーリエ変換との乗算により中間関数を計算し、
周波数引き延ばし演算とこれに続く前記中間関数を用いた逆フーリエ変換とを組み合わせて前記分散補正相関関数を得る、
段階により計算されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記位相等価関数は、
前記２つの測定された撓み波信号のフーリエ変換と複素共役フーリエ変換とを計算し、
前記２つの測定された撓み波信号のフーリエ変換と複素共役フーリエ変換との乗算により第１の中間関数を計算し、
前期中間関数の関数である第２の中間関数を計算し、
周波数引き延ばし演算とこれに続く前記第２の中間関数を用いた逆フーリエ変換とを組み合わせて前記分散補正相関関数を得る、
段階により計算されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記分散補正相関関数を得るために、前記第２の中間関数は前記第１の中間関数を正規化することによって計算されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
当該又は各々の中間関数を計算する前に、反射の影響を除去することを含む請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記分散補正関数を用いて接触の場所と各センサと間の経路長の差を求め、これにより接触位置を特定することを含む請求項２３乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
第１及び第２の両方のセンサとして機能する変換器を提供し、分散補正自動相関関数を計算することを含む請求項２３乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
第２の分散補正相関関数を計算する２つの追加測定された撓み波信号を求めるために、第２のセンサの組を提供することを含む請求項２３乃至２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記接触場所と第１及び第２のセンサの各々との間の第１の経路長の差と前記接触場所と第２のセンサの組の各々との間の第２の経路長の差とを各分散補正関数から求め、前記第１及び第２の経路長の差から前記接触位置を特定することを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記測定された撓み波信号に対して低域フィルタ処理を動作させることによって、前記測定された撓み波信号の各々から反射波の影響を除去することを含む請求項２３乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記部材上に複数のセンサを提供することを含み、これにより複数の分散補正相関が求まることを特徴とする請求項２３乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
各々の分散補正関数について前記部材の表面をマップ化するマッピング機能を生成することを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
重畳補正係数を計算し、前記センサ間の任意の位相差を補償するための分散補正相関の計算時に前記重畳補正係数を適用することを含む請求項２３乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記接触が部材をわたって移動するときに、前記センサ又は各々のセンサからの第１の測定された撓み波信号のセットと第２の測定された撓み波信号のセットとを時間の経過とともに記録することを含む請求項２３乃至３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記セットを一連のデータのフレームとして分析することを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記フレームの持続時間にわたって平均化されている前記接触に関連する情報を各フレームから抽出することを含む請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記セット間の重畳関数を補正することを含む請求項３７又は請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
撓み波を支持可能な部材と、
該部材に取り付けられ、前記部材中の撓み波振動を測定して第１の測定された撓み波信号を求めるセンサと、
前記センサからの前記測定された撓み波信号から接触に関連する情報を計算する処理装置と、
を備える接触検知装置であって、
前記装置には、前記第１の測定された撓み波信号と同時に測定される第２の測定された撓み波信号を求めるための少なくとも第２のセンサが設けられ、前記処理装置は各センサからの補正された衝撃応答測定値の組の積を最適化して前記接触に関連する情報を特定することを特徴とする接触検知装置。
【請求項４１】
前記補正された衝撃応答測定値は、
前記測定された撓み波信号のフーリエ変換を計算し、
接触場所に位置付けられた概念上のセンサから等価応答を計算し、
前記等価応答の逆フーリエ変換を計算して最適化されるべき関数を得る、
各段階を使用して計算されることを特徴とする請求項４０に記載の接触検知装置。
【請求項４２】
前記最適化のプロセスは、前記接触位置の推定値と前記積の最大値が得られる時間の推定値との反復的な改善を伴うことを特徴とする請求項４１に記載の接触検知装置。
【請求項４３】
初期推定値は高周波数成分が抑制された衝撃応答関数から得られることを特徴とする請求項４２に記載の接触検知装置。
【請求項４４】
撓み波を支持可能な部材と、
該部材に取り付けられ、前記部材中の撓み波振動を測定して第１の測定された撓み波信号を求めるセンサと、
前記センサからの前記測定された撓み波信号から接触に関連する情報を計算する処理装置と、
を備える接触検知装置であって、
前記部材の表面が隆起したパターンを有し、これにより前記表面にわたって接触が引かれることにより前記部材内に撓み波を生成する可変の力を前記部材に与えることを特徴とする接触検知装置。
【請求項４５】
前記パターンは周期的であることを特徴とする請求項４４に記載の接触検知装置。
【請求項４６】
前記パターンは起伏が統計的に明確に定められた空間分布を有する準周期的であることを特徴とする請求項４５に記載の接触検知装置。
【請求項４７】
前記処理装置は前記パターンの周期性の認識と、衝撃間の間隔が前記パターンの隣接する特徴部への接触の移動時間を表すこととを用いて、前記接触の場所を特定するように構成されることを特徴とする請求項４０乃至４６のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項４８】
前記装置は、前記撓み波振動、従って最初の衝撃又は前記接触の摩擦性の動きが生成する前記測定された撓み波信号を用いた純粋な受動センサであることを特徴とする、請求項１乃至２２及び請求項４０乃至４８のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項４９】
前記装置は放射変換器を備える能動センサであることを特徴とする、請求項１乃至２２又は請求項４０乃至４８のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項５０】
前記装置は能動及び受動のデュアルセンサであり、前記装置に接触が加えられたか否かに応じて能動検知モードと受動検知モードとを切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項４８又は４９に記載の接触検知装置。
【請求項５１】
前記装置は、接触が検出されないときの受動検知モードでの休止と、接触が加えられたときの能動検知モードへの切り換えと、前記接触が取り除かれた後に次の接触を待機するための受動検知モードへの復帰との間を繰り返すことを特徴とする請求項５０に記載の接触検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接触検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
視覚表示装置は、ある形式のタッチ感知スクリーンを含む場合が多い。これは、パームトップコンピュータなどの、次世代携帯マルチ媒体装置の出現と共により一般的になってきている。接触を検出するために波を利用する最も確立された技術は表面弾性波（ＳＡＷ）であり、ガラススクリーン表面上に高周波を生成し、接触位置を検出するために指の接触による減衰を利用している。この技術が「飛行時間」法であり、ここで外乱が１つ又はそれ以上のセンサに到達するまでの時間が位置の検出に使用される。このような方法は、媒体が非分散的な様態で動作する場合、すなわち波の速度が対象となる周波数帯域にわたって大幅に変動しない場合に可能である。
【０００３】
一方、本発明の出願人による国際特許公開ＷＯ０１／４８６８４では、接触検知装置及びその使用方法が提案されている。本装置は、撓み波振動を支持可能な部材と、該部材上に取り付けられ、該部材中の撓み波振動を測定して処理装置に信号を送信するセンサとを備え、これにより部材の表面上でなされた接触に関連する情報が接触によって引き起こされた部材中の撓み波振動の変化から計算される。
【０００４】
撓み波振動は、例えば接触により、ある平面外変位を部材に対して与える励振を意味する。多くの材料は撓み、あるものは完全な平方根分散関係を有する単純撓みであり、あるものは単純撓みと剪断撓みが混合したものである。分散関係は波の周波数に関する波の平面内速度の依存性を表す。
【０００５】
２種類の接触検知装置、すなわち部材中の撓み波振動が接触によって励振されるだけの受動センサと、接触検知装置が接触に関連する情報を調べるために部材中の撓み波振動を励振する放射変換器を更に備える能動センサとが提案される。能動センサでは、接触に関連する情報は、接触がない状態で放射変換器によって生成される波の応答を接触がある状態の機械的拘束によって引き起こされた応答と比較することによって計算される。
【０００６】
撓み波は、ロバスト性が向上し、表面の擦り傷などに対する敏感さが低下するといった利点がある。しかしながら、撓み波は分散性であり、すなわち撓み波速度、従って「飛行時間」は周波数に依存する。一般に、衝撃には広範囲の周波数成分が含まれるので、衝撃が短い距離を進むと高周波数成分が最初に到達する。この影響は修正されなければならない。
【０００７】
ＷＯ０１／４８６８４では、測定された撓み波信号を非分散波源からの伝搬信号に変換するための補正は、レーダー及びソナー分野で用いられる技術を適用して接触位置を検出することができる。補正の適用は図１ａ乃至図１ｄに示される。
【０００８】
図１ａは平方根分散関係にある理想媒体における衝撃を示し、分散媒体が衝撃の波形を維持しないことを示している。送出波（６０）は時間ｔ＝０ではっきりと分かり、反響信号（６２）は時間と共に広がり、これは正確な接触位置の決定を不確かなものにする。
【０００９】
空気のような非分散媒体においては、周波数応答の周期的な変動は反射の特徴であり、櫛形フィルタと呼ばれる場合が多い。物理的に、周波数応答の周期的な変動は発生源と反射器との間で適合する波長の数に由来する。周波数が高くなりこの空間に適合する波長の数が増えると、送出波に対する反射波の干渉は強め合う干渉と弱め合う干渉の間で振動する。
【００１０】
図１ａの分散衝撃応答のフーリエ変換を計算すると、図１ｂに示される周波数応答が得られる。この周波数応答は非周期的であり、波長に対する周期的変動は、周波数が高くなるとより遅くなる周波数変動である。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。従って、周波数応答に関するパネルの作用は、パネル分散に従って周波数の関数として応答を引き延ばすことである。その結果、パネル分散における補正は、周波数領域における逆の引き延ばしを適用することによって行うことができ、従って非分散の場合に存在する周期性が復元される。
【００１１】
パネル分散を逆にした状態で周波数軸を歪めることにより、図１ｂは非分散の場合（図１ｃ）の周波数応答に変換することができ、ここで励振の周波数は波長の逆数に比例する。この単純な関係により、図１ｃに示されるように、減少する波長を有する周期的変動は増大する周波数を有する周期的変動に変換される。
【００１２】
図１ｃの軌跡に逆高速フーリエ変換（ｆｆｔ）を適用することによって、分散が補正された図１ｄに示す衝撃応答が得られ、ここでは明らかに反射が復元されている。図１ｄに示されるように、非分散媒体中を進む波は周波数に関係なく進行速度が一定であるので、全ての特定の衝撃波形は適切に維持される。従って、反響位置でのタスクは比較的単純である。４ｍｓでの明らかな反射（５２）と共に、時間ｔ＝０で送出波（５０）がはっきりとに分かる。反射（５２）の振幅は送出波（５０）の振幅の約４分の１である。
【００１３】
【特許文献１】
国際特許公開ＷＯ０１／４８６８４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
衝撃が未知の時間ｔ0で生じた場合、上述の手順は適用できず、衝撃が時間ｔ0で生じた時の最初の衝撃に対する応答からの距離ｘを計算できるだけである。
本発明の目的は、接触に関連する情報を抽出するために、撓み波振動を使用する代替の接触検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの態様により、撓み波を支持可能な部材と、該部材に取り付けられ、部材中の撓み波振動を測定して、第１の測定された撓み波信号を求める第１のセンサと、撓み波を支持する部材の材料の分散関係に基づく補正を適用して、測定された撓み波信号から部材上の接触に関連する情報を計算する処理装置と、
を備える接触検知装置であって、該装置には、第１の測定された撓み波信号と同時に測定される第２の測定された撓み波信号を求めるための第２のセンサが設けられ、処理装置は接触に関連する情報を特定するために、分散補正相関関数、分散補正重畳関数、分散補正コヒーレンス関数、及び他の位相等価関数からなるグループから選択された、２つの測定された撓み波信号の分散補正関数を計算することを特徴とする接触検知装置が提供される。
【００１６】
本発明の第２の態様により、接触検知装置上の接触に関連する情報を特定する方法であって、撓み波を支持可能な部材と、部材中の撓み波振動を測定するために部材上に取り付けられた第１のセンサとを提供し、センサを用いて特徴付けられた第１の測定された撓み波信号を特定し、第２の測定された撓み波信号を特定するために部材上に取り付けられた第２のセンサを提供し、第２の測定された撓み波信号を第１の測定された撓み波信号と同時に測定し、分散補正相関関数、分散補正重畳関数、分散補正コヒーレンス関数、及び他の位相等価関数からなるグループから選定された、２つの測定された撓み波信号の分散補正関数を計算し、分散補正関数を適用することによって測定された撓み波信号を処理し、接触に関連する情報を特定する、各段階を含む方法が提供される。
【００１７】
以下に述べる特徴は、本発明の多くの計算又は方法の処理ステップを提供するように適合されている処理装置を用いた装置及び方法の両方に適用できる。
【００１８】
分散補正関数は次のように計算することができる。
２つの測定された撓み波信号Ｗ1（ｔ）とＷ2（ｔ）のフーリエ変換と複素共役変換である、
2004534329.tif 000003
と
2004534329.tif 000004
を計算する。ｔは時間を表し、ωはｆが周波数のとき２πｆである。
第１の中間関数
2004534329.tif 000005
を計算する。
2004534329.tif 000006
の関数である第２の中間関数Ｍ（ω）を計算する。
ＷＯ０１／４８６８４に関連して上に述べたように、周波数引き延ばし演算ｆ（ω）をＭ（ω）に適用し分散補正相関関数を与える。
2004534329.tif 000007
【００１９】
中間関数Ｍ（ω）は単純に、標準的な分散補正相関関数を与える
2004534329.tif 000008
とすることができる。或いは、Ｍ（ω）は
2004534329.tif 000009
の位相ではなく振幅を変更し、標準的な分散補正相関関数に対して位相等価関数を与える関数とすることができる。位相等価関数と標準的な分散補正相関関数の位相特性は同じであるので、これらは同じ位置で最大値を有する。測定された撓み波信号の位相情報は、特にその位置での接触についての情報を取得するために使用することができる。この位置は、該関数において最大値が発生する時間から計算することができる。
【００２０】
Ｍ（ω）は、標準的な分散補正相関関数に対して全て位相等価関数をもたらす次の関数から選択することができる。
ａ）
2004534329.tif 000010
従ってＭ（ω）は、
2004534329.tif 000011
の振幅を単一に正規化して、別に分散補正コヒーレンス関数として知られる、正規化された分散補正相関関数をもたらすことができる。
【００２１】
ｂ）
2004534329.tif 000012
従って、Ｍ（ω）は、
2004534329.tif 000013
の振幅に対して作用して、ピーク形状が変更された分散補正相関関数をもたらすことができる。
【００２２】
ｃ）
2004534329.tif 000014
ここでφ（ｘ）は実数値関数である。
従って、Ｍ（ω）は、全体的変更を適用して、標準相関関数に対して異なる振幅を有する位相等価関数をもたらすことができる。
【００２３】
ｄ）
2004534329.tif 000015
ここでψ（ω）は実数値関数である。
従って、Ｍ（ω）は、全体的に周波数依存の基準化を適用し、標準相関関数に対して振幅が異なる位相等価関数をもたらすことができる。このような基準化はまた強調として知られている。
【００２４】
或いは、Ｍ（ω）は、相関関数Ｄ（ｔ）のフーリエ変換
2004534329.tif 000016
の関数
2004534329.tif 000017
である。
2004534329.tif 000018
は、
2004534329.tif 000019
と数学的に等価であり、
2004534329.tif 000020
及び
2004534329.tif 000021
を計算することなく得ることができる。これは標準分散補正相関関数を計算する代替方法である。このステップは、Ｄ（ｔ）を計算し、
2004534329.tif 000022
を計算し、周波数引き延ばし演算を適用して、分散補正相関関数
2004534329.tif 000023
を得る。
【００２５】
分散補正相関関数を用いる１つの利点は、接触が起こる正確な時間ｔ0が分からない状況において適用可能なことである。これは応答関数のオフセットｔ0（すなわちｔ0≠０）が、中間関数
2004534329.tif 000024
で相殺するフーリエ変換
2004534329.tif 000025
及び
2004534329.tif 000026
の追加の因子ｅｘｐ（ｉωｔ0）
として示されるためである。
【００２６】
変換器は第１及び第２の両方のセンサとして働くことができるため、分散補正相関関数は自動相関関数である。自動相関関数は、Ｗ1（ｔ）＝Ｗ2（ｔ）を使用し、分散補正相関関数に同じステップを適用して計算することができる。
【００２７】
図１ａ乃至図１ｄに関連して説明したように、周波数引き延ばし演算は、全ての周波数の撓み波が同じ位相速度で進む媒体の仮想応答を
2004534329.tif 000027
が表すように、ｆ（ω）が選択される
2004534329.tif 000028
によって求めることができる。例えば、角度周波数
2004534329.tif 000029
に対して波動ベクトルｋの平方根関係に従う撓み波モード振動において、周波数引き延ばし演算
2004534329.tif 000030
は任意の位相速度ｖが一定である媒体の仮想応答Ω（ｔ）を与える。Ｃは定数であり、Ｃ＝（μ／Ｂ）1/4によって定義され、ここでμは単位面積当たりの質量、Ｂ＝撓み剛性である。
【００２８】
逆フーリエ変換Ω（ｔ）を解析して、接触場所までの距離を求めることができる。Ω（ｔ）は接触場所と各センサ間の距離に比例する値ｔ1に中心がある。分散補正相関関数はまた、接触の正確な位置を特定するのに使用することができる。例えば、関数Ｇ（ｔ）において相関関数の中心はｔ＝（ｘ1−ｘ2）／ｖに配置され、ここでｘ1とｘ2は接触ポイントからそれぞれのセンサまでの距離である。従って、分散補正相関関数を用いて、接触場所と２つのセンサとの経路長の差（すなわちｘ1−ｘ2）を求めることができる。この量ｘ1−ｘ2は、パネル表面上の接触の可能性のある位置に関する双曲線を定める。第３のセンサが提供される場合には、第２の分散補正相関関数は、センサ位置の別の組み合わせから第２の経路長の差、例えばｘ1−ｘ3を提供する。或いは、第２の分散補正相関関数を提供するために、第２のセンサの組が部材に取り付けられる。多くの場合（例えばセンサが矩形パネルの４つのコーナに配置される場合）、２つの経路長の差によって定められた２つの双曲線は、接触の位置を明白に定める一意的な交点を有する。
【００２９】
分散補正相関関数を用いる他の利点は、部材の境界から反射される波の処理にある。反射波は物理的な境界の外側、特に境界の軸で反射された接触位置にある仮想発生源の影響をもたらす。接触によって起こる衝撃は、衝撃による直接波の後に到達する「反響」に対応する特性を示す。ｔ＝０での衝撃に対して分散補正を適用することによって、個別の反射は補正された衝撃応答中のピークとして解くことができる。これらピークの位置は接触の位置を特定するための追加情報として使用することができる。接触からの直接経路に対応する測定信号は、反射波による信号よりも弱い場合があるため、センサの感度又は受け入れが入射波の方向に無関係でない場合には、これは特に有効である。
【００３０】
分散補正自動相関関数は、センサと、境界での反射から生じる撓み波の実発生源及び仮想発生源間の経路長の差を突き止めるために適用することができる。そのような情報は接位置の特定に役立つことができる。
【００３１】
反射波は部材の縁部と接触させて吸振材料を配置することによって抑制することができる。或いは、測定された撓み波信号から反射波の影響を除去するように処理装置を適合させることができる。
これは、分散媒体において、すなわち
2004534329.tif 000031
形式の分散関係では、直接経路に沿って進む低周波数成分が第１の高周波反射波の後で到達することに基づいて実現することができる。この処理装置は、平均窓の幅がΔｔ∝ｔ2のように時間座標と共に局所的に変化する、本来の測定された撓み波信号に対して移動平均低域通過フィルタ作用を与えるように適合させることができる。
【００３２】
測定された撓み波信号は、直接波と反射波に起因する信号の両方が別々の一定周期で振動する応答に変換することができる。例えば、時間ｔ＝０における接触から測定された撓み波信号Ｗ（ｔ）は、Ｕ（τ）＝Ｗ（１／τ）を使用して、時間軸上で変換することができる。関数Ｕ（τ）では、分散性の部材上を伝搬する鋭い衝撃からの信号は一定周期で振動する。更に、直接波からの振動周期は反射波の振動周期よりも長い。従って、反射波の影響は、Ｕ（τ）に対する低域フィルタ作用によって除去することができる。次に、応答はＷ′（ｔ）＝Ｕ（１／ｔ）のような時間の線型ユニットに逆変換することができる。この手順は分散関係の別の形態に一般化することができる。
【００３３】
反射波を完全に除去するために、部材の分散関係、接触が発生する時間ｔ0、及び接触場所とセンサ間の距離ｘを知る必要がある。しかしながら、一般に部材の分散関係だけが既知である。従って処理装置は、反射波を除去するために計算中に代入される、ｔ0及びｘの推定値又は代用値を与えるように適合させることができる。例えば、ｔ0の推定値は、部材上のいずれかのセンサによって接触が最初に検知された時間、すなわち測定された信号が予め定められた閾値を最初に通過させる時間とすることができる。距離ｘは、関連するセンサと部材上の最も遠い点との間の距離、すなわち部材の最大寸法（例えば直径）として設定することができる。これら代用値の使用は直接経路信号を損なわないはずである。別の手段によって得られたｔ0及びｘの推定値も使用することができる。
【００３４】
部材上に複数（例えばｎ個）のセンサがあってもよく、従って、識別可能な相関関数の数はｎ（ｎー１）／２である。処理装置は、各々の相関関係について部材の表面をマップ化するマッピング機能を生成するように適合させることができ、これにより与えられた経路長の差の全ての座標Δｘが値Ｇ（Δｘ／ｖ）を取るように、分散補正相関関数Ｇ（ｔ）が表面の上方に掃引されるようになる。マッピングされた相関関数の全セットの積が次に計算され、最大の座標から接触の位置を特定することができる。この方法は、センサ数の増加に伴って反射からの見せかけの影響を更に排除するようになる望ましい特性を有する。
【００３５】
各センサ及びこれに付随する回路は、同一の又は別の位相特性を有することができる。位相特性の違いは、センサの製造及び立における機械的不整合性、又は関連する増幅及びフィルタ回路内の構成部品値の有限の許容誤差に起因するものとすることができる。各センサの位相特性が異なる場合、分散補正相関関数はある非対称関数と畳み込むことができる。分散補正相関関数のピークの位置はもはやセンサの位相特性に無関係ではないため、この非対称関数は経路差の異なる不正確な測定につながる恐れがある。
【００３６】
従って、処理装置は次のステップを実行するように適合させることができる。
ａ）次の式から重畳補正係数φ1（ω）を推定する。
2004534329.tif 000032
ここで
2004534329.tif 000033
と
2004534329.tif 000034
は２つの測定された撓み波信号
2004534329.tif 000035
と
2004534329.tif 000036
のフーリエ変換と複素共役フーリエ変換であり、
2004534329.tif 000037
は経路長の差である。
【００３７】
ｂ）次の式から位相補正を伴う分散補正相関関数を計算する。
2004534329.tif 000038
【００３８】
位相補正には、最大値位置が接触位置と一致するように、分散補正相関関数の逆重畳を行う作用がある。
【００３９】
処理装置は、特定手順において、接触が予測される場所に関する利用可能な全ての情報を含むように更に適合させることができる。これは、例えば反射波が直接波のサインと干渉するか、又は３個よりも少ないセンサが使用される場合、分散補正相関関数によって、接触の位置を明確に特定することができない状況において特に有効である。例えば部材が、ユーザが押すべきボタンの選択を呈示されるグラフィカル・ユーザ・インターフェース用の入力装置である場合、部材上の全ての接触が、ボタンに対応する離散領域内で起こるものと想定するのが有用である。
【００４０】
或いは、ユーザの予測される挙動に基づく接触の発生確率のマップを使用することができる。装置は、アプリケーション・プログラム・インターフェース（ＡＰＩ）によってオペレーティング・システムと対話するグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を備えたソフトウエア・アプリケーションを含むことができ、該ＡＰＩは確率マップを生成するように適合されている。確率マップは、位置、サイズ、及びグラフィカル・ユーザ・インターフェースによって呈示された対象が使用する周波数に基づくことができる。確率マップはまた、動作している種々のＧＵＩ要素の相対的な可能性についての情報に基づくものとすることができる。
【００４１】
マッピングされた相関関数中の情報は、より高い信頼性を与えるために、確率マップと組み合わせることができる。期待される確率はまた、センサに由来する情報を承認するニューロネットへの追加入力とすることができる。
【００４２】
部材は、その表面上に隆起したパターンを備え、これにより表面にわたって接触が引かれることにより部材内に撓み波を生成する可変の力を該部材に与える。パターンは周期的か、又は起伏が統計的に明確に定められた空間分布を有する準周期的とすることができる。処理装置は、パターンの周期性の認識と、衝撃の間隔はパターンの隣接する特徴部へのスタイラスによる接触の移動時間を表すこととを用いて、接触の位置を特定するように適合させることができる。パターンはランダムとすることができるため、部材の表面にわたって進行する接触はランダムな撓み波信号を生成する。
【００４３】
ランダムな表面パターンの使用は、分散補正相関関数とは無関係に適用することができる。従って、本発明の別の態様により、撓み波を支持可能な部材と、部材中の撓み波振動を測定するために部材上に取り付けられ、第１の測定された撓み波信号を求めるセンサと、センサからの測定された撓み波信号から接触に関連する情報を計算する処理装置とを備え、部材の表面が隆起したパターンを含み、これにより表面にわたって引かれた接触が部材に可変の力を与えて、該部材に撓み波を生成することを特徴とする接触検知装置が提供される。
【００４４】
装置は、第１の測定された撓み波信号と同時に測定される第２の測定された撓み波信号を求めるための検知手段を備えることができ、処理装置は、２つの測定された撓み波信号の分散補正相関関数から接触に関連する情報を計算することができる。分散補正相関関数は上記に説明され、従って第１及び第２の実施形態は、この実施形態に適用することができる。測定された撓み波信号が、接触の最大横方向速度よりもはるかに大きい、部材中の撓み波の位相速度を与える周波数を中心とする広帯域幅を有する場合、分散補正相関関数は特に有効である。
【００４５】
本発明の別の態様によれば、撓み波を支持可能な部材と、該部材に取り付けられ、部材中の撓み波振動を測定して、第１の測定された撓み波信号を求めるセンサと、センサからの測定された撓み波信号から接触に関連する情報を計算する処理装置と、を備える接触検知装置であって、該装置には、第１の測定された撓み波信号と同時に測定される第２の測定された撓み波信号を求めるための少なくとも第２のセンサが設けられ、処理装置は各センサからの補正された衝撃応答測定値の組の積を最適化して接触に関連する情報を特定することを特徴とする接触検知装置が提供される。
【００４６】
計算された情報は接触が起きる時間ｔ0であり、従って分散関係ｋ（ω）の形態と、接触の場所から各センサを分離している距離ｘとは既知でなければならない。補正された衝撃応答の測定値は次のステップを使用して計算することができる。
１）測定された撓み波信号Ｗ（ｔ）のフーリエ変換
2004534329.tif 000039
を計算し、
２）
2004534329.tif 000040
により、接触場所に位置付けられた概念上のセンサから等価応答
2004534329.tif 000041
を計算し、
３）
2004534329.tif 000042
の逆フーリエ変換を計算して、関数
2004534329.tif 000043
を得る。
【００４７】
従って、その積は、関数
2004534329.tif 000044
が、分散がなく、衝撃の時間ｔ0を中心とする接触からの最初の衝撃を示す
2004534329.tif 000045
である。縁部の反射に起因するＷ（ｔ）中の特徴は、後に
2004534329.tif 000046
中に現れることになるが、特定がより容易な直接衝撃と同様には分散のために補正されることはない。
【００４８】
前記の積は、直接衝撃に起因する強いピークと、弱いバックグラウンドノイズを示す。この積を取ることにより、全ての
2004534329.tif 000047
中のｔ0において同時に起こる信号は強められるが、反射に起因する情報は相関されずに抑制される。従って、この手順はｔ0を求める信頼性のある方法である。
【００４９】
反対に接触に関連する情報は、接触の位置、すなわち座標ｒ及びひいてはセンサの接触距離ｘjとすることができ、
2004534329.tif 000048
の最大値が得られる時間ｔ0は既知でなければならない。
【００５０】
この最適化方法はｒとｔ0の推定値の反復的な改善を伴う。初期推定値は、高い時間周波数成分が抑制された衝撃応答関数から得ることができ、その結果として、（局所的な最大値が比較的少ない）推定値を得るのは容易であるが、空間的な精度が低くなる。該推定値は改善されるので、更に繰り返すことにより漸進的に比較的高い周波数成分をもたらすことができる。
【００５１】
従って本発明は、接触位置を特定する２つの相補的な方法、すなわち分散補正相関関数の方法と
2004534329.tif 000049
を最大化する方法とを提供する。
【００５２】
次の特性は本発明の全ての実施形態に適用することができる。本装置は、接触が部材をわたって移動するときに、センサ又は各センサから測定された撓み波信号をある時間の経過とともに記録する手段を備えることができる。測定された撓み波信号は、時系列データとして、すなわち様々な時間に測定された一連の値として記録することができる。
【００５３】
時系列データは一連の短いセクション、すなわち幅又は持続時間が１０ｍｓのデータの「フレーム」として分析することができる。処理装置は、データのフレームに対して窓関数を適用することができる。窓関数は当該技術分野で良く知られており、例えば、Ｐｒｅｓｓ  Ｗ．  Ｈ．他の「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｃ，  ２  Ｅｄ．，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ  １９９２，  Ｃｈ．  １３．４」を参照のこと。処理装置は、例えば移動する接触の平均位置座標などの、フレームの持続時間にわたって平均化された接触に関する情報を抽出するように適合させることができる。処理装置は、分散補正相関技術を適用し、各フレームのデータにおける平均経路長差を計算して、ある時間にわたる一連の経路長の差を得ることができる。
【００５４】
或いは、時系列データは、Ｇｒａｎｔ  ＰＭ他の「Ａｎａｌｏｇｕｅ  ａｎｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｄｉｎｇ」、Ｃｈ１０（１９８９年）に記載されたような適合フィルタを用いて分析することができる。適合フィルタは、第１及び第２の測定された撓み波信号からの時系列データに関連する重畳関数を補正することができる。重畳関数は、接触が移動するにつれてある時間にわたって緩慢に変化し、接触の位置に依存する。
【００５５】
適合フィルタは、測定された撓み波信号に適用したときに入力された測定値にできる限り近い信号を生成する重畳補正を計算することができる。好ましくは相関関数の最大予測幅によって、適合フィルタの１次入力に送られる前に、第１の測定された撓み波信号は、適合フィルタの基準信号に送ることができる第１の時系列データを形成し、第２の測定された撓み波信号は、遅延する可能性がある第２の時系列データを形成し、これにより重畳補正を計算することができる。処理装置は、重畳関数に対して分散補正を適用して、接触からセンサまでの経路長と接触から検知手段までの経路長との間の差によって最大値が求められる関数を得ることができる。
【００５６】
計算された情報は、接触の位置であってもよく、或いは、例えば接触の圧力又はサイズなどの他の情報であってもよい。接触に関する情報は、中央処理装置において計算することができる。センサは部材の縁部か又は該縁部から間隔をおいて取り付けることができる。センサは、撓み波振動をアナログ入力信号に変換可能な検知変換器の形態とすることができる。
【００５７】
部材はプレート又はパネルの形態であってもよい。部材は、透明であってもよく、或いは、例えば印刷パターンをもつ非透明であってもよい。部材の厚さは均一であってもよい。もしくは、部材は、例えば表面が曲面で及び／又は厚さが変化する複雑な形状であってもよい。処理装置は、センサが受信した撓み波信号から接触位置を解読するニューラルネット等の適合アルゴリズムを備えることによって、複雑な形状の部材に適合させることができる。
【００５８】
装置は、撓み波振動、従って最初の衝撃又は接触の摩擦性の動きが生成する測定された撓み波信号を用いた純粋な受動センサとすることができる。或いは、装置は能動センサであり、従って装置は放射変換器を備えることができる。該変換器は、放射変換器及びセンサとして作用する２つの機能を有することができる。また、部材は音響ラジエータであって、部材中の撓み波振動を用いて音響出力を生成することができる。
【００５９】
接触に起因する撓み波信号の測定値は、特にオーディオ信号が接触によって引き起こされた撓み波信号と類似している場合、オーディオ信号に起因する撓み波によって混合が生じる可能性がある。この影響は、オーディオ信号の周波数帯域をセンサ及び検知手段からの測定値の周波数帯域とは確実に変えて重ならないようにすることによって最小化することができる。従って、オーディオ信号と測定された信号とをフィルタ処理して、例えばオーディオ帯域を２０ｋＨｚより低い周波数に制限し、振動測定値を２０ｋＨｚより高い周波数に制限することができる。
【００６０】
装置は、能動と受動のデュアルセンサであり、装置に接触が加えられたか否かに応じて能動検知モードと受動検知モードとを切り換えるように適合させることができる。装置は、接触が検出されないときの受動検知モードでの休止と、接触が加えられたときの能動検知モードへの切り換えと、接触が取り除かれた後に次の接触を待機するための受動検知モードへの復帰との間を繰り返すことができる。このことは、装置が能動モードであるときの電力消費を排除するのに好都合とすることができる。
【００６１】
接触は、手持ち型ペンの形態とすることができるスタイラス接触の形態であってよい。部材上のスタイラスの動きは、部材上のスタイラスの位置、圧力、及び速度の影響を受けた連続信号を生成することができる。スタイラスは、例えばゴムなどの可撓性の先端を有することができ、部材に可変の力を印加することによって該部材中に撓み波を生成する。可変の力は、部材の表面に付着するか、又は部材の表面にわたって滑る先端によって与えることができる。先端が部材にわたって動く時に、特定の閾値で先端と部材間の全ての付着から脱して、先端が表面にわたり滑ることを可能にする引張力を生成することができる。
【００６２】
或いは接触は、受動及び／又は能動検知が検出可能な部材中の撓み波を発生させることができる指接触の形態でもよい。撓み波は超音波領域（＞２０ｋＨＺ）の周波数成分を有することができる。従って、受動検知は、指及びスタイラスの両方による接触に対して検知する。
【００６３】
装置が、能動センサとして、すなわち励振信号を発生する放射変換器として作動する場合、接触は、部材に対して非線形力を加えて励振信号の高調波を発生させることができる。処理装置は、高調波から励振信号を分離するための信号演算装置を備えることができ、これにより、高調波を用いて受動検知と同様の方法で接触位置を特定することができる。高調波は、接触場所からの撓み波発生源を効果的な構成要素となる。
【００６４】
当該又は各々の放射変換器又はセンサは、例えば圧電変換器である、部材に直接結合される曲げ変換器であってよい。或いは、当該又は各々の放射変換器又はセンサは、単一箇所で部材に結合される慣性変換器であってもよい。慣性変換器は電気力学式又は圧電式のいずれでもよい。既に所定位置にある音響変換器を検知及び／又は放射変換器として利用することができる。
【００６５】
本発明による接触検知装置は、携帯電話、ラップトップ、又は携帯情報端末に組み込むことができる。例えば、従来携帯電話に装備されていたキーパッドは、本発明による接触検知式である連続成形品に置き換えることができる。ラップトップにおいて、マウスコントローラとして機能するタッチパッドは、本発明による接触検知装置である連続成形品に置き換えることができる。成形品はマウスコントローラ、又はキーボードなどの他の代替品として実施することができる。或いは、接触検知装置は、例えば、撓み波を励振又は検知するのに用いることができる液晶から構成された液晶表示画面などの表示画面とすることができる。表示画面は、接触に関連する情報を表示することができる。
本発明は添付図面に例示的に図示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
図２は、表示装置（１４）の前側に取り付けられた透明な接触検知プレート（１２）を備える接触検知装置（１０）を示す。表示装置（１４）は、テレビジョン、コンピュータスクリーン、又は他の視覚表示装置の形態であってもよい。接触検知プレート上（１２）に文字（２０）又は他の内容を書き込むために、ペン形のスタイラス（１８）が使用される。
【００６７】
透明な接触検知プレート（１２）は、撓み波振動を支持可能な、例えば音響装置である部材である。３つの変換器（１６）がプレート（１２）上に取り付けられている。変換器（１６）の少なくとも２つは、センサ又は検知手段として機能し、従って、プレートの撓み波振動を検知可能であり、該プレートの撓み波振動を監視する。第３の変換器（１６）も同様に検知変換器であってよく、システムは図３又は図４の受動接触検知装置に対応する。
【００６８】
或いは、第３の変換器は、プレートの撓み波振動を励振する放射変換器であってもよく、システムは図５の能動センサに対応する。図６又は図７の実施形態において、能動センサはラウドスピーカと接触検知装置の組み合わせとして機能することができる。
【００６９】
図３及び図４は、２つの接触検知装置（３２、３３）の更に詳細な図面である。接触検知装置（３２、３３）は、撓み波振動を支持可能なパネル（２４）の形態の部材と、それぞれの取り付け点で撓み波振動を検知する検知変換器（２６）の形態の３つのセンサとを備える。接触点（３０）に圧力が印加されると振動のパターン（２８）が生成される。装置は、放射変換器を備えていないことから、受動接触検知装置とみなすことができる。従ってパネルの撓み波パネル振動は接触によってのみ生成される。
【００７０】
受動センサにおいて、パネル（２４）の本体中への衝撃は、パネル（２４）の縁部に向かって進む撓み波を引き起こす。図３に示すように、撓み波は、縁部周りに等距離で取り付けられた３つの検知変換器（２６）によって、又は図４に示すように、パネル（２４）表面に取り付けられるがパネル（２４）の縁部から間隔を置いて取り付けられた３つの検知変換器によって検出される。測定された撓み波信号は処理され、印加された衝撃の空間的な起点と力の分布が求められる。
【００７１】
図５は、図３又は図４の各々の検知変換器（２６）で検知された撓み波情報の処理の可能性のある実施を示す。図５において、パネル中の撓み波は３つの検知変換器（２６）によって検知される。検知変換器（２６）は、多重アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）（５４）に伝送されるアナログ撓み波信号Ｗ1（ｔ）、Ｗ2（ｔ）、及びＷ3（ｔ）を測定する。結果として得られるデジタル入力信号は、接触衝撃の位置及び分布に関連する情報（５８）が特定される中央処理装置（３４）に伝送される。
【００７２】
図６及び図７は、他の接触検知装置及びオーディオ装置の組み合わせ（３５、３７）を更に詳細に示す。この装置はそれぞれ、撓み波振動を支持可能なパネル（２４）と、パネル（２４）中の撓み波振動を励振するための放射変換器（３１）とを備える。図６の装置（３５）は、それぞれの取り付け点で撓み波振動を検知するための２つの検知変換器（２６）を更に備えるが、図７の装置（３７）は、１つの検知変換器（２６）だけを備える。接触点（３０）に圧力が加わると振動パターン（２８）が遮られる。この装置は放射変換器（３１）を備えるので能動接触検知装置とみなすことができる。
【００７３】
図６において、検知及び放射変換器（２６、３１）はパネル（２４）の縁部の周りに等距離で配置されているが、図７において、検知及び放射変換器（２６、３１）はパネル（２４）の縁部から間隔を置いて、その表面に取り付けられている。
【００７４】
図８ａは、接触位置（１０４）で接触が加えられている部材（１００）に取り付けられた２つのセンサ（１０２）を有する実施形態を示す。図８は、接触位置（１０４）とセンサ（１０２）間の経路長の差を明らかにするために分散補正相関関数を計算する方法を示す。この方法は次のステップを含む。
（ａ）２つの撓み波信号Ｗ1（ｔ）及びＷ2（ｔ）を測定する。
（ｂ）測定された信号から反射を除去し、例えば図９において述べられる方法を使用して、
2004534329.tif 000050
及び
2004534329.tif 000051
を計算する。
（ｃ）
2004534329.tif 000052
及び
2004534329.tif 000053
のフーリエ変換を計算し、
2004534329.tif 000054
及び
2004534329.tif 000055
と、従って中間関数
2004534329.tif 000056
を得る。ここで
2004534329.tif 000057
は複素共役フーリエ変換である。
（ｄ）及び（ｅ）ステップ（ａ）乃至（ｃ）の実行と同時に、予め定められたパネルの分散関係
2004534329.tif 000058
を使用して、周波数引き延ばし演算
2004534329.tif 000059
を計算する。
（ｆ）
2004534329.tif 000060
と
2004534329.tif 000061
及び
2004534329.tif 000062
を組み合わせて、次の分散補正相関関数を得る。
2004534329.tif 000063
（ｇ）分散補正相関関数は時間に対してプロットされ、図８ｂに示すように時間ｔ12でピークが発生する。
（ｈ）Δｘ12はｔ12から計算される。ここでΔｘ12は、第１と第２のセンサから接触までの経路長ｘ1及びｘ2の間の経路長の差である。
（ｉ）Δｘ12を用いて接触位置を計算する。
【００７５】
或いは、ステップ（ｅ）で、以下に述べられる位相補正φ12により分散補正相関関数を使用することができる。φ12の計算は図１３で説明される。
2004534329.tif 000064
【００７６】
図９は、衝撃がｔ＝０で発生する場合の衝撃の測定値から反射を除去する方法を示す。この方法は以下のステップを含む。
（ｉ）撓み波信号Ｗ1（ｔ）を測定する。
（ｉｉ）時間軸上の信号を
2004534329.tif 000065
を用いて変換する。
（ｉｉｉ）低域フィルタ、例えば図示されるＵ′（τ）を全ての反射信号を除去するために適用する。予め定められたパネルの分散関係
2004534329.tif 000066
の定数Ｃを用いて、重畳関数Δτの幅を定める。
（ｉｖ）次に、応答を
2004534329.tif 000067
として時間の線形ユニットに逆変換することができる。
【００７７】
図１０は、衝撃がｔ＝０で発生する場合の衝撃の測定値から反射を除去するための別の方法を示す。この方法は以下のステップを含む。
（ｉ）撓み波信号Ｗ1（ｔ）を測定する。
（ｉｉ）各々のセンサと接触位置との間の距離ｘを推定する。
（ｉｉｉ）推定値ｘと予め定められた分散関係
2004534329.tif 000068
を用いて平均窓Ｎ（ｔ、ｔ′）を定義する。
（ｉｖ）撓み波信号
2004534329.tif 000069
に平均窓Ｎ（ｔ、ｔ′）を適用して、反射の影響を除去する。
Ｎ（ｔ、ｔ′）はガウス型の平均窓の一実施例である。矩形の窓を提供することにより、計算を効率的にすることができる。複数の矩形窓を適用することが望ましいとすることができ、矩形窓を多数回繰り返し適用することにより、Ｎ（ｔ、ｔ′）と同様の結果がもたらされることになる。
【００７８】
図１１ａ及び１１ｂは、撓み波を支持可能な矩形の部材（８２）と、部材中の撓み波振動を測定する４つのセンサ（８４）とを備える接触検知装置（８０）を示す。センサ（８４）は、圧電振動センサの形態であり、部材（８２）の下部の各コーナーに１つずつ取り付けられる。発泡樹脂の取付具（８６）が部材の下部に取り付けられ、部材の周縁の周りに実質的に延びる。発泡樹脂の取付具（８６）は接着面を有するので、部材を全ての面に確実に貼り付けることができる。発泡樹脂の取付具により、部材の縁部からの反射を低減することができる。
【００７９】
２組の経路長の差、Δｘ12＝ｘ1−ｘ2とΔｘ34＝ｘ3−ｘ4は、図８で説明されたように計算され、ｘiは各センサから接触までの距離である。図１１ｂに示されるように、２つの経路長の差によって定義された双曲線（８５）がプロットされており、接触の位置は２つの双曲線の交点（８７）である。
【００８０】
図１２は、図１１の装置の処理アルゴリズムの実施を示す概略図である。センサ（８４）は、増幅器及びエイリアス除去（低域）フィルタ（８８）を通過したアナログ撓み波信号Ｗ1（ｔ）、Ｗ2（ｔ）、及びＷ3（ｔ）を測定する。増幅器及びエイリアス除去フィルタが組み合わせられた伝達関数Ｈ（ｔ）の振幅が図１２ａに示される。フィルタ処理された信号は、デジタイザ（９０）によってデジタル信号に変換され、有限長の先入れ先出しバッファ内に格納される。バッファは、検出プロセスのトリガの前後にそれぞれ測定される信号のための２つの記憶装置、すなわちトリガ前記憶装置及びトリガ後記憶装置（９２、９３）を備える。
【００８１】
中央処理装置（９４）は、部材の接触位置及び分布に関連する情報を以下のステップによって求める。
ａ）中央処理装置は、図１２ｂに示される閾値テストを実行する。測定された撓み波信号（９６）を予め定められた閾値（９８）と比較する。測定された信号が閾値を通過する場合には、検出プロセスがトリガされる。
ｂ）時系列デジタル入力信号のアレイをバッファから処理装置に転送する。接触からの衝撃の波形全体のデジタル測定値が再構築されるように、信号は検出プロセスのトリガの前後に取り込まれた測定値を含む。
ｃ）処理装置は、ｔ0がゼロに設定されるようにｔ0の推定に従って波形をシフトする。
ｄ）処理装置は、ｔ0の推定値をゼロとし、取得されたｘの推定値を部材の対角線の長さとすることにより、上述のようにデジタル化された信号から反射の影響を除去する。
ｅ）処理装置は、特に対角線上に対向する各組のセンサについて分散補正相関関数を計算し、接触に関連する情報を計算する別の処理を適用する。
【００８２】
処理装置によって適用される別の処理はまた、分散補正相関関数に予め定められた位相補正を適用することを含むことができる。これは図１３に示されるように計算することができる。
ａ）例えば、部材（８２）と４つのセンサ（８４）とを有する図１１ａ及び１１ｂに示される実施形態についてグリッドを定義すると、これは、ベクトル
2004534329.tif 000070
により点（７１）を定義することによって行うことができる。この実施例ではグリッドは８行７列を有するので、該グリッドは５６のベクトル
2004534329.tif 000071
の組で定義される。
ｂ）ユーザはｒ1によって定義されたグリッドの第１の点（７１）を軽く叩くと、第１及び第２の撓み波信号
2004534329.tif 000072
及び
2004534329.tif 000073
が各センサの組の第１と第２のセンサによって測定される。
ｃ）ステップ（ｂ）はユーザがグリッドの各点を選ぶまで繰り返される。
ｄ）撓み波信号のフーリエ変換を計算する。
ｅ）経験的な位相補正
2004534329.tif 000074
を計算する。ここでΔｘjは第１及び第２のセンサから接触までの経路長ｘ1,j＆ｘ2,j間の差である。経路長はグリッドの座標から分かる。
【００８３】
図１４は撓み波を支持可能な部材（７２）と、部材上に取り付けられ、部材中の撓み波振動を測定する３つのセンサ（６４）とを備える接触検知装置（７０）を示す。部材（７２）の表面は隆起した交差線の周期的なパターンである隆起パターン（６６）を含む。スタイラス（７８）は経路（７４）に沿って表面上で引かれ、パターンの線と交差するときに部材中に撓み波（７６）を生成する。
【００８４】
図１５は例えば、「Ｗｉｄｒｏｗ  ｅｔ  ａｌ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｎｏｉｓｅ  Ｃａｎｃｅｌｌｉｎｇ：  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ，  Ｖｏｌ  ６３  Ｎｏ  １２  ｐｐ  １６９２  （１９７５）」に記載の適合ノイズキャンセラを示す。適合ノイズキャンセラは、オーディオ初期信号を基準入力として取り込む適合フィルタ（４０）を備える。ノイズキャンセラを用いて、任意の別の処理が発生する前に、振動センサの出力からオーディオ信号の影響を除去することができる。図示の適合フィルタは、このタスクに適用される可能性がある適合フィルタの１つの実施例である。
【００８５】
図１６ａは、ラウドスピーカとしても動作する接触検知装置を示す。図１６ｂは、処理された測定信号に対するオーディオ信号の影響を抑制するように、オーディオ信号と測定信号を２つの別個の周波数帯域に分割する方法を示す。装置は、放射変換器すなわちアクチュエータ（１０８）と接触によって撓み波が生成される部材（１０６）を備える。放射変換器は、部材（１０６）にオーディオ信号を印加して音響出力を生成する。部材に印加する前に、図１６ｂに示すように、オーディオ信号を低域フィルタ（１１２）によってフィルタ処理し、閾値周波数ｆ0を超えるオーディオ信号を除去する。
【００８６】
図１６ｂに示すように、接触は広い周波数帯域にわたって実質的に一定である出力信号を生成する。閾値周波数ｆ0を超えるオーディオ信号を除去するために、接触からの信号とオーディオ信号とを合計して、高域通過フィルタ（１１４）を通過する結合信号が得られる。次に、フィルタ処理された信号はデジタイザ（１１６）を通り処理装置（１１８）に送られる。
【００８７】
図１７ａは、接触場所（１０４）において接触が加えられる部材（１００）に取り付けられた単一のセンサ（１２０）を有する実施形態を示す。撓み波は、部材の縁部から反射して位置（１２２）にある仮想発生源のイメージを生成する。図１７は、接触位置（１０４）を明らかにするための、分散補正自動相関関数を計算する方法を示す。この方法は以下のステップを含む。
（ａ）１つの撓み波信号Ｗ1（ｔ）を測定する。
（ｂ）
2004534329.tif 000075
を得るために
2004534329.tif 000076
のフーリエ変換を計算する。
（ｃ）ステップ（ａ）及び（ｂ）の実行と同時に、予め定められたパネルの分散関係
2004534329.tif 000077
を使用して、周波数引き延ばし演算
2004534329.tif 000078
が計算される。
（ｄ）
2004534329.tif 000079
と
2004534329.tif 000080
を結合し、以下の式で示される分散補正自動相関関数を得る。
2004534329.tif 000081
（ｇ）分散補正相関関数は、時間に対してプロットされ、図１７ｂに示されるように時間ｔ11と−ｔ11でピークが発生する。
（ｈ）ｔ11からΔｘ11を計算する。Δｘ12は、第１と第２のセンサから接触までの経路長ｘ1とｘ1′間の経路長差である。
（ｉ）Δｘ12を用いて接触の位置を計算する。
【００８８】
図１８は、２つのセンサを備える装置から接触の位置を計算するために使用することができる図１５の適合フィルタを示す。一般に、適合フィルタは、有限時間衝撃応答（ＦＩＲ）フィルタを含む。ＦＩＲフィルタは、ある重畳関数Φ（ｔ）を備えた重畳演算と等価である。
【００８９】
第１のセンサによって測定された信号Ｗ1（ｔ）は適合フィルタ（４０）に送られ、第２のセンサによって測定された信号Ｗ2（ｔ）は遅延ユニット（４１）に送られる。遅延ユニットは、好適には重畳関数の最大期待幅によって、第２のセンサからの信号を遅延させる。次に、遅延信号は、適合フィルタの１次入力に送られる。適合フィルタは重畳関数を継続的に更新して、１次信号入力Ｗ2（ｔ）の推定値
2004534329.tif 000082
が基準入力Ｗ1（ｔ）から得られるようにすることができる。重畳演算は以下のように定義される。
2004534329.tif 000083
【００９０】
接触の場所は以下のステップによって処理装置内で計算される。
ａ）適合フィルタの内部メモリからＦＩＲ重畳関数を抽出する。
ｂ）ＦＩＲ重畳関数のフーリエ変換を計算する。
ｃ）周波数引き延ばし演算
2004534329.tif 000084
を適用する。
Ｆ（ｔ）は分散補正相関関数Ｇ（ｔ）の同位相であり、よって、Ｇ（ｔ）とＦ（ｔ）のフーリエ変換の同位相であるが、振幅は必ずしも同じではない。従って、Ｆ（ｔ）とＧ（ｔ）のための時間領域におけるどのようなピーク位置も同じであり、よって接触位置はＧ（ｔ）に関して上述したようにＦ（ｔ）のピークから計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１ａ】従来技術による分散補正の方法における、時間に対する任意の単位の応答を示す分散衝撃応答のグラフである。
【図１ｂ】従来技術による分散補正の方法における、周波数に対する任意の単位の応答を示す分散周波数応答のグラフである。
【図１ｃ】従来技術による分散補正の方法における、周波数に対する任意の単位の応答を示す非分散周波数応答のグラフである。
【図１ｄ】従来技術による分散補正の方法における、時間に対する任意の単位の応答を示す非分散衝撃応答のグラフである。
【図２】本発明による接触検知装置の平面図である。
【図３】受動接触検知を組み込んだ第１の装置の斜視図である。
【図４】受動接触検知を組み込んだ第２の装置の斜視図である。
【図５】図３及び図４の受動検知の処理アルゴリズムのブロック図である。
【図６】能動接触検知を組み込んだ第１の装置の斜視図である。
【図７】能動接触検知を組み込んだ第２の装置の斜視図である。
【図８】分散補正相関関数を用いて接触と２つの測定点間の経路長の差を計算する方法を示すフローチャートである。
【図８ａ】図８の方法が適用された装置の概略平面図である。
【図８ｂ】時間に対する分散補正相関関数のグラフである。
【図９】測定された撓み波信号から反射を除去する第１の方法を示すフローチャートである。
【図１０】測定された撓み波信号から反射を除去する第２の方法を示すフローチャートである。
【図１１ａ】本発明の別の態様による接触検知装置の概略斜視図である。
【図１１ｂ】本発明の別の態様による接触検知装置の概略平面図である。
【図１２】図１１の装置に使用することができる処理アルゴリズムの概略ブロック図である。
【図１２ａ】図１２のフィルタ及び増幅器の周波数（ｆ）に対する組み合わされた伝達関数Ｈ（ｆ）を示すグラフである。
【図１２ｂ】時間に対する測定された撓み波信号のグラフである。
【図１３】経験的な位相補正を得る段階のフローチャートである。
【図１３ａ】図１３の方法で使用する部材上に定義されたグリッドの平面図である。
【図１４】本発明の別の態様による接触検知装置である。
【図１５】種々の装置に使用することができる適合ノイズキャンセラの回路図である。
【図１６ａ】ラウドスピーカとしても動作する接触検知装置の概略ブロック図である。
【図１６ｂ】図１６ａの装置でオーディオ信号と測定された撓み波信号とを分離する方法である。
【図１７】分散補正自動相関関数を使用して接触位置を計算する方法を示すフローチャートである。
【図１７ａ】図１７の方法が適用される装置の概略平面図である。
【図１７ｂ】時間に対する分散補正自動相関関数のグラフである。
【図１８】接触に関連する情報を計算することができる適合フィルタの使用法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９２】
６４．センサ
６６．隆起したパターン
７０．接触検知装置
７２．部材
７４．パス
７６．撓み波
７８．スタイラス
【図１ａ】
2004534329.tif 000085
【図１ｂ】
2004534329.tif 000086
【図１ｃ】
2004534329.tif 000087
【図１ｄ】
2004534329.tif 000088
【図５】
2004534329.tif 000089
【図８】
2004534329.tif 000090
【図９】
2004534329.tif 000091
【図１０】
2004534329.tif 000092
【図１２】
2004534329.tif 000093
【図１３】
2004534329.tif 000094
【図１５】
2004534329.tif 000095
【図１６ａ】
2004534329.tif 000096
【図１６ｂ】
2004534329.tif 000097
【図１７】
2004534329.tif 000098
【図１８】
2004534329.tif 000099
【国際公開パンフレット】
2004534329.tif 000100
2004534329.tif 000101
2004534329.tif 000102
2004534329.tif 000103
2004534329.tif 000104
2004534329.tif 000105
2004534329.tif 000106
2004534329.tif 000107
2004534329.tif 000108
2004534329.tif 000109
2004534329.tif 000110
2004534329.tif 000111
2004534329.tif 000112
2004534329.tif 000113
2004534329.tif 000114
2004534329.tif 000115
2004534329.tif 000116
2004534329.tif 000117
2004534329.tif 000118
2004534329.tif 000119
2004534329.tif 000120
2004534329.tif 000121
2004534329.tif 000122
2004534329.tif 000123
2004534329.tif 000124
2004534329.tif 000125
2004534329.tif 000126
2004534329.tif 000127
2004534329.tif 000128
2004534329.tif 000129
2004534329.tif 000130
2004534329.tif 000131
2004534329.tif 000132
2004534329.tif 000133
2004534329.tif 000134
2004534329.tif 000135
2004534329.tif 000136
2004534329.tif 000137
2004534329.tif 000138
2004534329.tif 000139
2004534329.tif 000140
2004534329.tif 000141
2004534329.tif 000142
2004534329.tif 000143
2004534329.tif 000144
2004534329.tif 000145
2004534329.tif 000146
2004534329.tif 000147
2004534329.tif 000148
2004534329.tif 000149
2004534329.tif 000150
2004534329.tif 000151
2004534329.tif 000152
2004534329.tif 000153
2004534329.tif 000154
2004534329.tif 000155
2004534329.tif 000156
2004534329.tif 000157
2004534329.tif 000158
2004534329.tif 000159
2004534329.tif 000160
2004534329.tif 000161
2004534329.tif 000162
2004534329.tif 000163
2004534329.tif 000164
2004534329.tif 000165
【国際調査報告】
2004534329.tif 000166
2004534329.tif 000167
2004534329.tif 000168