(57)【要約】  本発明は、例えば少なくとも１つのトランスデューサを含む物体の表面への接触事象などの衝撃の位置に起因する音響応答を決定するための方法に関する。この方法は、a)  上記表面上の少なくとも１つの位置における予め定められた励振(Ｅ)に対応する少なくとも１つのトランスデューサからの音響信号を受信するステップと、b)  ステップa)で受信された音響信号に基づいて音響応答を決定するステップと、c)  上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の少なくとも１つの位置に起因する音響応答を上記ステップb)において決定された少なくとも２つの異なった音響応答に基づいて決定するステップとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのトランスデューサを含む物体の表面上への接触事象などの衝撃の位置に起因する音響の応答を決定するための方法であって、
a)  上記表面上の少なくとも１つの位置における予め定められた励振(Ｅ)に対応する少なくとも１つのトランスデューサからの音響信号を受信するステップと、
b)  ステップa)で受信された音響信号に基づいて音響応答を決定するステップと、
c)  上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の少なくとも１つの位置に起因する音響応答を上記ステップb)において決定された少なくとも２つの異なった音響応答に基づいて決定するステップと
を備えた方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、上記音響信号は、少なくとも２つのトランスデューサから受信され、上記音響信号は、上記表面の少なくとも１つの位置における少なくとも１つの予め定められた励振に対応する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、上記音響信号は、少なくとも１つのトランスデューサから受信され、上記音響信号は、上記表面上の少なくとも２つの位置における予め定められた励振に対応する方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の少なくとも１つに記載の方法において、上記予め定められた励振は、上記物体の表面の境界領域内に位置する位置、とりわけ接触感知入力域として働く上記物体の表面の一部またはその外側の上記境界領域に加えられる方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の少なくとも１つに記載の方法において、上記予め定められた励振の上記少なくとも１つの位置と異なる上記表面の複数の位置における音響応答を上記ステップb)で決定された音響応答に基づいて決定するステップd)を更に備えた方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の少なくとも１つに記載の方法において、ステップd)の上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の複数の位置で決定された音響応答を収集して、参照テーブルを作成するステップe)を更に備えた方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の少なくとも１つに記載の方法において、ステップc)を実行するためのステップb)で決定された音響応答のみから、予め定められた基準、とりわけＳＮ比および測定の一貫性の少なくともいずれかに関する基準を満足する音響応答を選択するステップf)を更に備えた方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の方法において、
g)  上記予め定められた励振の位置およびこの予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の位置から離れた位置にある補助位置と予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の位置との間の距離に基づいて第１の代表的関数を決定するステップと、
h)  上記補助位置と上記予め定められた励振の位置との間の距離に基づいて第２の代表的関数を決定するステップと、
i)  ステップg)で決定された第１の代表的関数とステップh)で決定された第２の代表的関数の比を計算するステップと、
j)   上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の各位置および各補助位置に対してステップg)を繰り返すステップと、
k)  上記予め定められた各位置に対してステップh)を繰り返すステップと
を更に備えた方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の少なくとも１つに記載の方法において、上記補助位置は、上記表面の外側にあり、予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の位置から離れ、予め定められた励振の各位置と異なる上記表面上の各位置から離れている方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の少なくとも１つに記載の方法において、ステップa)乃至c)を、とりわけオンディマンドによってまたは定期的に繰り返すステップl)を更に備えた方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、上記音響応答を上記表面上のその位置に対応する以前に決定された音響反応、とりわけ上記参照テーブルの上記表面上のその位置に対応する音響反応と比較するステップm)を更に備える方法。
【請求項１２】
請求項１乃至９の少なくとも１つに記載の方法において、互いに隣接する２つの上記予め定められた励振の位置の間の距離λが、λ≦1.2A、とりわけ 0.5A≦λ≦1.2A、更にとりわけ 0.9A≦λ≦1.0λを満たし、ここで、Aは、
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に比例し、ωは角周波数、とりわけトランスデューサからの音響信号の関心のある最大周波数、Ｅ, ν, ρ, hは、上記物体の特性値であり、夫々、ヤング率, ポアソン比, 密度, 厚さである。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、上記予め定められた励振の位置の間の距離λが、0.5A≦λ≦1.2A、とりわけ0.9A≦λ≦1.0Aを満たす方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の少なくとも１つに記載の方法において、上記予め定められた励振は、上記音響信号の波長、とりわけ関心のある最小波長当たりの予め定められた励振の位置の数が１以上、好ましくは３乃至６である方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の少なくとも１つに記載の方法において、少なくとも１つの上記トランスデューサは、上記物体の上記表面の対称軸上に位置する方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、上記表面は、矩形に形成され、上記少なくとも１つのトランスデューサは、上記矩形の表面の少なくとも１つの対称軸上に位置し、上記予め定められた励振は、上記矩形表面の各第２象限内の位置に与えられる方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の少なくとも１つに記載の方法において、上記予め定められた励振の位置は、無作為に配置される方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の少なくとも１つに記載の方法において、上記予め定められた励振の位置は、少なくとも２行をなして、とりわけ第１の行内の位置の間隔が、第２の行内の位置の間の間隔と異なるように配置されている方法。
【請求項１９】
コンピュータで読み取れる媒体であって、この媒体に請求項１乃至１１の少なくとも１つの方法を行うための実行可能な指令を格納する媒体。
【請求項２０】
相互作用表面と、
少なくとも１つのトランスデューサと、
少なくとも１つのトランスデューサからの音響信号を受信するための制御手段を備え、
上記音響信号は、上記相互作用表面上の少なくとも１つの位置における予め定められた励振(Ｅ)に対応し、上記受信した音響信号に基づいて音響応答を決定するためのもので、受信した音響信号に基づいて決定された少なくとも２つの異なる音響応答に基づいて上記予め定められた励振の位置と異なる上記相互作用表面上の少なくとも１つの位置に起因する音響応答を決定するためのものであるタッチセンシング装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のタッチセンシング装置において、上記制御手段は、少なくとも２つのトランスデューサからの音響信号および上記表面上の少なくとも１つの位置における上記予め定められた励振に対応する音響信号を受信するようになっているか、或いは、少なくとも１つの上記トランスデューサからの音響信号および上記表面上の少なくとも２つの位置における予め定められた励振に対応する音響信号を受信するようになっているタッチセンシング装置。
【請求項２２】
請求項２０または２１の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置において、上記制御装置は、上記予め定められた励振の上記少なくとも１つの位置と異なる上記表面上の複数の位置における音響応答を、受信した音響応答に基づいて決定するようになっているタッチセンシング装置。
【請求項２３】
請求項２０乃至２２の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置において、上記制御装置は、上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の複数の位置で決定された音響応答を収集して、上記表面上の位置に対応する参照テーブルを作成するタッチセンシング装置。
【請求項２４】
請求項２０乃至２３の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置において、音響応答を、とりわけオンディマンドまたは定期的に再度決定するための再較正ユニットを更に備えるタッチセンシング装置。
【請求項２５】
請求項２０乃至２４の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置において、上記再較正ユニットは、上記表面上の位置に対応する上記参照テーブルの音響応答を上記新たに決定した音響応答と比較するタッチセンシング装置。
【請求項２６】
請求項２０乃至２５の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置において、上記再較正ユニットは、上記予め定められた励振が上記少なくとも１つのアクチュエータによって予め定められた１つの位置に加えられるように、上記予め定められた位置に少なくとも１つのアクチュエータを更に備えるタッチセンシング装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のタッチセンシング装置において、上記少なくとも１つのアクチュエータは、上記物体の上記表面の関心ある領域の境界に位置するタッチセンシング装置。
【請求項２８】
とりわけ請求項２０乃至２７の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置を備えたタッチセンシング装置の較正システムであって、
上記少なくとも１つのトランスデューサまたは上記制御システムと通信するようになっている入/出力ユニットと、
上記予め定められた励振(Ｅ)を上記表面上の少なくとも１つの位置に、上記表面との機械的接触によって与えるための励振手段と、
上記制御手段が上記アクチュエータを駆動して、上記励振手段が上記表面上の上記少なくとも１つの位置に励振を与えるように、上記励振手段を上記表面上の上記少なくとも１つの位置に位置付けるようになっている位置決め手段と、
請求項１乃至１９のいずれか１つに記載の方法を実行するための制御手段を更に備えた較正システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の較正システムにおいて、上記入/出力ユニットは、上記少なくとも１つのトランスデューサから音響信号を受信するようになっている較正システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面への接触など衝撃の位置に起因する音響の応答を決定するための方法およびこの方法を実施するためのタッチセンシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面に与えられる衝撃の位置を、音響信号を解析することによって決定するための方法は、その技術分野で既に知られている。この種の技術は、１つまたはそれ以上のセンサを用いて音響信号を測定して行われ、このセンサは、衝撃から得た音響的特徴を、予め与えられ,接触インターフェイス上の所定位置を表す各音響的特徴のセットと比較し、両音響的特徴の類似度に基づいて衝撃の位置が特定される。図１は、相互作用面101と２つのトランスデューサ103をもつこのような従来の装置の概略を示している。
【０００３】
参照テーブルまたはデータベースの形態であり得る予め定められた音響的特徴のセットは、装置の較正中に、接触インターフェイスの表面上の短い間隔を隔てた位置105の個々の音響パターンをコンピュータで計算して作られる。参照テーブルは、例えばロボット化されたベンチを用いるなどして自動処理で作られる。用いられるロボットは、シェーカと金属チップを備え、予め定められた力と形態の衝撃を各位置に順次与える。こうして、所定の位置の音響的特徴は、上記位置に衝撃が与えられた後に少なくとも１つのセンサによって受信される測定音響信号のうちから決定される音響応答から作られる。音響応答は、接触インターフェイスが機械的励振を受けたとき表す振動数の関数である。音響応答は、機械的励振とセンサ出力の間の関係を表す伝達関数であり得る。
【０００４】
国際公開公報WO 2006/015888 A1は、較正段階で測定された信号を格納するように処理することを提案するだけである。国際公開公報WO 2006/069596 A1は、相互作用インターフェイス上の予め定められた領域に参照衝撃が与えられたとき、音響センサによって受信された２つの音響信号の位相の相関関係に基づいて音響的特徴を決定することを提案する。
【０００５】
とりわけ、タッチスクリーンへの適用では、参照テーブルの作成は、接触領域全体に亘って十分な解像度を得るため、一般的に数千に及ぶ多数の音響応答を取得する必要があって長時間を要する。さらに、各製品は、接触表面をもつ物体の製造過程中の許容誤差に起因して個々に較正する必要があるから、確立された１つの参照テーブルが、１つの物体から次の物体に必ずしも適用できるとは限らない。或る物体のこの複雑さによって、少なくとも統合された状態において、国際公開公報WO 2006/015888で提案されているような参照テーブルを作成するための純粋な理論的アプローチは、必ずしも可能ではない。
【０００６】
工業化された過程で較正時間を短縮するための１つの方法は、ロボット化されたベンチを用いた複数の較正ステーションを使うことであろう。他方、製造の許容誤差を低減させることは、許容できない費用の増大をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、物体の表面の衝撃に対するこの表面上のどの位置における音響応答をも決定できる方法およびこの方法を実施して予め定められた音響的特徴のセットを速やかに得ることができるタッチセンシング装置を提供することにある。
【０００８】
さらに、摩耗,引っ掻き傷,経年劣化,温度変化,インテグレーション・ドリフトまたは他の既知または未知の効果によって、接触性の表面をもつ物体は、予め定められた音響的特徴をもつ当初の参照テーブルが最早満足な結果を提供できないほど変化する。その結果、音響的特徴のセットは、再較正されことが必要になる。この再較正は、ロボット化されたベンチを用いて行うことができる。しかし、これは、非常に実際的な解決策ではない。
【０００９】
国際公開公報WO 2008/146098 A1は、センサの寸法を僅かに変化させうる環境変化を考慮した方法を提案する。物体の厚さは、音波の伝播に影響を与える。この国際公開公報では、位置測定結果を改善すべく厚さの変化を考慮して、音響応答を周波数空間において縮小または拡大する縮小/拡大アルゴリズムが提案されている。この方法は、その特別な変化の種類に対しては満足できる結果を提供するが、物体のより複雑な変化を処理することができない。
【００１０】
従って、本発明の第２の目的は、衝撃が与えられた物体表面の位置における音響応答を、予め与えられた音響的特徴のセットを簡単な方法で再較正できるように決定できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的は、少なくとも１つのトランスデューサを含む物体の表面上への接触事象(タッチイベント)などの衝撃の位置に起因する音響の応答を決定するための方法であって、
a)上記表面上の少なくとも１つの位置における予め定められた励振(Ｅ)に対応する少な
くとも１つのトランスデューサからの音響信号を受信するステップと、
b)ステップa)で受信された音響信号に基づいて音響応答を決定するステップと、
c)上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の少なくとも１つの位置に起因す
る音響応答を上記ステップb)において決定された少なくとも２つの異なった音響応答    に基づいて決定するステップと
を備えた方法によって達成される。
【００１２】
以上の文脈において、衝撃とは、とりわけ１以上のユーザの指による例えばタッチスクリーン装置などの物体の表面への接触やドラッグ動作に関連する。機械的な予め定められた励振とは、接触事象にも関連する。さらに、物体とは、音響波を伝播させる限り任意の種類の材料または材料の混合からなる任意の形状の任意の物体である。例えば、物体は、ガラス,プラスチック,木材,金属などからなり、形状は、平板または湾曲板であり、一般に単純から複雑までの３次元形状である。以上の文脈において、トランスデューサとは、音響信号を例えば電気信号などの他の信号に変換する任意の手段をいう。例えば、圧電トランスデューサは、本発明を実施するために用いることができる。「音響」という用語は、100kHzまでの、とりわけ40kHzまでの、更にとりわけ20kHzまでの周波数に関連する。
【００１３】
本発明の更なる１つの態様によれば、上記音響信号は、少なくとも２つのトランスデューサから受信され、上記音響信号は、上記表面の少なくとも１つの位置における少なくとも１つの予め定められた励振に対応する。従って、この変形例では、本発明を実施するために必要な少なくとも２つの異なった音響応答は、少なくとも２つのトランスデューサの存在によって得られる。本発明の他の変形例では、上記音響信号は、少なくとも１つのトランスデューサから受信され、上記音響信号は、上記表面上の少なくとも２つの位置における予め定められた励振に対応する。従って、この場合、異なる音響応答は、異なった励振に関連し、本発明を実施するには１つのトランスデューサで十分である。勿論、上記両変形例を組み合わせて、１以上のトランスデューサと上記表面上の励振が与えられる１以上の位置を用いることができる。ステップc)で用いられる異なった音響応答の数は、ステップc)で決定される音響応答の得たいと望む精度に依存する。
【００１４】
好ましくは、上記予め定められた励振は、上記物体の表面の境界領域内に位置する位置、とりわけ接触感知入力域として働く上記物体の表面の一部またはその外側の上記境界領域に加えられる。典型的には、例えば携帯電子機器の画面部分など物体の表面の一部のみがタッチセンシング入力域として用いられる。この場合、励振を与える手段は、例えば画面の枠領域に隠れたような関心ある領域から離れた位置に配置される。従って、励振を与える手段は、実際に物体内に残っていて、較正の際のみならず結局再較正にも用いられる。或る変形例では、励振を与える手段は、例えば圧電トランスデューサなどの信号を検知するものと同種のトランスデューサにできるが、励振を与えるアクチュエータとして機能する。
【００１５】
有利には、本発明の方法は、上記予め定められた励振の上記少なくとも１つの位置と異なる上記表面上の複数の位置における音響応答を上記ステップb)で決定された音響応答に基づいて決定するステップd)を更に備える。従って、極限られた数の実際の励振/衝撃でもって、物体の関心ある全表面に対して音響応答を決定することができる。
【００１６】
好ましくは、本発明の方法は、ステップd)の上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の複数の位置で決定された音響応答を収集して、参照テーブルを作成するステップe)を更に備える。従って、本発明の方法は、限られた数の実際の衝撃を用いた従来例に比して、より速くより大きい信頼性でもって上述のように予め定められた音響応答のセットを確定するために用いることができる。物体の表面を特徴づけるデータからなる上記参照テーブルは、一旦表面の較正処理が予め定められた応答のセットを確定すると、タッチイベント位置決め処理に用いられる。物体の表面のための参照テーブルを得るために必要な実際の励振は極少数であるから、各製品について個々の参照テーブルを作ることができる。これは、製品相互間での偏差を個々に考慮しているので、統合化の制約を低減する。
【００１７】
有利には、本発明の方法は、ステップc)を実行するためのステップb)で決定された音響応答のみから、予め定められた基準、とりわけＳＮ比および測定の一貫性の少なくともいずれかに関する基準を満足する音響応答を選択するステップf)を更に備える。このような基準は、周波数に基づくので、音響応答の品質が良好な周波数領域を選ぶという動機づけられたを選択を可能にする。この追加のステップは、ステップc)で決定された音響応答の品質が更に向上できるという利点をもたらす。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、本発明の方法は、上記予め定められた励振の位置およびこの予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の位置から離れた位置にある補助位置と予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の位置との間の距離に基づいて第１の代表的関数を決定するステップg)と、上記補助位置と上記予め定められた励振の位置との間の距離に基づいて第２の代表的関数を決定するステップh)と、ステップg)で決定された第１の代表的関数とステップh)で決定された第２の代表的関数の比を計算するステップk)と、上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の各位置および各補助位置に対してステップg)を繰り返すステップj)と、上記予め定められた各位置に対してステップh)を繰り返すステップk)とを更に備える。波重畳に基づくこの方法は、励振が生じた位置から離れた上記表面上の位置での所望の音響応答を完全に数値的な方法で決定することを可能にする
【００１９】
好ましくは、上記補助位置は、上記表面の外側にあり、予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の位置から離れ、予め定められた励振の各位置と異なる上記表面上の各位置から離れている。実際、補助位置を上記表面の外側に設けることによって、アルゴリズムが補助位置の内側の音響特性を決定できるようになる。
【００２０】
本発明の第２の目的は、請求項１に記載のステップに加えて、ステップa)乃至c)を、とりわけオンディマンドまたは定期的に繰り返すステップl)を更に備えた方法によって達成される。少なくともステップa)〜c)を時々繰り返すことによって、音響応答における変化、従ってタッチセンシングインターフェイスとして働く物体の触覚化された表面上にユーザによって起こされる衝撃の位置を特定するために必要な予め定められた音響的特徴のセットにおける変化を識別することが可能になる。請求項１のステップa)による少なくとも１つの励振を与えることを簡素化するため、本発明の方法は、上記音響応答を再較正できるようにし、摩耗,擦り傷,経時劣化,温度などの効果を考慮できるようにしている。再較正は、較正を再度行う時点の物体の特性を考慮するから、アップデートされた音響応答は、補正係数によって単にデータベースを補正する場合に比して、音響応答のアップデートされた音響応答の精度が良くなる。再較正は、自動化されるか、例えばユーザが特定された位置が実際の位置と異なると気付いたときなどにオンディマンドで行うことができる。
【００２１】
有利には、本発明の方法は、上記音響応答を上記表面上のその位置に対応する以前に決定された音響反応、とりわけ上記参照テーブルの上記表面上のその位置に対応する音響反応と比較するステップm)を更に備える。変化の痕跡を保持することによって、音響応答の変化の起源を特定することが可能になる。
【００２２】
好ましくは、互いに隣接する２つの上記予め定められた励振の位置の間の距離λが、λ≦1.2Aを満たし、ここで、Aは、
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ωは角周波数、とりわけトランスデューサからの音響信号の関心のある最大周波数、Ｅ, ν, ρ, hは、上記物体の特性値であり、夫々、ヤング率, ポアソン比, 密度, 厚さである。上記予め定められた励振の位置の間の距離λは、さらに好ましくは0.5A≦λ≦1.2A、とりわけ 0.9A≦λ≦1.0Aを満たす。この範囲において、性能に関する最適化された結果、従ってステップc)で決定される音響応答の精度および音響応答の持続的な取得が達成される。
【００２３】
有利には、上記予め定められた励振は、上記音響信号の波長、とりわけ関心のある最小波長当たりの予め定められた励振の位置の数が１以上、好ましくは３乃至６である。この範囲において、性能に関する最適化された結果、従ってステップc)で決定される音響応答の精度および音響応答の持続的な取得が達成される。ここで、上記最小波長は、上記関心のある最大周波数に勿論関連している。
【００２４】
本発明の文脈において、「関心ある最大周波数」は、(タッチやドラッグなどの)タッチイベントが触覚性物体に振動エネルギを入力できる能力に関連する。ユーザによって何のエネルギも注入できない周波数は、参照テーブルを構成すると考える必要がない。周波数の限度が典型的に略20kHzに設定されている。しかし、更に結果を改善するために、40kHzまた更には100kHzまでの周波数を考えることができる。
【００２５】
好ましい実施形態では、少なくとも１つの上記トランスデューサは、上記物体の上記表面の対称軸上に位置する。とりわけ、上記表面が矩形に形成されている場合、上記少なくとも１つのトランスデューサは、上記矩形の表面の少なくとも１つの対称軸上に位置し、上記予め定められた励振は、上記矩形表面の各第２象限内の位置のみに与えられる。こうすることによって、物体の特別な特性を巧みに利用することができ、ステップa)で実際にしなければならない予め定められた励振の位置の数を減少できる。従って、関連する音響応答の取得に必要な時間を再び減少することができる。
【００２６】
有利には、上記予め定められた励振の位置は、無作為に配置される。予め定められた実際の励振が実行される位置の正規の構成を破壊することによって、数値解析中に生じうる仮想の共振を克服できる。
【００２７】
有利には、上記予め定められた励振の位置は、少なくとも２行をなして、とりわけ第１の行内の位置の間隔が、第２の行内の位置の間の間隔と異なるように配置されている。好ましくは、関心ある表面に関して外側の行が、より小さい間隔である。更に好ましくは、外側の行は、励振が与えられる位置が少なくとも４倍ある。このことは、再び仮想共振を克服できるという利点がある。
【００２８】
本発明の目的は、コンピュータで読み取れる媒体であって、この媒体に本発明の上記方法を行うための実行可能な指令を格納する媒体によっても達成される。この媒体によって、上述と同じ利点を達成することができる。
【００２９】
本発明は、更に請求項２０に記載のタッチセンシング装置に関連する。このタッチセンシング装置は、相互作用表面と、少なくとも１つのトランスデューサと、少なくとも１つのトランスデューサからの音響信号を受信するための制御手段を備え、上記音響信号は、上記相互作用表面上の少なくとも１つの位置における予め定められた励振(Ｅ)に対応し、上記受信した音響信号に基づいて音響応答を決定するためのもので、受信した音響信号に基づいて決定された少なくとも２つの異なる音響応答に基づいて上記予め定められた励振の位置と異なる上記相互作用表面上の少なくとも１つの位置に起因する音響応答を決定するためのものである。従って、この装置によれば、冒頭で述べた予め定められた音響的特徴のセットを得るために必要な所定位置の音響応答は、他の異なる位置に関連する実験的データから決定できる。このことは、較正中の上記表面上の実際の衝撃の数を減少できるので、タッチセンシング表面の較正を非常に簡素化できる。制御システムは、とりわけ上記方法を実行するように構成されている。
【００３０】
好ましくは、上記制御手段は、少なくとも２つのトランスデューサからの音響信号および上記表面上の少なくとも１つの位置における上記予め定められた励振に対応する音響信号を受信するようになっているか、或いは、少なくとも１つの上記トランスデューサからの音響信号および上記表面上の少なくとも２つの位置における予め定められた励振に対応する音響信号を受信するようになっているタッチセンシング装置。少なくとも２つの異なる励振位置または少なくとも２つのトランスデューサを備える限り、本発明の方法について述べた利点を達成することができる。
【００３１】
好ましくは、上記タッチセンシング装置は、上記制御装置が、上記予め定められた励振の上記少なくとも１つの位置と異なる上記表面上の複数の位置における音響応答を、受信した音響応答に基づいて決定するようになっている。従って、タッチセンシングインターフェイスを提供すべき物体全体または物体の少なくとも一部は、解析されることができ、音響応答データは、物体の表面上のほんの僅かの部分の実際の励振の実験的データを用いて提供される。
【００３２】
有利な一実施形態によれば、上記制御装置は、上記予め定められた励振の位置と異なる上記表面上の複数の位置で決定された音響応答を収集して、上記表面上の位置に対応する参照テーブルを作成する。解析を実行する入力データは、上記励振の実験的データに関連する。このデータを用いて、この装置およびそのタッチセンシング表面によってアプリケーションを実行する必要な多くの位置に対する音響応答を決定することができる。とりわけ、本発明のステップc)で多くの位置について音響応答を単に計算するだけで分解能を適用することができる。これは、追加の計算時間だけを必要とし、新たな実験的データは必要でない。
【００３３】
好ましくは、この装置は、音響応答を、とりわけオンディマンドまたは定期的に再度決定するための再較正ユニットを更に備える。つまり、再較正ユニットは、音響応答の変化を特定するために本発明の方法の少なくともステップa)〜c)を時々繰り返すようになっている。従って、予め定められた音響的特徴のセットもまたアップデートされる。それ故、擦り傷,摩耗,経時劣化,温度などによる悪影響を効果的に考慮できて、タッチセンシング装置の寿命を延ばすことができる。
【００３４】
好ましい実施形態によれば、上記再較正ユニットは、上記表面上の位置に対応する上記参照テーブルの音響応答を上記新たに決定した音響応答と比較する。従って、音響的特徴を構成する参照テーブル全体は、音響特性の如何なる変化に対しても補正されることができるが、同時に、例えば変化が全体的か部分的かなど如何なるアップデートの根源も特定できるように変化の痕跡が保持される。
【００３５】
更に好ましくは、上記再較正ユニットは、上記予め定められた励振が上記少なくとも１つのアクチュエータによって予め定められた１つの位置に加えられるように、上記予め定められた位置に少なくとも１つのアクチュエータを更に備える。
【００３６】
好ましくは、上記少なくとも１つのアクチュエータは、上記物体の上記表面の関心ある領域の境界に位置する。典型的には、例えば携帯電子機器の画面部分など物体上の表面の一部のみがタッチセンシング入力領域として用いられてきた。その場合、アクチュエータは、機器のユーザフレンド性を損なわないよう、例えば画面の枠領域に隠されるなど関心ある領域から離れて配置できるだけであった。他の利点は、少なくとも１つのアクチュエータが物体内に実際に残っていて、最初の参照テーブルのための音響応答をまず確立するため,次いで決定された音響応答のセットを再較正するために較正に用いられることである。或る変形例では、励振を与える手段は、例えば圧電トランスデュ−サなど信号検知に用いられるものと同種だが励振を与えるアクチュエータとして機能するトランスデューサにすることができる。
【００３７】
本発明は、請求項２８に記載の較正システム、とりわけ請求項２０〜２７の少なくとも１つに記載のタッチセンシング装置を備えたタッチセンシング装置の較正システムにも関連する。この較正システムは、上記少なくとも１つのトランスデューサまたは上記制御システムと通信するようになっている入/出力ユニットと、上記予め定められた励振(Ｅ)を上記表面上の少なくとも１つの位置に、上記表面との機械的接触によって与えるための励振手段と、上記制御手段が上記アクチュエータを駆動して、上記励振手段が上記表面上の上記少なくとも１つの位置に励振を与えるように、上記励振手段を上記表面上の上記少なくとも１つの位置に位置付けるようになっている位置決め手段と、アクチュエータを駆動するようになっている制御手段を更に備える。この較正システムによって、上述の有利な方法を実行して、音響的特徴の参照テーブルを得ることができる。
【００３８】
好ましくは、上記入/出力ユニットは、上記少なくとも１つのトランスデューサから音響信号を受信するようになっている。
【００３９】
本発明の方法および装置の有利な実施形態は、図を参照しつつ次に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、従来技術で知られたタッチセンシング装置の表面上の音響応答が得られる位置を(点で)示した２次元の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態によるタッチセンシング装置の表面上の音響応答が実験的に得られる位置を(点で)示した２次元の概略図である。
【図３】図３は、図２の第１実施形態のタッチセンシング装置の表面上の衝撃が与えられた位置に起因する音響応答を決定するための方法に含まれる主ステップを示す。
【図４】図４は、第１実施形態のタッチセンシング装置の表面上の衝撃が与えられた位置に起因する音響応答を決定するための方法に含まれる主ステップを示す。
【図５】図５は、本発明の音響応答を決定するための方法において役割を果たすタッチセンシング装置の表面上の異なった種類の位置を示す。
【図６】図６は、タッチセンシング装置の表面上の予め定められた励振が与えられた位置を示す。図６aは、予め定められた励振のランダムな配置を示し、図６bは、予め定められた励振の行方向の配置を示す。
【図７】図７は、タッチセンシング装置に設けられたトランスデューサの位置を示す。図７bは、タッチセンシング装置の表面の対称軸上に位置するトランスデューサを示し、図７aは、タッチセンシング装置の表面の対称軸上以外に位置するトランスデューサを示す。
【図８】図８は、予め定められた励振の位置における音響応答の補間を示す。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態によるタッチセンシング装置を較正するためのシステムを示す。
【図１０】図１０は、本発明の第４実施形態による他のタッチセンシング装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明による方法と装置の特徴と有利な実施形態を、次に詳しく述べる。
【００４２】
図２は、衝撃が与えられた表面上の位置における音響応答を決定するための本発明による方法を用いたタッチセンシング装置の２次元の概略図である。タッチセンシング装置１は、相互作用表面３と少なくとも１つのトランスデューサ５からなる。この実施形態では、タッチセンシング装置は、例えば圧電トランスデューサ, 容量圧電トランスデューサ, 磁歪圧電トランスデューサ, 電磁圧電トランスデューサ, 音響速度計, 光学センサ, メムス(ＭＥＭｓ: MicroElectroMechanical system sensor)など音響信号を電気信号に変換できる任意のデバイスである２つのトランスデューサ５a,５bを有する。トランスデューサ５と相互作用表面３の間の結合は、テープ,膠などの固定手段によって達せられる。本発明は、唯一のトランスデューサまたは２つ以上のトランスデューサによって実施できる。タッチセンシング装置は、相互作用表面への接触,衝撃または表面上におけるドラッグが生じた位置を特定し、この位置情報を携帯電子機器やコンピュータなどのタッチセンサインターフェイスをもつ任意の電子デバイスの制御入力へ提供するようになっている。この機能は、制御手段７によって提供することができる。
【００４３】
この機能のために、制御手段７は、トランスデューサから受信した信号を解析し、音響的特徴を決定し、この特徴を参照テーブルに格納した予め定められた特徴と比較して、相互作用表面３上の衝撃の位置を求める。この機能は、本明細書の導入部で述べたように、予め定められた音響的特徴を作り出す際の問題を克服することであるとともに、相互作用表面３上の各位置が、相互作用表面全体に亘って存する複数の位置９に励振を与えることによって特徴づけられなければならないという事実に主として関連している。
【００４４】
この発明では、制御手段７は、音響的特徴を決めるのに必要で、位置９と異なる位置１１に与えられた予め定められた少なくとも１つの実際の励振Ｅによって位置９に生じる音響応答を決定するようになっている。そのため、制御手段は、位置１１における衝撃の後に、第１トランスデューサ５aが受信した音響信号から求めた音響応答Ａと第２のトランスデューサ５bが受信した音響信号から求めた音響応答Ｂを用いる。
【００４５】
この実施形態では、唯一のトランスデューサと図２に示した励振と異なる位置にある第２の励振を適用するだけで、物体に関する十分な情報が得られる。勿論、精度を高めるために、位置９以外の位置に更なる励振を適用することもできる。
【００４６】
図３は、第１実施形態によるタッチセンシング装置１の相互作用表面３上に与えられた衝撃による位置９での音響応答を決定するための方法に対応する概念を示している。
【００４７】
本発明による方法は、次のステップからなる。即ち、(ステップＳ１) 少なくとも１つのトランスデューサ５a,５bからの予め定められた表面３上の少なくとも１つの位置１１における励振Ｅに対応する音響信号Ｓを受信し、(ステップＳ２) ステップＳ１で受信した音響信号Ｓに基づいて音響応答ＡまたはＢを決定し、(ステップＳ３) 表面３上の予め定められた励振Ｅの位置１１と異なる少なくとも１つの位置９での音響応答Ｘを、ステップＳ２で決定した少なくとも２つの異なる音響応答Ａ,Ｂに基づいて、決定する。
【００４８】
図４は、第２実施形態によるタッチセンシング装置１の相互作用表面３上に与えられた衝撃による位置９での音響応答を決定するための方法を示している。この第２実施形態の方法は、第１実施形態の方法に比較して、更に次のステップを備える。即ち、(ステップＳ０) 表面３上の複数の位置１１に予め定められた励振Ｅを与え、(ステップＳ４) 表面３上の予め定められた励振Ｅの位置１１と異なる各位置９の音響応答を、表面３上の予め定められた励振Ｅの位置７と異なる複数の位置９での音響応答が決定されるようにステップＳ３を繰り返し、(ステップＳ５) (ステップＳ４で)決定された表面３上の予め定められた励振Ｅの位置１１と異なる各位置９での音響応答を収集して、参照テーブルを作成し、予め定められた音響的特徴のセットを形成する。
【００４９】
本発明によるタッチセンシング方法を実施するための１つの実際的方法を、次に述べる。この実施形態は、放射および散乱の問題において音響場を再構築する数値的技術である,所謂,波重畳法(WSM: Wave Superposition Method) に基づいている。その主たる考えは、音響的空洞が有限数の基本的な励振源で置き換えることができるというものである。上記励振源は、特徴づけるべき音響領域が、空洞外にある場合は空洞内にあり、空洞内にある場合は空洞外にある。従って、関心ある音響領域は、各基本的な励振源の領域の総和で得られる。
【００５０】
ＷＳＭの出発点は、次の等式である。
2012530985.tif 000004
ここで、ρは伝播媒体の密度、ωは角振動数である。ｑは励振源を表し、その位置γsは領域Ｅ内にある。Ｇは自由場グリーン関数であり、この場合次のように表せる。
2012530985.tif 000005
【００５１】
上記解析的等式を数値的形に変換すれば、励振源は、薄い殻(３Ｄ)内または連続した輪郭上(２Ｄ)に分布する。この幾何学的実体をＮ個の小部分に離散化することによって、法線速度は、空洞の表面上で近似することができる。
2012530985.tif 000006
ここで、Ｑiは基本的励振源の体積速度である。Unは既知なので、Ｑiは行列式の形で次のように記述できる。
2012530985.tif 000007
Ｄは∇Ｇに相当するから、最終的に音響場は次のように表せる。
2012530985.tif 000008
【００５２】
以上に基づき、図４に示す方法のステップ、特に実際の励振が起きた位置から離れた位置におけるステップＳ３とＳ４に従って、音響応答を決定することができる。
【００５３】
そのため、この方法は、まず次の入力パラメータを必要とする。即ち、音響応答および次の音響的特徴が参照テーブルまたはデータベースに格納される相互作用表面３上の位置７を必要とする。この位置は、明瞭化のため以降データベース位置と呼ぶ。データベース位置は、好ましくは相互作用表面３全体を基本的に覆う。
【００５４】
加えて、励振の位置１１と励振に伴う音響応答Ａ,Ｂが必要である。前者は、以降,励振位置と呼ぶ。励振位置１１は、予め定められた励振Ｅによって実験的に音響応答が得られる位置のセットである。好ましい変形例では、この励振位置は、相互作用表面の境界領域または境界の直ぐ外にある。励振位置の間隔および励振位置相互の配置を最適化することによって、例えばこの方法の精度や計算時間の短縮などの性能を、後述するように最適化することができる。
【００５５】
さらに、ステップＳ３とＳ４を実行する際、この方法を実行するために追加の所謂補助位置１３が必要になる。この補助位置１３は、図５に示すように、データベースと励振位置９,１１を取り囲んでいる。補助位置１３は、相互作用表面３の外側にあって、相互作用表面３上の予め定められた励振位置１１および相互作用表面３上の予め定められた励振位置１１と異なるデータベース位置９から離れているのが好ましい。
【００５６】
この発明の方法は、予め定められた励振を励振位置１１に１回に１つ与えるステップＳ０に続いて、ステップＳ１で、励振位置に対する音響信号が決定される。この実施形態の方法は、ステップＳ２で、機械的励振Ｅ(入力)とトランスデューサ５a,５bの応答(出力)の間の関係を表す伝達関数である音響応答を決定する。従って、位置１１における機械的励振の特性を知る必要がある。実際、これは、上記入力(励振)と出力(トランスデューサ)の両方の時間領域における信号を持つことによって達成することができる。これは、入力側では、例えば励振Ｅを直接解析する力センサの存在によって達成される。このステップの好ましい実現の幾つかについては、後述する。
【００５７】
次に、励振の波数ｋが与えられる必要がある。この値は、例えば板状体など接触する物体の幾何学形状または実験的に決定される複雑な形状から推定される。この推定は、結局のところ実験的部分によって完成されうる。波数は、一般に次のように記述される。
2012530985.tif 000009
ここで、ω＝２πｆ は角周波数、ｆは周波数である。ｃは装置１の相互作用表面３の材料中の波の伝播速度である。触覚的インターフェイスが薄板と見なせる (即ち、厚さに対する辺長の比が１よりも著しく大きい) 場合、波数は、次式で表せる。
2012530985.tif 000010
ここで、Ｅ，ν, ρは板の材料特性であって、夫々ヤング率, ポアソン比, 密度を表し、ｈは板厚を表す。
【００５８】
そして、(ステップＳ３とＳ４)、励振位置１１で得られた音響応答に適用すべきＷＳＭ(波重畳法)の係数Ｑを決定するには、ｕn(等式４参照)を知る必要がある。ｕnの値は、既に定義した補助位置１３でコンピュータによって計算される。従って、グリーン関数(等式２参照) は、データベース位置と補助位置の間でコンピュータによって計算される。
【００５９】
ＷＳＭ係数の計算は、次のように要約される。
各周波数について繰り返す。
各データベース位置９について繰り返す。
各補助位置１３について繰り返す
補助位置１３とデータベース位置１１の間の距離を決定する。
この距離についてグリーン関数[P]を計算する。
各励振位置１１について繰り返す。
補助位置１３と励振位置１１の間の第２距離を決定する。
第２距離についてグリーン関数[Ｄ]を計算する。
ＷＳＭ係数  [B] = [D]-1[P] を計算する。
【００６０】
次に、ＷＳＭ係数を励振位置１１の音響応答に適用してデータベース位置９における音響応答を計算する。
【００６１】
最後に、ステップＳ５にしたがって、ステップＳ３とＳ４で計算された音響応答を各データベース点に固有の音響的特徴に変換する。総てのデータベース位置に関連させられる音響的特徴が収集されて、参照テーブルが作られる。
【００６２】
データベース位置１１での音響応答を決定する前に、関連する周波数のみを選択する追加ステップを、この実施形態の変形例として適用することができる。ステップＳ２において励振位置で得られる音響応答は、周波数の関数である。(サンプリング周波数やフレームサイズなどの)収集パラメータおよび相互作用表面３の材料特性や寸法によって、或る周波数での音響応答は、例えばＳＮ比が小さいなどの理由から関連しないことがある。
【００６３】
従って、追加ではあるが,義務的ではないこのステップの本質は、例えば測定の一貫性に基づく基準を適用することよって関連すると思われる周波数を選択することにある。従って、ノイズの大きな周波数は拒否され、本発明の方法の性能の低下が避けられる。
【００６４】
次に、本発明によって励振位置１１を配置する種々の可能性について述べる。励振位置における位置の定義は、本発明による方法の性能に重要な役割を果たす。
【００６５】
主パラメータは、幾何学的形状だから、励振位置をいかに配置するか、および励振位置１１の適切な数である。これらのパラメータを最適化することによって、最終データベースが、できる限り少ない励振位置をもつ消費電力の少ないタッチセンシングインターフェイス３に関連した所望の分解能をもつタッチセンシング装置を駆動するために十分な精度を有するという目標が達成できる。
【００６６】
本発明による次の規則を適用することによって、性能と励振位置の数の間の良好な妥協が達成できる。
【００６７】
励振位置１１が作る幾何学形状は、数値データの処理中に仮想の共鳴を生じさせる。この共鳴は、物理的意味を持たず、数値の公式化に関連するだけである。本発明による解決策は、図６aに示すように、共振位置１１の正規の組織を輪郭線１５に沿って無作為に配置することによって「破壊する」ことにある。とりわけ、隣接する励振位置１１の間の距離および方位は、無作為または順序がない。
【００６８】
本発明による他の解決策は、図６bに示すように、励振位置１１を２層ネットワークに組織することにある。図６bは、予め定められた励振１１の位置が、少なくとも２行に、とりわけ、第１の行の位置１１aの間隔が第２の行の位置１１bの間隔と異なるように形成されていることを示している。第１の行の位置１１aは、互いに等間隔に配置され、第２の行の位置１１bも、互いに等間隔に配置されている。ここでは、より多くの励振位置をもつ第１の行の位置１１aがデータベース位置９に近い側に位置することが好ましい。
【００６９】
幾何学形状そのものを考慮する必要があるだけでなく、２つの隣り合う励振位置１１の間隔も選択する必要がある。この方法の性能を満足させるためには、上記間隔の選択が、関心ある最も高い周波数に基づく基準に従うのが好ましい。間隔が大きすぎると、ステップＳ３とＳ４での音響応答の予測が不完全になる一方、間隔が小さすぎると、この方法の性能向上に効果が無く、励振位置１１の数が増えて、取得時間が長引いて、消費電力が増大する。
【００７０】
関心ある最も高い周波数に対応する最も短い波長は、次式で表される。
2012530985.tif 000011
ここで、ｋmaxは関心ある最高周波数に対応する波数(等式６参照)である。
【００７１】
１つの波長について３〜６つの励振位置１１が、この方法に良好な性能をもたらすことが見出された。１つの波長について３つ以下の励振位置１１の場合、性能は劇的に減じる傾向にある。図６bに示された２層組織の励振位置１１の場合、この基準は、好ましくは外側励振位置１１bに適用されるべきである。内側励振位置１１aについては、４つの外側点に対して１つの内側点が、この方法の良好な性能をもたらすことが判明した。
【００７２】
この方法の改善するための更なる可能性は、対称性を考慮することである。図７a,７bは、対称軸がある場合のタッチセンシング装置１の表面３上のトランスデューサ５の多くの配置の可能性のうちの２つを示している。図７a,７bは、トランスデューサ５を含む矩形の表面３を示す。図７aのトランスデューサ５は、表面３の対称軸１７から離れた位置にある。図７bのトランスデューサは、表面３の対称軸１７上にある。トランスデューサ５が表面３の対称軸１７上に位置すると、とりわけ、各対称軸に１つずつ配置されると、予め定められた励振Ｅは、２つの対称軸１７で定義される第２象限の励振位置１１のみに与えるだけで済む。従って、表面３の対称性という恩恵を受けて、予め定められた励振を与えるべき位置１１の数を減じることができ、それ故、ステップＳ２で決定すべき音響応答の数を減じることができる。従って、ステップＳ３において、予め定められた励振の位置１１と異なる表面上の位置９で音響応答を決めるに要する時間が短縮される。
【００７３】
この例では、励振位置１１の数を１/２に減じることができ、関連する音響応答を取得するに要する時間を著しく短縮できる。しかし、この方法は、触覚性インターフェイスの境界条件も対象であると仮定している。相互作用表面の形状および装置１自体に依存して、励振位置１１の数およびトランスデューサの数に関して同様の効果をもたらす。
【００７４】
この方法の性能を最適化する他の方法は、補間方法を巧みに利用することである。この補間方法の本質は、図８に示すように、或る励振位置１１自体上の音響応答を計算することにある。例えば、２つの点１１a,１１bの間 (即ち、輪郭中の「穴」の存在) を除いて上述の定められた周波数基準を満たすN-1個の励振位置１１のセットの場合、この欠けた点１１cの音響応答を受け入れられる精度で推定することができる。この変形例は、参照テーブルを作る際にこの方法が用いられる場合のみならず、輪郭点位置での音響応答のセットの更新に基づいて再較正処理を実行する場合にも重要な役割を果たすことができる。この方法は、実際、励振位置の略半分についてのみ、第１の音響応答が取得されて部分アップデートが行われる。次いで、補間が廃止された音響応答を順次置き換えることによって、廃止された音響応答の位置で実験的励振を行うことなくアップデートが完成される。
【００７５】
勿論、上述の種々の実施形態は、本発明の方法を更に最適化すべく任意に組み合わせることができる。
【００７６】
図９は、本発明の第３実施形態によるタッチセンシング装置の較正システム２１の全体構造を示しており、この較正システムは、予め定めた音響的特徴のセットを得ることによって参照テーブル/データベースの作成処理を加速することができる。較正システム２１によって較正されるタッチセンシング装置２３は、図２に示すような装置であって、参照テーブルを確立するように構成された制御システムを有するが、上述と同じ特性をもつ相互作用表面２５およびトランスデューサ２７,２９をもつ装置であってもよい。
【００７７】
本実施形態の較正システム２１の構造は、触覚性インターフェイス３の音響応答が、処理の各繰り返しにおいて同じ位置,従って同じトランスデューサ５で得られる「直接」アプローチを述べている。これと対照的に、触覚性インターフェイス３の励振は、処理の各繰り返しにおいて異なる励振位置１１に加えられて得られる。従って、直接アプローチは、応答位置静止、励振位置移動に基づいている。
【００７８】
図９に示さない構造の変形例は、所謂「レシプロカル アプローチ」であり、ここでは、触覚性インターフェイス３の音響応答が、処理の各繰り返しにおいて異なった位置で得られ、触覚性インターフェイスの励振が、処理の各繰り返しにおいて同じ位置に加えられて得られる。従って、レシプロカル アプローチは、励振位置静止、応答位置移動に基づいている。
【００７９】
較正システム２１は、特にアナログ入/出力ユニットなどの入/出力ユニットをもつフロントエンド装置３１を有する。入/出力ユニット３１は、直接または制御ユニット７(図２参照)を介してトランスデューサ２７,２９と通信し、音響信号を入力として受信する。較正システム２１は、次の動作を実行する。即ち、増幅,フィルタリング,自動ゲイン制御,アナログ入力のアナログ/デジタル変換,アナログ出力のデジタル/アナログ変換などのアナログ入力の信号調整、および、増幅およびフィルタリングなどのアナログ出力の信号調整を実行する。入/出力ユニット３１は、データ伝送と較正システム２１を構成すべくインターフェイスを提供する,ここではコンピュータである,解析手段３３に更に接続される。
【００８０】
較正システム２１は、相互作用表面２５の励振位置３７(図２の実施形態の位置１１に対応する)に機械的励振を加える励振手段３５をさらに有する。この実施形態の励振手段３５は、３つの副ユニットを有する。
【００８１】
まず、励振装置３７は、励振位置３７においてインターフェイ２５に機械的励振Eを加えるための道具である。この実施形態の励振装置３７は、槍のような少なくとも１つの剛チップと、任意の金属などの剛な材料からなる小さな球からなり、予め定められた励振を相互作用表面２５に伝える。この装置３７は、電磁シェーカ,圧電トランスデューサ,容量性圧電トランスデューサ,磁歪圧電トランスデューサ,電磁圧電トランスデューサなどの電気信号を機械的励振に変換する装置からなる。
【００８２】
励振は、剛チップと位置３７における相互作用表面２５とを接触させるか、剛チップを急速に下降,上昇させて相互作用表面２５を短時間叩かせることによって加えることができる。励振装置３７は、音響信号の検出に基づくタッチセンシング分野への適用にとって関心のある範囲に少なくとも対応する広範囲の周波数の機械的励振を伝えるようになっている。好ましい周波数範囲は、０〜略２０kHzの無線周波数であるが、状況によっては４０kHzまでまたは100kHzまでの範囲でもよい。
【００８３】
励振手段３５は、ステップS２における音響応答の取得のための入力基準として用いられ、相互作用表面２５に伝えられた機械的励振の尺度を提供するようになっている励振参照装置３９を更に有するこれは、力センサ,歪ゲージセンサ,電気信号,または機械的量を測定できる任意のセンサであればよい。
【００８４】
最後に、この実施形態の励振手段３５は、更に励振位置３７の前方で励振装置３７を移動させる移動装置４１を有し、励振が相互作用表面２５に伝わるようになっている。この装置４１は、１つの位置３７から他の位置へ高い位置決め精度でもって迅速に動くようになっている。これは、少なくとも３つの移動軸をもつロボットによって達成される。
【００８５】
入/出力ユニット３１と励振手段３５は、較正システム２１を制御する,ここではコンピュータである,解析手段３３に接続されている。解析手段３３は、次の活動の少なくとも１つを実行する。即ち、解析手段３３は、フロントエンド装置である入/出力ユニット３１とのインターフェイスを形成し、入力つまりトランスデューサ２７,２９から来るデータを形成して収集するのみならず、励振参照装置３９からのデータを収集して励振装置３７の信号を駆動すべく出力にデータを送信し、移動装置４１を正しい位置へ駆動すべく移動装置４１へ指令を通信する。
【００８６】
解析手段３３の主たる任務は、参照テーブルを作成するために上述の方法を適用することである。コンピュータは、相互作用表面の領域に亘る任意の点でこの領域の境界で得られた音響応答のセットから音響的特徴を決定することを可能にするこの明細書に記載の方法を用いる。
【００８７】
図１０は、本発明の第４実施形態の全体構造を示す。この図は、相互作用インターフェイス５３を有し、第１〜第３実施形態と同じ特性とトランスデューサ５５,５７を有する他のタッチセンシング装置５１を示している。第１,第２実施形態(図１参照)で述べた特徴に加えて、この装置は、再較正ユニットつまり自動適応ユニット５９を更に有する。
【００８８】
第４実施形態のタッチセンシング装置５１も、請求項１２に記載の制御手段の一部をなし、トランスデューサ５５,５７から受信した信号の処理、例えば増幅,フィルタリング,自動ゲイン制御,アナログ/デジタル変換などを行うフロントエンド装置６１を有する。デジタル化されたデータは、自動適応ユニット５９とバックエンド装置６３に向けて出力インターフェイスに出力される。フロントエンド装置の他の特徴は、電力制御インターフェイスを構成することである。
【００８９】
バックエンド装置６３は、例えばタッチ,ドラッグ＆ドロップなどのユーザイベントの位置を、フロントエンド装置６１によって以前に得られた信号から導入部で既に述べたような技術を用い、従って受信され,参照テーブルまたはデータベースに格納された予め定められた音響的特徴のセットと比較される音響信号に基づいて特定するようになっている。
【００９０】
再較正ユニットつまり自動適応ユニット５９は、この実施形態において２つの機能を果たす。まず第１に、音響的特徴をもつ参照テーブルを作成するために自動較正が行われる。これは、最初の初期化の際またはバックエンド装置６３が自動適応ユニット５９にそうするように指令したときに行われる。第２に、構成部材は、例えば経年劣化,所定の温度範囲,他の装置への統合に伴う或いは相互作用表面５３の機械的および音響的挙動に影響を及ぼす変化を確認したとき、相互作用表面５３の参照テーブルを自動的に再較正するようになっている。タッチセンシング装置５１は、ユーザまたはバックエンド装置からの要求に基づいて、再較正を実行するように構成することができる。再較正は、例えば周期的スケジュールなどで規則的に行うことができる。
【００９１】
自動適応ユニット５９は、音響応答を決定でき、相互作用表面の境界６７で実験的に得られる音響的特徴のセットから相互作用表面５３の全領域内の任意の位置６５における音響的特徴を決定できる第１/第２実施形態で述べられた方法を用いる。励振位置６９に予め定められた励振を与えうるには、相互作用表面５３の裏側に少なくとも１つのアクチュエータ(この実施形態では４つ)が取り付けられる。これらのアクチュエータは、自動適応ユニット５９が生成した電気信号を、相互作用表面５３内に伝播する弾性波に変換する。このアクチュエータ７１は、圧電トランスデューサ, 容量圧電トランスデューサ, 磁歪圧電トランスデューサ, 電磁圧電トランスデューサなどにでき、センサとして働く。アクチュエータ７１と相互作用表面との連結は、テープまたは膠などの固定手段によって行われる。自動適応ユニットは、標準のマイクロコントローラにでき、最終的にフロントエンド装置６１,バックエンド装置またはこれら３つの機能を統合したＡＳＩＣ(特定用途向け集積回路)チップに一体化される。
【００９２】
最後に、タッチセンシング装置５９は、コンピュータ７３または例えばタッチセンシング装置からのタッチイベント(接触事象)または衝撃をコンピュータ７３のアプリケーションを制御するために用いることができる入力値として受信する携帯電子機器などの他の適切な電子機器に接続できる。
【００９３】
タッチセンシング装置５１の自動較正の特徴は、次のように機能する。即ち、システムが最初にスイッチオンされると、自動適応ユニット５１は、対象の表面をタッチセンシング相互作用表面５３に変えるべく、参照テーブルを作成する。この処理は、次のとおりである。即ち、a) 自動適応ユニット５９は、各アクチュエータ７１に対象を振動させるべく繰り返して信号を送り、b) トランスデューサの音響信号または単なる音響信号に基づく音響応答が、フロントエンド装置６１や自動適応ユニット５９を経て繰り返し得られて、自動適応ユニットに送られ、c) これに基づき、自動適応ユニット５９は、アクチュエータ７１の位置に対応する音響的特徴のサブセットを生成し、d) 自動適応ユニット５９は、総てのアクチュエータ位置７１に対して決定された音響的特徴のサブセットから参照テーブルを作成し、e) バックエンド装置６３は、メモリに参照テーブルを格納し、最後にf) 自動適応ユニット５９は、バックエンド装置６３にシステムが準備できたことを知らせる。
【００９４】
タッチセンシング装置５１の再較正の特徴は、次のように機能する。即ち、システムの寿命全体に亘って、相互作用表面５３の完全性をモニターし、環境条件や使用の変化による潜在的ドリフトを特定する。バックエンド装置６３は、ユーザのイベントを永久に待つから、認識処理の妨害を最小化するため再較正処理は、好ましくはバックグラウンドで行うべきである。例えば、ドリフトの検出の際、或いは、予め定められた再較正の持続時間が切れた場合、再較正が始動させられる。この始動の後、バックエンド装置６３は、停止し、自動適応ユニット５９は、アクチュエータ７１に信号を送信できる。実際、参照テーブルを再較正し、アップデートする処理は、実時間である必要はなく、ユーザを妨げることなくバックグラウンドで行うことができる。従って、信号の放出は、バックエンド装置６３によって例えば突然のユーザイベントなどの任意の時間に中断でき、中断前にコンピュータによる再較正計算を必ず行う。再較正では、基本的に初期化と同じステップが実行される。参照テーブルを更新するため、古い特徴が新しい特徴で上書きされる。結局は、変化の跡が保存され、例えば参照テーブル中の変化の源を特定するなどの解析ができるようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の実施形態は、センシング物体に変化しうる領域内の任意の点における音響的特徴を、他の位置,とりわけ上記領域の境界で得られる音響応答のセットから決定する方法を提供する。本発明のこの概念によって、従来技術に比較して次のような利点が達成される。即ち、音響的特徴を得るために必要な音響応答の数を一般に従来の数千から一,二百さらにはそれ以下に減じることができ、参照テーブルを従来の数時間から数分へ迅速に取得でき、各片について専用の参照テーブルをもつことが可能になり、どんな種類の材料(ガラス,プラスチック,木材,金属など)およびどんな形状(平坦,湾曲パネル,複雑な３次元表面)についても機能する。加えて、この方法では、(各片がそれ専用の参照テーブルをもつので、統合に対する制約が少ない)統合に対する制約を低減できる。更なる主たる利点は、自動較正(即ち、自身の参照テーブルを作成できる)および再較正(即ち、例えば摩耗,擦り傷,経年劣化,温度,統合によるドリフトを補償すべく必要に応じて自身の参照テーブルを適用できる)を実行することができることである。
【００９６】
第３,第４実施形態は、２つのトランスデューサで説明したが、本発明は、１つでもまた２つ以上のトランスデューサでも実行できる。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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