JP5788887B2 - タッチセンシティブデバイス - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンシティブスクリーン又はパネルを有するタッチセンシティブデバイスに関する。

米国特許第4,885,565号、第5,638,060号、第5,977,867号、及び、第2002/0075135号は、タッチされると、ユーザのための触覚フィードバックを有するタッチ操作型の装置について説明する。米国特許第4,885,565号では、触覚フィードバックを供給するよう電圧が印加されると、動きをＣＲＴに伝えるアクチュエータが提案される。米国特許第5,638,060号では、電圧が圧電素子に印加され、その圧電素子は、ユーザの指に反作用の力を加えるため、圧電素子を振動させるスイッチを形成する。米国特許第5,977,867号では、タッチスクリーンが指又はポインタでタッチされると、触覚フィードバックユニットが、ユーザによって感知される機械的振動を生成する。その機械的振動の振幅、振動周波数、及びパルス長はコントロールされ、そのパルス幅は、感じられる程には長いが、次のキータッチが始まる前に終わる程には短い。米国特許出願第2002/0075135号は、ボタンクリックをシミュレートするために、過渡スパイクの形式のパルスを供給する第２のトランスデューサの使用について説明する。

上記の各先行技術文献では、ユーザの指又はポインタによる不連続的なタッチに応じて、触覚フィードバックが提供される。

本発明の第一の側面に従って、タッチセンシティブデバイスが提案される。

本タッチセンシティブデバイスは、
屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有する、タッチセンシティブディスプレイ部材と、
前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイであって、前記トランスデューサアレイは、少なくとも幾つかのトランスデューサを有し、それらのトランスデューサは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出することと、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため、検出されたディスプレイ面の該タッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行う、トランスデューサアレイと、
前記トランスデューサアレイの少なくとも幾つかのトランスデューサから信号を受信し、前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するため、前記信号を分析するように構成される、信号プロセッサと、
を含む。

トランスデューサアレイ内の少なくとも幾つかのトランスデューサは、故に、可逆であり、前記物理的タッチングを検出することと前記インパルスを入力することの両方を行うように構成される。換言すれば、物理的タッチング（フィジカルタッチング）を検出するためのトランスデューサアレイ内の少なくとも幾つかのトランスデューサは、インパルスを入力するためのトランスデューサアレイ内の少なくとも幾つかのトランスデューサと共通である。

信号プロセッサは、高レベルのユーザ入力を供給するため、前記信号を分析するよう適応されるニューラルネットワークを含んでもよい。

トランスデューサアレイは、検出されたタッチ場所に触覚知覚を位置づけるインパルスを入力するよう構成されてもよい。トランスデューサアレイのうち少なくとも幾つかは、入力面のたわみ、入力面の速度、印加圧力、印加力、印加タッチ角度、及び任意のタッチの期間を含むグループのうちどれかを検出するように構成されてもよい。

信号プロセッサは、複数のトランスデューサの内の各々で入力信号の伝達関数を測定するため、前記受信信号を処理し、各測定された伝達関数から逆伝達関数を推測し、そして、タッチ位置を判定するため、適当な逆伝達関数を使用して出力信号を生成してもよい。

伝達関数は、テスト位置で印加された力の各トランスデューサへの伝達を測定する。

ディスプレイ部材は、電子ディスプレイスクリーンを含む。

本発明の他の側面に従って、タッチセンシティブデバイスの操作方法が提案される。

本タッチセンシティブデバイスの操作方法は、
該タッチセンシティブデバイスは、屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有するタッチセンシティブディスプレイ部材と、前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイと、信号プロセッサとを有し、前記操作方法は、
前記トランスデューサアレイを構成するステップであって、前記トランスデューサアレイは、少なくとも幾つかのトランスデューサを有し、それらのトランスデューサは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出することと、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため検出されたディスプレイ面の該タッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行う、ステップ、及び、
前記信号プロセッサを設定するステップであって、前記信号プロセッサは、前記トランスデューサアレイの少なくとも幾つかのトランスデューサから信号を受信し、前記信号プロセッサを構成するステップであって、前記信号プロセッサは、前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するため、前記信号を分析する、ステップ、
を含む。

信号プロセッサは、ニューラルネットワークを有するように構成されてもよく、そのニューラルネットワークによって信号を分析し、高レベルユーザ入力を供給してもよい。

トランスデューサアレイは、触覚知覚を検出されたタッチ位置へ位置づけるインパルスを入力するよう構成されてもよい。トランスデューサアレイのうち少なくとも幾つかは、入力面たわみ、入力面速度、印加圧力、印加力、印加タッチ角度、及び任意のタッチの期間を含むグループのうちどれかを検出するように構成されてもよい。

信号プロセッサは、複数のトランスデューサの内の各々で入力信号の伝達関数を測定するため、前記受信信号を処理し、各測定された伝達関数から逆伝達関数を推測し、及び、タッチ位置を判定するため、適当な逆伝達関数を使用して出力信号を生成するよう構成されてもよい。

ディスプレイ部材は、電子ディスプレイスクリーンを含んでもよい。

処理は、伝達関数の逆関数を推測するステップを更に含んでもよい。即ち、テスト位置での純粋なインパルスを各トランスデューサから生成するのに必要な伝達関数である。その推測ステップは、伝達関数Ｈ（ｆ）の測定の後にＨ^−１（ｆ）を得るための反転が続くように直接計算によるものであってもよい。又は、その推測ステップは、間接的でもよく、例えば、フィードバック適応フィルタ技術を使用して、黙示的にＨ（ｆ）を反転してもよい。又は、その推測ステップは、発見的（ヒューリスティック）なものであってもよい。即ち、パラメトリックな等化処理を用い、パラメータを調整して、逆の伝達関数を予測する。

又は、その推測ステップは、測定された時間応答を逆転させることで、近似されてもよく、その周波数領域では、その時間応答は、複素共役と等しく、故に、一致するフィルタ応答

を生成する。この場合は、フィルタの適応の結果は、純粋なインパルスではないが、自己相関関数である。

その結果の逆伝達関数は、デバイスによる後の使用のために保存されてもよく、例えば、伝達関数行列の中に、複数のトランスデューサの各々のため、前記行列内の関連する座標で保存される逆伝達関数と共に保存されてもよい。伝達関数行列の空間分解能は、較正テストポイント間の補間により増大してもよい。

出力触覚知覚は、所定のポイントで最大応答であってもよく、即ち、検出されるタッチ位置に位置づけてもよい。故に、各トランスデューサのための出力信号は、互いに同相であってもよく、それにより、トランスデューサにより生成される全ての変位は、所定のポイントで、最大変位にまで増加する。他のポイントでは、位相キャンセレーションがあってもよいことに留意する。

又は、触覚知覚は、所定のポイントで最小応答であってもよい。故に、各トランスデューサのための出力信号は、テスト位置で供給される変位が合計でゼロになるように（即ち、適当な伝達関数が）選択されてもよい。これは、２つのトランスデューサを用いて、１つの出力信号を他の出力信号に対して反転することにより達成される。

触覚知覚は、第１のポイントで最大になり、第２のポイントで最小になってもよい。又は、触覚知覚は、所定の位置での最小又は最大の間の応答であってもよく、例えば、複数の位置での応答が考慮されるだろう。

触覚知覚は、ボタンクリックの知覚をユーザに提供してもよい。又は、複合的な触覚信号（生成された変位及び／又は加速に関して）が、ユーザに追加的な情報を供給するために生成されてもよい。触覚フィードバック信号は、ユーザのアクション又はジェスチャー等と関連づけられてもよい。代替的に又は追加的に、触覚信号は、ディスプレイのアクション又はジェスチャーに関して、タッチセンシティブ面の応答と関連づけられてもよい。

出力（即ち、搬送波）信号は、単一周波数での正弦波でもよい。又は、搬送波信号は、周波数帯域をカバーする複数の正弦波でもよく、又は、掃引（チャープ）でもよく、又は、ＦＭ変調正弦波、又は、帯域制限のノイズ信号でもよく、又は、その搬送は、帯域制限ノイズで変調されてもよい。

タッチセンシティブなスクリーンは、複数のパルス又はパルスのストリームを有する信号を適用することにより振動してもよい。その振動は、如何なる振動を含んでもよく、屈曲波を含み、より詳しくは、共振屈曲波振動を含んでもよい。振動励振器は、屈曲波振動をスクリーン面に作動させる手段を含んでもよい。振動励振器は、電気機械的なものであってもよい。

励振器は、電気機械的励振器であってもよい。その励振器は、従来技術、例えば、本出願人に帰属し且つ本出願に援用されるＷＯ97/09859,ＷＯ98/34320及びＷＯ99/13684の従来技術から周知である。又は、励振器は、圧電トランスデューサ、磁歪励振器、又は屈曲若しくは（例えば、ＷＯ00/13464で教示の種類の）捩りトランスデューサでもよい。励振器は、分散モードのアクチュエータでもよく、それはＷＯ01/54450において説明され、その内容は本願に援用される。複数の励振器（おそらく異なる種類の）が、共同で作動するよう選択されてもよい。その励振器又は各励振器は、慣性であってもよい。

タッチ面は、屈曲波デバイス、例えば、共振屈曲波デバイスのパネル構造部材でよい。タッチスクリーンは、スピーカであってもよく、そのスピーカの中には、第２の振動励振器が音声出力を生成する振動を励起する。又は、触覚フィードバックを供給するように使用される励振器の１つが、タッチスクリーンをスピーカとして駆動するため、音声信号を供給するように使用されてもよい。例えば、タッチスクリーンは、国際特許出願ＷＯ97/09842において説明される共振屈曲波モードのスピーカでもよく、その内容は本願に援用される。

タッチセンシティブデバイスは、そのデバイス上の適切な位置に固定されるマイクロフォンを組み込んでもよい。又は、タッチ面は、音響エネルギーを受け取る屈曲波振動板として使用されてもよく、その音響エネルギーは、可逆的に、その振動板に接続される適切な振動センサを介して、電気信号に変換される。こうして、タッチ面それ自体がマイクロフォンを形成する。そのマイクロフォンは、振動制御面のため、屈曲波の動作と分析を、性能向上のために利用してもよい。そのマイクロフォンからの電気的出力は、存在するかもしれない音声アーティファクトを補正するように処理されてもよく、その結果、より高い正確さをもたらす。

幾つかのマイクロフォンセンサは、指向性制御を含む更なる処理と連動して動作するため、制御面の下で分布して使用されてもよい。センサは、可逆的でもよく、振動板制御面から音響エネルギーを生成してもよい。センサは、また、触覚フィードバックをユーザに供給するのに有用な振動信号を送ってもよい。代替の既存センサが、マイクロフォン機能を供給するために使用されてもよい。

面上の接触は、本特許出願人に属する国際特許出願ＷＯ01/48684、ＷＯ03/005292、及び／又は、ＷＯ04/053781に説明されるように、検出され、及び／又は、トレースされてもよい。これらの国際特許出願は、本特許出願に援用される。代替的に、他の既知の方法が、そうした接触を受信し、記録し、又は感知するために使用されてもよい。

タッチセンシティブデバイスもまた説明される。

本タッチセンシティブデバイスは、
屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有する、タッチセンシティブディスプレイ部材と、
前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイであって、前記トランスデューサアレイは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出すること（印加タッチから生じる力の検出を含む）と、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため検出されたディスプレイ面の該タッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行うよう構成される、トランスデューサアレイと、
前記トランスデューサアレイの前記少なくとも幾つかのトランスデューサから信号を受信し、前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するため、前記信号を分析するように構成される、信号プロセッサと、
を含む。

トランスデューサアレイは、ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出する（印加されたタッチから生じる力の検出を含み）トランスデューサアレイを含むよう構成され、さらに、ディスプレイ面のタッチングの検出に応答して、ユーザに触覚知覚を生成するため、インパルスをディスプレイ部材に入力するトランスデューサアレイを含むよう構成される。代替的に、本発明の第１の側面の設定として、トランスデューサアレイは、前記トランスデューサ内の少なくとも幾つかのトランスデューサが可逆であるように構成されてもよく、前記物理的タッチングを検出するとともに前記インパルスを入力するよう構成される。

タッチセンシティブデバイスもまた説明される。

本タッチセンシティブデバイスは、
屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有する、タッチセンシティブディスプレイ部材と、
前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイであって、前記トランスデューサアレイは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出すること（印加タッチから生じる力の検出を含む）と、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため検出されたディスプレイ面の該タッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行うよう構成される、トランスデューサアレイと、
前記アレイから信号を受信し、前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するため、前記信号を分析するように構成される信号プロセッサであって、当該信号プロセッサは、高レベルのユーザ出力を提供するため、ニューラルネットワークを有する、信号プロセッサと、
を含む。

タッチセンシティブデバイスを操作する方法もまた説明される。

本タッチセンシティブデバイスの操作方法は、
該タッチセンシティブデバイスは、屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有するタッチセンシティブディスプレイ部材と、前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイと、信号プロセッサとを有し、
前記トランスデューサアレイを構成するステップであって、前記トランスデューサアレイは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出すること（印加タッチから生じる力の検出を含む）と、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため、検出されたディスプレイ面の該タッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行う、ステップと、
前記信号プロセッサを連結するステップであって、前記トランスデューサアレイの前記少なくとも幾つかのトランスデューサから信号を受信する、ステップと、
前記信号プロセッサを構成するステップであって、前記信号プロセッサは、前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するため、前記信号を分析する、ステップと、
を含む。

トランスデューサアレイの中の少なくとも幾つかのトランスデューサは、可逆的に配置され、前記少なくとも幾つかのトランスデューサを、前記物理的タッチを検出し且つ前記インパルスを入力するよう構成する。

タッチセンシティブデバイスを操作する方法もまた提案される。

本タッチセンシティブデバイスの操作方法は、
該タッチセンシティブデバイスは、屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有するタッチセンシティブディスプレイ部材と、前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイと、信号プロセッサとを有し、
前記トランスデューサアレイを構成するステップであって、前記トランスデューサアレイは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出すること（印加タッチから生じる力の検出を含む）と、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため、検出されたディスプレイ面の該タッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行う、ステップと、
前記信号プロセッサを連結するステップであって、前記信号プロセッサは、前記アレイから信号を受信する、ステップと、
前記信号プロセッサを設定するステップであって、前記信号プロセッサは、前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するため、前記信号を分析する、ステップと、
前記信号プロセッサを構成するステップであって、前記信号プロセッサは、高レベルのユーザ出力を供給するため、ニューラルネットワークを含む、ステップと、
を含む。

これらの説明した方法とタッチセンシティブデバイスの各々は、上述した本発明の側面の特徴と共に使用されてよい。

本発明は、更に、プロセッサ制御コードを供給し、上述の方法を実施する。詳しくは、例えば、ディスク、ＣＤ−又はＤＶＤ−ＲＯＭのようなデータキャリア、読み取り専用メモリのようなプログラムメモリ（ファームウェア）、又は、光学的又は電気的信号キャリアのようなデータキャリアで供給されてもよい。本発明の実施形態を実現するコード（及び／又はデータ）は、例えばＣ言語のようなプログラム言語（インタープリタ型又はコンパイル型）のソースコード、オブジェクトコード、または実行可能なコード、アセンブリコード、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）又はＦＰＧＡ（プログラマブルゲート配列）を設定し制御するためのコード、Ｖｅｒｉｌｏｇ(商標)又はＶＨＤＬ（超高速集積回路設計用ハードウェア記述言語）のようなハードウェア記述言語用のコード、を含んでもよい。当業者には明らかなように、そうしたコード及び／又はデータは、互いに連通する複数の接続コンポーネントの間で供給されてもよい。

本発明は、以下の図面において例示の形態で図示される。
図１ａは、タッチセンシティブデバイスの略図である。 図１ｂは、図１ａのデバイスの要素の略ブロック図である。 図１ｃは、図１ａのデバイスの要素の代替的な配置の略ブロック図である。 図２は、図１ａ又は図１ｃのプロセッサにおける処理を示す。 図３は、ＦＥモデルの略図であり、励振器とテストグリッドとを示す。 図４は、慣性（inertial）励振器と接地（grounded）励振器に対するシミレーションの応答を示す。 図５は、（０，０）でＺ方向１Ｎが印加されたときの、全４つの励振器の時間応答を示す。 図６は、（０，０）でＺ方向１Ｎが印加されたときの、全４つの励振器の空間応答を示す。 図７は、図５の時間応答のウェーブレット変換を示す。 図８は、図６の空間応答のウェーブレット変換を示す。 図９は、３つの関連するビン（bin）の逆ウェーブレット変換を示す。 図１０は、ウェーブレットの空間（離散）バージョンを示す。 図１１は、図１ｂ又は図１ｃのプロセッサにおける代替的な処理のフローチャートである。 図１２は、 図１１の簡略化された手順を示すフローチャートである。

［図面の詳細な説明］
図１ａは、タッチセンシティブデバイス１０を示し、そのタッチセンシティブデバイスは、タッチセンシティブスクリーン１２を含み、そのタッチセンシティブスクリーンの上で、スタイラス１８、鉛筆、又は類似の筆記用具がテキスト２０を書くために使用される。代替的に、そのスクリーンは、ユーザの指（図示せず）によって接触されてもよい。そうしたユーザの指による接触は、単純なタップ、又は、スクリーン上の指のスライディング（滑り）、ピンチング（つまみ）又はローテイティング（回転）のようなより複雑なジェスチャーを含んでもよい。スクリーンに接続されるトランスデューサアレイ１５が存在し、そのアレイは、触覚フィードバックを供給するため、前記スクリーン上の物理的タッチングを検出し、インパルスを前記スクリーンに入力するように構成される。

図１ｂで示されるように、アレイは、物理的タッチングを検出するための１つ以上の検知トランスデューサ１５と、インパルスを入力するための１つ以上の力出力トランスデューサ１７とを含むように構成されてもよい。タッチセンシティブスクリーン１２は、スクリーン上で接触の性質を検出する検知トランスデューサ１５（又は各検知トランスデューサ１５）に接続される。その又は各検知トランスデューサは、プロセッサ２６に接続され、そのプロセッサは、その又は各検知トランスデューサから信号を受信し、処理する。プロセッサ２６は、スクリーン上の物理的タッチの位置を判定する。その後、プロセッサは、インパルス生成器２８に、信号を生成するよう命令し、その信号は、その又は各力出力トランスデューサ１７を駆動し、触覚知覚を与えるため、パネルに電圧を加える。

代替的に、図１ｃで示されるように、アレイは、相反トランスデューサを含んでもよく、それらのトランスデューサは、検知機能と力出力機能との両方を実行する。この配置では、アレイは、プロセッサ２６に接続され、それによりプロセッサは、前記アレイから信号を受信し、アレイは、インパルス生成器２８に接続され、それにより前記アレイは、インパルスを前記スクリーンへ入力する。理解されるように、図１ｂと図１ｃの実施形態の組み合わせは、幾つかの又は全てのトランスデューサアレイが相反的（又は可逆的）であることにより想定される。

上述の各実施形態においては、検知トランスデューサは、振動エネルギー、特に屈曲波エネルギーを検知するために使用されてもよい。そうした振動エネルギーの低周波数成分は、タッチ位置を判定するために測定され処理されてもよい。そうした低周波振動は、全身の動き（即ち、スクリーンが一体として動いているピストン型の動き）と幾つかの低次の屈曲波モードとを含む。そうした振動エネルギーの高周波成分は、分散のために、タッチ位置を正確に三角測量するのには有用ではない（即ち、振動スピードは周波数に依存する）。しかし、そうした高周波成分は、タッチについての異なる情報（単なる位置ではなく）を判定するのには有用であるかもしれない。そうした情報は、ジェスチャーのような高レベルのユーザ入力を含んでよい。タッチに関する異なる情報を得るため、周波数スペクトルの異なる部分を使用することにより、プロセッサの負担（即ち、そのアプリケーションソフトウェア）は低減されることがある。

図２は、プロセッサによって受信された信号が、どのように処理されるかを示す。信号は、トランスデューサアレイから入力され（Ｓ１００）、任意的に信号の初期処理が行われてもよい（Ｓ１０２）。この任意的な処理は、例えば振幅、モデルスペクトル、ゼロ交差時間といった情報を取得してもよく、受信データを圧縮するのに使用されてもよい。その後、その（任意的）圧縮データは、測定の組み合わせを使用して圧縮される（Ｓ１０４）。こうした測定には、レベルと周波数を抽出する標準的な工学的測定と、ニューラルネットワークのような、より知覚的な測定とを含んでもよい。

その測定は、２つの種類のデータ、クリスプとファジー（Ｓ１０６とＳ１０８）を判定し出力するために使用され、その２つの種類のデータは、タッチイベントの特徴を関心のあるアプリケーションにレポートする。そうしたクリスプデータは、正確な値を返す。対照的に、ファジーデータは、正確な数値を持たない値を返し、ファジー論理の意味においてファジーであり、そのファジー論理は、曖昧な現象の数学的モデルとして、真実度合いを使用する。故に、クリスプデータは、押しの力、即ち０．６５Ｎと、（１２８，９６）画素という正確な位置とを含むだろう。対照的に、ファジーデータは、押しを、ソフト、ミディアム、又はハードとして、及び、「左上の象限」として特性化するだろう。

クリスプデータは、タッチの力、推測位置、タッチの動きの速度、スクリーンの変位、タッチの期間、タッチの加えられた角度、推測ベクトル、及び、タッチがダブルクリックであるかどうかを含むことができるだろう。ファジーデータは、正確な印加力を判定することはせず、「ソフトな押し」、「ハードな押し」、又は、「優しい押し」、又は、「アグレッシブな押し」といったセットのための確率データセットを含む。これは、より高レベルなマルチタッチ出力（例えば「指が開いている」「指が閉じている」又は「指が回転している」）をカバーするために拡張することができるだろう。

クリスプとファジーデータは、従来のタッチセンシティブデバイスから利用可能な正確な情報をサポートするために使用されることが可能で、例えば、そうしたデバイスは、国際特許出願ＷＯ01/48684,ＷＯ03/005292、及び／又は、ＷＯ04/053781において説明される。

ファジーデータ出力は、デバイスの操作をコントロールするため、ファジーロジックステートメントを作成するように使用することもできるだろう。これは、より緊密な関係、より高品質なフィードバック作用及び結果を考慮するため、ユーザにデータ豊富なインターフェースを供給してもよい。故に、ユーザは、デバイスに必要とされる電子的制御のより正確な制御と、全体によりパワフルな経験をもたらしてもよい。例示のステートメントは：

である。

従来のシステムでは、コードはより複雑で、例えば：

であろう。

ニューラルネットワークは、ファジー出力のデータによく適合し、例えば、図１ｃに示すように（しかし図１ｂにも含まれてよい）プロセッサに組み込まれてもよい。ニューラルネットワークは、振動エネルギーの複雑な波形分析の必要性を回避する。しかし、ニューラルネットワークは、ユーザがトレーニングアクションの所定のシーケンス（例えば、スローな押し、左から右への早いドロー、ハードなタップ、ダブルクリック）を入力することにより、トレーニングされる必要があるだろう。これらのトレーニングアクションは、ニューラルネットワークがこれらのアクションを認識するようになることを可能にする。トレーニングは、理想的には、各デバイスで（例えば、代表的なハードウェアで）なされるべきであるが、デバイスの少ない数のサンプルで較正し、学習データを全デバイスに転送しても充分かもしれない。

提案されるシステムの利点には、単純化されるソフトウェアを含む。例えば、周波数域を上述のように分割することによって単純化する。システム内の相反トランスデューサの使用は、触覚ハードウェアを再使用し、幾つかのタッチ検知を、分離した又は他のタッチセンサなしで可能にする。これは、現存のインフラを再使用できるので、デバイスの大きさを減少させることになる。

先読み機能は、テクスチャーとジェスチャーのために含まれてもよく、特に、システムの待ち時間が問題となるところで含まれてもよい。この先読み機能は、プロセッサに、特定のイベントのため、（ｘ、ｙ）ストリームを分析するようアラートしてもよい。故に、プロセッサは、待ち時間の心配をすることなく、力出力トランスデューサのため、より正確な予測を信号生成器に供給するための時間を有する。
［ＦＥＡを使用した予備実験テストベッド］
８．９インチ対角線のパネルを備えた携帯用デバイスのＦＥモデルを開発した。そのモデルは、類似の実在の物を左右対称に単純化したものである。４つの励振器３６が、パネルの各コーナーに１つ取り付けられる。図３には、可能なタッチ位置の２０ｍｍのグリッド３４を有するモデル示される。そのグリッド３４は、（ｘ、ｙ）において、左下の（−１、−１）から右上の（１，１）まで番号付けられている（ｘは左から右へ動く）。グリッドには５つのタッチ位置が示される。第１位置３０ａは（０，０）にあり、第２位置３０ｂは（０，１）に、第３位置３０ｃは（１，０）に、第４は（１，１）に、最後の位置３２は（−１、−１）にある。

任意の目標位置にタッチすることは、電気信号を励振器において生成させる。以下で説明し、図１１で示されるように、これらの信号は、処理され、シグネチャを与えるため、ウェーブレット変換によって「データ低減」される。

図１１を参照すると、ステップＳ３００では、力単位１ＮがＸ，Ｙ，及びＺの方向に（０，０）で加えられ、そして、４つの励振器３６の各々に対応する伝達関数がシミレーションされた。法線方向（Ｚ）励振による応答は、接線方向（Ｘ，Ｙ）励振による応答よりも、顕著に（２０−３０ｄＢ）強かった。従って、如何なる受信信号も、法線方向の力に比例した応答によって左右されるだろう。

図４は、４つの励振器への一般的な伝達関数を示す（ステップＳ３０２）。グラフから理解されるように、低周波数で慣性励振器を使用することにより、有利な点が存在する（高周波数でのレベル差を無視する。これはそのトレースを人為的に分離するために導入された）。
［信号分析］
周波数領域の信号の分析は、トレースのセット間で差を示したが、シグネチャとして作用するように単純なものはない。図５は、１Ｎが（０，０）でパネルに対して垂直に加えられたときの、第１の４つの励振器の各々の時間応答を示す。時間領域への変換（ステップＳ３０４）は、その時間領域は、信号が実生活で集められる領域であり、すぐには何も示さないが、我々はそのどこかに埋め込まれた推移時間の差が存在すべきであることを知る。

分散の影響を除去するため、ｋ空間からｘ空間へのフーリエ変換は、１Ｎが（０，０）でパネルに対して垂直に加えられたときの、第１の４つの励振器の各々の空間応答を供給するように使用された（ステップＳ３０６）。その結果は、図６に示されるように、この段階では特に明らかではない。

時間領域（図５）と空間領域（図６）表示との間の差は、それらがウェーブレット変換を通ったときに明らかになる（ステップＳ３０８）。ウェーブレット変換は、既知の数学的技術であって、任意の数の異なる「基底関数（basis functions）」を用いることができる。例で使用されたセットは、周知の「ドビュッシーウェーブレット（Daubechies wavelet）」であった。大雑把にいうと、ウェーブレット変換は、周波数だけではなく、時間も符号化するという点で、フーリエ変換と異なる。ウェーブレットは、位置と速度の情報の両方を同時に隔離し、フーリエシステムが一度に１つだけを隔離するのと対照的である。もし、図５の時間応答のウェーブレット変換を示す図７と、図６の空間応答のウェーブレット変換を示す図８とを比較すると、各ケースでデータは比較的少数の係数に制限されているが、その制限は、後者にはずっと強い。故に、ウェーブレット変換は、信号の中のどこで変動が発生したかを特定する。

空間応答のウェーブレット変換を検査すると、信号毎に３つの係数だけがそのデータの大半を制限するのに必要であり、この１２の値のセットがシグネチャを形成することができることが分かる（ステップＳ３１０）。
［シグネチャテスト］
シグネチャは、４つのテスト位置、（０，０）、（０，１）、（１，０）及び（１，１）の各々に対して集められた（ステップ３１４と前のステップを通るループ）。シグネチャは、互いに関連し、如何に強く分離が達成され得るかを示す（ステップＳ３１６）。追加的なテストポイント３２、（−１，−１）、は、また、他の４つのどれに対しても一致がないことをチェックするために使用される。

以下の表で示されるように、本処理は、時間領域データで作動するが、同様ではない。データがより拡散すると、おおよそ２倍の数の値が信頼できる結果を得るためには必要であることが判明した（ステップＳ３１２）。

［処理の単純化］
たった３つのデータ値のために、２つのフーリエ変換と１つのウェーブレット変換を必要とすることは、過剰に思われるだろう。単純化があるだろうか？その単純化方法が、図１２に例示される。関連するデータは、図１１のステップＳ３１０／Ｓ３１２で集められたものである。

関連するデータを作り出す３つのウェーブレットから逆に操作しよう（ステップＳ４００）。各ウェーブレットは、たった４つの非ゼロ値を有し、各々は、単に他の変更されたバージョンである（図９）。これらのウェーブレットは、我々のアプリケーションでは、空間的である。それらは、互いに直交する（Ｗ［ｉ］とＷ［ｊ］とのドット積は、もしｉ＝ｊであれば１で、それ以外は０である）。フーリエ変換技術を用いると、我々は、波形を時間領域等価に変換することができる（ステップＳ４０２）（図１０）。これらは、もはや直交しないが、我々はこれらを何らかの方法で使用するだろう。各ウェーブレットの成分値は、ウェーブレットと信号のドット積を取ることにより得られる（ステップＳ４０４）。この方法を用いると、我々は再びチャネルごとにたった３つの値を得るが、如何なる変換（実時間）をも用いず、我々は１２値シグネチャを生成することができる（Ｓ４０６）。ステップはテスト位置ごとに反復され、シグネチャは前述同様に相関される（Ｓ４０８）。

［結論］
我々は、位置情報を検出するため、表面音、サウンドビュー（SoundVu）、又は、タッチ音システムで、励振器のセットによる信号検出を使用する実現可能性を考察した。分散補正とウェーブレット変換との組み合わせは、特徴的シグネチャを生成するために必要なデータ量を、最低限度に低減する。そのデータ低減は劇的であり、各ステップを単独で達成することは必ずしも必要でない。そのシステムが如何にロバストであるかは、まだ知られていない。クリーンで明瞭なタップでは（ＡＰＲベースのシステムのような）、非常に良好に動作することは明らかだろうが、実時間データで動作するかはまだ知られていない。

これらのプロセスはリニアであり、従って、Ｘ，Ｙ及びＺ情報を保存する。例えば、１２−値シグネチャをニューラルネットワークの中に供給することは、瞬間的な位置と力の情報を推測することを可能にするだろう。追加的に過去の情報をそのネットワークに供給することにより、変化率の推測がなされてもよい。従って、システムに、Ｘ，Ｙ位置だけでなく、タッチ／タップ分離やジェスチャーといったより高レベルな構成を認識させるようトレーニングするため、「自己較正」と共にシグネチャは、使用されることができるだろう。

多数の他の効果的な代替が当業者には思い付くだろうことは明らかだろう。本発明は、説明された実施形態に限定されず、本願に付属の特許請求の範囲の精神と適用範囲内において、当業者に明らかな変更を含んでいることは理解されよう。

Claims (19)

1. タッチセンシティブデバイスであって、
   屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有する、タッチセンシティブディスプレイ部材と、
   前記ディスプレイ部材と接続するトランスデューサアレイであって、当該トランスデューサアレイは、少なくとも幾つかのトランスデューサを有し、それらのトランスデューサは、前記ユーザによる入力面の物理的タッチングを検出することと、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため、前記ディスプレイ面の検出されたタッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力することとの両方を行う、トランスデューサアレイと、
   前記トランスデューサアレイの少なくとも幾つかのトランスデューサから信号を受信するように配置された信号プロセッサであって、分散補正とウェーブレット変換との組み合わせを用いて前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するように前記信号を分析するように適応される、信号プロセッサと、
   を含む、タッチセンシティブデバイス。
2. 前記信号プロセッサは、高レベルユーザ入力を供給するため前記信号を分析するように適応されるニューラルネットワークを含む、請求項１に記載のタッチセンシティブデバイス。
3. 前記トランスデューサアレイは、検出されたタッチ位置に触覚知覚を位置づけるインパルスを入力する、請求項１又は２に記載のタッチセンシティブデバイス。
4. 前記トランスデューサアレイのうち少なくとも幾つかのトランスデューサは、入力面たわみ、入力面速度、印加圧力、印加力、印加タッチ角度、及び任意のタッチの期間を含むグループのうち何れかを検出するように構成される、前記請求項１乃至３の何れか１つに記載のタッチセンシティブデバイス。
5. 前記信号プロセッサは、複数のトランスデューサの内の各々で入力信号の伝達関数を測定するため、前記受信信号を処理し、各測定された伝達関数から逆伝達関数を推測し、そして、タッチ位置を判定するため、適当な逆伝達関数を使用して出力信号を生成する、前記請求項１乃至４の何れか１つに記載のタッチセンシティブデバイス。
6. 前記ディスプレイ部材は、電子ディスプレイスクリーンを含む、前記請求項１乃至５の何れか１つに記載のタッチセンシティブデバイス。
7. タッチセンシティブデバイスの操作方法であって、
   該タッチセンシティブデバイスは、屈曲波振動を支持することができ、かつ、ユーザが利用可能なディスプレイ面を有するタッチセンシティブディスプレイ部材と、前記ディスプレイ部材に結合するトランスデューサアレイと、信号プロセッサとを有し、
   前記操作方法は、
   少なくとも幾つかのトランスデューサを用いてユーザによるユーザがアクセス可能なディスプレイ面の物理的タッチングを検出し、前記ユーザへ触覚知覚を生成するため、前記ディスプレイ面の検出されたタッチングに応じて、インパルスを前記ディスプレイ部材に入力するステップ、及び、
   前記信号プロセッサによって、前記トランスデューサアレイの少なくとも幾つかのトランスデューサから信号を受信し、且つ分散補正とウェーブレット変換との組み合わせを用いて前記ディスプレイ面上の物理的タッチングの位置を判定するように前記信号を分析するステップ、
   を含む、タッチセンシティブデバイスの操作方法。
8. 高レベルユーザ入力を供給するようにニューラルネットワークを用いて前記信号を分析するような信号プロセッサを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記触覚知覚を前記検出されたタッチ位置へ位置づけるインパルスを入力するようなトランスデューサアレイを含む、請求項７又は８に記載の方法。
10. 入力面たわみ、入力面速度、印加圧力、印加力、印加タッチ角度、及び任意のタッチの期間を含むグループのうち何れかを検出するようなトランスデューサアレイのうち少なくとも幾つかのトランスデューサを含む、請求項７乃至９の何れか１つに記載の方法。
11. 複数のトランスデューサの内の各々で入力信号の伝達関数を測定するため、前記受信信号を処理し、各測定された伝達関数から逆伝達関数を推測し、そして、タッチ位置を判定するため、適当な逆伝達関数を使用して出力信号を生成するようなプロセッサを含む、請求項７乃至１０の何れか１つに記載の方法。
12. 前記ディスプレイ部材は、電子ディスプレイスクリーンを含む、請求項７乃至１１の何れか１つに記載の方法。
13. 組み合わされたデータ分析の効率性向上は、前記プロセッサのサイズが減少すること、及び／又は、前記プロセッサの計算速度が増加することを可能にする、請求項７に記載の方法。
14. ＸＹＺ情報を保存するため、前記検出された信号を処理する、請求項１３に記載の方法。
15. タッチ平面でなされるスイープやピンチといったジェスチャーを特定するため、データを抽出するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. ウェーブレットと分散補正された感知コンポーネントの組み合わせ計算において、より高次の項を廃棄するため、データを処理するステップを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 瞬間的な位置と力の情報を推測することを可能にするため、結果として生じる１２−値のシグネチャをニューラルネットワークの中に供給するステップを含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 過去の位置情報と現在の位置情報との変化率の推測を可能にするため、過去の情報を前記ニューラルネットワークに供給するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記タッチセンシティブデバイスをトレーニングし、タッチ／タップ分離やジェスチャーといったより高レベルな構成を認識させるため、自己較正と共に、結果的に生じるシグネチャを処理するステップを含む、請求項１７に記載の方法。

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