対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置および方法
対象物（１４）の変形可能なタッチ面（１８）上で局地的に変形する接触位置を特定する本位置特定装置（１０）は、少なくとも１つの発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）および受信トランスデューサ（Ｒ１、Ｒ２）を有し、それぞれを対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信し、捕捉するように設計する。本装置はさらに、発信トランスデューサおよび受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）に接続する中央電子装置（１２）を有し、この中央電子装置（１２）を、局地的に変形する接触があることにより、タッチ面に発信される波の伝搬によって生じるタッチ面（１８）の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定するようにプログラムする（２６、２８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置に関する。本発明はまた、この装置によって実施する方法にも係る。
【背景技術】
【０００２】
タッチ面を備える多くの対象物のなかでも特に、携帯電話またはその他の携帯情報端末装置が知られている。これらの対象物のタッチインターフェースは一般に、平面かつ長方形のパネルであり、ユーザはスタイラスまたは指を用いてこのパネルと相互作用することができる。しかし、本発明はより一般に、平面や外周が必ずしも長方形でなくてもよい変形可能なタッチ面を備えるあらゆるタイプの対象物に適用されることがわかるであろう。したがって本発明は、有利には、タッチ操作が可能で直観的に理解できるマンマシンインターフェースを有する通信対象物であって、特に、限定数の固定点で剛性支持体に固定する、３次元に変形可能な外殻を備えるロボットに適用される。
【０００３】
「変形可能な」タッチ面または外殻とは、２次元または３次元の表面のことであり、この表面が静的外力、またはタッチ接触、接触力、機械的パルスあるいは衝撃などの動的外力を受けた際に、材料に静的および動的な弾性という意味で形状を変化させることができ、機械的弾性波のなかでも特にパルスによって加振した場合に共振振動を生じることができ、肉眼では感知することができないサブミリメートル単位でも湾曲して変形するような表面である。プラスチック製、ガラス製または金属製の外殻が適当である。
【０００４】
周知のタッチ面を備える対象物はいずれも、１つまたは複数の検出技術を用いてタッチ接触または衝撃の位置を特定する位置特定装置を有する。生産コスト削減および外形寸法の縮小に向けて、限定数のセンサを使用する最も簡易な技術のみを採用する傾向が強い。したがって本発明は、さらに正確には、タッチ面に起こる機械的弾性波の伝搬を、特に圧電トランスデューサタイプの検出器を用いて検出する技術を使用する位置特定装置に関する。
【０００５】
仏国特許公報第２７２５５１３号、第２７８７６０８号および第２８１１１０７号には、第１の解決策が開示されている。この解決策は、ウェーブパケットを複数の圧電センサに対して送信する時間差を測定すること、および事前に作成した数学式を用いてウェーブパケットの発信源の位置を決定論的に計算することに基づくものである。このウェーブパケットは、さらに正確には、タッチ面と接触する音源から発信される。したがって一般に、指またはスタイラスはパルスを発信するものであるため、指またはスタイラスによる衝撃の位置を特定することができる。しかし、この技術では、衝撃を受けたのちの接触の持続またはタッチ面上の音響源の変位を検出することはできない。ただし、音源がウェーブパケットを規則的に発信するようにすれば別である。この場合、ウェーブパケットを繰り返し発信するスタイラスを使用する適用例に限定される。さらに、この技術は、等方性平板の形状をしたタッチ面によく適合するが、事前に作成した数学式によって音源の位置を決定論的に計算できない３次元の外殻にはどのようなものでも適合しにくい。また、この技術では静的外力またはタッチ接触力（撫でる、粗野な相互作用など）を検出することはできない。
【０００６】
仏国特許公報第２８４１０２２号には、第２の解決策が開示されている。この解決策は、衝撃の位置を学習により認識することに基づくものである。これを実施する方法では、対象物のタッチ面に起きた衝撃によって発生する音波の検出をもとに測定した少なくとも１つの音響信号と、「サイン集合（ｅｎｓｅｍｂｌｅ ｄｅ ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ）」という基準集合との間に生じる相関関係を用いる。この集合は事前に登録したパルスの音響応答で構成され、この応答はそれぞれ、この位置に衝撃が加わったときにある機能と関連付けて認識するように事前に設定した位置に対応している。ここでも同じく衝撃の位置を特定することはできるが、衝撃を受けたのちの接触の持続性、タッチ面上の指またはスタイラスの変位、静的外力またはタッチ接触力を特定することはできない。その代わりにこの解決策は、複雑な形であってもどのような３次元の外殻にも適合する。
【０００７】
静的なものでも動きを伴うものでも、任意のタッチ接触、特にタッチ接触の持続性をより効果的に測定できるようにするためのもう１つの解決策が、このタッチ接触とは関係なくタッチ面に規則的に発信される機械的弾性波の伝搬に対してタッチ接触が起こす乱れを測定することである。
【０００８】
本発明は、このタイプの解決策に関するものである。したがって本発明は、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置であって、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信するように設計する少なくとも１つの発信トランスデューサと、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を捕捉するように設計する少なくとも１つの受信トランスデューサと、
− 発信トランスデューサおよび受信トランスデューサに接続し、受信トランスデューサが捕捉する信号を解析し、そこからタッチ接触の有無を差し引くようにプログラムする中央電子装置と
を有する位置特定装置に適用される。
【０００９】
このような装置が、国際特許公報第２００８／１４２３４５号に記載されている。さらに正確にはこの装置により、対象物の固有振動数に一致する複数の周波数成分を持つ波を伝搬させることで、タッチ接触の位置を確実に特定することが可能になる。この波がある一定時間タッチ面を伝搬することにより、さまざまな波長の振動パターン、とりわけ湾曲モードの共振図を作成することができる。この図は、対象物のタッチ面の平面で起きる振動モードの共振図よりも強く乱れているのが特徴であり、その結果、タッチ面と接触する指によって生じる減衰または吸収は、タッチ面が厚い場合でも、固有モードから他のモードへ、接触位置から他の位置への変化を測定できる程度でさまざまに変化する。したがって、対象物の表面に対して十分な数の共振図を作成すれば、学習方法によりタッチ接触の位置特定が可能になる。
【００１０】
この方法には、限定数の発信トランスデューサおよび／または受信トランスデューサしか必要としないという利点があり、この方法によって、１秒あたり十数カ所の位置特定を達成することができる測定レートで、どのような形の３次元の外殻に対しても動作させることができる。しかしながら、効率的に動作させるため、この装置は、減衰が検出可能となるように、タッチ面との接触面積が十分に広いタッチ接触である必要がある。したがって、スタイラスの先による接触などほぼ点状のタッチ接触の検出にはほとんど適合しない。このほかこの方法は、薄い外殻によく適合するが、厚い外殻にはほとんど適合しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】仏国特許公報第２７２５５１３号
【特許文献２】仏国特許第２７８７６０８号
【特許文献３】仏国特許第２８１１１０７号
【特許文献４】国際特許公報第２００８／１４２３４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置を備え、前述の課題および制約の少なくとも一部を緩和できるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
よって本発明は、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置であって、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信するように設計する少なくとも１つの発信トランスデューサと、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を捕捉するように設計する少なくとも１つの受信トランスデューサと、
− 発信トランスデューサおよび受信トランスデューサに接続する中央電子装置と
を有する位置特定装置において、
中央電子装置を、
− 局地的に変形する接触があることにより、タッチ面に発信される波の伝搬によって生じるこのタッチ面の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、
− この周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定する
ようにプログラムする位置特定装置を目的とする。
【００１４】
本発明では、国際特許公報第２００８／１４２３４５号で推奨されているような機械的弾性波の伝搬を利用する従来の試行とは異なる試行を実施する。実際、本発明は、タッチ接触により生じる固有振動モードの減衰に基づくものではなく、この接触の有無に起因するこれらの固有モードの周波数シフトの測定に基づくものである。ギターの弦の固有共振周波数がこの弦を押さえる接触位置に応じて増加する現象を２次元または３次元に拡大することにより、長いタッチ接触または長い衝撃タイプの接触が、共振面を十分に阻止するかぎり、タッチ面の固有振動周波数を増加させることがわかる。実際に、対象物のタッチ面の１つまたは複数の固有振動モードの周波数シフトは、接触位置によって判別できることがわかる。また、この周波数シフトは、対象物のタッチ面が変形可能であるために接触力に対して感度が高く、例えば撫でるような接触と過度の押圧による粗野な接触とを区別することができることもわかる。スタイラスの先によるタッチ接触のように接触がほぼ点状である場合も感知可能である。
【００１５】
選択的に、本発明による装置は、対象物に対して変形可能なタッチ面の剛性固定領域を複数有することができ、これらの領域はタッチ面の共振振動の節を形成し、発信トランスデューサおよび受信トランスデューサはこれらの領域に設置することができる。
【００１６】
同じく選択的に、本発明による装置は、発信トランスデューサと受信トランスデューサの組を少なくとも１組有することができ、同じ組のトランスデューサはそれぞれ、変形可能なタッチ面でこの同じ組のもう一方のトランスデューサと対面する直径方向の領域に設置することができる。
【００１７】
同じく選択的に、本発明による装置は、発信トランスデューサと受信トランスデューサの組を複数組有することができ、各組を変形可能なタッチ面の特徴軸、とりわけタッチ面の対称軸の両端に配置する。
【００１８】
同じく選択的に、発信トランスデューサは機械的弾性波を直線的に発信させ、指向性を示すグラフが同じ組のもう一方のトランスデューサの方向に対して最大強度を示すような向きにする。
【００１９】
同じく選択的に、各トランスデューサを、機械的弾性波を一様に発信または受信するように設計し、検出する接触を事前に推測したおおよその位置に応じて、同じ組の２つのトランスデューサの一方を発信トランスデューサとして選択するように、中央電子装置をプログラムする。
【００２０】
同じく選択的に、両トランスデューサを、剛性フレーム上にある変形可能なタッチ面の固定補強材と一体化させ、振動が発信トランスデューサから生じるときは変形可能なタッチ面に伝達し、変形可能なタッチ面から生じるときは受信トランスデューサに伝達するようにしてこの振動を補強材に発生させる。
【００２１】
同じく選択的に、中央電子装置をさらに、局地的に変形する接触の有無に起因する周波数シフトの検出に応答して、検出した周波数シフトと関係のある音響周波数の振動音響波およびタッチ面に発信された他の機械的弾性波をわずかに上回る振幅を生じる確認用の電気信号を用いて、少なくとも１つの発信トランスデューサを加振し、接触位置を特定するようにプログラムする。
【００２２】
本発明は、変形可能なタッチ面を有する外殻および上に定義したような装置を有する通信対象物であって、外殻の変形可能なタッチ面は、特定の変形性、とりわけ非対称の単安定性または双安定性を有する局地的に区切って機能化した少なくとも１つの領域を有する対象物も目的とする。
【００２３】
本発明はまた、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する方法であって、
− 対象物のタッチ面で、対象物からの少なくとも１つの発信点からくる機械的弾性波の伝搬によって局地的に変形する接触を監視し、対象物の少なくとも１つの受信点で前記機械的弾性波を検出して少なくとも１つの捕捉信号を得るステップと、
− 対象物のタッチ面で局地的に変形する接触位置を、捕捉信号の特性に応じて特定する位置特定ステップと
を含む方法において、
位置特定ステップは、局地的に変形する接触の有無に起因し、タッチ面に発信される波の伝搬によって生じるこのタッチ面の少なくとも１つの固有共振振動モードの周波数シフトの解析を含む方法も目的とする。
【００２４】
選択的に、監視ステップは、所定の周波数範囲内で周波数を走査するパルスの機械的弾性波を発信し、この周波数は、接触のないタッチ面の共振振動の少なくとも１つの基本固有周波数とこの周波数の２倍の周波数とを含む。
【００２５】
本発明は、添付の図を参照しながら例のみを目的として挙げた以下の説明文を読めばよりよく理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態による、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置の正面概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置の部分的な正面概略図である。
【図３Ａ】図２に示すタッチ面で局地的に区切って機能化した非対称の双安定性領域の概略的断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの非対称の双安定性領域に対応する変形および力と変位の曲線を示す概略図およびグラフである。
【図３Ｃ】図３Ａの非対称の双安定性領域に対応する変形および力と変位の曲線を示す概略図およびグラフである。
【図４】３つの実施変形例による図２に示すタッチ面の概略図および断面図である。
【図５】３つの実施変形例による図２に示すタッチ面の概略図および断面図である。
【図６】３つの実施変形例による図２に示すタッチ面の概略図および断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する方法の一連のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示す、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置１０は、中央電子装置１２および例えば相互作用するタブレットタイプの対象物１４を有する。
【００２８】
相互作用するタブレット１４は、フレーム１６およびこのフレームの周縁の少なくとも一部で支持するタッチ面１８を有する。タッチ面１８は、例えば金属、ガラスまたはプラスチック製の薄型長方形のプレート形状であり、このプレートの厚み内に機械的弾性波を発信すると振動する。このプレートは、前述したように、機械的弾性波のなかでも特にパルスによって加振すると共振振動が生じ、例えばガラスの場合は肉眼では感知することができないサブミリメートル単位でも湾曲して変形するという意味において変形可能であると考える。
【００２９】
図１に示す例では、４つの圧電トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１およびＲ２がタッチプレート１８の内面、すなわちタッチ接触できないフレーム１６の内側を向いている面に固定する。これらの圧電トランスデューサは特に、導電性エポキシ接着剤またはシアノアクリレート系接着剤を用いてプレート１８に接着させることができる。また、剛性支持体に点状に固定する手段でタッチプレート１８に一体化させることもできる。
【００３０】
これらの圧電トランスデューサは、例えばＰＺＴ系強誘電体セラミックス製のトランスデューサである。これらの圧電トランスデューサは、
− 例えば非対称のラム波のような機械的弾性波（すなわち、広意義での音波）を湾曲モードで発信し、タッチプレート１８に伝搬させることができる２つの発信トランスデューサＥ１およびＥ２と、
− タッチプレート１８を湾曲モードで伝搬する機械的弾性波を捕捉することができる２つの受信トランスデューサＲ１およびＲ２とを有する。
【００３１】
この４つのトランスデューサはさらに、発信と受信からなる２組に分かれている。第１の発信／受信の組を、タッチプレート１８の第１の特徴軸Ｄ１の両端部に配置するトランスデューサＥ１およびＲ１で構成する。この軸Ｄ１は、タッチプレート１８の対称軸である。さらに正確にはこの軸は、長手方向の中央軸である。第２の発信／受信の組は、軸Ｄ１に直角なタッチプレート１８の第２の特徴軸Ｄ２の両端部に配置するトランスデューサＥ２およびＲ２で構成する。この軸Ｄ２は、タッチプレート１８のもう１つの対称軸である。さらに正確にはこの軸は、横断方向の中央軸である。
【００３２】
本発明の好適な実施形態では、軸Ｄ１の両端部は、変形可能なタッチプレート１８を対象物１４の剛性支持体に剛性固定する領域でもある。さらに、発信トランスデューサＥ１は、機械的弾性波を直線的に発信する。さらに正確には、この発信トランスデューサの形状および向きは、指向性を示すグラフが軸Ｄ１の方向、つまり受信トランスデューサＲ１の方向に対して最大強度を示すように設定したものである。したがって、パルス波が発信トランスデューサＥ１から軸Ｄ１の方向に発信されると、このパルス波はタッチプレート１８に少なくとも１つの基本固有周波数を持つ共振振動を起こす。この基本固有周波数は、プレートに接触がないときのプレートの長さと関係があり、剛性固定領域、つまりトランスデューサＥ１およびＲ１を配置する領域は、タッチプレート１８のどの固有周波数にもこのＤ１の方向に共振振動の節を形成することがわかる。
【００３３】
同じように、軸Ｄ２の両端部は、変形可能なタッチプレート１８を対象物１４の剛性支持体に剛性固定する領域でもある。さらに、発信トランスデューサＥ２は、機械的弾性波を直線的に発信し、その形状および向きは、指向性を示すグラフが軸Ｄ２の方向、つまり受信トランスデューサＲ２の方向に対して最大強度を示すように設定したものである。したがって、パルス波が発信トランスデューサＥ２から軸Ｄ２の方向に発信されると、このパルス波はタッチプレート１８に、少なくとも１つの基本固有周波数を持つ共振振動を起こす。この基本固有周波数は、接触がないときのプレートの幅と関係があり、剛性固定領域、つまりトランスデューサＥ２およびＲ２を配置する領域は、タッチプレート１８のどの固有周波数にもこのＤ２の方向に共振振動の節を形成することがわかる。
【００３４】
トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１およびＲ２は、有線または無線の少なくとも１つの連結２０によって中央電子装置１２に接続している。この中央電子装置１２を、
− 局地的に変形する接触の有無に起因し、このタッチ面に発信する波の伝搬によって生じるタッチ面の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、
− この周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定する
ようにプログラムする。
【００３５】
トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１およびＲ２との接続２０は特に、オーディオタイプの同軸ケーブルまたはこれ以外のあらゆるシールド接続で構成することができる。
【００３６】
さらに正確には、中央電子装置１２は、パルスの機械的弾性波を発信トランスデューサＥ１からＤ１の方向へ発信することを命令するようにプログラムした発信器２２を有し、これらの波が複数の固有モード（すなわち１つの基本モードおよび複数の調和モード）に沿って、タッチプレート１８の湾曲の共振振動を生じるようにする。中央電子装置はさらに、タッチ面の共振振動の特性信号をトランスデューサＲ１から捕捉するようにプログラムした受信器２４を有し、捕捉したこの信号スペクトルは、方向Ｄ１に対するプレートの固有モードの周波数に振幅ピークを有する。よって中央電子装置１２の受信器２４を、とりわけ迅速なフーリエ変換の計算によって、捕捉した信号の周波数のピークを検出するようにプログラムしたスペクトラル解析モジュール２６に接続する。タッチプレート１８への接触がない場合、検出した固有モードがタッチプレートの長さの特徴となる。タッチプレート１８への接触がある場合、軸Ｄ１をタッチプレートと関係のある目印の横座標軸と考えれば、検出した固有モードは、接触がない場合に検出可能な固有モードに対してシフトし、このシフトが接触の横座標ｘの特徴となる。
【００３７】
この現象をさらによく理解するため、ギターの弦の振動で一次元の同じ現象を再現することができる。ギターの弦を両端部で固定して張り、はじいて加振させると、共振箱の開口に対面して振動する弦の部分には、弦の全長のどこが押さえられてどこが押さえられていないかによってさまざまに異なる共振音周波数が発生する。換言すれば、スタイラスまたは指を用いて変形可能なタッチプレート１８上で局地的に変形する接触を加えることは、固定点を新たに挿入し、変形可能なタッチプレート１８の局地的、全体的または部分的な阻止の位置および性質に応じて有意な共振周波数シフトを生じさせることとほぼ同じであると考えることができる。
【００３８】
同じように、発信器２２は、パルスの機械的弾性波を発信トランスデューサＥ２から方向Ｄ２へ発信することを命令するようにプログラムし、これらの波が、複数の固有モード（すなわち、１つの基本モードおよび複数の調和モード）に従ってタッチプレート１８の湾曲の共振振動を生じるようにする。受信器２４をさらに、タッチプレートの共振振動の特性信号をトランスデューサＲ２から捕捉するようにプログラムし、捕捉したこの信号のスペクトルが、方向Ｄ１に対するプレートの固有モードの周波数に振幅のピークを有するようにする。タッチプレート１８への接触がない場合、検出した固有モードはタッチプレートの幅の特徴となる。したがって、タッチプレート１８への接触がある場合、軸Ｄ２をタッチプレートに関連する目印の横座標軸と考えれば、検出した固有モードは、接触がない場合に検出可能な固有モードに対してシフトし、このシフトは接触の縦座標ｙの特徴となる。
【００３９】
このほか、２つの受信トランスデューサＲ１およびＲ２は、２つのアナログ−デジタル変換器に接続することができ、このアナログ−デジタル変換器自体は受信器２４または受信器の構成部品に接続する。ＡＤ変換器および受信器２４は、捕捉した信号を少なくとも８ビット、好ましくは１０ビット、さらには１２ビット以上で、少なくとも２００ｋＨｚのレートでサンプリングすることができる。
【００４０】
接触の横座標ｘおよび縦座標ｙの値を推定するため、中央電子装置１２は解析モジュール２８を有し、このモジュールは、検出した固有モードを対象とする方向の接触のない基準固有モードと比較し、そこからこれらの検出した固有モードのそれぞれのシフトを差し引いたのち、これらのシフトに応じて接触位置を推定するようにプログラムする。この推定は、例えば補間法からの減算式など、事前に作成しメモリ３０に格納した数学式を用いて実施するか、所定の位置の集合に対して事前に測定し、基準ベクトルまたは周波数シフトと接触点との対応表の形でメモリ３０に格納したシフトを比較することによって実施する。ギターの弦の振動を用いた一次元での同じ現象によって、受信トランスデューサを対象とする方向（トランスデューサＲ１には軸Ｄ１の方向、トランスデューサＲ２には軸Ｄ２の方向）へ近づけるほど、基本モードおよび調和モードの周波数は高くなることが実際にわかる。
【００４１】
２つの軸Ｄ１およびＤ２に沿って基本周波数および場合によっては調和周波数のシフトを同時に把握することにより、接触位置（ｘ、ｙ）を突き止めることができる。発信トランスデューサＥ１およびＥ２を軸Ｄ１およびＤ２に沿って交互に加振し、２つの方向の固有周波数同士の混合を抑えることが有利である。これに対して受信トランスデューサＲ１およびＲ２は、軸Ｄ１および軸Ｄ２に沿って常に信号を捕捉することができる。
【００４２】
したがって、タッチプレート１８上の各接触に対し、指またはスタイラス３２を用いることによりこの接触の位置（ｘ、ｙ）が得られ、この接触点を例えば画面（図示せず）に表示することができる。広義には、波は発信トランスデューサＥ１およびＥ２から規則的に発信することができるため、タッチプレート１８上で連続した接触を検出することができる。この接触は動的曲線を描く軌跡３４を形成し、曲線はこの軌跡の補間によって得られるため、画面上に表示することができる。
【００４３】
図１に示す実施形態によれば、タッチプレート１８は相互作用するタブレットタイプの対象物１６に搭載し、この対象物自体は対象物１６の外部にある中央電子装置１２に接続する。考えられるもう１つの実施形態によれば、タッチプレート１８はガラス製で透明にし、携帯電話やその他の携帯情報端末装置などの中央電子装置１２を含む携帯型電子装置に組み込むことができる。この場合、タッチプレートは、検出した軌跡３４の補間によって得られる動的曲線の表示画面としても機能することができる。
【００４４】
図１に示すような薄く平らで長方形のタッチプレートを用いる簡易な適用例では、２つの主な方向（長さおよび幅）それぞれに対して単一の基本固有モードの周波数シフトを推定することで、十分に接触位置（ｘ、ｙ）を突き止められるがわかる。実際に、この基本モードは、タッチプレート１８の最低数の振動節に関連しているモードであり、とりわけ優先的な方向Ｄ１およびＤ２に沿ってタッチ面をフレームに固定する領域のみに関連しているため、特に重要である。しかし、タッチ面がさらに複雑になり、とりわけ周囲が多角形の３次元の外殻など、平らではない場合、接触位置に関するあらゆる不明瞭性を排除するため、以下のパラメータ：
− 望ましくない接続作用が生じる可能性があることを考慮しつつ、タッチ面の特徴的寸法（例えば長さ、幅、対角線またはこれよりも大きな特徴的寸法およびこれよりも小さい特徴的寸法）の中央軸の固定端部に配置する発信トランスデューサと受信トランスデューサとの組数を増やす、または、
− 接触の有無に起因するシフトを推定する対象となる基本周波数および調和周波数を増加させる
ことを盛り込むことが有利となる。
【００４５】
このほか、前述したように、固定点に配置した受信トランスデューサの接触が、対象とする方向（トランスデューサＲ１には軸Ｄ１の方向、トランスデューサＲ２には軸Ｄ２の方向）へ近づくほど、基本モードおよび調和モードの周波数は高くなる。理論的に、２次元または３次元の適用例での周波数シフトは、ギターの弦の１次元の例で基本共振がアクティブな弦部分の長さに反比例する場合ほど大きくはないとしても、共振周波数は大幅に増加し、受信トランスデューサを近づけると無限に近づく可能性もあるため、共振周波数の検索範囲は必然的に拡大することがわかる。
【００４６】
特に、接触がある方向の発信トランスデューサと受信トランスデューサとの間の中間距離に位置するときは、この方向の共振周波数は最大２倍になると推定される。
【００４７】
また、薄型で長方形のプレートまたはさらに複雑な形の３次元の外殻が線形システムでＰＺＴ系の圧電トランスデューサを備え、出力の電気インピーダンスが低い場合、トランスデューサのペアの発信器および受信器が出力信号に対して果たす役割には相違がないこともわかる。したがって、いずれの場合においても、２つのトランスデューサのいずれかによって捕捉した信号スペクトルの少なくとも１つは、最大２倍の固有周波数を有する。
【００４８】
好適な実施形態では、ある方向の発信トランスデューサと受信トランスデューサとの中間で、接触が発信器よりも受信器の方に近い場合、発信器は受信器モードに切り替わり、受信器は発信器モードに切り替わる。この切り替えは、接触を事前に推測したおおよその位置特定をもとに行うことができる。したがって、トランスデューサの発信器または受信器の役割を置換し、それに伴い座標軸の方向を置換すると、共振周波数の検索を接触がないときの単一の共振周波数から２倍の周波数までの帯域に限定することができる。またその結果、基本モードの周波数でのシフトからのみ接触位置を差し引くと、発信トランスデューサを加振するスペクトルは、有利には周波数で変調した搬送波を伴うパルスとなり、この変調は時間に対して線形であり、その範囲は基準の基本共振周波数から対象とする方向におけるこの周波数２倍までである。よってこの実施形態においても、トランスデューサＥ１およびＥ２は受信器２４に接続し、トランスデューサＲ１およびＲ２は発信器２２に接続する。したがって各トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１またはＲ２は、発信または受信の際に中央電子装置１２から命令を受ける。
【００４９】
図２に示す実施形態では、タッチ面１８の形状は、複雑な形をした３次元の外殻であり、特に対称軸はない。この外殻は、固定領域３６に配置する４つの補強材を用いて剛性支持体を形成するフレーム３８に固定する。この外殻は、例えば前例のように、外殻の形状の主な２つの特徴的方向Ｄ１およびＤ２に沿って配置する２組の発信／受信トランスデューサＥ１、Ｒ１およびＥ２、Ｒ２を有する。
【００５０】
前例と同じく、発信トランスデューサＥ１およびＥ２は交互に発信するのに対し、受信器Ｒ１、Ｒ２は同時に受信する。さらに、発信器／受信器の役割は、前例でも推奨したように、最初の推測で観察した接触位置に応じて切り替えることができる。
【００５１】
さらに複雑なこの構成では、外殻の基本共振周波数のシフトのみを測定するのではなく、周波数で線形的に変調した搬送波を伴う電気パルスによって外殻を加振し、搬送波は外殻のＮ個の共振周波数、特に基本周波数および（Ｎ−１）個の第１の調和周波数を走査する。実際にこのＮ個の第１の共振周波数は一般に、点状の接触またはタッチ接触による接触で生じる周波数シフトに対して最も感度が高い。さらに、主として外殻の最も低い周波数の共振に注目すると、外殻の寸法は波長に等しく、指またはスタイラスなどとの任意の接触面積は、外殻の活動表面に対しては常に無視してよいものである。つまり、この接触面積は一般に外殻の活動面積の１％未満であるため、周波数シフトは、接触が指の腹によるものであってもプラスチック製スタイラスの先によるものであっても事実上同じである。よって接触位置の決定は、測定したＮ個の要素を持つシフトのベクトルと、Ｎ個の要素を持ちそれぞれが所定の位置に対応する基準ベクトルの基底とを比較することによって行う。
【００５２】
選択的ではあるが人間工学および感覚の観点から有利なように、本発明による装置は、接触を検出するたびにユーザに確認信号を供給するようにできる。したがって、中央電子装置１２をさらに、局地的に変形する接触の有無に起因する、タッチ面１８の少なくとも１つの固有振動モードの周波数シフトの検出に応答して、振動音響波の発生を確認する電気信号を用いて発信トランスデューサＥ１またはＥ２の少なくとも一方を加振するようにプログラムすることができる。確認信号によって生じるこの振動の振動音響周波数は、検出した周波数シフトと関連付けることができる。特に、２つの方向Ｄ１およびＤ２で基本固有モードの周波数シフトを少なくとも２つ検出した場合、この振動音響周波数は多数あり、少なくともシフトした基本モードの周波数を含むことができる。中央電子装置１２のこの追加機能を実現するには、発信器２２をスペクトル解析モジュール２６および／または解析モジュール２８に接続する必要がある。
【００５３】
この確認用の振動音響波をユーザが正確に感知するためには、この振動音響波の振幅が、タッチ面で発信される接触位置特定のための他の機械的弾性波よりもわずかに上回っていることが重要である。振幅が「わずかに上回っている」とは、ユーザがこの確認信号の特性をタッチ接触か聴覚によって感知する点を上回っているということである。他の機械的弾性波を１０〜１００倍上回る振幅が適当である。
【００５４】
また、この確認用の振動音響波をユーザが正確に感知するためには、この振動音響波の継続時間が十分であることも重要である。特に、継続時間５ｍｓ〜１５０ｍｓが適当である。
【００５５】
外殻の共振周波数から所定の周波数をシフトすることも可能であり、これは、外殻を任意の点で押さえるだけでなく、特定の変形性、とりわけ単安定性または非対称の双安定性を有する局地的に区切って機能化した領域を先験的に外殻に生成することで可能になる。局地的に区切るこのような機能化領域を図２に示し、符号４０および４２を付している。この領域は、例えば円形で、外殻１８の所定の部位に型打ちするか、外殻の厚みを局地的に薄くしてその領域の周縁にプラスチック射出することによって形成する。
【００５６】
外殻１８に特定の変形性を有する、局地的に区切って機能化するこれらの領域を設けることは、これらの領域が所定の特定の運動と力の法則に従って圧力によって変形した際に外殻１８の共振周波数のシフトが生じるという利点があり、このシフトは、より一般に外殻の任意の点での接触によって生じる前述のシフトよりもはるかに大きい。
【００５７】
さらに、これらの周波数シフトは、単安定または双安定領域の対極の位置である載置位置と押圧位置との間で変化し、この領域の作動を認識しやすくしたり、ノイズによる加振に対してこの領域の耐性を増強させたりすることができる。これらの領域を機能化する、つまりこの領域の「載置」位置または「押圧」位置を所定の機能と関連付けることで、これらの領域に係る機能の予想外の作用を制限し、外殻１８が相互作用に対して感度を高めるようにする。実際には、この領域のどちらか一方の各位置を１つの機能に関連付けると同時に、検出しやすく他の基準ベクトルと区別しやすい基準の周波数シフトのベクトルにも関連付ける。
【００５８】
双安定領域の場合、このような領域を押圧すると、この領域のリセット、つまり最初の押圧していない位置に戻すには、一方を押圧したときは他方がリセットしこの逆も同様に起こり、同時に押圧することのできない２つの双安定領域を組み合わせることで実現する。
【００５９】
図２の外殻１８、またはより一般的に任意の変形可能なタッチ面にこれらの領域があることは、図１を参照して詳述した変形する接触位置を特定する原理を代替または補足するものとしてとらえることができる。
【００６０】
外殻１８は、この領域のどちらか一方で圧力を受けた場合、数ミリメートル動いて変形し、これらの領域の運動と力の法則は、単調増加型、非線形的な増加型、双安定型または単安定型となる。
【００６１】
図３Ａは、例えば図２の領域４０または４２の一方である双安定領域の概略的断面図である。この双安定領域の周縁にある端部は、簡略化のために固定しているように図示しているが、実際には変形可能な外殻１８の残りの部分につながり、この外殻自体も双安定領域に接触がある場合に最低限変形することができる。
【００６２】
双安定領域４０または４２の第１の載置位置「１」では、この領域は圧力を一切受けずに安定した均衡を保つ。
【００６３】
第２の不均衡な中間位置「２」では、領域は圧力を受け、使用する材料の弾性法則によって起こる変形モードに従って表面が変形する。
【００６４】
この領域はこの圧力を維持したまま、不安定な均衡、つまり切り替えが起こる第３の中間位置「３」へ移ったのち、不均衡な第４の中間位置「４」へ移り、その後安定した均衡な第５の「押圧」位置に達する。
【００６５】
ポテンシャルエネルギーの面では、最初に載置位置にある領域４０または４２の表面に直角の力を加えると、切り替え位置まで湾曲するポテンシャルエネルギーを貯蔵する領域内部に側面の外力が生じ、この力はその後切り替わって押圧位置に相当する井戸型ポテンシャルに落ちる。
【００６６】
領域４０または４２が非対称に双安定している場合、表面中央で測定する通常の変位をｄとし、中央で加える通常の力の強度をＦとすると（図３Ｂを参照）、図３Ｃに示す運動と力の法則が得られる。
【００６７】
図３Ｃでは、ゼロの力にあたる位置ｄ＝０は、双安定領域の第１の安定位置「１」に相当する。位置０＜ｄ＜ｄｔｏｐは、双安定領域が変形する弾性モードが変わる前の位置「２」に相当する。双安定領域の切り替えが生じる正の力の閾値強度Ｆｔｏｐにあたる位置ｄ＝ｄｔｏｐは、位置「３」に相当する。位置ｄ＝ｄｍｉｄは、双安定領域の２つの安定位置の間に位置するゼロの力に相当する。第１の安定位置「１」に戻る切り替えが生じる負の力の閾値強度−Ｆｂｏｔにあたる位置ｄ＝ｄｂｏｔも、位置「３」による弾性変形に相当する。位置ｄｔｏｐ＜ｄ＜ｄｅｎｄは、双安定領域が変形する弾性モードが変化したのちの位置「４」に相当する。ゼロの力にあたる位置ｄ＝ｄｅｎｄは、双安定領域の第２の安定位置「５」に相当する。
【００６８】
領域４０または４２の双安定性の非対称は、ＦｔｏｐとＦｂｏｔとの強度の差によるものである。この場合、２つの安定位置「１」および「５」に関連する静的外力は異なり、異なる動的な弾性定数に関連しているため、２つの安定位置に関連する外殻１８の共振周波数も異なる。そのため、この２つの位置を確実に区別することができる。
【００６９】
領域４０または４２が双安定ではなく単安定の場合でも、同様の論理を適用できる。この場合、運動と力の法則にも傾斜の折れがみられるが、出発位置以外に力がゼロの安定位置は存在しない。よって領域４０または４２は、傾斜がきわめて強くなる弾性限界位置まで押圧することができる。領域がこの限界位置にあるとき、外殻１８にかかる側面の静的外力により共振周波数がシフトするが、その量は、この領域上の接触だけでなくその押圧に対しても認識できるほど特徴的な量である。換言すると、またさらに正確には、周波数シフトは、対象とする軸に沿った外殻１８の基本共振の阻止と、外殻内部に対する内側の機械的外力の変化と関係する同調の変化との累積であり、この両者によって弾性特性が変わり、それによって特に湾曲波の伝搬速度が変化する結果、基本共振周波数とその調和周波数が変化する。
【００７０】
このほか、このような単安定領域上の接触力を測定するため、変形可能な領域の２つの対極位置の間の相対的な周波数シフトを事前に登録することができる。
【００７１】
単調増加型など、さらに単調型の運動と力の法則によって、変形可能な領域に対しても同様の論理を適用できる。
【００７２】
また、外殻１８は、特定の変形性を有する、局地的に区切って機能化した複数の領域を有し、この領域を異なるサイズにすることができるが、これによって各領域に特定の周波数シフトが生じる。これらの双安定または単安定領域により、時間的に一貫した特定の周波数シフトを生成することができ、最終的には外殻１８に、双安定または単安定の基本共振周波数および調和周波数に関連する双安定または単安定の電圧または静的外力が発生する状況が生成されることがわかる。
【００７３】
図４は、第１の変形例による、図２に示す外殻１８の軸Ｄ１を含む面に沿った断面図である。第１の補強材４４で、トランスデューサＥ１のある箇所のフレーム３８に外殻１８を剛性固定する。第２の補強材４６で、トランスデューサＲ１のある箇所のフレーム３８に外殻１８を剛性固定する。外殻はこの２つの固定補強材の間で変形可能であり、特に、この変形例において単安定となるように型打ちによって形成した領域４０および４２で変形可能である。この変形例においても、トランスデューサＥ１およびＲ１はＰＺＴ系の圧電ペレットであり、方向Ｄ１への放射を優先する形態になっている。このトランスデューサは、例えば外殻１８の下に接着させるか、（Ｅ１に対する）補強材４４および（Ｒ１に対する）補強材４６の直近でこの外殻の厚み内部に埋め込む。また、補強材は、例えば外殻１８と同じ成形型で作製する。補強材は、リベット締めにしてもよいし、締め付けビスを用いて外殻１８を締め付けてもよい。
【００７４】
図５は、第２の変形例による、図２に示す外殻１８の軸Ｄ１を含む面に沿った断面図である。この第２の変形例によれば、領域４０および４２は、外殻の厚みを局地的に薄くし、双安定となるようにその領域の周縁にプラスチック射出することによって外殻１８に形成する。この変形例においても、トランスデューサＥ１およびＲ１はそれぞれ補強材４４および４６内に埋め込み、この補強材自体は外殻１８と同じ成形型で作製する。
【００７５】
図６は、第３の変形例による、図２に示す外殻１８の軸Ｄ１を含む面に沿った断面図である。この第３の変形例によれば、領域４０および４２は、第２の変形例のようにプラスチック射出によって外殻１８に形成する。これに対してトランスデューサＥ１およびＲ１は円形であり、両極を有し、それぞれ補強材４４および４６の環状リング４８および５０に取り付ける。補強材４４および４６の環状リング４８および５０は、例えばプラスチック射出によって得る。また、トランスデューサＥ１およびＲ１はＰＺＴ系のセラミックスであり、導電性接着剤に頼らずに電気接触が容易になるように、内部電極が銀メッキ線による折り返し電極になっている。
【００７６】
補強材４４および４６は、外殻１８と同じ成形型で作製し、締め付けビスでフレーム３８に固定する。補強材は、環状リングと外殻１８との間で中実にする。この構成では、補強材の環状リングの厚みは補強材の支柱の直径に等しいことが好ましい。これとは逆に、補強材４４および４６を中空にし、外殻１８はこの補強材を縦に貫通するリベットでフレーム３８に固定してもよい。この構成では、補強材の環状リングの厚みは、補強材の支柱の内壁の厚みの２倍に等しいことが好ましい。
【００７７】
この第３の変形例の利点は、両極を有する環状のトランスデューサＥ１およびＲ１が、補強材４４および４６を介して外殻１８に送信したり外殻１８から受信したりする湾曲モードを生じたり検出したりすることである。環状のトランスデューサを接着する補強材の環状リングは、外殻１８が湾曲する振動エネルギーを湾曲波でトランスデューサに結合する有効な手段となる。さらに、各トランスデューサの両極を分離するラインは、外殻１８に生じる湾曲波の指向性のグラフを必要とする。したがって、外殻１８の形が単純な場合、両極を分離するラインは外殻の縁に平行になるような設置することができる。よって発信および／または受信の強度は、両極を分離するラインに直角な中央軸で最大となる。トランスデューサＥ２およびＲ２にも適用したこのトランスデューサの構成により、外殻１８内で湾曲モードが生じやすくなり、選択して検出できるようになり、周波数シフトによる位置特定方法が点状の接触に対してさらに感度が高くなる。トランスデューサの指向性により、外殻１８の軸Ｄ１およびＤ２の結合を解放しやすくすることもできる。この結合の解放は、外殻の全周囲を剛性固定せずに固定領域３６に局地的に固定するだけの場合はさらに容易になる。
【００７８】
この第３の変形例の利点は、発信トランスデューサおよび受信トランスデューサを完全に見えなくすることである。
【００７９】
このほか、固定用の補強材を設けることのもう１つの利点が、外殻と支持体との間にある程度の共振があることによって、外殻がパルスモードでスピーカの役割を果たすことができる点である。パルス受信モードでは、外殻は受信トランスデューサの受信アンテナとして働き、高感度のマイクロホンの機能を果たすことができる。
【００８０】
次に、図１のタッチプレートまたは図２の３次元の外殻のような変形可能なタッチ面１８で局地的に変形する接触位置の特定方法を、図７を参照して詳述する。
【００８１】
例えば１秒当たり十数回、とりわけ１秒あたり５０から１００回測定するレートなどの規則的な間隔で、中央電子装置１２は、変形可能なタッチ面１８の外殻を監視するステップ１００を開始したのち、接触位置の特定ステップ２００に移る。
【００８２】
各監視ステップ１００では、ｔ０の時点で、主な特徴的方向（Ｄ１またはＤ２）に沿ってパルスの機械的弾性波を発信トランスデューサ（例えばＥ１またはＥ２）から変形可能なタッチ面１８へ発信する（１０２）。機械的弾性波は、２つの異なる伝搬位相に従って伝搬する。一時的に伝搬する第１の位相では、ｔ０の時点からｔ１の時点へ広がり、この位相では発信した波の前線は、対象とする方向にある受信トランスデューサ（例えばＲ１またはＲ２）に到達する。静的に伝搬する第２の位相では、ｔ１の時点から監視目的のｔ２の時点まで広がり、この段階ではパルスの機械的弾性波を対象とする方向へ発信すると、少なくとも１つの固有モードに従って変形可能なタッチ面１８の共振振動が生じる。
【００８３】
この監視ステップ用に選択した発信トランスデューサは、例えば階段状の電気パルスであるディラックパルス、または優先的に以下のタイプの法則に従ってスペクトル［ｆ０；２ｆ０］に対する周波数で線形的に変調した搬送波を伴う継続時間Ｔのパルスで加振する。
【００８４】
【数１】
【００８５】
式中、ｆ０は対象となる方向に接触のないタッチ面の基本共振周波数である。
【００８６】
パルスの継続時間Ｔは、約１０ｍｓを選択する。さらに、正弦曲線のパルスではなく、線形的に周波数に変調した正方形のパルスが好ましい。また、複雑な形のタッチ面の場合、発信トランスデューサを加振する電気パルスは、広いスペクトル［ｆ０；２０ｆ０］に対して変調することができる。
【００８７】
対象とする方向で変形可能なタッチ面１８の共振振動の少なくとも１つの固有モードを確立したのちに、監視ステップ１００は、この共振振動をこの方向に関連付けた受信トランスデューサによって検出するステップ１０４を含み、少なくとも１つの捕捉信号を得る。この検出１０４はｔ３の時点で開始し、検出１０６が終わるｔ４の時点まで続け、この時間間隔の間に捕捉信号を測定する。
【００８８】
監視ステップ１００の次は、接触の位置特定ステップ２００であり、このステップでは中央電子装置１２がタッチ面１８で変形すると思われる接触を識別し、位置を特定する。さらに正確にはこのステップ２００では、中央電子装置１２のスペクトル解析モジュール２６は、所定の周波帯域で捕捉した信号スペクトルの振幅ピークを少なくとも１つ検出する。この振幅ピークは、タッチ面１８の信号の固有モードにあり、とりわけ少なくとも基本固有モードの周波数にある。複数の振幅ピークを検出した場合、それは基本固有モードであるが、少なくとも１つの調和固有モードでもある。その後、この検出の結果を解析モジュール２８に供給する。解析モジュール２８は、検出した固有モードを対象とする方向での接触がない基準の固有モードと比較する。これらの検出した固有モードのそれぞれのシフトを差し引いたのち、これらのシフトに応じて可能性のある接触位置を推定する。タッチ面に単安定の特定領域がある場合、前述したように、接触力を測定することも可能である。また、選択的に、同じく前述したように、接触の検出および位置確認の応答として確認信号を発信してもよい。
【００８９】
前述したような、変形可能なタッチ面で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置および方法によって、点状または広い接触、短いまたは長い接触、優しい接触または粗野な接触などとはまったく異なる接触を簡単に特定し、特徴付けることができる。ただし、共振表面を十分な時間十分に阻止し、固有周波数シフトが生じる場合に限る。この観点から、タッチ面が変形可能であることにより接触時間が長くなり、検出が容易になり、これには接触が衝撃である場合も含まれる。
【００９０】
その上、周波数シフトの推定を実施する原則はきわめて単純であることから、市販のマイクロコントローラに実装することができ、応答時間は短くなり、一般に１〜１００ｍｓになる。したがって、軌跡（つまり連続的接触）の検出に繰り返し実装することができる。
【００９１】
もう１つの利点は、納得のいく結果が得られることであり、例えば限定数の発信器および受信器をもとに、ミリメートル単位の正確な位置特定ができる。とりわけ、タッチ面の主な特徴を検出するごとに発信トランスデューサおよび受信トランスデューサの組が最低１組あれば十分である。
【００９２】
さらに、トランスデューサを変形可能なタッチ面の固定点（振動節）に設置し、機械的弾性波を直線的に発信させると、表面の形が単純な場合、単純に主な方向でのタッチ面の基本周波数シフトをもとに接触の位置特定が可能になる。
【００９３】
また、タッチ面に特定の変形性を有し、局地的に区切って機能化した領域を設ける実施形態では、限定数のトランスデューサを有し、処理用の電子部品も小型で消費電力の少ない安価なキーボードを考案することも可能である。さらに、この実施形態では、周囲の振動および音響雑音、または相互作用がない場合の粘着テープおよび汚れの影響に対する耐性が高い。なぜなら、相互作用に特徴的な周波数シフトが現れるためには、タッチ面を局地的に変形可能なこれらの領域で阻止し、さらには機械的電圧を印加する必要があるためである。また、機械的なキーを加えることなくキーボードを供給できるという利点もある。
【００９４】
本発明は、ガラス製の平面に限定されるものではなく、湾曲面およびプラスチックまたは金属製の外殻にも適用されるため、可能な適用例が多数あることも述べた。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
前述した装置および方法の利用が可能な産業上の適用例として特に、
− 接触を動的に解釈するマンマシンインターフェースがあることを前提とするゲームコンソール、携帯電話、携帯情報端末および液晶画面に用いるタッチパネル、
− 平坦または湾曲したタッチキーボード、複雑な形の対象物にプラスチック射出によって設けるタッチコマンドボタン、
− 撫でる、たたくなど、さまざまな種類のタッチ接触を感知することができるロボットまたは玩具に対してタッチ操作可能な外殻で、このようなロボットと人間との直観的相互作用を容易にするもの、
− 機能化した特定領域を有するロボットまたは玩具のタッチ操作可能な外殻、
− 共振箱を形成する閉鎖した３次元の外殻であって、とりわけプログラム可能なキーおよび電気機械的加振のあるピアノ型のタッチ機能の楽器の製作に適合し、この加振は、指による外殻への接触位置を検出する第１のステップと、測定した所望の周波数シフト、場合によっては検索した音響レンダリングに応じてスペクトルが多様になった周波数シフトに対応する周波数を有する強力な信号によって、少なくとも１つの発信トランスデューサを加振し、接触位置の特定後直ちにパルス音による反応を発生させる第２のステップとの２つのステップを含むもの
があるが、これらに限定されるものではない。
【００９６】
このほか、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではないことがわかるであろう。ここに開示した教示に照らし合わせて、上に記載した実施形態にさまざまな修正を加えてもよいことは当業者には明らかであろう。以下の請求項では、使用した用語が請求項を本明細書で明らかにした実施形態に限定するものと解釈してはならず、本文の記載およびそこから予見される内容は、ここに開示した教示の実装に一般知識を応用することによって当業者が到達しうる範囲内であることから、請求項が範囲に含めると想定するあらゆる同等のものも含まれると解釈すべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置に関する。本発明はまた、この装置によって実施する方法にも係る。
【背景技術】
【０００２】
タッチ面を備える多くの対象物のなかでも特に、携帯電話またはその他の携帯情報端末装置が知られている。これらの対象物のタッチインターフェースは一般に、平面かつ長方形のパネルであり、ユーザはスタイラスまたは指を用いてこのパネルと相互作用することができる。しかし、本発明はより一般に、平面や外周が必ずしも長方形でなくてもよい変形可能なタッチ面を備えるあらゆるタイプの対象物に適用されることがわかるであろう。したがって本発明は、有利には、タッチ操作が可能で直観的に理解できるマンマシンインターフェースを有する通信対象物であって、特に、限定数の固定点で剛性支持体に固定する、３次元に変形可能な外殻を備えるロボットに適用される。
【０００３】
「変形可能な」タッチ面または外殻とは、２次元または３次元の表面のことであり、この表面が静的外力、またはタッチ接触、接触力、機械的パルスあるいは衝撃などの動的外力を受けた際に、材料に静的および動的な弾性という意味で形状を変化させることができ、機械的弾性波のなかでも特にパルスによって加振した場合に共振振動を生じることができ、肉眼では感知することができないサブミリメートル単位でも湾曲して変形するような表面である。プラスチック製、ガラス製または金属製の外殻が適当である。
【０００４】
周知のタッチ面を備える対象物はいずれも、１つまたは複数の検出技術を用いてタッチ接触または衝撃の位置を特定する位置特定装置を有する。生産コスト削減および外形寸法の縮小に向けて、限定数のセンサを使用する最も簡易な技術のみを採用する傾向が強い。したがって本発明は、さらに正確には、タッチ面に起こる機械的弾性波の伝搬を、特に圧電トランスデューサタイプの検出器を用いて検出する技術を使用する位置特定装置に関する。
【０００５】
仏国特許公報第２７２５５１３号、第２７８７６０８号および第２８１１１０７号には、第１の解決策が開示されている。この解決策は、ウェーブパケットを複数の圧電センサに対して送信する時間差を測定すること、および事前に作成した数学式を用いてウェーブパケットの発信源の位置を決定論的に計算することに基づくものである。このウェーブパケットは、さらに正確には、タッチ面と接触する音源から発信される。したがって一般に、指またはスタイラスはパルスを発信するものであるため、指またはスタイラスによる衝撃の位置を特定することができる。しかし、この技術では、衝撃を受けたのちの接触の持続またはタッチ面上の音響源の変位を検出することはできない。ただし、音源がウェーブパケットを規則的に発信するようにすれば別である。この場合、ウェーブパケットを繰り返し発信するスタイラスを使用する適用例に限定される。さらに、この技術は、等方性平板の形状をしたタッチ面によく適合するが、事前に作成した数学式によって音源の位置を決定論的に計算できない３次元の外殻にはどのようなものでも適合しにくい。また、この技術では静的外力またはタッチ接触力（撫でる、粗野な相互作用など）を検出することはできない。
【０００６】
仏国特許公報第２８４１０２２号には、第２の解決策が開示されている。この解決策は、衝撃の位置を学習により認識することに基づくものである。これを実施する方法では、対象物のタッチ面に起きた衝撃によって発生する音波の検出をもとに測定した少なくとも１つの音響信号と、「サイン集合（ｅｎｓｅｍｂｌｅ ｄｅ ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ）」という基準集合との間に生じる相関関係を用いる。この集合は事前に登録したパルスの音響応答で構成され、この応答はそれぞれ、この位置に衝撃が加わったときにある機能と関連付けて認識するように事前に設定した位置に対応している。ここでも同じく衝撃の位置を特定することはできるが、衝撃を受けたのちの接触の持続性、タッチ面上の指またはスタイラスの変位、静的外力またはタッチ接触力を特定することはできない。その代わりにこの解決策は、複雑な形であってもどのような３次元の外殻にも適合する。
【０００７】
静的なものでも動きを伴うものでも、任意のタッチ接触、特にタッチ接触の持続性をより効果的に測定できるようにするためのもう１つの解決策が、このタッチ接触とは関係なくタッチ面に規則的に発信される機械的弾性波の伝搬に対してタッチ接触が起こす乱れを測定することである。
【０００８】
本発明は、このタイプの解決策に関するものである。したがって本発明は、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置であって、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信するように設計する少なくとも１つの発信トランスデューサと、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を捕捉するように設計する少なくとも１つの受信トランスデューサと、
− 発信トランスデューサおよび受信トランスデューサに接続し、受信トランスデューサが捕捉する信号を解析し、そこからタッチ接触の有無を差し引くようにプログラムする中央電子装置と
を有する位置特定装置に適用される。
【０００９】
このような装置が、国際特許公報第２００８／１４２３４５号に記載されている。さらに正確にはこの装置により、対象物の固有振動数に一致する複数の周波数成分を持つ波を伝搬させることで、タッチ接触の位置を確実に特定することが可能になる。この波がある一定時間タッチ面を伝搬することにより、さまざまな波長の振動パターン、とりわけ湾曲モードの共振図を作成することができる。この図は、対象物のタッチ面の平面で起きる振動モードの共振図よりも強く乱れているのが特徴であり、その結果、タッチ面と接触する指によって生じる減衰または吸収は、タッチ面が厚い場合でも、固有モードから他のモードへ、接触位置から他の位置への変化を測定できる程度でさまざまに変化する。したがって、対象物の表面に対して十分な数の共振図を作成すれば、学習方法によりタッチ接触の位置特定が可能になる。
【００１０】
この方法には、限定数の発信トランスデューサおよび／または受信トランスデューサしか必要としないという利点があり、この方法によって、１秒あたり十数カ所の位置特定を達成することができる測定レートで、どのような形の３次元の外殻に対しても動作させることができる。しかしながら、効率的に動作させるため、この装置は、減衰が検出可能となるように、タッチ面との接触面積が十分に広いタッチ接触である必要がある。したがって、スタイラスの先による接触などほぼ点状のタッチ接触の検出にはほとんど適合しない。このほかこの方法は、薄い外殻によく適合するが、厚い外殻にはほとんど適合しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】仏国特許公報第２７２５５１３号
【特許文献２】仏国特許第２７８７６０８号
【特許文献３】仏国特許第２８１１１０７号
【特許文献４】国際特許公報第２００８／１４２３４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置を備え、前述の課題および制約の少なくとも一部を緩和できるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
よって本発明は、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置であって、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信するように設計する少なくとも１つの発信トランスデューサと、
− 対象物の変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を捕捉するように設計する少なくとも１つの受信トランスデューサと、
− 発信トランスデューサおよび受信トランスデューサに接続する中央電子装置と
を有する位置特定装置において、
中央電子装置を、
− 局地的に変形する接触があることにより、タッチ面に発信される波の伝搬によって生じるこのタッチ面の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、
− この周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定する
ようにプログラムする位置特定装置を目的とする。
【００１４】
本発明では、国際特許公報第２００８／１４２３４５号で推奨されているような機械的弾性波の伝搬を利用する従来の試行とは異なる試行を実施する。実際、本発明は、タッチ接触により生じる固有振動モードの減衰に基づくものではなく、この接触の有無に起因するこれらの固有モードの周波数シフトの測定に基づくものである。ギターの弦の固有共振周波数がこの弦を押さえる接触位置に応じて増加する現象を２次元または３次元に拡大することにより、長いタッチ接触または長い衝撃タイプの接触が、共振面を十分に阻止するかぎり、タッチ面の固有振動周波数を増加させることがわかる。実際に、対象物のタッチ面の１つまたは複数の固有振動モードの周波数シフトは、接触位置によって判別できることがわかる。また、この周波数シフトは、対象物のタッチ面が変形可能であるために接触力に対して感度が高く、例えば撫でるような接触と過度の押圧による粗野な接触とを区別することができることもわかる。スタイラスの先によるタッチ接触のように接触がほぼ点状である場合も感知可能である。
【００１５】
選択的に、本発明による装置は、対象物に対して変形可能なタッチ面の剛性固定領域を複数有することができ、これらの領域はタッチ面の共振振動の節を形成し、発信トランスデューサおよび受信トランスデューサはこれらの領域に設置することができる。
【００１６】
同じく選択的に、本発明による装置は、発信トランスデューサと受信トランスデューサの組を少なくとも１組有することができ、同じ組のトランスデューサはそれぞれ、変形可能なタッチ面でこの同じ組のもう一方のトランスデューサと対面する直径方向の領域に設置することができる。
【００１７】
同じく選択的に、本発明による装置は、発信トランスデューサと受信トランスデューサの組を複数組有することができ、各組を変形可能なタッチ面の特徴軸、とりわけタッチ面の対称軸の両端に配置する。
【００１８】
同じく選択的に、発信トランスデューサは機械的弾性波を直線的に発信させ、指向性を示すグラフが同じ組のもう一方のトランスデューサの方向に対して最大強度を示すような向きにする。
【００１９】
同じく選択的に、各トランスデューサを、機械的弾性波を一様に発信または受信するように設計し、検出する接触を事前に推測したおおよその位置に応じて、同じ組の２つのトランスデューサの一方を発信トランスデューサとして選択するように、中央電子装置をプログラムする。
【００２０】
同じく選択的に、両トランスデューサを、剛性フレーム上にある変形可能なタッチ面の固定補強材と一体化させ、振動が発信トランスデューサから生じるときは変形可能なタッチ面に伝達し、変形可能なタッチ面から生じるときは受信トランスデューサに伝達するようにしてこの振動を補強材に発生させる。
【００２１】
同じく選択的に、中央電子装置をさらに、局地的に変形する接触の有無に起因する周波数シフトの検出に応答して、検出した周波数シフトと関係のある音響周波数の振動音響波およびタッチ面に発信された他の機械的弾性波をわずかに上回る振幅を生じる確認用の電気信号を用いて、少なくとも１つの発信トランスデューサを加振し、接触位置を特定するようにプログラムする。
【００２２】
本発明は、変形可能なタッチ面を有する外殻および上に定義したような装置を有する通信対象物であって、外殻の変形可能なタッチ面は、特定の変形性、とりわけ非対称の単安定性または双安定性を有する局地的に区切って機能化した少なくとも１つの領域を有する対象物も目的とする。
【００２３】
本発明はまた、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する方法であって、
− 対象物のタッチ面で、対象物からの少なくとも１つの発信点からくる機械的弾性波の伝搬によって局地的に変形する接触を監視し、対象物の少なくとも１つの受信点で前記機械的弾性波を検出して少なくとも１つの捕捉信号を得るステップと、
− 対象物のタッチ面で局地的に変形する接触位置を、捕捉信号の特性に応じて特定する位置特定ステップと
を含む方法において、
位置特定ステップは、局地的に変形する接触の有無に起因し、タッチ面に発信される波の伝搬によって生じるこのタッチ面の少なくとも１つの固有共振振動モードの周波数シフトの解析を含む方法も目的とする。
【００２４】
選択的に、監視ステップは、所定の周波数範囲内で周波数を走査するパルスの機械的弾性波を発信し、この周波数は、接触のないタッチ面の共振振動の少なくとも１つの基本固有周波数とこの周波数の２倍の周波数とを含む。
【００２５】
本発明は、添付の図を参照しながら例のみを目的として挙げた以下の説明文を読めばよりよく理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態による、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置の正面概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置の部分的な正面概略図である。
【図３Ａ】図２に示すタッチ面で局地的に区切って機能化した非対称の双安定性領域の概略的断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの非対称の双安定性領域に対応する変形および力と変位の曲線を示す概略図およびグラフである。
【図３Ｃ】図３Ａの非対称の双安定性領域に対応する変形および力と変位の曲線を示す概略図およびグラフである。
【図４】３つの実施変形例による図２に示すタッチ面の概略図および断面図である。
【図５】３つの実施変形例による図２に示すタッチ面の概略図および断面図である。
【図６】３つの実施変形例による図２に示すタッチ面の概略図および断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する方法の一連のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示す、対象物の変形可能なタッチ面上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置１０は、中央電子装置１２および例えば相互作用するタブレットタイプの対象物１４を有する。
【００２８】
相互作用するタブレット１４は、フレーム１６およびこのフレームの周縁の少なくとも一部で支持するタッチ面１８を有する。タッチ面１８は、例えば金属、ガラスまたはプラスチック製の薄型長方形のプレート形状であり、このプレートの厚み内に機械的弾性波を発信すると振動する。このプレートは、前述したように、機械的弾性波のなかでも特にパルスによって加振すると共振振動が生じ、例えばガラスの場合は肉眼では感知することができないサブミリメートル単位でも湾曲して変形するという意味において変形可能であると考える。
【００２９】
図１に示す例では、４つの圧電トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１およびＲ２がタッチプレート１８の内面、すなわちタッチ接触できないフレーム１６の内側を向いている面に固定する。これらの圧電トランスデューサは特に、導電性エポキシ接着剤またはシアノアクリレート系接着剤を用いてプレート１８に接着させることができる。また、剛性支持体に点状に固定する手段でタッチプレート１８に一体化させることもできる。
【００３０】
これらの圧電トランスデューサは、例えばＰＺＴ系強誘電体セラミックス製のトランスデューサである。これらの圧電トランスデューサは、
− 例えば非対称のラム波のような機械的弾性波（すなわち、広意義での音波）を湾曲モードで発信し、タッチプレート１８に伝搬させることができる２つの発信トランスデューサＥ１およびＥ２と、
− タッチプレート１８を湾曲モードで伝搬する機械的弾性波を捕捉することができる２つの受信トランスデューサＲ１およびＲ２とを有する。
【００３１】
この４つのトランスデューサはさらに、発信と受信からなる２組に分かれている。第１の発信／受信の組を、タッチプレート１８の第１の特徴軸Ｄ１の両端部に配置するトランスデューサＥ１およびＲ１で構成する。この軸Ｄ１は、タッチプレート１８の対称軸である。さらに正確にはこの軸は、長手方向の中央軸である。第２の発信／受信の組は、軸Ｄ１に直角なタッチプレート１８の第２の特徴軸Ｄ２の両端部に配置するトランスデューサＥ２およびＲ２で構成する。この軸Ｄ２は、タッチプレート１８のもう１つの対称軸である。さらに正確にはこの軸は、横断方向の中央軸である。
【００３２】
本発明の好適な実施形態では、軸Ｄ１の両端部は、変形可能なタッチプレート１８を対象物１４の剛性支持体に剛性固定する領域でもある。さらに、発信トランスデューサＥ１は、機械的弾性波を直線的に発信する。さらに正確には、この発信トランスデューサの形状および向きは、指向性を示すグラフが軸Ｄ１の方向、つまり受信トランスデューサＲ１の方向に対して最大強度を示すように設定したものである。したがって、パルス波が発信トランスデューサＥ１から軸Ｄ１の方向に発信されると、このパルス波はタッチプレート１８に少なくとも１つの基本固有周波数を持つ共振振動を起こす。この基本固有周波数は、プレートに接触がないときのプレートの長さと関係があり、剛性固定領域、つまりトランスデューサＥ１およびＲ１を配置する領域は、タッチプレート１８のどの固有周波数にもこのＤ１の方向に共振振動の節を形成することがわかる。
【００３３】
同じように、軸Ｄ２の両端部は、変形可能なタッチプレート１８を対象物１４の剛性支持体に剛性固定する領域でもある。さらに、発信トランスデューサＥ２は、機械的弾性波を直線的に発信し、その形状および向きは、指向性を示すグラフが軸Ｄ２の方向、つまり受信トランスデューサＲ２の方向に対して最大強度を示すように設定したものである。したがって、パルス波が発信トランスデューサＥ２から軸Ｄ２の方向に発信されると、このパルス波はタッチプレート１８に、少なくとも１つの基本固有周波数を持つ共振振動を起こす。この基本固有周波数は、接触がないときのプレートの幅と関係があり、剛性固定領域、つまりトランスデューサＥ２およびＲ２を配置する領域は、タッチプレート１８のどの固有周波数にもこのＤ２の方向に共振振動の節を形成することがわかる。
【００３４】
トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１およびＲ２は、有線または無線の少なくとも１つの連結２０によって中央電子装置１２に接続している。この中央電子装置１２を、
− 局地的に変形する接触の有無に起因し、このタッチ面に発信する波の伝搬によって生じるタッチ面の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、
− この周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定する
ようにプログラムする。
【００３５】
トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１およびＲ２との接続２０は特に、オーディオタイプの同軸ケーブルまたはこれ以外のあらゆるシールド接続で構成することができる。
【００３６】
さらに正確には、中央電子装置１２は、パルスの機械的弾性波を発信トランスデューサＥ１からＤ１の方向へ発信することを命令するようにプログラムした発信器２２を有し、これらの波が複数の固有モード（すなわち１つの基本モードおよび複数の調和モード）に沿って、タッチプレート１８の湾曲の共振振動を生じるようにする。中央電子装置はさらに、タッチ面の共振振動の特性信号をトランスデューサＲ１から捕捉するようにプログラムした受信器２４を有し、捕捉したこの信号スペクトルは、方向Ｄ１に対するプレートの固有モードの周波数に振幅ピークを有する。よって中央電子装置１２の受信器２４を、とりわけ迅速なフーリエ変換の計算によって、捕捉した信号の周波数のピークを検出するようにプログラムしたスペクトラル解析モジュール２６に接続する。タッチプレート１８への接触がない場合、検出した固有モードがタッチプレートの長さの特徴となる。タッチプレート１８への接触がある場合、軸Ｄ１をタッチプレートと関係のある目印の横座標軸と考えれば、検出した固有モードは、接触がない場合に検出可能な固有モードに対してシフトし、このシフトが接触の横座標ｘの特徴となる。
【００３７】
この現象をさらによく理解するため、ギターの弦の振動で一次元の同じ現象を再現することができる。ギターの弦を両端部で固定して張り、はじいて加振させると、共振箱の開口に対面して振動する弦の部分には、弦の全長のどこが押さえられてどこが押さえられていないかによってさまざまに異なる共振音周波数が発生する。換言すれば、スタイラスまたは指を用いて変形可能なタッチプレート１８上で局地的に変形する接触を加えることは、固定点を新たに挿入し、変形可能なタッチプレート１８の局地的、全体的または部分的な阻止の位置および性質に応じて有意な共振周波数シフトを生じさせることとほぼ同じであると考えることができる。
【００３８】
同じように、発信器２２は、パルスの機械的弾性波を発信トランスデューサＥ２から方向Ｄ２へ発信することを命令するようにプログラムし、これらの波が、複数の固有モード（すなわち、１つの基本モードおよび複数の調和モード）に従ってタッチプレート１８の湾曲の共振振動を生じるようにする。受信器２４をさらに、タッチプレートの共振振動の特性信号をトランスデューサＲ２から捕捉するようにプログラムし、捕捉したこの信号のスペクトルが、方向Ｄ１に対するプレートの固有モードの周波数に振幅のピークを有するようにする。タッチプレート１８への接触がない場合、検出した固有モードはタッチプレートの幅の特徴となる。したがって、タッチプレート１８への接触がある場合、軸Ｄ２をタッチプレートに関連する目印の横座標軸と考えれば、検出した固有モードは、接触がない場合に検出可能な固有モードに対してシフトし、このシフトは接触の縦座標ｙの特徴となる。
【００３９】
このほか、２つの受信トランスデューサＲ１およびＲ２は、２つのアナログ−デジタル変換器に接続することができ、このアナログ−デジタル変換器自体は受信器２４または受信器の構成部品に接続する。ＡＤ変換器および受信器２４は、捕捉した信号を少なくとも８ビット、好ましくは１０ビット、さらには１２ビット以上で、少なくとも２００ｋＨｚのレートでサンプリングすることができる。
【００４０】
接触の横座標ｘおよび縦座標ｙの値を推定するため、中央電子装置１２は解析モジュール２８を有し、このモジュールは、検出した固有モードを対象とする方向の接触のない基準固有モードと比較し、そこからこれらの検出した固有モードのそれぞれのシフトを差し引いたのち、これらのシフトに応じて接触位置を推定するようにプログラムする。この推定は、例えば補間法からの減算式など、事前に作成しメモリ３０に格納した数学式を用いて実施するか、所定の位置の集合に対して事前に測定し、基準ベクトルまたは周波数シフトと接触点との対応表の形でメモリ３０に格納したシフトを比較することによって実施する。ギターの弦の振動を用いた一次元での同じ現象によって、受信トランスデューサを対象とする方向（トランスデューサＲ１には軸Ｄ１の方向、トランスデューサＲ２には軸Ｄ２の方向）へ近づけるほど、基本モードおよび調和モードの周波数は高くなることが実際にわかる。
【００４１】
２つの軸Ｄ１およびＤ２に沿って基本周波数および場合によっては調和周波数のシフトを同時に把握することにより、接触位置（ｘ、ｙ）を突き止めることができる。発信トランスデューサＥ１およびＥ２を軸Ｄ１およびＤ２に沿って交互に加振し、２つの方向の固有周波数同士の混合を抑えることが有利である。これに対して受信トランスデューサＲ１およびＲ２は、軸Ｄ１および軸Ｄ２に沿って常に信号を捕捉することができる。
【００４２】
したがって、タッチプレート１８上の各接触に対し、指またはスタイラス３２を用いることによりこの接触の位置（ｘ、ｙ）が得られ、この接触点を例えば画面（図示せず）に表示することができる。広義には、波は発信トランスデューサＥ１およびＥ２から規則的に発信することができるため、タッチプレート１８上で連続した接触を検出することができる。この接触は動的曲線を描く軌跡３４を形成し、曲線はこの軌跡の補間によって得られるため、画面上に表示することができる。
【００４３】
図１に示す実施形態によれば、タッチプレート１８は相互作用するタブレットタイプの対象物１６に搭載し、この対象物自体は対象物１６の外部にある中央電子装置１２に接続する。考えられるもう１つの実施形態によれば、タッチプレート１８はガラス製で透明にし、携帯電話やその他の携帯情報端末装置などの中央電子装置１２を含む携帯型電子装置に組み込むことができる。この場合、タッチプレートは、検出した軌跡３４の補間によって得られる動的曲線の表示画面としても機能することができる。
【００４４】
図１に示すような薄く平らで長方形のタッチプレートを用いる簡易な適用例では、２つの主な方向（長さおよび幅）それぞれに対して単一の基本固有モードの周波数シフトを推定することで、十分に接触位置（ｘ、ｙ）を突き止められるがわかる。実際に、この基本モードは、タッチプレート１８の最低数の振動節に関連しているモードであり、とりわけ優先的な方向Ｄ１およびＤ２に沿ってタッチ面をフレームに固定する領域のみに関連しているため、特に重要である。しかし、タッチ面がさらに複雑になり、とりわけ周囲が多角形の３次元の外殻など、平らではない場合、接触位置に関するあらゆる不明瞭性を排除するため、以下のパラメータ：
− 望ましくない接続作用が生じる可能性があることを考慮しつつ、タッチ面の特徴的寸法（例えば長さ、幅、対角線またはこれよりも大きな特徴的寸法およびこれよりも小さい特徴的寸法）の中央軸の固定端部に配置する発信トランスデューサと受信トランスデューサとの組数を増やす、または、
− 接触の有無に起因するシフトを推定する対象となる基本周波数および調和周波数を増加させる
ことを盛り込むことが有利となる。
【００４５】
このほか、前述したように、固定点に配置した受信トランスデューサの接触が、対象とする方向（トランスデューサＲ１には軸Ｄ１の方向、トランスデューサＲ２には軸Ｄ２の方向）へ近づくほど、基本モードおよび調和モードの周波数は高くなる。理論的に、２次元または３次元の適用例での周波数シフトは、ギターの弦の１次元の例で基本共振がアクティブな弦部分の長さに反比例する場合ほど大きくはないとしても、共振周波数は大幅に増加し、受信トランスデューサを近づけると無限に近づく可能性もあるため、共振周波数の検索範囲は必然的に拡大することがわかる。
【００４６】
特に、接触がある方向の発信トランスデューサと受信トランスデューサとの間の中間距離に位置するときは、この方向の共振周波数は最大２倍になると推定される。
【００４７】
また、薄型で長方形のプレートまたはさらに複雑な形の３次元の外殻が線形システムでＰＺＴ系の圧電トランスデューサを備え、出力の電気インピーダンスが低い場合、トランスデューサのペアの発信器および受信器が出力信号に対して果たす役割には相違がないこともわかる。したがって、いずれの場合においても、２つのトランスデューサのいずれかによって捕捉した信号スペクトルの少なくとも１つは、最大２倍の固有周波数を有する。
【００４８】
好適な実施形態では、ある方向の発信トランスデューサと受信トランスデューサとの中間で、接触が発信器よりも受信器の方に近い場合、発信器は受信器モードに切り替わり、受信器は発信器モードに切り替わる。この切り替えは、接触を事前に推測したおおよその位置特定をもとに行うことができる。したがって、トランスデューサの発信器または受信器の役割を置換し、それに伴い座標軸の方向を置換すると、共振周波数の検索を接触がないときの単一の共振周波数から２倍の周波数までの帯域に限定することができる。またその結果、基本モードの周波数でのシフトからのみ接触位置を差し引くと、発信トランスデューサを加振するスペクトルは、有利には周波数で変調した搬送波を伴うパルスとなり、この変調は時間に対して線形であり、その範囲は基準の基本共振周波数から対象とする方向におけるこの周波数２倍までである。よってこの実施形態においても、トランスデューサＥ１およびＥ２は受信器２４に接続し、トランスデューサＲ１およびＲ２は発信器２２に接続する。したがって各トランスデューサＥ１、Ｅ２、Ｒ１またはＲ２は、発信または受信の際に中央電子装置１２から命令を受ける。
【００４９】
図２に示す実施形態では、タッチ面１８の形状は、複雑な形をした３次元の外殻であり、特に対称軸はない。この外殻は、固定領域３６に配置する４つの補強材を用いて剛性支持体を形成するフレーム３８に固定する。この外殻は、例えば前例のように、外殻の形状の主な２つの特徴的方向Ｄ１およびＤ２に沿って配置する２組の発信／受信トランスデューサＥ１、Ｒ１およびＥ２、Ｒ２を有する。
【００５０】
前例と同じく、発信トランスデューサＥ１およびＥ２は交互に発信するのに対し、受信器Ｒ１、Ｒ２は同時に受信する。さらに、発信器／受信器の役割は、前例でも推奨したように、最初の推測で観察した接触位置に応じて切り替えることができる。
【００５１】
さらに複雑なこの構成では、外殻の基本共振周波数のシフトのみを測定するのではなく、周波数で線形的に変調した搬送波を伴う電気パルスによって外殻を加振し、搬送波は外殻のＮ個の共振周波数、特に基本周波数および（Ｎ−１）個の第１の調和周波数を走査する。実際にこのＮ個の第１の共振周波数は一般に、点状の接触またはタッチ接触による接触で生じる周波数シフトに対して最も感度が高い。さらに、主として外殻の最も低い周波数の共振に注目すると、外殻の寸法は波長に等しく、指またはスタイラスなどとの任意の接触面積は、外殻の活動表面に対しては常に無視してよいものである。つまり、この接触面積は一般に外殻の活動面積の１％未満であるため、周波数シフトは、接触が指の腹によるものであってもプラスチック製スタイラスの先によるものであっても事実上同じである。よって接触位置の決定は、測定したＮ個の要素を持つシフトのベクトルと、Ｎ個の要素を持ちそれぞれが所定の位置に対応する基準ベクトルの基底とを比較することによって行う。
【００５２】
選択的ではあるが人間工学および感覚の観点から有利なように、本発明による装置は、接触を検出するたびにユーザに確認信号を供給するようにできる。したがって、中央電子装置１２をさらに、局地的に変形する接触の有無に起因する、タッチ面１８の少なくとも１つの固有振動モードの周波数シフトの検出に応答して、振動音響波の発生を確認する電気信号を用いて発信トランスデューサＥ１またはＥ２の少なくとも一方を加振するようにプログラムすることができる。確認信号によって生じるこの振動の振動音響周波数は、検出した周波数シフトと関連付けることができる。特に、２つの方向Ｄ１およびＤ２で基本固有モードの周波数シフトを少なくとも２つ検出した場合、この振動音響周波数は多数あり、少なくともシフトした基本モードの周波数を含むことができる。中央電子装置１２のこの追加機能を実現するには、発信器２２をスペクトル解析モジュール２６および／または解析モジュール２８に接続する必要がある。
【００５３】
この確認用の振動音響波をユーザが正確に感知するためには、この振動音響波の振幅が、タッチ面で発信される接触位置特定のための他の機械的弾性波よりもわずかに上回っていることが重要である。振幅が「わずかに上回っている」とは、ユーザがこの確認信号の特性をタッチ接触か聴覚によって感知する点を上回っているということである。他の機械的弾性波を１０〜１００倍上回る振幅が適当である。
【００５４】
また、この確認用の振動音響波をユーザが正確に感知するためには、この振動音響波の継続時間が十分であることも重要である。特に、継続時間５ｍｓ〜１５０ｍｓが適当である。
【００５５】
外殻の共振周波数から所定の周波数をシフトすることも可能であり、これは、外殻を任意の点で押さえるだけでなく、特定の変形性、とりわけ単安定性または非対称の双安定性を有する局地的に区切って機能化した領域を先験的に外殻に生成することで可能になる。局地的に区切るこのような機能化領域を図２に示し、符号４０および４２を付している。この領域は、例えば円形で、外殻１８の所定の部位に型打ちするか、外殻の厚みを局地的に薄くしてその領域の周縁にプラスチック射出することによって形成する。
【００５６】
外殻１８に特定の変形性を有する、局地的に区切って機能化するこれらの領域を設けることは、これらの領域が所定の特定の運動と力の法則に従って圧力によって変形した際に外殻１８の共振周波数のシフトが生じるという利点があり、このシフトは、より一般に外殻の任意の点での接触によって生じる前述のシフトよりもはるかに大きい。
【００５７】
さらに、これらの周波数シフトは、単安定または双安定領域の対極の位置である載置位置と押圧位置との間で変化し、この領域の作動を認識しやすくしたり、ノイズによる加振に対してこの領域の耐性を増強させたりすることができる。これらの領域を機能化する、つまりこの領域の「載置」位置または「押圧」位置を所定の機能と関連付けることで、これらの領域に係る機能の予想外の作用を制限し、外殻１８が相互作用に対して感度を高めるようにする。実際には、この領域のどちらか一方の各位置を１つの機能に関連付けると同時に、検出しやすく他の基準ベクトルと区別しやすい基準の周波数シフトのベクトルにも関連付ける。
【００５８】
双安定領域の場合、このような領域を押圧すると、この領域のリセット、つまり最初の押圧していない位置に戻すには、一方を押圧したときは他方がリセットしこの逆も同様に起こり、同時に押圧することのできない２つの双安定領域を組み合わせることで実現する。
【００５９】
図２の外殻１８、またはより一般的に任意の変形可能なタッチ面にこれらの領域があることは、図１を参照して詳述した変形する接触位置を特定する原理を代替または補足するものとしてとらえることができる。
【００６０】
外殻１８は、この領域のどちらか一方で圧力を受けた場合、数ミリメートル動いて変形し、これらの領域の運動と力の法則は、単調増加型、非線形的な増加型、双安定型または単安定型となる。
【００６１】
図３Ａは、例えば図２の領域４０または４２の一方である双安定領域の概略的断面図である。この双安定領域の周縁にある端部は、簡略化のために固定しているように図示しているが、実際には変形可能な外殻１８の残りの部分につながり、この外殻自体も双安定領域に接触がある場合に最低限変形することができる。
【００６２】
双安定領域４０または４２の第１の載置位置「１」では、この領域は圧力を一切受けずに安定した均衡を保つ。
【００６３】
第２の不均衡な中間位置「２」では、領域は圧力を受け、使用する材料の弾性法則によって起こる変形モードに従って表面が変形する。
【００６４】
この領域はこの圧力を維持したまま、不安定な均衡、つまり切り替えが起こる第３の中間位置「３」へ移ったのち、不均衡な第４の中間位置「４」へ移り、その後安定した均衡な第５の「押圧」位置に達する。
【００６５】
ポテンシャルエネルギーの面では、最初に載置位置にある領域４０または４２の表面に直角の力を加えると、切り替え位置まで湾曲するポテンシャルエネルギーを貯蔵する領域内部に側面の外力が生じ、この力はその後切り替わって押圧位置に相当する井戸型ポテンシャルに落ちる。
【００６６】
領域４０または４２が非対称に双安定している場合、表面中央で測定する通常の変位をｄとし、中央で加える通常の力の強度をＦとすると（図３Ｂを参照）、図３Ｃに示す運動と力の法則が得られる。
【００６７】
図３Ｃでは、ゼロの力にあたる位置ｄ＝０は、双安定領域の第１の安定位置「１」に相当する。位置０＜ｄ＜ｄｔｏｐは、双安定領域が変形する弾性モードが変わる前の位置「２」に相当する。双安定領域の切り替えが生じる正の力の閾値強度Ｆｔｏｐにあたる位置ｄ＝ｄｔｏｐは、位置「３」に相当する。位置ｄ＝ｄｍｉｄは、双安定領域の２つの安定位置の間に位置するゼロの力に相当する。第１の安定位置「１」に戻る切り替えが生じる負の力の閾値強度−Ｆｂｏｔにあたる位置ｄ＝ｄｂｏｔも、位置「３」による弾性変形に相当する。位置ｄｔｏｐ＜ｄ＜ｄｅｎｄは、双安定領域が変形する弾性モードが変化したのちの位置「４」に相当する。ゼロの力にあたる位置ｄ＝ｄｅｎｄは、双安定領域の第２の安定位置「５」に相当する。
【００６８】
領域４０または４２の双安定性の非対称は、ＦｔｏｐとＦｂｏｔとの強度の差によるものである。この場合、２つの安定位置「１」および「５」に関連する静的外力は異なり、異なる動的な弾性定数に関連しているため、２つの安定位置に関連する外殻１８の共振周波数も異なる。そのため、この２つの位置を確実に区別することができる。
【００６９】
領域４０または４２が双安定ではなく単安定の場合でも、同様の論理を適用できる。この場合、運動と力の法則にも傾斜の折れがみられるが、出発位置以外に力がゼロの安定位置は存在しない。よって領域４０または４２は、傾斜がきわめて強くなる弾性限界位置まで押圧することができる。領域がこの限界位置にあるとき、外殻１８にかかる側面の静的外力により共振周波数がシフトするが、その量は、この領域上の接触だけでなくその押圧に対しても認識できるほど特徴的な量である。換言すると、またさらに正確には、周波数シフトは、対象とする軸に沿った外殻１８の基本共振の阻止と、外殻内部に対する内側の機械的外力の変化と関係する同調の変化との累積であり、この両者によって弾性特性が変わり、それによって特に湾曲波の伝搬速度が変化する結果、基本共振周波数とその調和周波数が変化する。
【００７０】
このほか、このような単安定領域上の接触力を測定するため、変形可能な領域の２つの対極位置の間の相対的な周波数シフトを事前に登録することができる。
【００７１】
単調増加型など、さらに単調型の運動と力の法則によって、変形可能な領域に対しても同様の論理を適用できる。
【００７２】
また、外殻１８は、特定の変形性を有する、局地的に区切って機能化した複数の領域を有し、この領域を異なるサイズにすることができるが、これによって各領域に特定の周波数シフトが生じる。これらの双安定または単安定領域により、時間的に一貫した特定の周波数シフトを生成することができ、最終的には外殻１８に、双安定または単安定の基本共振周波数および調和周波数に関連する双安定または単安定の電圧または静的外力が発生する状況が生成されることがわかる。
【００７３】
図４は、第１の変形例による、図２に示す外殻１８の軸Ｄ１を含む面に沿った断面図である。第１の補強材４４で、トランスデューサＥ１のある箇所のフレーム３８に外殻１８を剛性固定する。第２の補強材４６で、トランスデューサＲ１のある箇所のフレーム３８に外殻１８を剛性固定する。外殻はこの２つの固定補強材の間で変形可能であり、特に、この変形例において単安定となるように型打ちによって形成した領域４０および４２で変形可能である。この変形例においても、トランスデューサＥ１およびＲ１はＰＺＴ系の圧電ペレットであり、方向Ｄ１への放射を優先する形態になっている。このトランスデューサは、例えば外殻１８の下に接着させるか、（Ｅ１に対する）補強材４４および（Ｒ１に対する）補強材４６の直近でこの外殻の厚み内部に埋め込む。また、補強材は、例えば外殻１８と同じ成形型で作製する。補強材は、リベット締めにしてもよいし、締め付けビスを用いて外殻１８を締め付けてもよい。
【００７４】
図５は、第２の変形例による、図２に示す外殻１８の軸Ｄ１を含む面に沿った断面図である。この第２の変形例によれば、領域４０および４２は、外殻の厚みを局地的に薄くし、双安定となるようにその領域の周縁にプラスチック射出することによって外殻１８に形成する。この変形例においても、トランスデューサＥ１およびＲ１はそれぞれ補強材４４および４６内に埋め込み、この補強材自体は外殻１８と同じ成形型で作製する。
【００７５】
図６は、第３の変形例による、図２に示す外殻１８の軸Ｄ１を含む面に沿った断面図である。この第３の変形例によれば、領域４０および４２は、第２の変形例のようにプラスチック射出によって外殻１８に形成する。これに対してトランスデューサＥ１およびＲ１は円形であり、両極を有し、それぞれ補強材４４および４６の環状リング４８および５０に取り付ける。補強材４４および４６の環状リング４８および５０は、例えばプラスチック射出によって得る。また、トランスデューサＥ１およびＲ１はＰＺＴ系のセラミックスであり、導電性接着剤に頼らずに電気接触が容易になるように、内部電極が銀メッキ線による折り返し電極になっている。
【００７６】
補強材４４および４６は、外殻１８と同じ成形型で作製し、締め付けビスでフレーム３８に固定する。補強材は、環状リングと外殻１８との間で中実にする。この構成では、補強材の環状リングの厚みは補強材の支柱の直径に等しいことが好ましい。これとは逆に、補強材４４および４６を中空にし、外殻１８はこの補強材を縦に貫通するリベットでフレーム３８に固定してもよい。この構成では、補強材の環状リングの厚みは、補強材の支柱の内壁の厚みの２倍に等しいことが好ましい。
【００７７】
この第３の変形例の利点は、両極を有する環状のトランスデューサＥ１およびＲ１が、補強材４４および４６を介して外殻１８に送信したり外殻１８から受信したりする湾曲モードを生じたり検出したりすることである。環状のトランスデューサを接着する補強材の環状リングは、外殻１８が湾曲する振動エネルギーを湾曲波でトランスデューサに結合する有効な手段となる。さらに、各トランスデューサの両極を分離するラインは、外殻１８に生じる湾曲波の指向性のグラフを必要とする。したがって、外殻１８の形が単純な場合、両極を分離するラインは外殻の縁に平行になるような設置することができる。よって発信および／または受信の強度は、両極を分離するラインに直角な中央軸で最大となる。トランスデューサＥ２およびＲ２にも適用したこのトランスデューサの構成により、外殻１８内で湾曲モードが生じやすくなり、選択して検出できるようになり、周波数シフトによる位置特定方法が点状の接触に対してさらに感度が高くなる。トランスデューサの指向性により、外殻１８の軸Ｄ１およびＤ２の結合を解放しやすくすることもできる。この結合の解放は、外殻の全周囲を剛性固定せずに固定領域３６に局地的に固定するだけの場合はさらに容易になる。
【００７８】
この第３の変形例の利点は、発信トランスデューサおよび受信トランスデューサを完全に見えなくすることである。
【００７９】
このほか、固定用の補強材を設けることのもう１つの利点が、外殻と支持体との間にある程度の共振があることによって、外殻がパルスモードでスピーカの役割を果たすことができる点である。パルス受信モードでは、外殻は受信トランスデューサの受信アンテナとして働き、高感度のマイクロホンの機能を果たすことができる。
【００８０】
次に、図１のタッチプレートまたは図２の３次元の外殻のような変形可能なタッチ面１８で局地的に変形する接触位置の特定方法を、図７を参照して詳述する。
【００８１】
例えば１秒当たり十数回、とりわけ１秒あたり５０から１００回測定するレートなどの規則的な間隔で、中央電子装置１２は、変形可能なタッチ面１８の外殻を監視するステップ１００を開始したのち、接触位置の特定ステップ２００に移る。
【００８２】
各監視ステップ１００では、ｔ０の時点で、主な特徴的方向（Ｄ１またはＤ２）に沿ってパルスの機械的弾性波を発信トランスデューサ（例えばＥ１またはＥ２）から変形可能なタッチ面１８へ発信する（１０２）。機械的弾性波は、２つの異なる伝搬位相に従って伝搬する。一時的に伝搬する第１の位相では、ｔ０の時点からｔ１の時点へ広がり、この位相では発信した波の前線は、対象とする方向にある受信トランスデューサ（例えばＲ１またはＲ２）に到達する。静的に伝搬する第２の位相では、ｔ１の時点から監視目的のｔ２の時点まで広がり、この段階ではパルスの機械的弾性波を対象とする方向へ発信すると、少なくとも１つの固有モードに従って変形可能なタッチ面１８の共振振動が生じる。
【００８３】
この監視ステップ用に選択した発信トランスデューサは、例えば階段状の電気パルスであるディラックパルス、または優先的に以下のタイプの法則に従ってスペクトル［ｆ０；２ｆ０］に対する周波数で線形的に変調した搬送波を伴う継続時間Ｔのパルスで加振する。
【００８４】
【数１】
【００８５】
式中、ｆ０は対象となる方向に接触のないタッチ面の基本共振周波数である。
【００８６】
パルスの継続時間Ｔは、約１０ｍｓを選択する。さらに、正弦曲線のパルスではなく、線形的に周波数に変調した正方形のパルスが好ましい。また、複雑な形のタッチ面の場合、発信トランスデューサを加振する電気パルスは、広いスペクトル［ｆ０；２０ｆ０］に対して変調することができる。
【００８７】
対象とする方向で変形可能なタッチ面１８の共振振動の少なくとも１つの固有モードを確立したのちに、監視ステップ１００は、この共振振動をこの方向に関連付けた受信トランスデューサによって検出するステップ１０４を含み、少なくとも１つの捕捉信号を得る。この検出１０４はｔ３の時点で開始し、検出１０６が終わるｔ４の時点まで続け、この時間間隔の間に捕捉信号を測定する。
【００８８】
監視ステップ１００の次は、接触の位置特定ステップ２００であり、このステップでは中央電子装置１２がタッチ面１８で変形すると思われる接触を識別し、位置を特定する。さらに正確にはこのステップ２００では、中央電子装置１２のスペクトル解析モジュール２６は、所定の周波帯域で捕捉した信号スペクトルの振幅ピークを少なくとも１つ検出する。この振幅ピークは、タッチ面１８の信号の固有モードにあり、とりわけ少なくとも基本固有モードの周波数にある。複数の振幅ピークを検出した場合、それは基本固有モードであるが、少なくとも１つの調和固有モードでもある。その後、この検出の結果を解析モジュール２８に供給する。解析モジュール２８は、検出した固有モードを対象とする方向での接触がない基準の固有モードと比較する。これらの検出した固有モードのそれぞれのシフトを差し引いたのち、これらのシフトに応じて可能性のある接触位置を推定する。タッチ面に単安定の特定領域がある場合、前述したように、接触力を測定することも可能である。また、選択的に、同じく前述したように、接触の検出および位置確認の応答として確認信号を発信してもよい。
【００８９】
前述したような、変形可能なタッチ面で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置および方法によって、点状または広い接触、短いまたは長い接触、優しい接触または粗野な接触などとはまったく異なる接触を簡単に特定し、特徴付けることができる。ただし、共振表面を十分な時間十分に阻止し、固有周波数シフトが生じる場合に限る。この観点から、タッチ面が変形可能であることにより接触時間が長くなり、検出が容易になり、これには接触が衝撃である場合も含まれる。
【００９０】
その上、周波数シフトの推定を実施する原則はきわめて単純であることから、市販のマイクロコントローラに実装することができ、応答時間は短くなり、一般に１〜１００ｍｓになる。したがって、軌跡（つまり連続的接触）の検出に繰り返し実装することができる。
【００９１】
もう１つの利点は、納得のいく結果が得られることであり、例えば限定数の発信器および受信器をもとに、ミリメートル単位の正確な位置特定ができる。とりわけ、タッチ面の主な特徴を検出するごとに発信トランスデューサおよび受信トランスデューサの組が最低１組あれば十分である。
【００９２】
さらに、トランスデューサを変形可能なタッチ面の固定点（振動節）に設置し、機械的弾性波を直線的に発信させると、表面の形が単純な場合、単純に主な方向でのタッチ面の基本周波数シフトをもとに接触の位置特定が可能になる。
【００９３】
また、タッチ面に特定の変形性を有し、局地的に区切って機能化した領域を設ける実施形態では、限定数のトランスデューサを有し、処理用の電子部品も小型で消費電力の少ない安価なキーボードを考案することも可能である。さらに、この実施形態では、周囲の振動および音響雑音、または相互作用がない場合の粘着テープおよび汚れの影響に対する耐性が高い。なぜなら、相互作用に特徴的な周波数シフトが現れるためには、タッチ面を局地的に変形可能なこれらの領域で阻止し、さらには機械的電圧を印加する必要があるためである。また、機械的なキーを加えることなくキーボードを供給できるという利点もある。
【００９４】
本発明は、ガラス製の平面に限定されるものではなく、湾曲面およびプラスチックまたは金属製の外殻にも適用されるため、可能な適用例が多数あることも述べた。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
前述した装置および方法の利用が可能な産業上の適用例として特に、
− 接触を動的に解釈するマンマシンインターフェースがあることを前提とするゲームコンソール、携帯電話、携帯情報端末および液晶画面に用いるタッチパネル、
− 平坦または湾曲したタッチキーボード、複雑な形の対象物にプラスチック射出によって設けるタッチコマンドボタン、
− 撫でる、たたくなど、さまざまな種類のタッチ接触を感知することができるロボットまたは玩具に対してタッチ操作可能な外殻で、このようなロボットと人間との直観的相互作用を容易にするもの、
− 機能化した特定領域を有するロボットまたは玩具のタッチ操作可能な外殻、
− 共振箱を形成する閉鎖した３次元の外殻であって、とりわけプログラム可能なキーおよび電気機械的加振のあるピアノ型のタッチ機能の楽器の製作に適合し、この加振は、指による外殻への接触位置を検出する第１のステップと、測定した所望の周波数シフト、場合によっては検索した音響レンダリングに応じてスペクトルが多様になった周波数シフトに対応する周波数を有する強力な信号によって、少なくとも１つの発信トランスデューサを加振し、接触位置の特定後直ちにパルス音による反応を発生させる第２のステップとの２つのステップを含むもの
があるが、これらに限定されるものではない。
【００９６】
このほか、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではないことがわかるであろう。ここに開示した教示に照らし合わせて、上に記載した実施形態にさまざまな修正を加えてもよいことは当業者には明らかであろう。以下の請求項では、使用した用語が請求項を本明細書で明らかにした実施形態に限定するものと解釈してはならず、本文の記載およびそこから予見される内容は、ここに開示した教示の実装に一般知識を応用することによって当業者が到達しうる範囲内であることから、請求項が範囲に含めると想定するあらゆる同等のものも含まれると解釈すべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（１４）の変形可能なタッチ面（１８）上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置であって、
− 前記対象物の前記変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信するように設計する少なくとも１つの発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）と、
− 前記対象物の前記変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を捕捉するように設計する少なくとも１つの受信トランスデューサ（Ｒ１、Ｒ２）と、
− 前記発信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）に接続する中央電子装置（１２）と
を有する位置特定装置において、
前記中央電子装置（１２）を、
− 局地的に変形する接触があることにより、前記タッチ面に発信される波の伝搬によって生じる前記タッチ面（１８）の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、
− 前記周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定する
ようにプログラムする（２６、２８）位置特定装置（１０）。
【請求項２】
前記対象物（１４）に対して前記変形可能なタッチ面（１８）の剛性固定領域（３６）を複数有し、該領域は前記タッチ面の共振振動の節を形成し、前記発信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）は前記領域に設置する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記発信トランスデューサと前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）の組を少なくとも１組有し、同じ組のトランスデューサはそれぞれ、前記変形可能なタッチ面（１８）で前記同じ組のもう一方のトランスデューサと対面する直径方向の領域（３６）に設置する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記発信トランスデューサと前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）の組を複数組有し、各組を前記変形可能なタッチ面（１８）の特徴軸（Ｄ１、Ｄ２）、とりわけ前記タッチ面の対称軸の両端に配置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）は機械的弾性波を直線的に発信させ、指向性を示すグラフが同じ組のもう一方のトランスデューサ（Ｒ１、Ｒ２）の方向に対して最大強度を示すような向きにする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）を機械的弾性波を一様に発信または受信するように設計し、検出する接触を事前に推測したおおよその位置に応じて、同じ組の２つのトランスデューサの一方を発信トランスデューサとして選択するように、前記中央電子装置（１２）をプログラムする、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記トランスデューサ（Ｅ１、Ｒ１）を、剛性フレーム（３８）上にある前記変形可能なタッチ面（１８）の固定補強材（４４、４６）と一体化させ、振動が発信トランスデューサ（Ｅ１）から生じるときは前記変形可能なタッチ面（１８）に伝達し、前記変形可能なタッチ面（１８）から生じるときは受信トランスデューサ（Ｒ１）に伝達するようにして前記振動を前記補強材（４４、４６）に発生させる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記中央電子装置（１２）をさらに、局地的に変形する接触の有無に起因する周波数シフトの検出に応答して、検出した周波数シフトと関係のある音響周波数の振動音響波およびタッチ面に発信された他の機械的弾性波をわずかに上回る振幅を生じる確認用の電気信号を用いて、少なくとも１つの発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）を加振し、接触位置を特定するようにプログラムする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の変形可能なタッチ面を備える外殻（１８）および装置（１０）を有する通信対象物であって、前記外殻の前記変形可能なタッチ面（１８）は、特定の変形性、とりわけ非対称の単安定性または双安定性を有する局地的に区切って機能化した少なくとも１つの領域（４０、４２）を有する対象物。
【請求項１０】
対象物（１４）の変形可能なタッチ面（１８）上で局地的に変形する接触位置を特定する方法であって、
− 前記対象物の前記タッチ面で、前記対象物からの少なくとも１つの発信点（Ｅ１、Ｅ２）からくる機械的弾性波の伝搬（１０２）によって局地的に変形する接触を監視し、前記対象物の少なくとも１つの受信点（Ｒ１、Ｒ２）で前記機械的弾性波を検出して少なくとも１つの捕捉信号を得るステップ（１００）と、
− 前記対象物の前記タッチ面で局地的に変形する接触位置を、前記捕捉信号の特性に応じて特定する位置特定ステップ（２００）と
を含む方法において、
前記位置特定ステップは、局地的に変形する接触の有無に起因し、タッチ面に発信される波の前記伝搬によって生じる前記タッチ面の少なくとも１つの固有共振振動モードの周波数シフトの解析を含む方法。
【請求項１１】
前記監視ステップ（１００）は、所定の周波数範囲内で周波数を走査するパルスの機械的弾性波を発信し、前記周波数は、接触のない前記タッチ面（１８）の共振振動の少なくとも１つの基本固有周波数と該周波数の２倍の周波数とを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１】
対象物（１４）の変形可能なタッチ面（１８）上で局地的に変形する接触位置を特定する位置特定装置であって、
− 前記対象物の前記変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を発信するように設計する少なくとも１つの発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）と、
− 前記対象物の前記変形可能なタッチ面上で伝搬する機械的弾性波を捕捉するように設計する少なくとも１つの受信トランスデューサ（Ｒ１、Ｒ２）と、
− 前記発信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）に接続する中央電子装置（１２）と
を有する位置特定装置において、
前記中央電子装置（１２）を、
− 局地的に変形する接触があることにより、前記タッチ面に発信される波の伝搬によって生じる前記タッチ面（１８）の共振振動の少なくとも１つの固有モードの周波数シフトを検出し、
− 前記周波数シフトを解析することによって局地的に変形する接触位置を特定する
ようにプログラムする（２６、２８）位置特定装置（１０）。
【請求項２】
前記対象物（１４）に対して前記変形可能なタッチ面（１８）の剛性固定領域（３６）を複数有し、該領域は前記タッチ面の共振振動の節を形成し、前記発信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）は前記領域に設置する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記発信トランスデューサと前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）の組を少なくとも１組有し、同じ組のトランスデューサはそれぞれ、前記変形可能なタッチ面（１８）で前記同じ組のもう一方のトランスデューサと対面する直径方向の領域（３６）に設置する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記発信トランスデューサと前記受信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）の組を複数組有し、各組を前記変形可能なタッチ面（１８）の特徴軸（Ｄ１、Ｄ２）、とりわけ前記タッチ面の対称軸の両端に配置する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）は機械的弾性波を直線的に発信させ、指向性を示すグラフが同じ組のもう一方のトランスデューサ（Ｒ１、Ｒ２）の方向に対して最大強度を示すような向きにする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２、Ｒ１、Ｒ２）を機械的弾性波を一様に発信または受信するように設計し、検出する接触を事前に推測したおおよその位置に応じて、同じ組の２つのトランスデューサの一方を発信トランスデューサとして選択するように、前記中央電子装置（１２）をプログラムする、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記トランスデューサ（Ｅ１、Ｒ１）を、剛性フレーム（３８）上にある前記変形可能なタッチ面（１８）の固定補強材（４４、４６）と一体化させ、振動が発信トランスデューサ（Ｅ１）から生じるときは前記変形可能なタッチ面（１８）に伝達し、前記変形可能なタッチ面（１８）から生じるときは受信トランスデューサ（Ｒ１）に伝達するようにして前記振動を前記補強材（４４、４６）に発生させる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記中央電子装置（１２）をさらに、局地的に変形する接触の有無に起因する周波数シフトの検出に応答して、検出した周波数シフトと関係のある音響周波数の振動音響波およびタッチ面に発信された他の機械的弾性波をわずかに上回る振幅を生じる確認用の電気信号を用いて、少なくとも１つの発信トランスデューサ（Ｅ１、Ｅ２）を加振し、接触位置を特定するようにプログラムする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の変形可能なタッチ面を備える外殻（１８）および装置（１０）を有する通信対象物であって、前記外殻の前記変形可能なタッチ面（１８）は、特定の変形性、とりわけ非対称の単安定性または双安定性を有する局地的に区切って機能化した少なくとも１つの領域（４０、４２）を有する対象物。
【請求項１０】
対象物（１４）の変形可能なタッチ面（１８）上で局地的に変形する接触位置を特定する方法であって、
− 前記対象物の前記タッチ面で、前記対象物からの少なくとも１つの発信点（Ｅ１、Ｅ２）からくる機械的弾性波の伝搬（１０２）によって局地的に変形する接触を監視し、前記対象物の少なくとも１つの受信点（Ｒ１、Ｒ２）で前記機械的弾性波を検出して少なくとも１つの捕捉信号を得るステップ（１００）と、
− 前記対象物の前記タッチ面で局地的に変形する接触位置を、前記捕捉信号の特性に応じて特定する位置特定ステップ（２００）と
を含む方法において、
前記位置特定ステップは、局地的に変形する接触の有無に起因し、タッチ面に発信される波の前記伝搬によって生じる前記タッチ面の少なくとも１つの固有共振振動モードの周波数シフトの解析を含む方法。
【請求項１１】
前記監視ステップ（１００）は、所定の周波数範囲内で周波数を走査するパルスの機械的弾性波を発信し、前記周波数は、接触のない前記タッチ面（１８）の共振振動の少なくとも１つの基本固有周波数と該周波数の２倍の周波数とを含む、請求項１０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５００５３２（Ｐ２０１３−５００５３２Ａ）
【公表日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２２２０５（Ｐ２０１２−５２２２０５）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５１０７０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１５７３３
【国際公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５１０１９１２０７）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５１０７０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１５７３３
【国際公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５１０１９１２０７）
【Ｆターム（参考）】
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