音響波型位置検出装置
【課題】音響波型の位置検出装置において、複数の物体が接触対象の面上をドラッグしているとき、物体がこの面上に実際に接触したか否かを正確に検出可能とする。
【解決手段】物体の接触対象である面２ａに沿って音響波を伝搬させるとともに、この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号Ｓ３、Ｓ４を得、音響波が物体によって遮断されたときの検出信号Ｓ３、Ｓ４の減衰に基づいて、該物体の前記面２ａ上の接触位置を検出するように構成された音響波型位置検出装置１００において、面２ａ上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面２ａへの接触の有無を検出する検出手段２１、２２を設ける。
【解決手段】物体の接触対象である面２ａに沿って音響波を伝搬させるとともに、この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号Ｓ３、Ｓ４を得、音響波が物体によって遮断されたときの検出信号Ｓ３、Ｓ４の減衰に基づいて、該物体の前記面２ａ上の接触位置を検出するように構成された音響波型位置検出装置１００において、面２ａ上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面２ａへの接触の有無を検出する検出手段２１、２２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル等を構成する音響波型位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、音響波型の位置検出装置が公知となっている。この音響波型位置検出装置は基本的に、人間の指等の物体の接触対象である面に沿って音響波を伝搬させるとともに、この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号を得、音響波が物体によって遮断されたときの前記検出信号の減衰に基づいて、該物体の前記面上の接触位置を検出するように構成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６４２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような基本構成を有する従来の音響波型位置検出装置は多くの場合、上記減衰の状態を示す信号を生成し、この信号において上記減衰に対応して生じるピーク部に基づいて、物体の前記面への接触位置を検出するように構成されている。より具体的には、上記ピーク部の振幅が所定の閾値以上となっている場合は減衰が生じている、つまり物体が面に接触していると判断され、そのピーク部が発生した時間に基づいて接触位置が検出されるようになっている。
【０００５】
ところが、そのような従来の音響波型位置検出装置においては、接触対象の面に物体が実際に接触しているのにも拘わらず、接触を示す信号が得られないという不具合が発生することが認められている。このような不具合は特に、接触対象の面上を指等の物体がドラッグ（接触を維持したまま移動すること）していて、しかもマルチタッチ（接触している物体が複数）である場合に多く認められる。このような事情を考慮すると、接触を示す信号が得られない場合、それが上記不具合によるものであるか、あるいは本当に接触がなされなかったのかを正確に知ることが求められる。つまり、実際は接触がなされているのに上記不具合が発生しているのであると正確に把握できれば、適宜の方法により、接触位置を求めることも可能になるからである。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、音響波型の位置検出装置において、物体が接触対象の面に実際に接触しているか否かを正確に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による音響波型位置検出装置は、
前述したように、物体の接触対象である面に沿って音響波を伝搬させるとともに、
この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号を得、
音響波が物体によって遮断されたときの前記検出信号の減衰に基づいて、該物体の前記面上の接触位置を検出するように構成された音響波型位置検出装置において、
前記面上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面への接触の有無を検出する検出手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
なお上記の検出手段は、ある時点における該物体の前記面への接触位置を、その時点の前に検出された接触位置に基づいて予測して求めるように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の音響波型位置検出装置は、上記の通り、前記面上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面への接触の有無を検出するように構成されているので、上記減衰の状態を示す信号の振幅だけに基づいて接触の有無を検出するようにした従来装置と比べれば、マルチタッチでドラッグされる場合の接触有無の検出精度をより高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による音響波型位置検出装置の概略正面図
【図２】上記音響波型位置検出装置の一部を示す部分側面図（ａ）と部分正面図（ｂ）
【図３】上記音響波型位置検出装置における位置検出信号の一例を示すグラフ
【図４】上記音響波型位置検出装置における位置検出信号の別の例を示すグラフ
【図５】上記音響波型位置検出装置におけるタッチ信号の一例を示すグラフ
【図６】上記音響波型位置検出装置におけるタッチ信号の別の例を示すグラフ
【図７】上記音響波型位置検出装置におけるタッチ信号のさらに別の例を示すグラフ
【図８】音響波型位置検出装置において生じ得る問題を説明する図
【図９】上記音響波型位置検出装置においてなされる接触位置検出を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による音響波型位置検出装置１００の概略正面形状を示すものである。図示の通り本実施形態の音響波型位置検出装置１００は基本的に、タッチパネル１、パルス発生器２０、信号処理回路２１およびコンピュータ２２からなり、タッチパネル１の表面に接触した指等の位置を検出するように構成されたものである。後述するように、上記信号処理回路２１およびコンピュータ２２は、タッチパネル１に対する物体の接触の有無を検出する手段を構成している。
【００１２】
上記タッチパネル１は、矩形のガラス基板２を有する。このガラス基板２の表面２ａには、４つの反射アレイ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが、全体としてタッチ領域１２を四方から囲むように形成されている。つまり、ガラス基板２の横方向、縦方向を各々Ｘ方向、Ｙ方向と規定すると、反射アレイ６ａ、６ｂはそれぞれガラス基板２の上端縁４ａ、下端縁４ｂに沿ってＸ方向に延びるように、そして反射アレイ６ｃ、６ｄは、それぞれガラス基板２の左端縁４ｃ、右端縁４ｄに沿ってＹ方向に延びるように形成されている。
【００１３】
各反射アレイ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄには、音響波の一例である表面弾性波を反射するために、多数の傾斜した突条すなわち傾斜線８が形成されている。これらの傾斜線８は、鉛ガラスの微粉末をペースト状にしたものをスクリーン印刷等によりガラス基板２上に印刷した後、焼結することによって形成されたものである。本実施形態において各傾斜線８は、ガラス基板２の端縁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに対して４５°の角度をなす向きに形成されている。そしてより詳しくは、反射アレイ６ａの各傾斜線８と、反射アレイ６ｂの各傾斜線８とは、互いに９０°の角度をなすように形成されている。他方、反射アレイ６ｃの各傾斜線８と、反射アレイ６ｄの各傾斜線８も、互いに９０°の角度をなすように形成されている。なお音響波としては、上記表面弾性波以外のものが用いられても構わない。
【００１４】
またガラス基板２の表面２ａ上において、互いに基板対角位置となる２つの隅部には、音響波の発信側のモード変換要素であるグレーティング１０ｂ、１０ｃが配設されている。それらのグレーティング１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、対応する反射アレイ６ｂ、６ｃに向けて音響波を発射するように配置されている。さらに、ガラス基板２の表面２ａ上において、別の一つの隅部には、受信側のモード変換要素であるグレーティング１０ａ、１０ｄが配設されている。これらのグレーティング１０ａ、１０ｄは、それぞれ反射アレイ６ａ、６ｄから伝搬して来る音響波を受ける位置に配置されている。
【００１５】
ここで、発信側の一つのグレーティング１０ｂおよびその近辺の側面形状、正面形状を各々図２の（ａ）、（ｂ）に示す。同図に示される通りグレーティング１０ｂは、微小な高さを有する複数の平行な突条１１がガラス基板２の表面２ａに形成されてなるものである。このグレーティング１０ｂに対応する位置においてガラス基板２の裏面２ｂには、トランスデューサ１８が取り付けられている。図１においては省略してあるが、他のグレーティング１０ａ、１０ｃおよび１０ｄに対応する位置にも、上記と同様のトランスデューサ１８が取り付けられている。
【００１６】
図１に戻って、表面弾性波の発信側となる他方のグレーティング１０ｃも、基本的に上記グレーティング１０ｂと同様に形成されたものである。さらに、受信側のグレーティング１０ａ、１０ｄも同様である。なお、それらのグレーティング１０ａ、１０ｄに対応して設けられた受信側のトランスデューサ１８は、バルク波の発生手段ではなく、音響波の検出手段となる。
【００１７】
発信側のグレーティング１０ｂ、１０ｃに対応するトランスデューサ１８には、図１に示すパルス発生器２０からそれぞれ、トランスデューサの電極周期長に対応する周波数の電気信号Ｓ１、Ｓ２が印加される。一方、受信側のグレーティング１０ａ、１０ｄに対応するトランスデューサ１８から後述のようにして出力される音響波検出信号Ｓ３、Ｓ４は、信号処理回路２１に入力されるようになっている。この検出回路２１および上記パルス発生器２０の駆動は、コンピュータ２２によって制御される。
【００１８】
以下、上記構成を有する位置検出装置１００の作用について説明する。まず、Ｘ方向位置の検出について説明する。グレーティング１０ｂに対応するトランスデューサ１８に対して、パルス発生器２０から前述のような電気信号Ｓ１が印加されると、このトランスデューサ１８から例えば周波数が５．５ＭＨｚ程度の超音波振動（バルク波）が励振される。このバルク波はガラス基板２内を通過して、グレーティング１０ｂでバースト波である表面弾性波に変換される。
【００１９】
この表面弾性波は反射アレイ６ｂに向かって−Ｘ方向に伝搬し、一部は該反射アレイ６ｂを構成する各傾斜線８で反射して＋Ｙ方向に伝搬し、反射アレイ６ａを構成する各傾斜線８で反射し、＋Ｘ方向に伝搬して受信側のグレーティング１０ａに到達する。表面弾性波はこのグレーティング１０ａによって超音波振動（バルク波）に変換され、この超音波振動はガラス基板２内を通過して、グレーティング１０ａと対応して設けられているトランスデューサ１８によって電気的な出力信号Ｓ３に変換される。
【００２０】
このときの表面弾性波の一つの伝搬経路を、図１において１４ａ、１４ｂおよび１４ｃで示す。すなわち、反射アレイ６ｂの各傾斜線８は、経路１４ａを通る表面弾性波の一部（約0.5〜1％）を反射するように形成されている。傾斜線８どうしの間隔は表面弾性波の波長の整数倍とされているが、この間隔は、経路１４ｂと平行にタッチ領域１２を伝搬する表面弾性波の強度が均一になるように、グレーティング１０ｂから離れるに従って次第に狭くなるように設定されている。こうして傾斜線８の配置密度は、グレーティング１０ｂから離れるに従って指数関数的に増大している。
【００２１】
対応する反射アレイ６ａの傾斜線８も同様に、グレーティング１０ａに近いほどその間隔が広く設定されている。ただし、この反射アレイ６ａの傾斜線８は、反射アレイ６ｂの傾斜線８と９０°の角度をなす向きに形成されている。つまり反射アレイ１６ｂと反射アレイ１６ａは、ガラス基板２を上下に二分する中心線に関して、互いに線対称の形状とされている。
【００２２】
上記表面弾性波は反射アレイ６ｂ中を−Ｘ方向に伝搬するが、該反射アレイ６ｂ中のよりグレーティング１０ｂに近い傾斜線８で反射した表面弾性波ほどより早くグレーティング１０ａに到達し、グレーティング１０ｂからより遠い傾斜線８で反射した表面弾性波ほどより遅くグレーティング１０ａに到達する。したがって上記の出力信号Ｓ３の波形は、次々とグレーティング１０ａに到達した表面弾性波、つまりは次々と前記トランスデューサ１８に到達した超音波振動を変換して得られた電気信号の包絡線からなる波形となる。そこで、具体的にこの出力信号Ｓ３の波形は、上記表面弾性波に特に外乱が作用しなければ、図３に実線で示すようなものとなる。
【００２３】
しかしここで、ガラス基板表面２ａのタッチ領域１２に例えば指等の物体が接触した場合は、その物体によって表面弾性波が遮られるので、上記出力信号Ｓ３に、図３に破線で示すような減衰が生じる。この減衰が生じた時間は、タッチ領域１２において上記物体が接触したＸ方向位置と対応するので、出力信号Ｓ３の波形に基づいて、この接触のＸ方向位置を検出することができる。
【００２４】
タッチ領域１２に接触した物体のＹ方向位置も、上記と同様にして検出される。すなわち、もう一つの発信側グレーティング１０ｃに対応するトランスデューサ１８には、図１に示すパルス発生器２０から、トランスデューサの電極周期長に対応する周波数の電気信号Ｓ２が印加される。それにより、グレーティング１０ｃから反射アレイ６ｃに向けて表面弾性波が発せられる。
【００２５】
この表面弾性波は反射アレイ６ｃの傾斜線８、反射アレイ６ｄの傾斜線８で反射して、図１中に例えば経路１６ａ、１６ｂおよび１６ｃで示すように伝搬し、受信側グレーティング１０ｄに到達する。表面弾性波はこのグレーティング１０ｄによって超音波振動（バルク波）に変換され、この超音波振動はガラス基板２内を通過して、グレーティング１０ｄと対応して設けられているトランスデューサ１８によって電気的な出力信号Ｓ４に変換される。なお反射アレイ１６ｃと反射アレイ１６ｄは、ガラス基板２を左右に二分する中心線に関して、互いに線対称の形状とされている。
【００２６】
出力信号Ｓ４の波形は、上記表面弾性波に特に外乱が作用しなければ、図４に実線で示すようなものとなる。しかしここで、ガラス基板表面２ａのタッチ領域１２に例えば指等の物体が接触した場合は、その物体によって表面弾性波が遮られるので、上記出力信号Ｓ４に、図４に破線で示すような減衰が生じる。この減衰が生じた時間は、タッチ領域１２において上記物体が接触したＹ方向位置と対応するので、出力信号Ｓ４の波形に基づいて、この接触のＹ方向位置を検出することができる。
【００２７】
以下、上記接触の位置検出について、さらに詳しく説明する。図１に示した信号処理回路２１は、上述の出力信号Ｓ３を受けると、その減衰に対応したタッチ信号ＰＸを生成し、それをＡ／Ｄ変換した上でコンピュータ２２に入力する。このタッチ信号ＰＸは基本的に、出力信号Ｓ３の減衰部つまり図３の破線部を上下反転した波形のものであり、一例として減衰部が１箇所のみである場合は例えば図５に示すようなものとなる。つまり、このタッチ信号ＰＸは、上記減衰部の最も減衰が大きい所に対応したピークを持つものとなり、そのピークの中央位置Ｘ１が、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＸ方向位置を示す。また、ガラス基板表面２ａ上に２つの物体が接触している場合、出力信号Ｓ３には減衰部が２箇所発生するので、その場合のタッチ信号ＰＸは例えば図６に示すようなものとなる。
【００２８】
信号処理回路２１はさらに、もう一つの出力信号Ｓ４に基づいて、上記タッチ信号ＰＸと同様のタッチ信号ＰＹを生成し、それをＡ／Ｄ変換した上でコンピュータ２２に入力する。このタッチ信号ＰＹは、そのピークが生じている位置が、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＹ方向位置を示すものとなる。コンピュータ２２は、以上のようにして入力されたタッチ信号ＰＸ、ＰＹに基づいて、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＸ，Ｙ座標を示す位置検出信号Ｓ（Ｘ，Ｙ）を出力する。なお、上記出力信号Ｓ３やＳ４におけるピークの検出は、公知のピーク検出手法を用いて行うことができる。
【００２９】
このときコンピュータ２２においては、タッチ信号ＰＸのピーク部の振幅、つまり図５中のＷｈや図６中のＷｈ１、Ｗｈ２が所定の第１の振幅閾値Ｒｈ１と比較される。その振幅が第１の振幅閾値Ｒｈ１を下回る場合、つまり図３に示した出力信号Ｓ３の減衰がそれほど顕著でない場合は、さらに該振幅と第２の振幅閾値Ｒｈ２（Ｒｈ２＜Ｒｈ１）との比較がなされ、振幅がこの第２の閾値Ｒｈ２をも下回った場合（この点については後に詳しく説明する）タッチ信号ＰＸは物体の接触を示していないと判定して無視される。これは、タッチ信号ＰＹについても同様である。このようにタッチ信号ＰＸあるいはＰＹが無視されたとき、位置検出信号Ｓ（Ｘ，Ｙ）は出力されない。
【００３０】
ここで、以上述べた基本構成を有する音響波型位置検出装置１００においては、ガラス基板表面２ａ上に物体が接触しているのに、その接触点が検出されない事態が生じることがある。この不具合は特に、図８に一例を示すように接触点が複数（いわゆるマルチタッチ）で、かつそれらがある経路Ｌ１，Ｌ２でドラッグされている際に発生しやすいことが判明している。つまり、この図８の例では、そこにＡで示す位置における接触点が検出されず、あたかもその位置で物体がガラス基板表面２ａから離れたような位置検出結果が得られてしまうのである。
【００３１】
以下、上記の不具合を回避する点について説明する。前述したタッチ信号ＰＸ、ＰＹは各々、バースト波である表面弾性波が反射アレイ６ｂ、６ｃに向けて１回発せられる毎に生成される。そこで、第ｎ回目に表面弾性波が発せられたときに得られるタッチ信号をそれぞれＰＸn、ＰＹnと表すことにする。
【００３２】
コンピュータ２２は、接触点がドラッグされている際に入力されるタッチ信号ＰＸ、ＰＹを、例えば連続する数回の入力分（表面弾性波が間欠的に数回発せられたときにそれぞれ得られたタッチ信号ＰＸ、ＰＹ）だけバッファメモリに格納する。そしてコンピュータ２２は、第ｎ回目に表面弾性波が発せられたときに得られたタッチ信号ＰＸn、ＰＹnの振幅が前記第１の閾値Ｒｈ１を下回った場合は、該タッチ信号ＰＸn、ＰＹnの振幅並びに下記の条件に基づいて、ガラス基板表面２ａへの物体の接触が実際に無いのか、あるいは接触は有るのに上記不具合が生じたのかを判定する。
【００３３】
本発明では、タッチ信号の振幅に加えて、該信号の幅、ピーク間距離、および波形の少なくとも１つが上記判定の条件として用いられるが、本実施形態では特に、タッチ信号ＰＸnの振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さおよび波形が用いられる。それらを利用した接触有無の判定は、具体的には次のようにしてなされる。タッチ信号ＰＸnのピーク部の振幅、つまり図５中のＷｈや図６中のＷｈ１、Ｗｈ２が上記第１の閾値Ｒｈ１を下回ったとき、その振幅は次に、第２の閾値Ｒｈ２（Ｒｈ２＜Ｒｈ１）と比較される。振幅がこの第２の閾値Ｒｈ２をも下回った場合、そのタッチ信号ＰＸnは物体接触を示していないとして前述の通り無視される。なお本実施形態では、接触点を２箇所まで検出することを前提としているので、タッチ信号ＰＸnに３つ以上のピークが生じている場合は、振幅が大きい順の２つのピーク部のみが閾値との比較に供される。
【００３４】
他方、タッチ信号ＰＸnの振幅が１箇所あるいは２箇所で第２の閾値Ｒｈ２以上の値を取っている場合は、該タッチ信号ＰＸnが物体の接触を示している可能性も有る。そこでコンピュータ２２は次に、このタッチ信号ＰＸnの立ち上がり部の長さＷｗ（例えば半値全幅：図５および６参照。以下、単に「信号長」という）と、所定の信号長閾値Ｒｗとを比較する。コンピュータ２２はこの比較の結果、Ｗｗ≦Ｒｗの場合はタッチ信号ＰＸnの波形が例えば図５のような単峰形であり、Ｗｗ＞Ｒｗの場合はタッチ信号ＰＸnの波形が例えば図６のような双峰形であると判別する。なお信号長Ｗｗは、上述のようにピーク部の半値全幅で規定する他に、例えばピーク値の４０％の値を取る部分間の距離等で規定されてもよい。
【００３５】
このときコンピュータ２２はさらに、公知のパターンマッチング等の手法により、タッチ信号ＰＸnの波形が図５のような単峰形であるかあるいは図６のような双峰形であるかを判別する。
【００３６】
コンピュータ２２は上記２つの処理により同じ判別結果が得られた場合、その判別結果に基づいて、タッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であるかあるいは双峰形であるかを決定する。もし、上記２つの処理により異なる判別結果が得られた場合コンピュータ２２は、例えばタッチ信号ＰＸnが物体の接触を示していないと判定する。なお、上記２つの処理のうち一方だけを行い、その結果に基づいてタッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であるかあるいは双峰形であるかを決定するようにしてもよい。
【００３７】
上記２つの処理により、タッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であると判定された場合、コンピュータ２２は、タッチ信号ＰＸnのピーク部の振幅が２箇所で第２の閾値Ｒｈ２以上の値を取っていたとしても、その振幅がより大きい値を取っているピーク部のみが物体の接触を示していると判定し、そのピーク部のＸ方向位置つまり図５のＸ１を接触点のＸ方向位置として決定する。なお、タッチ信号ＰＸnの波形が基本的には単峰形であるのに、２箇所でピークが検出される場合の波形例を図７に示す。
【００３８】
また、上記２つの処理により、タッチ信号ＰＸnの波形が双峰形であると判定された場合コンピュータ２２は、振幅が第２の閾値Ｒｈ２以上の値を取っているタッチ信号ＰＸnの２つのピーク部が各々物体の接触を正確に示していると判定し、そのピーク部のＸ方向位置つまり図６のＸ１およびＸ２を接触点のＸ方向位置として決定する。
【００３９】
コンピュータ２２においては、タッチ信号ＰＹnについても上述と同様の処理がなされ、それにより、ガラス基板表面２ａの上における１つまたは２つの接触点のＹ方向位置が決定される。以上の通りにしてコンピュータ２２からは、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＸ，Ｙ座標を示す、１通りまたは２通りの位置検出信号Ｓ（Ｘ，Ｙ）が出力される。
【００４０】
従来はタッチ信号ＰＸ、ＰＹのピーク値（振幅）のみに基づいて接触の有無を検出していたのに対し、以上説明した通り本実施形態においては、ガラス基板表面２ａの上を物体がドラッグしている際に出力されるタッチ信号ＰＸ、ＰＹのピーク値に加えて、その信号の立ち上がり部の長さおよび波形に基づいて接触の有無を検出するようにしているので、マルチタッチでドラッグされている場合であっても、この検出の精度を高いものとすることができる。つまり従来技術では、例えばタッチ信号ＰＸが図６に示すようなものである場合、Ｗｈ１とＷｈ２との間の値を閾値として、それとの大小関係だけに基づいて接触の有無が検出されるとすると、位置Ｘ２におけるピーク出現が実際の接触に起因するものであるにも拘わらず、接触とは無関係のものとして無視されることになる。それに対して本実施形態によれば、位置Ｘ２におけるピーク出現も実際の接触に起因するものであると認識され得るのは、先に述べた通りである。
【００４１】
また、表面弾性波の進行方向に沿って２つの接触点がほぼ重なる状態で並んでいるような場合、それら２つの接触点によるタッチ信号ＰＸあるいはＰＹのピークは、ほぼ１つに重なった状態で出現する。そのようになったとき、従来の振幅だけによる接触検出では、接触点が１つのみと検出される可能性が高いが、本発明によりタッチ信号ＰＸあるいはＰＹの波形（例えば信号の立ち上がり部の全体的な高さや、裾部の形状等）も検出条件として用いれば、接触点が２つ有ることを正確に検出可能となる。つまり、上述のように２つの接触点がほぼ重なる状態で並んでいる場合と、１つだけ接触点が存在する場合とを比べれば、前者の方が表面弾性波がより大きく減衰する等のことから、両者の場合の波形は互いに異なる（例えば信号の立ち上がり部の全体的な高さは、前者の方がより高いものとなる）ようになるからである。
【００４２】
なお以上述べた実施形態においては、タッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であるかあるいは双峰形であるかを判別するためにパターンマッチングの手法を用いているが、それに限らず、タッチ信号ＰＸnを積分処理した値や、あるいはその波形の曲率等に基づいて、単峰形であるかあるいは双峰形であるかを判別することも可能である。
【００４３】
また以上述べた実施形態においては、タッチの有無検出のためにタッチ信号ＰＸnの振幅、立ち上がり部の長さおよび波形を利用しているが、その他にタッチ信号ＰＸnのピーク間距離を利用することも可能である。このピーク間距離とは、例えば図６のような波形においては、位置Ｘ１とＸ２との間の距離であり、例えば、このピーク間距離が所定の閾値を下回る場合は波形が単峰形、閾値以上となる場合は双峰形であると判定可能である。このピーク間距離は、前述したタッチ信号ＰＸnの立ち上がり部の長さに替えて好適に利用可能である。ただしそれに限らずに、例えばタッチ信号ＰＸnの立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の３つによる判定結果が全て双峰形であるとき、双峰形とみなすようにしてもよい。
【００４４】
また本発明においてタッチの有無を判定するに当たっては、タッチ信号の振幅に加えて、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の３条件のうちのいずれか１つあるいは複数を適宜用いることができる。それらの３条件のいずれを用いる場合でも、タッチ信号の振幅のみに基づいてタッチの有無検出を行う場合と比べて、その検出の精度を高めることが可能である。
【００４５】
また以上述べた実施形態においては、タッチ信号ＰＸnのピーク部分のＸ方向位置をそのまま物体の接触位置としているが、物体の接触が有るか否か、そしてその接触は１点であるか２点であるかを上記実施形態における手法によって行い、接触位置の検出は他の方法によって行うようにしてもよい。以下、そのような別の方法の例について説明する。
【００４６】
図９に示すように、ガラス基板２の表面２ａ上を、指等の物体が例えば直線状の経路Ｌ１でドラッグ（接触を保ったままの移動）しているとする。このとき、前述したように第n-3回目、第n-2回目、第n-1回目に表面弾性波が発せられた際に検出された接触点をそれぞれＤn-3、Ｄn-2、Ｄn-1とする。そして、それらに続いて第n回目に表面弾性波が発せられた際にもドラッグは続行されているのに、接触点Ｄnが検出されなかった場合を考える。
【００４７】
このとき、先に述べたようにコンピュータ２２が、入力されたタッチ信号ＰＸ、ＰＹを、例えば連続する数回の入力分（表面弾性波が間欠的に数回発せられたときにそれぞれ得られたタッチ信号ＰＸ、ＰＹ）だけバッファメモリに格納しておけば、コンピュータ２２は、それらの格納されたタッチ信号ＰＸ、ＰＹが示す接触点Ｄn-3、Ｄn-2、Ｄn-1の位置変化方向および、表面弾性波の発生時間間隔に基づいて、接触点Ｄnの位置を予測することができる。そこで、接触点Ｄnが検出されなかった場合に、この予測された接触位置を接触点としても、それと実際の接触点Ｄnとの間の誤差は少なく、あるいは皆無に抑えられ、実用上特に問題を招くことがない。
【符号の説明】
【００４８】
１ タッチパネル
２ ガラス基板
２ａ ガラス基板の表面（接触対象の面）
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 反射アレイ
８ 傾斜線
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ グレーティング
１８ トランスデューサ
２０ パルス発生器
２１ 信号処理回路
２２ コンピュータ
１００ 音響波型位置検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル等を構成する音響波型位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、音響波型の位置検出装置が公知となっている。この音響波型位置検出装置は基本的に、人間の指等の物体の接触対象である面に沿って音響波を伝搬させるとともに、この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号を得、音響波が物体によって遮断されたときの前記検出信号の減衰に基づいて、該物体の前記面上の接触位置を検出するように構成されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６４２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような基本構成を有する従来の音響波型位置検出装置は多くの場合、上記減衰の状態を示す信号を生成し、この信号において上記減衰に対応して生じるピーク部に基づいて、物体の前記面への接触位置を検出するように構成されている。より具体的には、上記ピーク部の振幅が所定の閾値以上となっている場合は減衰が生じている、つまり物体が面に接触していると判断され、そのピーク部が発生した時間に基づいて接触位置が検出されるようになっている。
【０００５】
ところが、そのような従来の音響波型位置検出装置においては、接触対象の面に物体が実際に接触しているのにも拘わらず、接触を示す信号が得られないという不具合が発生することが認められている。このような不具合は特に、接触対象の面上を指等の物体がドラッグ（接触を維持したまま移動すること）していて、しかもマルチタッチ（接触している物体が複数）である場合に多く認められる。このような事情を考慮すると、接触を示す信号が得られない場合、それが上記不具合によるものであるか、あるいは本当に接触がなされなかったのかを正確に知ることが求められる。つまり、実際は接触がなされているのに上記不具合が発生しているのであると正確に把握できれば、適宜の方法により、接触位置を求めることも可能になるからである。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、音響波型の位置検出装置において、物体が接触対象の面に実際に接触しているか否かを正確に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による音響波型位置検出装置は、
前述したように、物体の接触対象である面に沿って音響波を伝搬させるとともに、
この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号を得、
音響波が物体によって遮断されたときの前記検出信号の減衰に基づいて、該物体の前記面上の接触位置を検出するように構成された音響波型位置検出装置において、
前記面上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面への接触の有無を検出する検出手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
なお上記の検出手段は、ある時点における該物体の前記面への接触位置を、その時点の前に検出された接触位置に基づいて予測して求めるように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の音響波型位置検出装置は、上記の通り、前記面上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面への接触の有無を検出するように構成されているので、上記減衰の状態を示す信号の振幅だけに基づいて接触の有無を検出するようにした従来装置と比べれば、マルチタッチでドラッグされる場合の接触有無の検出精度をより高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による音響波型位置検出装置の概略正面図
【図２】上記音響波型位置検出装置の一部を示す部分側面図（ａ）と部分正面図（ｂ）
【図３】上記音響波型位置検出装置における位置検出信号の一例を示すグラフ
【図４】上記音響波型位置検出装置における位置検出信号の別の例を示すグラフ
【図５】上記音響波型位置検出装置におけるタッチ信号の一例を示すグラフ
【図６】上記音響波型位置検出装置におけるタッチ信号の別の例を示すグラフ
【図７】上記音響波型位置検出装置におけるタッチ信号のさらに別の例を示すグラフ
【図８】音響波型位置検出装置において生じ得る問題を説明する図
【図９】上記音響波型位置検出装置においてなされる接触位置検出を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による音響波型位置検出装置１００の概略正面形状を示すものである。図示の通り本実施形態の音響波型位置検出装置１００は基本的に、タッチパネル１、パルス発生器２０、信号処理回路２１およびコンピュータ２２からなり、タッチパネル１の表面に接触した指等の位置を検出するように構成されたものである。後述するように、上記信号処理回路２１およびコンピュータ２２は、タッチパネル１に対する物体の接触の有無を検出する手段を構成している。
【００１２】
上記タッチパネル１は、矩形のガラス基板２を有する。このガラス基板２の表面２ａには、４つの反射アレイ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが、全体としてタッチ領域１２を四方から囲むように形成されている。つまり、ガラス基板２の横方向、縦方向を各々Ｘ方向、Ｙ方向と規定すると、反射アレイ６ａ、６ｂはそれぞれガラス基板２の上端縁４ａ、下端縁４ｂに沿ってＸ方向に延びるように、そして反射アレイ６ｃ、６ｄは、それぞれガラス基板２の左端縁４ｃ、右端縁４ｄに沿ってＹ方向に延びるように形成されている。
【００１３】
各反射アレイ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄには、音響波の一例である表面弾性波を反射するために、多数の傾斜した突条すなわち傾斜線８が形成されている。これらの傾斜線８は、鉛ガラスの微粉末をペースト状にしたものをスクリーン印刷等によりガラス基板２上に印刷した後、焼結することによって形成されたものである。本実施形態において各傾斜線８は、ガラス基板２の端縁４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに対して４５°の角度をなす向きに形成されている。そしてより詳しくは、反射アレイ６ａの各傾斜線８と、反射アレイ６ｂの各傾斜線８とは、互いに９０°の角度をなすように形成されている。他方、反射アレイ６ｃの各傾斜線８と、反射アレイ６ｄの各傾斜線８も、互いに９０°の角度をなすように形成されている。なお音響波としては、上記表面弾性波以外のものが用いられても構わない。
【００１４】
またガラス基板２の表面２ａ上において、互いに基板対角位置となる２つの隅部には、音響波の発信側のモード変換要素であるグレーティング１０ｂ、１０ｃが配設されている。それらのグレーティング１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、対応する反射アレイ６ｂ、６ｃに向けて音響波を発射するように配置されている。さらに、ガラス基板２の表面２ａ上において、別の一つの隅部には、受信側のモード変換要素であるグレーティング１０ａ、１０ｄが配設されている。これらのグレーティング１０ａ、１０ｄは、それぞれ反射アレイ６ａ、６ｄから伝搬して来る音響波を受ける位置に配置されている。
【００１５】
ここで、発信側の一つのグレーティング１０ｂおよびその近辺の側面形状、正面形状を各々図２の（ａ）、（ｂ）に示す。同図に示される通りグレーティング１０ｂは、微小な高さを有する複数の平行な突条１１がガラス基板２の表面２ａに形成されてなるものである。このグレーティング１０ｂに対応する位置においてガラス基板２の裏面２ｂには、トランスデューサ１８が取り付けられている。図１においては省略してあるが、他のグレーティング１０ａ、１０ｃおよび１０ｄに対応する位置にも、上記と同様のトランスデューサ１８が取り付けられている。
【００１６】
図１に戻って、表面弾性波の発信側となる他方のグレーティング１０ｃも、基本的に上記グレーティング１０ｂと同様に形成されたものである。さらに、受信側のグレーティング１０ａ、１０ｄも同様である。なお、それらのグレーティング１０ａ、１０ｄに対応して設けられた受信側のトランスデューサ１８は、バルク波の発生手段ではなく、音響波の検出手段となる。
【００１７】
発信側のグレーティング１０ｂ、１０ｃに対応するトランスデューサ１８には、図１に示すパルス発生器２０からそれぞれ、トランスデューサの電極周期長に対応する周波数の電気信号Ｓ１、Ｓ２が印加される。一方、受信側のグレーティング１０ａ、１０ｄに対応するトランスデューサ１８から後述のようにして出力される音響波検出信号Ｓ３、Ｓ４は、信号処理回路２１に入力されるようになっている。この検出回路２１および上記パルス発生器２０の駆動は、コンピュータ２２によって制御される。
【００１８】
以下、上記構成を有する位置検出装置１００の作用について説明する。まず、Ｘ方向位置の検出について説明する。グレーティング１０ｂに対応するトランスデューサ１８に対して、パルス発生器２０から前述のような電気信号Ｓ１が印加されると、このトランスデューサ１８から例えば周波数が５．５ＭＨｚ程度の超音波振動（バルク波）が励振される。このバルク波はガラス基板２内を通過して、グレーティング１０ｂでバースト波である表面弾性波に変換される。
【００１９】
この表面弾性波は反射アレイ６ｂに向かって−Ｘ方向に伝搬し、一部は該反射アレイ６ｂを構成する各傾斜線８で反射して＋Ｙ方向に伝搬し、反射アレイ６ａを構成する各傾斜線８で反射し、＋Ｘ方向に伝搬して受信側のグレーティング１０ａに到達する。表面弾性波はこのグレーティング１０ａによって超音波振動（バルク波）に変換され、この超音波振動はガラス基板２内を通過して、グレーティング１０ａと対応して設けられているトランスデューサ１８によって電気的な出力信号Ｓ３に変換される。
【００２０】
このときの表面弾性波の一つの伝搬経路を、図１において１４ａ、１４ｂおよび１４ｃで示す。すなわち、反射アレイ６ｂの各傾斜線８は、経路１４ａを通る表面弾性波の一部（約0.5〜1％）を反射するように形成されている。傾斜線８どうしの間隔は表面弾性波の波長の整数倍とされているが、この間隔は、経路１４ｂと平行にタッチ領域１２を伝搬する表面弾性波の強度が均一になるように、グレーティング１０ｂから離れるに従って次第に狭くなるように設定されている。こうして傾斜線８の配置密度は、グレーティング１０ｂから離れるに従って指数関数的に増大している。
【００２１】
対応する反射アレイ６ａの傾斜線８も同様に、グレーティング１０ａに近いほどその間隔が広く設定されている。ただし、この反射アレイ６ａの傾斜線８は、反射アレイ６ｂの傾斜線８と９０°の角度をなす向きに形成されている。つまり反射アレイ１６ｂと反射アレイ１６ａは、ガラス基板２を上下に二分する中心線に関して、互いに線対称の形状とされている。
【００２２】
上記表面弾性波は反射アレイ６ｂ中を−Ｘ方向に伝搬するが、該反射アレイ６ｂ中のよりグレーティング１０ｂに近い傾斜線８で反射した表面弾性波ほどより早くグレーティング１０ａに到達し、グレーティング１０ｂからより遠い傾斜線８で反射した表面弾性波ほどより遅くグレーティング１０ａに到達する。したがって上記の出力信号Ｓ３の波形は、次々とグレーティング１０ａに到達した表面弾性波、つまりは次々と前記トランスデューサ１８に到達した超音波振動を変換して得られた電気信号の包絡線からなる波形となる。そこで、具体的にこの出力信号Ｓ３の波形は、上記表面弾性波に特に外乱が作用しなければ、図３に実線で示すようなものとなる。
【００２３】
しかしここで、ガラス基板表面２ａのタッチ領域１２に例えば指等の物体が接触した場合は、その物体によって表面弾性波が遮られるので、上記出力信号Ｓ３に、図３に破線で示すような減衰が生じる。この減衰が生じた時間は、タッチ領域１２において上記物体が接触したＸ方向位置と対応するので、出力信号Ｓ３の波形に基づいて、この接触のＸ方向位置を検出することができる。
【００２４】
タッチ領域１２に接触した物体のＹ方向位置も、上記と同様にして検出される。すなわち、もう一つの発信側グレーティング１０ｃに対応するトランスデューサ１８には、図１に示すパルス発生器２０から、トランスデューサの電極周期長に対応する周波数の電気信号Ｓ２が印加される。それにより、グレーティング１０ｃから反射アレイ６ｃに向けて表面弾性波が発せられる。
【００２５】
この表面弾性波は反射アレイ６ｃの傾斜線８、反射アレイ６ｄの傾斜線８で反射して、図１中に例えば経路１６ａ、１６ｂおよび１６ｃで示すように伝搬し、受信側グレーティング１０ｄに到達する。表面弾性波はこのグレーティング１０ｄによって超音波振動（バルク波）に変換され、この超音波振動はガラス基板２内を通過して、グレーティング１０ｄと対応して設けられているトランスデューサ１８によって電気的な出力信号Ｓ４に変換される。なお反射アレイ１６ｃと反射アレイ１６ｄは、ガラス基板２を左右に二分する中心線に関して、互いに線対称の形状とされている。
【００２６】
出力信号Ｓ４の波形は、上記表面弾性波に特に外乱が作用しなければ、図４に実線で示すようなものとなる。しかしここで、ガラス基板表面２ａのタッチ領域１２に例えば指等の物体が接触した場合は、その物体によって表面弾性波が遮られるので、上記出力信号Ｓ４に、図４に破線で示すような減衰が生じる。この減衰が生じた時間は、タッチ領域１２において上記物体が接触したＹ方向位置と対応するので、出力信号Ｓ４の波形に基づいて、この接触のＹ方向位置を検出することができる。
【００２７】
以下、上記接触の位置検出について、さらに詳しく説明する。図１に示した信号処理回路２１は、上述の出力信号Ｓ３を受けると、その減衰に対応したタッチ信号ＰＸを生成し、それをＡ／Ｄ変換した上でコンピュータ２２に入力する。このタッチ信号ＰＸは基本的に、出力信号Ｓ３の減衰部つまり図３の破線部を上下反転した波形のものであり、一例として減衰部が１箇所のみである場合は例えば図５に示すようなものとなる。つまり、このタッチ信号ＰＸは、上記減衰部の最も減衰が大きい所に対応したピークを持つものとなり、そのピークの中央位置Ｘ１が、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＸ方向位置を示す。また、ガラス基板表面２ａ上に２つの物体が接触している場合、出力信号Ｓ３には減衰部が２箇所発生するので、その場合のタッチ信号ＰＸは例えば図６に示すようなものとなる。
【００２８】
信号処理回路２１はさらに、もう一つの出力信号Ｓ４に基づいて、上記タッチ信号ＰＸと同様のタッチ信号ＰＹを生成し、それをＡ／Ｄ変換した上でコンピュータ２２に入力する。このタッチ信号ＰＹは、そのピークが生じている位置が、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＹ方向位置を示すものとなる。コンピュータ２２は、以上のようにして入力されたタッチ信号ＰＸ、ＰＹに基づいて、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＸ，Ｙ座標を示す位置検出信号Ｓ（Ｘ，Ｙ）を出力する。なお、上記出力信号Ｓ３やＳ４におけるピークの検出は、公知のピーク検出手法を用いて行うことができる。
【００２９】
このときコンピュータ２２においては、タッチ信号ＰＸのピーク部の振幅、つまり図５中のＷｈや図６中のＷｈ１、Ｗｈ２が所定の第１の振幅閾値Ｒｈ１と比較される。その振幅が第１の振幅閾値Ｒｈ１を下回る場合、つまり図３に示した出力信号Ｓ３の減衰がそれほど顕著でない場合は、さらに該振幅と第２の振幅閾値Ｒｈ２（Ｒｈ２＜Ｒｈ１）との比較がなされ、振幅がこの第２の閾値Ｒｈ２をも下回った場合（この点については後に詳しく説明する）タッチ信号ＰＸは物体の接触を示していないと判定して無視される。これは、タッチ信号ＰＹについても同様である。このようにタッチ信号ＰＸあるいはＰＹが無視されたとき、位置検出信号Ｓ（Ｘ，Ｙ）は出力されない。
【００３０】
ここで、以上述べた基本構成を有する音響波型位置検出装置１００においては、ガラス基板表面２ａ上に物体が接触しているのに、その接触点が検出されない事態が生じることがある。この不具合は特に、図８に一例を示すように接触点が複数（いわゆるマルチタッチ）で、かつそれらがある経路Ｌ１，Ｌ２でドラッグされている際に発生しやすいことが判明している。つまり、この図８の例では、そこにＡで示す位置における接触点が検出されず、あたかもその位置で物体がガラス基板表面２ａから離れたような位置検出結果が得られてしまうのである。
【００３１】
以下、上記の不具合を回避する点について説明する。前述したタッチ信号ＰＸ、ＰＹは各々、バースト波である表面弾性波が反射アレイ６ｂ、６ｃに向けて１回発せられる毎に生成される。そこで、第ｎ回目に表面弾性波が発せられたときに得られるタッチ信号をそれぞれＰＸn、ＰＹnと表すことにする。
【００３２】
コンピュータ２２は、接触点がドラッグされている際に入力されるタッチ信号ＰＸ、ＰＹを、例えば連続する数回の入力分（表面弾性波が間欠的に数回発せられたときにそれぞれ得られたタッチ信号ＰＸ、ＰＹ）だけバッファメモリに格納する。そしてコンピュータ２２は、第ｎ回目に表面弾性波が発せられたときに得られたタッチ信号ＰＸn、ＰＹnの振幅が前記第１の閾値Ｒｈ１を下回った場合は、該タッチ信号ＰＸn、ＰＹnの振幅並びに下記の条件に基づいて、ガラス基板表面２ａへの物体の接触が実際に無いのか、あるいは接触は有るのに上記不具合が生じたのかを判定する。
【００３３】
本発明では、タッチ信号の振幅に加えて、該信号の幅、ピーク間距離、および波形の少なくとも１つが上記判定の条件として用いられるが、本実施形態では特に、タッチ信号ＰＸnの振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さおよび波形が用いられる。それらを利用した接触有無の判定は、具体的には次のようにしてなされる。タッチ信号ＰＸnのピーク部の振幅、つまり図５中のＷｈや図６中のＷｈ１、Ｗｈ２が上記第１の閾値Ｒｈ１を下回ったとき、その振幅は次に、第２の閾値Ｒｈ２（Ｒｈ２＜Ｒｈ１）と比較される。振幅がこの第２の閾値Ｒｈ２をも下回った場合、そのタッチ信号ＰＸnは物体接触を示していないとして前述の通り無視される。なお本実施形態では、接触点を２箇所まで検出することを前提としているので、タッチ信号ＰＸnに３つ以上のピークが生じている場合は、振幅が大きい順の２つのピーク部のみが閾値との比較に供される。
【００３４】
他方、タッチ信号ＰＸnの振幅が１箇所あるいは２箇所で第２の閾値Ｒｈ２以上の値を取っている場合は、該タッチ信号ＰＸnが物体の接触を示している可能性も有る。そこでコンピュータ２２は次に、このタッチ信号ＰＸnの立ち上がり部の長さＷｗ（例えば半値全幅：図５および６参照。以下、単に「信号長」という）と、所定の信号長閾値Ｒｗとを比較する。コンピュータ２２はこの比較の結果、Ｗｗ≦Ｒｗの場合はタッチ信号ＰＸnの波形が例えば図５のような単峰形であり、Ｗｗ＞Ｒｗの場合はタッチ信号ＰＸnの波形が例えば図６のような双峰形であると判別する。なお信号長Ｗｗは、上述のようにピーク部の半値全幅で規定する他に、例えばピーク値の４０％の値を取る部分間の距離等で規定されてもよい。
【００３５】
このときコンピュータ２２はさらに、公知のパターンマッチング等の手法により、タッチ信号ＰＸnの波形が図５のような単峰形であるかあるいは図６のような双峰形であるかを判別する。
【００３６】
コンピュータ２２は上記２つの処理により同じ判別結果が得られた場合、その判別結果に基づいて、タッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であるかあるいは双峰形であるかを決定する。もし、上記２つの処理により異なる判別結果が得られた場合コンピュータ２２は、例えばタッチ信号ＰＸnが物体の接触を示していないと判定する。なお、上記２つの処理のうち一方だけを行い、その結果に基づいてタッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であるかあるいは双峰形であるかを決定するようにしてもよい。
【００３７】
上記２つの処理により、タッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であると判定された場合、コンピュータ２２は、タッチ信号ＰＸnのピーク部の振幅が２箇所で第２の閾値Ｒｈ２以上の値を取っていたとしても、その振幅がより大きい値を取っているピーク部のみが物体の接触を示していると判定し、そのピーク部のＸ方向位置つまり図５のＸ１を接触点のＸ方向位置として決定する。なお、タッチ信号ＰＸnの波形が基本的には単峰形であるのに、２箇所でピークが検出される場合の波形例を図７に示す。
【００３８】
また、上記２つの処理により、タッチ信号ＰＸnの波形が双峰形であると判定された場合コンピュータ２２は、振幅が第２の閾値Ｒｈ２以上の値を取っているタッチ信号ＰＸnの２つのピーク部が各々物体の接触を正確に示していると判定し、そのピーク部のＸ方向位置つまり図６のＸ１およびＸ２を接触点のＸ方向位置として決定する。
【００３９】
コンピュータ２２においては、タッチ信号ＰＹnについても上述と同様の処理がなされ、それにより、ガラス基板表面２ａの上における１つまたは２つの接触点のＹ方向位置が決定される。以上の通りにしてコンピュータ２２からは、ガラス基板表面２ａ上の接触点のＸ，Ｙ座標を示す、１通りまたは２通りの位置検出信号Ｓ（Ｘ，Ｙ）が出力される。
【００４０】
従来はタッチ信号ＰＸ、ＰＹのピーク値（振幅）のみに基づいて接触の有無を検出していたのに対し、以上説明した通り本実施形態においては、ガラス基板表面２ａの上を物体がドラッグしている際に出力されるタッチ信号ＰＸ、ＰＹのピーク値に加えて、その信号の立ち上がり部の長さおよび波形に基づいて接触の有無を検出するようにしているので、マルチタッチでドラッグされている場合であっても、この検出の精度を高いものとすることができる。つまり従来技術では、例えばタッチ信号ＰＸが図６に示すようなものである場合、Ｗｈ１とＷｈ２との間の値を閾値として、それとの大小関係だけに基づいて接触の有無が検出されるとすると、位置Ｘ２におけるピーク出現が実際の接触に起因するものであるにも拘わらず、接触とは無関係のものとして無視されることになる。それに対して本実施形態によれば、位置Ｘ２におけるピーク出現も実際の接触に起因するものであると認識され得るのは、先に述べた通りである。
【００４１】
また、表面弾性波の進行方向に沿って２つの接触点がほぼ重なる状態で並んでいるような場合、それら２つの接触点によるタッチ信号ＰＸあるいはＰＹのピークは、ほぼ１つに重なった状態で出現する。そのようになったとき、従来の振幅だけによる接触検出では、接触点が１つのみと検出される可能性が高いが、本発明によりタッチ信号ＰＸあるいはＰＹの波形（例えば信号の立ち上がり部の全体的な高さや、裾部の形状等）も検出条件として用いれば、接触点が２つ有ることを正確に検出可能となる。つまり、上述のように２つの接触点がほぼ重なる状態で並んでいる場合と、１つだけ接触点が存在する場合とを比べれば、前者の方が表面弾性波がより大きく減衰する等のことから、両者の場合の波形は互いに異なる（例えば信号の立ち上がり部の全体的な高さは、前者の方がより高いものとなる）ようになるからである。
【００４２】
なお以上述べた実施形態においては、タッチ信号ＰＸnの波形が単峰形であるかあるいは双峰形であるかを判別するためにパターンマッチングの手法を用いているが、それに限らず、タッチ信号ＰＸnを積分処理した値や、あるいはその波形の曲率等に基づいて、単峰形であるかあるいは双峰形であるかを判別することも可能である。
【００４３】
また以上述べた実施形態においては、タッチの有無検出のためにタッチ信号ＰＸnの振幅、立ち上がり部の長さおよび波形を利用しているが、その他にタッチ信号ＰＸnのピーク間距離を利用することも可能である。このピーク間距離とは、例えば図６のような波形においては、位置Ｘ１とＸ２との間の距離であり、例えば、このピーク間距離が所定の閾値を下回る場合は波形が単峰形、閾値以上となる場合は双峰形であると判定可能である。このピーク間距離は、前述したタッチ信号ＰＸnの立ち上がり部の長さに替えて好適に利用可能である。ただしそれに限らずに、例えばタッチ信号ＰＸnの立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の３つによる判定結果が全て双峰形であるとき、双峰形とみなすようにしてもよい。
【００４４】
また本発明においてタッチの有無を判定するに当たっては、タッチ信号の振幅に加えて、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の３条件のうちのいずれか１つあるいは複数を適宜用いることができる。それらの３条件のいずれを用いる場合でも、タッチ信号の振幅のみに基づいてタッチの有無検出を行う場合と比べて、その検出の精度を高めることが可能である。
【００４５】
また以上述べた実施形態においては、タッチ信号ＰＸnのピーク部分のＸ方向位置をそのまま物体の接触位置としているが、物体の接触が有るか否か、そしてその接触は１点であるか２点であるかを上記実施形態における手法によって行い、接触位置の検出は他の方法によって行うようにしてもよい。以下、そのような別の方法の例について説明する。
【００４６】
図９に示すように、ガラス基板２の表面２ａ上を、指等の物体が例えば直線状の経路Ｌ１でドラッグ（接触を保ったままの移動）しているとする。このとき、前述したように第n-3回目、第n-2回目、第n-1回目に表面弾性波が発せられた際に検出された接触点をそれぞれＤn-3、Ｄn-2、Ｄn-1とする。そして、それらに続いて第n回目に表面弾性波が発せられた際にもドラッグは続行されているのに、接触点Ｄnが検出されなかった場合を考える。
【００４７】
このとき、先に述べたようにコンピュータ２２が、入力されたタッチ信号ＰＸ、ＰＹを、例えば連続する数回の入力分（表面弾性波が間欠的に数回発せられたときにそれぞれ得られたタッチ信号ＰＸ、ＰＹ）だけバッファメモリに格納しておけば、コンピュータ２２は、それらの格納されたタッチ信号ＰＸ、ＰＹが示す接触点Ｄn-3、Ｄn-2、Ｄn-1の位置変化方向および、表面弾性波の発生時間間隔に基づいて、接触点Ｄnの位置を予測することができる。そこで、接触点Ｄnが検出されなかった場合に、この予測された接触位置を接触点としても、それと実際の接触点Ｄnとの間の誤差は少なく、あるいは皆無に抑えられ、実用上特に問題を招くことがない。
【符号の説明】
【００４８】
１ タッチパネル
２ ガラス基板
２ａ ガラス基板の表面（接触対象の面）
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 反射アレイ
８ 傾斜線
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ グレーティング
１８ トランスデューサ
２０ パルス発生器
２１ 信号処理回路
２２ コンピュータ
１００ 音響波型位置検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の接触対象である面に沿って音響波を伝搬させるとともに、
この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号を得、
音響波が物体によって遮断されたときの前記検出信号の減衰に基づいて、該物体の前記面上の接触位置を検出するように構成された音響波型位置検出装置において、
前記面上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面への接触の有無を検出する検出手段を備えたことを特徴とする音響波型位置検出装置。
【請求項２】
前記検出手段が、ある時点における該物体の前記面への接触位置を、その時点の前に検出された接触位置に基づいて予測して求めるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の音響波型位置検出装置。
【請求項１】
物体の接触対象である面に沿って音響波を伝搬させるとともに、
この伝搬した音響波を検出して電気的な検出信号を得、
音響波が物体によって遮断されたときの前記検出信号の減衰に基づいて、該物体の前記面上の接触位置を検出するように構成された音響波型位置検出装置において、
前記面上を複数の物体がドラッグしている際に出力される前記減衰の状態を示す信号の振幅並びに、該信号の立ち上がり部の長さ、ピーク間距離および波形の少なくとも１つに基づいて、物体の前記面への接触の有無を検出する検出手段を備えたことを特徴とする音響波型位置検出装置。
【請求項２】
前記検出手段が、ある時点における該物体の前記面への接触位置を、その時点の前に検出された接触位置に基づいて予測して求めるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の音響波型位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６７９４３（Ｐ２０１２−１６７９４３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０１２（Ｐ２０１１−２７０１２）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５００５４９８７０）タッチパネル・システムズ株式会社 (7)
【復代理人】
【識別番号】１００１１６５４０
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 香
【復代理人】
【識別番号】１００１３９７２３
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 洋
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（５００５４９８７０）タッチパネル・システムズ株式会社 (7)
【復代理人】
【識別番号】１００１１６５４０
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 香
【復代理人】
【識別番号】１００１３９７２３
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 洋
【Ｆターム（参考）】
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