JP2004523024A - 周波数タッチスクリーン適応制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明によるタッチスクリーンシステムは、音波を伝搬できる基板と、基板に結合された少なくとも１つの送信変換器と、基板に結合された複数の音波反射器から成る反射配列と、基板に結合された少なくとも１つの受信変換器と、少なくとも１つの送信変換器、及び少なくとも１つの受信変換器に結合された適応制御装置とを備える。適応制御装置は、第１の周波数を生成する基準発振器と、基準発振器に結合された周波数変更回路と、少なくとも１つの受信変換器と、周波数変更回路とに結合されたミキサ含有回路と、ミキサ含有回路に結合されたＡＤ変換器と、ＡＤ変換器と周波数変更回路とに結合されたマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサに結合されたメモリと、マイクロプロセッサ、周波数変更回路、及び少なくとも１つの送信変換器に結合されたバースト回路とを備える。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、タッチスクリーンに関し、より詳細には、タッチスクリーンの制御装置を、特定のタッチスクリーンの特別な動作特性に適合させるために、制御装置の周波数を適応させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、データ処理システムに情報を入力する手段として、陰極線管（すなわち、ＣＲＴ）、液晶ディスプレイスクリーン（すなわち、ＬＣＤ）を含む種々のディスプレイとともに使用される。タッチスクリーンが、ディスプレイ上に配置される、又はディスプレイと一体化されるとき、ユーザは、スクリーンに、所望のアイコン又は要素に対応した位置で触れることにより、表示されたアイコン又は要素を選択できる。タッチスクリーンは、例えば、店舗販売時点情報管理システム、情報キオスク、現金自動預け払い機（すなわち、ＡＴＭ）及びデータ入力システム等を含む種々の異なる用途に共通の場所になっている。
【０００３】
特定の種類のタッチスクリーン、音響スクリーンにおいて、音波又は超音波は、表面弾性波の現象、すなわち、レイリー波、ラブ波、又はその他の波を用いて、タッチスクリーンの表面上で生成され、伝搬する。典型的に、タッチパネルの各々の軸は、単一の送信変換器と、単一の受信変換器と、一対の反射配列を含む。送信変換器と受信変換器は、制御装置に結合され、その制御装置は、送信変換器に適用される駆動信号を生成し、受信変換器からの信号を増幅し、調整し、それに応答する。各々の送信変換器によって生成される音波は、タッチスクリーンの縁近くに位置された反射配列によって反射される。その配列は、典型的に、配列の全体長に渡って直角に音波を反射し、タッチスクリーンのアクティブ領域に渡って伝搬する表面弾性波パターンを生成する。伝搬される表面弾性波は、均一な振幅をもった実質的に直線的な波面を有する。対向する反射配列は、表面伝搬する音波を、受信変換器に向かって反射する。タッチスクリーンの各々の画素に沿って伝播する伝播波の到着時間と振幅をモニタすることにより、タッチスクリーンの表面における任意の波の減衰点の位置を定めることができる。減衰は、指、スタイラス又は他の媒体で、スクリーンをタッチ（接触）することによって生じうる。
【０００４】
典型的に、タッチスクリーンシステムの製造業者は、所定の振動周波数をもつ制御装置を製造又は購入する。その所定の振動周波数は、明確な周波数範囲内にあり、基準周波数が水晶発振器によって提供される。その後、製造過程で、各々のタッチスクリーンの特性周波数が決定され、それが、必要に応じて、タッチスクリーンと制御装置の振動周波数との間で確実に十分な適合がとれるように調整される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タッチスクリーンの特性周波数をより慎重に決定することを考える。ここで対象となる種類の音響タッチスクリーンは、狭帯域フィルタの特性を有する。狭周波数の中心周波数は、反射装置の間隔、及び音波の速度によって決定される。その結果、音波が受信変換器まで可能な限り最も短い経路で伝達する場合に相当する遅延時間の後、長々と続く波列の形態で、送信変換器に適用される一時的なバーストが現れる。入力されるバーストの周波数スペクトルが、典型的に、短期間のバーストのために、非常に広い一方、出力される波列のスペクトルは、理想的に、非常に狭く、特定の周波数で鋭いピークをもつ。この特定周波数は、タッチスクリーンの特性周波数と呼ばれる。タッチシステムの動作周波数は、タッチスクリーンの特性周波数に適合することが望ましい。
【０００６】
原則として、理想的なタッチスクリーンは、単一の特性周波数を有する。原則として、製造バラツキは、結果として、複数の特性周波数又は特性周波数の幅を生じる可能性がある。現行の方式は、タッチスクリーンの単一の特性周波数のみが効果的に存在し、その特性周波数が、制御装置の基準振動によって決定される振動数と適合するように、タッチスクリーンの製造過程に十分な投資を必要とする。タッチスクリーンの製造過程において所望の制御を達成するために、配列設計の緻密な調整、材料購入の供給過程の注意深いモニタ、及び反射配列の適切な電子テストが必要とされる。加えて、予期しない変化又は変動が発見されるとき、迅速な補正行為が必要である。例えば、配列は、登録されることが必要であってもよく、新しいプリントマスクが製造されてもよい。タッチスクリーンの特性周波数の制御を維持するために必要な調整、モニタ、及びテストの程度は、その過程に費用を追加し、音響タッチスクリーンの製造の複雑さに非常に熟練した従業員のいる機関に製造を限定する。これは、現在の音響タッチスクリーン技術の重大な制限である。
【０００７】
一般に、周波数の不適合は、本質的に、全体的か局所的かのどちらかに分類できる。周波数不適合が全体的である場合、不適合の原因がタッチスクリーン全体に影響を及ぼす。例えば、制御装置の基準振動がドリフトする、又は、ガラス基板が、（例えば、ガラス基板が、異なるガラス業者によって製造されるために）予期しない音速を有するなら、タッチスクリーンと制御装置との間の周波数適合は、タッチスクリーン上の対象となる場所に関わらず、だめになる。一方、周波数不適合が局所的である場合、タッチスクリーンの特定の領域のみが、制御装置との不適合を示す。
【０００８】
全体的及び局所的な周波数不適合は、種々の原因がある。不適合のいくつかの原因は、十分な品質制御によって克服できるけれども、しばしば、そのような制御の費用は非常に高い場合がある。例えば、タッチスクリーンのガラス基板のバラツキは、音速を変動させる場合があり、これは、全体的な周波数の不適合の原因となる。全ての基板の音速が狭い範囲に含まれることを確実にするための、ガラスの供給過程及び製造過程の十分な制御は、経済的に実行できない場合がある。ガラス供給過程、及び製造過程を制御することは、音響反射配列が、陰極線管（すなわち、ＣＲＴ）の面体に直接プリントされる場合において、ずっと問題になる。全体的な周波数不適合を避けるために必要な程度まで制御することが困難な特定のガラス特性は、化学組成及び熱履歴（例えば、アニ−ル時間及び温度等）を含む。
【０００９】
周波数不適合のもう１つの原因は、タッチスクリーンの基板上にプリントされた反射配列の望まれないバラツキによる。これらのバラツキは、例えば、スクリーン印刷過程の間に変形した配列マスクに起因する。プリントマスクの変形は、もし、配列がＣＲＴ面体上に直接プリントされるなら、特に、厄介である。パッドプリント等の他の配列プリント技術は、印刷処理中に導入される登録エラーの影響を受ける。その登録エラーは、さらなる周波数不適合の原因となりうる。周波数不適合のもう１つの原因は、平坦でない基板表面の球形の幾何学的効果の不適切な補正から生じる。
【００１０】
当該分野で必要とされるものは、制御装置の振動周波数を、特定のタッチスクリーンの動作周波数の要件に適合させる方法及び装置である。本発明は、そのような方法及び装置を提供する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、制御装置の周波数を、特定のタッチスクリーンの基板の動作周波数要件に適合させる方法及び装置を提供する。タッチスクリーン基板は、反射配列を含む。より詳細には、制御装置は、バースト信号を、タッチスクリーンの送信変換器に出力する、又は、タッチスクリーンの受信変換器からの信号を調整し、それにより、タッチスクリーンの基板の特定の動作周波数特性に対応するように構成される。
【００１２】
本発明の１つの用途において、まず、特定のタッチスクリーンの１以上の特性周波数が決定される。その後、この基板での使用が意図される制御装置の周波数は、基板の測定された１以上の特性周波数に適合するように調整され、２つの成分が、適合された組として対にされることを可能にする。別の用途において、タッチスクリーンの基板は、その基板と制御装置の動作周波数を適合させる前に、制御装置と対にされる。対にした後、システムは、タッチスクリーン基板の周波数特性が決められる間に初期化される。その後、制御装置の周波数特性が、基板の周波数特性に適合するように調整される。必要に応じて、システムは、基板の周波数特性を周期的に再テストし、必要と考えられるように、制御装置の出力を再調整できる。
【００１３】
本質的に全体的な周波数不適合エラーを補償することが意図される本発明のある実施の形態において、本発明の適応制御装置は、アナログ信号処理装置、水晶基準発振器を用いる。デジタル乗算器は、基準発振器の出力を変更し、送信変換器に送られる所望の周波数のトーンバーストを生成するため、及び／又は、受信回路によって使用される周波数を変えてベースバンド信号を生成する。バースト長は、バースト回路によって決定される。所望の動作周波数は、デジタル乗算器の出力を、受信変換器の適当に調整された出力信号と比較するミキサを含む回路によって決定される。ミキサを含む回路からの出力は、所望の動作周波数を決定するために使用される。
【００１４】
全体的及び局所的な周波数変動を補償することが意図される本発明の別の実施の形態において、本発明の適応制御装置は、デジタル信号処理装置及び水晶基準発振器を使用する。この実施の形態において、デジタル信号処理装置は、一対のミキサから、デジタル化され、かつ、フィルタ処理された出力を受け取る。ミキサへの入力は、一対の基準信号であり、その１つは、位相が９０度シフトされ、適切にフィルタ処理され、かつ増幅された受信変換器ＲＦ信号である。この実施の形態は、位相や振幅等の受信信号の全部の数学的内容がデジタル化される位相弁別制御装置の使用の例である。デジタル化された全部の情報がデジタル信号処理装置のアルゴリズムによる処理が可能な場合、ソフトウェア調整可能な周波数フィルタが、受信された信号に適用できる。デジタル信号処理装置は、最後のバーストが伝送されてから、メモリ内に含まれる補正値に基づいて、周波数フィルタに、好ましくは遅延に応じて変動する特定の中心周波数を適応させる。従って、システムは、音波反射配列において局所化された変動によって生じる変動に適用できる。
【００１５】
本発明の更なる実施の形態において、非水晶局部発振器は、適応制御装置において基準信号を提供するために使用される。そのような発振器の使用は、制御装置が、十分な程度にまで小型化されることを可能にし、制御装置が、タッチスクリーン基板に直接実装されることを可能にする。発振器のドリフトを補償するフィードバックループが使用される。この実施の形態において、タッチスクリーン受信変換器からの調整されたＲＦ信号は、局部発振器の出力と混合される。ミキサからのＩＦ（中間周波数）出力は、電圧を生成する弁別器回路に送られる。その表示は、周波数が所望の周波数よりも高いか低いかによって決まり、そ振幅は、所望の周波数からの偏差の程度によって決まる。弁別器からの出力は、それが、タッチスクリーンの周波数を追跡するように、局部発振器の周波数を調整するために使用される。所望のバースト周波数を達成するために、局部発振器からの安定した出力は、中間周波数発振器からの出力と混合される。
【００１６】
本発明の更なる別の実施の形態において、バーストは十分に広帯域である。故に、制御された電圧、可変周波数帯域フィルタを利用して、受信回路を処理する回路の中心周波数のみを十分に調整することが十分である。
【００１７】
本発明の性質及び効果の更なる理解は、明細書と図面の残りの箇所を参照することによって実現されるであろう。
【実施の形態の説明】
【００１８】
図１は、従来技術による表面弾性波を用いたタッチスクリーン１００を示す図である。この種のタッチスクリーンは、陰極線管（すなわち、ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（すなわち、ＬＣＤ）又は他の種類のディスプレイで使用されることがふさわしい。一般的な種類の音響タッチスクリーンは、レーリー波を採用する。レーリー波の用語は、ここで、準レーリー波を含むものとして使用される、レーリー波タッチスクリーンに関する開示は、Ａｄｌｅｒの米国特許第４６２４２３号、第４６５８７０号、第４７００１７６号、第４７４６９１４号、第４７９１４１６号及びＲｅ３３１５１号、Ａｄｌｅｒ等の米国特許第４２５２１２号、第４８５９９９６号及び第４８８０６６５号、Ｂｒｅｎｎｅｒ等の米国特許第４６４４１００号、Ｄａｖｉｓ−Ｃａｎｎｏｎ等の米国特許第５７３９４７９号、及びＫｅｎｔの米国特許第５７０８４６１号、第５８５４４５０号を含む。Ｌａｍｂ波、又は横波等の他の種類の音波、又は他の種類の音波が組み合わされたもの（レーリー波を含む組み合せを含む）を採用する音響タッチスクリーンも知られている。それらを開示するものは、Ｋｅｎｔの米国特許第５５９１９４５号及び第５８５４４５０号、Ｋｎｏｗｌｅｓの米国特許第５０７２４２７号、第５１６２６１８号、第５１７７３２７号、第５２４３１４８号、第５３２９０７０号及び第５５７３００７号、Ｋｎｏｗｌｅｓ等の米国特許第５２６０５２１号を含む。この文章中に引用される文書は、ここで、引用によって本明細書に組み込まれるものとする。表面弾性波タッチスクリーンは、ここでは、簡潔に説明され、本発明の十分な理解を可能にする。
【００１９】
タッチスクリーン１００は、表面弾性波、例えば、レーリー波、ラブ波、及び表面上のタッチに敏感な他の波を伝搬するのに適した基板１０１を含む。ｘ軸１０３に沿ったタッチ座標軸を決定するために、システムは、送信変換器１０５、受信変換器１０７、及び一対の関連する反射配列１０９，１１１を含むシステムが使用される。送信変換器１１５、受信変換器１１７、及び関連する反射配列１１９，１２１を含む同様のシステムが、ｙ軸１１３に沿った座標軸を決定するために使用される。送信変換器１０５，１１５は、典型的に、処理装置１２５の制御下の制御装置１２３に結合される。また、受信変換器１０７，１１７は、信号処理システム１２７を含む制御装置１２３に結合される。信号は、変換器１０５，１１５に同時に適用されてよいが、好ましくは、変換器に対する信号は、順次的であり、従って、２つの座標検知チャネルの間のインタフェース及びクロストークを低減する。また、必要な回路の多くが、２つの検知チャネルに交互に使用でき、それ故、不要な回路の重複の必要性を除去するので、順次的な検知方法は、回路の複雑さを低減する。回路の複雑さをさらに低減するために、従来技術は、典型的に、送信変換器１０５，１１５の両方に同じ周波数バーストを送る。
【００２０】
以下に、検知チャネルの１つが、さらに詳細に説明される。このチャネルの説明は、第２の検知チャネルに等しく適用できる。基板１０１について、ｘ軸１０３に沿ったタッチ座標を決定するために、送信変換器１０５は、経路１２９に沿ったバースト音波（例えば、約５マイクロ秒バースト）を送る。このバースト音波に関連する比較的広いバンド幅により、周波数は、あまり明確でない。反射配列１０９は、経路１２９に沿って配置される複数の反射素子１３１を含む。各々の反射素子１３１は、経路１２９に対し、約４５度の角度に向けられる。素子１３１は、経路１２９に沿って伝搬する音波から、複数の波成分１３３を抽出して、その成分１３３を、好ましくは、ｙ軸１１３に沿って、基板１０１の表面に沿って伝搬するように設計される。配列１０９のパターンは、個々の反射器１３１によって反射される個々の成分がコヒーレントに足し合わされ、これにより、実質的に振幅が均一の直線的な波面を生成するように設計される。波成分１３３は、配列１１１内の複数の反射素子１３５によって再び結合される。反射素子１３５は、経路１３７に沿って波成分を受信変換器１０７に向ける。個々の配列素子１３５は、経路１３７に沿って配置され、経路に対して約４５度の角度に向けられる。受信変換器１０７は、変換器１０５によって放出される音波に課せられる時間遅延により、比較的長期の信号（例えば、その期間は、約１５０マイクロ秒）を受け取る。時間遅延は、短いバーストよりも、基板１０１に関連した音速によって、その音波に課せられる。
【００２１】
受信変換器１０７は、経路１３７に沿って受け取られる波形情報を電気信号に変換する。この電気信号は、例えば、受信波の到着時間解析を実施することによって解析される。図２は、そのような波の典型的な時間解析を示すグラフである。図示されるように、受信された波の振幅、すなわち、ＲＦ（高周波）信号のエンベロープが、時間に対して示される。時間ｔ_１において、信号は、信号源１２３によって変換器１０５に提供される。時間ｔ_２は、変換器１０７によって波が受信される最初である。ｔ_１とｔ_２の間の遅延は、波が、変換器１０５によって放出され、配列１０９の第１の素子１３９に到着し、パネル１０１の表面に渡って伝搬し、配列１１の第１の素子によって反射される間の遅延による。時間ｔ_３において、波の最後が、変換器１０７に到着する。波が安定していると仮定すると、配列の素子の間隔及び設計のために、時間ｔ_２から時間ｔ_３までの曲線の振幅は比較的一定である。
【００２２】
図３は、変換器１０７によって受信される第２の波形のグラフである。示されるように、波形の振幅は、時間ｔ_ｔにおいて、くぼみ３０１を有する。くぼみ３０１は、基板１０１上の位置１４３における音波の減衰が原因である。ｔ_１からｔ_ｔまでの遅延を解析することによって、処理装置１２５と連動した信号処理装置１２７は、タッチ１４３のｘ座標を計算することができる。同様に、信号源１２３、変換器１１５，１１７及び反射配列１１９，１２１と連動した処理装置１２５，１２７は、タッチ１４３のｙ軸を計算できる。図４は、変換器１１７によって受け取られる波形のグラフであり、タッチ１４３による減衰くぼみ４０１を示す。
【００２３】
図５及び図６は、本発明の制御装置に関連した基本的な手順を示すフローチャートである。図５に示される方法は、ユーザの位置で採用されてもよいが、タッチスクリーンシステム製造処理の間に使用することが最も適当である。ステップ５０１において、特性周波数、又は特定のタッチスクリーンの周波数は、周知の種々のテスト技術のうち任意の技術を用いて決定される。例えば、もし、タッチスクリーンが，製造業社の位置でテストされているなら、それは、検査用治具内に位置され、音波は、基板の表面を横切って放出されてよい。一旦、タッチスクリーンの１以上の特性周波数が知られると、その後、このタッチスクリーンでの使用が意図される制御装置の周波数は、測定されたタッチスクリーンの周波数に適合するように調整される（ステップ５０３）。典型的に、制御装置の周波数は、所望の周波数が得られるまで調整される。あるいは、制御装置は、結果として得られる出力周波数と共に制御装置の設定が記録されるルックアップテーブルを含んでもよい。好ましくは、ルックアップテーブルは、所定の制御装置に特有である。すなわち、各々の制御装置は、個々の制御装置のバラツキを考慮に入れたルックアップテーブルを有する。一旦タッチスクリーンの動作周波数が決定されると、適切な制御装置の設定をするために、所定のタッチスクリーンと対になる制御装置のルックアップテーブルが使用される。制御装置を調整するためにどの方法が使用されるかに関わらず、一旦、制御装置が基板に適合されると、タッチスクリーンは、アセンブリ可能である（ステップ５０５）。
【００２４】
図６に示される方法において、制御装置は、制御装置とタッチスクリーンの２つの周波数を適合させる試みに先立ち、タッチスクリーンと対にされる（ステップ６０１）。その後、タッチスクリーンシステムの導入が完了し（ステップ６０３）、システムの初期化が始まる（ステップ６０５）。システムの初期化中、タッチスクリーンはテストされ、１以上の特性周波数を決定する（ステップ６０７）。このテスト過程は、好ましくは、単一のバーストテストモードで動作する通常のタッチスクリーン送信／受信変換器（例えば、１０５／１０７、及び／または、１１５／１１７）を使用する。あるいは、変換器の専用対が、使用されてもよい。一旦、基板の１以上の特性周波数が決められると、制御装置の周波数が調整され（ステップ６０９）、システムに通常の動作の準備をさせる（ステップ６１１）。
【００２５】
図６に図示され、説明された方法の変形例において、システムは、タッチ動作中に、周期的に制御装置を調整するよう設計され、それにより、最適な周波数適合を保証する。しかし、先に述べられたシステムとは対照的に、タッチスクリーンが再テストされ、かつ、制御装置が再調整される周期的なテストシーケンスが実行される（ステップ６１３）。制御装置の再調整は、システムが起動シーケンスに入る毎に、又は、所定の期間が経過した後で、無効になるように設定できる。周期的な制御装置の調整は、典型的に、タッチスクリーンの基板又は制御装置のいずれかが温度の定格変動を起こしやすいときに望まれる。例えば、もし、高分子基板が使用されるなら、基板の音速は、周囲の温度変化に応じて変化しやすい。同様に、もし、制御装置が、水晶発振器を使用しないなら、ドリフトを受けやすい周波数基準値を有し、従って、有効な制御装置の適合を要する。
【００２６】
上述の適応制御装置の容易に明らかな長所は、タッチスクリーンシステムが、例えば、公共物破壊によるタッチスクリーン基板の障害、又は制御装置の障害によって、ユーザの位置で機能しないときはいつでも現れる。制御装置の周波数適応性により、新しいタッチスクリーン又は新しい制御装置が、現地で容易に導入できる。それは、修理のためにタッチスクリーンシステム全体を製造業社に送り返すこと、又は現地での交換のために、適合されたタッチスクリーン／制御装置をユーザの位置に送ることに対して好ましい解決策である。例えば、存在するタッチスクリーンのタッチスクリーンシステムが、交換を必要とするなら、古い制御装置は、新しい初期化テストを実行することができる。その初期化テストにおいては、新しいタッチスクリーンの１以上の特性周波数が決められ、かつ、制御装置の周波数が、その１以上の新しい特性周波数に適合するようにリセットされる。あるいは、新しいタッチスクリーンの識別コードが使用され、上述のルックアップテーブルを使用して、制御装置の周波数を設定するために使用されてもよい。同様に、もし、新しい制御装置が、ユーザの位置で必要とされるなら、その新しい制御装置は、初期化テストを通して、現存するタッチスクリーンに適合されてよい、又は、ルックアップテーブル法、及び古いタッチスクリーンの識別コードを使用して設定されてもよい。後者の方法では、制御装置は、製造業者の位置で設定されてもよく、ユーザの位置で設定されてもよい。
【００２７】
本発明による多くの実施の形態が存在し、その各々の実施の形態は、制御装置の周波数をタッチスクリーンの要件に適合させる能力を提供する。これらの実施の形態は、適応制御装置が補正する周波数不適合の種類が違う。図７に示される実施の形態は、「全体的な」周波数不適合エラー、すなわち、制御装置とタッチスクリーンとの間の周波数適合性の程度に不均一に影響を与えるエラーの影響を受けるシステムで使用することが意図される。例えば、一片のガラスの音波速度は、典型的に、その正確な組成に応じて変動する。従って、組成が、ガラスの塊、又はガラスの供給元の間でばらつくとき、要因に影響を与える他の周波数が十分に制御されると仮定すると、組成のバラツキによって生じるエラーは、音速のバッチ毎の変動により、全体のタッチスクリーンの特性周波数に不均一に影響を与える。特定の例において、タッチスクリーンの製造過程中に、ガラスの焼戻し過程が必要とされる。ガラスの焼戻し過程の時間及び温度特性に応じて、個々のタッチスクリーン間で、特性周波数がばらつく場合がある。
【００２８】
全体的な周波数不適合エラーの影響を受けるタッチスクリーンにおいて、好ましくは、本発明の適応制御装置は、単一の適応周波数アルゴリズムを使う。この場合、制御装置とタッチスクリーンとの間の不適合が時間によって変動しないとき、多重周波数適合又は連続周波数適合は必要とされない。むしろ、この実施の形態の意図するところは、無作為に選ばれたタッチスクリーンと、無作為に選ばれた制御装置（すなわち、対でないタッチスクリーン／制御装置の組）が、最終的なシステムアセンブリの間、又はシステム回復の間に、首尾よく、対にされることを可能にすることである。従って、この適用周波数アルゴリズムは、好ましくは、一対のタッチスクリーン／制御装置の初期起動シーケンス中に実行される。
【００２９】
図７に示される適応制御装置の実施の形態は、アナログ信号処理を使用する。しかし、デジタル信号処理も、この実施の形態で使用できることが理解される。制御装置７００内には、所望の周波数に近い周波数で振動する水晶発振器７０１が存在する。この基準発振器７０１からの出力は、制御装置７００内のマイクロプロセッサ７０５と、デジタル乗算器７０３（デジタル分周器とも呼ばれる。）に供給される。デジタル乗算器７０３は、マイクロプロセッサ７０５からデジタル乗算器７０３に送られる指令に基づいて、水晶発振器からの出力を（水晶発振器の周波数に、有理数Ａ／Ｂを乗じることによって）数学的に変更し、所望の周波数を生成する。従って、水晶発振器７０１と連動するデジタル乗算器７０３は、タッチスクリーンに関連したアナログシステムのために、主発振器７０４を形成する。
【００３０】
デジタル乗算器７０３からの出力は、トーンバーストを生成するために使用される。トーンバーストは、アナログ線７０７に沿って、タッチスクリーンの送信変換器（例えば、図１の変換器１０５，１１５）に出力される。トーンバーストは、マイクロプロセッサ７０５に結合されるバースト回路７０９によって決定されたバースト長を有し、その周波数は、乗算器７０３によって出力される周波数である。トーンバーストは、典型的に、送信変換器に伝えられる前に、バースト増幅器７１１によって調整、及び増幅される。
【００３１】
所望の動作周波数を決定するために、受信変換器（例えば、図１の１０７，１１７）からの出力は、ライン７１３に沿って、ミキサを含む回路７１５に送られる。好ましくは、変換器の出力は、まず、帯域フィルタ７１７及びＲＦ増幅器７１９を通過する。典型的に、固定されたブロードバンドフィルタである帯域フィルタ７１７は、ＲＦ入力を条件として、主として、ノイズ抑制回路として使用される。ＲＦ増幅器７１９は、信号を、所望のレベルまで増幅する。ミキサを含む回路７１５は、受信変換器からの調整かつ増幅された信号の周波数成分を、デジタル乗算器７０３の出力信号と比較し、相対的にゆっくり変動する実質的なＤＣベースバンド信号を出力する。ミキサを含む回路７１５からの出力は、ＡＤ変換器７２３によってデジタル化され，マイクロプロセッサ７０５に供給される。状況に応じて、デジタル化に先立ち、ローパスフィルタ７２１が、ミキサを含む回路の出力に追加の調整を提供する。しかし、制限的な狭バンドフィルタ処理を提供するのは、典型的に、ミキサを含む回路である。
【００３２】
先に述べられたように、構成要素７０３は、好ましくは、Ａ／Ｂデジタル乗算器である。しかし、大まかにいえば、構成要素７０３は、単に周波数変更回路であり、よって、マイクロプロセッサ７０５からの制御信号に応答して水晶発振周波数を変更する任意のデジタル、アナログ、又はデジタル／アナログ混合電子回路からなってもよい。
【００３３】
用途に応じて、バースト中心周波数又は受信中心周波数を適用することのみで足りる場合がある。バースト中心周波数を調整することのみで足りる場合に、回路７１５は、デジタル乗算器７０３からの入力を必要としない。従って、それは、この制御装置に一般にみられる、より標準的な検知装置で置き換えられてもよい。受信中心周波数を調整することのみで足りる場合、デジタル乗算器７０３とバースト回路７０９との間の結合は、もはや必要とされない。
【００３４】
図８は、デジタル乗算器７０３の周波数を調整して、それが結合されるタッチスクリーンの周波数を適合させるために使用される技術を説明するフローチャートである。上述したように、この実施の形態は、起動時（ステップ８０１）に、制御装置の周波数を、タッチスクリーンに適応させるだけである。あるいは、そのシステムは、周期的に、又は最初の起動サイクル中にのみ、制御装置の周波数適応を実施するように設計できる。
【００３５】
起動ステップ８０１の後、マイクロプロセッサ７０５は、所定の周波数範囲を通して、デジタル乗算器７０３の出力を捜索する（ステップ８０３）。以下の２つの動作を結合して、単一の走査シーケンスにすることが可能であるが、好ましくは、制御装置は、まず、粗い調整処理を実行した後、微調整処理を実行する。よって、ステップ８０３の間、所定の周波数範囲が、比較的大きい周波数ステップを用いて走査される。各々の周波数ステップに対するＡ−Ｄ変換器７２３の出力は合計され（ステップ８０５）、最大信号振幅が選択される（ステップ８０６）。この最大信号振幅は、主発振器の出力とタッチスクリーンとの間の最も近い適合を示す。その後、この走査／最適化処理は繰り返され（ステップ８０７−８０９）、より小さい周波数のステップを用いて、主発振器の出力周波数を、先に選択された周波数の付近で走査する。その後、ステップ８０９で決定された、タッチスクリーンの本来の周波数に最も近い周波数が、メモリに入力される（ステップ８１１）。従って、主発振器回路の出力が、所望の周波数で維持されることを確実にする。
【００３６】
２段階の周波数走査方法が図８に示されるけれども、当業者によって、所望の出力周波数を決定する他の多数の技術があることが理解される。例えば、本発明は、ディザ法又は逐次近似法も使用できる。
【００３７】
図８の基本アルゴリズムは、Ａ−Ｄ変換器の合計の使用を必要としない。一般的に、ステップ８０５，８０８は、ある程度の周波数不適合に敏感な任意の測定可能な量の収集を示し、ステップ８０６，８０９は、共用範囲内の小さな周波数不適合に相当する測定可能な量の選択を示す。例えば、所定の時間間隔で、マイクロプロセッサ７０５は、受信信号とデジタル乗算器７０３の出力との両方におけるＲＦサイクルの数をカウントできる。ＲＦサイクルの数の差は、周波数不適合の測定を提供する。同じ目的を達成する他の回路及び技術が、当業者に周知である。
【００３８】
図９は、ミキサを含む回路７１５の例として、クアドラチャー・サム（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｓｕｍ）検知器を示す。調整されたＲＦ入力信号９０１は、ミキサ９０３において、デジタル乗算器７０３から出力された発振器と混合される。ミキサ９０３は、２つの入力周波数の和周波と、差周波を出力する。和周波は、約１０ＭＨｚであり、ローパスフィルタ９０５を用いて除去される。残った周波数は、０に近い、即ちベースバンドである。上述された単一のミキサ回路は、ベースバンド信号を提供するために使用できるが、その出力は、発振器出力の相対的位相及びＲＦ入力信号によって決まる。相対的な位相の独立を達成する、すなわち、Ａ−Ｄ変換器７２３によってデジタル化された波形のビートパターンを避けるために、クアドラチャー・サム検知器は、図９に示されるように、２つのチャネルを有する。図示されるように、第２のミキサ９０７が使用され、発振器から入力される周波数の位相が、９０度シフトされる。第２のミキサ９０７の出力は、他のローパスフィルタ９０５を通過した後、クアドラチャー・サミング回路９０９において、第１のチャネルからの出力と合計される。回路９０９の出力は、ビートパターンのないベースバンド信号９１１であり、受信された信号の正確な位相から独立している。事実上、図９のクアドラチャー・サム検知器は、その中心周波数が調整可能で、デジタル乗算器７０３の出力の周波数によって制御される狭帯域フィルタを提供する。
【００３９】
図９に示されるミキサ９０３，９０７は、他の可能なミキサを含む回路の構成要素であると同様に、クアドラチャー・サム検知器の不可欠な構成要素である。例えば、ミキサ９０３は、ライン７１３上で発生する信号と、ソース７０４の出力とを結合して、２つの入力信号の関数であり、かつ、それらの周波数の差の関数である所望の出力を得る。クアドラチャー・サム検知器全体が、要求されない場合がある。例えば、必要なものが、バースト周波数の調整だけであるなら、当該出力量はライン７１３からの信号とソース７０４からの信号との差のビートである。そのような差周波信号は、ダイオードミキサによって容易に生成できる。もちろん、他のミキサ装置が、当業界で既知であり、それは、本発明の変形された形態において使用できる。
【００４０】
図１０−１２に示される本発明の別の実施の形態において、制御装置は、それが、全体的変動、すなわち、タッチスクリーン全体の特性周波数に均一に影響を与える周波数変動、及び局所的変動、すなわち、タッチスクリーンの局所的領域内の周波数変動の両方に適応することを可能にする方法で、プログラム可能である。単に説明する目的で、この実施の形態は、デジタル信号処理装置を使用する。しかし、この実施の形態が、同様に、アナログ信号処理を用いて実行できることが理解されるべきである。
【００４１】
図１０は、本実施の形態に関連した手順を説明するフローチャートである。必要とされる配列堆積ステップ、及びガラス焼戻しステップを含むタッチスクリーン基板の製造が完了した後、局所化された任意の配列変形の効果を含むタッチスクリーンの特性周波数が測定される（ステップ１００１）。好ましくは、これらの測定は、プロダクションフロアテスト設備を用いて、製造工場内で行われる。一連の周波数補正値が、典型的に、これらの測定に基づいて、ｘ軸座標ｙ軸座標の両方に対する遅延時間の関数として計算される（ステップ１００３）。その後、個々のタッチスクリーンに特有の、この補正値の組は、この特別なタッチスクリーンと対になる（ステップ１００７）適応制御装置１１００のメモリにロードされる（ステップ１００５）。ステップ１００５及びステップ１００７は、順番が逆になってよく、タッチスクリーン基板周波数変動測定ステップ１００１が、補正値計算ステップ１００３と結合されてもよいことが理解される。
【００４２】
図１０に示される方法のわずかな変形において、各々のタッチスクリーン基板は、識別コードが供給される。その後、識別コードと、各々の識別コードに特有の関連する補正値とのテーブルは、好ましくは、製造業社、売人又はその両方によって、アーカイブに保管される。従って、例えば、破損等により、制御装置を交換することが必要になっても、ユーザは、必要な補正値がプリインストールされた新しい制御装置を得るために、識別コードを供給することのみが必要なだけである。
【００４３】
図１１及び図１２に示される発明の実施の形態において、参考用として、適応制御装置１１００は、発振器１１０１を使用する。好ましくは、周波数源として、安定な水晶発振器が使用される。発振器１１０１からの出力は、分周器／位相シフタに送られる。その分周器／位相シフタは、約２２Ｍｈｚの周波数から約５．５３ＭＨｚの所望の周波数まで周波数を分周し、出力の一部を９０度位相シフトする。その後、シフトされない発振器周波数１１０５及び位相シフトされた発振器周波数１１０７は、ミキサ１１０９，１１１１内で、適当にフィルタ処理され、かつ、増幅された受信変換器のＲＦ信号と混合される。制御装置７００の場合と同様に、タッチスクリーン受信変換器からのＲＦ信号は、典型的に、固定の広帯域フィルタである帯域フィルタ１１１３でフィルタ処理され、種々のノイズ成分を除去し、その後、所望の信号レベルを達成するために増幅器１１１５によって増幅される。
【００４４】
ミキサ１１０９，１１１１の出力は、複素平面におけるｘ信号及びｙ信号の増幅を示す。従って、一対のミキサと、その１つの位相が９０度シフトされた一対の参照信号とを用いることにより、位相と、位相から独立した複素数の大きさが決定できる。ミキサ１１０９，１１１１の出力は、それぞれ、一対のローパスフィルタ１１１７，１１１９を通過し、その後、それぞれ、Ａ−Ｄ変換器１１２１，１１２３でデジタル化される。その後、これらの信号は、デジタル信号処理装置（すなわち、ＤＳＰ）１１２５に送られる。
【００４５】
ＤＳＰ１１２５は、中心周波数とバンド幅の両方が数学的に制御可能な周波数フィルタとして動作する。ＤＳＰ１１２５を数学的に制御して、制御可能なバンド幅及び中心周波数を達成する方法は、当業者に周知であり、それ故、ここで詳細に説明されない。ＤＳＰ１１２５に結合されるものは、メモリ１１２７である。メモリ１１２７は、特定のタッチスクリーン（すなわち、制御装置１１００と対にされたタッチスクリーン）の周波数特性を測定することによってえられる補正値を含む。メモリ１１２７に含まれる補正値に基づき、ＤＳＰ１１２５は、特定の中心周波数に応答する。好ましくは、ＤＳＰ１１２５は、遅延信号に応じて変化する中心周波数に応答し、従って、音波反射配列における局所的変動によって生じる変動を考慮に入れる。
【００４６】
図１１のアイテム１１２５は、その言葉の広い意味において、デジタル信号処理装置（すなわち、ＤＳＰ）である。それは、ＡＤ変換器１１２１，１１２３からのデジタル信号の数学的又はデジタル的な処理を示す。ＤＳＰ１１２５は、多くの方法で実行できる。例えば、ＤＳＰ１１２５は、マイクロプロセッサ１１３１によって実行されるコードであってよい。あるいは、ＤＳＰ１１２５は、音波タッチスクリーン制御装置に対して設計されるデジタル回路カスタムであってよい。さらに、デジタル信号処理は、それに限定されないが、しばしば、電子エンジニアによって「ＤＳＰチップ」と呼ばれる種類のパッケージ化されたシリコンチップで行ってもよい。
【００４７】
送信変換器バーストを提供するために、水晶発振器１１０１からの出力は、デジタルバースト回路１１２９に供給される。バースト回路１１２９は、マイクロプロセッサ１１３１から受け取られる指示に応じてこの信号を処理し、代わりに、永久メモリ１１２７から所望の中心周波数に関する指示を受け取る。必要ならば、ライン１１３５に沿って送信変換器に送られる前に、デジタルバースト回路１１２９の出力が、バースト増幅器１１３３によって増幅される。
【００４８】
図１２は、デジタルバースト回路１１２９の一例を示す図である。バースト回路１１２９は、マイクロプロセッサ１１３１に結合されたビットレジスタ１２０１（例えば、６４×８ビットレジスタ）である。マイクロプロセッサ１１３１は、所望のビットパターン（すなわち、永久メモリ１１２７の出力に応答して、マイクロプロセッサ１１３１によって生成されたデジタルパターン）を、レジスタ１２０１にロードする。そのビットパターンは、バースト中心周波数を決定する。各々のバーストについて、レジスタ１２０１にロードされたビットパターンは、バーストを生成するために、クロックアウトされるシフトレジスタ１２０３にラッチされる。タッチスクリーンのｘ座標及びｙ座標についてバースト中心周波数を決定するために、差ビットパターンが使用でき、従って、２つの軸の間の変動を考慮に入れることが理解されるべきである。ビットパターンは、メモリ１１２７からの周波数補正データに応答して、マイクロプロセッサ１１３１によって計算されるか、メモリ１１２７に直接記憶されてもよいことに留意するべきである。
【００４９】
この適応制御装置の実施の形態を使用できる別の例において、タッチスクリーンは、グレーティング変換器を使用する。グレーティング変換器において、圧電素子は、基板の背面に適用され、グレーティングは、基板の正面に適用される。グレーティングは、圧電素子によって生成された圧力波をコヒーレントに回折し、これにより、基板の表面に沿って伝搬する音波を生成するために使用される。そのようなグレーティング変換器は、動作周波数が、ガラス厚み共鳴に一致するときに、最も高い効率であると考えられる。基板のガラス厚み共鳴周波数が、基板の厚さに依存するとき、好ましくは、まず、ガラス厚さが測定され、その後、最適な動作周波数が計算され、その最適な動作周波数に対する最適な反射配列及びグレーティング設計が適用される。本発明の適応制御装置、例えば、制御装置１１００は、その後、制御装置の周波数を、タッチスクリーンの周波数特性に適合させるために使用される。しかし、本実施の形態のいくつかの用途と異なり、この例は、適応制御装置が、基準発振器の周波数から１０−２０％変動するバースト周波数を変動させる能力を有することを要する。任意の受信帯域フィルタ、例えば、フィルタ１１１３は、調整できるか、又は十分にブロードバンドであり、タッチスクリーンの周波数特性の変動の十分な範囲をカバーすることが必要である。
【００５０】
図１３は、タッチスクリーン基板に直接実装され、従って、大きさと費用の両方の利益を提供できる適用可能な制御装置の別の実施の形態を示す。この実施の形態において、水晶発振器は、局部発振器１３０１と置き換えられ、従って、所望の大きさを提供できる。局部発振器１３０１は、例えば、完全にシリコンチップ上の回路構成要素から構成されてよい。水晶発振器に相対的な局部発振器１３０１のドリフトが与えられると、フィードバックループが、周波数安定性を提供するように要求される。フィードバックループの結果として、制御装置１３００は、活発に、すなわち、反復して、発振器周波数を所望の周波数に適合させる。
【００５１】
先の実施の形態の場合と同様に、タッチスクリーンの受信変換器からのＲＦ信号は、それを、帯域フィルタ１３０３及び増幅器１３０５に通すことによって調整される。調整されたＲＦ信号は、ミキサ１３０７において、局部発振器１３０１の出力と混合される。発振器１３０１は、周波数が、例えば、入力電圧によって制御される可変周波数発振器である。コンデンサ１３０８と発振器１３０１との間で適当なバッファリングをもつので、発振器１３０１は、電流等の他の種類の電子入力を提供できる。本実施の形態において、局部発振器又は基準発振器は、タッチスクリーンの周波数よりも大きい周波数で動作する。例えば、５．５ＭＨｚの通常のタッチスクリーンの周波数に対して、発振器１３０１は、約６ＭＨｚの周波数で動作してよい。その後、ミキサ１３０７からの出力は、約５００ｋＨｚの中間周波数である。
【００５２】
ミキサ１３０７から出力される中間周波数は、弁別器１３１１に入力される前に、帯域フィルタ１３０９を通過する。弁別器１３１１は、電圧を生成する。その電圧のサインは、その周波数が、弁別器１３１１の中心周波数よりも高いか低いかに依存し、その電圧の振幅は、弁別器の中心周波数からの偏差の程度に依存する。その後、弁別器１３１１からの出力は、例えば、バラクタダイオードを用いて、局部発振器１３０１の周波数を調整し、弁別器の出力電圧をゼロ近くまで低減するために使用される。制御処理装置１３１４に結合されたスイッチ１３１３は、局部発振器１３０１が、バーストサイクル／受信サイクルの間で先に決定された周波数で保持されることを可能にするサンプル及びホールド回路の一部である。スイッチ１３１３は、受信サイクルの間閉じられる。
【００５３】
システム起動中、局部発振器１３０１は、相当のマージンで、所望の周波数から外れ、よって、フィードバックが、発振器を高効率で安定化することを妨げる場合がある。従って、制御装置１３００は、好ましくは、局部発振器１３０１の周波数を、フィードバックループが終わるまで、徐々に調整するランプ機能を有する。ある１つの動作モードにおいて、起動中、スイッチ１３１３は開いており、第２のスイッチ１３１５が閉じている。アナログ変換器（すなわち、ＤＡＣ）１３１７は、マイクロプロセッサ１３１４の制御下で、発振器１３０１の周波数を調整し、検知器１３１９でミキサ１３０７の出力を観察する一方、その周波数を増大（又は低減）させる。検知器１３１９は、ＡＤ変換器１３２１を経由してマイクロプロセッサ１３１４に結合される。検知器１３１９の出力が、所定のしきい値を超えるとき、それ故、局部発振器１３０１が、所望の周波数に近いことを示すとき、マイクロプロセッサ１３１４は、スイッチ１３１５を開け、スイッチ１３１３を閉じ、フィードバックループが、局部発振周波数を微調整することを可能にする。あるいは、起動中に、スイッチ１３１３及びスイッチ１３１５の両方が、閉じられてもよい。このモードにおいて、一旦、発振周波数が帯域フィルタ１３０３の帯域内になると、マイクロプロセッサ１３１４は、スイッチ１３１５を開け、従って、フィードバックループが、周波数をこの点から前へ微調整することを可能にする。
【００５４】
上述の実施の形態と対照的に、局部発振器１３０１の周波数は、所望のバースト周波数に調整されない。むしろ、局部発振器１３０１の周波数は、その周波数とタッチスクリーンの周波数との間の固定された差（この例では、５００ｋＨｚ）を維持するように、タッチスクリーンの周波数を追跡する。それ故、所望のバースト周波数を達成するために、局部発振器１３０１から出力される安定化した出力は、第２のミキサ１３２３において、中間周波数発振器１３２５からの出力と混合される。中間周波数発振器１３２５は、中間周波数帯域フィルタ１３０９と同じ周波数（すなわち、この例において、約５００ｋＨｚ）で動作する。ミキサ１３２３からの出力は、所望のバースト周波数（すなわち、この例において、約５．５ＭＨｚ）である。帯域フィルタ（図示されない）は、ミキサ１３２３とバースト回路１３２７との間に挿入され、ミキサ１３２３からの所望の和周波又は差周波のみを通す。先の実施の形態の場合のように、この周波数におけるトーンバーストの長さは、マイクロプロセッサ１３１４に結合されるバースト回路１３２７によって制御される。トーンバーストは、典型的に、タッチスクリーンの送信変換器の１つに対するライン１３３１に沿って出力される前に、バースト増幅器１３２９によって所望の振幅まで増幅される。
【００５５】
図１３における回路は、必ずしも、バスバンドではない、ＲＦ周波数からより低い周波数までの、例えば、５００ｋＨｚの受信信号をシフトする回路の一例である。これは、適応周波数制御装置の設計者に利用可能な一般的な技術である。この低周波の選択は、ＲＦ周波数とバスバンドとの間であればどこでもよい。その最適値は、特定の回路、ノイズ源等の詳細に依存する。
【００５６】
図１４−１５は、使用中に、基板音波速度の変動を経験するタッチスクリーンに理想的に適した本発明の別の実施の形態を示す。例えば、先に述べたように、高分子基板の音波速度特性は、温度に依存してもよい。それ故、使用中に、タッチスクリーンに基づく高分子基板は、全体的変動（例えば、室温全体の変化による）又は局所的変動（異なる温度であるスクリーンの異なる部分による）の両方を表示してもよい。図１４及び図１５に示される実施の形態は、そのような変動に対応する。
【００５７】
図１４は、制御装置１５００が、アクティブな適合を必要とするタッチスクリーンに結合される実施の形態の方法を示すフローチャートである。この実施の形態において、第１のステップは、タッチが、タッチスクリーンによって検知されるか否かを決定する（ステップ１４０１）ことである。もしタッチが検知されないなら、制御装置１５００は、タッチスクリーンの周波数特性が決定されるテストシーケンスを経験する。好ましくは、このシーケンスにおける第１のステップは、最後のテストシーケンス（ステップ１４０３）以来、どれくらいの時間が経過したかを判断することである。もし、あらかじめ決められた期間を超えた（ステップ１４０５）なら、そのシステムループは、開始点に戻る。もし、あらかじめ決められた期間を超えたなら、そのシステムは、基板のｘ座標及びｙ座標に対し、基板周波数特性を測定し（ステップ１４０７）、１組の補正値を決定する（ステップ１４０９）。これらの補正値は、制御装置のメモリにロードされ（ステップ１４１１）、そのシステムループは、開始点（ステップ１４１３）に戻る。その後、一旦タッチが検知される（ステップ１４１５）と、システムは、タッチ座標を決定し（ステップ１４１７）、これらの座標を、オペレーティングシステムに送る（ステップ１４１９）。
【００５８】
アクティブな適応制御装置１５００は、図１５に示される。この制御装置は、いくつかの一部修正点を除き、基本的に制御装置１１００と同じである。例えば、永久メモリ１１２７は、一時メモリ１５０１によって置き換えられる。制御装置１１００の場合のように、メモリ１５０１は、タッチスクリーンの特性周波数変動を補正するために必要な周波数補正値を記憶する。本実施の形態において、上述のように、制御装置１５００が、補正値を周期的に更新するときに、必要とされる。加えて、メモリは周期的に更新される必要があるので、それは、マイクロプロセッサ１１３１に、双方向で結合される。従って、特性テストシーケンスの間、マイクロプロセッサ１１３１は、ＤＳＰ１１２５の出力を使用し、所望の周波数補正値を決定し、それらをメモリ１５０１に記憶する。
【００５９】
図１１に示される実施の形態において、デジタルバースト処理装置１１２９は、所望のバースト周波数のバーストを出力する。加えて、出力されたバーストの電力スペクトルは、一時メモリ１５０１に記憶された補正値に対応する。個々のＲＦパルスの位相の時間変調（例えば、ｓｉｎ（ｘ）／ｘ曲線に基づくパルス位相）、バーストトレインの振幅変調（例えば、異なる長さのデジタルパルストレインの台形エンベロープ又はスタック）、又はＲＦサイクルのユニットにおける非積分バースト長を用いることを含む、バースト電力スペクトルを調整する種々の技術が使用できる。
【００６０】
図１６に示される実施の形態において、受信信号が処理される中心周波数のみが調整される。すなわち、バーストの周波数は調整されない。この実施の形態は、もし、バーストがとても短く、例えば、期間中ＲＦサイクルが１０回未満であり、バースト周波数を調整する必要がなく、それ故、タッチスクリーンの特性周波数における予期される変動をカバーするほど十分に広帯域である場合に適用可能である。
【００６１】
図１６に示されるように、マイクロプロセッサ１６０１は、通常のＲＦ動作周波数を受け取り、代わりに、送信変換器（図示されない）を実行するバースト回路１６０３をトリガする。先の実施の形態の場合のように、バースト増幅器１６０５は、バースト回路１６０３の出力を調整するために使用できる。受信回路チェーンにおける狭帯域フィルタは、可変帯域フィルタ１６０７である。可変帯域フィルタ１６０７の中心周波数は、ＤＡ変換器１６０９によって提供される電圧によって制御される。ＤＡ変換器１６０９は、代わりに、マイクロプロセッサ１６０１によって制御される。フィルタ１６０７等の可変帯域フィルタに対する適当な回路設計は、当業者によって周知であり、それ故、さらに説明されない。受信変換器（図示されない）からの信号は、可変帯域フィルタ１６０７、中心周波数を決定するフィルタ１６０７を通過する前に、相対的に広い帯域フィルタ１６１１を通過し、増幅器１６１３によって増幅されてよい。その後、信号は、検知器１６１５によって、ＲＦからベースバンドに変換され、ＡＤ変換器１６１７でデジタル化される。マイクロプロセッサ１６０１は、例えば、図８に示される処理を用いることによって、ＤＡ変換器１６０９に対して最適な設定を決定する。その後、最適なＤＡ変換器設定は、通常のタッチ処理の間、記憶された値を用いて、メモリ１６１９、マイクロプロセッサ１６０１に記憶される。別個のＤＡ変換器の値は、ｘ信号及びｙ信号に対して記憶されてよい。
【００６２】
好ましくは、前に開示された各々の実施の形態において、タッチ検知の間に使用される変換器、例えば、変換器１０５，１０７，１１５及び１１７も、制御装置をタッチスクリーンに適応させるために使用されてよい。従って、例えば、変換器１０５によって放出され、変換器１０７から受信される音波から生じる受信信号は、本発明の適応制御装置の周波数基準として使用されるか、又は、従来のタッチスクリーンと同じ又は類似した方法で、タッチ情報を提供するために使用されてよい。しかし、制御装置を適応させる目的で、タッチスクリーンの特性周波数を決定するために使用される変換器は、タッチ検知及び情報収集に使用される変換器と同じである必要はない。例えば、図１７に示されるように、タッチスクリーンの特性周波数を決定するために、１対の変換器１７０１，１７０３が遅延ラインフィードバック発振器（図示されない）において使用される。これらの変換器は、タッチ検知の間に使用される変換器１０５，１０７，１１５，１１７に追加される。あるいは、別個の反射配列を備える別個の変換器が、タッチスクリーン基板の背面に提供されてもよい。好ましくは、追加の変換器の入力及び出力は、制御装置７００のライン７０７，７１３、又は制御装置１１００，１３００又は１５００の相当のラインで多重化される。この方法は、タッチ検知音波経路の必要性と独立して、周波数基準信号の特性を最適化する自由を提供する。
【００６３】
本発明のいくつかの実施の形態が、これまでに説明及び図示されてきたが、本発明の適応方法を使用する他の実施の形態が考えられることが理解されるべきである。加えて、上述の実施の形態の種々の側面が、本発明から逸脱することなく変化することが理解されるべきである。例えば、図１３に示される実施の形態で使用される非水晶基準発振器及びフィードバックループは、図１１及び図１２で示される実施の形態で使用される水晶発振器の代わりに使用されてよい。従って、本発明は、その精神又は不可欠な特徴から逸脱することなく、単特定の形態で具体化できる。従って、ここでの開示及び説明は、特許請求の範囲で示される本発明の範囲を説明するのに役立つものであり、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の音響タッチスクリーンの図。
【図２】従来のタッチスクリーンの１つの軸について、表面弾性波変換器によって受け取られる波形、すなわち、時間に対する信号振幅を示すグラフの図。
【図３】タッチスクリーン上をタッチすることによって摂動が起こった場合の図２に示される波形のグラフの図。
【図４】図２及び図３に示される波形に垂直な方向にタッチスクリーンの表面に渡って伝搬する摂動波形のグラフの図。
【図５】本発明を用いる１つの方法を示すフローチャートの図。
【図６】本発明を用いた別の方法を示すフローチャートの図。
【図７】全体的な変動を補正する、本発明による制御装置を示す図。
【図８】図７に示されたデジタル乗算器の周波数を合わせるために使用される技術を説明するフローチャートの図。
【図９】クアドラチャー・サム検知器を示す図。
【図１０】図１１に示される別の実施の形態に関連する方法を説明するフローチャートの図。
【図１１】全体的及び局所的変動を補正する、本発明による適応制御装置を説明する図。
【図１２】図１１及び図１５に示される適応制御装置で使用するデジタルバースト処理装置を説明する図。
【図１３】タッチスクリーン基板に直接実装できる制御装置を示す図。
【図１４】図１５に示される発明の別の実施の形態に関連する方法を説明する図。
【図１５】全体的及び局所的変動を積極的に補正する、本発明による適応制御装置を説明する図。
【図１６】受信中心周波数のみが調整される本発明による適応制御装置を示す図。
【図１７】タッチスクリーン特性に対し、１組の追加の変換器を使用する音響タッチスクリーンを示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１００ タッチスクリーン
１０１ 基板
１０５，１１５ 送信変換器
１０７，１１７ 受信変換器
１０９，１１１ 反射配列
１２３ 制御装置
１２５ 処理装置
１２７ 信号処理装置
１７０１，１７０３ 変換器

Claims (42)

1. 音波を伝搬できる基板と、
   前記基板に結合された少なくとも１つの送信変換器と、
   前記基板に結合された複数の音波反射器から成る反射配列と、
   前記基板に結合された少なくとも１つの受信変換器と、
   少なくとも１つの前記送信変換器、及び少なくとも１つの前記受信変換器に結合された適応制御装置と
   を備え、
   前記送信変換器は、入力信号に応答して、第１のバースト長の音波を送信し、
   前記反射配列は、前記第１のバースト長を長くして、第２のバースト長の音波を形成し、
   前記受信変換器は、前記第２のバースト長の前記音波を受け取り、
   前記適応制御装置は、
   第１の周波数を生成する基準発振器と、
   前記基準発振器に結合された周波数変更回路と、
   少なくとも１つの前記受信変換器と、前記周波数変更回路とに結合されたミキサ含有回路と、
   前記ミキサ含有回路に結合されたＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器と前記周波数変更回路とに結合されたマイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサに結合されたメモリと、
   前記マイクロプロセッサ、前記周波数変更回路、及び少なくとも１つの前記送信変換器に結合されたバースト回路と
   を備え、
   前記周波数変更回路は、前記第１の周波数を複数の周波数に変換し、
   前記ミキサ含有回路は、少なくとも１つの前記受信変換器の出力信号を、前記周波数変更回路の複数の前記周波数と比較し、
   前記マイクロプロセッサは、複数の前記周波数から最適化された第２の周波数を決定し、
   前記メモリは、最適化された前記第２の周波数を格納し、
   前記バースト回路は、前記入力信号を、少なくとも１つの前記送信変換器に出力するタッチスクリーンシステム。
2. さらに、少なくとも１つの前記受信変換器と前記ＡＤ変換器との間に挿入される信号調整回路を備える請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
3. 前記入力信号が、前記周波数変更回路によって決定される中心周波数を有する請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
4. 前記周波数変更回路が、デジタル乗算器である請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
5. 前記基準発振器が、水晶発振器である請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
6. 前記マイクロプロセッサが、前記バースト回路に対してバースト長制御信号を出力する請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
7. 前記周波数変更回路が、システム起動時に、複数の前記周波数を出力する請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
8. 前記周波数変更回路が、システム起動後に、最適化された前記第２の周波数を出力する請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
9. 前記周波数変更回路が、一連の周波数ステップにおいて、複数の前記周波数を出力する請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
10. 前記ミキサ含有回路が、クアドラチャー・サム検知器である請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
11. 音波を伝搬できる基板と、
    前記基板に結合された少なくとも１つの送信変換器と、
    前記基板に結合された複数の音波反射器から成る反射配列と、
    前記基板に結合された少なくとも１つの受信変換器と、
    少なくとも１つの前記送信変換器置、及び少なくとも１つの前記受信変換器に結合された適応制御装置と
    を備え、
    前記送信変換器は、入力信号に応答して、第１のバースト長の音波を送信し、
    前記反射配列は、前記第１のバースト長を長くして、第２のバースト長の音波を形成し、
    前記受信変換器は、前記第２のバースト長の前記音波を受け取り、
    前記適応制御装置は、
    第１の周波数を生成する基準発振器と、
    前記基準発振器に結合されたマイクロプロセッサと、
    前記マイクロプロセッサ、前記基準発振器、少なくとも１つの前記送信変換器に結合されたデジタルバースト回路と、
    前記マイクロプロセッサに結合されたメモリと
    を備え、
    前記デジタルバースト回路は、バースト制御信号に応答して、少なくとも１つの前記送信変換器に、前記入力信号を出力し、
    前記メモリは、１組の周波数補正値を含み、
    前記マイクロプロセッサは、前記デジタルバースト回路に前記バースト制御信号を出力するタッチスクリーンシステム。
12. 前記基準発振器は、水晶発振器である請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
13. 前記バースト制御信号は、ビットパターンである請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
14. １組の前記周波数補正値は、前記マイクロプロセッサによって、前記メモリに伝達される請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
15. さらに、前記基準発振器に結合された周波数分周器を備える請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
16. 少なくとも１つの前記送信変換器が、グレーティング変換器である請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
17. メモリに１組の周波数補正値を格納する格納ステップと、
    １組の前記周波数補正値を、デジタル信号処理装置に伝送する第１の伝送ステップと、
    第１の波形を、受信変換器で受信する受信ステップと、
    前記第１の波形と、１組の前記周波数補正値とから、前記デジタル信号処理装置で、第２の波形を計算する計算ステップと
    を備えるタッチスクリーンシステム制御方法。
18. さらに、１組の前記周波数補正値を、マイクロプロセッサで生成する第１の生成ステップと、
    １組の前記周波数補正値を前記メモリに伝送する第２の伝送ステップと
    を備える請求項１７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
19. さらに、前記受信変換器によって受信された前記第１の波形を周期的に解析する解析ステップと、
    前記解析に応答して、１組の前記周波数補正値を生成する第２の生成ステップと、
    １組の前記周波数補正値を前記メモリに伝送する第２の伝送ステップと
    を備える請求項１７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
20. 音波を伝搬できる基板と、
    前記基板に結合された少なくとも１つの送信変換器と、
    前記基板に結合された複数の音波反射器から成る反射配列と、
    前記基板に結合された少なくとも１つの受信変換器と、
    少なくとも１つの前記送信変換器置、及び少なくとも１つの前記受信変換器に結合された適応制御装置と
    を備え、
    前記送信変換器は、入力信号に応答して、第１のバースト長の音波を送信し、
    前記反射配列は、前記第１のバースト長を長くして、第２のバースト長の音波を形成し、
    前記受信変換器は、前記第２のバースト長の前記音波を受け取り、
    前記適応制御装置は、
    周波数を出力する基準発振器と、
    少なくとも１つの前記受信変換器、及び前記基準発振器に結合された第１のミキサと、
    前記第１のミキサに結合された中間周波数帯域フィルタと、
    前記中間周波数帯域フィルタ、前記基準発振器に結合されたフィードバックループ回路と、
    前記基準発振器に結合された第２のミキサと、
    前記第２のミキサに結合された中間周波数発振器と、
    マイクロプロセッサと、
    前記第２のミキサ、前記マイクロプロセッサ、及び少なくとも１つの前記送信変換器に結合されたバースト回路と
    を備え、
    前記第１のミキサは、第１のミキサ出力信号を出力し、
    前記フィードバックループ回路は、前記基準発振周波数を変更し、
    前記バースト回路は、前記入力信号を、少なくとも１つの前記送信変換器に出力するタッチスクリーンシステム。
21. 前記フィードバックループ回路が、さらに、前記中間周波数帯域フィルタに結合された弁別回路を備え、
    前記弁別回路は、前記基準発振器に、前記基準発振周波数を制御する制御信号を出力する請求項２０に記載のタッチスクリーンシステム。
22. 前記フィードバックループ回路は、さらに、サンプル及びホールド回路を備える請求項２１に記載のタッチスクリーンシステム。
23. さらに、前記中間周波数帯域フィルタ、及び前記マイクロプロセッサに結合された検知器を備える請求項２０に記載のタッチスクリーンシステム。
24. 中間発振周波数が、実質的に、前記中間周波数帯域フィルタのパスバンド中心周波数に等しい請求項２０に記載のタッチスクリーンシステム。
25. 前記基準発振周波数が、前記タッチスクリーンの特性周波数よりも大きい請求項２０に記載のタッチスクリーンシステム。
26. 前記基準発振器が、発振回路から成る請求項２０に記載のタッチスクリーンシステム。
27. 特性周波数を有するタッチスクリーンを含むタッチスクリーンシステムを制御する制御方法であって、
    調整可能な第１の周波数を生成する生成ステップと、
    受信変換器からの出力と、前記第１の周波数とを混合して、第２の周波数を生成する混合ステップと、
    前記第２の周波数を、帯域フィルタに通すフィルタ処理ステップと、
    フィルタ処理された前記第２の周波数を、前記タッチスクリーンの特性周波数と比較する比較ステップと、
    前記第１の周波数を、フィルタ処理された前記第２の周波数が、実質的に、前記所望の周波数に等しくなるまで、調整する調整ステップと
    を備えるタッチスクリーンシステム制御方法。
28. さらに、システム起動時に、前記第１の周波数を、初期周波数に設定する設定ステップと、
    周波数の範囲を通して、前記初期周波数から前記第１の周波数をランプするランプステップと
    前記フィルタ処理された第２の周波数が、前記所望の周波数から所定の距離内にあるとき、前記ランプステップを中止する中止ステップと
    を備える請求項２７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
29. さらに、前記第１の周波数を、中間周波数発振出力と混合して、第３の周波数を生成する混合ステップと、
    前記第３の周波数をバースト回路に伝送する第１の伝送ステップと、
    バースト信号を生成する生成ステップと、
    前記バースト信号を、前記タッチスクリーンシステムに結合された送信変換器に伝送する第２の伝送ステップと
    を備える請求項２７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
30. タッチスクリーン基板と、タッチスクリーン適応制御装置とを備えるタッチスクリーンシステムに電力を供給する供給ステップと、
    前記タッチスクリーン基板に全体に音波を放出する放出ステップと、
    前記音波を受信する受信ステップと、
    前記音波を解析して、前記タッチスクリーン基板の一定の特性周波数を決定する解析ステップと、
    前記タッチスクリーン適応制御装置の周波数を、前記タッチスクリーンの前記特性周波数に実質的に適合するように調整する調整ステップと
    を備える請求項２７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
31. 前記調整ステップが自動的に起こる請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
32. 前記調整ステップが、前記制御装置の可変帯域フィルタの中心周波数を調整する請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
33. 前記放出ステップ、前記受信ステップ、前記解析ステップ、及び前記調整ステップが、前記タッチスクリーン適応制御装置の前記周波数と、前記タッチスクリーン基板の前記特性周波数との間の最適な適合を得るために繰り返される請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
34. 前記解析ステップと前記調整ステップが、前記タッチスクリーンシステムに電力が供給される毎に起こる請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
35. 前記解析ステップと前記調整ステップが、周期的に起こる請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
36. 前記解析ステップと前記調整ステップが、前記タッチスクリーンシステムの最初の起動中に起こる請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
37. 特定のタッチスクリーン制御装置に、複数の特性周波数を提供する提供ステップと、
    特定のタッチスクリーン基板に対して、１組の動作周波数特性を測定する測定ステップと、
    特定の前記タッチスクリーン制御装置を、前記特定のタッチスクリーン基板に結合する結合ステップと、
    複数の前記受信特性周波数から、前記基板動作周波数に実質的に適合する少なくとも１つの特性周波数を選択する選択ステップと
    を備える請求項３０に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
38. 複数の前記特性周波数が、制御可能である請求項３７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
39. さらに、複数の制御可能な前記周波数特性を、前記特定のタッチスクリーン制御装置に対する複数のタッチスクリーン制御装置設定と関連付ける関連付けステップと、
    関連付けられた制御可能な前記周波数特性と前記制御装置設定のルックアップテーブルを記録する記録ステップと
    を備える請求項３８に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
40. 前記選択ステップが、特定の制御装置設定を選択して、特性周波数を達成するステップを備える請求項３７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
41. 複数の前記特性周波数が、複数の局所的受信特性周波数である請求項３７に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。
42. 前記選択ステップが、複数の局所的受信特性周波数から、１組の局所的受信特性周波数を選択する請求項４１に記載のタッチスクリーンシステム制御方法。

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