JP2012063950A - 入力装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することが可能なタッチ式の入力装置を提供する。
【解決手段】 入力装置１は、操作部１１の振動に応じた検出信号を出力する振動センサ１２、及びタッチ操作の有効性を判断する情報処理ユニット２０を備える。情報処理ユニット２０は、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定する設定モードと、タッチ操作の有無を検知する入力モードとを切替えるモード切替スイッチ２４と、設定モードにおいて、取得された検出信号のピーク周波数が中心周波数となるように、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定する帯域設定部２６と、入力モードにおいて、ＢＰＦ２７から出力される検出信号のｐｐ値が、ＢＥＦ２８から出力される検出信号のｐｐ値よりも大きい場合に、タッチ操作が有効であると判断する有効性判断部２９とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タッチ式の入力装置、及び、該入力装置を用いた電子機器に関する。

従来から、電子機器の入力インターフェースとして、ユーザによるタッチ操作を検出するタッチパネルを用いた入力装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された入力装置は、意図しない接触などによる誤入力を防止するため、タッチパネルによって受け付けられたタッチ入力が正常な操作か否かを識別する機能を有している。具体的には、この入力装置では、まず、タッチ入力によってタッチパネルに生じる振動が振動センサによって検出され、検出された振動が周波数解析されて検出波形パターンが取得される。そして、得られた検出波形パターンと、予め記憶されている正常な操作時に生じる操作振動の基準波形パターンとが比較され、その比較結果に基づいて、ユーザのタッチ操作が正常な操作であるか否かが判断される。

特開２００９−２６１７４号公報

特許文献１に記載された入力装置では、誤入力に起因する情報処理装置の誤動作を低減することができるが、タッチ操作を受ける度に、操作振動の周波数解析及び波形パターンの比較を行う必要がある。一般的に、振動の周波数解析や波形パターンの比較には、大きな処理負荷（計算コスト）がかかるため、この手法では、即応性（レスポンス）に劣るおそれがある。これに対して、即応性を高めようとすると、高速・高性能なＣＰＵなどが求められ、コストが上昇するおそれがある。

一方、タッチパネルに生じる振動波形は、タッチするもの（例えば、指やタッチペンなど）によって異なる。また、同じ指でも、指の腹でタッチした場合と、爪でタッチした時とでは、生じる振動波形が異なる。上述した入力装置では、検出波形パターンと、正常な操作時の基準波形パターンと比較することにより、正常なタッチ操作であるか否かを判断しているため、このような振動波形が異なる多様なタッチ操作に対して柔軟に対応することが難しい。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することが可能なタッチ式の入力装置、及び該入力装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係る入力装置は、ユーザのタッチ操作により生じる振動に応じた検出信号を取得する振動検出手段と、通過帯域を変更することができ、振動検出手段により取得された検出信号のうち、設定された通過帯域の検出信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、阻止帯域を変更することができ、振動検出手段により取得された検出信号のうち、設定された阻止帯域の検出信号の通過を選択的に阻止するバンドエリミネーションフィルタと、バンドパスフィルタの通過帯域及びバンドエリミネーションフィルタの阻止帯域を設定する設定モードと、ユーザによるタッチ操作の有無を検知する入力モードとを切替える切替手段と、設定モードにおいて、振動検出手段により取得された検出信号のピーク周波数を算出する演算手段と、該演算手段により算出されたピーク周波数が含まれるように、バンドパスフィルタの通過帯域、及びバンドエリミネーションフィルタの阻止帯域を設定する設定手段と、入力モードにおいて、バンドパスフィルタから出力される検出信号と、バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号とを比較し、当該比較結果に基づいて、ユーザのタッチ操作が有効であるか否かを判断する判断手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る入力装置によれば、バンドパスフィルタの通過帯域及びバンドエリミネーションフィルタの阻止帯域を設定する設定モードと、ユーザによるタッチ操作の有無を検知する入力モードとが切替え可能に構成されている。そして、設定モードでは、振動検出手段により取得された検出信号のピーク周波数が含まれるように、すなわち、ユーザのタッチ操作により生じる振動波形の特徴を表すピーク周波数が含まれるように、バンドパスフィルタの通過帯域、及びバンドエリミネーションフィルタの阻止帯域が設定される。よって、振動波形が異なる多様なタッチ操作に対応して、バンドパスフィルタの通過帯域及びバンドエリミネーションフィルタの阻止帯域を設定することができるため、振動波形が異なる多様なタッチ操作に対して柔軟に対応することができる。

また、入力モードでは、バンドパスフィルタから出力される検出信号と、バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号とが比較され、当該比較結果に基づいて、ユーザのタッチ操作が有効であるか否かが判断される。その際に、設定モードにおいて設定されたタッチ操作、すなわち有効なタッチ操作であれば、バンドパスフィルタからはピークを含む検出信号が出力され、バンドエリミネーションフィルタからはピークが除去された検出信号が出力される。よって、振動波形の周波数解析や波形パターンの比較を行うことなく、すなわち、より軽い処理負荷で、タッチ操作の有効性判断を適切に行うことができる。以上の結果、多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することが可能となる。

本発明に係る入力装置では、バンドパスフィルタから出力される検出信号の大きさが、バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号の大きさよりも大きい場合に、判断手段が、ユーザのタッチ操作が有効であると判断することが好ましい。

この場合、バンドパスフィルタから出力される検出信号の大きさが、バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号の大きさよりも大きい場合に、ユーザのタッチ操作が有効であると判断される。ここで、上述したように、有効なタッチ操作であれば、バンドパスフィルタからはピークを含む検出信号が出力され、バンドエリミネーションフィルタからはピークが除去された検出信号が出力される。よって、バンドパスフィルタ及びバンドエリミネーションフィルタそれぞれから出力される検出信号の大きさを比較することで、すなわち、より軽い処理負荷で、タッチ操作の有効性判断を適切に行うことが可能となる。

なお、その際に、バンドパスフィルタ及びバンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号の大きさとして、該検出信号のピーク・トゥ・ピーク値を用いることが好ましい。

このようにすれば、バンドパスフィルタから出力される検出信号のピーク・トゥ・ピーク値（以下「ｐｐ値」ともいう）と、バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号のｐｐ値とを比較することにより、すなわち、最も大きな振幅同士を比較することにより、タッチ操作の有効性判断をより正確に行うことができる。

本発明に係る入力装置では、設定手段が、ピーク周波数を、バンドパスフィルタの通過帯域、及び／又は、バンドエリミネーションフィルタの阻止帯域の中心周波数として設定することが好ましい。

このように設定すれば、入力モードにおいて、有効なタッチ操作があったときに、バンドパスフィルタからはピークを含む検出信号をより確実に出力することができ、バンドエリミネーションフィルタからは確実にピークが除去された検出信号を出力することができる。

本発明に係る入力装置は、判断手段による判断結果に基づいて、ユーザによるタッチ操作を検知したことを示す入力情報を出力する出力手段を備えることが好ましい。

このようにすれば、ユーザによるタッチ操作を検知したことを示す入力情報を、例えば、外部の電子機器などへ出力することができる。

本発明に係る電子機器は、上記入力装置と、該入力装置により受付けられたユーザのタッチ操作に基づいて、自機の制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電子機器によれば、上述した入力装置を備えているため、該入力装置を用いてユーザが電子機器を操作する際に、ユーザの多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することができる。よって、ユーザの使用形態に合わせて、電子機器を快適に操作することが可能となる。

本発明によれば、多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することが可能となる。

実施形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る入力装置による、設定モードにおける通過帯域／阻止帯域設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る入力装置による、入力モードにおける入力判断処理の処理手順を示すフローチャートである。 設定モードにおいて、指の爪で叩いた場合に得られた検出信号のエネルギースペクトル密度（ピーク周波数）を示す図である。 入力モードにおいて、指の腹で叩いた場合に得られた検出信号の波形（無効な操作波形）を示すグラフである。 入力モードにおいて、指の爪で叩いた場合に得られた検出信号の波形（有効な操作波形）を示すグラフである。 設定モードにおいて、指の腹で叩いた場合に得られた検出信号のエネルギースペクトル密度（ピーク周波数）を示す図である。 入力モードにおいて、指の腹で叩いた場合に得られた検出信号の波形（有効な操作波形）を示すグラフである。 入力モードにおいて、指の爪で叩いた場合に得られた検出信号の波形（無効な操作波形）を示すグラフである。 変形例に係る入力装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係る入力装置１の構成について説明する。図１は、入力装置１の構成を示すブロック図である。

入力装置１は、設定モードと入力モードとを有し、設定モードにおいて、後述するバンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」ともいう）２７の通過帯域及びバンドエリミネーションフィルタ（以下「ＢＥＦ」ともいう）２８の阻止帯域を設定する。また、入力装置１は、入力モードにおいて、ＢＰＦ２７から出力される検出信号と、ＢＥＦ２８から出力される検出信号とを比較することにより、ピックアップされた振動が有効なタッチ操作によるものであるか否かを判断し、その判断結果に基づいて、タッチ操作を検知する。そのために、入力装置１は、操作部１１の振動をピックアップし、該振動に応じた電気信号（検出信号）を出力するセンサユニット１０、及び、設定モードにおいて、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８の設定を行うとともに、入力モードにおいて、センサユニット１０によってピックアップされ、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８それぞれを介して出力される検出信号を比較して、タッチ操作の有効性を判断する情報処理ユニット２０を備えている。以下、各構成について詳細に説明する。

センサユニット１０は、操作部１１及び振動センサ１２を備えている。操作部１１は、ユーザのタッチ操作を受け付けるものであり、例えば、操作画面を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と、ユーザのタッチ位置を検出するタッチパネルとを有するタッチスクリーンなどが好適に用いられる。振動センサ１２は、操作部１１に取り付けられ、該操作部１１の振動をピックアップし、該振動に応じた電気信号（検出信号）を出力するセンサである。すなわち、振動センサ１２は、特許請求の範囲に記載の振動検出手段として機能する。振動センサ１２としては、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）が好適に用いられる。なお、振動センサ１２として、加速度センサなどを用いることもできる。センサユニット１０（振動センサ１２）は、情報処理ユニット２０に接続されており、検出信号は情報処理ユニット２０に出力される。

情報処理ユニット２０は、上述したように、設定モードにおいて、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８の設定を行うとともに、入力モードにおいて、センサユニット１０（振動センサ１２）から入力され、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８それぞれを介して出力される検出信号を比較して、タッチ操作の有効性を判断するものである。そのため、情報処理ユニット２０は、入力インターフェースとしての増幅部２１、広帯域バンドパスフィルタ（広帯域ＢＰＦ）２２、並びにＡ／Ｄ変換部２３、及び、モード切替スイッチ２４を備えている。また、情報処理ユニット２０は、Ａ／Ｄ変換部２３を介して入力される検出信号に対して演算処理を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びデータがバックアップされているバックアップＲＡＭなどを有している。さらに、情報処理ユニット２０は、出力インターフェースとしての出力部３０を有している。

情報処理ユニット２０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムが、マイクロプロセッサによって実行されることにより、ピーク演算部２５、帯域設定部２６、ＢＰＦ２７、ＢＥＦ２８、及び有効性判断部２９の機能が実現される。なお、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどはそれぞれ独立したチップから構成されていてもよいし、これらが１つのチップに収められたマイクロコンピュータ（マイコン）により構成されていてもよい。

増幅部２１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、センサユニット１０（振動センサ１２）から出力された検出信号を増幅する。増幅部２１で増幅された検出信号は、広帯域ＢＰＦ２２に出力される。

広帯域ＢＰＦ２２は、増幅部２１から出力された検出信号のうち不要な周波数成分（ノイズ成分）を除去する。本実施形態では、広帯域ＢＰＦ２２として、通過帯域が０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚのものを用いた。広帯域ＢＰＦ２２を通過した検出信号は、Ａ／Ｄ変換部２３に入力される。

Ａ／Ｄ変換部２３は、Ａ／Ｄコンバータにより構成され、広帯域ＢＰＦ２２から出力された検出信号（アナログ信号）を所定のサンプリング周期でディジタルデータに変換する。ディジタル変換された検出信号は、設定モードではピーク演算部２５に出力され（図１中の破線参照）、入力モードではＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８に出力される。

モード切替スイッチ２４は、入力装置１の処理モードを、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定する設定モード、又はユーザによるタッチ操作の有無を検知する入力モードに切り替えるスイッチである。すなわち、モード切替スイッチ２４は、特許請求の範囲に記載の切換手段として機能する。モード切替スイッチ２４としては、例えば、押しボタンスイッチやスライドスイッチなどを用いることができる。なお、操作部１１としてタッチスクリーンを用いる場合には、該タッチスクリーンを用いて処理モードを切替える構成としてもよい。

上述したように、設定モードが選択された場合、Ａ／Ｄ変換された検出信号は、ピーク演算部２５へ出力される。ピーク演算部２５は、設定モードにおいて、検出信号のピーク周波数を算出する。より具体的には、ピーク演算部２５は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて検出信号の周波数解析を行うことにより、検出信号のピーク周波数を算出する。すなわち、ピーク演算部２５は、特許請求の範囲に記載の演算手段として機能する。なお、ピーク演算部２５で算出されたピーク周波数は、帯域設定部２６に出力される。

帯域設定部２６は、ピーク演算部２５によって算出されたピーク周波数が含まれるように、ＢＰＦ２７の通過帯域、及び、ＢＥＦ２８の阻止帯域を設定する。より詳細には、帯域設定部２６は、ピーク演算部２５によって算出されたピーク周波数が中心周波数となるように、ＢＰＦ２７の通過帯域、及び、ＢＥＦ２８の阻止帯域を設定する。すなわち、帯域設定部２６は、特許請求の範囲に記載の設定手段として機能する。

一方、入力モードが選択された場合には、Ａ／Ｄ変換された検出信号は、ＢＰＦ２７、及びＢＥＦ２８に出力される。ＢＰＦ２７は、設定モードで設定された通過帯域の検出信号を選択的に通過させるディジタルフィルタである。ＢＰＦ２７は、入力される検出信号をフィルタリングし、通過帯域の信号成分のみを有効性判断部２９へ出力する。一方、ＢＥＦ２８は、設定モードで設定された阻止帯域の検出信号を減衰させ、阻止帯域以外の検出信号を選択的に通過させるディジタルフィルタである。ＢＥＦ２８は、入力される検出信号をフィルタリングし、阻止帯域以外の信号成分を有効性判断部２９へ出力する。

有効性判断部２９は、入力モードにおいて、ＢＰＦ２７から出力される検出信号の大きさと、ＢＥＦ２８から出力される検出信号の大きさとを比較して、ユーザのタッチ操作が有効であるか否かを判断する。すなわち、有効性判断部２９は、特許請求の範囲に記載の判断手段として機能する。なお、有効性判断部２９は、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８それぞれから出力される検出信号の大きさとして、それぞれの検出信号のｐｐ値（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）を用いる。ここで、有効性判断部２９は、ＢＰＦ２７から出力される検出信号のｐｐ値が、ＢＥＦ２８から出力される検出信号のｐｐ値より大きい場合に、ユーザのタッチ操作が有効であると判断する。一方、有効性判断部２９は、ＢＰＦ２７から出力される検出信号のｐｐ値が、ＢＥＦ２８から出力される検出信号のｐｐ値以下である場合に、ユーザの操作が無効であると判断する。これにより、入力モードにおいて、検出信号の周波数解析を行うことなく、タッチ操作の有効性を判断することができる。

出力部３０は、有効性判断部２９による判断結果に基づいて、ユーザからのタッチ操作を検知したことを示す入力情報を外部の電子機器などへ出力する。すなわち、出力部３０は、特許請求の範囲に記載の出力手段として機能する。

次に、図２及び図３を用いて、入力装置１の動作について説明する。図２は、入力装置１による、設定モードにおける通過帯域／阻止帯域設定処理の処理手順を示すフローチャートである。また、図３は、入力装置１による、入力モードにおける入力判断処理の処理手順を示すフローチャートである。まず、図２を参照しつつ、設定モードにおけるＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域の設定処理の処理手順について説明する。なお、本処理は、設定モードが選択された場合に、電子制御ユニット２０において、所定のタイミングで実行される。

ユーザにより、設定モードが選択された後、有効としたい（設定したい）タッチ操作が操作部１１に加えられた場合、ステップＳ１００では、振動センサ１２から増幅部２１などを介して入力され、Ａ／Ｄ変換された検出信号が読み込まれる。続くステップＳ１０２では、読み込まれた検出信号のピーク周波数が、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により算出される。

続いて、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２で算出されたピーク周波数が、通過帯域及び阻止帯域それぞれの中心周波数となるように、ＢＰＦ２７の通過帯域、及びＢＥＦ２８の阻止帯域が設定される。その後、本処理が終了する。本処理により、有効としたいタッチ操作に合わせて、ＢＰＦ２７の通過帯域とＢＥＦ２８の阻止帯域とが設定される。

次に、図３を参照しつつ、入力モードにおける入力判断処理の処理手順ついて説明する。なお、本処理は、入力モードが選択された場合に、電子制御ユニット２０において、所定のタイミングで繰り返して実行される。

ステップＳ２００では、振動センサ１２から増幅部２１などを介して入力され、Ａ／Ｄ変換された検出信号が読み込まれる。続いて、ステップＳ２０２では、読み込まれた検出信号に対して、ＢＰＦ２７によるフィルタリング処理が施される。同様に、ステップＳ２０２では、読み込まれた検出信号に対して、ＢＥＦ２８によるフィルタリング処理が施される。

次に、ステップＳ２０４では、このタッチ操作が有効であるか否かについての判断が行われる。より具体的には、ＢＰＦ２７によるフィルタリング処理が施された検出信号のｐｐ値（以下「ＢＰＦｐｐ値」ともいう）が、ＢＥＦ２８によるフィルタリング処理が施された検出信号のｐｐ値（以下「ＢＥＦｐｐ値」ともいう）よりも大きいか否かについての判断が行われる。ここで、ＢＰＦｐｐ値が、ＢＥＦｐｐ値よりも大きい場合には、ユーザのタッチ操作が有効であると判断され、ステップＳ２０６へ処理が移行する。一方、ＢＰＦｐｐ値がＢＥＦｐｐ値以下であるときには、ユーザのタッチ操作は無効であると判断され、本処理が終了する。

ステップＳ２０４においてタッチ操作が有効であると判断された場合、ステップＳ２０６において、ユーザからのタッチ操作を検知したことを示す入力情報が出力される。その後、本処理が終了する。

次に、操作部１１を指の爪で叩いた場合と、指の腹で叩いた場合について、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定し、それぞれの設定に対して、指の爪で叩いたときと、指の腹で叩いたときのタッチ操作の有効性を判定した（図４〜図９参照）。まず、図４〜図６を併せて参照しつつ、指の爪で叩いた場合の設定結果、及び、タッチ操作の有効性の判定結果について説明する。ここで、図４は、設定モードにおいて、指の爪で叩いた場合に得られた検出信号のエネルギースペクトル密度（ピーク周波数）を示す図である。図５は、入力モードにおいて、指の腹で叩いた場合に得られた検出信号の波形（無効な操作波形）を示すグラフである。また、図６は、入力モードにおいて、指の爪で叩いた場合に得られた検出信号の波形（有効な操作波形）を示すグラフである。

設定モードにおいて、操作部１１を指の爪で叩いた場合に得られた検出信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した結果、図４に示されるエネルギースペクトル密度が得られた。なお、図４の横軸は、周波数［Ｈｚ］であり、縦軸は、エネルギースペクトル密度［ｄｂＶ^２ｓ／Ｈｚ］である。図４に示されるように、指の爪で叩いた場合、検出信号のピーク周波数は約５００Ｈｚであった。そのため、通過帯域の中心周波数が５００Ｈｚ、通過帯域幅が１００ＨｚとなるようにＢＰＦ２７の通過帯域を設定した。また、阻止帯域の中心周波数が５００Ｈｚ、阻止帯域幅が１００Ｈｚとなるように、ＢＥＦ２８の阻止帯域を設定した。なお、ＢＰＦ２７の通過帯域とＢＥＦ２８の阻止帯域とは、中心周波数・帯域幅が異なっていてもよい。

上述したように、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定した後に、処理モードを入力モードに変更し、操作部１１を指の腹で叩いた結果、図５に示される検出信号波形が得られた。なお、図５の横軸は時刻、縦軸は検出信号のＡ／Ｄ値である。図５では、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたフィルタリング前の検出信号波形を破線で示し、ＢＰＦ２７から出力された検出信号波形を一点鎖線で示し、ＢＥＦ２８から出力された検出信号波形を実線で示した。なお、図６，図８，図９も同様に示した。図５に示されるように、指の腹で叩いた場合、ＢＰＦ２７から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＰＦｐｐ値）が、ＢＥＦ２８から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＥＦｐｐ値）より小さいため、当該タッチ操作は無効であると判断される。

一方、上述したように、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定した後に、処理モードを入力モードに変更し、操作部１１を指の爪で叩いた結果、図６に示される検出信号波形が得られた。図６に示されるように、指の爪で叩いた場合、ＢＰＦ２７から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＰＦｐｐ値）が、ＢＥＦ２８から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＥＦｐｐ値）よりも大きいため、当該タッチ操作は有効であると判断される。

上述したように、図４〜図６に示した例によれば、設定モードにおいて、指の爪で振動を与えた場合、入力モードにおいて、指の腹によるタッチ操作は無効であると判断され、指の爪によるタッチ操作は有効であると判断された。すなわち、設定モードでの設定に応じて、入力モードでのタッチ操作の有効性を判別できることが確認された。

次に、図７〜図９を併せて参照しつつ、指の腹で叩いた場合の設定結果、及び、タッチ操作の有効性の判定結果について説明する。ここで、図７は、設定モードにおいて、指の腹で叩いた場合に得られた検出信号のエネルギースペクトル密度（ピーク周波数）を示す図である。図８は、入力モードにおいて、指の腹で叩いた場合に得られた検出信号の波形（有効な操作波形）を示すグラフである。また、図６は、入力モードにおいて、指の爪で叩いた場合に得られた検出信号の波形（無効な操作波形）を示すグラフである。

設定モードにおいて、操作部１１を指の腹で叩いた場合に得られた検出信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した結果、図７に示されるエネルギースペクトル密度が得られた。なお、図７の横軸は、周波数［Ｈｚ］であり、縦軸は、エネルギースペクトル密度［ｄｂＶ^２ｓ／Ｈｚ］である。図７に示されるように、指の腹で叩いた場合、検出信号のピーク周波数は約１００Ｈｚであった。そのため、通過帯域の中心周波数が１００Ｈｚ、通過帯域幅が１００ＨｚとなるようにＢＰＦ２７の通過帯域を設定した。また、阻止帯域の中心周波数が１００Ｈｚ、阻止帯域幅が１００Ｈｚとなるように、ＢＥＦ２８の阻止帯域を設定した。なお、ＢＰＦ２７の通過帯域とＢＥＦ２８の阻止帯域とは、中心周波数・帯域幅が異なっていてもよい。

上述したように、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定した後に、処理モードを入力モードに変更し、操作部１１を指の腹で叩いた結果、図８に示される検出信号波形が得られた。図８に示されるように、指の腹で叩いた場合、ＢＰＦ２７から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＰＦｐｐ値）が、ＢＥＦ２８から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＥＦｐｐ値）より大きいため、当該タッチ操作は有効であると判断される。

一方、上述したように、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定した後に、処理モードを入力モードに変更し、操作部１１を指の爪で叩いた結果、図９に示される検出信号波形が得られた。図９に示されるように、指の爪で叩いた場合、ＢＰＦ２７から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＰＦｐｐ値）が、ＢＥＦ２８から出力された検出信号のｐｐ値（ＢＥＦｐｐ値）よりも小さいため、当該タッチ操作は無効であると判断される。

上述したように、図７〜図９に示した例によれば、設定モードにおいて、指の腹で振動を与えた場合、入力モードにおいて、指の腹によるタッチ操作は有効であると判断され、指の爪によるタッチ操作は無効であると判断された。すなわち、設定モードでの設定に応じて、入力モードでのタッチ操作の有効性を判別できることが確認された。

本実施形態によれば、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定する設定モードと、ユーザによるタッチ操作の有無を検知する入力モードとが切替え可能に構成されている。そして、設定モードでは、振動センサ１２により取得された検出信号のピーク周波数が含まれるように、すなわち、ユーザのタッチ操作により生じる振動波形の特徴を表すピーク周波数が含まれるように、ＢＰＦ２７の通過帯域、及びＢＥＦ２８の阻止帯域が設定される。よって、振動波形が異なる多様なタッチ操作に対応して、ＢＰＦ２７の通過帯域及びＢＥＦ２８の阻止帯域を設定することができるため、振動波形が異なる多様なタッチ操作に対して柔軟に対応することができる。

また、入力モードでは、ＢＰＦ２７から出力される検出信号と、ＢＥＦ２８から出力される検出信号とが比較され、その比較結果に基づいて、ユーザのタッチ操作が有効であるか否かが判断される。その際に、設定モードにおいて設定されたタッチ操作、すなわち有効なタッチ操作であれば、ＢＰＦ２７からはピークを含む検出信号が出力され、ＢＥＦ２８からはピークが除去された検出信号が出力される。よって、振動波形の周波数解析や波形パターンの比較を行うことなく、すなわち、より軽い処理負荷で、タッチ操作の有効性判断を適切に行うことができる。以上の結果、本実施形態によれば、多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することが可能となる。

また、本実施形態によれば、ＢＰＦｐｐ値が、ＢＥＦｐｐ値よりも大きい場合に、ユーザのタッチ操作が有効であると判断される。ここで、上述したように、有効なタッチ操作であれば、ＢＰＦ２７からはピークを含む検出信号が出力され、ＢＥＦ２８からはピークが除去された検出信号が出力される。よって、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８それぞれから出力されるフィルタリング後の検出信号のｐｐ値を比較することで、すなわち、より軽い処理負荷で、タッチ操作の有効性判断を適切に行うことが可能となる。また、両フィルタ後のｐｐ値同士を比較することにより、すなわち、最も大きな振幅同士を比較することにより、タッチ操作の有効性判断をより正確に行うことができる。

また、本実施形態によれば、設定モードにおいて、検出信号のピーク周波数が、ＢＰＦ２７の通過帯域、及びＢＥＦ２８の阻止帯域の中心周波数として設定される。そのため、入力モードにおいて、有効なタッチ操作があったときに、ＢＰＦ２７からはピークを含む検出信号をより確実に出力することができ、ＢＥＦ２８からは確実にピークが除去された検出信号を出力することができる。

次に、図１０を用いて、入力装置１の変形例について説明する。図１０は、変形例に係る入力装置２の構成を示すブロック図である。上述した入力装置１では、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８をディジタルフィルタで構成したが、入力装置２では、ＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８の機能をアナログフィルタにより実現している。なお、入力装置２については、上述した入力装置１と異なる点について主に説明し、同一又は同様な点については説明を省略する。

入力装置２は、ディジタルフィルタで構成されたＢＰＦ２７及びＢＥＦ２８に代えて、アナログ回路で構成されたＢＰＦ２７Ａ及びＢＥＦ２８Ａを備えている。ＢＰＦ２７Ａ及びＢＥＦ２８Ａは、通過帯域及び阻止帯域を変更することができるように、例えば、制御電圧を調節することで静電容量を調節可能な可変コンデンサや、抵抗値を調節できる可変抵抗器などを含んで構成されている。また、入力装置２は、設定モード時に、広帯域ＢＰＦ２２から出力される検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２３ａと、入力モード時に、ＢＰＦ２７Ａ及びＢＥＦ２８Ａそれぞれから出力される検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２３ｂ及びＡ／Ｄ変換部２３ｃとを備える。

また、情報処理装置２０Ａは、上述した帯域設定部２６に代えて、アナログ回路で構成されたＢＰＦ２７Ａの通過帯域及びＢＥＦ２８Ａの阻止帯域を設定する帯域設定部２６Ａを備える。帯域設定部２６Ａは、ＢＰＦ２７Ａ及びＢＥＦ２８Ａを構成する可変コンデンサの静電容量、及び／又は、可変抵抗器の抵抗値などを変更することにより、ＢＰＦ２７Ａの通過帯域及びＢＥＦ２８Ａの阻止帯域を変更・設定する。

設定モードでは、広帯域ＢＰＦ２２を通して入力される検出信号は、Ａ／Ｄ変換部２３ａによりＡ／Ｄ変換された後、ピーク演算部２５に入力される。そして、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によりピーク周波数が算出され、算出されたピーク周波数が中心周波数となるように、ＢＰＦ２７Ａの通過帯域とＢＥＦ２８Ａの阻止帯域とが、帯域設定部２６Ａによって設定される。

一方、入力モードでは、広帯域ＢＰＦ２２を通して入力される検出信号は、ＢＰＦ２７Ａ及びＢＥＦ２８Ａそれぞれに入力される。ＢＰＦ２７Ａから出力される検出信号は、Ａ／Ｄ変換部２３ｂによりＡ／Ｄ変換された後、有効性判断部２９へ出力され、ＢＥＦ２８Ａから出力される検出信号は、Ａ／Ｄ変換部２３ｃによりＡ／Ｄ変換された後、有効性判断部２９へ出力される。そして、有効性判断部２９により、ユーザによるタッチ操作の有効性が判断される。なお、タッチ操作の有効性の判断手法については、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

入力装置２によれば、上述した入力装置１と同様の効果を奏することができる。また、入力装置２によれば、ディジタルフィルタによるフィルタリング処理が不要となるため、マイクロプロセッサの処理負荷をより軽減することができる。

上述した入力装置１は、例えば、重度身体障害者用の意思伝達装置などの電子機器の入力装置に適用することができる。次に、図１１を用いて、入力装置１を用いた電子機器５について説明する。図１１は、入力装置１を用いた電子機器５の構成を示すブロック図である。なお、図１１において上述した入力装置１と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

電子機器５は、入力装置１と、該入力装置１により検知されたユーザのタッチ入力情報に基づいて自機の制御を行う制御部（特許請求の範囲に記載の制御手段に相当）５０とを備えている。なお、入力装置１に代えて上述した入力装置２を用いてもよい。

制御部５０は、演算処理を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びデータがバックアップされているバックアップＲＡＭなどから構成されている。制御部５０は、入力装置１から入力されるユーザのタッチ入力情報に基づいて、電子機器５の制御信号を生成する。そして、制御部５０は、生成した制御信号を用いてアクチュエータなどを制御することにより、電子機器５の動作を統合的に司る。これにより、ユーザは、入力装置１を用いて電子機器５を操作することができる。

なお、入力装置１は電子機器５から分離されていてもよく、また、１つの筐体の中に一体となって収められていてもよい。また、入力装置１が電子機器５と一体的に構成されている場合、電子制御ユニット２０と制御部５０とは、同一のハードウェア（マイクロプロセッサなど）で構成されていてもよい。

本実施形態によれば、上述した入力装置１を備えているため、該入力装置１を用いてユーザが電子機器５を操作する際に、さまざまなユーザの多様なタッチ操作に柔軟に対応でき、かつ、誤検知を防止しつつ処理負荷を軽減することができる。よって、さまざまなユーザの使用形態に合わせて、電子機器５を快適に操作することが可能となる。

特に、入力装置１を、発声に加え書字なども困難な重度身体障害者が他者に意思や思考を伝えるために用いる意思伝達装置に適用した場合には、例えば、文字や絵などの情報をユーザ（重度身体障害者）に提示しつつ、ユーザによるタッチ操作を受け付けることにより、ユーザが選択した情報を特定することができる。このように、入力装置１を用いることにより、ユーザ（重度身体障害者）毎に異なることがあるタッチ操作の有効性を判断して、入力情報を電子機器（意思伝達装置）５へ伝えることができる。よって、ユーザの意思を誤ることなく特定し、電子機器（意思伝達装置）５を操作することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ＢＰＦｐｐ値が、ＢＥＦｐｐ値より大きい場合に、ユーザの操作が有効であると判断したが、ＢＰＦｐｐ値が、ＢＥＦｐｐ値より所定値以上大きい場合に、ユーザの操作が有効であると判断してもよい。また、ＢＰＦｐｐ値とＢＥＦｐｐ値との比に基づいて、ユーザの操作の有効性を判断してもよい。

上記実施形態では、指の爪で叩いた場合にユーザのタッチ操作が有効であると判断する例と、指の腹で叩いた場合にユーザのタッチ操作が有効であると判断する例を挙げたが、これらの例に限られることなく、例えば、操作部１１をタッチペンでタッチした場合や、振った場合などに、有効であると判断するように設定してもよい。

１，２ 入力装置
５ 電子機器
１０ センサユニット
１１ 操作部
１２ 振動センサ
２０，２０Ａ 情報処理ユニット
２４ モード切替スイッチ
２５ ピーク演算部
２６，２６Ａ 帯域設定部
２７，２７Ａ ＢＰＦ
２８，２８Ａ ＢＥＦ
２９ 有効性判断部
３０ 出力部
５０ 制御部

Claims (6)

1. ユーザのタッチ操作により生じる振動に応じた検出信号を取得する振動検出手段と、
   通過帯域を変更することができ、前記振動検出手段により取得された検出信号のうち、設定された通過帯域の検出信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、
   阻止帯域を変更することができ、前記振動検出手段により取得された検出信号のうち、設定された阻止帯域の検出信号の通過を選択的に阻止するバンドエリミネーションフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの通過帯域、及び前記バンドエリミネーションフィルタの阻止帯域を設定する設定モードと、ユーザによるタッチ操作の有無を検知する入力モードとを切替える切替手段と、
   前記設定モードにおいて、前記振動検出手段により取得された検出信号のピーク周波数を算出する演算手段と、
   前記演算手段により算出されたピーク周波数が含まれるように、前記バンドパスフィルタの通過帯域、及び前記バンドエリミネーションフィルタの阻止帯域を設定する設定手段と、
   前記入力モードにおいて、前記バンドパスフィルタから出力される検出信号と、前記バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号とを比較し、当該比較結果に基づいて、ユーザのタッチ操作が有効であるか否かを判断する判断手段と、を備えることを特徴とする入力装置。
2. 前記判断手段は、前記バンドパスフィルタから出力される検出信号の大きさが、前記バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号の大きさよりも大きい場合に、ユーザのタッチ操作が有効であると判断することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記判断手段は、前記バンドパスフィルタ及び前記バンドエリミネーションフィルタから出力される検出信号の大きさとして、該検出信号のピーク・トゥ・ピーク値を用いることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
4. 前記設定手段は、前記ピーク周波数を、前記バンドパスフィルタの通過帯域、及び／又は、前記バンドエリミネーションフィルタの阻止帯域の中心周波数として設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の入力装置。
5. 前記判断手段による判断結果に基づいて、ユーザによるタッチ操作を検知したことを示す入力情報を出力する出力手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の入力装置。
6. 請求項５に記載の入力装置と、
   前記入力装置により受付けられたユーザのタッチ操作に基づいて、自機の制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする電子機器。
   

Images