JP2013109603A - タッチパッドを含む入力装置および携帯式コンピュータ - Google Patents

Abstract

【課題】指がタッチパッドの操作領域の限界に到達した後にポインタの移動を制御する。
【解決手段】タッチパッド２１の周囲に複数の圧力センサ１０１が配置されている。ディスプレイ１５にはポインタ２０３が表示される。時刻ｔ０で、タッチパッドをスワイプしてポインタを移動させる。時刻ｔ１で指がタッチパッドの操作領域の限界に到達したことを圧力センサ１０１ａ、１０１ｂが検出する。その後は、スワイプが終了した指で圧力センサに対する押下圧力および押下位置を変更してポインタの移動速度および移動方向を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、タッチパッドの操作性を向上する技術に関し、さらに詳細にはタッチパッドにおけるスワイプ範囲の制約を補完する技術に関する。

コンピュータには、入力装置としてキーボードの他にＧＵＩを実現するためのポインティング・デバイスが搭載される。典型的なポインティング・デバイスとして左ボタン、ホイール、および右ボタンを備えるマウスが存在する。マウスはコンピュータから独立した本体を机上で移動させることでディスプレイに表示したカーソルまたはマウス・ポインタ（以下、単にポインタという。）を移動させることができる。

マウスの左ボタンを１回または連続的に２回クリックすることでポインタが指示したオブジェクトを選択したり、オブジェクトに関連付けられたプログラムを実行したり、またはオブジェクトに関連付けられたファイルやフォルダを開くことができる。また、左ボタンを押してポインタがオブジェクトを選択している状態でポインタを移動させてから移動先で左ボタンを離すことで選択したオブジェクトをディスプレイ上で移動したりポップ・アップ・メニューの項目を選択したりするドラッグ・アンド・ドロップという操作を行うことができる。マウスは、操作に所定のスペースが必要となるため、移動中のノートブック型携帯式コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）で使用するには不便である。ノートＰＣでは、ポインティング・デバイスの取り付けスペースが制約されるためマウスの機能を実現するために特有のハードウェアを実装する。

ある種のノートＰＣは、ポインティング・デバイスとしてポインティング・スティックと機械式ボタンの組を実装する。ポインティング・スティックはコンピュータ・メーカによってはトラックポイント（TrackPointは登録商標）、スティックポイント、またはトラックスティックなどと呼ばれている。ポインティング・スティックはキーボードのキーの間に配置され、力が加えられた方向にポインタを移動させる。ポインティング・スティックと組になって使用される機械式ボタンは、それぞれマウスの左ボタン、ホイール、および右ボタンに対応する左ボタン、中央ボタンおよび右ボタンで構成されてスペース・キーのすぐ手前側（ユーザ側）に配置される。マウスの各ボタンに対応するようにノートＰＣに設ける機械式ボタンをマウス・ボタンという。

別の種類のノートＰＣは、ポインティング・デバイスとしてタッチパッドとマウス・ボタンの組を実装する。タッチパッドは表面をなぞる（スワイプする）指の軌跡に対応する座標を出力してポインタを移動させ、タッチパッドの手前側に配置されたマウス・ボタンがマウスの左ボタンと右ボタンに対応した動作をする。ポインティング・スティックは、キーボードのホーム・ポジションから指を離さないで操作でき、タッチパッドは手書き入力やジェスチャ入力ができるといったように両者には特有の特徴があるため、最近のノートＰＣにはポインティング・スティックとタッチパッドの２種類のポインティング・デバイスを搭載するものもある。

タッチパッドは、マウスのようにデバイス自体を移動させる必要がないため、限られたスペースで操作できるという利点があるが、狭い操作面をスワイプした指でポインタを広いディスプレイの範囲で移動させる必要がある。スワイプの長さに対するポインタの移動距離は、座標処理回路のゲインを設定することで調整することができる。しかしゲインを大きくすると、ポインタの微細な位置決めができなくなるため、ゲインの大きさには制約がある。

そしてタッチパッドは、ディスプレイの大きさに比べて遙かに面積が小さいため、ポインタを長い距離移動させる際に、通常では１回のスワイプでは足りない。このときユーザは、タッチパッドの端にスワイプした指が到達するとタッチパッドから指を離して再度同じ方向にスワイプする必要がある。スワイプの回数は、ポインタの移動距離が長いマルチディスプレイや高解像度のディスプレイにおいて一層増える。さらにタッチパッドの表面から指を離す必要があるために、指を離したときにそこまでのポインタの移動がリセットされてしまうようなドラッグ・アンド・ドロップの操作を実行することができないという不便さがある。

特許文献１は、タッチパッドを繰り返しスワイプしないでポインタを移動させる技術を開示する。タッチパッドの周囲には、指の触覚で認識できる環状凸部が形成されており、さらにその外側に指の押下位置で異なる信号を出力するスイッチを配置する。タッチパッドをなぞったユーザの指がタッチパッドの表面から外れた以降もポインタの移動を継続させるために、ユーザは環状凸部を認識してから指をさらに外側に移動させてスイッチを押下する。スイッチが出力する信号によりポインタの移動方向が決定される。

特許文献２は、指の複数回のストローク操作をタッチパッドから除去する技術を開示する。タッチパッドは内部ゾーンとその周辺の外部ゾーンに区分される。スワイプする指が外部ゾーンに入ったことを検出すると、ポインタはその時点の指の座標とタッチパッドの中央の座標で決定した方向に一定の速度で移動する。特許文献３は、タッチパッドでドラッグ・アンド・ドロップをする際の操作性を向上する技術を開示する。

タッチパッドの表面を中央領域とその周辺に定義された８つの周縁領域に区分する。周縁領域には、ポインタの移動方向が定義されている。指が中央領域にあるときは通常の方法でポインタが移動するが、指が周縁領域に入ると定義された方向にポインタが移動する。特許文献３には、ドラッグ・アンド・ドロップをする際には、ポインタを所定の位置に位置付けてタッピングをしてドラッグ・モードに移行させることが記載されている。

特許２８７１５９７号公報 特許３７６４１７１号公報 特許３９０９２３０号公報

特許文献１の発明では、押下したスイッチがポインタの移動方向を決定しており、ユーザがポインタを移動したい方向とスイッチが決定するポインタの移動方向が一致しないことがある。また、スイッチが動作したあとには、ポインタの移動速度および移動方向を調整することができないため、ポインタを目標位置に位置付けるために再度スワイプが必要となる。

特許文献２の発明では、タッチパッドの中央の座標と現在の座標で指が外部ゾーンにあるときのポインタの移動方向と移動速度が決定されるため、ユーザの操作意図がポインタの移動に的確に反映されない場合がある。特許文献３の発明では、周辺領域に定義された方向にしかポインタが移動しないため、ポインタを目標位置に移動させるためには中央領域での再操作が必要になる。特許文献２、３の発明では、タッチパッドの周辺部をスワイプ以外のポインタの移動に利用しており、タッチパッドのスワイプできる面積を縮小させる。小型のノートＰＣに実装するタッチパッドの面積は一層小さくする必要があるため上記課題は一層顕著になる。

そこで本発明の目的は、タッチパッドの操作性を向上させた入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、タッチパッドに対するスワイプを繰り返さないでポインタを長い距離移動させることができる入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、タッチパッドの小型化を実現する入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、ポインタを目標位置に正確に短時間で位置付けることができる入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、タッチパッドに対する誤入力を防止することが可能な入力装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような入力装置を搭載した携帯式コンピュータおよびそのような入力装置におけるポインタの移動方法を提供することにある。

本発明の第１の態様では、最初にタッチパッドをスワイプしてポインタを移動させる。タッチパッドの操作領域の限界にスワイプした指が到達したことを圧力検出装置が検出する。スワイプした指が限界に到達した後はスワイプした指で圧力検出装置を操作してさらにポインタを移動させる。このような構成により、タッチパッドに対するスワイプを繰り返さないでポインタを長い距離移動させることができ、ドラッグ・アンド・ドロップも追加的な操作をしないで実現できる。また、タッチパッドの操作領域の面積を小さくしても操作性が損なわれることがない。

指がスワイプから圧力検出装置の操作に移行する場合にはディスプレイから視線を逸らさないようにするために、指が圧力検出装置に触れたことを視覚ではなく指の触覚で認知できることが望ましい。本発明では、圧力検出装置の周囲に指が圧力検出装置に触れたことを触覚で認識するための物理的な特徴構造を設けることができる。物理的な特徴構造は、段差、突起、またはシボ加工などで実現することができる。

スワイプした指で押下圧力を変更してポインタの移動速度を制御したり、押下位置を変更してポインタの移動方向を制御したりすることができる。したがって、１回のスワイプができなくなった後もポインタの移動方向を変更したり、移動速度を加減したり、あるいはそれらを同時に実行したりしてポインタを目標位置に短時間で正確に位置付けることができる。スワイプによるポインタの移動から圧力検出装置の操作によるポインタの移動に移行するときは、ユーザに操作上の違和感を抱かせないように行う必要があるため、圧力検出装置の操作によるポインタの制御は、圧力検出装置に対して安定した圧力を加えるようになってから行うことが望ましい。

このため、スワイプが終了した後は、圧力検出装置が指の接触を検出したことに応答して指の検出の直前におけるポインタの移動速度および移動方向を維持することができる。スワイプが終了する直前の移動速度および移動方向は、ポインタを目標位置に位置付けるユーザの意思が反映されているため、その後の操作でも目標位置への位置付けを容易に行うことができ、操作上の違和感を抱かせることをなくすことができる。

タッチパッドは、キーボードの操作をしている間に誤って手が触れたことによる誤入力を検出する場合がある。これを防止するために、タッチパッドがスワイプされる前に圧力検出装置が手の接触を検出したときは、圧力検出装置が手の接触を検出している間タッチパッドに対する入力を無効にすることができる。本発明の第２の態様では、スワイプした指が操作領域の限界に到達した後は、スワイプを終了した指を圧力検出装置が検出したときに、指の検出の直前におけるポインタの移動速度および移動方向を維持してポインタをさらに移動させる。

本発明により、タッチパッドの操作性を向上させた入力装置を提供することができた。さらに本発明により、タッチパッドに対するスワイプを繰り返さないでポインタを長い距離移動させることができる入力装置を提供することができた。さらに本発明により、タッチパッドの小型化を実現する入力装置を提供することができた。さらに本発明により、ポインタを目標位置に正確に短時間で位置付けることができる入力装置を提供することができた。さらに本発明により、タッチパッドに対する誤入力を防止することが可能な入力装置を提供することができた。さらに本発明により、そのような入力装置を搭載した携帯式コンピュータおよびそのような入力装置におけるポインタの移動方法を提供することができた。

タッチパッドを実装したノートＰＣの外形を示す斜視図である。 システム筐体１３の平面図とタッチパッド２１の近辺の断面図である。 入力システム２００の構成を示す機能ブロック図である。 域外センサ１００の構成を説明する図である。 スワイプしたときに指が通過するタッチパッド２１上のマトリクス座標の軌跡とディスプレイ１５上のポインタ２０３の移動状態を示す図である。 入力システム２００の全体の動作手順を示すフローチャートである。 域外センサ１００が一定の押下圧力ｐｓで座標軸Ｓに沿って押下されたときにＡ／Ｄ変換回路１５５が生成する圧力センサ１０１の電圧特性を示す図である。 域外センサ１００を一定の押下圧力ｐｈ、ｐｌ（ｐｈ＞ｐｓ、ｐｌ＜ｐｓ）で押下したときにそれぞれＡ／Ｄ変換回路１５５が生成する圧力センサ１０１の電圧特性を示す図である、 直前モードと操作モードにおいてサンプリング周期のタイミングで生成される差分データの様子を示す図である。 操作モードにおける域外座標回路１５７の動作手順を示すフローチャートである。 域外座標回路１５７がシフト後の指の座標を計算する方法を説明する図である。

［タッチパッドのノートＰＣにおける実装態様］
図１は、タッチパッドを実装したノートＰＣ１０の外形を示す斜視図である。図２は、システム筐体１３の平面図とＡ−Ａ断面を示す断面図である。ノートＰＣ１０は、開閉可能なようにヒンジ結合されたディスプレイ筐体１１とシステム筐体１３を含む。ディスプレイ筐体１１はディスプレイ１５を収納する。システム筐体１３は、内部にプロセッサ、メイン・メモリ、およびハードディスク・ドライブなどのシステム・デバイスを収納し、上面にはキーボード１９を搭載する。ハードディスク・ドライブは、ポインティング・スティック２５、タッチパッド２１またはマウス・ボタン２３が生成したマウス信号を処理するデバイス・ドライバ、ＯＳおよびアプリケーション・プログラムなどを格納する。

キーボート１９は、スペース・キー２７を含む複数のキーと、Ｇキー、ＨキーおよびＢキーの間に配置されたポインティング・スティック２５を含んでいる。ポインティング・スティック２５は、Ｘ軸方向とＹ軸方向を検出する歪みセンサに力を加えたときの抵抗値の変化をマウス信号に変換してシステムに送る。システムはポインティング・スティック２５から受け取ったマウス信号に基づいてディスプレイ１５に表示されたポインタを移動させる。システムは、ディスプレイ１５に表示されたポインタとオブジェクトの座標を認識し、ポインタが指示する位置で所定のマウス・ボタン２３が押下されたときに指示されたオブジェクトとマウス信号に応じた処理をする。

キーボード１９のキー配列およびキーの数などは本発明において特に限定しない。キーボード１９の手前側には、キーボード１９を操作する際に掌を載せるパームレスト１７が設けられている。パームレスト１７は全体が平坦に形成されているが、キーボード１９との間にはキーボード１９側に下降する傾斜部１７ａを含む。傾斜部１７ａはキーボード・ユニット１９の手前側に配置された最下列のキーを親指で押下する際に親指を立てなくても円滑に操作できるようにキー操作時の親指の運動範囲を確保する役割を果たす。

スペース・キー２７の手前側にはマウス・ボタン２３が配置されている。マウス・ボタン２３はポインティング・スティック２５またはタッチパッド２１のポインタ移動機能と併用することを目的としており、周知の機能が付与された左ボタン、中央ボタン、および右ボタンで構成されている。マウス・ボタン２３の手前側にはタッチパッド２１が配置されている。タッチパッド２１は、ポインティング・スティック２５とは独立してポインタを移動させるマウス信号を出力する。

ポインティング・スティック２５は、タッチパッド２１と併用する実施態様を説明する目的で記載しており、本発明はポインティング・スティック２５を備えていないノートＰＣに適用することもできる。タッチパッド２１は、ホーム・ポジションに両手を置いてキーボード１９を操作している間にユーザの手が誤って触れて意図しないポインタの移動が行われないようにするために、キーボード１９のほぼ中央にあるスペース・キー２７の手前に配置される。タッチパッド２１は、静電容量式、抵抗膜式または電磁誘導式などで動作するタッチセンサを含み、操作面２２上の指の位置をマトリクス座標として出力する。

タッチパッド２１の周囲はパームレスト１７で囲まれている。キーボード１９を操作する際に、始めはパームレスト１７上のタッチパッド１０１から離れた位置に置いていた掌が、ポインティング・スティック２５またはキーボード１９を操作している間に中央に寄ってきてタッチパッド２１に触れ、意図しないポインタの移動をもたらすことがある。本発明は後に説明するように、このようなタッチパッドへの誤入力を防止する方法も提供する。

タッチパッド２１の周囲には、スワイプした指で操作する域外センサ１００を配置している。域外センサ１００は、後に説明するように域外動作モードに移行したり域外動作モードでポインタの移動を制御したりするためにユーザが操作する。域外動作モードは直接モードおよび操作モードを含む。直接モードでは、域外センサ１００を圧力センサ、静電式センサ、赤外線センサ、または機械式スイッチなどのなかから選択することができる。

また、タッチパッド２１の周辺部に定義した領域を域外センサとして利用することもできる。操作モードでは域外センサ１００として圧力センサを利用することができる。タッチパッド２１は、指をスワイプする操作面２２が平坦に形成されている。操作面２２とそれを囲むパームレスト１７の表面との間には、段差５０が形成されている。段差５０の近辺のパームレスト１７には域外センサ１００が配置されている。

段差５０は、スワイプした指が操作面２２の限界に達し、かつ、域外センサ１００を操作できる位置に指が置かれていることをユーザに触覚で認知させるための物理的な構造体である。段差５０により、ユーザはディスプレイ１５から視線を逸らさないでも域外センサ１００を操作できる。パームレスト１７の表面とタッチパッド２１の操作面２２を同一平面上に配置する場合は、域外センサ１００をそれらの表面より隆起する形状で形成したり、域外センサ１００の表面にシボ加工を施したりすることでもよい。さらに段差５０に代えて、域外センサ１００の周囲に点状の突起または棒状の突起を形成したりあるいは溝を形成したりすることでもよい。

［入力システム］
図３は、入力システム２００の構成を示す機能ブロック図である。入力システム２００はタッチパッド２１および域外センサ１００を含む。入力システム２００はさらに図示しないコントローラなどのハードウェアと、ファームウェアおよびデバイス・ドライバなどのソフトウェアで構成されるＡ／Ｄ変換回路１５１、１５５、域内座標回路１５３、域外座標回路１５７、動作モード制御回路１６３および出力回路１６１を含む。

タッチパッド２１は、マトリクス状に配置された縦走査線と横走査線が交差する位置に配置されたタッチセンサが検出した操作面２２上の指のマトリクス座標に対応するアナログ信号をＡ／Ｄ変換回路１５１に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１５１は、アナログ信号を一例として３０Ｈｚのサンプリング周期でディジタル信号に変換して域内座標回路１５３に出力する。

域内座標回路１５３は、サンプリング周期ごとに前回サンプリング時のマトリクス座標と今回サンプリング時のマトリクス座標の差を示す二次元の差分ベクトル（Δｘ，Δｙ）を出力回路１６１に出力する。具体的には、前回のマトリクス座標が（ｘ１，ｙ１）で今回のマトリクス座標が（ｘ２，ｙ２）のときには、Δｘ＝ｘ２−ｘ１、Δｙ＝ｙ２ーｙ１の差分データを出力する。差分ベクトルはポインタの移動速度と移動方向の情報を提供する。出力回路１６１は、ポインタ位置制御回路１８１に差分データを出力するＰＳ／２やＵＳＢなどの周知のインターフェースである。域内座標回路１５３がタッチパッド２１のスワイプにより生成した差分ベクトルを出力している状態を域内動作モードという。域内動作モードは周知である。域内座標回路１５３はサンプリング周期ごとにタッチパッド２１が検出したマトリクス座標と差分ベクトルを動作モード制御回路１６３に出力する。

域外センサ１００は、図４に示すように直線状に配置された複数の圧力センサ１０１で構成されている。Ａ／Ｄ変換回路１５５は、各圧力センサ１０１に対する押下圧力により変化した抵抗値を電圧に変換し、さらに、Ａ／Ｄ変換回路１５１のサンプリング周期と同じ周期でディジタル値に変換して域外座標回路１５７に出力する。域外座標回路１５７は、Ａ／Ｄ変換回路１５５から受け取った圧力データから、域外センサ１００の押下圧力および押下位置を計算してポインタの移動速度および移動方向の情報を含む差分ベクトルを生成する。域外座標回路１５７は生成した差分ベクトルをサンプリング周期ごとに出力回路１６１および動作モード制御回路１６３に出力する。

ユーザはスワイプした指がタッチパッド２１の操作面２２の限界位置に到達してから域外センサ１００を操作する。域外座標回路１５７が差分ベクトルを出力している状態を域外動作モードという。域外動作モードは、タッチパッド２１に対するスワイプによる域内動作モードに連続する状態で存在する。域外動作モードは、域内動作モードから域外動作モードに切り換わる直前の域内動作モードにおけるポインタの移動方向および移動速度を維持する直前モードと、ユーザが域外センサ１００を操作してポインタの移動方向と移動速度を制御する操作モードを含む。

域外座標回路１５７は、域外センサ１００のいずれかの圧力センサ１０１が閾値Ｖｔｈ（図７）以上の圧力を検知したときにタッチ信号を動作モード制御回路１６３に出力する。動作モード制御回路１６３は、バッファにＦＩＦＯ方式で域内座標回路１５３から受け取ったマトリクス座標を一例として５個格納する。動作モード制御回路１６３は、域内座標回路１５３から受け取った差分データからタッチパッド２１に対するスワイプが行われているか否かを判断する。動作モード制御回路１６３はタッチ信号および域内座標回路１５３から受け取った差分データに基づいて判断したスワイプの有無に基づいて、入力システム２００を域内動作モード、域外動作モードまたは停止モードのいずれかに設定するタイミングを判断する。

動作モード制御回路１６３は、動作モードを切り換える際に出力回路１６１および域外座標回路１５７を制御する。動作モード制御回路１６３は、入力システム２００がリセット状態のときに域内動作モードに設定する。動作モード制御回路１６３は、域内座標回路１５３からスワイプを示す差分ベクトルを受け取った後に域外座標回路１５９からタッチ信号を受け取ったときは域内動作モードから域外動作モードに移行するように制御する。動作モード制御回路１６３は、タッチ信号を受け取っていないときに域内座標回路１５３がスワイプを示す差分ベクトルを生成しているとときは域内動作モードとなるように制御する。

動作モード制御回路１６３は、スワイプが発生する前にタッチ信号を受け取ったときは、停止モードに移行するように制御する。動作モード制御回路１６３は、域内動作モードのときは出力回路１６１から域内座標回路１５３が生成した差分ベクトルを出力させ、域外動作モードのときは域外座標回路１５７が生成した差分ベクトルを出力させ、停止モードのときはいずれの差分ベクトルも出力させない。

ポインタ位置制御回路１８１は、主としてチップセット、メイン・メモリ、ＧＰＵ、およびＣＰＵなどのハードウェアとＯＳやデバイス・ドライバなどのソフトウェアにより構成される周知の要素である。ポインタ位置制御回路１８１は、出力回路１６１から受け取った差分ベクトルをサンプリング周期ごとにディスプレイ１５に表示されたポインタの現在の座標に加えて新しい座標を作成し画像データとしてディスプレイ１５に出力する。ポインタ位置制御回路１８１は、出力回路１６１から受け取った差分ベクトルは域内座標回路１５１が生成したものかあるいは域外座標回路１５７が生成したものかを認識しない。したがって本実施の形態では、入力システム２００以外のＯＳやデバイス・ドライバなどに変更を加える必要がない。

［域外センサ］
図４は域外センサ１００の構成を説明する図である。域外センサ１００は一例として、信越ポリマー株式会社が「Ｑ−Ｐｏｉｎｔ」の商品名で販売しているアナログ入力デバイスを使用して構成することができる。域外センサ１００は、タッチパッド２１の周囲を囲むように枠状に配置されている。域外センサ１００は、５ミリメートル〜１０ミリメートルのピッチで配置された複数の圧力センサ１０１を含む。

圧力センサ１０１は、タッチパッド２１の各辺において、１次元の座標軸Ｓ上に配置されている。各圧力センサ１０１の座標は、タッチパッド２１のマトリクス座標に関連付けられている。タッチパッド２１の端までスワイプした指は、域外センサ１００の押下位置Ｓ１、Ｓ２などに所定の押下圧力で触れる。動作モード制御回路１６３は、域外座標回路１５７からタッチ信号を受け取ったタイミングで域内座標回路１５３から受け取った最後のマトリクス座標からタッチ信号を出力した圧力センサの座標軸Ｓ上の位置を特定することができる。

一例として２個おきに配置される圧力センサ１０１は同一のグループを形成する。図４（Ａ）では、圧力センサ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが同一のグループを形成する例を示している。図４（Ａ）では、一辺に配置された圧力センサ１０１にだけ参照番号１０１ａ〜１０１ｃを付しているが、すべての圧力センサが同じルールでグループ化されて圧力センサ１０１ａ〜１０１ｃのいずれかのグループに属する。そして、同一のグループの圧力センサは共通の配線でＡ／Ｄ変換回路１５５に接続される。圧力センサ１０１をグループ化することで、Ａ／Ｄ変換回路１５５のＩ／Ｏ端子の数を減らすことができる。圧力センサがグループ化されていても、域外座標回路１５７は、タッチ信号を生成する際に動作モード制御回路１６３から受け取ったマトリクス座標から押下された圧力センサ１０１の座標を特定することができる。

域外センサ１００は、弾性シート１０３に半球状の導電ゴム１０７ａ〜１０７ｃが貼り付けられている。回路基板１０５には、導電ゴム１０７ａ〜１０７ｃに対向する位置に櫛歯状の１対の櫛歯電極１０９ａ〜１０９ｃがそれぞれ配置されている。１対の櫛歯電極１０９ａ〜１０９ｃは、弾性シート１０３が押下される前は相互に絶縁されている。弾性シート１０３が押下されると、その圧力で導電ゴム１０７ａ〜１０７ｃが電極１０９ａ〜１０９ｃに接触して１対の櫛歯電極が導通する。押下圧力が増すほど導電ゴム１０７ａ〜１０７ｃは弾性変形して櫛歯電極１０９ａ〜１０９ｃを導通させる面積を増大させ電極間の抵抗が小さくなる。

一例では押下位置Ｓ１、Ｓ２の直近の両端にある圧力センサ１０１ａ、１０１ｂだけが、押下圧力に対応して抵抗が変化する。Ａ／Ｄ変換回路１５５は、電極間の抵抗の変化を電圧の変化として検出してサンプリング周期ごとにディジタル化する。域外センサ１００に対する押下圧力を弱めると弾性シート１０３が復元して、導電ゴム１０７ａ〜１０７ｃは櫛歯電極を導通させる面積を少なくしながら電極間の抵抗を大きくし、指が離れたときには絶縁状態にする。

［入力システムの動作手順］
つぎに、入力システム２００の動作手順を説明する。図５は、スワイプしたときに指が通過するタッチパッド２１上のマトリクス座標の軌跡とディスプレイ１５上のポインタ２０３の移動状態を示す図である。図６は、入力システム２００の全体の動作手順を示すフローチャートである。図７は域外センサ１００を一定の押下圧力ｐｓで座標軸Ｓに沿って押下したときにＡ／Ｄ変換回路１５５が生成する圧力センサ１０１の電圧特性を示す図で、図８（Ａ）は域外センサ１００を座標軸Ｓに沿って一定の押下圧力ｐｈ（ｐｈ＞ｐｓ）で押下し、図８（Ｂ）は同様に一定の押下圧力ｐｌ（ｐｌ＜ｐｓ）で押下したときにそれぞれＡ／Ｄ変換回路１５５が生成する圧力センサ１０１ａ〜１０１ｃの電圧特性を示す図である。図９は、直前モードと操作モードにおいてサンプリングのタイミングで生成される差分データの様子を示す図である。

図５（Ｂ）において時刻ｔ０でポインタ２０３は停止している。入力システム２００は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは直前モードで動作し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは操作モードで動作する。時刻ｔ０でスワイプが開始されると、タッチパッド２１は最初にマトリクス座標２０１ｓを出力する。入力システム２００が域内動作モードで動作するときポインタ２０３はマトリクス座標２０１ｓ〜２０１ｆにより作成された複数の差分データでディスプレイ１５上を移動する。

時刻ｔ１でスワイプした指が操作面２２の限界位置に到達して、域外センサ１００の押下位置Ｓ１に指が触れる。ユーザは段差５０により指が域外センサ１００に触れたことを認知する。指が押下位置Ｓ１に触れたときは、それ以上同一方向にポインタ２０３を移動させるようなスワイプはできないが、図５（Ｂ）には入力システム２００が時刻ｔ１から時刻ｔ３まで域外動作モードで動作してポインタを移動させている様子を示している。

図７、図８の位置Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、座標軸Ｓ上における圧力センサ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの真上の位置を示す。圧力センサ１０１ａ〜１０１ｃはピッチｍで座標軸Ｓ上に配置されている。図７、図８の電圧特性４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃはそれぞれ域外センサ１００の座標軸Ｓ上の各押下位置を同一の押下圧力ｐｓ、ｐｈ、ｐｌで押下したときの押下位置Ｓに対するＡ／Ｄ変換回路１５５が生成する電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを示す。なお、これ以後は説明を簡単にするためにＡ／Ｄ変換回路１５５が電圧を出力することを単に圧力センサが電圧を出力するという。

各圧力センサ１０１の電圧特性４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃは等しい。電圧特性４０１ａは位置Ｓｃから位置Ｓｂまで電圧Ｖａを出力し、電圧特性４０１ｂは位置Ｓａから位置Ｓｃまで電圧Ｖｂを出力する。電圧特性４０１ａ〜４０１ｃは、それぞれ圧力センサ１０１ａ〜１０１ｃの真上を押下されたときに最も高い電圧を出力し、押下位置が真上からシフトするにしたがって出力電圧を低下させる。位置Ｓａと位置Ｓｂの中間にある押下位置Ｓｐでは、圧力センサ１０１ａと圧力センサ１０１ｂの出力電圧は等しくなる。

域外座標回路１５７は操作モードのときに押下位置Ｓ１の直近の両側にある位置Ｓａ、Ｓｂにある圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの出力を利用する。域外座標回路１５７は、押下位置Ｓ１の両側にある圧力センサ１０１ａ、１０１ｂが生成した電圧からポインタ２０３の移動方向と移動速度を制御する差分データを生成する。ピッチｍは、図７に示すように位置Ｓａで電圧特性４０１ｂと電圧特性４０１ｃが、および位置Ｓｂで電圧特性４０１ａと電圧特性４０１ｃが連続するように選定する必要はない。

ただし、ピッチｍは位置Ｓａと位置Ｓｂの間では電圧特性４０１ａと電圧特性４０１ｂが一部でオーバーラップするように選定する必要がある。電圧特性４０１ａと電圧特性４０１ｂがオーバーラップしなくなるまでピッチｍを大きくすると、圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの電圧特性が孤立して、ポインタの移動のために利用する圧力センサがシフトする際に不感帯が発生するためポインタ２０３を滑らかに移動させることができなくなる。

図６のブロック３０１では、図５（Ｂ）に示すように時刻ｔ０においてディスプレイ１５の所定の位置に静止した状態でポインタ２０３が表示されている。ポインタ２０３の位置は、タッチパッド２１を左端から右端まで１回だけスワイプしてもポインタ２０３を時刻ｔ３の目標位置まで移動させることができない位置である。時刻ｔ０におけるポインタ２０３の位置は、タッチパッド２１、ポインティング・スティック２５、またはキーボード１９のカーソル・キーのいずれかで位置付けられている。時刻ｔ０では、指がタッチパッド２１および域外センサ１００のいずれにも接触しておらず、域内座標回路１５３および域外座標回路１５７は差分ベクトルを出力していない。このとき入力システム２００はリセット状態になっており、動作モード制御回路１６３は出力回路１６１を域内動作モードに設定している。

ブロック３０３で域外座標回路１５７は、いずれかの圧力センサ１０１が図７の閾値Ｖｔｈを越える電圧を出力したか否かを判断する。スワイプが終了したときに指が域外センサ１００を押下する押下圧力を基準押下圧力ｐｓといい、そのときの押下位置を基準押下位置Ｓ１という。基準押下位置Ｓ１を計算する方法は後に直接モードの欄で説明する。

基準押下圧力ｐｓでさまざまな押下位置が押下されたときの圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの出力電圧Ｖａ、Ｖｂを基準電圧という。基準押下位置Ｓ１が基準押下圧力ｐｓで押下されると図７に示すように圧力センサ１０１ａが押下位置Ｓ１に対する基準電圧Ｖａ１ｓを出力し、圧力センサ１０１ｂが押下位置Ｓ１に対する基準電圧Ｖｂ１ｓを出力する。域外座標回路１５７は、圧力センサ１０１ａまたは１０１ｂのいずれかが閾値Ｖｔｈを越える電圧を出力している限り動作モード制御回路１８１にタッチ信号を継続して出力する。

動作モード制御回路１６３は、域外座標回路１５７からタッチ信号を受け取るまでの間は、域内座標回路１５３から受け取った差分ベクトルに基づいて、ユーザがタッチパッド２１に対してスワイプしているか否かを継続的に判断する。動作モード制御回路１６３は、スワイプがないにもかかわらずブロック３０３でタッチ信号を受け取ったときは、ブロック３０５で出力回路１６１を停止モードに設定してそれ以後ポインタ位置制御回路１８１に一切の差分ベクトルを出力しない。

停止モードのときは、その後スワイプされてもタッチパッド２１からの入力は無効になるので、キーボード１９を操作する掌により域外センサ１００の押下とタッチパッド１００への接触が同時に発生したときの意図しないポインタの移動を防ぐことができる。動作モード制御回路１６３は、一旦停止モードに移行すると、タッチ信号を受け取っている間は停止モードを維持する。域外センサ１００から手が離れて域外座標回路１５７からのタッチ信号が停止すると動作モード制御回路１６３は、ブロック３０６で停止モードを解除してブロック３０３に戻り入力システム２００をリセット状態に戻す。ブロック３０７で動作モード制御回路１６３はタッチ信号を受け取る前にスワイプが行われたと判断したときはブロック３１１に移行する。

ブロック３１１で動作モード制御回路１６３はスワイプ後のタッチ信号の有無を判断する。タッチ信号を受け取っていないと判断したときはブロック３１３に移行する。このとき、入力システム２００は域内動作モードで動作しており、域内座標回路１５３の出力が有効になるように出力回路１６１を設定されており、動作モード制御回路１６３は域内動作モードを維持する。域内動作モードでは図５（Ａ）に示すように、域内座標回路１５３がマトリクス座標２０１ｓから２０１ｆに向かってスワイプする間のマトリクス座標の差分ベクトル（Δｘｎ，Δｙｎ）をサンプリング周期でポインタ位置制御回路１８１に出力する。

差分ベクトルの大きさがポインタ２０３の移動速度を決め、差分ベクトルの方向がポインタ２０３の移動方向を決める。ブロック３１５で動作モード制御回路１６３は、スワイプが継続していると判断する限りブロック３１１に戻って域内動作モードを維持する。ブロック３１５で動作モード制御回路１６３は、タッチ信号を受け取る前にスワイプが終了してタッチパッド２１から指が離れたと判断したときは、ブロック３０３に戻って、入力システム２００をリセット状態にする。

操作面２２の限界位置までスワイプすると、ユーザは指の触覚で段差５０を認知する。ブロック３１１では、時刻ｔ１で指が域外センサ１００の押下位置Ｓ１を基準押下圧力ｐｓで押下する。域外座標回路１５７は、圧力センサ１０１ａ、１０１ｂまたはいずれか一方が閾値Ｖｔｈを越える電圧を生成すると動作モード制御回路１６３にタッチ信号を出力する。

タッチ信号を受け取った動作モード制御回路１６３はブロック３１７で出力回路１６１を域内座標回路１５３の出力を無効にし、域外座標回路１５７の出力を有効にして入力システム２００を域外動作モードに設定する。さらに動作モード制御回路１６３は、域外座標回路１５７を直前モードで動作させるために、タッチ信号を受け取る直前にバッファに記憶していた最後のマトリクス座標２０１ｆとそれより一例としての５個前のマトリクス座標２０１ｎを域外座標回路１５７に送る。マトリクス座標２０１ｆ、２０１ｎは、域内動作モードから域外操作モードに移行する直前の域内動作モードにおけるポインタの移動速度と移動方向を計算するためのデータである。

ブロック３１９で域外座標回路１５７は、マトリクス座標２０１ｆから基準押下圧力ｐｓを検出した圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの座標軸Ｓ上の位置Ｓａ、Ｓｂを認識する。圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの位置は、操作モードでポインタの移動方向を制御するための差分データを生成する際に必要となる。なお、圧力センサ１０１ａまたは圧力センサ１０１ｂの真上が押下されたときは、域外座標回路１５７はいずれか一方の圧力センサだけを認識する。さらに域外座標回路１５７は、基準押下位置Ｓ１が基準押下圧力ｐｓで押下されたときの基準電圧Ｖａ１ｓ、Ｖｂ１ｓを記憶する。

域外座標回路１５７は、マトリクス座標２０１ｆ、２０１ｎから差分ベクトル（Δｘ１’，Δｙ１’）を計算する。差分ベクトル（Δｘ１’，Δｙ１’）は、マトリクス座標２０１ｎから２０１ｆに向かってスワイプする指の速度と方向を画定し、指が域外センサ１００に触れる直前のポインタ２０３の移動速度と移動方向を画定する。なお、差分ベクトル（Δｘ１’，Δｙ１’）を計算するマトリクス座標２０１ｎは、タッチ信号を受け取った時刻から所定の時間だけ遡った時刻にサンプリングしたマトリクス座標としてもよい。

域外座標回路１５７は、マトリクス座標２０１ｎから計算した差分ベクトル（Δｘ１’，Δｙ１’）をサンプリング周期の差分ベクトル（Δｘ１，Δｙ１）に換算して域内座標回路１５３のサンプリング周期と同じ周期で出力回路１６１に出力し直前モードで動作する。このときの差分ベクトルが生成される様子を図９（Ａ）に示す。図９（Ａ）には、域外座標回路１５７が時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、各サンプリングのタイミングで方向と大きさが同じ差分ベクトル（Δｘ１，Δｙ１）を生成する様子を示している。指がタッチパッド２１の操作面２２の限界位置に到達した後は、この差分ベクトルを受け取ったポインタ位置制御回路１８１はポインタ２０３をスワイプが終了する直前の方向と同一の移動方向に同一の移動速度で移動させる。

ユーザは、直線モードのときにポインタの移動速度および移動方向を制御するために域外センサ１００に操作を加えるかもしれないが、直前モードの間はその操作は無視される。しかし直前モードは、操作面２２の限界位置に到達する直前にユーザが意図していたポインタ２０３の移動速度と移動方向を反映するためポインタ２０３はユーザに視覚上の違和感を与えないで移動する。続いてブロック３２１では動作モード制御回路１６３が入力システム２００を操作モードに設定する。操作モードでは、圧力センサ１０１に対する指の押下圧力と押下位置を変更してポインタ２０３の移動速度と移動方向を制御する。

押下された圧力センサ１０１ａ、１０１ｂが押下圧力ｐに対応する安定した電圧を出力するに至るまでには押下された時刻から所定の時間経過が必要である。図７の基準電圧Ｖｂ１ｓ、Ｖａ１ｓについていえば、圧力センサ１０１ａ、１０１ｂは押下位置Ｓ１が押下されると一旦基準電圧Ｖｂ１ｓ、Ｖａ１ｓより高い電圧を出力し、その後やや下降した後に微細な振動を含むほぼ一定の電圧が継続してから安定した基準電圧Ｖｂ１ｓ、Ｖａ１ｓを出力する。

安定期間が終了する時刻ｔ２の前に操作モードに入るとポインタ２０３の移動が不安定になって好ましくないため、動作モード制御回路１６３はこの安定期間として時刻ｔ２までの時間を設定し、安定期間が経過した時刻ｔ２で域外座標回路１５７を操作モードに設定する（ブロック３２１）。操作モードに設定された域外座標回路１５７は、圧力センサ１０１に対する指の押下圧力と押下位置に基づく差分データの生成を開始する。ユーザはこのときポインタ２０３の移動速度または移動方向が変化することで入力システム２００が操作モードに入ったことに気づく。ただし、本発明では操作モードを実行しないで、域内動作モードに続いて直前モードだけを実行するようにしてもよい。

操作モードにおける域外座標回路１５７の動作手順を図１０のフローチャートで説明する。域外座標回路１５７は、あらかじめ域外センサ１０１の動作を実測して求めた典型的な電圧特性の式を保有している。所定の押下圧力ｐに対する電圧特性の式は、押下された圧力センサの座標に対する押下位置の相対座標、および押下位置における押下圧力の２つのパラメータで画定することができる。域外座標回路１５７はすでに基準押下位置Ｓ１の両端に存在する圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの座標を認識し押下位置Ｓ１における基準電圧Ｖａ１ｓ、Ｖｂ１ｓを記憶している。

また、マトリクス座標２０１ｆから基準押下位置Ｓ１の両端に存在する圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの座標を取得することができる。域外座標回路１５７は圧力センサ１０１ａ、１０１ｂに対応するマトリクス座標から、マトリクス座標２０１ｆに対応する域外センサ１０１の座標Ｓを基準押下位置Ｓ１として計算し、基準押下圧力ｐｓに対する電圧特性４０１ａ、４０１ｂを画定する。

ブロック３５５で域外座標回路１５７は基準電圧Ｖａ１ｓと基準電圧Ｖｂ１ｓの大きさを比較して、圧力センサ１０１ａまたは１０１ｂのいずれが生成した電圧特性を使うかを判断する。Ｖｂ１ｓ＞Ｖａ１ｓのときはブロック３５９で圧力センサ１０１ｂが生成した電圧特性４０１ｂを選択し、Ｖａ１ｓ≧Ｖｂ１ｓのときはブロック３５７で圧力センサ１０１ａが生成した電圧特性４０１ａを選択する。ここでは基準押下位置Ｓ１でＶｂ１ｓ＞Ｖａ１ｓであるため、域外座標回路１５７は電圧特性４０１ｂを選択する。

ブロック３６１で域外座標回路１５３は、操作モードの開始時刻ｔ２における移動方向（基準移動方向）と移動速度（基準移動速度）を直前モードの差分ベクトル（Δｘ１，Δｙ１）に対応させるために、基準押下圧力ｐｓに対する圧力センサ１０１ｂの出力電圧Ｖｂを基準移動速度に設定し、基準押下位置Ｓ１を基準移動方向に設定する。操作モードにおいて域外座標回路１５３は、域外センサ１００が操作されたときに基準移動方向と基準移動速度を修正した差分ベクトルを生成する。したがって、域内操作モードの終了、直前モードおよび操作モードの開始へと動作モードが遷移する際にポインタ２０３は極端な変化をしないで自然に移動する。なお域外座標回路１５３は、電圧特性４０１ａを選択した場合は、基準押下圧力ｐｓに対する圧力センサ１０１ａの出力電圧Ｖａを基準移動速度に設定し基準押下位置Ｓ１を基準移動方向に設定して同様の手順で動作する。

ブロック３６３では、ユーザがポインタ２０３の移動速度を変更するために基準押下位置Ｓ１を押下する押下圧力ｐを変化させる。基準押下位置Ｓ１を基準押下圧力ｐｓよりも強い押下圧力ｐｈで押下すると図８（Ａ）に示すように電圧特性４０１ａ、４０１ｂが変化して圧力センサ１０１ｂは電圧Ｖｂ１ｈ（Ｖｂ１ｈ＞Ｖｂ１ｓ）を出力し、基準押下圧力ｐｓよりも弱い押下圧力ｐｌで押下すると図８（Ｂ）に示すように電圧特性４０１ａ、４０１ｂが変化して圧力センサ１０１ｂは電圧Ｖｂ１ｌ（Ｖｂ１ｌ＜Ｖｂ１ｓ）を出力する。域外座標回路１５７は図７の電圧特性４０１ｂを使用して、基準押下位置Ｓ１に対する基準電圧Ｖｂ１ｓと、出力電圧Ｖｂ１ｈ、Ｖｂ１ｌとの差に比例する移動速度を計算してサンプリング周期のタイミングに対応する修正ベクトルを作成し、さらに１つ前の差分ベクトルに修正ベクトルを加えて計算した差分ベクトルを域内座標回路１５３のサンプリング周期で出力回路１６３に出力する。

このときの差分ベクトルの様子を図９（Ｂ）に示す。図９（Ｂ）は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの操作モードにおいて、各サンプリングのタイミングｎ（ｎ＝１、２、３・・・）におい押下圧力ｐが基準押下圧力ｐｓより大きい場合に域外座標回路１５７がサンプリングのタイミングごとに大きくなる差分ベクトル（Δｘｎ±αｎ，Δｙｎ±βｎ）を生成する様子を示している。ここに微小ベクトル（±αｎ、±βｎ）が押下圧力ｐに対応する修正ベクトルに相当し、修正された差分ベクトルの大きさが移動速度を画定する。

操作モードにおける最初の差分ベクトルは、直前モードの差分ベクトル（Δｘ１，Δｙ１）に修正ベクトル（±αｎ、±βｎ）を加えた差分ベクトル（Δｘ１±αｎ，Δｙ１±βｎ）となる。差分ベクトルは、サンプリングのタイミングごとに修正ベクトルが加えられて大きくなる。この差分ベクトルを受け取ったポインタ位置制御回路１８１は、ポインタ２０３を直前モードでの移動方向は変えないで移動速度だけを徐々に速めながら移動させる。押下圧力が基準押下圧力ｐｓより小さくなる場合は、域外座標回路１５７は各サンプリングのタイミングで方向が同じで大きさが徐々に小さくなる差分ベクトルを生成する。

ブロック３６５でユーザは押下圧力ｐを基準押下圧力ｐｓに維持したまま指を座標軸Ｓ上で押下位置Ｓ１から押下位置Ｓ２にシフトさせる。このとき域外座標回路１５７は、電圧特性４０１ａ、４０１ｂからシフト後の押下位置Ｓ２を計算する。図１１は域外座標回路１５７がシフト後の押下位置Ｓ２の座標を計算する方法を説明する図である。電圧比特性４１１ａはＶａ＞Ｖｂのときに押下位置ごとに計算した電圧比Ｖｂ／Ｖａを示し、電圧比特性４１１ｂはＶｂ≧Ｖａのときに押下位置ごとに計算した電圧比Ｖａ／Ｖｂを示している。

域外座標回路１５７は、基準押下圧力ｐｓのときに画定した電圧特性４０１ａ、４０１ｂに基づいて電圧比特性４１１ａ、４１１ｂの式を作成する。電圧比特性４１１ａ、４１１ｂは押下圧力ｐに依存しないため、押下圧力ｐｈ、ｐｌのときにも適用することができる。従って、域外座標回路１５７は、指が基準押下位置Ｓ１から押下位置Ｓ２、Ｓ３にシフトすると同時に押下圧力ｐが変化しても、シフト後の押下位置Ｓ２、Ｓ３における圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの出力電圧Ｖａ、Ｖｂから計算した電圧比Ｖａ／Ｖｂ、Ｖｂ／Ｖａと電圧比特性４１１ａ、４１１ｂからシフト後の押下位置の座標Ｓを計算することができる。

域外座標回路１５７は、Ｖａ＞Ｖｂの範囲では電圧比特性４１１ａを使用し、Ｖｂ≧Ｖａの範囲では電圧比特性４１１ｂを使用する。図１１の場合に域外座標回路１５７は、押下位置Ｓ２における圧力センサ１０１ａ、１０１ｂの出力電圧をＶａ２，Ｖｂ２としたときの電圧比Ｒ２（Ｖａ２／Ｖｂ２）から計算し、押下位置Ｓ３における出力電圧をＶａ３、Ｖｂ３としたときの電圧比Ｒ３（Ｖｂ３／Ｖａ３）から計算する。押下位置Ｓｐは圧力センサ１０１ａの位置Ｓａと圧力センサ１０１ｂの位置Ｓｂの中央を示す。

図７の電圧特性４０１ｂが示すように押下位置Ｓ２において基準押下圧力ｐｓで押下された圧力センサ１０１ｂは基準電圧Ｖｂ２ｓを出力する。域外座標回路１５７は、押下位置Ｓ２における圧力センサ１０１ｂの出力電圧が基準電圧Ｖｂ２ｓに等しいと判断した場合は、押下圧力ｐが基準押下圧力ｐｓから変化していないと判断して、ポインタ２０３の移動速度を変化させる差分ベクトルを生成しない。

域外座標回路１５７は、基準押下位置Ｓ１とシフト後の押下位置Ｓ２、Ｓ３と距離を計算して修正ベクトルを作成し、さらに１つ前の差分ベクトルに修正ベクトルを加えて求めた差分ベクトルを域内座標回路１５３のサンプリング周期で出力回路１６３に出力する。このときの差分ベクトルの様子を図９（Ｃ）に示す。図９（Ｃ）は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの操作モードにおいて、域外座標回路１５７が各サンプリングのタイミングで大きさが同じで方向が異なる差分ベクトル（Δｘｎ±αｎ，Δｙｎ±βｎ）を生成する様子を示している。ここに微小ベクトル（±αｎ、±βｎ）は移動方向を画定する修正ベクトルに相当する。差分ベクトルは、サンプリングのタイミングごとに修正ベクトルが加えられてシフト後の押下位置で定まる方向を向いてゆく。この差分ベクトルを受け取ったポインタ位置制御回路１８１は、ポインタ２０３を直前モードの移動速度で異なる移動方向に移動させる。

ユーザは押下位置Ｓをシフトするときは同時に押下圧力ｐも変化させることがある。ブロック３６７でユーザは押下位置を基準押下位置Ｓ１から押下位置Ｓ２にシフトさせながら同時に押下圧力ｐを基準圧力ｐｓから変化させる。シフト後の押下位置Ｓ２における押下圧力ｐが基準押下圧力ｐｓから変化した場合は、域外座標回路１５７はポインタ２０３が移動速度と同時に移動方向も変化するような差分ベクトルを生成する。シフト後の押下位置Ｓ２における押下圧力がｐｈのときは、圧力センサ１０１ｂは図８（Ａ）に示すように電圧Ｖｂ２ｈを出力し、ｐｌのときは図８（Ｂ）に示すように電圧Ｖｂ２ｌを出力する。

図７において域外座標回路１５７は、押下位置Ｓ２における圧力センサ１０１ｂの出力電圧がＶｂ２ｈまたはＶｂ２ｌの場合に、それらと基準押下圧力ｐｓで押下位置Ｓ２が押下されたときに圧力センサ１０１ｂが出力する基準電圧Ｖｂ２ｓとの差を計算する。基準電圧Ｖｂ２ｓと押下位置Ｓ２における出力電圧Ｖｂ２ｈ、Ｖｂ２ｌの差は押下圧力ｐの差（ｐｓ−ｐｈまたはｐｓ−ｐｌ）に相当し、ポインタ２０３の移動速度を決定する要素となる。域外座標回路１５７は、シフト後の押下位置Ｓ２における圧力センサ１０１、１０１ｂの出力電圧Ｖａ、Ｖｂと電圧比特性４１１ｂから押下位置Ｓ２の座標を計算する。押下位置Ｓ２の座標は、ポインタ２０３の移動方向を決定する要素となる。

域外座標回路１５７は移動速度と移動方向を変更する成分を含む差分ベクトルを生成して、域内座標回路１５３のサンプリング周期と同じ周期で出力回路１６３に出力する。なお、ブロック３６５、３６７においてはブロック３５５の判断をして、シフト後の押下位置における出力電圧Ｖａ、Ｖｂを比較し電圧特性４０１ａを選択する場合もある。押下位置が、位置Ｓａと位置Ｓｃの間または位置Ｓｂと位置Ｓｃの間である場合も同様の方法で差分ベクトルを生成することができる。また、基準押下位置が位置Ｓｂで、指が位置Ｓａ方向または位置Ｓｃ方向にシフトする場合も、同様の手順で電圧特性を切り換えて差分ベクトルを生成することができる。

このときの差分ベクトルの様子を図９（Ｄ）に示す。図９（Ｄ）は、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）とは異なって、押下圧力ｐが基準押下圧力ｐｓより小さく、かつ、押下位置Ｓも異なる場合に域外座標回路１５７が差分ベクトル（Δｘｎ±αｎ，Δｙｎ±βｎ）を生成する様子を示している。ここに微小ベクトル（±αｎ、±βｎ）は移動速度と移動方向を画定する修正ベクトルに相当する。差分ベクトルは、サンプリングのタイミングごとに修正ベクトルが加えられて大きさと方向を変えてゆく。この差分ベクトルを受け取ったポインタ位置制御回路１８１は、ポインタ２０３の移動速度と移動方向を同時に変化させる。なお、操作モードにおいては、移動速度の変更、移動方向の変更または移動速度と移動方向の同時変更の順番はいずれでもよく、さらにいずれか１つの変更または２つの変更であってもよい。

図６に戻ってブロック３２３でユーザが、域外センサ１００に対する押下圧力ｐと押下位置Ｓを変更してポインタ２０３の移動方向と移動速度を制御しながら目標位置近くまでポインタ２０３を移動させ、目標位置の近くで押下圧力を弱めてポインタの移動速度を遅くする。ユーザは、ポインタ２０３が目標位置に到達したと判断すると、時刻ｔ３で域外センサ１００から指を離しポインタを止めようとする。域外センサ１００から指が離れてから域外センサ１００の弾性シート１０３および導電ゴム１０７ａ〜１０７ｃの形状が復元して出力電圧が閾値Ｖｔｈ未満になるまでにはある程度の時間が必要となる。

よって、域外座標回路１５７は域外センサ１００から指が離れてから差分ベクトルの出力を停止するまでポインタ２０３を過剰に移動させることがある。この場合、ユーザはポインタ２０３を正確に目標位置に位置付けることができなくなり、ユーザの操作意図が反映されなくなる。域外センサ１００から指が離れた後の圧力センサ１０１ａ〜１０１ｃの時間当たりの低下量は、操作モードでユーザが操作しているときの変化量に比べて遙かに大きい。動作モード制御回路１５７は、圧力センサ１０１ａ〜１０１ｃの出力電圧を継続的に監視して時間当たりの低下量が所定値を越えたと判断したときに域外座標回路１５７を停止するか出力回路１６１を停止モードにすることで、域外センサ１００から指が離れた後は短時間でポインタ２０３の移動を停止させる。

出力回路１６１からポインタ位置制御回路１８１に対する差分ベクトルの出力が停止するとポインタ２０３の移動は停止する。ポインタ２０３が停止した位置でユーザはマウス・ボタン２３をクリックしたり、クリックしていたマウス・ボタン２３を離してドラッグ・アンド・ドロップをしたりする。動作モード制御回路１６３はマウス・ボタン２３の信号を検出するとブロック３２５で出力回路１６１を域内動作モードに設定してブロック３０３に戻る。

操作モードではポインタの位置をそれまでに進行した方向と逆方向に移動させることができないので、ポインタ２０３を目標位置に停止できない場合は、一旦域外センサ１００から指を離してブロック３０３で域内動作モードに移行してスワイプして修正する。しかし、入力システム２００は、操作モードでポインタ２０３の移動速度および移動方向を制御することができるのでこのような追加的なスワイプを少なくすることができる。

本実施の形態では位置Ｓａと位置Ｓｂの間で、圧力センサ１０１ａ、１０１ｂだけが圧力を検出して電圧を出力する例を説明した。しかし、本発明は圧力センサ１０１のピッチｍをより狭くして、２つの圧力センサの間でそれらの外側に配置されたさらに多くの圧力センサも電圧を出力するようにしてもよい。この場合、いずれの圧力センサの電圧特性を利用するかは、ポインタの移動に対する操作感覚に基づいて望ましい特性部分を利用するように決定することができる。

また、ポインタの移動方向を示す差分データを、圧力センサ１０１の押下位置に対する電圧特性を利用して生成する例を示したが、本発明は移動方向の制御のために圧力センサを圧力スイッチとして使用して移動方向を示す差分データを生成するようにしてもよい。この場合たとえば指が常に複数の圧力センサを押下するように圧力センサを狭いピッチで配置する。最初に押下されたときに動作した複数の圧力センサの中で中央の圧力センサの位置を基準押下位置とし、押下位置がシフトした後に動作する圧力センサの座標に基づいて移動方向を示す差分データを生成することができる。

本実施の形態では、タッチパッド１００をノートＰＣに実装した例を説明したが、本発明は、ノートＰＣ以外のスマートフォン、タブレットＰＣ、自動車のナビゲーション・システムなどのポインタを表示する電子機器に適用することができる。本発明では、域外動作モードでもポインタをユーザの操作で目標位置に正確に移動させることができるため、タッチパッドの操作面の面積を小さくすることが可能になる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０ ノートＰＣ
１５ ディスプレイ
１７ パームレスト
１９ キーボード
２１ タッチパッド
２３ マウス・ボタン
２５ ポインティング・スティック
５０ 段差
１００ 域外センサ
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 圧力センサ
２０１ｓ、２０１ｎ、２０１ｆ マトリクス座標
２０３ ポインタ

Claims (20)

1. ディスプレイにポインタを表示する電子機器の入力システムであって、
   タッチパッドと、
   前記タッチパッドの周囲に配置され指の圧力を検出する圧力検出装置と、
   スワイプした前記タッチパッドのマトリクス座標から生成した座標データを出力して前記ポインタを移動させる第１の座標回路と、
   前記圧力検出装置が検出した圧力から計算した座標データを出力して前記ポインタを移動させる第２の座標回路と
   を有する入力システム。
2. 前記第２の座標回路が出力する座標データは、前記ポインタの移動速度を決定する要素を含む請求項１に記載の入力システム。
3. 前記第２の座標回路が出力する座標データは、前記ポインタの移動方向を決定する要素を含む請求項１または請求項２に記載の入力システム。
4. 前記第２の座標回路が出力する座標データは、前記ポインタの移動方向と移動速度を同時に決定する要素を含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の入力システム。
5. 指が前記圧力検出装置に触れたことを触覚で認識するための物理的な特徴構造を前記圧力検出装置の周囲に有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の入力システム。
6. 前記第２の座標回路は、前記圧力検出装置が前記タッチパッドをスワイプした指を検出したことに応答して指の検出の直前における前記ポインタの移動速度および移動方向を維持する座標データを出力する請求項１から請求項５のいずれかに記載の入力システム。
7. 前記タッチパッドがスワイプされる前に前記圧力検出装置が手の接触を検出したときに前記圧力検出装置が手の接触を検出している間前記タッチパッドに対する入力を無効にする制御回路を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の入力システム。
8. 前記圧力検出装置が所定のピッチで配置された複数の圧力センサで構成され、各圧力センサは所定のピッチで離散して配置されている他の圧力センサとグループ化され、同一グループの複数の圧力センサは共通の配線でＡ／Ｄ変換回路に接続される請求項１から請求項７のいずれかに記載の入力システム。
9. 前記第２の座標回路は、前記圧力検出装置が指を検出する直前に前記第１の座標回路が検出したマトリクス座標から指を検出した圧力センサの座標を特定する請求項８に記載の入力システム。
10. ディスプレイにポインタを表示する電子機器の入力システムであって、
    タッチパッドと、
    前記タッチパッドの周囲に配置され指の接触を検出する域外センサと、
    スワイプした前記タッチパッドのマトリクス座標から生成した座標データを出力して前記ポインタを移動させる第１の座標回路と、
    前記域外センサが前記タッチパッドをスワイプした指を検出したことに応答して指の検出の直前における前記ポインタの移動速度および移動方向を維持する座標データを出力して前記ポインタを移動させる第２の座標回路と
    を有する入力システム。
11. 前記域外センサが、圧力センサ、静電式センサ、赤外線センサ、または機械スイッチのいずれかである請求項１０に記載の入力システム。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載された入力システムを搭載する携帯式コンピュータ。
13. ディスプレイに表示されたポインタを移動させる方法であって、
    タッチパッドをスワイプして前記ポインタを移動させる第１の移動ステップと、
    前記タッチパッドの操作領域の限界にスワイプした指が到達したことを圧力検出装置が検出するタッチ検出ステップと、
    前記タッチ検出ステップの実行に応答してスワイプした指で前記圧力検出装置を操作したときに生成される信号で前記ポインタをさらに移動させる第２の移動ステップと
    を有する方法。
14. 前記第２の移動ステップがスワイプした指で押下圧力を変更して前記ポインタの移動速度を制御するステップを含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記第２の移動ステップがスワイプした指で押下位置を変更して前記ポインタの移動方向を制御するステップを含む請求項１３または請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２の移動ステップがスワイプした指で前記圧力検出装置の押下位置および押下圧力を変更して前記ポインタの移動速度と移動方向を同時に制御するステップを含む請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記圧力検出ステップの実行に応答して指の検出の直前における前記ポインタの移動速度および移動方向を維持した信号で前記ポインタをさらに移動させる第３の移動ステップを有する請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記タッチパッドがスワイプされる前に前記圧力検出装置が手の接触を検出したときは、前記圧力検出装置が手の接触を検出している間前記タッチパッドに対する入力を無効にする誤入力防止ステップを有する請求項１３から請求項１７のいずれかに記載の方法。
19. ディスプレイに表示されたポインタを移動させる方法であって、
    タッチパッドをスワイプして前記ポインタを移動させる第１の移動ステップと、
    前記タッチパッドの操作領域の限界にスワイプした指が到達したことを域外センサが検出するタッチ検出ステップと、
    前記タッチ検出ステップの実行に応答して指の検出の直前における前記ポインタの移動速度および移動方向を維持しながら前記ポインタをさらに移動させる第２の移動ステップと
    を有する方法。
20. 前記域外センサが指の押下圧力を検出する圧力センサであり、前記第２の移動ステップを所定の時間実行したあとに、前記圧力センサを操作した信号で前記ポインタの移動速度または移動方向を変更する第３の移動ステップを有する請求項１９に記載の方法。

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