JP2014186530A - 入力装置および携帯端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シングルタッチとマルチタッチとの区別を高精度に判断することができる入力装置および携帯端末装置を提供する。
【解決手段】 タッチパネル１４０に指やタッチペンなどが接触すると、タッチパネル１４０から閾値を超える静電容量値が出力され、制御部１１は、タッチパネルの接触面上に分布する分布領域を検出し、検出された分布領域の形状を表す偏平度合を算出する。算出された偏平度合に基づいて、シングルタッチかマルチタッチかを決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電容量方式のタッチパネルを用いた入力装置および携帯端末装置に関する。

タッチパネルなどの入力インターフェイスや、大容量かつ小型化された記録メディアの開発が進み、無線通信技術の向上、無線通信設備の整備などにより、スマートフォンやタブレットＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの携帯端末装置によって実現できる機能が大幅に向上し、普及率も高いものとなっている。

タッチパネルを入力デバイスとすることで、たとえば、タッチペンを動かしながらタッチパネルに連続的に接触することで、接触位置に応じた自由曲線を描画し、手書き文字や図を描くことができる。

タッチパネルの機能は、さらに向上しており、接触面内において同時に検出可能な接触位置が一箇所だけ（シングルタッチ）であったものが、二箇所以上の複数箇所の接触位置を同時に検出する（マルチタッチ）ことが可能となり、認識可能な接触パターンの種類が増加している。また、タッチパネルの検出方式によっては、接触位置が一箇所であっても、その位置での接触面積を検出することができる。

検出方式が、静電容量方式のタッチパネルでは、物体が接触した位置の座標、各座標における静電容量(または信号強度）、物体が接触している面積(閾値を超える座標の数)などを検出する。

特許文献１記載のマルチタッチ判断装置は、閾値を超過した信号強度を有するセンシングチャネルの数に基づいてシングルタッチであるかマルチタッチであるか判断している。

特開２００８−９７６０９号公報

接触面積を検出することができると、細いペンデバイスをタッチパネルに接触させて接触位置における接触面積を小さくすると細い線を描画し、太いペンデバイスをタッチパネルに接触させて接触位置における接触面積を大きくすると太い線を描画するなど描画の線太さを自動で切り換えることなども可能である。

また、シングルタッチとマルチタッチとでは、同じような動作であっても、処理が異なるように設定されている。たとえば、電子白板などでは、シングルタッチであって、スライド移動すると、上記のように自由曲線が描画され、マルチタッチであって、スライド移動すると、消しゴム機能によって、描画されていた線が消去される。

接触面積が大きな太いペンデバイスをタッチパネルに接触させる場合、静電容量が閾値を超える箇所が複数検出されるため、接触箇所が一箇所と正しく認識されず、接触箇所が複数あるものと認識されるケースが発生する。このとき、正しくはシングルタッチであるが、マルチタッチであると誤って判断される。

このような誤判断が生じると、電子白板の例では、ユーザが太いペンデバイスを使って、太い線を描こうとしたにもかかわらず、マルチタッチと誤って認識され、ユーザの意図とは異なって、描かれていた線が消去されてしまう。

本発明の目的は、シングルタッチとマルチタッチとの区別を高精度に判断することができる入力装置および携帯端末装置を提供することである。

本発明は、物体の接触を検出する検出方式が静電容量方式であるタッチパネルであって、物体が接触面に接触すると、該接触面に対して予め設定された座標位置における静電容量値を検出し、検出した静電容量値を座標位置ごとに出力するタッチパネルと、
出力される静電容量値と閾値とを比較し、該閾値を超える静電容量値が、前記接触面上に分布する分布領域を検出する領域検出部と、
検出された分布領域の形状を表す形状情報を生成する生成部と、
生成された形状情報に基づいて、前記接触面に接触した物体が１つであるシングルタッチか、前記接触面に接触した物体が複数であるマルチタッチかを決定する決定部と、を有することを特徴とする入力装置である。

また本発明は、前記生成部が生成する形状情報は、前記分布領域の偏平度合であることを特徴とする。

また本発明は、前記偏平度合をＦとし、前記分布領域内の最も離れた２つの座標位置を結ぶ線分の長さをＡとし、該線分から最も離れた座標位置と、該線分との距離をＢとしたとき、Ｆ＝｜（Ａ／２）−Ｂ｜で算出され、
前記決定部は、前記偏平度合Ｆが予め定める値Ｃよりも小さければシングルタッチであると判断し、前記偏平度合Ｆが値Ｃ以上であればマルチタッチであると決定することを特徴とする。

また本発明は、前記決定部は、前記シングルタッチであるときの分布領域の形状を表すテンプレートおよび前記マルチタッチであるときの分布領域の形状を表すテンプレートと、前記形状情報に基づく検出された分布領域の形状とをパターンマッチングし、得られた相関度に従ってシングルタッチであるかマルチタッチであるかを決定することを特徴とする。

また本発明は、上記の入力装置を備えることを特徴とする携帯端末装置である。

本発明によれば、領域検出部が、タッチパネルから出力される静電容量値と閾値とを比較し、該閾値を超える静電容量値が、タッチパネルの接触面上に分布する分布領域を検出すると、生成部が、検出された分布領域の形状を表す形状情報を生成する。決定部は、生成された形状情報に基づいて、前記接触面に接触した物体が１つであるシングルタッチか、前記接触面に接触した物体が複数であるマルチタッチかを決定する。

閾値を超える静電容量値が分布する領域の形状によってシングルタッチかマルチタッチかを判断するので、高精度にシングルタッチとマルチタッチとを区別することができる。

また本発明によれば、前記生成部が生成する形状情報は、前記分布領域の偏平度合である。

シングルタッチの場合は、分布形状が接触位置を中心に真円形状に近くなる傾向がある。これに対して、マルチタッチの場合は、接触面への接触位置が複数あるために分布形状が楕円形などの非円形状になる。このような形状の違いは、偏平度合によって表すことができ、偏平度合いが小さいほど分布形状が真円形状に近く、シングルタッチであると決定できる。

また本発明によれば、前記偏平度合をＦとし、前記分布領域内の最も離れた２つの座標位置を結ぶ線分の長さをＡとし、該線分から最も離れた座標位置と、該線分との距離をＢとしたとき、Ｆ＝｜（Ａ／２）−Ｂ｜で算出され、
前記決定部は、前記偏平度合Ｆが予め定める値Ｃよりも小さければシングルタッチであると判断し、前記偏平度合Ｆが値Ｃ以上であればマルチタッチであると決定する。

偏平度合は、上記のような数式により容易に算出することができ、形状情報の算出に要する演算量を抑制することができる。

また本発明によれば、前記決定部は、前記シングルタッチであるときの分布領域の形状を表すテンプレートおよび前記マルチタッチであるときの分布領域の形状を表すテンプレートと、前記形状情報に基づく検出された分布領域の形状とをパターンマッチングし、得られた相関度に従ってシングルタッチであるかマルチタッチであるかを決定する。

マルチタッチとシングルタッチとでは分布領域の形状が異なるので、形状の差異を利用してパターンマッチングによりシングルタッチとマルチタッチとを区別することができる。

また本発明によれば、上記の入力装置を備えることで、ユーザが意図した通りの操作を行うことが可能な携帯端末装置を提供することができる。

本発明の実施形態である携帯端末装置１の構成を示すブロック図である。 携帯端末装置１の外観図である。 タッチパネル１４０に指などが接触したときの静電容量の分布を示す模式図である。 タッチパネル１４０に対して接触があったときのタッチ内容決定処理を示すフローチャートである。 座標位置の分布領域の一例を示す模式図である。 分布領域解析を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態である携帯端末装置１の構成を示すブロック図であり、図２は、携帯端末装置１の外観図である。

携帯端末装置１は、本発明の実施形態である入力装置を含み、たとえばスマートフォン、タブレットＰＣなどの携帯端末装置によって構成される。以下では、携帯端末装置１がスマートフォンである場合を例にして説明する。

携帯端末装置１は、制御部１１、記憶部１２、一時記憶部１３、操作部１４および表示パネル１５などを含んで構成される。以下では、本発明を説明するための主要な構成について説明する。携帯端末装置１がスマートフォンやタブレットＰＣなどで実現される場合には、必要に応じてこれら以外の構成を含んでもよい。

制御部１１は、たとえばＣＰＵ（中央演算処理装置）によって構成され、記憶部１２に記憶されるプログラムを実行することによって、操作部１４、表示パネル１５など携帯端末装置１を構成する各部位の動作を制御する。

記憶部１２は、不揮発性の大容量の記憶装置、たとえばＳＳＤ（Solid State Drive）あるいはフラッシュメモリカードなどの半導体メモリ、またはＨＤＤ（Hard Disk Drive）などによって構成される。記憶部１２は、制御部１１によって実行されるプログラム、および制御部１１がプログラムを実行するために必要な情報を記憶する。記憶部１２に記憶される情報は、制御部１１によって書き込みおよび読み出しが行われる。

一時記憶部１３は、書き込み速度および読み出し速度が記憶部１２よりも高速で揮発性の記憶装置、たとえばＤＲＡＭなどの半導体メモリによって構成され、制御部１１がプログラムを実行するために必要な情報を一時的に記憶するワークメモリである。一時記憶部１３に記憶される情報は、制御部１１によって書き込みおよび読み出しが行われる。

操作部１４は、文字、数字および記号などの情報を入力可能に構成され、タッチパネル１４０と電源キーを含む操作キー１４１とを備える。

タッチパネル１４０は、検出方式が静電容量方式であり、接触位置を検出するためのセンサ部分は透明膜からなり、重ねて配置される表示パネル１５が表示する画像を、ユーザが視認できるように構成されている。また、タッチパネル１４０は、センサ部分から出力される各座標位置での静電容量と閾値とを比較し、閾値を超える静電容量を示した座標位置を検出し、検出した座標位置とその座標位置における静電容量とを出力するタッチパネル制御部を有している。

表示パネル１５は、たとえば液晶パネルなどの表示装置によって構成され、制御部１１が生成する画像データに基づいて画像を表示する。画像データの生成は、ＯＳ（Operating System）によるものや、アプリケーションによるものがあり、記憶部１２に記憶された画像データに基づき、表示パネル１５の仕様に応じて、表示パネル１５で表示可能な画像データが生成される。

本発明は、タッチパネル１４０に対してユーザの指やタッチペン、スタイラスなど（以下では、単に「指など」という）が接触したときに、接触位置が一箇所であるシングルタッチであるか、接触位置が複数箇所であるマルチタッチであるかを高精度に判断することができる。

図３は、タッチパネル１４０に指などが接触したときの静電容量の分布を示す模式図である。図３（ａ）は、２本の指によって二箇所がタッチされたマルチタッチの例を示し、図３（ｂ）は、先端が太いタッチペンによって一箇所がタッチされたシングルタッチの例を示している。

図３に示す例では、タッチパネル１４０に設定されている座標位置を可視化しており、実線で区切られたそれぞれの正方形の区画が座標位置を示している。また、指などの接触により静電容量が予め定める閾値を超えた座標位置をハッチングによって表し、静電容量がピークとなる座標位置に「×」をマーキングしている。

図３（ａ）に示すように、指２本によるマルチタッチでは、静電容量が閾値を超える座標位置の分布領域Ｓ１が楕円形状であり、中央付近に２つのピーク位置がある。図３（ｂ）に示すように、太いタッチペンによるシングルタッチでは、静電容量が閾値を超える座標位置の分布領域Ｓ２が真円形状に近く、中心付近に１つのピーク位置がある。

また、図３に示す例では、マルチタッチの分布領域Ｓ１の面積とシングルタッチの分布領域Ｓ２の面積とは、ほぼ同じであり、分布領域の面積のみでは、シングルタッチとマルチタッチとを区別することはできない。

そこで、本発明は、分布領域の形状に着目し、分布領域の形状によってシングルタッチであるかマルチタッチであるかを決定する。静電容量のピークが複数あると、分布領域の形状は、ピークが並ぶ方向に沿って延びて偏平度合いの高い形状となり、静電容量のピークが１つであると、分布領域の形状はピークを中心とする真円形状に近くなる。

タッチパネル１４０に対して指などが接触すると、接触面上における静電容量の分布領域の形状を表す形状情報を生成し、生成した形状情報に基づいてシングルタッチであるかマルチタッチであるかを決定すればよい。

図４は、タッチパネル１４０に対して接触があったときのタッチ内容決定処理を示すフローチャートである。

ここで、スマートフォンにおいては、タッチパネルに対する誤操作を防止するために、および第三者による不正操作を防止するために、操作部１４によって特定の操作を行った場合、または操作部１４が一定時間操作されなかった場合には、消費エネルギーを抑えることを目的としてタッチパネル１４０の機能および表示パネル１５の機能をオフにするとともに、必要最小限の部位にだけ電源を供給するパネルロックモードに動作モードが移行する。

パネルロックモードでは、たとえば、電源キーなどの特定の操作キー１４１の操作のみを受け付け、タッチパネル１４０に対するタッチ操作は受け付けない状態となる。パネルロックモードでは、特定の操作キー１４１の操作を受け付けたとしても、タッチパネル１４０を介してパスワードを入力することが可能な入力待機状態となるだけであって、パネルロックモードは解除されることはなく、携帯端末装置１の各種操作を行うことはできない。

本フローは、パネルロックモードでタッチパネル１４０を介してパスワードを入力するとき、およびパネルロックモードが解除されて通常モードに移行し、操作可能となったときに実行される。

指などがタッチパネル１４０に接触すると、ステップＳ１でタッチパネル１４０から各座標位置と静電容量とが出力される。ここで、出力される座標位置は、全ての座標位置ではなく、静電容量が閾値を超えた座標位置が検出されて出力される。

ステップＳ２では、制御部１１が、タッチパネル１４０から出力された座標位置に基づいて、タッチパネル１４０の接触面上における閾値を超える静電容量を示した座標位置の分布領域を検出し、分布領域の形状に基づく解析を実行する。

ステップＳ３では、ステップＳ２での解析結果に基づいて、タッチパネル１４０へのタッチ内容について、シングルタッチまたはマルチタッチのいずれかに決定する。

ステップＳ２の分布領域の解析について、詳細に説明する。図５は、座標位置の分布領域の一例を示す模式図であり、図６は、分布領域解析を示すフローチャートである。

図５に示す例では、丸印「○」が、タッチパネル１４０から出力された座標位置、すな
わち閾値を超える静電容量の座標位置を示しており、閾値を超える静電容量の分布領域が、おおよそ楕円形状である。

ステップＡ１では、出力された座標位置のうちで最も離れた２点を検出して、これら２点の距離Ａを算出する。検出された２点をα，βとし、それぞれの座標をα（ａ１，ｂ１）、β（ａ２，ｂ２）とすると、距離Ａは、√（（ａ２−ａ１）^２＋（ｂ２−ｂ１）^２）で算出される。

ステップＡ２では、検出された２点α，βを除く座標位置のうちで、２点α，βを結ぶ直線から最も離れている１点を検索して直線との距離Ｂを算出する。具体的には、直線と各座標位置との距離を全て算出し、算出された距離の中から最も大きな距離を検索すればよい。

ステップＡ３では、ステップＡ１で算出したＡとステップＡ２で算出したＢとを用いて｜（Ａ／２）−Ｂ｜を算出し、算出結果が予め定める値Ｃよりも小さいかどうかを判断する。ステップＡ３では、分布領域の形状を表す形状情報を数値的に評価し、評価結果に応じてタッチパネル１４０への指などの接触がシングルタッチであったかマルチタッチであったかを決定可能とするものである。本実施形態では、分布領域の形状情報として、偏平度合Ｆを用いている。偏平度合Ｆは、上記のように、Ｆ＝｜（Ａ／２）−Ｂ｜で算出される値で、偏平度合Ｆが小さいほど、すなわち０に近いほど分布形状が真円形状に近く、偏平度合Ｆが大きいほど、分布形状が楕円形状に近くなる。

偏平度合Ｆと予め定める値Ｃとを比較し、ＦがＣよりも小さければ分布領域の形状が相対的に真円形状に近いので、シングルタッチであると決定し（ステップＡ４）、ＦがＣ以上であれば分布領域の形状が相対的に楕円形状に近いのでマルチタッチであると決定する（ステップＡ５）。タッチパネル１４０へのタッチ内容を決定するための値Ｃは、実際にタッチパネル１４０に対してシングルタッチおよびマルチタッチを複数回行い、それぞれの場合の偏平度合Ｆを算出してシングルタッチとマルチタッチの境界となる偏平度合Ｆの値を実験的に決めておくことが好ましい。

タッチパネル１４０へのタッチ内容がシングルタッチかマルチタッチかによって、タッチ以降の動作内容が変わるので、制御部１１は、決定されたタッチ内容および座標位置に従って動作内容を決定する。

以上のように、本発明は、閾値を超える静電容量値が分布する領域の形状によってシングルタッチかマルチタッチかを判断するので、高精度にシングルタッチとマルチタッチとを区別することができる。

高精度にタッチ内容を決定することで、携帯端末装置１は、ユーザが意図した通りの操作を実行することができる。

次に本発明の他の実施形態について説明する。
上記の構成では、タッチパネル１４０に対して指などが接触したとき、全ての場合において、形状情報である偏平度合を算出してシングルタッチかマルチタッチかを決定するものであるが、タッチ内容を誤って決定してしまう可能性が無い場合には、偏平度合を算出することなくタッチ内容を決定してもよい。

マルチタッチは、２以上の指などがタッチするために、分布領域が広くなる傾向がある。逆に言えば、先端が細いタッチペンや１つの指などでタッチパネル１４０にシングルタッチすると、分布領域は狭くなる傾向がある。

一定の面積よりも狭い分布領域が検出された場合、マルチタッチである可能性は極めて低いと考えられるので、閾値を超える静電容量の分布領域が検出された時点で、分布領域の面積を算出して、予め定める面積ｗ以下であれば、偏平度合を算出することなく、シングルタップであると決定する。分布領域の面積がｗを超える場合には、ステップＳ２以降と同様にしてタッチ内容を決定すればよい。

本実施形態では、全てのタッチ操作について解析を行わなくてもよいので、演算処理回数を大幅に削減することができる。

次に本発明のさらに他の実施形態について説明する。
上記の構成では、形状情報として偏平度合Ｆを算出しているが、この代わりにテンプレートとの相関性を算出してもよい。

たとえば、タッチパネル１４０へのタッチがシングルタッチの場合の分布形状を予めテンプレート形状として作成しておき、タッチパネル１４０に指などがタッチして、分布形状が作成されると、作成された分布形状と、テンプレート形状とをマッチングして相関性を算出する。テンプレート形状との相関性が大きい場合には、タッチパネル１４０へのタッチ内容がシングルタッチであると決定する。また相関性が小さい場合には、タッチパネル１４０へのタッチ内容がマルチタッチであると決定する。

偏平度合の代わりにテンプレートマッチングの相関性を用いてタッチパネル１４０へのタッチ内容を決定する場合でも、予め分布領域の面積を算出し、算出した面積が予め定める面積ｗ以下であれば、テンプレートマッチングを行うことなくシングルタップであると決定してもよい。

１ 携帯端末装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 一時記憶部
１４ 操作部
１５ 表示パネル
１４０ タッチパネル
１４１ 操作キー

Claims (5)

1. 物体の接触を検出する検出方式が静電容量方式であるタッチパネルであって、物体が接触面に接触すると、該接触面に対して予め設定された座標位置における静電容量値を検出し、検出した静電容量値を座標位置ごとに出力するタッチパネルと、
   出力される静電容量値と閾値とを比較し、該閾値を超える静電容量値が、前記接触面上に分布する分布領域を検出する領域検出部と、
   検出された分布領域の形状を表す形状情報を生成する生成部と、
   生成された形状情報に基づいて、前記接触面に接触した物体が１つであるシングルタッチか、前記接触面に接触した物体が複数であるマルチタッチかを決定する決定部と、を有することを特徴とする入力装置。
2. 前記生成部が生成する形状情報は、前記分布領域の偏平度合であることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
3. 前記偏平度合をＦとし、前記分布領域内の最も離れた２つの座標位置を結ぶ線分の長さをＡとし、該線分から最も離れた座標位置と、該線分との距離をＢとしたとき、Ｆ＝｜（Ａ／２）−Ｂ｜で算出され、
   前記決定部は、前記偏平度合Ｆが予め定める値Ｃよりも小さければシングルタッチであると判断し、前記偏平度合Ｆが値Ｃ以上であればマルチタッチであると決定することを特徴とする請求項２記載の入力装置。
4. 前記決定部は、前記シングルタッチであるときの分布領域の形状を表すテンプレートおよび前記マルチタッチであるときの分布領域の形状を表すテンプレートと、前記形状情報に基づく検出された分布領域の形状とをパターンマッチングし、得られた相関度に従ってシングルタッチであるかマルチタッチであるかを決定することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の入力装置を備えることを特徴とする携帯端末装置。

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