JP2018128712A - 傾き導出装置及び傾き導出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような位置検出装置に対する入力は、例えば位置検出装置への正確な入力が必要となる場合には、先の尖った棒状のスタイラスペンを用いて行われることがある。現在、様々な種類のスタイラスペンが使用されているが、その中でも特に、アクティブ静電結合方式のスタイラスペンが普及しつつある。
特許文献1には、上記のような支持体、位置検出装置及び位置検出方法が開示されている。
また、上記のように第2電極101bは、軸Cの周囲に、例えば軸Cを囲うようにリング状に、第1電極101aに比べると大きな体積で形成されているため、センサ100aが第2電極101bとして検出する範囲が大きい。
このように、センサ100aは、第2電極101bの位置として、小さい検出値が広く分布した領域を検出するため、位置検出装置100がこの中から、上記のような傾きの計算の基となる、第2電極101bの検出座標Bを、正確に特定するのは容易ではない。
また、本発明に係る傾き導出方法は、ペン状の指示器によって指示された位置を導出する傾き導出方法であって、平面状のセンサにより、指示器の軸方向の一端に設けられた第1電極と、軸を囲うように設けられた第2電極の各々の位置を検出し、第1及び第2電極の各々の位置を基に、センサに直交する直交方向からの軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値を計算して、該暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルへ入力し、ルックアップテーブルから出力された補正値から傾きを導出する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
指示器101は、ペン状を成しており、軸C方向の一端に設けられた第1電極101aと、軸Cの周囲に設けられた第2電極101b、及び、これらを駆動する図示されない駆動電源を備えている。
第2電極101bは、本実施形態においては、軸Cを囲うようにリング状に設けられている。
第1及び第2電極101a、101bは、後述する傾き導出装置1のセンサ2と静電結合することにより、傾き導出装置1に対して信号を送信する。
第1方向導体3と第2方向導体4の各々は、位置検知可能領域1a内の表示装置の所定の画素数に導体3、4の一本が対応するように、表示装置の画素よりも粗い格子状となるように設けられている。
選択回路5は、各導体3、4から受信した信号を、次に説明する、入力データ生成部6へ送信する。
この分類は、例えば、センサ2及び選択回路5が、第1電極101aからの信号受信と第2電極101bからの信号受信を時分割で行うことにより行われる。
第1重心計算部11Aは、入力データ生成部6が送信した第1電極データを受信し、方向Xと方向Yの各々における最大値を計算することで、指示器101の第1電極101aから送信された信号が最も強い、すなわち、第1電極101aの反応が最も強い、センサ2上の座標を特定する。
第1重心計算部11Aは、更に、この第1電極101aの反応が最も強いセンサ2上の座標を中心とした、縦横の各々において5つの第1及び第2方向導体3、4に相当する、計25個のセンサ2上の座標におけるデータを抽出する。図4は、このように抽出された25個のデータD1〜D25を説明するものであり、図4においては、第1電極101aの反応が最も強いセンサ2上の座標に相当するデータは、中心に位置するD13となっている。
第2重心計算部11Bは、更に、第1重心計算部11Aと同様に、第2電極101bの反応が最も強いセンサ2上の座標を中心とした、縦横の各々において5つの第1及び第2方向導体3、4に相当する、計25個のセンサ2上の座標におけるデータを抽出する。
この25個のデータに対し、第2重心計算部11Bは、第1重心計算部11Aと同様に、データの値Diとセンサ2上の座標値(xi、yi)との積算を行うことで、第2電極101bの反応が最も強い方向Xと方向Yの各々におけるセンサ2上の座標値を計算し、この計算結果を表示装置の内部解像度値に換算して、第2電極暫定座標値Bt(Bxt、Byt)を算出する。
第2重心計算部11Bは、第2電極暫定座標値Btを、IIRフィルタ12へ送信する。
第1IIRフィルタ12Aは、第1重心計算部11Aから第1電極暫定座標値Atを受信し、時間方向のIIRフィルタを適用して、時間的なゆらぎを低減させ、第1電極座標値A(Ax、Ay)を算出する。
第1IIRフィルタ12Aは、第1電極座標値Aを減算器13へ送信する。
第2IIRフィルタ12Bは、第2電極座標値Bを減算器13へ送信する。
減算器13は、座標値A、B間の差分を求めることで、より詳細には、Bx−Ax及びBy−Ayを計算することで、第1方向差分Sxと、第2方向差分Syを算出する。
減算器13は、第1方向差分Sxと第2方向差分Syを、傾斜方向傾き計算部14へと送信すると同時に、傾き導出部16へと送信する。
図5は、指示器101の第1電極101a及び第2電極101bと、傾き導出装置1との関係を座標系として示したものである。図5におけるXY平面が、傾き導出装置1の位置検知可能領域1aに相当する。
傾斜方向とは、センサ2に直交する直交方向Zからの軸Cの傾いた方向であり、図5においては、この傾斜方向に向けての軸Cの傾きθが、傾斜方向傾きθとして示されている。
例えば、「アドレス」が「40」の位置には、「データ」として値「33」が示されている。これは、傾斜方向傾き計算部14によって計算された傾斜方向傾きθの暫定値θtが40の場合には、補正値θcは33であることを意味する。すなわち、実験時には、傾斜方向傾き計算部14によって計算された傾斜方向傾きθの暫定値θtが40となる場合には、傾斜方向傾きが33となるように指示器101を傾けていたということを示している。
図1に示されるように、本実施形態においては、指示器101は、第1電極101aの位置する先端から軸C方向に向けて漸次拡径し、テーパー状に形成されている。この、テーパー状に形成された部分の軸Cに対する角度αが、例えば25°とすると、第1電極101aを傾き導出装置1の位置検知可能領域1aに接触させた状態で、指示器101を25°を超えて傾けることは不可能であるため、補正値θcの上限は、この場合においては65°となっている。すなわち、本実施形態においては、LUT15には、上限値65°を超えた値は登録されていない。
傾き導出部16は、LUT15から出力された傾斜方向傾きθの補正値θcから傾きを導出する。
より詳細には、傾き導出部16は、LUT15から出力された傾斜方向傾きθの補正値θcを基に、センサ2に直交する直交方向Zからのセンサ2上の第1方向に向けての軸Cの傾きである第1方向傾きと、直交方向Zからのセンサ2上の第1方向に直交する第2方向に向けての軸の傾きである第2方向傾きを導出する。
また、同様に、本実施形態においては、第2方向は図5に示される方向Yであるから、直交方向Zからのセンサ2上の第2方向Yに向けての軸Cの傾きである第2方向傾きは、図5におけるYZ平面内の角度θyに相当する。第2方向傾きθyは、換言すれば、直交方向Zからの、YZ平面へ投影された軸Cの成分である軸Cyの傾きである。
傾き導出部16は、次に示す数式3により、傾斜方向傾きθの補正値θcから、位置検知可能領域1aからの第2電極101bの高さHを計算した後に、数式4により、第1方向傾きθx及び第2方向傾きθyを導出する。
本実施形態においては、所定の方向は第1の方向Xであり、回転角は、図5に示される、第1方向Xからの、XY平面すなわち位置検知可能領域1a上における、第2方向Yに向けての角度φに相当する。
傾き導出部16は、回転角φを、次に示す数式5により導出する。
より詳細には、指示器101からセンサ2に送信された信号を、第1方向導体3と第2方向導体4の各々を介して、選択回路5が受信する。
選択回路5は、各導体3、4から受信した信号を、入力データ生成部6へ送信する。
第1重心計算部11Aは、第1電極暫定座標値Atを、IIRフィルタ12へ送信する。
第2重心計算部11Bは、第1重心計算部11Aと同様に、第2電極データを受信し、第2電極暫定座標値Bt(Bxt、Byt)を算出して、IIRフィルタ12へ送信する。
第2IIRフィルタ12Bは、第2重心計算部11Bから第2電極暫定座標値Btを受信し、時間方向のIIRフィルタを適用して、第2電極座標値B(Bx、By)を算出し、減算器13へ送信する。
減算器13は、第1方向差分Sxと、第2方向差分Syを算出し、傾斜方向傾き計算部14へと送信すると同時に、傾き導出部16へと送信する。
傾斜方向傾き計算部14は、算出した傾斜方向傾きθの暫定値θtを、LUT15へ送信する。
傾き導出部16は、LUT15から出力された傾斜方向傾きθの補正値θcから傾きを導出する。
より詳細には、傾き導出部16は、LUT15から出力された傾斜方向傾きθの補正値θcを基に、上記の数式3、数式4によって、第1方向傾きθxと第2方向傾きθyを導出する。
また、傾き導出部16は、上記の数式5によって、軸Cの回転角φを導出する。
より詳細には、本実施形態においては、LUT15には、例えば実験などにより、上記の傾斜方向傾き計算部14により傾斜方向傾きθの暫定値θtを外部出力するように設定された傾き導出装置によって、実際に指示器101を傾けて角度を測り、その際の傾斜方向傾きθの暫定値θtの、誤差を含む出力値を取得して、この出力値θtに対し、実際の指示器101の傾きを傾きの補正値θcとして対応付けた対応関係が格納されている。すなわち、LUT15の対応関係は、指示器101を実際に傾けた傾きの値と傾斜方向傾き計算部14の出力値を、それぞれ補正値θcと暫定値θtとして対応させることにより生成されている。
したがって、第2電極101bがセンサから離れていることに起因する微弱な検出値、第2電極101bの形状に起因する広い検出範囲等の要因により、第2IIRフィルタ12Bから出力された第2電極座標値B、及び、傾斜方向傾き計算部14においてこの第2電極座標値Bを基に計算された傾斜方向傾きθの暫定値θtが誤差を多分に含むものとなっていたとしても、この誤差に対応し解消した補正値θcをLUT15に格納し、傾き導出部16においてはこの補正値θcを傾斜方向傾きとして傾きの導出に使用するため、傾き導出部16の出力する傾きの精度を高めることができる。
次に、図7、図8を用いて、上記実施形態に関する実験結果について説明する。
図7において、線21Aは理想値であり、線21Bは、数式2の演算により導出された、傾斜方向傾きの暫定値θtであり、線21Cは、上記LUT15を介して傾斜方向傾きの暫定値θtを補正した結果の、補正値θcである。線21Bは、線21Aから乖離し、大きな誤差が認められるが、線21Cは、概ね線21Aに沿った結果となっており、線21Bに比べると誤差が減少している。
次に、上記実施形態として示した傾き導出装置1及び傾き導出方法の第1変形例を説明する。図9は、本第1変形例における傾き導出装置の制御部30の信号処理ブロック図である。本第1変形例の傾き導出装置における制御部30は、上記実施形態における傾き導出装置1の制御部10とは、制御部30のLUT35には、傾斜方向傾きθの暫定値θtと、傾斜方向傾きθの補正値θcとの対応関係ではなく、傾斜方向傾きθの暫定値θtと、位置検知可能領域1aからの第2電極101bの高さHの補正値Hcとの対応関係が登録されている点が異なっている。すなわち、本第1変形例のLUT35においては、補正値は、センサ2に対する第2電極101bの高さ位置Hの補正値Hcである。
例えば実験などにより、上記の傾斜方向傾き計算部14により傾斜方向傾きθの暫定値θtを外部出力するように設定された傾き導出装置によって、実際に指示器101を傾けて第2電極101bの高さHを測り、その際の傾斜方向傾きθの暫定値θtの、誤差を含む出力値を取得する。この出力値θtに対し、実際の第2電極101bの高さを高さHの補正値Hcとして対応付けて、対応関係として保持しておく。実際に、傾きを測定する際には、誤差を含む傾斜方向傾きθの暫定値θtを、傾斜方向傾き計算部14によって、上記数式2により計算したうえで、この出力値θtを基に、対応関係において対応する第2電極101bの高さHの補正値Hcを導出することにより、精度の高い第2電極101bの高さを求めることができる。LUT35には、このような対応関係が登録されている。
換言すれば、LUT35の対応関係は、指示器101を実際に傾けたときの第2電極101bの高さの値と傾斜方向傾き計算部14の出力値を、それぞれ補正値Hcと暫定値θtとして対応させることにより生成されている。
傾き導出部36は、LUT35から出力された第2電極101bの高さHの補正値Hcから傾きを導出する。
より詳細には、傾き導出部36は、LUT35から出力された第2電極101bの高さHの補正値Hcを基に、次に示す数式6により、第1方向傾きθxと、第2方向傾きθyを導出する。
特に、本第1変形例においては、制御部30が傾斜方向傾きθの値を出力する必要がない場合には、LUT35が出力する精度の高い第2電極101bの高さHの補正値Hcを用いて、上記数式6により傾きを導出できるため、上記数式3により、第2電極101bの高さHを計算する必要がない。これにより、回路構成を簡単にし、かつ、処理速度を向上させることが可能となる。
次に、上記実施形態として示した傾き導出装置1及び傾き導出方法の第2変形例を説明する。図10は、本第2変形例における傾き導出装置の制御部40の信号処理ブロック図である。本第2変形例の傾き導出装置における制御部40は、上記実施形態における傾き導出装置1の制御部10とは、制御部40の傾き導出部46が、第1方向傾きθx及び第2方向傾きθyに替えて、傾斜方向傾きを出力する点が異なっている。
LUT15は、図6に示されたような対応関係により、傾斜方向傾き計算部14から受信した傾斜方向傾きθの暫定値θtを基に、傾斜方向傾きθの補正値θcを抽出し、次に説明する傾き導出部46へと送信する。
また、傾き導出部46は、軸Cの回転角φを、上記の数式5により導出し、出力する。
2 センサ
10、30、40 制御部
11 重心計算部
11A 第1重心計算部
11B 第2重心計算部
12 IIRフィルタ
12A 第1IIRフィルタ
12B 第2IIRフィルタ
13 減算器
14 傾斜方向傾き計算部
15、35 LUT(ルックアップテーブル)
16、36、46 傾き導出部
101 指示器
101a 第1電極
101b 第2電極
C 軸
Claims (12)
- ペン状の指示器の傾きを導出する傾き導出装置であって、
前記指示器は、軸方向の一端に設けられた第1電極と、前記軸の周囲に設けられた第2電極を備え、
前記第1電極の位置と、前記第2電極の位置を検出する平面状のセンサと、制御部を備え、
該制御部は、
前記センサに直交する直交方向からの前記軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての前記軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルと、
前記第1及び第2電極の各々の前記位置を基に前記暫定値を計算して、前記ルックアップテーブルへ入力する傾斜方向傾き計算部と、
前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値から前記傾きを導出する傾き導出部と、
を備える、傾き導出装置。 - 前記補正値は、前記傾斜方向傾きの補正値である、請求項1に記載の傾き導出装置。
- 前記補正値は、前記センサに対する前記第2電極の高さ位置の補正値である、請求項1に記載の傾き導出装置。
- 前記傾き導出部は、前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値を基に、前記センサに直交する直交方向からの前記センサ上の第1方向に向けての前記軸の傾きである第1方向傾きと、前記直交方向からの前記センサ上の前記第1方向に直交する第2方向に向けての前記軸の傾きである第2方向傾きを導出する、請求項1から3のいずれか一項に記載の傾き導出装置。
- 前記傾き導出部は、前記傾斜方向傾きの補正値を、前記傾斜方向傾きとして出力する、請求項2に記載の傾き導出装置。
- 前記傾き導出部は、前記センサ上の所定の方向からの前記センサ上における前記軸の回転角を導出する、請求項4または5に記載の傾き導出装置。
- ペン状の指示器によって指示された位置を導出する傾き導出方法であって、
平面状のセンサにより、前記指示器の軸方向の一端に設けられた第1電極と、前記軸を囲うように設けられた第2電極の各々の位置を検出し、
前記第1及び第2電極の各々の前記位置を基に、前記センサに直交する直交方向からの前記軸の傾いた方向である傾斜方向に向けての前記軸の傾きである傾斜方向傾きの暫定値を計算して、該暫定値と、補正値との対応関係が登録されたルックアップテーブルへ入力し、
前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値から前記傾きを導出する、傾き導出方法。 - 前記補正値は、前記傾斜方向傾きの補正値である、請求項7に記載の傾き導出方法。
- 前記補正値は、前記センサに対する前記第2電極の高さ位置の補正値である、請求項7に記載の傾き導出方法。
- 前記ルックアップテーブルから出力された前記補正値を基に、前記センサに直交する直交方向からの前記センサ上の第1方向に向けての前記軸の傾きである第1方向傾きと、前記直交方向からの前記センサ上の前記第1方向に直交する第2方向に向けての前記軸の傾きである第2方向傾きを導出する、請求項7から9のいずれか一項に記載の傾き導出方法。
- 前記傾斜方向傾きの補正値を、前記傾斜方向傾きとして出力する、請求項8に記載の傾き導出方法。
- 前記センサ上の所定の方向からの前記センサ上における前記軸の回転角を導出する、請求項10または11に記載の傾き導出方法。
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