JP2019159442A - フォースセンサ無タッチセンサにおける疑似プッシュ判定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】グラフィカルユーザインタフェースを表示する表示パネルとともに使用されるタッチセンサにおいて、指示体がインタフェースの局所領域をプッシュしたかタッチしたのかを判定するプッシュ判定を実現する。【解決手段】本発明による方法は、領域の大きさに対応するデータである面積データ及び領域に含まれる位置のレベル値の総和値に対応するデータである総和データを出力するステップと、総和データが所定の総和値より大きい値を取る場合であって、面積データが前記第1の面積値より小さい第2の面積値を示すときに、プッシュ操作に対応するイベントを出力し、面積データが第1の面積値を示すときに、タッチ操作に対応するイベントを出力するプッシュ操作判定ステップとを含む。【選択図】図5

Description

本発明は、タッチセンサにおけるタッチ検出方法に関する。
タッチセンサにフォースセンサを備え、指示位置に所定の力を加える操作(以下、プッシュ操作)が行われたことを検出する力感知型のタッチセンサが知られている(特許文献1)。
米国特許第9798409号明細書
フォースセンサを備えないタッチセンサにおいて、プッシュ操作がなされたことを疑似的に判定するプッシュ判定機能を実現する。特に、指先を強く押した場合など局所的に力が加えられた場合にはプッシュ操作に対応するデータを出力しつつ、指をタッチセンサに沿えた場合など静電容量の変化が広範囲に発生する場合にはプッシュ操作と誤検出しないようにするプッシュ判定機能を実現する。
本発明の第1の側面による方法は、グラフィカルユーザインタフェースを表示する表示装置とともに用いられるタッチパネルに接続された集積回路で実行される方法であって、2次元領域を構成する各々の位置における静電容量の変化を示すレベル値を取得し、前記各々の位置における前記レベル値のうちの最大値に基づいて指示体が前記タッチパネルに接触したことを検出するタッチ検出ステップと、前記最大値を出力した位置と同じトラッキング対象となる領域を特定するステップと、前記領域の大きさに対応するデータである面積データ及び前記領域に含まれる位置の前記レベル値の総和値に対応するデータである総和データを出力するステップと、前記総和データが所定の総和値より大きい値を取る場合であって、(a)前記面積データが前記第1の面積値より小さい第2の面積値を示すときに、プッシュ操作に対応するイベントを出力する、(b)前記面積データが第1の面積値を示すときに、タッチ操作に対応するイベントを出力するプッシュ操作判定ステップと、を含む方法である。
本発明の第2の側面による方法は、タッチパネルに接続された集積回路で実行される方法であって、2次元領域を構成する各々の位置における静電容量の変化を示すレベル値を取得するステップと、前記各々の位置における前記レベル値のうちの最大値に基づいて指示体が前記タッチパネルに接触したことを検出するステップと、前記最大値を出力した位置の周辺の位置であって、同じトラッキング対象となる領域における前記領域の前記レベル値の総和データを出力するステップと、前記総和データの時間変化量を取得し、前記総和データの時間変化量に基づいて、前記タッチ操作に対応するイベントを出力するか、前記プッシュ操作に対応するイベントを出力するかを判定する疑似プッシュ判定ステップと、を含む方法である。
本発明の第1の側面によれば、信号レベルの総和データに基づいてプッシュ操作を抽出しつつ、面積データSにより総和データの値が局所的なものであるか広範囲であるかを判定するため、単位面積あたりの信号レベル値に応じた弁別が可能となる。これにより、指先を強く押したことで静電容量の変化レベルが局所的に増加した場合にはプッシュ操作に対応するデータを出力しつつも、指をタッチパッドに沿えた場合など静電容量の変化が広範囲に発生する場合にはプッシュ操作と誤認識しないプッシュ判定機能を実現できる。
本発明の第2の側面によれば、トラッキング領域Rの位置と総和データΣのレベル値Cの時間変化量dΣとを用いることにより、所定の位置での時間変化量dΣが増加したか否かを判定するので、プッシュ操作がされたかタッチ操作がされたかを判定するプッシュ判定の判定制度を向上できる。
各実施の形態による方法が実行されるタッチセンサ1の概要図である。 タッチセンサ1のプッシュ判定機能を説明する概要図である。 タッチセンサ1のプッシュ判定機能を説明する概要図である。 各実施の形態による方プッシュ判定方法の全体フロー図である。 ステップS100のタッチ検出のフロー図である。 指示体3がパネル2に弱くタッチされた(タッチ操作)状態を示す図である。 弱タッチ操作状態におけるレベル値Cの2次元分布の例を示す図である。 実施の形態1におけるプッシュ判定を伴うタッチ検出のフロー図である。 (a)指先を強く押した場合(プッシュ操作時)の状態を示す図である 状態(a)の信号レベルの2次元分布図である。 (b)静電容量の変化が広範囲に発生する状態を示す図である 状態(b)の信号レベルの2次元分布図である。 実施の形態2におけるプッシュ判定を伴うタッチ検出のフロー図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1Aは、各実施の形態共通の本発明が実行されるタッチセンサ1の概要図である
タッチセンサ1は、感圧センサを有さないタッチセンサであり、より好適には、静電容量式のタッチセンサである。具体的には、M個の行電極Y0〜YM−1(以下、行電極群Yと称する)、N個の列電極X0〜XN−1(以下、列電極群Xと称する)、並びに、行電極群Y及び列電極群Xに接続された集積回路10により構成される。
集積回路10は、行電極Yに信号を供給し列電極Xにて検出することで、行電極Yと列電極Xが形成するM×N個の交点の各々における静電容量の変化量(以下、レベル値C)を検出する相互容量方式のタッチ検出を実行する。
タッチセンサ1は、図示しない電子機器の入力インタフェースとして用いられる。タッチセンサ1の行電極Y及び列電極Xは電子機器の表示パネル2(以下、パネル2)に重畳して設けられ、集積回路10は、パネル2への指示体3の近接をレベル値Cの変化を検出することで検出し、後述するプッシュ判定を伴うタッチ検出を行い、プッシュ判定の判定結果に応じたイベントE(無N,タッチイベントEtd,プッシュイベントEpd)を、電子機器のホストコントローラ20に対して出力する。
図1Bは、タッチセンサ1のプッシュ判定において判定される第1の状態を説明する概要図である。電子機器のホストコントローラ20は、パネル2に様々なグラフィカルユーザインタフェースを表示する。同図の例では、矩形領域4を表示し、この矩形領域4をラップトップコンピュータのフォース感知機能付タッチパネルとして疑似的に処理を行う。図1Bには、指がパネル上の広範囲に広く添えるように置かれる状態を示している。
図1Cは、タッチセンサ1のプッシュ判定機能が区別しようとする2つの状態のうち第2の状態(プッシュ操作がされた状態)を説明する概要図である。パネル2にグラフィカルユーザインタフェースとしてキーボード41及びタッチ式のプッシュボタン42が表示されている。このような場合に、グラフィカルユーザインタフェースが表示されているにもかかわらず、実物の機械的プッシュスイッチの備えられたユーザインタフェースユーザとして使うことがあり、指示体3を強く押し付けることがある。本発明のプッシュ判定機能は、このようにグラフィカルユーザインタフェース上で強く押下された状態を第1の状態とし、プッシュ操作がされた第2の状態として、区別する。
図2は、各実施の形態に共通のプッシュ判定方法の全体フロー図である。フローを説明するとともに状態遷移を説明する。
まず、初期状態は、タッチ無状態である状態S0に置かれる。図中破線楕円は、状態を示している。状態S0では、指示体3が近接しているか否かを検出するタッチ検出を実行する(ステップS100)。
図3は、ステップS100のタッチ検出のフロー図である。
まず、M×N個のクロスポイントの各位置におけるレベル値Cを取得する(ステップS101)。M×N個のレベル値Cのうち最大値Cpが所定の検出閾値Tより小さいか否かを判定する(ステップS103)。最大値Cpが検出閾値Tより小さい場合(S103Y)、タッチが無いことを示すデータNを内部で出力する。最大値Cpが検出閾値T以上である場合である場合(S103N)、タッチが有ることを示すデータYを出力する。
図4Aは、指示体3がパネル2に弱くタッチされた(通常のタッチ操作)状態を示す図である。図4Bは、弱タッチ操作状態におけるレベル値Cの2次元分布の例を示す図である。図3の動作フローにおいて検出閾値Tの値を10とすると、図4Bの例では、行電極Y4と、列電極X6及び列電極X7との交点の2個の交点において、検出閾値Tより大きいレベル値Cが検出されるため、データYが出力される。尚、以下の説明では、レベル値が大きいとは、指示体3の近接により受ける静電容量の変化量が大きいことに対応するものであり正負の符号についてはその別を問わないが、ここでは、指示体3が近接した場合に正の値をとるとして説明する。
図2に戻る。状態S0においてタッチが検出されない場合(S100N)、状態S0が繰り返される。状態S0においてタッチが検出された場合(S100Y)、シングルタップ状態である状態S1に遷移する。
状態S1は、1回既にタッチが検出された状態であり、これがシングルタップかダブルタップかを判定する状態である。そのため、まず再びタッチ検出を実行し(ステップS100)、タッチ無の場合(S100N)、更に加えて一定時間タッチを検出し(ステップS110)、それでもタッチが検出されなかった場合イベントEとしてシングルタップイベントEstを出力する。他方、一定時間タッチを検出している途中でタッチが検出された場合は、ダブルタップ状態である状態S2に遷移する。状態S2においては状態S1と同等の動作が実行されダブルタップイベントEdtが出力される。
状態S1において、ステップS100でタッチが検出されると(S100Y)、タッチ検出状態である状態S3に遷移する。状態S3では、プッシュ判定を伴うタッチ検出が実行される(ステップS130)。
図5は、本実施の形態におけるプッシュ判定を伴うタッチ検出のフロー図である。
まず、各位置におけるレベル値Cが取得される(ステップS501)。
次にレベル値Cのうち最大値Cpが検出閾値T(例えば、値10)より小さいか否かが判定される(ステップS503)。
一方、最大値Cpが検出閾値Tより小さい場合(S503Yの場合)、イベントとしてタッチ無を示すデータNが内部で出力され終了する。他方、ステップS503の判定の結果、最大値Cpが検出閾値T以上である場合(S503Nの場合)は、ステップS505から説明するプッシュ判定が実行される。
ステップS505において、最大値Cpを出力した位置と同じトラッキング処理の対象となる領域R(トラッキング領域R)を特定する。トラッキング処理は、例えば、複数の指を利用したマルチタッチ検出において、同じ1本の指なのか別の2本の指が存在するのかを特定する処理である。例えば、最大値Cpを出力した位置などのある対象位置を中心として、その隣接8方向の位置におけるレベル値を取得しそれらのレベル値が所定の値より大きい場合は、当該位置を当該対象位置と同じ領域と扱い同一のラベル値を付すことで、トラッキング領域Rの個々を特定する処理である。
次に、ステップS509において、トラッキング領域Rの面積データS、及び、トラッキング領域Rに含まれる位置のレベル値Cの総和データΣを出力する。
面積データSは、トラッキング領域Rの2次元面積の大きさに対応するデータである。例えば、交点の数であってもよい。この例によると、図4Bの場合面積データS1の値は2になる。面積データSは、面積そのものを示すのではなく長さ、あるいは、幅など面積を導出するためのデータであってもよい。例えば、トラッキング領域Rの長さSLまたは幅SWを含むものであってもよく、図4Bの例では、1行×2列であるため長さSLの値「2」を面積データSに代替させて面積データとしてもよい。また、トラッキング領域についての矩形相当長辺長、楕円相当長径、前記領域の重心から距離からの最長距離、及び、前記領域を構成する2つの位置間のうち最長の長さのいずれか1つに対応するデータであってもよい。
次に、総和データΣは、トラッキング領域Rに含まれる位置のレベル値Cの総和値に対応するデータである。図4Bの場合、総和データΣの値は21である。尚、総和データΣの値はレベル値Cそのものの合算でなくともレベル値に所定の演算あるいは変形を施した値であってもよい。総和データΣは、2次元マップ上の各位置のレベル値を高さとした場合に体積Vを示す点で体積データともいうこともできる。
第1の実施の形態において、これら2つのデータは、(a)指先を強く押した場合(第1の状態、図1C、後述図6B)にはプッシュ操作に対応するデータを出力しつつ、(b)指をタッチパッドに沿えた場合など所定量以上の静電容量の変化が広範囲に発生する場合(第2の状態、図1B、図7B)にはタッチ操作に対応するデータを出力する区別を行う上で、両方のデータが必要となる。
まず、図6Aは、図1Cで説明した第2の状態で(a)指先を強く押した場合(プッシュ操作時)の状態を示す断面図である。同図のように強く指先を押した場合、図4Aの状態に比して、指示体3と近傍の電極(行電極Y4及び列電極X6)との間で形成される静電容量が局所的なたわみによる距離dの減少、指先の変形による電極として機能する面積Sの増加、誘電率εの高い指の挿入などの様々な要因から、検出されるレベル値Cの値が増加する。図6Bはプッシュ操作時の信号レベルの2次元分布の例を示す図である。図6Bの例では、面積データSの値は4(長さデータSLの値は2、幅データSWの値は2)、総和データΣの値は81となり、図4Bの例に比してそれぞれの値が局所的に増加する。
図7Aは、図1Bで説明した第1の状態に対応するものであり、(b)指をタッチパッドに沿えた場合など所定量以上の静電容量の変化が広範囲に発生する第2の状態を示す断面図である。図7Bは、同状態における検出されるレベル値Cの2次元マップの例を示している。図7Bの例では、面積データSの値は8(長さデータSLの値は4、幅データSWの値は2)と大きいが、レベル値Cの総和である総和データΣの値は81となり大きいものとなる。
図6Bの例と図7Bの例では、総和データΣの値は同じである。従って、総和データΣのみを用いてプッシュ操作を検出したのでは、図7Aとの状態を除外することができず、誤判定をする課題がある。
これに対し、本実施の形態による発明では、信号レベルの総和データΣと面積データSとを併用し、面積データS及び総和データΣを用いたプッシュ判定を行う(ステップS520)ことで、これら2つの状態を区別する。
まず、領域のレベル値Cの総和データΣの値が所定の値(体積値)TVより大きいか否かを判定する(ステップS521)。ステップS521の判定の結果、総和データΣの値が小さい場合、プッシュ操作は行われておらず通常のタッチ操作が行われているとして、イベントEの値としてタッチイベントEtdを出力する。
他方、ステップS521の判定の結果、総和データΣの値が大きい場合、更に、面積データSの値を所定の値(面積値)TSと比較する(ステップS522)。ステップS522の比較の結果、面積データSの値が小さい場合(S522N)、すなわち、局所的に飲みレベル値Cが増加している場合、プッシュ操作がなされたと推定しイベントEの値としてプッシュイベントEpdを出力する。
他方、ステップS521の比較の結果、面積データSの値が大きい場合、これは(b)指をタッチパッドに沿えた場合など所定量以上の静電容量の変化が広範囲に発生した場合であると判定し、イベントEとしてプッシュイベントEpdを出力するのではなく通常のタッチイベントEtdを出力する。
このように、本実施の形態の発明によれば、信号レベルの総和データΣに基づいてプッシュ操作を抽出しつつ、面積データSにより総和データの値が局所的なものであるか広範囲であるかを判定するため、単位面積あたりの信号レベル値に応じた弁別が可能となる。これにより、図6Bと図7Bのように同じ総和データΣの値をとったとしても、指先を強く押したことで静電容量の変化レベルが局所的に増加した場合にはプッシュ操作に対応するデータを出力しつつも、指をタッチパッドに沿えた場合など静電容量の変化が広範囲に発生する場合にはプッシュ操作と誤認識しないプッシュ判定機能を実現できる。
なお、本実施の形態において、プッシュ操作判定ステップは、総和データΣと面積データSとを直接用いて判定を行うことに限られない。例えば、総和データΣと前記面積データSとに基づいて単位面積あたりのレベル値を取得する力密度導出ステップを含み、この単位面積当たりのレベル値に基づいて、前記タッチ操作に対応するイベントを出力するか前記プッシュ操作に対応するイベントを出力するかを判定するとしてもよい。
(実施の形態2)
図8は、実施の形態2によるプッシュ判定付タッチ検出(ステップS130)の動作フロー図である。
本実施の形態では、総和データΣの時間変化量dΣを取得するステップを含み、プッシュ操作判定ステップは、総和データΣ及び前記面積データS、並びに、前記総和データの時間変化量dΣに基づいて、タッチ操作に対応するタッチイベントEtdを出力するか、前記プッシュ操作に対応するプッシュイベントEpdを出力するかを判定することが特徴となる。
まず、実施の形態1と同様に、各位置におけるレベル値Cを取得し、ステップS801)、最大値Cpを出力した位置と同じトラッキング対象となるトラッキング領域Rを特定し(ステップS803)。次に、トラッキング領域Rの総和データΣを取得する(ステップS805)。
次に、ステップS807にて、総和データΣと前回の総和データΣlastとの変化量dΣを導出する(ステップS807)。
プッシュ操作時は、総和データΣの同一トラッキング領域R付近での時間変化量dΣの値がタッチ操作時に比して大きくなる傾向があり、変形例の動作フローによれば、プッシュ操作とタッチ操作との弁別の精度を高めることが可能になる可能性がある。そこで時間変化量dΣを判定基準に加える。
まず、トラッキング領域Rが前回のトラッキング領域Rlastの近傍に位置するか否かを判定する(ステップS809)。トラッキング領域Rが前回のトラッキング領域Rlastの近傍に位置しない場合(S809N:遠方)、イベントEとしてタッチイベントEtdを出力する。
他方、トラッキング領域Rが前回のトラッキング領域Rlastの近傍に位置する場合(S809Y)、時間変化量dΣが所定の値より大きいか小さいかを判定する。時間変化量dΣが所定の値より大きい場合(S811がY)、イベントEとしてプッシュイベントEpdに対応するデータを出力する。
他方、時間変化量dΣが所定の値より小さい場合(S811N)、イベントEとしてタッチイベントEtdに対応するデータを出力する。最後に、次の検出のために今回の検出におけるトラッキング領域R及び総和データΣを前回のトラッキング領域Rlast及び総和データΣlastとして保持する(ステップS813)。
本実施の形態の発明によれば、トラッキング領域Rの位置と総和データΣのレベル値Cの時間変化量dΣとを用いることにより、所定の位置での時間変化量dΣが増加したか否かを判定するので、プッシュ操作がされたかタッチ操作がされたかを判定するプッシュ判定の判定制度を向上できる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
例えば、上述各実施の形態の発明を組み合わせてもよい。実施の形態1において、更に、前記総和データの時間変化量を取得するステップを含み、プッシュ操作判定ステップは、前記総和データ及び前記面積データ、並びに、前記総和データの時間変化量に基づいて、前記タッチ操作に対応するイベントを出力するか、前記プッシュ操作に対応するイベントを出力するか、を変更するとしてもよい。
また、上述各実施の形態において、集積回路10とホストコントローラ20との間で図5及び図8の動作フローのステップを分担するとしてもよい。例えば、実施の形態1においては、集積回路10は総和データΣと面積Sをホストコントローラ20に出力し、これらのデータをもとにホストコントローラ20が図5のプッシュ判定ステップS520を実行するとしてもよい。
1 タッチセンサ
2 表示パネル
3 指示体
4 矩形領域
10 集積回路
20 ホストコントローラ
41 キーボード
42 プッシュボタン
E イベント
Etd タッチインベント
Epd プッシュイベント
R トラッキング領域
S 面積データ
Σ 総和データ

Claims (8)

  1. グラフィカルユーザインタフェースを表示する表示装置とともに用いられるタッチパネルに接続された集積回路で実行される方法であって、
    2次元領域を構成する各々の位置における静電容量の変化を示すレベル値を取得し、前記各々の位置における前記レベル値のうちの最大値に基づいて指示体が前記タッチパネルに接触したことを検出するタッチ検出ステップと、
    前記最大値を出力した位置と同じトラッキング対象となる領域を特定するステップと、
    前記領域の大きさに対応するデータである面積データ及び前記領域に含まれる位置の前記レベル値の総和値に対応するデータである総和データを出力するステップと、
    前記総和データが所定の総和値より大きい値を取る場合であって、
    (a)前記面積データが前記第1の面積値より小さい第2の面積値を示すときに、プッシュ操作に対応するイベントを出力し、
    (b)前記面積データが第1の面積値を示すときに、タッチ操作に対応するイベントを出力するプッシュ操作判定ステップと、
    を含む方法。
  2. 前記面積データは前記トラッキング領域の長さを含み、
    前記プッシュ操作判定ステップは、
    前記総和データが前記所定の総和値である場合であって、
    (a)前記領域の長さデータが第1の長さ値であるときにタッチ操作に対応するイベントを出力し、
    (b)前記領域の長さが第1の長さ値より短い第2の長さ値であるときにタッチ操作に対応するイベントを出力する、
    請求項1記載の方法。
  3. 前記領域の長さデータは、前記トラッキング領域についての矩形相当長辺長、楕円相当長径、前記領域の重心から距離からの最長距離、及び、前記領域を構成する2つの位置間のうち最長の長さのいずれか1つに対応するデータである、
    請求項2記載の方法。
  4. 前記プッシュ操作判定ステップは、前記総和データと前記面積データとに基づいて、単位面積あたりのレベル値を取得する密度導出ステップを含み、前記単位面積当たりのレベル値に基づいて、前記タッチ操作に対応するイベントを出力するか、前記プッシュ操作に対応するイベントを出力するかを判定する、
    請求項1記載の方法。
  5. 更に、前記総和データの時間変化量を取得するステップを含み、
    前記プッシュ操作判定ステップは、前記総和データ及び前記面積データ、並びに、前記総和データの時間変化量に基づいて、前記タッチ操作に対応するイベントを出力するか、前記プッシュ操作に対応するイベントを出力するか、を変更する、
    請求項1記載の方法。
  6. タッチパネルに接続された集積回路で実行される方法であって、
    2次元領域を構成する各々の位置における静電容量の変化を示すレベル値を取得するステップと、
    前記各々の位置における前記レベル値のうちの最大値に基づいて指示体が前記タッチパネルに接触したことを検出するステップと、
    前記最大値を出力した位置の周辺の位置であって、同じトラッキング対象となる領域における前記領域の前記レベル値の総和データを出力するステップと、
    前記総和データの時間変化量を取得し、前記総和データの時間変化量に基づいて、前記タッチ操作に対応するイベントを出力するか、前記プッシュ操作に対応するイベントを出力するかを判定する疑似プッシュ判定ステップと、
    を含む方法。
  7. 前記疑似プッシュ判定ステップは、
    前記総和データの時間変化量が所定変化値より小さい場合に前記タッチ操作に対応するイベントを出力し、
    前記総和データの時間変化量が所定変化値より大きい場合に前記プッシュ操作に対応するイベントを出力する、
    請求項6記載の方法。
  8. 前記疑似プッシュ判定ステップは、
    前記総和データが所定の総和値より大きい値を取る場合であって、
    (a)前記領域の面積が第1の面積値を示すときに、タッチ操作に対応するイベントを出力し、
    (b)前記領域の面積が前記第1の面積値より小さい第2の面積値を示すときに、プッシュ操作に対応するイベントを出力する、
    請求項7記載の方法。
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