JP4309422B2 - 座標検出装置及び座標検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、座標検出装置及び座標検出方法に関し、特に、押圧されることによって生じる電圧を測定することにより座標を検出する座標検出装置及び座標検出方法に関する。

近年、情報化社会の進展に伴って、情報を電子化して取り扱うことが多くなってきている。このように情報を電子化して取り扱うものの１つとして、タッチパネルが用いられている。

タッチパネルは、２枚の導電性シートを互いに接触しない状態で対向させ、指やペン等で押圧された場合に２枚の導電性シートが接触してその抵抗値に応じて生じる電圧に基づいて座標を検出し、情報を入力するものであり、所望の領域を指やペン等で押圧するだけで情報を入力することができることから、様々な用途で用いられている。

ところが、このようなタッチパネルにおいては、指やペン等で押圧された場合に生じる電圧にばらつきがあるため、座標を正確に検出することが難しい。そこで、コンデンサ等のハードウェアバッファを設け、抵抗値に応じて生じる電圧を複数回サンプリングしてバッファリングし、その平均値を算出して座標を検出する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。また、印加電圧を上げたり、ソフトウェア処理によって座標の移動を近似曲線により推定し、そこから外れた値を除外したりすることにより、精度の向上が図ることが考えられている。
特開２００４−７８６０６号公報

一般に、タッチパネルにおいては、指やペン等で押圧されて２枚の導電性シートが接触する瞬間の抵抗値が不安定であるとともに、ノイズ等によって測定される電圧が大きく外れる可能性があるため、上述したように２枚の導電性シートによる抵抗値に応じて生じる電圧をサンプリングしてその平均値を算出するだけでは、押圧された座標を正確に検出できるとは言いがたい。また、ソフトウェア処理を追加することにより精度の向上を図るものにおいては、処理が煩雑となって高速な処理が行えなくなってしまうという問題点がある。このような問題点は、処理能力が低く、ハードウェアの実装面積が少ない小型端末においては、顕著であり、高精度な値の抽出が困難である。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、処理能力の低い環境においても、処理速度を大きく低下させることなく押圧された座標を正確に検出することができる座標検出装置及び座標検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
２枚の導電性シートを互いに接触しない状態で対向させ、押圧された場合に２枚の導電性シートが接触することによって生じる押圧点の電圧に基づいて該押圧点の座標を検出する座標検出装置において、
前記２枚の導電性シートが接触した際に前記押圧点にて生じる電圧が複数回サンプリングして記憶されるバッファと、
前記バッファに記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、該複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧を取り除くフィルタリング部と、
前記バッファに記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、前記フィルタリング部にて取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧を抽出する統計処理部と、
前記統計処理部にて抽出された電圧を、前記押圧点の座標を検出するための電圧として出力する出力指示部とを有することを特徴とする。

上記のように構成された本発明においては、互いに接触しない状態で対向した２枚の導電性シートの所望の点が押圧されると、押圧されることにより２枚の導電性シートが接触し、押圧点にて導電性シートの抵抗値に応じた電圧が生じる。この電圧が複数回サンプリングされ、バッファに記憶される。そして、フィルタリング部において、バッファに記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧が取り除かれ、統計処理部において、フィルタリング部にて取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧が抽出され、統計処理部にて抽出された電圧が、押圧点の座標を検出するための電圧として出力指示部から出力される。

このように、複数回サンプリングされた電圧のうち、複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧が取り除かれ、取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧が抽出され、押圧点の座標を検出するための電圧として出力されるので、抵抗値が不安定となる２枚の導電性シートが接触する瞬間の電圧が取り除かれることとなり、少ない計算量で精度の高い値を得ることができる。

また、統計処理部において、最大頻度の電圧の頻度数が所定の数以上である場合にのみ、その電圧が最大頻度の電圧として出力指示部に通知され、出力指示部から押圧点の座標を検出するための電圧として出力されるようにすれば、ノイズ等によって、不確実な電圧が連続して測定された場合であっても、その電圧が、座標を検出するための電圧として出力されず、さらに精度の高い値を得ることができる。

以上説明したように本発明においては、複数回サンプリングされた電圧のうち、複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧を取り除き、取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧を抽出し、押圧点の座標を検出するための電圧として出力し、かつ、このような加算・減算のみの計算量の少ない処理を用いているため、処理能力の低い環境においても、処理速度を大きく低下させることなく押圧された座標を正確に検出することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の座標検出装置の実施の一形態を示すブロック図である。また、図２は、図１に示したタッチパネル１０の構造を示す図であり、（ａ）は概観斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は押圧された状態を示す断面図である。

本形態は図１に示すように、タッチパネル１０と、ＡＤ変換部２０と、データ生成部処理３０と、ディスプレイ４０と、制御部５０とから構成されている。

タッチパネル１０は、押圧することにより情報を入力するものであって、図２に示すように、２枚の絶縁体フィルム６０ａ，６０ｂのそれぞれの一方の面に導電性シート７０ａ，７０ｂが貼着され、導電性シート７０ａ，７０ｂが接触しない状態で対向して配置されている。なお、導電性シート７０ａ，７０ｂが接触しない状態とするためには、例えば、導電性シート７０ａ，７０ｂの間に絶縁性のスペーサを介在させる等の方法を採ることが考えられる。導電性シート７０ａ，７０ｂはそれぞれ、所定の抵抗値を有しており、対向する２辺に沿う領域に２つの電極（不図示）が設けられ、この電極間に電圧が加えられた状態で押圧されると、図２（ｃ）に示すように２枚の導電性シート７０ａ，７０ｂが押圧点にて接触し、電極間に加えられた電圧と、電極から押圧点までの導電性シート７０ａ，７０ｂの抵抗値とに応じた電圧が押圧点にて生じる。

ＡＤ変換器３０は、タッチパネル１０にて生じた電圧をデジタル値に変換する。

データ生成処理部２０は、ＡＤ変換部３０にてデジタル値に変換された電圧が記憶される入力バッファ３１と、入力バッファ３１に記憶された電圧を用いて、押圧点の座標を検出するための電圧を生成するデータ生成処理部３２と、データ生成処理部３２にて生成された電圧を、押圧点の座標を検出するための電圧として出力する出力指示部３３とから構成されている。また、データ生成処理部３２は、データフィルタリング部３４と、統計処理部３５とを有しており、データフィルタリング部３４は、入力バッファ３１に記憶された押圧による複数回のサンプリングによる電圧のうち、複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧を取り除き、また、統計処理部３５は、入力バッファ３１に記憶された押圧による複数回のサンプリングによる電圧のうち、データフィルタリング部３４にて取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧を抽出し、抽出した最大頻度の電圧の頻度数が所定の数以上である場合にのみ、その電圧を最大頻度の電圧として出力指示部３３に通知する。

ディスプレイ３０は、ＬＣＤやＣＲＴからなり、情報を表示するものであって、タッチパネル１０はこのディスプレイ３０上に配置されている。

制御部５０は、タッチパネル１０の動作を制御するとともに、タッチパネル１０にて生じた電圧をＡＤ変換部２０に与えたり、ＡＤ変換部２０にてデジタル値に変換された電圧をデータ生成処理部３０に与えたりする。

以下に、上記のように構成された座標検出装置における座標検出方法について説明する。

図３は、図１及び図２に示した座標検出装置における座標検出方法を説明するためのフローチャートである。

まず、入力バッファ３１が初期化され、初期設定が行われる（ステップＳ１）。

次に、タッチパネル１０に対して押圧動作を行うと、押圧点にて生じた電圧がタッチパネル１０からＡＤ変換器２０に取り込まれ、ＡＤ変換器２０において、タッチパネル１０から取り込まれた電圧がデジタル値に変換される（ステップＳ２）。

ＡＤ変換器２０においてデジタル値に変換された電圧は、データ生成処理部３０において入力バッファ３１に入力されて記憶される（ステップＳ３）。入力バッファ３１は、カウンタを有し、デジタル値に変換された電圧が入力バッファ３１に入力される度にカウンタ値（ｉ）がインクリメントされ（ステップＳ４）、カウンタ値が予め設定された値となるまで、ＡＤ変換器２０にてデジタル値に変換された電圧が入力バッファ３１に入力されて記憶されていく（ステップＳ５）。これにより、タッチパネル１０の押圧点にて生じ、ＡＤ変換器２０にてデジタル値に変換された電圧が、予め設定された回数（Ｎ回）だけサンプリングされ、入力バッファ３１に記憶されることになる。なお、サンプリング数（Ｎ）は、座標検出装置の性能や構成により適宜設定する。また、初期条件設定により処理系のパフォーマンスに併せてサンプリング数（Ｎ）を変化させることにより、精度の向上が見込める。

次に、データ生成処理部３０の演算処理部３２において、入力バッファ３１に記憶された電圧が、時系列昇順に並べられる（ステップＳ６）。

次に、演算処理部３２のデータフィルタリング部３４において、ステップＳ６にて時系列昇順に並べられた数列（電圧）の先頭及び末尾から総サンプリング数の所定の割合となるＹ％が取り除かれる（ステップＳ７）。これにより、タッチパネル１０の押圧点が接する瞬間と離れる瞬間の抵抗値が不安定な状態の時に出力された値を取り除くことができる。なお、取り除く割合（Ｙ）は、処理系及びサンプリング数Ｎに合わせて適宜設定する。このように取り除く割合を適宜設定することにより、タッチパネルの特性（接点間の幅等）に併せて調整が可能である。

次に、演算処理部３２の統計処理部３５において、ステップＳ６にて時系列昇順に並べられた電圧のうち、ステップＳ７にて取り除かれなかった電圧のそれぞれの頻度数が計算される（ステップＳ８）。

そして、最大頻度を有する電圧となる最頻値が抽出され、その電圧の頻度数が、予め設定された最低信頼度数Ｍと比較され（ステップＳ９）、最頻値の頻度数が最低信頼度数Ｍよりも小さな場合は、サンプリングされた値のばらつきが大きいことを意味するため、サンプリングされた値全体の信頼度が低いと判断され、入力バッファ３１に記憶された電圧が破棄され、ステップＳ１に戻り、サンプリングがやり直される。なお、最低信頼度数Ｍは、座標検出装置の状態により決定する。

一方、最大頻値を有する電圧となる最頻値の頻度数が最低信頼度数Ｍ以上である場合は、その電圧が出力値とされて出力指示部３３に通知され、出力指示部３３から出力される（ステップＳ１０）。

このように、統計処理部３５において、最大頻度の電圧の頻度数が最低信頼度数Ｍ以上である場合にのみ、その電圧が最大頻度の電圧として出力指示部３３に通知され、出力指示部３３から押圧点の座標を検出するための電圧として出力されるため、ノイズ等によって、不確実な電圧が連続して測定された場合や、押圧力により電圧が大きく変化した場合であっても、その電圧が、座標を検出するための電圧として出力されず、さらに精度の高い値を得ることができる。

（他の実施の形態）
上述した実施の形態においては、タッチパネル１０に接した瞬間について主に説明したが、タッチパネル１０に触れたまま接点が移動する場合においても、ステップ９の処理により、ある２接点の中間に触れている様な不定な状態を取り除くことが可能である。接点の移動中も意図した値を抽出し続けることが可能である。

本発明は、手書き入力によるコンピューターグラフィックス描画といった用途に適用できる。また、処理能力に制限があるモバイル分野の機器における入力装置の高精度化の手段にも適用可能である。

本発明の座標検出装置の実施の一形態を示すブロック図である。 図１に示したタッチパネルの構造を示す図であり、（ａ）は概観斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は押圧された状態を示す断面図である。 図１及び図２に示した座標検出装置における座標検出方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ タッチパネル
２０ ＡＤ変換器
３０ データ生成処理部
３１ 入力バッファ
３２ 演算処理部
３３ 出力指示部
３４ データフィルタリング部
３５ 統計処理部
４０ ディスプレイ
５０ 制御部
６０ａ，６０ｂ 絶縁体フィルム
７０ａ，７０ｂ 導電性シート

Claims (6)

1. ２枚の導電性シートを互いに接触しない状態で対向させ、押圧された場合に２枚の導電性シートが接触することによって生じる押圧点の電圧に基づいて該押圧点の座標を検出する座標検出装置において、
   前記２枚の導電性シートが接触した際に前記押圧点にて生じる電圧が複数回サンプリングして記憶されるバッファと、
   前記バッファに記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、該複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧を取り除くフィルタリング部と、
   前記バッファに記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、前記フィルタリング部にて取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧を抽出する統計処理部と、
   前記統計処理部にて抽出された電圧を、前記押圧点の座標を検出するための電圧として出力する出力指示部とを有することを特徴とする座標検出装置。
2. 請求項１に記載の座標検出装置において、
   前記統計処理部は、前記最大頻度の電圧の頻度数が所定の数以上である場合にのみ、当該電圧を、最大頻度の電圧として前記出力指示部に通知することを特徴とする座標検出装置。
3. 請求項１に記載の座標検出装置において、
   前記所定の割合は、可変であることを特徴とする座標検出装置。
4. ２枚の導電性シートを互いに接触しない状態で対向させ、押圧された場合に２枚の導電性シートが接触することによって生じる押圧点の電圧に基づいて該押圧点の座標を検出する座標検出方法であって、
   前記２枚の導電性シートが接触した際に前記押圧点にて生じる電圧を複数回サンプリングして記憶する処理と、
   前記記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、該複数の電圧が時系列に並べられた場合の先頭及び末尾から所定の割合の電圧を取り除く処理と、
   前記記憶された複数回のサンプリングによる電圧のうち、取り除かれなかった電圧の中から最大頻度の電圧を抽出する処理と、
   前記抽出された電圧を、前記押圧点の座標を検出するための電圧として出力する処理とを有する座標検出方法。
5. 請求項４に記載の座標検出方法において、
   前記最大頻度の電圧の頻度数が所定の数以上である場合にのみ、当該電圧を、前記押圧点の座標を検出するための電圧として出力することを特徴とする座標検出方法。
6. 請求項４に記載の座標検出方法において、
   前記所定の割合は、可変であることを特徴とする座標検出方法。

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