JP4950018B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷重に対してヒステリシス特性を有する座標入力装置に係わり、特に残留ノイズの影響を少なくして操作性を向上させた座標入力装置に関する。

以下の特許文献１には、カーソルを目的とする位置に正確に止めることを可能とした座標入力装置に関する発明が記載されている。この座標入力装置では、センサー部から出力される荷重データの増加時に対応するカウント値を発生させ、荷重データが減少傾向になったときには、それまでのカウント値を半減させた状態から開始する減少カウント値を発生させることにより、カーソルを移動するとき、目的とする位置の手前でスティック型操作部への押圧を実質的にゆるめたことと等価な操作が行われることにより、カーソルの行き過ぎを防止して、目的とする位置に正確に停止させるというものである。
特開平１０−２１００２号公報

特許文献１に記載された発明では、カーソルの行き過ぎを防止することは可能であるが、荷重に対してヒステリシス特性を有するような場合には対応しきれない場合がある。

例えば、オペレータが操作中にスティックから指を離して荷重を０とした後においては、通常、スティックが傾斜姿勢から直立姿勢に瞬時に戻ることはなく、徐々に直立姿勢に戻されていくことになる。

このため、指をスティックから離した瞬間からスティックが直立姿勢に至るまでの間も荷重データは完全に０とはならず、減少しながらも出力し続ける。このとき出力される荷重データが残留ノイズとして振る舞い、カーソルの移動に反映されると、例えば、オペレータが、カーソルを画面上の任意の一点に停止させようとする場合に、残留ノイズのために一点に停止させることができない、すなわち思い通りの操作をすることができないという問題が生じる。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、荷重に対してヒステリシス特性を有する座標入力装置において、指を操作体から離した後に発生する残留ノイズの影響を防止して操作性を向上させた座標入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、操作部と、前記操作部に対する操作量に応じたデータを出力する歪センサと、前記歪センサーから順次出力されるデータから相対移動量の速度データを得るとともに前記速度データの増加カウントまたは減少カウントを行って座標データを生成する制御部と、を備えた座標入力装置において、
前記制御部では、減少カウントを行っているときに、所定のサンプリング時間ごとに順次出力される複数のカウント値を平均して移動平均値ｂを算出するとともに、
前記移動平均値を得たときに出力されたカウント値ａと前記移動平均値ｂとの差分Ｄｔ（＝ｂ−ａ）を得て、この差分Ｄｔが基準カウント値Ｐ２を超えたときに、前記操作部に対する操作が解除されたものと見なして前記座標データの出力を停止し、または前記カウント値を０として出力することを特徴とするものである。

本発明では、操作部から指を離した後に出力される残留ノイズの影響を受けないようにすることができる。このため、操作性に優れた座標入力装置とすることができる。

また、本発明は、前記差分Ｄｔが前記基準カウント値Ｐ２を超えることに加えて、さらに前記移動平均値を得たときに出力されたカウント値ａが、最小速度に相当する基準カウント値Ｐ１よりも大きい値のときに、前記操作部に対する操作が解除されたものと見なして前記座標データの出力を停止し、または前記カウント値を０として出力することが好ましい。

本発明は、前記制御部が、前記歪センサーから供給される荷重データを速度データに変換するとともに前記速度データが増加しているか減少しているかを検出するデータ変換検出部と、所定のサンプリング時間ごとに得られた前記速度データを、前記データ検出部での増加または減少の検出に基づいて、増加カウントしまたは減少カウントする速度データカウント部と、前記速度データカウント部のカウント値をサンプリング時間ごとに複数得てそれを平均して移動平均値を算出する移動平均算出部と、を有するものとして構成できる。

本発明では、操作部から指を離した後に、出力されるデータを０とすることができるため、残留ノイズの影響を受けずに、操作性に優れた座標入力装置とすることができる。

図１は、本発明における座標入力装置の実施の形態を示すブロック構成図であって、特に荷重に対するヒステリシス特性を有するスティック型の座標入力装置の一例を示すものである。

図１に示されるように、スティック型操作部１は、その付け根部分の横方向（Ｘ軸方向）両側に２つの横方向側歪ゲージ（圧力検出センサー部）２Ｈ−１、２Ｈ−２が貼り付けられ、同じ付け根部分の縦方向（Ｙ軸方向）両側に２つの縦方向側歪ゲージ（圧力検出センサー部）２Ｖ−１、２Ｖ−２が貼り付けられる。

２つの横方向側歪ゲージ２Ｈ−１、２Ｈ−２は電源端子Ｖｃｃと接地点間に直列接続され、２つの縦方向側歪ゲージ２Ｖ−１、２Ｖ−２も電源端子Ｖｃｃと接地点間に直列接続される。

スティック型操作部１の先端がオペレータの指先で押圧操作されると、基端側を支点として頭部が揺動し、スティック型操作部１全体が傾倒する。このとき、スティック型操作部１では、押圧力の横方向成分の大きさおよび極性に応じて横方向側歪ゲージ２Ｈ−１、２Ｈ−２の抵抗値が相対的に変動し、同様にして、押圧力の縦方向成分の大きさおよび極性に応じて縦方向側歪ゲージ２Ｖ−１、２Ｖ−２の抵抗値も相対的に変化する。

横方向側差動増幅器（ＤＡＭＰ）３Ｈは、一方の入力が２つの横方向側歪ゲージ２Ｈ−１、２Ｈ−２の接続点に結合され、他方の入力が横方向側デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５Ｈの出力に結合される。縦方向側差動増幅器（ＤＡＭＰ）３Ｖも、一方の入力が２つの縦方向側歪ゲージ２Ｖ−１、２Ｖ−２の接続点に結合され、他方の入力が縦方向側デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５Ｖの出力に結合される。横方向側アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４Ｈは、入力が横方向側差動増幅器３Ｈの出力に結合され、縦方向側アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４Ｖも、入力が縦方向側差動増幅器３Ｖの出力に結合される。

横方向側デジタル−アナログ変換器５Ｈは、入力が中央制御装置（ＣＰＵ）６に結合され、出力が横方向側差動増幅器３Ｈの他方の入力に接続される。縦方向側デジタル−アナログ変換器５Ｖも、入力が中央制御装置（ＣＰＵ）６に結合され、出力が縦方向側差動増幅器３Ｖの他方の入力に接続される。

また、中央制御装置６にはカーソル移動制御部７が結合される。カーソル移動制御部７は、データ変換検出部８と、速度データカウント部９と、移動平均算出部１０と、ノイズ除去部１１とを有して構成される。中央制御装置６には通信制御部１９の入力が結合される。中央制御装置６の出力は、伝送ケーブル２０を介してパーソナルコンピュータ（パソコン）等の本体機器２１の入力に結合され、さらに本体機器２１にディスプレイ等の表示部２２が結合される。

ここで、本実施例の座標入力装置の動作について説明する。ただし、本実施例において、横方向側の各構成要素２Ｈ−１、２Ｈ−２、３Ｈ乃至５Ｈで実行される動作と、縦方向側の各構成要素２Ｖ−１、２Ｖ−２、３Ｖ乃至５Ｖで実行される動作は、実質的に同じであるので、以下の動作説明においては、横方向側の各構成要素２Ｈ−１、２Ｈ−２、３Ｈ乃至５Ｈで実行される動作についてのみ説明し、縦方向側の各構成要素２Ｖ−１、２Ｖ−２、３Ｖ乃至５Ｖで実行される動作の説明は省略する。

オペレータがスティック型操作部１の操作を開始すると、その操作方向及び操作時の荷重の大きさ（操作量）に応じて、横方向側歪ゲージ２Ｈ−１、２Ｈ−２の抵抗値がそれぞれ相対的に変化し、これら抵抗値の変化に対応して横方向側歪ゲージ２Ｈ−１、２Ｈ−２の接続点にスティック型操作部１の操作時の荷重力を表わす直流電圧が発生し、この直流電圧が荷重データとして横方向側差動増幅器３Ｈに供給される。横方向側差動増幅器３Ｈは、前記直流電圧と横方向側デジタル−アナログ変換器５Ｈから供給される補正値とを差動増幅し、それらの差のアナログ出力電圧を発生する。横方向側アナログ−デジタル変換器４Ｈは、横方向側差動増幅器３Ｈのアナログ出力電圧をデジタル変換し、デジタル荷重速度データとして中央制御装置６に供給する。

次いで、中央制御装置６は、横方向側アナログ−デジタル変換器４Ｈから出力されるデジタル荷重データをデータ変換検出部８に供給し、デジタル速度データに変換してその変化状態を検出する。データ変換検出部８では、荷重データを時間微分することにより速度データに変換する。すなわち、Ｆ＝ｍａ（Ｆは力（荷重）、ｍは質量、ａは加速度）の関係から力（荷重）が判かれば加速度が求まるので、これを時間積分することによりデジタル速度データに変換する。なお、ここで算出されるデジタル速度データは、相対移動量データのＸＹ移動量ベクトル値を意味する。

さらにデータ変換検出部８は、デジタル速度データが右肩上がりの単純増加傾向にある場合には、単純増加を表す第１の検出出力を発生し、中央制御装置６に供給する。他方、デジタル速度データが右肩下がりの単純減少傾向にある場合には、データ変換検出部８は、単純減少を表す第２の検出出力を発生し、中央制御装置６に供給する。

中央制御装置６は、データ変換検出部８から供給された出力が第１の検出出力である場合には、これに応答して速度データカウント部９のカウント状態を増加単純カウント状態に設定する。他方、データ変換検出部８から供給された出力が第２の検出出力である場合には、これに応答して速度データカウント部９のカウント状態を減少単純カウント状態に設定する。

それにより、速度データカウント部９は、中央制御装置６から所定のサンプリング時間ごとに供給されるデジタル速度データに対する増加カウントまたは減少カウントを行い、単純増加または単純減少を示す出力カウント値を発生し、中央制御装置６に供給する。

次いで、中央制御装置６は、速度データカウント部９から供給された出力カウント値を、所定のサンプリング時間ごとに移動平均算出部１０に供給する。移動平均算出部１０は、速度データカウント部９から所定のサンプリング時間ごとに供給される出力カウント値を、前記サンプリング時間ごとに平均化した平均カウント値（移動平均値）を算出し、これを中央制御装置６に供給する。次いで、中央制御装置６は、移動平均算出部１０から供給された平均カウント値をノイズ除去部１１に供給する。ノイズ除去部１１は、後述する所定のノイズ除去処理を行った後の除去カウント値を中央制御装置６に供給する。

次いで、中央制御装置６は、ノイズ除去部１１から供給された除去カウント値を、伝送ケーブル２０を通してパソコン等の本体機器２１に伝送させる。本体機器２１は、除去カウント値が供給されると、ＯＳ内に格納されている座標変換ソフトウェアを用いて表示に適した座標データに処理した後、表示部２２に供給して表示部２２に表示されたカーソルをその座標データの内容に応じて適宜横方向に移動させる。

なお、座標入力装置側に、図示しない座標データ発生部を設け、この座標データ発生部を用いて除去カウント値から表示に適した座標データに変換し、その後に変換後の座標データを本体機器２１に供給する構成とするものであってもよい。すなわち、除去カウント値から座標データへの変換処置は、ファームウェアとして座標入力装置側が有する構成であってもよいし、上記のように除去カウント値のみをパソコン等の本体機器２１に送り、本体機器２１が有するソフトウェアを用いて座標データへの変換処置を行う構成とするものであってもよい。

次に、ノイズ除去処理について説明する。
図２は、スティック型操作部１の操作時に、時間経過に伴う出力の変化状態の一例を示す特性図である。図２において、折れ線Ａは速度データカウント部９から供給されるカウント値（以下、生カウント線Ａ）を示し、破線Ｂは移動平均算出部１０から供給される平均カウント値（以下、平均カウント線Ｂ）を示し、実線Ｃはノイズ除去部１１からの出力されるノイズ除去後の平均カウント値（除去カウント値）（以下、除去カウント線Ｃという）を示している。なお、一点鎖線Ｄは、理想的なスティック型操作部１が理想的に振る舞うときのカウント値を示している。

理想的な場合、すなわち、時刻ｔ０のときにオペレータがスティック型操作部１をいずれかの方向に傾倒させた状態で指を離したときに、瞬時にスティック型操作部１が直立姿勢に戻り、速度データカウント部９の出力が０になる場合には、速度データカウント部９から出力されるカウント値の特性は一点鎖線Ｄのようになる。

しかし、実際には、指をスティック型操作部１から離すと、スティック型操作部１は瞬時に直立姿勢に戻ることはなく、時間を掛けてゆっくりと直立姿勢に戻される。よって、実際の速度データカウント部９から出力は、生カウント線Ａに示すようなジグザグな特性となる。ここでは、指を離した時刻ｔ０からスティック型操作部１が直立姿勢に達した時刻ｔｘまで間、速度データカウント部９からは漸次減少する減少カウント値が出力される。

ここで、生カウント線Ａを構成するカウント値が、所定のしきい値以下になった場合に、座標入力装置から出力カウント値＝０を出力させる処理方法が考えられる。

しかし、アナログ−デジタル変換器４Ｈから印加されるデジタル荷重データには残留ノイズが含まれており、これを変換したデジタル速度データおよびデジタル速度データから求められる生カウント線Ａも残留ノイズの影響を受ける。

このため、しきい値を基準に信号の有無を判定しようとすると、ノイズの影響を受け、特にしきい値の近傍では生カウント値Ａごとに判定が反転し、安定した出力を得ることが困難となりやすい。

そこで、本発明では、移動平均算出部１０が、速度データカウント部９から所定のサンプリング時間（例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ）ごとに出力される減少カウント値からＮ回（Ｎは２以上に自然数）分の単純移動平均である平均カウント値（数十〜数百ｍｓｅｃ分）を算出している。

例えば、図２に示すように、連続する各時刻ｔ_０，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３・・・，ｔ_Ｎに、速度データカウント部９から供給される各カウント値をａ_０，ａ_１，ａ_２，ａ_３，・・・ａ_Ｎとする。移動平均算出部１０はこれらのカウント値ａ_０，ａ_１，ａ_２，ａ_３，・・・ａ_Ｎから、以下の数１（単純移動平均値ＳＭＡによる式）から時刻ｔ_Ｎ）における平均カウント値ＡＣ（ｔ_Ｎ）を、所定のサンプリング周期ごとに算出する。なお、Ｎは平均化するカウント値の個数であり、２以上の自然数である。

ＳＭＡ（ｔ_Ｎ）＝（ａ_０＋ａ_１＋ａ_２＋・・・＋ａ_Ｎ−１）／Ｎ （数１）
なお、数２に示すように、次の時刻ｔ_Ｎ＋１の単純移動平均ＳＭＡ（ｔ_Ｎ＋１）を求めるには、新たなカウント値ａ_Ｎを加え、一番古いカウント値ａ_０を除くことにより求まる。

ＳＭＡ（ｔ_Ｎ＋１）＝（ａ_１＋ａ_２＋ａ_３＋・・・＋ａ_Ｎ）／Ｎ （数２）
図２に示すように、数１および数２から求まる平均カウント値をチャート化した平均カウント線Ｂは、カウント値をチャート化した生カウント線Ａよりも時間的な遅れが生じるものの、全体としては生カウント線Ａよりも平滑性に優れる。このため、平均カウント線Ｂを基準とすることにより、残留ノイズの影響を受けにくく安定した出力を得ることが可能となり、操作性を向上させることが可能である。

次に、平均カウント値Ｂを用いての有効なノイズ除去の処理方法について説明する。
以下に説明においては、ノイズ除去の処理方法が、座標入力装置側のファームウェアとして行われる場合について説明するが、これに限られるものではなく、データの供給を受けた本体機器２１側のＯＳ内に格納されるソフトウェアを用いて行うものであってもよい。

中央制御装置６は、平均カウント線を以下の２つの条件を満たすか否かを監視する。
ここで、第１の条件は、速度データカウント部９から出力される生カウント線Ａ上の現在のカウント値Ｏｔ（図２では、Ｏｔ＝ａ３）が、最小速度に相当する第１の基準カウント値Ｐ１よりも大きいことである。

なお、第１の基準カウント値Ｐ１である最小速度とは、スティック型操作部１を操作するのに必要な最小の荷重でスティック型操作部１を傾倒させたときに、前記スティック型操作部１に生じる速度の最小値に相当するカウント値を意味する。

第２の条件は、移動平均算出部１０から出力される平均カウント線Ｂ上のカウント値（例えばｂ３）と、速度データカウント部９から出力される生カウント線Ａ上の現在のカウント値（例えばａ３）とを比較したときに、これらの差分Ｄｔ（＝ｂ３−ａ３）が所定の第２の基準カウント値Ｐ２を超えることである。

ノイズ除去部１１は、第１の条件を満たす場合、すなわち現在のカウント値Ｏｔが第１の基準カウント値Ｐ１（最小速度）よりも大きい場合（Ｏｔ＞Ｐ１）には、スティック型操作部１は直立姿勢または直立姿勢に近い姿勢にはなく、いずれかの方向に大きく倒れた姿勢から直立姿勢に復帰する途中の段階であると把握する。なお、現在のカウント値Ｏｔがマイナス（Ｏｔ＜０）の場合は、直立姿勢からいずれかの方向に倒れる段階にあると把握する。

またノイズ除去部１１は、第２の条件を満たす場合、すなわち差分Ｄｔが第２の基準カウント値Ｐ２を超えた場合（Ｄｔ＞Ｐ２）は、平均カウント線Ｂ上のカウント値である移動平均値に対して現在のカウント値が大きくかけ離れることから、オペレータがスティック型操作部１に与えていた力（荷重）を意図的に０に抜いた状態であると把握する。

上記第２の基準カウント値は、移動平均算出部１０から出力される平均カウント線Ｂ上のカウント値（例えばｂ３）により、異なる値としても良い。

よって、ノイズ除去部１１は、第１の条件と第２の条件の双方の条件を満たす場合には、オペレータがスティック型操作部１から指を離したものと見なし、ノイズ除去部１１から出力される除去カウント値を０とし、あるいは平均カウント値の約１／１００倍などほぼ０と見なせる値に強制的に設定し、前述のように中央制御装置６に供給する。

そして、中央制御装置６からは、ほぼ０の除去カウント値が通信制御部１９および伝送ケーブル２０を通してパソコン等の本体機器２１に伝送される。

あるいは、座標入力装置から本体機器２１に座標データが出力される場合にあっては、パソコン等の本体機器２１に伝送される座標データの出力が停止される。

このように、オペレータは指をスティックから離した瞬間からスティックが直立姿勢に至るまでの間において、横方向側アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）４Ｈから荷重データが出力され続けた場合においても、本体機器２１に対しては、残留ノイズの影響を受けないほぼ０の除去カウント値が供給され、または座標データの供給を停止することにより、残留ノイズに基づく不安定な荷重データがカーソルの移動に反映されることをなくすことができる。よって、オペレータは思い通りの操作をすることが可能となり、例えば、カーソルを、画面上の任意の一点に停止させることができるようになるなど、操作性を高めることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、スティック型の操作体からなる座標入力装置を用いて説明したが、荷重に対するヒステリシス特性を有する操作体であれば、その他の操作体からなる座標入力装置であってもよい。

本発明のスティック型の座標入力装置の実施の形態を示すブロック構成図、 スティック型操作部１の操作時に、時間経過に伴う出力の変化状態の一例を示す特性図、

符号の説明

１ スティック型操作部
２Ｈ−１、２Ｈ−２ 横方向側歪ゲージ（圧力検出センサー部）
２Ｖ−１、２Ｖ−２ 縦方向側歪ゲージ（圧力検出センサー部）
３Ｈ 横方向側差動増幅器（ＤＡＭＰ）
３Ｖ 縦方向側差動増幅器（ＤＡＭＰ）
４Ｈ 横方向側アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
４Ｖ 縦方向側アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
５Ｈ 横方向側デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
５Ｖ 縦方向側デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
６ 中央制御装置（ＣＰＵ）
７ カーソル移動制御部
８ データ変換検出部
９ 速度データカウント部
１０ 移動平均算出部
１９ 通信制御部
２０ 伝送ケーブル
２１ 本体機器（パソコン）
２２ 表示部

Claims (3)

1. 操作部と、前記操作部に対する操作量に応じたデータを出力する歪センサと、前記歪センサーから順次出力されるデータから相対移動量の速度データを得るとともに前記速度データの増加カウントまたは減少カウントを行って座標データを生成する制御部と、を備えた座標入力装置において、
   前記制御部では、減少カウントを行っているときに、所定のサンプリング時間ごとに順次出力される複数のカウント値を平均して移動平均値ｂを算出するとともに、
   前記移動平均値を得たときに出力されたカウント値ａと前記移動平均値ｂとの差分Ｄｔ（＝ｂ−ａ）を得て、この差分Ｄｔが基準カウント値Ｐ２を超えたときに、前記操作部に対する操作が解除されたものと見なして前記座標データの出力を停止し、または前記カウント値を０として出力することを特徴とする座標入力装置。
2. 前記差分Ｄｔが前記基準カウント値Ｐ２を超えることに加えて、さらに前記移動平均値を得たときに出力されたカウント値ａが、最小速度に相当する基準カウント値Ｐ１よりも大きい値のときに、前記操作部に対する操作が解除されたものと見なして前記座標データの出力を停止し、または前記カウント値を０として出力する請求項１記載の座標入力装置。
3. 前記制御部が、前記歪センサーから供給される荷重データを速度データに変換するとともに前記速度データが増加しているか減少しているかを検出するデータ変換検出部と、所定のサンプリング時間ごとに得られた前記速度データを、前記データ検出部での増加または減少の検出に基づいて、増加カウントしまたは減少カウントする速度データカウント部と、前記速度データカウント部のカウント値をサンプリング時間ごとに複数得てそれを平均して移動平均値を算出する移動平均算出部と、を有する請求項１または２記載の座標入力装置。

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