JP5353877B2 - 入力装置とその入力装置を備えた端末および入力方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話・ＰＤＡ・ノートＰＣといった携帯機器に適用可能な入力装置および入力方法に関する。

可搬性を重視する携帯機器やディスプレイなどの表示部を重視する携帯機器における入力装置において、機器上の入力部を小さくした入力装置が求められている。
機器上の入力部のスペースを小さくするための方法として、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の指圧を検知することで、ポインタや文字入力操作を行なうものがある。この例としては、トラックポイントを用いて、その指圧変化パターンから手書き文字入力を行なうものがある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献1に記載されたものでは、入力動作を行なう指先の移動がないため動作確認が難しく、入力のために慣れが必要となり、入力ミスの原因にもなる。
また、検出部を機器から切り離し、その検出部を独立して配置する方法がある。この例としては、体に検出部を装着させることにより入力を行なう装置がある（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この方式では、入力部を機器とは別に用意する必要があり、可搬性には優れていない。また、操作者に検出部をとりつけるわずらわしさもある。
特開2005-301874号公報 特表2004-537802号公報

情報端末などの電子機器における入力装置の入力部（入力エリア）を小さくした場合の入力操作は、ポインティング操作における位置決めや速度制御といった細かい操作が難しくなる。なぜなら、小さい入力エリアでの入力は、制御をするために操作体系の複雑な動作や機器の微妙な操作が必要なためである。
而して、手書き文字入力のような操作では、大きい入力エリアが必要となる。なぜなら、手書き文字入力等の入力操作では、スクロールを伴う操作や入力の開始位置を絶対位置で指定する必要があるため、大きい入力エリアが要求されるからである。つまり、従来の入力装置では、スクロール動作や手書き文字入力と入力エリアの縮小とを両立させることは困難であった。
一方、特許文献２にて開示されたような、入力部を機器から切り離して人体に装着させる方式によれば、機器上での入力部エリアを縮小するという要請には応えることができる。
しかしながら、この方式では、入力部を操作者に取り付けるわずらわしさがあり、また入力操作を行なわない時は邪魔である。
本発明の目的は、可搬性を重視する携帯機器やディスプレイなどの表示部を重視する携帯機器における入力装置において、機器上の入力部を小さくすることによる、操作者の使いにくさを改善させる装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、検出部に体の一部を接触させ、その体の接触部の近傍になぞり動作（その体の接触部の近傍をその体の接触部とは異なる部分をスライドさせる動作）が行なわれた際に、そのなぞり動作を特定し、そのなぞり動作に応じた表示が提示される入力装置であって、体の先端で接触するように配置されており、前記体の先端が接触され、その体における接触部の近傍が入力により押し込み動作若しくはなぞり動作を受けた際に、前記体を介して伝達した力を検出して、検出データとして出力する検出部と、所定の時間間隔をおいて前記検出データを記録するためのタイミングを生成し、これをタイミングデータとして出力するタイマ管理制御手段と、前記検出データと前記タイミングデータに基づいて前記検出データの時系列データを作成し、この時系列データと予め設定されているデータベースの蓄積データを対比して、入力された動作を特定し、その入力動作を入力情報特定データとして出力する入力情報特定手段と、を有することを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明は、検出部に体の一部が接触し、その体の接触部の近傍になぞり動作が行なわれた際に、そのなぞり動作を特定し、そのなぞり動作に応じた表示を提示する入力方法であって、体の先端が接触され、その体における接触部の近傍が入力により押し込み動作若しくはなぞり動作を受けた際に、前記体を介して伝達した力を検出して、検出データとして出力する検出ステップと、所定の時間間隔をおいて前記検出データを記録するためのタイミングを生成し、これをタイミングデータとして出力するタイマ管理制御ステップと、前記検出データと前記タイミングデータに基づいて検出データの時系列データを作成し、この時系列データと予め設定されているデータベースの蓄積データを対比して、入力した動作を特定し、その入力動作を入力情報特定データとして出力する入力情報特定ステップと、を実行することを特徴とする。

本発明によれば、入力エリアは人体上に設けられ、入力をするためになぞる力は、接触している体を通して機器の検出部に伝達されるため、機器上における検出部を小さくすることができる。そして、本発明によれば、機器上の検出部を小さくしても、細かい操作が可能になる。なぜなら、従来の機器上の棒状のものを傾斜させ、傾斜角度によりポインティングするのとは対照的に、本発明の入力方法によると、ポインタの移動速度や移動量を、操作する速度や操作移動量に反映させることができるからである。また、本発明によれば、入力を検出する検出部は小さいが、入力を行なう入力エリアは大きく取ることが可能であるため、スクロールを伴い、大きい操作領域が必要な操作や、入力の開始位置を絶対位置で指定する操作を精度よく容易に行なうことができる。さらに、本発明は、操作者が自身の体を通して入力をおこなうものであるため、入力が行なわれたことがからだに接触されたことにより感じ取ることができ、どこの位置への入力を行なっているのかを入力部を見ることなく確認することが可能であり、入力の確認性が高い。また、本発明の入力装置は、体に検出部材を巻きつけるわずらわしさがなく、入力を検出する検出部は機器と体との接触部分だけにあり、可搬性にも優れる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の入力装置の構成を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、本実施の形態の入力装置は、入力を行なう指先と接触する位置に配置されていて、力を検出すると、複数の検出データａを出力する複数の検出部２を含む入力部３と、検出データａを監視し、検出部２に入力が行なわれたことを検出すると活性化されて、ある一定の時間間隔で入力を検出するタイミングとなるトリガーを生成し、これをタイミングデータｃとして出力するタイマ管理制御部６と、検出データａとタイミングデータｃを受けると、タイミングデータｃのトリガーに基づいて検出データａをトリガー毎の時系列データに変換し、この時系列データと予め記憶されているデータベース４の蓄積データｂを対比することで、入力動作を特定し、その入力動作を入力情報特定データｄとして出力する入力情報特定手段５と、により構成されている。

図２は、入力部３の一例を示した斜視図である。図２において、斜線の施された領域が入力エリア１であって、この例では、左手の親指の背、人差し指の背およびそれらの間の手の甲の一部が、入力エリア１に設定されている。そして、親指の先端部と人差し指の先端部が検出部２に接触している。例えば、右手の指で入力エリア１上をなぞると、時間変化する垂直方向の力と水平２方向の力が検出部２により検出される。なお、図２において、８は情報端末、９はその情報提示部である。
図２に示した入力エリア１は、図３に示すように、複数の領域に分割されている。その分割の一例を説明すると、入力エリア１は、人差し指において、各関節の間に分布した第１入力エリア１_１から第３入力エリア１_３のように分割され、手の甲に渡って第４入力エリア１_４、親指において、各関節間に分布した第５入力エリア１_５から第７入力エリア１_７のように分割されている。

図４は、本実施の形態の入力装置において用いられる検出部２の具体的構造を示した断面図である。図４に示すように、検出部２は、操作者の指先が接触し、実際に押し込みが行なわれるキートップ２_１と、キートップ２_１の下側に配置された、平面形状が長方形の平行板２_２と、平行板２_２の四隅下に配置された感圧センサ２_３とを有する。四つの感圧センサ２_３を用いて、４点に加わる力の分布から３方向成分の力を検出する。すなわち、指先との接触面から垂直方向に押し込む力と、指先方向にスライドさせる力と指側面垂直方向にスライドさせる力の水平面方向２成分との、３成分方向の検出をする。
なお、本願明細書において、押し込み方向、指先方向、指側面垂直方向は次の意味で用いられている。押し込み方向（ｚ方向）とは、平行板２_２に垂直の方向である。指先方向（ｘ方向）は、平行板２_２に平行で指が指す方向である。指側面垂直方向（ｙ方向）は、押し込み方向と指先方向とに垂直の方向である。
感圧センサ２_３は、３方向成分の検出データを外部に出力するための配線基板１０上に固定されている。なお、図４において、１１は筐体、１２はベースである。
図１（ａ）に示される入力装置から出力される入力情報特定データｄは、例えばモニタ上に表示される。そのための構成を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示す入力装置において、情報提示手段７は、入力情報特定データｄをうけて、その動作に割り当てられたポインタの位置・動作などの機能を情報提示装置上に提示する。

［動作］
次に、本実施の形態の動作を図１及び図５を参照して説明する。まず、機器と指先で接触している指への押し込みが行なわれると、ステップＳ１０１において、検出部２が、指先との接触面から垂直方向に押し込む力と指先方向にスライドさせる力と指側面垂直方向にスライドさせる力とを検出し、３方向成分をそれぞれ押し込みデータ、指先スライドデータ、指側面垂直スライドデータとして検出データａとして出力する。ステップＳ１０２において、タイマー管理制御手段６は、検出部２に入力が行なわれたことを検知すると、一定の時間間隔で、入力情報特定手段５において検出データ２を採取しデータとして記録するためのタイミングを生成し、タイミングデータｃとして出力する。ステップＳ１０３において、入力情報特定手段５は、３方向成分の検出データａをタイミングデータｃに基づき時系列のデータに変換し、これと、予めデータベース４に保存されている時系列のデータである蓄積データｂとを対比することにより、どの入力動作が行なわれているかの特定を行ない、入力情報特定データｄとして出力する。入力装置が、図１（ｂ）に示されるように、情報提示手段７を有している場合、ステップＳ１０４において、情報提示手段７は、特定された入力情報特定データｄに割り当てられたポインタの位置・動作などの機能を表示画面上に表示する。

次に、入力エリアになぞりが行なわれた際に、指のどの部分が現に押し込まれているのかを、検出データａに基づいて特定することができる理由について、左手人差し指を用いて説明する。なお、ここでは、検出部２で検出された３方向成分の力の内、垂直方向に押し込む力と、指先方向にスライドさせる力との２方向成分の力を用いて説明する。
図６は、入力エリア１のある人差し指を関節ごとに分割して表した図である。図６に示すように、入力エリア１を、指先から第一関節まで、第一関節から第二関節まで、第二関節から第三関節までの３つの領域に分け、それぞれを第１入力エリア１_１、第２入力エリア１_２、第３入力エリア１_３とする。また指は骨により剛性が保たれていることと、その相互間が関節によりつながれているため、仮想的に両端を回転角度に制限のある回転支持により支えられている梁であると考えることができる。また、各入力エリア１_１、１_２、１_３の梁の長さをそれぞれｌ_１、ｌ_２、ｌ_３とする。

図７は、各入力エリア１_１〜１_３を押し込んだ際の力の釣り合いを示した摸式図である。図７を参照して、検出部２で検出された力の２方向成分と各入力エリア１_１〜１_３との関連づけについて説明する。
図７のｉ）欄には、第１入力エリア１_１を押し込んでいる状態が示されている。第１入力エリア１_１を押し込んだ時には第一関節が力のモーメントにより第１入力エリア１_１と第２入力エリア１_２とを直線でつなぐ角度でこれ以上曲がらなくなるため、水平方向の長さの拘束条件、垂直方向の長さの拘束条件、水平方向力のつりあい条件、垂直方向力のつりあい条件、指の付け根回りのモーメントのつりあい条件、指先回りのモーメントのつりあい条件により成り立つ６つの条件式から、押し込みを行なう力、指の付け根である第三関節での力、そして検出部２に加わる力の分力である垂直方向に押し込む力と水平方向にスライドさせる力の間の関係式を求めることができる。
指先から指の付け根までの水平方向の長さをｗ、高さをｈとする。指先における第１入力エリア１_１の軸の水平方向からの角度をθ_１、指の付け根における第３入力エリア１_３の軸の垂直方向からの角度をθ_３とする。押し込みを行なう力は垂直方向に働き、その力をＦとする。また押し込みを行なう位置は各入力エリア１_１〜１_３におけるはりの中間であるとする。指先にかかる力の水平方向の力をＦ_１ｘ、垂直方向の力をＦ_１ｚとする。指の付け根にかかる力の水平方向の力をＦ_３ｘ、垂直方向の力をＦ_３ｚとする。
水平方向の長さの拘束条件：
ｗ=ｌ₃ｓｉｎθ_３+(ｌ_１+ｌ₂)ｃｏｓθ_１
垂直方向の長さの拘束条件：
h=ｌ₃ｃｏｓθ_３+(ｌ_１+ｌ₂)ｓｉｎθ_１
水平方向力のつりあい条件：
Ｆ_１ｚ+Ｆ_３ｚ=Ｆ
垂直方向力のつりあい条件：
Ｆ_３ｘ=Ｆ_１ｘ
指の付け根回りのモーメントのつりあい条件：

指先回りのモーメントのつりあい条件：

これらの釣り合い式に、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、θ_１、θ_３に適当な値を代入することにより、指先にかかる水平方向の力Ｆ_１ｘ、垂直方向の力Ｆ_１ｚを算出することができる。

同様に、第２入力エリア１_２に押し込みを行なう場合にも、図７のii）に示される釣り合い式から水平方向の力Ｆ_１ｘと垂直方向の力Ｆ_１ｚを算出することができる。図示した例では、第二関節で曲がり第一関節では曲がっていないが、第２入力エリア１_２に押し込みが行なわれた場合ついては、力を加える位置や角度に依存し、第３入力エリア１_３に押し込みが行なわれた場合と同様に、第二関節が第２入力エリア１_２と第３入力エリア１_３とを直線でつなぐ角度で保たれる場合もある。
第３入力エリア１_３に押し込みが行なわれた場合については、第３入力エリア１_３を押し込んでいる状態を示す図７のiii）に示されるように、第３入力エリア１_３を押し込んだ時には第二関節が力のモーメントにより第２入力エリア１_２と第３入力エリア１_３とを直線でつなぐ角度でこれ以上曲がらなくなるため、図７の同欄に記載の釣り合い式が成立し、第１、第２入力エリア１_１、１_２に押し込みが行なわれた場合と同様に、算出が可能である。
また指に力を入れることで関節が曲がらないように保っている場合には指全体が一つの剛体と仮定することが可能なため、同様に力の釣り合いにより算出することができる。
以上のように、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、Ｆ、θ_１、θ_３に適当な値を代入することより、各場合について水平方向の力Ｆ_１ｘと垂直方向の力Ｆ_１ｚを求めることができるが、ここで、第１、第２、第３入力エリアに押し込みを行なった場合のＦ_１ｘとＦ_１ｚをそれぞれ、Ｆ_１ｘ（１）、Ｆ_１ｚ（１）；Ｆ_１ｘ（２）、Ｆ_１ｚ（２）；Ｆ_１ｘ（３）、Ｆ_１ｚ（３）と表わすものとすると、図７に示すように、
Ｆ_１ｘ（１）＜Ｆ_１ｘ（２）＜Ｆ_１ｘ（３）
Ｆ_１ｚ（１）＞Ｆ_１ｚ（２）＞Ｆ_１ｚ（３）
が成立する。従って、
Ｆ_１ｘ（１）／Ｆ_１ｚ（１）＜Ｆ_１ｘ（２）／Ｆ_１ｚ（２）＜Ｆ_１ｘ（３）／Ｆ_１ｚ（３）
が成立する。このことから、検出データａの押し込みデータ（Ｆ_１ｚ）とスライドデータ（Ｆ_１ｘ）との比から押し込みを行なっている入力エリアを特定できることが分かる。従って、Ｆ_１ｘ／Ｆ_１ｚの時間経過を調べれば、なぞりが指根元から指先方向へと行なわれたのか、逆に指先から指根元方向へと行なわれたのかを判別することができる。つまり、なぞり動作の特定が可能になる。

次に、図６に示した指の各入力エリア１_１、１_２、１_３に、操作者から見て左右方向になぞり動作が行なわれた場合に、検出データａに基づいてなぞり動作の特定が可能である理由について説明する。図８は、左の人差し指を模式的に示す図であって、図６に示した部分と同じ部分を示す図であるが、図８においては、各入力エリアはそれぞれ２つの領域に分けて示されている。例えば、第１入力エリア１_１は、指の中心線の右側（操作者から見て）の第１入力エリア橈骨側１_１１と、その左側の第２入力エリア尺骨側１_１２の２つの領域に分けられている。第２入力エリア１_２は、指の中心線の右側（操作者から見て）の第１入力エリア橈骨側１_２１と、その左側の第２入力エリア尺骨側１_２２の２つの領域に分けられている。第３入力エリア１_３は、指の中心線の右側（操作者から見て）の第１入力エリア橈骨側１_３１と、その左側の第２入力エリア尺骨側１_３２の２つの領域に分けられている。例えば、第１入力エリア橈骨側１_２１を押し込んだ際には、指側面垂直方向の左側（尺骨側）へ、第２入力エリア尺骨側１_２２を押し込んだ際には、指側面垂直方向の右側（橈骨側）への力が発生することになり、出力される検出データａを検証することにより、第２入力エリア１_２が、橈骨側から尺骨側へとなぞられたのか、あるいは、尺骨側から橈骨側へとなぞられたのかを判別することができる。第１入力エリア１_１、第３入力エリア１_３についても同様である。

次に、ステップＳ１０３において、検出データａとタイミングデータｃから得られた時系列データと、データベース４の蓄積データｂとを対比して、入力動作を特定する方法の一例について説明する。
図９は、データベース４に保存されている入力動作に応じた押し込み方向とスライド方向（２方向）の時系列データを表した図である。図９に示すように、データベース４には、テンプレートとしての時系列のデータが入力動作に対応づけされて蓄積データｂとして格納されている。
図９左欄には、左手人差し指とこの指に対して入力動作として行なわれるなぞり動作（スライド動作）の方向が矢印にて示されている。図９右欄には、なぞり動作につれて変化する３方向の力が示されている。
図９ｉ）は、第２入力エリア１_２を左方向（入力を行なうものから見て）になぞった場合、つまり第２入力エリア橈骨側１_２１からスタートして第２入力エリア尺骨側１_２２へとなぞった場合を示し、図９ii）は、第２入力エリア１_２を右方向になぞった場合、つまり第２入力エリア尺骨側１_２２からスタートして第２入力エリア橈骨側１_２１へとなぞった場合を示している。また、図９iii）は、左手人差し指を指根元から指先方向になぞった場合、つまり第３入力エリア１_３から第１入力エリア１_１へとなぞった場合を示し、図９iv）は、左手人差し指を指先から指根元方向になぞった場合、つまり第１入力エリア１_１から第３入力エリア１_３へとなぞった場合を示している。それぞれのなぞり動作に対応して、図９右欄には、それぞれのなぞり動作を特定できる特有の時系列パターンが示されている。したがって、時系列データのパターンを特定することができれば、対応する入力動作を特定することができる。

入力情報特定手段５では、検出データａから生成された時系列データと蓄積データｂの時系列データである蓄積データｂとを、パターン認識の１つであるＤＰマッチングアルゴリズムにより対比して、入力動作の特定を行なう。
図１０は、ＤＰマッチングによる処理の概略を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０１にて、タイミングデータｃごとに取得された検出データａの時系列データと蓄積データｂとの要素間の距離を算出する。続いて、ステップＳ２０２にて、算出された要素間の距離を使い、経路最小コストを算出する。最後に、ステップＳ２０３にて、算出された経路最小コストを使い、時系列である検出データａの入力パターンとして、蓄積データｂにある一時系列データを特定し、その時系列データに対応する入力動作を入力情報特定データｄとして出力する。

次に、図１０に示される各ステップについて更に詳しく説明する。まず、本発明で用いるタイミングデータｃごとに取得された検出データａは、押し込みはじめから押し込み終わりまで(なぞりはじめからなぞり終わりまで)の垂直方向に押し込む力と指先方向にスライドさせる力と指側面垂直方向にスライドさせる力の時系列データであるため、
P=(p_１，p_２，…，ｐ_i，…，ｐ_I)
となり〔ｉは時系列(i=1， …，I) 〕、それぞれの時系列ごとのデータは指先方向にスライドさせる力、指側面垂直方向にスライドさせる力、垂直方向に押し込む力と含めた
p_ｉ=(p_ｉｘ，p_ｉｙ，p_ｉｚ)
となる。
また参照パターンも同様に３成分の分力の時系列データであるため、

となり〔ｊは時系列(j=1， …，J)、ｋはそれぞれの参照パターンを表した添え字〕、検出データａと同様にそれぞれの時系列ごとのデータは指先方向にスライドさせる力、指側面垂直方向にスライドさせる力、垂直方向に押し込む力とを表した
r_ｊ=(r_ｊｘ，r_ｊｙ，r_ｊｚ)
となる。

ＤＰマッチングは、ＤＰマッチング経路図を表した図１１に示すように、格子上に並んでおり、その経路にコストがあり、その総和が最も小さくなる経路とその総コストを算出して、入力パターンに最も近い参照パターンを見出す手法である。
まず、ステップＳ２０１で検出データａの時系列データと蓄積データｂとの要素間の距離算出を行なう。
(I，j)における格子点でのコストは、

で表される。これを全ての格子点で算出する。
次に、ステップＳ２０２で経路最小コストの算出を行なう。図１２は格子点上での最小累積コストを説明した図である。図１２を用いて、(I，j)における格子点の算出式として、

と表すことができる。これは対称型の経路制限を含めた式である。これを時系列I，jの小さい値から繰り返し求める。
次に、ステップＳ２０３のパターン間距離算出において、
（Ｉ，Ｊ）における、

を計算することにより、入力パターン（検出データａの時系列データ）と参照パターン（蓄積データｂの時系列データ）とのパターン間距離が求まる。これを予め保存されているパターン全てに適用し、最も小さいパターン間距離に相当する参照パターンに対応する入力動作が検出データａの入力動作と特定され、これが入力情報特定データｄとして出力される。

本実施の形態では、ＤＰマッチングを用いたが、時系列を含めマッチングを行なう手法または動作を含め特定するものであれば、他の方法を用いてもよい。
また、入力動作を特定する際、変化の仕方により、割り当てる入力動作を変えてもよい。例えば、単位時間当たりの入力エリア１の変化が大きい際にはポインタ操作やスクロール動作が速くまたは大きく行なわれたと判断し、入力情報特定データｄとして出力してもよい。
また、本実施の形態では、タイマ管理制御手段６は、入力部３への入力動作が行なわれた際にのみ検出データを記録するためのタイミングを生成するものであったが、この方法に代え、タイマ管理制御手段６において常時タイミングの生成を行なうようにしてもよい。
また、本実施の形態では、左手人差し指について説明を行なったが、左手人差し指の第１入力エリア１_１、第２入力エリア１_２、第３入力エリア１_３以外のエリアに対する入力動作であっても、同様に検出データａに基づいて入力動作の特定が可能である。
また、検出部２は左手人差し指に限定するものではなく、親指に適応する、または同時に他の指に適応することで、取得することのできる情報量を増やしてもよい。

また、本実施の形態において、入力エリア１を左手の手の甲または指の背としたが、手や指に限定するものではなく、体の各部において適応してもよい。例えば、人が機器の上に立ち、膝や腿への入力動作を行ない、足裏での力の変化を検出部２で取得して、その検出データと入力動作を対応させるものであってもよい。
また、本実施例において、代表的な動作である、右方向なぞり動作、左方向なぞり動作、指先方向なぞり動作、指根元方向なぞり動作を例に挙げて説明を行なったが、なぞり動作はこれらに限定されない。例えば、斜め方向のなぞりであってもよく、また複数指間にまたがるなぞりであってもよい。そして、これらのなぞりにポインタ操作やスクロール動作に割り当ててもよいし、押し込んだ位置から変化しないタップといった動作を割り当ててもよい。

また、検出データａおよびデータベース４の蓄積データｂは押し込み方向の力に対しての指先方向にスライドさせる力と指側面垂直方向にスライドさせる力の比率として扱ってもよいし、３方向成分のデータの値をそのまま使用してもよい。
また、スクロール動作のような一方向の動作が行なわれる場合には、押し込み方向と指先スライド方向の２方向成分を扱い、押し込み方向の力に対しての指先スライド方向の力の比率を用いて、スクロールなどの動作を行なってもよい。
また、本実施の形態では、入力情報特定データｄを受けて、情報提示手段７は、スクロール動作やポインタの動作などの機能を表示画面上に提示していたが、本発明は、これに限定されず、入力情報特定データｄを受けて、表示画面上に文字、記号、データなどを提示するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、検出部２において、３方向の力を検出するため、４個の感圧センサの組み合わせを用いていたが、ひずみセンサをキートップの下に複数配置し、接触面の傾きを検出して３方向成分の力を検出したり、あるいは、キートップ下に面状の圧力センサを配置し、キートップ下の圧力の分布を検出して、分布の偏りに基づいて３方向成分の力を取得するなど、３方向成分の力を検出できるのであれば他の手段を用いてもよい。
また、図２において、使用する指を親指、人差し指とし、端末を置いた状態での使用を示したが、カードサイズの薄型の端末に本発明を適応した図である図１３に示すように、端末を持った状態で使用してもよい。

本発明の入力装置は、検出部２は指先の小さい範囲であり、端末の表面に露出するエリアは小さいが、機器を操作するための入力エリア１は指全体にわたっているため、手書き文字入力のような、ストロークを必要とするような大きな動作にも向いている。
また、マウスのポインティング操作のような操作を行なう際にも、トラックポイントのような相対位置変化のみを操作する入力デバイスと異なり、情報提示部９の絶対位置を直接位置指定が可能なため、すばやい入力が可能である。
また、操作として、マウスのポインタの位置や速度を変化させるような操作を行なう場合、入力エリア１への操作制御が、指の移動量や動かす速度に相当しているため、直感的であり、操作がしやすい。
また、機器と機器を保持している指との間に検出部が設けられており、体側に入力を検出するセンサをつける必要がないため、操作以外の動作等に障害をきたすことがなく、使いやすい。

〔第２の実施の形態〕
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の入力装置は、図１４に示すように、押し込んだ際に、指先との接触面に発生する圧力分布状況を検出する複数の検出部２を有し、検出部２により出力される圧力分布データである検出データｅを出力する入力部３と、検出データｅを監視し、検出部２に入力が行なわれたことを検出すると活性化されて、ある一定の時間間隔で入力を検出するタイミングとなるトリガーを生成し、これをタイミングデータｃとして出力するタイマ管理制御部６と、検出データｅとタイミングデータｃとを受けて、検出データｅから変換されたデータ（検出部２における押圧領域での正規化重心位置）と予め設定されているデータベース４の蓄積データｆを比較することで、押し込み位置・動作を特定し、その位置・動作を入力情報特定データｄとして出力する入力情報特定手段５と、により構成されている。

本実施の形態の入力装置も、第１の実施の形態と同様に、図１３に示すカードサイズの薄型の端末に対応したもので、左手で端末を持ち上げた状態で、右手で左手親指の入力エリア１を押し込み、左手親指指先が検出部２を押圧する圧力分布を測定する。ここで、第３入力エリア１３を親指の付け根から第一関節の間の指節、第２入力エリア１２を第一関節、第１入力エリア１１を爪先とした。
図１５は、情報端末８に搭載された検出部２の状態を示す平面図である。図１５に示すように、検出部２には指表面と接触する部分に感圧センサ２３がマトリクス状に配置されており、指表面から受ける感圧分布を多点により検出できる構造になっている。

次に、本実施の形態の入力装置の動作を説明する。本実施の形態では、入力情報特定手段５が指表面からの荷重分布を表す検出データｅを用いて、その荷重重心を算出し、その位置の変化から、押し込み位置・動作を特定する。
図１６は、入力情報特定手段５の動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３０１において、指先の接触面でマトリクス状に並んでいる感圧センサ２３の測定値である圧力面分布のデータを検出データｅとして受け取る。
図１７は、検出部２の感圧分布状態の説明図である。検出部２は、指の接触している部分での状態を感圧分布として検出している。検出部２の圧力面分布を取得する感圧センサ２３は、ｘ方向に（1，2，…I …I）、ｙ方向に（1，2，…ｊ…Ｊ）のマトリクス状に並べられていている。ここで、
（ｉ，ｊ）座標における検出部２の測定値をＦ_ｉｊとする。

次に、ステップＳ３０２において、指先が接触している検出部２の領域を切り出す。検出部２と指は楕円形状で面接触しているため、その楕円形状を内包する矩形領域を抽出する。その際の頂点に当たる部分の座標をＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ^４とする。矩形領域においては、矩形領域の長軸方向が指先方向、短軸方向が指側面垂直方向となるため、矩形領域の長軸方向を算出することで、指先方向を抽出できる。
次に、ステップＳ３０３において、荷重重心位置であるＰ_Ｇを算出する。Ｐ_Ｇのｘ方向成分Ｐ_ＧｘとＰ_Ｇのｙ方向成分Ｐ_Ｇｙはそれぞれ

として算出することができる。
次に、ステップＳ３０４において、合計荷重Ｆを求める。合計荷重Ｆは、

として算出することができる。
次に、ステップＳ３０５において、合計荷重がある一定の値を超えているか否かをチェックし、超えていない場合にはステップＳ３０１に戻り、超えている場合には、ステップＳ３０６に進む。加重が小さい段階での荷重重心位置Ｐ_Ｇは安定しないため、ステップＳ３０５を設け、安定したデータのみを利用するようにする。ステップＳ３０６において、矩形領域の中で荷重重心となる位置への重心方向ベクトルを算出する。矩形重心方向ベクトルはＶ_Ｇ→とする。矩形重心方向ベクトルの始点は矩形領域の中で、指の根元に近い側の頂点とし、ここでは橈骨寄りのＰ_１とする。

次に、ステップＳ３０７において、矩形領域の隣接する二辺より求まる長軸方向ベクトルと短軸方向ベクトルを算出する。長軸方向ベクトルと短軸方向ベクトルの始点は、Ｓ３０６における矩形重心方向ベクトルと同様にＰ１とし、矩形長軸方向ベクトルをＶ_Ｌ→、矩形短軸方向ベクトルをＶ_Ｓ→とする。
次に、ステップＳ３０８において、重心方向ベクトルの長軸方向成分と長軸方向ベクトルとの比率である重心位置比率（正規化された、重心方向ベクトルＶ_Ｇ→の長軸方向成分の絶対値）Ｒ_Ｌと、重心方向ベクトルの短軸方向成分と短軸方向ベクトルとの比率である重心位置比率（正規化された、重心方向ベクトルＶ_Ｇ→の短軸方向成分の絶対値）Ｒ_Ｓを算出する。

長軸方向への重心位置比率Ｒ_Ｌは矩形長軸方向ベクトルと矩形重心方向ベクトルとのなす角度の余弦により求まり、重心位置が指の付け根にあるときは０、指先の先端にあるときは１と正規化された値となる。また、短軸方向への重心位置比率Ｒ_Ｓは、矩形短軸方向ベクトルと矩形重心方向ベクトルとのなす角度の余弦により求まり、重心位置が指の橈骨側にあるときは０、指の尺骨側にあるときは１と正規化された値となる。つまり、

として算出する。算出されたＲ_ＬとＲ_Ｓとから求められる（Ｒ_Ｌ，Ｒ_Ｓ）は、矩形領域内での正規化された重心位置座標を示すことになる。

次に、ステップＳ３０９において、所定の時間内にタイミングデータｃが発せられるか否かが監視され、タイミングデータｃが発せられた場合にはステップＳ３０１に戻り、なぞり動作に連れて移動する荷重重心位置の測定を更に行う。所定の時間内にタイミングデータｃが発せられない場合には、ステップＳ３１０に進み、データベース４からの蓄積データｆを参照して入力情報の特定を行ない、その情報を入力情報特定データｄとして出力する。このステップＳ３１０は、図１０〜図１２を参照して説明したＤＰマッチングを用いて行なうことができる。但し、本実施の形態においては、図１０のステップＳ２０１において、検出データｅから算出された重心位置比率Ｒ_Ｌ、Ｒ_Ｓの時系列データと蓄積データｆとの要素間の距離算出を行なう。

本実施の形態において、左手親指に対して例えば図９ｉ）に示すような左方向なぞり動作が行われた場合、短軸方向への重心位置比率Ｒ_Ｓは、０に近い値から１に近い値へと変化する（Ｒ_Ｌはほぼ一定）。また、例えば図９iii）に示す指先方向なぞり動作が行われた場合、長軸方向へ重心位置比率ＲＬは、０に近い値から１に近い値へと変化する（Ｒ_Ｓは０．５程度でほぼ一定）。本実施の形態においては、ステップＳ３１０において、このような入力動作の特定が行なわれる。

本実施の形態では圧力面分布状態を検出するために、マトリクス状に並べた感圧センサ２３を用いたが、圧力面分布状態を求めることができるものであればマトリクス状に並んでいなくてもよい。また、重心位置比率は、指の根元に近い側で、左手親指の橈骨側のＰ_１を始点に正規化された値として用いているが、ベクトルの始点をＰ_２、Ｐ_３、Ｐ_４のどの矩形の角を選んでもよい。また、正規化された値は実測値など正規化した値でなくても、重心位置を示すものであればよい。
また、ステップＳ３０５において、荷重重心位置Ｒ_Ｇの安定した値のみを利用するようにするため、合計荷重Ｆがある基準以上の荷重になった際にのみ次のステップに進むとしたが、安定した荷重重心位置Ｒ_Ｇを利用するためには合計荷重Ｆを用いることに限定したものではない。例えば、接触面の領域面積がある一定以上の面積になったときのみを利用するようにしてもよい。また、感圧センサ２３はアナログ的に値を検出するセンサを用いたが、ＯＮ−ＯＦＦだけのデジタルな値を検出するセンサを用いてもよい。その場合、荷重重心位置とは、接触面領域の面積重心位置に相当する。また、入力エリア１を識別するために重心位置比率を基準に用いたが、指からの荷重位置を特定できるものであれば、荷重重心位置に限定しなくてもよい。例えば、感圧センサ２_３の最も大きい値を示した点を荷重重心位置Ｐ_Ｇと同等に扱うこともできる。また、圧力分布から矩形領域の各角の点であるＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４の位置を決定するのは、各入力を行なうたびに算出しなおす必要はない。例えば、入力以前に端末へ指が接触したことを感圧センサ２_３で検出した際に、予め指の接触領域を切り出し、その矩形領域から算出しておいたものを用いてもよい。
また、圧力分布から矩形領域の長軸方向ベクトルと短軸方向ベクトルの算出を行なったが、指先方向と指側面垂直方向との切り分けが可能であれば、矩形以外の領域抽出を行なってもよい。例えば、圧力分布状況から、楕円領域の抽出を行い、その楕円の長軸方向ベクトルと短軸方向ベクトルを用いて同様の計算を行なってもよい。

図１８は、本発明の実施例の端末に対し入力を行なう状態を示す斜視図である。本実施例はディスプレイの大画面化に伴い、表示部と同一面上に、入力を検出する検出部２を大きく設けることが困難な場合の実施例である。本実施例は、フル画面の端末に本発明を適応したものである（実施例２、３もフル画面の端末本発明を適応したものである）。本実施例においては、検出部２を機器のサイドに設け、裏側から包み込むように機器を保持して各指へのなぞり動作を行なう。図１８において、矢印にてなぞり動作が示されている（図１９、図２０においても同様である）。このようななぞり動作の特定は電子書籍などのページ送り機能として使うことが考えられる。この場合は各指が端末に指先で接している位置に検出部２を設ければよく、例えば、親指の接しているサイドや人差し指の接している裏面に検出部２を設けてもよい。また、検出部２の他、各指の姿勢が一定になるように検出部がない位置にも窪みなどを形成してもよい。
各指へのなぞり動作が、機能を変更する場合、操作をする入力エリアが機器の背面側に来るため、フル画面端末に対する通常の入力方式では、どこへ入力を行なおうとしているのかを、入力状況を見て確認することが困難である。しかし、本実施例の場合、操作のために接触している対象が体の一部であるため、接触している位置を把握することができる。すなわち、どの位置で操作を行なおうとしているのか目視により確認できない状況に対応するものとして、本実施例は有効である。

図１９は、本発明の実施例の端末に対し入力を行なう状態を示す斜視図である。本実施例においては、検出部２は、親指の接触している表示面や、他の指が接している機器サイドや裏面に設けることができる。本実施例によれば、機器の保持の仕方により、web接続用端末におけるスクロール操作と同等の動作を特定することができる。

図２０は、本発明の実施例３の端末に対し入力を行なう状態を示す斜視図である。図２０を参照すると、機器の保持の仕方により幅広くとることのできる手の甲を用い、マウスや十字方向のキー操作と同等の動作を特定することができる。この場合には親指の指先の力を検出部２により取得する他に、端末の裏側で各指と接触する位置の力の状態を検出してもよい。

実施例１〜３において、入力を検出する検出部２は指の先端で接触していなくともよい。例えば、指の広い領域が検出部２と接触できるようにして、情報端末と接触している面の圧力分布状態を検出部２により取得することにより、指の甲側の表面へのなぞり動作を識別することで、スクロール動作を特定するようにしてもよい。

以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は２００８年３月３日に出願された日本出願特願２００８−０５１８６７および２００８年６月２６日に出願された日本出願特願２００８−１６６８５４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明によれば、可搬性を重視する携帯機器やディスプレイなどの表示部を重視する携帯機器における入力装置において、機器上の入力部を小さくすることによる、操作者の使いにくさの改善に貢献できるものである。

本発明の一実施の形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。 図１の入力部３の外観を示す斜視図である。 図２の入力エリアの複数領域に分解して示す模式図である。 図１の検出部２の構造を示す断面図である。 本発明の全体動作を表すフローチャートである。 入力エリアである人差し指を関節ごとに分割して表した模式図である。 各入力エリアを押し込んだ際の力の釣り合いを表した図である。 第１〜第３入力エリアを分割して表した図である。 時系列の蓄積データと入力動作の対応を示す図である。 入力情報特定手段でＤＰマッチング行なう際のフローチャートである。 ＤＰマッチング経路図を表した図である。 格子点上での最小累積コストを説明した図である。 本発明の入力装置を適応したカードサイズの薄型の端末に入力を行なう状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における検出部２の構造を示す平面図である。 第２の実施の形態における入力情報特定手段５の動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における検出部２の感圧分布状態を示す説明図である。 フル画面の端末に本発明を適応した実施例２の斜視図である。 フル画面の端末に本発明を適応した実施例２の斜視図である。 フル画面の端末に本発明を適応した実施例３の斜視図である。

符号の説明

１ 入力エリア
１_１ 第１入力エリア
１_１１ 第１入力エリア橈骨側
１_１２ 第１入力エリア尺骨側
１_２ 第２入力エリア
１_２１ 第２入力エリア橈骨側
１_２２ 第２入力エリア尺骨側
１_３ 第３入力エリア
１_３１ 第３入力エリア橈骨側
１_３２ 第３入力エリア尺骨側
１_４ 第４入力エリア
１_５ 第５入力エリア
１_６ 第６入力エリア
１_７ 第７入力エリア
２ 検出部
２_１ キートップ
２_２ 平行板
２_３ 感圧センサ
３ 入力部
４ データベース
５ 入力情報特定手段
６ タイマ管理制御手段
７ 情報提示手段
８ 情報端末
９ 情報提示部
１０ 配線基板
１１ 筐体
１２ ベース
ａ、ｅ 検出データ
ｂ、ｆ 蓄積データ
ｃ タイミングデータ
ｄ 入力情報特定データ

Claims (13)

1. 検出部に体の一部を接触させ、その体の接触部の近傍になぞり動作（その体の接触部の近傍をその体の接触部とは異なる部分をスライドさせる動作）が行なわれた際に、そのなぞり動作を特定し、そのなぞり動作に応じた表示が提示される入力装置であって、
   体の先端で接触するように配置されており、前記体の先端が接触され、その体における接触部の近傍が入力により押し込み動作若しくはなぞり動作を受けた際に、前記体を介して伝達した力を検出して、検出データとして出力する検出部と、
   時間間隔をおいて前記検出データを記録するためのタイミングを生成し、これをタイミングデータとして出力するタイマ管理制御手段と、
   前記検出データと前記タイミングデータに基づいて前記検出データの時系列データを作成し、この時系列データと予め設定されているデータベースの蓄積データを対比して、入力された動作を特定し、その入力動作を入力情報特定データとして出力する入力情報特定手段と、
   を備えた入力装置。
2. 前記機能には、ポインタの位置提示、ポインタの動作、スクロール動作、文字手書き操作若しくはページ送り機能が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記検出部は、３方向成分の検出が可能な力センサ、または、複数点の押し込み分布を検出可能な圧力センサ、または、平面状に配置された複数の圧力センサ、のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の入力装置。
4. 前記タイマ管理制御手段は、常時タイミングを生成していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の入力装置。
5. 前記タイマ管理制御手段は、常時検出データを監視し、検出データの生起と共にタイミングの生成を開始し、検出データの終了時にタイミングの生成を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の入力装置。
6. 前記入力情報特定手段は、前記データベースの前記蓄積データと検出データの前記時系列データとのマッチングを行なうことにより、入力動作を特定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の入力装置。
7. 前記データベースは、前記検出部から出力される押し込み方向と、指先スライド方向と、指側面垂直スライド方向との力の時系列変化、または、押し込み方向の力に対する指先スライド方向の力の比および押し込み方向の力に対する指側面スライド方向の力の比の時系列変化、または、前記検出部に対する荷重の正規化された重心位置の時系列変化、を入力動作に対応付けて前記蓄積データとして記録してあることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の入力装置。
8. 前記入力情報特定データを受けて、その入力動作に割り当てられた所定の記号、データ若しくは機能を表示する情報提示手段、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
9. 前記体の一部が指であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の入力装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載された入力装置を備えた端末。
11. 検出部に体の一部が接触し、その体の接触部の近傍になぞり動作が行なわれた際に、そのなぞり動作を特定し、そのなぞり動作に応じた表示を提示する入力方法であって、
    体の先端が接触され、その体における接触部の近傍が入力により押し込み動作若しくはなぞり動作を受けた際に、前記体を介して伝達した力を検出して、検出データとして出力する検出ステップと、
    時間間隔をおいて前記検出データを記録するためのタイミングを生成し、これをタイミングデータとして出力するタイマ管理制御ステップと、
    前記検出データと前記タイミングデータに基づいて検出データの時系列データを作成し、この時系列データと予め設定されているデータベースの蓄積データを対比して、入力した動作を特定し、その入力動作を入力情報特定データとして出力する入力情報特定ステップと、を実行することを特徴とする入力方法。
12. 前記入力情報特定データを受けて、その入力動作に割り当てられた所定の記号、データ若しくは機能を表示することを特徴とする請求項１１に記載の入力方法。
13. 前記検出部に接触する前記体が指であり、前記接触部の近傍がその指の属する指の関節間若しくは関節の先の骨の上またはそれらの周辺を含む領域であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の入力方法。