JP5392237B2 - タッチパネル表示器のタッチ位置検出装置 - Google Patents
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Description
Fi=(Vi−bi(t3))/ai(t3)
の関係式を用いて、
X’=(F3+F4)/(F1+F2+F3+F4)
Y’=(F1+F4)/(F1+F2+F3+F4)
として計算した(X’, Y’)を前記射影変換Tによって変換した位置を検出位置とすることを特徴としている。
Fi=(Vi−bi(t3))/ai(t3)
の関係式を用いて、
X’=(F3+F4)/(F1+F2+F3+F4)
Y’=(F1+F4)/(F1+F2+F3+F4)
として計算した(X’, Y’)を射影変換Tによって変換した位置を検出位置とすることを特徴としている。
X’1={F31(t3)+F41(t3)}/{F11(t3)+F21(t3)+F31(t3)+F41(t3)}
Y’1={F11(t3)+F41(t3)}/{F11(t3)+F21(t3)+F31(t3)+F41(t3)}
X’2={F32(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
Y’2={F12(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
X’3={F33(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
Y’3={F13(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
X’4={F34(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
Y’4={F14(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
また、i=1〜4として、Fi1(t3)、Fi1(t3)、Fi1(t3)、Fi1(t3)は、次式で表される。
Fi2(t3)=〔[Ai2(t1)+{Ai2(t2)−Ai2(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1)]−bi(t3)〕/ai(t3)
Fi3(t3)=〔[Ai3(t1)+{Ai3(t2)−Ai3(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1))−bi(t3)〕/ai(t3)
Fi4(t3)=〔[Ai4(t1)+{Ai4(t2)−Ai4(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1)]−bi(t3)〕/ai(t3)
このように、射影変換Tについて、温度に対して線形に変化する歪みセンサ(S1〜S4)の出力に対応する出力電圧(例えばアンプ(A1〜A4)の出力電圧)に基づいて求めるようにしている。このため、温度特性の影響を受けない射影変換を行うことが可能となる。
以下、本発明の第1実施形態について図に基づいて説明する。図1は、本実施形態にかかるタッチパネル表示器の斜視図である。また、図2は、図1に示すタッチパネル表示器のタッチ位置検出装置の回路図である。以下、これらの図を参照して、タッチパネル表示器およびそのタッチ位置検出装置について説明する。
タッチ位置検出装置では、荷重センサS1〜S4の出力する2つの中間電圧をアンプA1〜A4で差動増幅し、それをセンサ出力に相当する出力電圧として発生させている。ここで、タッチパッド2の所定位置をユーザがタッチした場合に各荷重センサS1〜S4の出力に応じて発生させられた出力電圧A〜Dが、α[V]、β[V]、γ[V]、δ[V]であったとする。いま、一般に荷重センサS1〜S4に加えられた荷重をF1[N]〜F4[N]とすると、F1とα、F2とβ、F3とγ、F4とδの関係はそれぞれ1次関数で表される。
(数2) β = a2×F2+b2
(数3) γ = a3×F3+b3
(数4) δ = a4×F4+b4
ただし、a1〜a4、b1〜b4は温度によって変化する。
ただし、Fは、数式6のように、各荷重F1〜F4の総和を意味している。
数式1〜4をそれぞれF1,F2,F3,F4について解いた式を数式5に代入することによって、タッチ位置のXY座標がα,β,γ,δ,a1〜a4,b1〜b4を用いて表される。
そして、上記のようにタッチパッド2の組付け後のF−V特性の変化が温度によって生じることを踏まえて、温度検出部10にて検出される荷重センサS1〜S4の温度に基づいて、その温度に応じた傾きaiおよび切片biを計算することができる。このため、次式で表すような数式7をFiに基づく式に変換した数式8に対して傾きaiおよび切片biと出力電圧Viを代入すれば、各荷重センサS1〜S4に加えられている荷重を正確に検出することができる。
傾きaiは室温で(3.5−1.5)/F0[V/N]、高温で(Vi3−Vi2)/F0[V/N]になるが、その間の温度で、aiが温度に対して直線的に変わっていくとすると、傾きaiと温度の関係は、図6のようになる。また、切片biが室温でVi4[V]、高温でVi5[V]になるが、その間の温度で、biが温度に対して直線的に変わっていくとすると、切片biと温度の関係は図7のようになる。
計算点のXY座標が温度と共に移動した。計算点が温度に応じて直線的に移動していないことから、単なる射影変換を行ったのでは、温度に応じた射影変換を行うことができない。
(数10) Ai2(t)=Ai2(25)+{Ai2(85)−Ai2(25)}/(85−25)×(t−25)
(数11) Ai3(t)=Ai3(25)+{Ai3(85)−Ai3(25)}/(85−25)×(t−25)
(数12) Ai4(t)=Ai4(25)+{Ai4(85)−Ai4(25)}/(85−25)×(t−25)
そして、上記数式9〜12のように示される各値より、t℃において任意の4箇所(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)をF1で押したときの荷重センサS1〜S4の受ける力は、それぞれ、(F11(t),F12 (t) ,F13 (t) ,F14 (t) )、(F21 (t) ,F22 (t) ,F23 (t) ,F24 (t) )、
(F31 (t) ,F32 (t) ,F33 (t) ,F34 (t) )、(F41 (t) ,F42 (t) ,F43 (t) ,F44 (t) )で表される。また、これを添え字iを用いて総括的に表すと、数式13〜16のように表すことができる。
(数14) Fi2(t)=(Ai2(t)−bi(t))/ai(t)
(数15) Fi3(t)=(Ai3(t)−bi(t))/ai(t)
(数16) Fi4(t)=(Ai4(t)−bi(t))/ai(t)
これらの値からt℃において任意の4箇所(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)を所定の荷重F1で押したときの力の比から求められる検出位置(X’1,Y’1), (X’2,Y’2), (X’3,Y’3), (X’4,Y’4)は、次の数式で表される。
Y’1={F11(t3)+F41(t3)}/{F11(t3)+F21(t3)+F31(t3)+F41(t3)}
X’2={F32(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
Y’2={F12(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
X’3={F33(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
Y’3={F13(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
X’4={F34(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
Y’4={F14(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
そして、この(X’1,Y’1), (X’2,Y’2), (X’3,Y’3), (X’4,Y’4)を(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3),(X4,Y4)へ変換する射影変換Tを求める。以上により、温度t℃における位置ズレを補正するための射影変換Tが求められる。
X=(C1×X’+D1×Y’+E1)/(C0×X’+D0×Y’+E0)
Y=(C2×X’+D2×Y’+E2)/(C0×X’+D0×Y’+E0)
により表される.(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)を順番に所定の荷重F0で押したとき、センサS1〜S4への荷重F1〜F4から計算されたタッチ位置のXY座標が(X’1,Y’1)、(X’2,Y’2)、(X’3,Y’3)、(X’4,Y’4)である。これらの対応する4点の射影変換の係数C0〜C2,D0〜D2,E0〜E2を求めればよい。
上記第1実施形態では、荷重センサSiをベース1に取り付けた状態で、常温(25℃)において、荷重センサSiが無負荷のときと所定の荷重F0印加のとき、アンプAiの出力電圧が1.5V、3.5Vとなるように設定し、高温(85℃)において、荷重センサSiが無負荷の状態と所定の荷重F0印加の状態で、アンプAiの出力電圧Vi2、Vi3を測定していた。また、荷重センサSiをベース1に取り付け、タッチパッド2を取り付けた状態で、常温(25℃)において、無負荷のときのアンプAiの出力電圧Vi4を測定し、高温(85℃)において、無負荷のときのアンプAiの出力電圧Vi5を測定していた。これにより、荷重センサSiにベース1とタッチパッド2を取り付けた状態で、荷重センサSiにかかる荷重FiとアンプAiの出力電圧Viの関係、Vi=ai(t)×Fi+bi(t)の変化の様子、図5(d)、および、ai(t)、bi(t)の温度に対する変化の様子、図6、図7を得ていた。
ここで、アンプA1〜A4のゲイン調整やオフセット調整、および、タッチパッド2をベース1に組付けた後の温度特性の変化に応じた荷重F1〜F4の演算の手順を次に記述する。
次に、タッチパッド上に荷重をかけたときにセンサSiに均等に力がかかる点Pに4×F0(N)の荷重を印加したときの、アンプA1〜A4の出力電圧Vi6(i=1〜4)を調整装置にてモニタする。このとき、実際にはタッチパッド2をベース1に組み付けたときの組み付けひずみが発生しているため、出力電圧Vi6はその組み付け歪みとF0の和に応じた値となる。
そして、上述の基本的なタッチ位置検出手法として説明したように、各荷重センサS1〜S4に加えられている荷重Fiの総和ΣFiがタッチパッド2に加えられた荷重Fとなり、さらに、各荷重センサS1〜S4に加えられた荷重F1〜F4に基づいて、タッチ位置のXY座標(X’、Y’)は、((F3+F4)/F,(F1+F4)/F)で表すことができる。ここで、F=F1+F2+F3+F4である。
(数10) Ai2(t)=Ai2(25)+{Ai2(85)−Ai2(25)}/(85−25)×(t−25)
(数11) Ai3(t)=Ai3(25)+{Ai3(85)−Ai3(25)}/(85−25)×(t−25)
(数12) Ai4(t)=Ai4(25)+{Ai4(85)−Ai4(25)}/(85−25)×(t−25)
そして、上記数式9〜12のように示される各値より、t℃において任意の4箇所(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)をF1で押したときの荷重センサS1〜S4の受ける力は、それぞれ、(F11(t),F12 (t) ,F13 (t) ,F14 (t) )、(F21 (t) ,F22 (t) ,F23 (t) ,F24 (t) )、
(F31 (t) ,F32 (t) ,F33 (t) ,F34 (t) )、(F41 (t) ,F42 (t) ,F43 (t) ,F44 (t) )で表される。また、これを添え字iを用いて総括的に表すと、数式13〜16のように表すことができる。
(数14) Fi2=(Ai2(t)−bi(t))/ai(t)
(数15) Fi3=(Ai3(t)−bi(t))/ai(t)
(数16) Fi4=(Ai4(t)−bi(t))/ai(t)
これらの値からt℃において任意の4箇所(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)を所定の荷重F1で押したときの力の比から求められる検出位置(X’1,Y’1), (X’2,Y’2), (X’3,Y’3), (X’4,Y’4)は、次の数式で表される。
Y’1={F11(t3)+F41(t3)}/{F11(t3)+F21(t3)+F31(t3)+F41(t3)}
X’2={F32(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
Y’2={F12(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
X’3={F33(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
Y’3={F13(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
X’4={F34(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
Y’4={F14(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
そして、(X’1,Y’1), (X’2,Y’2), (X’3,Y’3), (X’4,Y’4)を(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3),(X4,Y4)へ変換する射影変換Tを求める。以上により、温度t℃における位置ズレを補正するための射影変換Tが求められる。
X=(C1×X’+D1×Y’+E1)/(C0×X’+D0×Y’+E0)
Y=(C2×X’+D2×Y’+E2)/(C0×X’+D0×Y’+E0)
により表される.(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)を順番に所定の荷重F0で押したとき、センサS1〜S4への荷重F1〜F4から計算されたタッチ位置のXY座標が(X’1,Y’1)、(X’2,Y’2)、(X’3,Y’3)、(X’4,Y’4)である。これらの対応する4点の射影変換の係数C0〜C2,D0〜D2,E0〜E2を求めればよい。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態、あるいは、第2実施形態に対して、各荷重センサS1〜S4それぞれの温度を検出できるようにしたものであり、その他に関しては第1実施形態、あるいは、第2実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記実施形態では、第1温度として室温(25℃)、第2温度として高温(85℃)を例に挙げて説明したが、これらの温度以外であっても構わない。また、第1所定電圧を1.5V、第2所定電圧を3.5Vとしたが、これらの電圧以外であっても構わない。さらに、演算装置としてマイコン20を例に挙げて説明したが、各種データの記憶やそのデータを用いた演算やタッチ位置の検出が行える演算装置であれば、他のものであっても構わない。
2 タッチパッド(オーナメント)
10 温度検出部
20 マイコン
S1〜S4 荷重センサ
A1〜A4 アンプ
Claims (2)
- 温度tでの印加される荷重Fに対する出力電圧Vの関係が、温度tでの傾きa(t)とゼロ点b(t)を用いてV=ai(t)F+bi(t)(ただし、i=1〜m)と表せるF−V特性を有する歪みセンサ(S1〜Sm)をタッチパネルにm個固定したタッチパネルにおいて、
第1温度t1で、タッチパネル上の凸四角形をなす座標(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)の4点それぞれに順番に所定の荷重(F1)を加えたときの前記歪みセンサの出力に相当する出力電圧((A11(t1),A21(t1),A31(t1),A41(t1))、(A12(t1),A22(t1),A32(t1),A42(t1))、(A13(t1),A23(t1),A33(t1),A43(t1)),(A14(t1),A24(t1),A34(t1),A44(t1))と、
第2温度t2で、前記4点(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)それぞれに順番に前記所定の荷重(F1)を加えたときの前記歪みセンサの出力に相当する出力電圧((A11(t2),A21(t2),A31(t2),A41(t2))、(A12(t2),A22(t2),A32(t2),A42(t2))、(A13(t2),A23(t2),A33(t2),A43(t2))、(A14(t2),A24(t2),A34(t2),A44(t2))とを記憶装置(20)に記憶して、
第1温度t1で、タッチパネル上の凸四角形をなす座標(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)の4点それぞれに順番に所定の荷重(F1)を加えたときの前記歪みセンサの出力に相当する出力電圧,第2温度t2で、前記4点(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)それぞれに順番に前記所定の荷重(F1)を加えたときの前記歪みセンサの出力に相当する出力電圧,第3温度t3,および,温度tでの印加される荷重Fに対する出力電圧Vの関係より,第3温度t3でタッチパネル上の(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3),(X4,Y4)の4点それぞれに順番に所定の荷重(F1)を加えたときの計算点(X’1,Y’1)、(X’2,Y’2)、(X’3,Y’3)、(X’4, Y’4)と当該4点(X’1,Y’1)、(X’2,Y’2)、(X’3,Y’3)、(X’4,Y’4)から(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)への射影変換Tを演算し
前記温度t3で前記タッチパネルの任意の点に荷重を印加したときに得られるそれぞれの前記歪みセンサの出力電圧V1〜Vmから
Fi=(Vi−bi(t3))/ai(t3)
の関係式を用いて、
X’=(F3+F4)/(F1+F2+F3+F4)
Y’=(F1+F4)/(F1+F2+F3+F4)
として計算した(X’, Y’)を前記射影変換Tによって変換した位置を検出位置とするタッチパネルのタッチ位置検出装置。 - 温度tでの印加される荷重Fに対する出力電圧Vの関係が、温度tでの傾きa(t)とゼロ点b(t)を用いてV=ai(t)F+bi(t)(ただし、i=1〜m)と表せるF−V特性を有する歪みセンサ(S1〜Sm)をタッチパネルにm個固定したタッチパネルにおいて、
第1温度t1で、タッチパネル上の凸四角形をなす座標(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)の4点それぞれに順番に所定の荷重(F1)を加えたときの前記歪みセンサの出力に相当する出力電圧((A11(t1),A21(t1),A31(t1),A41(t1))、(A12(t1),A22(t1),A32(t1),A42(t1))、(A13(t1),A23(t1),A33(t1),A43(t1)),(A14(t1),A24(t1),A34(t1),A44(t1))と、
第2温度t2で、前記4点(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)それぞれに順番に前記所定の荷重(F1)を加えたときの前記歪みセンサの出力に相当する出力電圧((A11(t2),A21(t2),A31(t2),A41(t2))、(A12(t2),A22(t2),A32(t2),A42(t2))、(A13(t2),A23(t2),A33(t2),A43(t2))、(A14(t2),A24(t2),A34(t2),A44(t2))とを記憶装置(20)に記憶して、
前記タッチパネルに備えられた温度検出装置から出力される温度t3から、数式1にて表される4点(X’1,Y’1)、(X’2,Y’2)、(X’3,Y’3)、(X’4, Y’4)、および、当該4点(X’1,Y’1)、(X’2,Y’2)、(X’3,Y’3)、(X’4,Y’4)から(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)への射影変換Tを演算し、
(数1)
X’1={F31(t3)+F41(t3)}/{F11(t3)+F21(t3)+F31(t3)+F41(t3)}
Y’1={F11(t3)+F41(t3)}/{F11(t3)+F21(t3)+F31(t3)+F41(t3)}
X’2={F32(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
Y’2={F12(t3)+F42(t3)}/{F12(t3)+F22(t3)+F32(t3)+F42(t3)}
X’3={F33(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
Y’3={F13(t3)+F43(t3)}/{F13(t3)+F23(t3)+F33(t3)+F43(t3)}
X’4={F34(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
Y’4={F14(t3)+F44(t3)}/{F14(t3)+F24(t3)+F34(t3)+F44(t3)}
(ただし、i=1〜4として、Fi1(t3)、Fi1(t3)、Fi1(t3)、Fi1(t3)は、
Fi1(t3)=〔[Ai1(t1)+{Ai1(t2)−Ai1(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1)]−bi(t3)〕/ai(t3)
Fi2(t3)=〔[Ai2(t1)+{Ai2(t2)−Ai2(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1)]−bi(t3)〕/ai(t3)
Fi3(t3)=〔[Ai3(t1)+{Ai3(t2)−Ai3(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1))−bi(t3)〕/ai(t3)
Fi4(t3)=〔[Ai4(t1)+{Ai4(t2)−Ai4(t1)}/(t2−t1)×(t3−t1)]−bi(t3)〕/ai(t3)で表される)
前記温度t3で前記タッチパネルの任意の点に荷重を印加したときに得られるそれぞれの前記歪みセンサの出力電圧V1〜Vmから
Fi=(Vi−bi(t3))/ai(t3)
の関係式を用いて、
X’=(F3+F4)/(F1+F2+F3+F4)
Y’=(F1+F4)/(F1+F2+F3+F4)
として計算した(X’, Y’)を前記射影変換Tによって変換した位置を検出位置とするタッチパネルのタッチ位置検出装置。
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