JP5759659B2 - タッチパネルに対する押下圧力を検出する方法および携帯式端末装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態にかかる携帯式端末装置の一例となるタブレット端末10のハードウェアの構成を説明するための機能ブロック図である。タブレット端末10は、チップセット17に接続されたCPU11、HDD19、入力コントローラ27を含んでいる。CPU11には、メイン・メモリ13、ビデオカード15が接続されている。ビデオカード15にはディスプレイ21が接続されている。
図3は、裏面タッチパネル29が任意の1点の押下座標(X,Y)において指で押下されたときの押下圧力Fと4個の圧力エレメントS0〜S3の検出圧力の関係を示す基本方程式を導出する方法を説明する図である。ここでは圧力センサ31を構成する4個の圧力エレメントS0、S1、S2、S3が長方形の裏面タッチパネル29の4隅に配置され、裏面タッチパネル29を支持しているものとする。圧力エレメントS0は、裏面タッチパネル29に定義したX−Y座標の原点(0,0)に配置されている。圧力エレメントS1はY軸上に配置され圧力エレメントS2はX軸上に配置されている。また、圧力エレメントS3は残りのコーナーに配置されている。
F=S0+S1+S2+S3 (1)
つぎに、圧力エレメントS0とS2を結ぶ線上に力Fmが作用する座標aを設定し、圧力エレメントS1とS3を結ぶ線上に力Fnが作用する座標bを設定したときに、押下圧力Fは座標a、bに作用する力Fm、Fnの合力に相当してF=Fm+Fnの関係があること、および力のモーメントの釣り合いを示す(1−Y):Y=Fm:Fnの関係を使って式(2)、(3)を得る。
Fm=(1-Y)F (2)
Fn=YF (3)
S0=(1-X)Fm (4)
S1=(1-X)Fn (5)
S2=XFm (6)
S3=XFn (7)
S0=(1-X)(1-Y)F (8)
S1=(1-X)YF (9)
S2=X(1-Y)F (10)
S3=XYF (11)
基本方程式は、表面タッチパネル23についても適用することができる。
図4は、入力システム100の構成を説明するための機能ブロック図である。入力システム100は、図1、図2に示した表面タッチパネル23、裏面タッチパネル29、圧力センサ25、31および入力コントローラ27のハードウェア要素に加えて、押下圧力推定部113、キーボード・データ生成部115、およびポインティング・データ生成部117を含んでいる。入力システム100を構成するには、表面タッチパネル23と圧力センサ25の組または裏面タッチパネル29と圧力センサ31の組のいずれか一方だけを含むようにしてもよい。
図5は、キーボード・データ生成部115の構成を説明する図である。キーボード・データ生成部115は一例としてキーボード・モードで裏面タッチパネル29に対する操作が行われるときに動作する。タブレット端末10を図2(B)のように利用する場合は、タッチスクリーン20にソフトウェア・キーボードを表示して文字を入力することができる。ソフトウェア・キーボードを両手の指で操作するときに、左手の人指し指をFキーにおき、右手の人指し指をJキーにおいたときの各指の位置をホームポジションという。
ポインティング・データ生成部117は、一例としてポインティング・モードで裏面タッチパネル29に対する操作が行われるきに動作して裏面タッチパネル29をポインティング・デバイスとして機能させる。以下、各指に対するポインティング機能の割り当て方法の一例を説明する。ポインティング・データ生成部117は、左手の人指し指、中指、薬指および小指の各押下圧力から画面の上方向、左方向、右方向および左方向へのスクロール・データを生成してユーザ・ファンクション119に送る。ポインティング・データ生成部117が出力するスクロール・データは、押下圧力の大きさに対応する情報を含む。したがってユーザ・ファンクション119は、押下圧力の大きさに応じてスクロール速度を変更することができる。
つぎに裏面タッチパネル29を例にして、図2(A)に示すように左右の8本の指で操作するときに、基本方程式を使って各指の押下圧力を推定する方法を説明する。図6(A)は、左右の指の各押下位置L1〜L4、R1〜R4における押下圧力Fa1〜Fa4、Fb1〜Fb4、および押下座標(Xa1,Ya1)〜(Xa4〜Ya4)、(Xb1,Yb1)〜(Xb4,Yb4)を示している。また、左の指の押下圧力に対する重心の押下圧力(重心圧力)Ga、重心座標Xa、Yaと右の指の押下圧力に対する重心圧力Gb、重心座標Xb、Ybを示している。
S0=(1-Xa)(1-Ya)Ga+(1-Xb)(1-Yb)Gb (12)
S1=(1-Xa)YaGa+(1-Xb)YbGb (13)
S2=Xa(1-Ya)Ga+Xb(1-Yb)Gb (14)
S3=XaYaGa+XbYbGb (15)
S0'=(1-Xa)(1-Ya)Ga (16)
S1'=(1-Xa)YaGa (17)
S2'=Xa(1-Ya)Ga (18)
S3'=XaYaGa (19)
S0''=(1-Xb)(1-Yb)Gb (20)
S1''=(1-Xb)YbGb (21)
S2''=Xb(1-Yb)Gb (22)
S3''=XbYbGb (23)
S0'=(1-Xa1)(1-Ya1)Fa1+(1-Xa2)(1-Ya2)Fa2+(1-Xa3)(1-Ya3)Fa3+(1-Xa4)(1-Ya4)Fa4 (24)
S1'=(1-Xa1)Ya1Fa1+(1-Xa2)Ya2Fa2+(1-Xa3)Ya3Fa3+(1-Xa4)Ya4Fa4 (25)
S2'=Xa1(1-Ya1)Fa1+Xa2(1-Ya2)Fa2+Xa3(1-Ya3)Fa3+Xa4(1-Ya4)Fa4 (26)
S3'=Xa1Ya1Fa1+Xa2Ya2Fa2+Xa3Ya3Fa3+Xa4Ya4Fa4 (27)
S0''=(1-Xb1)(1-Yb1)Fb1+(1-Xb2)(1-Yb2)Fb2+(1-Xb3)(1-Yb3)Fb3+(1-Xb4)(1-Yb4)Fb4 (28)
S1''=(1-Xb1)Yb1Fb1+(1-Xb2)Yb2Fb2+(1-Xb3)Yb3Fb3+(1-Xb4)Yb4Fb4 (29)
S2''=Xb1(1-Yb1)Fb1+Xb2(1-Yb2)Fb2+Xb3(1-Yb3)Fb3+Xb4(1-Yb4)Fb4 (30)
S3''=Xb1Yb1Fb1+Xb2Yb2Fb2+Xb3Yb3Fb3+Xb4Yb4Fb4 (31)
図6(B)は左手または右手の重心座標Xa、Xbを推定する方法を説明する図である。重心座標Xa、Xbを計算する理論式は各指の押下圧力を重みとする式(32)、(33)となる。式(32)は押下圧力Fa1〜Fa4を押下座標Xa1〜Xa4の重みとし、式(33)は押下圧力Fb1〜Fb4を押下座標Xb1〜Xb4の重みとして各指の座標を加重平均する。
つぎに表面タッチパネル23を、図2(B)に示すように左右の10本の指で操作するときに、基本方程式(8)〜(11)を使って各指の押下圧力を推定する方法を説明する。図7は、左右の指の各押下位置L1〜L5、R1〜R5における押下圧力Fa1〜Fa5、Fb1〜Fb5、および押下座標(Xa1,Ya1)〜(Xa5〜Ya5)、(Xb1、Yb1)〜(Xb5、Yb5)を示している。また、左手の親指を除いた4本の指の重心圧力Gaと重心座標Xa、Yaおよび右手の親指を除いた4本の指の重心圧力Gbと重心座標Xb、Ybを示している。押下位置L5、R5はそれぞれの手の親指の押下位置である。
F2=S1+S3 (34)
F8=S0+S2 (35)
S1=(1-X2)Y2F2 (36)
S3=X2Y2F2 (37)
式(34)、(36)、(37)は、未知数が3個の3元連立1次方程式であるため、これを解いてF2、X2、Y2の推定値を求めることができる。つぎに式(8)、(10)から式(38)、(39)を得る。
S0=(1-X8)(1-Y8)F8 (38)
S2=X8(1-Y8)F8 (39)
式(35)、(38)、(39)は、未知数が3個の3元連立1次方程式であるため、これを解いてF8、X8、Y8の推定値を求めることができる。
図7においてたとえば左手の5本の指で操作する場合は、押下位置L5が親指の重心座標X2、Y2となり、検出圧力S0〜S3に対する押下圧力Fa5の寄与成分S0 ’’〜S3 ’’と残りの4本指の重心圧力Gaの寄与成分S0 ’〜S3 ’を分離することができる。そして、式(24)〜(27)のS0 ’〜S3 ’に分離した寄与成分S0 ’〜S3 ’を適用して押下圧力Fa1〜Fa4の推定値を求めることができる。
つぎに図8のフローチャートを参照して、入力システム100の動作を説明する。両手の10本の指による操作を含めて入力システム100の全体動作を説明するために、表面タッチパネル23を通じて図2(B)のように入力するときの各指の押下圧力を推定する手順を説明する。ただし、ユーザは図2(B)のような典型的な位置に指を配置して押下するとは限らず、また、操作する指の数も1本から10本までさまざまな態様を含んでいるものとする。
図6、図7では、圧力エレメントS0〜S3を矩形状のタッチパネルの検出領域を画定する長辺と短辺が交差する4つのコーナーにそれぞれ配置したが、圧力エレメントS0〜S3は図10(A)〜(C)に示すように座標が定義された長辺と短辺の検出領域に対してさまざまな位置に配置することができる。図10(A)では圧力エレメントS0、S1とS2、S3がそれぞれ短辺上で近付くように配置され、図10(B)では、圧力エレメントS0、S2とS1、S3がそれぞれ長辺上で近付くように配置されている。また、図10(C)では、圧力エレメントS0〜S3が長辺と短辺で囲まれた領域より内側に入り込んだ位置に配置されている。
20 タッチスクリーン
23 表面タッチパネル
25 裏面タッチパネルに対する押下圧力を検出する圧力センサ
29 裏面タッチパネル
31 裏面タッチパネルに対する押下圧力を検出する圧力センサ
S0〜S3 圧力センサ25、31を構成する圧力エレメントまたは検出圧力
F 押下圧力
Ga、Gb、F2、F8 指の押下圧力に対する重心の重心圧力
113 押下圧力推定部
Claims (21)
- X−Y座標が定義されたタッチパネルと押下された該タッチパネルの荷重を検出する4個の圧力センサを備える入力システムにおいて各指の押下圧力を検出する方法であって、
前記タッチパネルを押下圧力Fで押下した指の座標X,Yと、前記4個の圧力センサが検出した検出圧力S 0 、S 1 、S 2 、S 3 から前記入力システムを式(1)、(2)、(3)、(4)
S0=(1-X)(1-Y)F (1)
S1=(1-X)YF (2)
S2=X(1-Y)F (3)
S3=XYF (4)
が解けるように機能させるステップと、
左右の指を合わせて5本以上の指の座標を検出するステップと、
各指の座標と前記検出圧力から左手の指の押下圧力に対する重心の重心圧力および重心座標と右手の指の押下圧力に対する重心の重心圧力および重心座標を推定するステップと、
推定した前記重心圧力と前記重心座標から前記検出圧力に対する左手の前記重心圧力による寄与成分と右手の前記重心圧力による寄与成分を分離するステップと、
各指の座標と前記寄与成分と式(1)、(2)、(3)、(4)を利用して各指の押下圧力を計算するステップと
を有する方法。 - 前記重心圧力および重心座標を推定するステップが、
左手の重心圧力をGaとし重心座標をXa,Yaとし、右手の重心圧力をGbとし重心座標をXb,Ybとしたときに
重心座標Xa、Xbの推定値を取得するステップと、
取得した前記重心座標Xa、Xbの推定値と前記検出圧力S0、S1、S2、S3から重心圧力Ga、Gbと重心座標Ya、Ybを計算するステップと
を含む請求項1に記載の方法。 - 前記4個の圧力センサが、X軸上またはX軸に平行な第1のライン上に配置された第1の圧力センサおよび第2の圧力センサと、X軸に平行な第2のライン上に配置された第3の圧力センサおよび第4の圧力センサで構成され、
前記押下圧力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4を推定するステップが、右手の前記重心圧力を前記第1の圧力センサと前記第3の圧力センサだけが検出し、左手の前記重心圧力を前記第2の圧力センサと前記第4の圧力センサだけが検出すると推定するステップを含む請求項2に記載の方法。 - 前記押下圧力Fa1、Fa2、Fa3、Fa4を推定するステップが、
前記第1のラインのY座標に前記第1の圧力センサの検出圧力を割り当て、前記第2のラインのY座標に前記第3の圧力センサの検出圧力を割り当て、X軸に前記検出圧力を設定して前記第1のライン上の前記第1の圧力センサの検出圧力と前記第2のライン上の前記第3の圧力センサの検出圧力の間に近似線を設定するステップと、
右手の各指のY座標と前記近似線からX軸上で右手の各指の押下圧力を推定するステップと
を含む請求項4に記載の方法。 - 前記重心圧力Ga、Gbと重心座標Ya、Ybを計算するステップが、
前記入力システムを式(6)、(7)、(8)、(9)
S0=(1-Xa)(1-Ya)Ga+(1-Xb)(1-Yb)Gb (6)
S1=(1-Xa)YaGa+(1-Xb)YbGb (7)
S2=Xa(1-Ya)Ga+Xb(1-Yb)Gb (8)
S3=XaYaGa+XbYbGb (9)
が解けるように機能させるステップと、
前記重心座標Xa、Xbの推定値と式(6)、(7)、(8)、(9)を利用して前記重心圧力Ga、Gbと前記重心座標Ya、Ybを計算するステップと
を含む請求項2から請求項5のいずれかに記載の方法。 - 前記寄与成分を分離するステップが、
式(6)、(7)、(8)、(9)の右辺第1項を利用して前記重心圧力Gaの寄与成分を計算し、右辺第2項を利用して前記重心圧力Gbの寄与成分を計算するステップを含む請求項6に記載の方法。 - 前記各指の押下圧力を計算するステップが、
前記重心圧力Gaの寄与成分と式(1)、(2)、(3)、(4)を利用して左手の各指の押下圧力を計算するステップと、
前記重心圧力Gbの寄与成分と式(1)、(2)、(3)、(4)を利用して右手の各指の押下圧力を計算するステップと
を含む請求項7に記載の方法。 - 前記各指の押下圧力を計算するステップが、
親指の座標を検出するステップと、
前記検出圧力に対する、親指の押下圧力に対する重心の重心圧力による寄与成分と残りの指の押下圧力に対する重心の重心圧力による寄与成分を分離するステップ
を有する請求項1から請求項8のいずれかに記載の方法。 - 前記各指の押下圧力を計算するステップが、
10本の指の座標を検出するステップと、
2本の親指の押下圧力に対する重心の重心圧力をF2とし重心座標をX2,Y2としたときに前記入力システムを式(10)、(11)、(12)
F2=S1+S3 (10)
S1=(1-X2)Y2F2 (11)
S3=X2Y2F2 (12)
が解けるように機能させるステップを含む請求項9に記載の方法。 - 筐体の裏面に設けたタッチパネルと押下された該タッチパネルの荷重を検出する4個の圧力センサを備える携帯式端末装置に文字を入力する方法であって、
前記タッチパネルを所定値以上の押下圧力で押下した複数の指の座標を検出するステップと、
前記4個の圧力センサから検出圧力を受け取るステップと、
前記検出した指の座標に基づいて前記タッチパネルに仮想キーボードを定義するステップと、
各指の座標と前記検出圧力から左手の指の押下圧力に対する重心の重心圧力および重心座標と右手の指の押下圧力に対する重心の重心圧力および重心座標を推定するステップと、
前記重心圧力と前記重心座標から前記検出圧力に対する左手の前記重心圧力の寄与成分と右手の前記重心圧力の寄与成分を分離するステップと、
前記寄与成分と各指の座標から各指の押下圧力を算出するステップと、
押下した各指の座標と、押下した座標に定義された前記仮想キーボードのキーからキー・コードを生成するステップと
を有する方法。 - 筐体の裏面に設けたタッチパネルと押下された該タッチパネルの荷重を検出する4個の圧力センサとタッチスクリーンを備える携帯式端末装置において前記タッチスクリーンが表示する画面に対するポインティング操作をする方法であって、
前記タッチパネルを押下した複数の指の座標を認識するステップと、
各指および各指の組み合わせまたはいずれかに対して所定の前記ポインティング操作を定義するステップと、
前記4個の圧力センサから検出圧力を受け取るステップと、
各指の座標と前記検出圧力から左手の指の押下圧力に対する重心の重心圧力および重心座標と右手の指の押下圧力に対する重心の重心圧力および重心座標を推定するステップと、
推定した前記重心圧力と前記重心座標から前記検出圧力に対する左手の前記重心圧力の寄与成分と右手の前記重心圧力の寄与成分を分離するステップと、
前記寄与成分と各指の座標から各指の押下圧力を算出するステップと、
押下した指または指の組み合わせに対して定義されたポインティング操作に対応するポインティング・データを生成するステップと
を有する方法。 - ディスプレイを備える携帯式端末装置であって、
操作する指の座標を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルの荷重を検出する4個の圧力センサと、
前記タッチパネルから受け取った座標から操作する指の本数を認識する操作パターン認識部と、
各指の座標と前記4個の圧力センサから受け取った検出圧力から左手の指および右手の指のそれぞれについて重心圧力と重心座標を推定し、推定した前記重心圧力と前記重心座標から前記検出圧力に対する左手の前記重心圧力の寄与成分と右手の前記重心圧力の寄与成分を分離し、各寄与成分と各指の座標から各指の押下圧力を算出する押下圧力計算部と、
操作した指の種類、座標および押下圧力を含む出力データを出力する出力部と
を有する携帯式端末装置。 - 前記タッチパネルが前記ディスプレイと反対側の面に取り付けられている請求項13に記載の携帯式端末装置。
- 前記出力部から出力データを受け取ってキーボードのキー・コードを生成するキーボード・データ生成部を有する請求項14に記載の携帯式端末装置。
- 前記キーボード・データ生成部は、左手の人指し指および右手の人指し指が操作した位置を基準にして前記タッチパネルに仮想キーボードを形成する請求項15に記載の携帯式端末装置。
- 前記出力部から出力データを受け取って前記ディスプレイに表示する画面を操作する入力データを生成するポインティング・データ生成部を有する請求項14から請求項16のいずれかに記載の携帯式端末装置。
- 前記ポインティング・データ生成部は、指ごとに画面のスクロール操作機能、およびマウス・ポインタの移動操作機能のいずれかを割り当てる請求項17に記載の携帯式端末装置。
- 前記ポインティング・データ生成部は、各指の押下圧力から画面のスクロール速度またはマウス・ポインタの移動速度に対応するデータを生成する請求項17に記載の携帯式端末装置。
- タッチパネルと押下された該タッチパネルの荷重を検出する4個の圧力センサを備えるコンピュータに、
前記タッチパネルを押下した指の座標を検出する機能と、
前記4個の圧力センサから検出圧力を受け取る機能と、
各指の座標と前記検出圧力から複数の指の押下圧力に対する第1の重心の重心圧力と他の複数の指の押下圧力に対する第2の重心の重心圧力を推定する機能と、
前記検出圧力に対する前記第1の重心の重心圧力の第1の寄与成分と前記第2の重心の重心圧力の第2の寄与成分を分離する機能と、
前記分離した第1の寄与成分および前記第2の寄与成分と各指の座標から各指の押下圧力を算出する機能と
を実現させるためのコンピュータ・プログラム。 - 電子機器の入力デバイスであって、
複数の指の座標を検出する操作パネルと、
押下された前記操作パネルの荷重を検出する4個の圧力センサと、
前記操作パネルが検出した座標を認識する操作パターン認識部と、
押下する各指の座標と前記4個の圧力センサから受け取った検出圧力から左手の指および右手の指のそれぞれについて各指の押下圧力に対する重心の重心圧力と重心座標を推定し、推定した前記重心圧力と前記重心座標から前記検出圧力に対する左手の前記重心圧力の寄与成分と右手の前記重心圧力の寄与成分を分離し、各寄与成分と各指の座標から各指の押下圧力を算出する押下圧力計算部と
を有する入力デバイス。
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