JP5801013B1 - 入力装置、入力方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

手の小指側の端や手首などがタッチパネルに接触するような場合であっても、指やスタイラスなどによりユーザが指し示す位置を検出すること。入力装置は、タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得し、前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用し、前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号に基づいて、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置のデータを生成する。

Description

本発明は入力装置、入力方法およびプログラムに関する。

近年はタブレット端末のように大きなタッチパネルを有する機器が普及しつつある。

特許文献１には、静電容量式のタッチパネルにおいて、ある検出点における検出最大値と、その前後の検出点における検出値とを用いて手のひらが触れたか否かを検出し、手のひらが触れた場合に座標データを生成しないことが開示されている。

特開２００２−８２７６５号公報

タブレット端末のように大きな感知領域を有するタッチパネルを用いて文字や図形を入力することが増えつつある。指やスタイラスなどを用いて感知領域に文字や図形を入力しようとすると、手の小指側の端や手首などがタッチパネルの感知領域に接触する場合がある。これらがタッチパネルの感知領域に接触すると、ユーザが指し示す指やスタイラスの位置を検出できない。

また、手の小指側の端や手首などの接触と指やスタイラスの接触とを接触面積により区別することは考えられるが、感知領域の端に手首の一部だけが接触するような場合にそれらを区別できない現象が発生する恐れがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、手の小指側の端や手首などがタッチパネルの感知領域に接触するような場合であっても、指やスタイラスなどによりユーザが指し示す位置をより確実に検出できる入力装置、入力方法およびプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる入力装置は、タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得する接触強度データ取得手段と、前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用する周波数フィルタ手段と、前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号に基づいて、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置のデータを生成する指示位置データ生成手段と、を含む。

また、本発明にかかる入力方法では、タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得し、前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用し、前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号に基づいて、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置のデータを生成する。

また、本発明にかかるプログラムは、タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得し、前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用し、前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号に基づいて、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置のデータを生成する、処理をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、手の小指側の端や手首などがタッチパネルに接触するような場合であっても、指やスタイラスなどによりユーザが指し示す位置を確実に検出することができる。

本発明の一態様では、前記周波数フィルタは所定周波数以下の成分を抑圧してよい。

本発明の一態様では、前記周波数フィルタは、前記各測定位置について、現在の前記接触強度と、現在より所定時間前の前記接触強度とに基づいて、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧し、前記所定時間は前記指またはスタイラスの前記各測定位置に対する接触時間よりも長くてもよい。

本発明の一態様では、前記指示位置データ生成手段は、前記タッチパネルにはじめの接触があってから所定の除外期間は、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置のデータを出力しなくてもよい。

本発明の実施形態にかかるタッチパネル入力装置の構成の一例を示す図である。 タッチパネルの感知領域と、感知領域内の複数の測定位置と、感知領域に接触する指および手の側面の位置との一例を示す図である。 測定位置のうち３つについてのデータ信号における接触強度の値の時間推移の一例を示す図である。 フィルタ部に含まれるハイパスフィルタの一例を示す図である。 測定位置のうち３つについてフィルタされたデータ信号における接触強度の値の時間推移の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかるタッチパネル入力装置の構成の一例を示す図である。タッチパネル入力装置は、静電容量方式のタッチパネルであるタッチパネル部１と、ホスト部２とを含む。タッチパネル部１は、縦方向に並ぶ走査電極１０と、横方向に並ぶ検出電極１２と、走査電極１０と検出電極１２とが交差する箇所にある各測定部Ｃの接触強度を示す信号を検出する接触強度検出部２１と、フィルタ部２２と、座標算出部２３とを含む。タッチパネル部１は静電容量方式のタッチパネルである。ホスト部２は、プロセッサ３１と、記憶部３２と、通信部３３と、表示部３４とを含む。タッチパネル入力装置は、具体的には、タブレット端末や、電子書籍リーダなどである。

複数の走査電極１０は、それぞれ図１の左右方向に延びており、その端は配線によって接触強度検出部２１に接続されている。複数の検出電極１２は、それぞれ図１の上下方向に延びており、その端は配線によって接触強度検出部２１に接続されている。複数の測定部Ｃは、走査電極１０と検出電極１２とが交差する位置に存在する。ここで、接触強度は近接や接触の度合いのことである。複数の測定部Ｃはｍ行ｎ列のマトリクスとなっている。図４ではｉ番目の行、ｊ番目の列の測定部ＣをＣｉｊと記載している。測定部Ｃはタッチパネルの感知領域１４内に存在する。以下では、測定部Ｃｉｊのそれぞれの位置を、測定位置Ｐｉｊと記載する。

接触強度検出部２１は、複数の走査電極１０に順にパルス信号を供給することをフレーム期間ごとに繰り返す走査回路、パルスが供給される際の相互キャパシタンス変化に応じた接触強度の信号を取得し、その接触強度の信号をデータ信号にＡＤ変換する信号取得回路を有する。走査回路が１つの走査電極１０にパルスを印加すると、信号取得回路がその走査電極１０と複数の検出電極１２とが交差する位置にある複数の測定部Ｃについて接触強度を示すデータ信号を出力する。走査回路が全ての走査電極１０を1回ずつ走査すると、信号取得回路は全ての測定部Ｃについてそのフレーム期間における接触強度を示すデータ信号を出力する。ここで、１フレーム期間は接触強度のサンプリング周期に相当する。また、接触強度検出部２１は複数のフレーム期間について走査やデータ信号の取得をすることにより、複数の測定部Ｃに対応する測定位置Ｐにおける接触強度の時間推移を示すデータ信号を出力する。複数のフレーム期間について出力されるデータ信号は、複数の測定位置Ｐのそれぞれにおける接触強度の推移を示している。

図２は、タッチパネルの感知領域１４と、感知領域１４内の複数の測定位置Ｐと、感知領域１４に接触する指および手の側面の位置との一例を示す図である。タッチパネルの感知領域１４には、マトリクス状に測定位置Ｐが並んでいる。図２に示す位置Ａはある時間ｔ１におけるスタイラスに接触する位置であり、位置Ｂは時間ｔ１から一定期間経過した時間ｔ２における、スタイラスに接触する位置である。図２に示す接触領域Ｈはタッチパネルの感知領域１４に接触する手の小指側の端の領域である。

図３は、図２の複数の測定位置Ｐのうち３つの測定位置Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ６６における接触強度の値の時間推移の一例を示す図である。図３に示す３つのグラフの横軸は時間であり、縦軸は接触強度である。図３は、サンプリング周期が２０分の１秒である場合のグラフである。静電容量式タッチパネルでは、指やスタイラスが測定位置Ｐで接触していなくても、ある程度近接していれば接触強度が測定される。そのため、スタイラスが位置Ａにあっても、測定位置Ｐ４２でスタイラスに影響された接触強度の値が検出される。またスタイラスが位置Ｂに動くにつれて、測定位置Ｐ４２で検出される接触強度の値が極大をとり、再び接触強度の値が小さくなるように変化する。

また、測定位置Ｐ４３については、時間ｔ１では接触強度の値はほとんどスタイラスに影響されていないが、時間ｔ２になると極大値をとっている。ここで、測定位置Ｐ６６については、手の小指側の端が接触する時間ｔ０から接触強度が増加しているが、時間ｔ１からｔ２では測定位置Ｐ６６における接触強度の値は高止まりとなる。スタイラスが動いている間のほとんどでは手の小指側の端がほぼ同じ位置で接触するからである。それは、タッチパネルを操作するユーザが、通常、スタイラスや指を動かす場合、手の小指側の端や手首を極力動かさないことに起因する。ここでは接触領域Ｈに接触しているものが手の小指側の端としているが、手首や手のひらの手首側の部分が接触していても図３と同様となる。また位置ＡやＢに接触するものはスタイラスでなく、指である場合でも図３に示すのと同様の接触強度の時間推移となる。

フィルタ部２２は、各測定位置Ｐにおける接触強度の時間推移を示すデータ信号に対して、指またはスタイラス以外のユーザの身体の接触により生じるデータ信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用する。周波数フィルタは、入力信号のうち指またはスタイラス以外の接触に主に相当する周波数より低いある周波数以下の成分を抑圧し、抑圧された信号を出力するフィルタであり、例えばハイパスフィルタである。

フィルタ部２２は測定部Ｃの数と同じ数のハイパスフィルタを有し、ハイパスフィルタと測定部Ｃとは１対１に対応している。各ハイパスフィルタには対応する測定部Ｃについて測定された接触強度の時間推移を示すデータ信号が入力される。ハイパスフィルタは、そのフィルタが適用された接触強度の時間推移を示すデータ信号（以下では「フィルタされたデータ信号」と記述する）を出力する。

図４は、フィルタ部２２に含まれるハイパスフィルタの一例を示す図である。本実施形態ではハイパスフィルタはデジタルフィルタであり、図４に示すデジタルフィルタはＦＩＲフィルタと呼ばれる。ハイパスフィルタの信号入力ＩＮには、データ信号のうち、フレーム期間ごとにそのフレーム期間について対応する測定部Ｃについて測定された接触強度の値が入力される。また、ハイパスフィルタは、フレーム期間が経過するごとに、信号出力ＯＵＴにハイパスフィルタが適用されたデータ信号のうちそのフレーム期間における接触強度の値を出力する。ハイパスフィルタは、基準となる周波数より高い周波数から低い周波数にかけて、徐々に成分を抑圧する程度が大きくなるものであってもよいし、基準となる周波数以下の成分を全て、ノイズ信号より小さく（例えば０に）するように抑圧してもよい。

ハイパスフィルタは複数段のタップ４５を含み、各タップ４５は１つの遅延ブロック４１と１つの乗算器４２と１つの加算器４３とを含む。遅延ブロック４１は１フレーム期間の間、接触強度の値を保持（記憶）するメモリ（記憶部）であり、遅延ブロック４１はフレーム期間が経過すると次段のタップ４５に含まれる遅延ブロック４１や乗算器４２にその値を出力する。タップ４５に属する乗算器４２は、遅延ブロック４１から入力される値に予め設定された定数値を掛けて加算器４３に向けて出力する。ここで、ハイパスフィルタはタップ４５に属さない乗算器４２を１つ含む。その乗算器４２は、信号入力ＩＮに入力された値に定数値を掛けて、掛けられた値を第１段のタップ４５に含まれる加算器４３に向けて出力する。第１段を除くタップ４５に含まれる加算器４３は、前段のタップ４５に属する加算器４３の出力値と、乗算器４２からの値とを加算し、加算された値を次の段のタップ４５に含まれる加算器４３に出力する。第１段のタップ４５に含まれる加算器４３は、前段のタップ４５に含まれる乗算器４２の代わりにタップ４５に属さない乗算器４２の出力と同じ段の乗算器４２の出力とを加算し、加算された値を第２段のタップ４５に向けて出力する。

ハイパスフィルタに含まれるタップ４５の数や乗算器４２が乗算する定数については、予め定められた閾値の周波数より低い周波数成分が抑圧されるように設定されている。ハイパスフィルタは、少なくとも、現在の接触強度（の値）と現在より一定時間前の接触強度（の値）とを用いて手の小指側の端や手首などとの接触により生じる接触強度の周波数成分を抑圧する。この一定時間は、指やスタイラスの接触により測定位置Pのそれぞれについてノイズで無い接触強度の値が検出される時間（接触時間）より長い必要がある。さらにいえば、例えば、タブレット端末などに用いられるタッチパネルでは、指やスタイラスがある電極に近づいてから離れるまでの時間が０．２〜０．３秒程度であると考えられるので、その倍の周期（例えば０．５〜０．６秒）に相当する接触強度の値を少なくとも遅延ブロック４１のメモリに記憶するようにタップ４５の数を決定する。図４に示すハイパスフィルタでは、その周期におけるフレーム期間の数（サンプリング回数）である１０の倍程度の段数があることが望ましい。なお、図３に示すものと異なるデジタルのハイパスフィルタでも、指やスタイラスがある電極に近づいてから離れるまでの時間の倍に相当する周期より長い期間においてサンプリングされた接触強度の値を記憶する記憶部を設ける必要がある。

図５は、図２の複数の測定位置Ｐのうち３つの測定位置Ｐ４２、Ｐ４３、Ｐ６６におけるフィルタされたデータ信号における接触強度の値の時間推移の一例を示す図である。ハイパスフィルタによりスタイラスや指などで文字や図形を描くことによる測定位置Ｐ４２，Ｐ４３のフィルタされたデータ信号はフィルタされる前のデータ信号に対してほとんど抑圧されていない。一方、手の小指側の端が接触する測定位置Ｐ６６のフィルタされたデータ信号は特に時間ｔ１以降において抑圧される。フィルタされたデータ信号は手の小指側の端や手首などが接触していない場合のフィルタ前のデータ信号に似ている。これにより、フィルタ部２２は手の小指側の端は手首などの接触による影響を抑えることができる。ただし、測定位置Ｐ６６の時間ｔ０で手の小指側の端の接触が始まってから一定の期間は、フィルタ部２２で接触強度の値をフィルタできず、接触を示す接触強度の値が出力されてしまう。この現象に対応する方法については後述する。

座標算出部２３は、フィルタされたデータ信号に基づいて、タッチパネル部１の感知領域１４に対するユーザの指示位置のデータを生成する。例えば、座標算出部２３は、例えばあるフレーム期間についてフィルタ部２２が出力した各測定位置Ｐにおける接触強度のフィルタされた値の重心の位置を、そのフレーム期間についてのユーザの指示位置として求める。そして座標算出部２３はその指示位置をホスト部２に含まれるプロセッサ３１等に向けて出力する。重心の位置をユーザの指示位置とする手法はタッチパネルの座標計算手法として一般的なものであり、座標算出部２３はデータ信号から指示位置を算出する他の座標計算手法によってフィルタされたデータ信号から指示位置を求めてもよい。

ここで、座標算出部２３は、タッチパネル部１の感知領域に対してユーザのはじめての接触があってから所定の除外期間において、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置のデータを出力しなくてもよい。具体的には、前のフレーム期間でユーザが感知領域のどこにも接触していないことを示す信号（この信号はフィルタされたデータ信号であってもよい）が出力され、現在のフレーム期間で測定位置Ｐのいずれかについて接触があることを示す信号（フィルタされたデータ信号であってよい）が出力された場合に、そのタイミングから除外期間の間、座標算出部２３はホスト部２に向けてユーザの指示位置を示すデータを出力しない。これにより、図５のフィルタ部２２が手の小指側の端や手首等が感知領域に接触した際にフィルタ部２２によるフィルタが十分に働かなかったために、ユーザが指し示していない位置の座標がホスト部２の処理で用いられることを防ぐことができる。この除外期間は、フィルタ部２２の特性に応じて定めればよい。例えば、この除外期間は、手の小指側の端や手首等が感知領域に接触してすぐのタイミングでフィルタ部２２が接触があったことを示す接触強度の値を出力する期間以上に設定すればよい。例えば、フィルタ部２２が０．５秒の周期の周波数成分を抑圧するのであれば、除外期間は０．５秒またはそれ以上にすればよい。

なお、周波数フィルタはハイパスフィルタでなくてもよい。各測定位置Ｐにおける接触強度を示す接触強度推移信号のうち、ある周波数以下の成分を抑圧するような周波数特性を有するフィルタであればよい。この抑圧される周波数の成分は、スタイラスや指を用いて字や図形を書く際に測定部Ｃについてほとんど含まれず、手の小指側の端や手首が感知領域１４に接触する場合に主に含まれる周波数の成分である。

ホスト部２に含まれるプロセッサ３１、記憶部３２、通信部３３、表示部３４は、記憶部３２に格納されたプログラムを実行することで、タッチパネル部１から入力されるユーザの指示位置に応じて表示部３４の表示出力デバイス等に画像を出力する機能を実現する。以下ではホスト部２について簡単に説明する。

プロセッサ３１は記憶部３２に格納されたプログラムを実行し、通信部３３、表示部３４を制御する。上記プログラムは、インターネット等を介して提供されるものであってもよいし、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるものであってもよい。

記憶部３２は、ＲＡＭやフラッシュメモリ等のメモリ素子やハードディスクドライブ等によって構成されている。記憶部３２は、上記プログラムを格納する。また、記憶部３２は、各部から入力される情報や演算結果を格納する。

通信部３３は、他の装置と通信する機能を実現するものであり、例えば無線ＬＡＮの集積回路やアンテナなどにより構成されている。通信部３３は、プロセッサ３１の制御に基づいて、他の装置から受信した情報をプロセッサ３１や記憶部３２に入力し、他の装置に情報を送信する。

表示部３４は、表示出力デバイスやその表示出力デバイスをコントロールするビデオコントローラなどにより構成される。表示部３４は、プロセッサ３１の制御に基づいて、表示出力デバイスに表示データを出力する。なお、表示出力デバイスはタッチパネル入力装置の外に接続されるものであってもよい。

ここまで本発明の実施形態について説明したが、他の方法によって実現されてもよい。例えば、これまでの説明ではフィルタ部２２や座標算出部２３が集積回路などのハードウェアにより実現されるものとして記載しているが、フィルタ部２２や座標算出部２３の機能は、プロセッサ３１が記憶部３２に格納されるプログラムを実行することで実現されてもよい。例えばそのプログラムを実行するプロセッサ３１が接触強度検出部２１からのデータ信号が示す接触強度の値を取得し、その値を処理し、記憶部３２にユーザの指示位置の値を格納することでフィルタ部２２や座標算出部２３の処理が実現されてもよい。また、このプログラムはインターネット等を介して提供されてもよいし、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよい。

また、本発明はタブレット端末や、電子書籍リーダ以外のものに適用されてもよい。例えば、タッチパネル入力装置が、パーソナルコンピュータなどに接続される外付けのタッチパネルであってもよいし、ホスト部２を含まず部品として供給されるタッチパネルであってもよい。

１ タッチパネル部、２ ホスト部、１０ 走査電極、１２ 検出電極、１４ 感知領域、２１ 接触強度検出部、２２ フィルタ部、２３ 座標算出部、３１ プロセッサ、３２ 記憶部、３３ 通信部、３４ 表示部、４１ 遅延ブロック、４２ 乗算器、４３ 加算器、４５タップ、Ｃ 測定部、Ｐ 測定位置、Ａ，Ｂ 位置、Ｈ 接触領域。

Claims (8)

1. タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得する接触強度データ取得手段と、
   前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用する周波数フィルタ手段と、
   前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号を用いた計算により、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置の座標を生成する指示位置データ生成手段と、
   を含む入力装置。
2. 請求項１に記載の入力装置において、
   前記指示位置データ生成手段は、前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号に所定の演算式を適用することにより、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置の座標を生成する、入力装置。
3. 請求項１または２に記載の入力装置において、
   前記指示位置データ生成手段は、前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号を用いた計算により、ユーザがタッチパネルに接触させかつ動いている指またはスタイラスの指示位置の座標を生成する、入力装置。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、
   前記周波数フィルタは所定周波数以下の成分を抑圧する、入力装置。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、
   前記周波数フィルタは、前記各測定位置について、現在の前記接触強度と、現在より所定時間前の前記接触強度とに基づいて、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧し、前記所定時間は前記指またはスタイラスの前記各測定位置に対する接触時間よりも長い、入力装置。
6. 請求項１から５のいずれかにおいて、
   前記指示位置データ生成手段は、前記タッチパネルにはじめの接触があってから所定の除外期間は、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置の座標を出力しない、入力装置。
7. タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得し、
   前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用し、
   前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号を用いた計算により、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置の座標を生成する、
   ことを特徴とする入力方法。
8. タッチパネルの複数の測定位置のそれぞれにおける接触強度の推移を示す接触強度推移信号を取得し、
   前記複数の測定位置のうち少なくとも１つにおける接触強度推移信号に対して、指またはスタイラス以外の接触により生じる前記接触強度推移信号の周波数成分を抑圧する周波数フィルタを適用し、
   前記周波数フィルタが適用された前記各測定位置における接触強度推移信号を用いた計算により、前記タッチパネルに対するユーザの指示位置の座標を生成する、
   処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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