JP5809526B2 - 入力装置及びキャリブレーション方法 - Google Patents
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Description
本発明は、携帯機器やその他の電子機器に搭載されて、指などを操作パネルに接触させて操作する入力装置に関する。
複数の押圧センサを用いて操作面上の押圧点の位置座標を算出する入力装置では、押圧点算出式の補正値（係数）を経時変化等に伴って再設定できるようにユーザー等が簡単にキャリブレーションを行うことができると好ましい。
しかしながら従来では、予め決められた荷重をかけて補正値を求めていた。このため経時変化等で補正値を変更しようとしても決められた荷重をかけることが必要になるためユーザーの負担となり、また荷重測定用の評価機を必要とし、簡単に補正値を変更できない問題があった。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、従来に比べて簡単かつ自由にキャリブレーションを行って補正値（補正係数）を変更でき、またキャリブレーションにより押圧点の検出精度を効果的に向上させることが可能な入力装置及びキャリブレーション方法を提供することを目的としている。
本発明における入力装置は、
操作パネルと、
前記操作パネルの操作面に対する裏面側に配置された複数の押圧センサと、
押圧点の位置座標を算出する際に使用する重回帰式の補正係数を求めるためのキャリブレーションモードを実行可能な制御部と、を有し、
前記制御部では、前記重回帰式の項数よりも数の多い前記操作面上の複数のキャリブレーション押圧点を押圧操作させ、各キャリブレーション押圧点を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサの各センサ出力を足して各キャリブレーション押圧点での全出力を取得し、前記各キャリブレーション押圧点での前記各センサ出力を、前記各キャリブレーション押圧点での全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、前記補正係数を算出する入力装置であって、
前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の重回帰式の前記補正係数を算出することを特徴とするものである。
操作パネルと、
前記操作パネルの操作面に対する裏面側に配置された複数の押圧センサと、
押圧点の位置座標を算出する際に使用する重回帰式の補正係数を求めるためのキャリブレーションモードを実行可能な制御部と、を有し、
前記制御部では、前記重回帰式の項数よりも数の多い前記操作面上の複数のキャリブレーション押圧点を押圧操作させ、各キャリブレーション押圧点を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサの各センサ出力を足して各キャリブレーション押圧点での全出力を取得し、前記各キャリブレーション押圧点での前記各センサ出力を、前記各キャリブレーション押圧点での全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、前記補正係数を算出する入力装置であって、
前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の重回帰式の前記補正係数を算出することを特徴とするものである。
また本発明におけるキャリブレーション方法は、
操作面に対する裏面側に複数の押圧センサが配置された操作パネルを有する入力装置の、押圧点の位置座標を算出する際に使用する重回帰式の補正係数を求めるためのキャリブレーションモード時、
前記重回帰式の項数よりも数の多い前記操作面上の各キャリブレーション押圧点を押圧操作させるステップと、
各キャリブレーション押圧点を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサの各センサ出力を足して各キャリブレーション押圧点での全出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点での前記各センサ出力を、前記各キャリブレーション押圧点での全出力で割って各規格化出力を算出するステップと、
前記各キャリブレーション押圧点の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、前記補正係数を算出するステップと、
を有する入力装置のキャリブレーション方法であって、
前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を前記出力データとして３次以上の前記重回帰式の各補正係数を算出することを特徴とするものである。
操作面に対する裏面側に複数の押圧センサが配置された操作パネルを有する入力装置の、押圧点の位置座標を算出する際に使用する重回帰式の補正係数を求めるためのキャリブレーションモード時、
前記重回帰式の項数よりも数の多い前記操作面上の各キャリブレーション押圧点を押圧操作させるステップと、
各キャリブレーション押圧点を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサの各センサ出力を足して各キャリブレーション押圧点での全出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点での前記各センサ出力を、前記各キャリブレーション押圧点での全出力で割って各規格化出力を算出するステップと、
前記各キャリブレーション押圧点の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、前記補正係数を算出するステップと、
を有する入力装置のキャリブレーション方法であって、
前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を前記出力データとして３次以上の前記重回帰式の各補正係数を算出することを特徴とするものである。
従来では予め決められた荷重の印加が必要とされ、そのため荷重測定が必要であったが本発明ではその必要性がなく、よって従来に比べて簡単かつ自由にキャリブレーションを行うことができ、使用環境下にてキャリブレーションにより補正係数の適正化を図ることができる。よって押圧点の検出精度を向上させることができる。
また本発明では、各押圧センサのリニアリティ性が劣るなどして算出誤差が生じるとき、上記したように、対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を用いることで前記算出誤差を小さくできる。したがってキャリブレーションを行って補正係数の適正化を行うことで、押圧点の検出精度をより効果的に向上させることができる。
また差分を使用することで、重回帰式の項数を減らすことができ制御部に対する算出負担を軽減できる。
なお上記において、前記押圧センサは、前記操作面の周囲部の四隅に配置され、あるいは、前記操作面の略中心を通って直交するＸ方向及びＹ方向を前記２方向として対向配置されている構成にできる。
また本発明では、前記制御部は、前記操作面上の押圧点を前記重回帰式による多項式近似により算出する通常モードと、前記キャリブレーションモードとを切換可能に制御することが好ましい。
また本発明では前記各規格化出力の算出は、全出力が所定範囲内に入ったとき実行されることが好ましい。これによりユーザーが簡単にキャリブレーションを行うことができる。
本発明では、従来に比べて簡単かつ自由にキャリブレーションを行うことができ、使用環境下にてキャリブレーションにより補正係数の適正化を図ることができる。よって押圧点の検出精度を向上させることができる。
図１は、本発明の第１実施形態における入力装置の平面図であり、図２は、本発明の実施形態における入力装置の部分縦断面図であり、図３は、本実施形態の入力装置のブロック図であり、図４は、押圧センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、押圧センサを構成するセンサ基板の裏面透視図であり、図５は、本実施形態の入力装置を用いた押圧点検出方法及びキャリブレーション方法を説明するためのフローチャート図である。
本実施形態における入力装置１は、透明な操作パネル４と、操作パネル４の裏面４ｃに設けられた複数の押圧センサ５〜８とを有して構成される。操作パネル４はガラスやプラスチック等で構成される。操作パネル４の表面が操作面４ａである。
図１，図２に示すように、操作パネル４の周囲部４ｂの裏面４ｃに加飾層９を設けることで、操作パネル４を通して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３の表示がされ操作面４ａでの操作を可能とする操作領域と、操作領域の周囲を縁取る不透明な加飾領域とに区分けできる。加飾領域では、各押圧センサ５〜８が操作面４ａ側から見えないようになっている。ここで図２は、図１に示す押圧センサ５と押圧センサ８との対角線上に沿って切断した部分縦断面であるとする。
各押圧センサ５〜８は、図４に示すように、センサ基板１２と、ベース基板１３とを有する。センサ基板１２には、変位部１４と、変位部１４の上面に上方に向けて突出する突起状の受圧部１７が設けられる。センサ基板１２とベース基板１３との間には所定の空間部１５が形成されており、これにより変位部１４が荷重を受けると高さ方向に変位できるようになっている。図４（ａ）（ｂ）に示すように、センサ基板１２の裏面には、歪検出素子として複数のピエゾ抵抗素子１６が設けられる。受圧部１７で受けた荷重により変位部１４が高さ方向に変位すると、その変位量に応じて各ピエゾ抵抗素子１６の電気抵抗が変化し、各ピエゾ抵抗素子１６によって構成されたブリッジ回路の中点電位が変化することで、センサ出力を得ることが出来る。図４（ｂ）に示すように各ピエゾ抵抗素子１６から引き回された配線部１８が図示しないパッド部と電気的に接続されている。
本実施形態における押圧センサ５〜８は図４に示した構成以外のものであってもよい。例えば操作面４ａを押圧したときに２つの電極間の距離の変化に基づいて静電容量が変化し、この静電容量変化により荷重を検出することが可能な構成にすることも可能である。
図１，図２に示すように、押圧センサ５〜８は、操作パネル４の裏面４ｃ側に配置される。押圧センサ５〜８は、例えば、図５（ａ）に示すように、操作面４ａの周囲部４ｂの４隅に配置される。また図２に示すように、押圧センサ５〜８を支える支持部１０を備え、この支持部１０と操作パネル４間が高さ方向に変形可能な接続部１１により接続されている。これにより操作面４ａを押圧したときに操作パネル４が下方に移動し、押圧センサ５〜８に荷重を加えることができる。接続部１１は例えば両面テープである。
なおタッチパネル１における押圧センサ５〜８の支持構造は図１に示すものに限定されない。また、タッチパネル１における押圧センサ５〜８の位置は図５（ａ）に示すものに限定されず、例えば、図１４に示すように、操作面４ａの中心Ｏを通って直交するＸ方向及びＹ方向の夫々にて対向する周囲部４ｂの位置に各押圧センサ５〜８を配置することもできる（十字配置）。この場合、押圧センサ５〜８は周囲部４ｂの各辺の任意の位置に配置することが可能だが、好ましくは周囲部４ｂの各辺の中心に近い位置に配置した方が良く、より精度の高い押圧点の位置検出を行うためには、周囲部４ｂの各辺の中心に押圧センサ５〜８を配置した方が良い。
図３に示すように本実施形態の入力装置１は、操作パネル４、押圧センサ５〜８、各押圧センサ５〜８に接続される制御部（ＩＣ）２を備える。また制御部２からのデータを機器本体部の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３等の画像表示装置２０に送信できるようになっている。前記制御部２では、入力装置１の使用時、操作面４ａ上を押圧操作したときの押圧点ｐ００を算出することが出来る。
前記制御部２では押圧点ｐ００の位置座標（Ｘ，Ｙ）を２次以上の重回帰式による多項式近似により算出する。
２次の重回帰式を以下に示す。
２次の重回帰式を以下に示す。
（数式１）
X=a1+a2・S1+a3・S2+a4・S3+a5・S4+a6・S12+a7・S1・S2+a8・S1・S3+a9・S1・S4+a10・S22+a11・S2・S3+a12・S2・S4+a13・S32+a14・S3・S4+a15・S42
Y=b1+b2・S1+b3・S2+b4・S3+b5・S4+b6・S12+b7・S1・S2+b8・S1・S3+b9・S1・S4+b10・S22+b11・S2・S3+b12・S2・S4+b13・S32+b14・S3・S4+b15・S42
X=a1+a2・S1+a3・S2+a4・S3+a5・S4+a6・S12+a7・S1・S2+a8・S1・S3+a9・S1・S4+a10・S22+a11・S2・S3+a12・S2・S4+a13・S32+a14・S3・S4+a15・S42
Y=b1+b2・S1+b3・S2+b4・S3+b5・S4+b6・S12+b7・S1・S2+b8・S1・S3+b9・S1・S4+b10・S22+b11・S2・S3+b12・S2・S4+b13・S32+b14・S3・S4+b15・S42
数式１におけるＸ，Ｙは、数式１により算出された押圧点を示す（図１参照）。ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５は、補正係数である。Ｓ１〜Ｓ４は、規格化出力である。
「規格化出力」について説明する。
操作面４ａ上を押圧すると、各押圧センサ５〜８からセンサ出力を得ることができる。ここで押圧センサ５のセンサ出力をｓ１，押圧センサ６のセンサ出力をｓ２，押圧センサ７のセンサ出力をｓ３，押圧センサ８のセンサ出力をｓ４とする。各押圧センサ５〜８の各センサ出力を足して全出力（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）を得る。そして各センサ出力ｓ１〜ｓ４を全出力で割ったのが「規格化出力」である。
操作面４ａ上を押圧すると、各押圧センサ５〜８からセンサ出力を得ることができる。ここで押圧センサ５のセンサ出力をｓ１，押圧センサ６のセンサ出力をｓ２，押圧センサ７のセンサ出力をｓ３，押圧センサ８のセンサ出力をｓ４とする。各押圧センサ５〜８の各センサ出力を足して全出力（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）を得る。そして各センサ出力ｓ１〜ｓ４を全出力で割ったのが「規格化出力」である。
数式１における規格化出力Ｓ１は、ｓ１／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）であり、規格化出力Ｓ２は、ｓ２／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）であり、規格化出力Ｓ３は、ｓ３／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）であり、規格化出力Ｓ４は、ｓ４／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）である。
まず初期設定として補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５の算出が行われる。補正係数の算出は、予め出荷前に行われ、また本実施形態では、ユーザー自らが補正係数の変更を行うことも可能である。本実施形態における入力装置１はキャリブレーションモードを備えており、経時変化により各押圧センサ５〜８の各感度が変化等して、押圧点の検出精度が低下したとき、各補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５の再設定を簡単に行うことができる。
以下、図５のフローチャートにより、上記したキャリブレーションモードにて補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５の算出ステップを説明する。
まず、図５に示すように、図３に示す制御部２では通常モードか否かを判断する（ステップＳＴ１）。通常モードとは、算出された補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５を備える上記した２次の回帰式を用いてユーザーが押圧した押圧点ｐ００（図１参照）を算出するモードであり、実際の使用状態を指す。この通常モードでは押圧点ｐ００の位置座標を検出し、その検出結果に基づいて操作面４ａに表示される画面の更新・変更等が行われる。
通常モードでないときはキャリブレーションモードに移行する。
まずキャリブレーションモードでは、図１に示すように、操作面４ａ上を例えば格子状に仕切り、透明な操作面４ａ上に各横線（Ｘ１−Ｘ２方向に平行な仮想線）と、各縦線（Ｙ１−Ｙ２方向に平行な仮想線）との交点をキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５として表示する（ステップＳＴ２）。キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５のＸ座標及びＹ座標は予め決まっている。例えば図３に示す静電容量式等のタッチパネル２１を備える構成であれば、タッチパネル２１による平面座標を利用してキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を操作面４ａ上に表示させることも可能である。またキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５の数は、重回帰式の項数よりも多い。
まずキャリブレーションモードでは、図１に示すように、操作面４ａ上を例えば格子状に仕切り、透明な操作面４ａ上に各横線（Ｘ１−Ｘ２方向に平行な仮想線）と、各縦線（Ｙ１−Ｙ２方向に平行な仮想線）との交点をキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５として表示する（ステップＳＴ２）。キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５のＸ座標及びＹ座標は予め決まっている。例えば図３に示す静電容量式等のタッチパネル２１を備える構成であれば、タッチパネル２１による平面座標を利用してキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を操作面４ａ上に表示させることも可能である。またキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５の数は、重回帰式の項数よりも多い。
各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を順番にユーザーが押圧する（ステップＳＴ３）。なおユーザーでなく荷重を印加できる装置を用いて各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を順次押圧していく構成であってもよい。制御部２では、各押圧点ｐ０１〜ｐ３５を押圧したときの各押圧センサ５〜８の各センサ出力ｓ１〜ｓ４から上記した各規格化出力Ｓ１〜Ｓ４を求める（ステップＳＴ４）。
そして各キャリブレーション押圧点のＸ，Ｙ座標と各規格化出力とが関連付けられた出力テーブルを作成する（ステップＳＴ５）。
一例を以下に示す。
一例を以下に示す。
なお、表１に示す各センサ出力は、各押圧点ｐ０１〜ｐ３５をある一定の荷重（例えば１Ｎ）で押圧して測定したものである。ただし、以下に示すように補正係数を求めるのに必要なデータは、押圧点の位置座標と各規格化出力であり、荷重の値は考慮されない。例えば本実施形態では全出力ベースで判断され、全出力がある範囲内に入ったら正常な測定と判断し、荷重測定を必要としない。
また表１には、各キャリブレーション押圧点のＸ，Ｙ座標、及び各規格化出力のみならず各センサ出力も掲載した。表１の出力テーブルを制御部２の記憶部に保存する。
全キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５での測定が完了したか否か確認後（ステップＳＴ６）、表１に示す出力テーブルに基づいて数式１の各補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５を算出する（ステップＳＴ７）。
なお補正係数の算出方法は以下の数式２を参照されたい。
なお補正係数の算出方法は以下の数式２を参照されたい。
（数式２)
以上により算出された各補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５が補正値テーブルに保存される。
通常モードについて説明する。
図５に示すステップＳＴ１での通常モードによりユーザーが操作面４ａ上を押圧すと（例えば図１の押圧点ｐ００）、図１に示す各押圧センサ５〜８から各センサ出力ｓ１〜ｓ４を得ることができる（ステップＳＴ８）。そして制御部８では、各センサ出力から上記した各規格化出力Ｓ１〜Ｓ４を算出する。
図５に示すステップＳＴ１での通常モードによりユーザーが操作面４ａ上を押圧すと（例えば図１の押圧点ｐ００）、図１に示す各押圧センサ５〜８から各センサ出力ｓ１〜ｓ４を得ることができる（ステップＳＴ８）。そして制御部８では、各センサ出力から上記した各規格化出力Ｓ１〜Ｓ４を算出する。
図５に示すように補正値テーブルに保存された数式１の補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５を参照し（ステップＳＴ９）、数式１に示す２次の重回帰式による多項式近似により押圧点ｐ００の位置座標を算出する（ステップＳＴ１０）。
そしてステップＳＴ１０により算出された押圧点の座標データに基づいて液晶ディスプレイ３の画像表示処理を行う（図５のステップＳＴ１１）。
図６は、数式１に示す２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したときのシミュレーション結果である。
図６に示すように実際の押圧点と算出された押圧点とは操作面の中央付近でほぼ一致することがわかった。ただし操作面の周囲部近辺での実際の押圧点と算出された押圧点とにややずれが生じることがわかった。
本実施形態において３次以上の重回帰式を用いることで、より効果的に実際の押圧点と算出された押圧点とのずれ量を小さくできる。ただし次数が増えればそれだけ重回帰式の項数が増え、すなわち補正係数が増える。このとき補正係数を求めるには、表１の出力テーブルで示したキャリブレーション押圧点の数が補正係数の数（項数）よりも多いことが必要になる。ちなみに上記の各規格化出力を変数とした３次の重回帰式とすると項数は３５となり、上記の各規格化出力を変数とした４次の重回帰式とすると項数は７０となり、上記の各規格化出力を変数とした５次の重回帰式とすると項数は１２６となる。したがって、３次以上の重回帰式を用いる場合には図１に示すキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５をさらに増やすことが必要になる。
このように項数が増えれば、補正係数を再設定するためのキャリブレーションを行う際にキャリブレーション押圧点が多すぎてユーザーの負担になり、また制御部２への算出負担が増大する。
また図１３（ａ）は、各センサ出力を足した全出力と、各センサ出力との関係を示すグラフであり、図１３（ｂ）は、各センサ出力を足した全出力と、差分（規格化出力Ｓ２−Ｓ３，Ｓ１−Ｓ４）との関係を示すグラフである。
図１３は図１のある押圧点を押圧し、徐々に荷重を増やしていった場合の全出力、各センサ出力、及び差分（規格化出力Ｓ２−Ｓ３，Ｓ１−Ｓ４）を求めたものである。
図１３（ａ）に示すように、各センサ出力ｓ１〜ｓ４のリニアリティが低下すると、各押圧センサ５〜８の各規格化出力が変動する。すなわち例えば図１の押圧点ｐ０１を押圧したときに押圧力（荷重）によって各押圧センサ５〜８の各規格化出力が変動するため、重回帰式による多項式近似により算出された押圧点が前記押圧力（荷重）によって変動しやすくなる。検出精度を安定させるためには図１３（ｂ）に示すように、３次以上の重回帰式を用いた際に、対角線上に位置する押圧センサ５の規格化出力Ｓ１と押圧センサ８の規格化出力Ｓ４との差分（Ｓ１−Ｓ４）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２と押圧センサ７の規格化出力Ｓ３との差分（Ｓ２−Ｓ３）を変数として使用することが好適である。これによりリニアリティの低下等に伴う算出誤差を小さくできる。ここで３次以上の重回帰式に限定したのは、上記した差分を用いて２次の重回帰式による多項式近似を行うと、各規格化出力を使用した場合（図６）と比べて、算出された押圧点が実際の押圧点から大きく外れてしまい、押圧点の検出精度が大幅に低下するためである。なお２次の重回帰式に差分を用いると検出精度が低下する点は、後で図１１を用いて説明する。
そして上記したように、各規格化出力の差分（Ｓ１−Ｓ４，Ｓ２−Ｓ３）を使用することで、３次以上の重回帰式の項数を減らすことが出来る。
以下の数式３が、対向配置された各押圧センサ５〜８の各規格化出力の差分（Ｓ１−Ｓ４，Ｓ２−Ｓ３）を使用した３次の重回帰式である。
（数式３）
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3
ａ１〜ａ１０，ｂ１〜ｂ１０は、補正係数である。Ｓ１〜Ｓ４は、規格化出力である。
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3
ａ１〜ａ１０，ｂ１〜ｂ１０は、補正係数である。Ｓ１〜Ｓ４は、規格化出力である。
数式３に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は１０となる。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
図７は、数式３に示す３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したときのシミュレーション結果である。
図７に示すように実際の押圧点と算出された押圧点とのずれを図６に示す２次の重回帰式を用いた場合より小さくできるとわかった。なおＹ１−Ｙ２方向の外側よりも内側に向うにしたがって実際の押圧点と算出された押圧点とのずれが徐々に小さくなることがわかった。
続いて以下の数式４は、対向配置された各押圧センサ５〜８の各規格化出力の差分（Ｓ１−Ｓ４，Ｓ２−Ｓ３）を使用した４次の重回帰式である。
（数式４）
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3+a11・(S1-S4)4+a12・(S2-S3)3(S1-S4)+a13・(S1-S4)2(S2-S3)2+a14・(S1-S4)(S2-S3)3+a15・(S2-S3)4
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3+b11・(S1-S4)4+b12・(S1-S4)3(S2-S3)+b13・(S1-S4)2(S2-S3)2+b14・(S1-S4)(S2-S3)3+b15・(S2-S3)4
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3+a11・(S1-S4)4+a12・(S2-S3)3(S1-S4)+a13・(S1-S4)2(S2-S3)2+a14・(S1-S4)(S2-S3)3+a15・(S2-S3)4
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3+b11・(S1-S4)4+b12・(S1-S4)3(S2-S3)+b13・(S1-S4)2(S2-S3)2+b14・(S1-S4)(S2-S3)3+b15・(S2-S3)4
ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５は、補正係数である。Ｓ１〜Ｓ４は、規格化出力である。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
数式４に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は１５となる。
数式４に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は１５となる。
図８は、数式４に示す４次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したときのシミュレーション結果である。
図８に示すように４次の重回帰式を用いた場合、図７の３次の重回帰式を用いた場合とほぼ同じ結果が得られた。
続いて以下の数式５は、対向配置された各押圧センサ５〜８の各規格化出力の差分（Ｓ１−Ｓ４，Ｓ２−Ｓ３）を使用した５次の重回帰式である。
（数式５）
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3+a11・(S1-S4)4+a12・(S2-S3)3(S1-S4)+a13・(S1-S4)2(S2-S3)2+a14・(S1-S4)(S2-S3)3+a15・(S2-S3)4+a16・(S1-S4)5+a17・(S2-S3)4(S1-S4)+a18・(S1-S4)3(S2-S3)2+a19・(S1-S4)2(S2-S3)3+a20・(S1-S4)(S2-S3)4+a21・(S2-S3)5
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3+b11・(S1-S4)4+b12・(S1-S4)3(S2-S3)+b13・(S1-S4)2(S2-S3)2+b14・(S1-S4)(S2-S3)3+b15・(S2-S3)4+b16・(S1-S4)5+b17・(S2-S3)4(S1-S4)+b18・(S1-S4)3(S2-S3)2+b19・(S1-S4)2(S2-S3)3+b20・(S1-S4)(S2-S3)4+b21・(S2-S3)5
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3+a11・(S1-S4)4+a12・(S2-S3)3(S1-S4)+a13・(S1-S4)2(S2-S3)2+a14・(S1-S4)(S2-S3)3+a15・(S2-S3)4+a16・(S1-S4)5+a17・(S2-S3)4(S1-S4)+a18・(S1-S4)3(S2-S3)2+a19・(S1-S4)2(S2-S3)3+a20・(S1-S4)(S2-S3)4+a21・(S2-S3)5
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3+b11・(S1-S4)4+b12・(S1-S4)3(S2-S3)+b13・(S1-S4)2(S2-S3)2+b14・(S1-S4)(S2-S3)3+b15・(S2-S3)4+b16・(S1-S4)5+b17・(S2-S3)4(S1-S4)+b18・(S1-S4)3(S2-S3)2+b19・(S1-S4)2(S2-S3)3+b20・(S1-S4)(S2-S3)4+b21・(S2-S3)5
ａ１〜ａ２１，ｂ１〜ｂ２１は、補正係数である。Ｓ１〜Ｓ４は、規格化出力である。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
数式５に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は２１となる。
数式５に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は２１となる。
図９は、数式５に示す５次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したときのシミュレーション結果である。
図９に示すように５次の重回帰式を用いると、算出された押圧点を実際の押圧点にほぼ一致させることができ、図６ないし図８に示す２次〜４次の重回帰式を用いた場合に比べて最も効果的に、押圧点の検出精度を向上させることができた。
図１０は、１次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。図１０は比較例である。
１次の回帰式は以下の数式６で示される。
１次の回帰式は以下の数式６で示される。
（数式６）
X=a+b・S1+c・S2+d・S3+e・S4
Y=f +g・S1+h・S2+i・S3+j・S4
X=a+b・S1+c・S2+d・S3+e・S4
Y=f +g・S1+h・S2+i・S3+j・S4
ここでａ〜ｊは、補正係数である。Ｓ１〜Ｓ４は、規格化出力である。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
図１０に示すように、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれ量を小さくできる領域が操作面の中央付近にあるが、ごく限られた範囲となっており、操作面の周囲部付近では、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれ量が非常に大きくなることがわかった。
図１１は、各規格化出力の差分（Ｓ１−Ｓ４，Ｓ２−Ｓ３）を使用した２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。図１１は比較例である。
図１１に示す比較例１は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１−押圧センサ６の規格化出力Ｓ２の差分（Ｓ１−Ｓ２）、及び押圧センサ７の規格化出力Ｓ３−押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ３−Ｓ４）を用いて２次の重回帰式（以下の数式７）による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合である。
（数式７）
X=a1+a2・(S1-S2)+a3・(S3-S4)+a4・(S1-S2)2+a5・(S1-S2)(S3-S4)+a6・(S3-S4)2
Y=b1+b2・(S1-S2)+b3・(S3-S4)+b4・(S1-S2)2+b5・(S1-S2)(S3-S4)+b6・(S3-S4)2
X=a1+a2・(S1-S2)+a3・(S3-S4)+a4・(S1-S2)2+a5・(S1-S2)(S3-S4)+a6・(S3-S4)2
Y=b1+b2・(S1-S2)+b3・(S3-S4)+b4・(S1-S2)2+b5・(S1-S2)(S3-S4)+b6・(S3-S4)2
また図１１に示す比較例２は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１−押圧センサ７の規格化出力Ｓ３の差分（Ｓ１−Ｓ３）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２−押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ２−Ｓ４）を用いて２次の重回帰式（以下の数式８）による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合である。
（数式８）
X=a1+a2・(S1-S3)+a3・(S2-S4)+a4・(S1-S3)2+a5・(S1-S3)(S2-S4)+a6・(S2-S4)2
Y=b1+b2・(S1-S3)+b3・(S2-S4)+b4・(S1-S3)2+b5・(S1-S3)(S2-S4)+b6・(S2-S4)2
X=a1+a2・(S1-S3)+a3・(S2-S4)+a4・(S1-S3)2+a5・(S1-S3)(S2-S4)+a6・(S2-S4)2
Y=b1+b2・(S1-S3)+b3・(S2-S4)+b4・(S1-S3)2+b5・(S1-S3)(S2-S4)+b6・(S2-S4)2
また図１１に示す比較例３は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１−押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ１−Ｓ４）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２−押圧センサ７の規格化出力Ｓ３の差分（Ｓ２−Ｓ３）を用いて２次の重回帰式（以下の数式９）による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合である。
（数式９）
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S3)+b6・(S2-S3)2
X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2
Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S3)+b6・(S2-S3)2
図１１に示すように比較例１〜比較例３ではいずれの場合も算出された押圧点が実際の押圧点から大幅にずれてしまい、特に算出された押圧点が実際の押圧点のような略格子状に並ばなくなった。このように、比較例１〜比較例３では、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれが、図６のように規格化出力を用いて２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合に比べて大きくなった。
したがって、規格化出力の差分の使用は、３次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する場合に限定される。
また図１２（ａ）は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１−押圧センサ６の規格化出力Ｓ２の差分（Ｓ１−Ｓ２）、及び押圧センサ７の規格化出力Ｓ３−押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ３−Ｓ４）を用いて３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したシミュレーション結果、図１２（ｂ）は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１−押圧センサ７の規格化出力Ｓ３の差分（Ｓ１−Ｓ３）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２−押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ２−Ｓ４）を用いて３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したシミュレーション結果である。
図１２に示すようにいずれも算出された押圧点が実際の押圧点から大幅にずれてしまい、特に算出された押圧点が実際の押圧点のような略格子状に並ばなくなった。このように、３次以上の重回帰式にて使用する変数は、対角線上にて対向配置された押圧センサの規格化出力の差分（Ｓ１−Ｓ４，Ｓ２−Ｓ３）を用いることが必要であるとわかった（図７〜図９参照）。なお、図１４のように各押圧センサ５〜８を配置した場合は、Ｙ１−Ｙ２方向で対向する押圧センサ５と押圧センサ８との差分（Ｓ１−Ｓ４）及びＸ１−Ｘ２方向で対向する押圧センサ６と押圧センサ７との差分（Ｓ２−Ｓ３）を使用する。
本実施形態における入力装置１の特徴的部分は、キャリブレーションモードを備え、前記キャリブレーションモード時に、重回帰式の項数よりも数の多い操作面４ａ上の各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を押圧操作させ、各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサを足して各押圧点ｐ０１〜ｐ３５での全出力を算出し、前記各押圧点ｐ０１〜ｐ３５での各センサ出力を、前記各押圧点ｐ０１〜ｐ３５での全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、補正係数を算出するキャリブレーション方法、及び前記キャリブレーションモードを実行可能な制御部２を備えた点にある。
本実施形態では、上記したように、各押圧センサ５〜８の各センサ出力を全出力で割って規格化している。これにより簡単に規格化出力を算出できる。
そしてキャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５の位置座標と、各規格化出力との出力データを用いて各補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５を求めている。このため、キャリブレーションモードにおいて、各補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５を算出する際、センサ出力がどれだけの荷重により得られたものか問題ではなくなる。すなわち本実施形態では補正係数を算出する際に荷重パラメータは必要ではなく荷重測定の必要がない。よってキャリブレーションの際のユーザーに対する負担を低減でき、また荷重測定装置も必要なくなる。なおキャリブレーションはユーザーが行うものでなく、専用装置などを用いて行うことができるようにしてもよい。ただしいずれにしてもどれだけの荷重で押圧したかを測定する必要性がないためキャリブレーションを簡単にできる。
本実施形態では、各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を押圧した際の正常測定の判断基準は、例えば各キャリブレーション押圧点ｐ０１〜ｐ３５を押圧し、各押圧センサ５〜８から得られた全出力が図１３に示すデータ取得範囲内に入ったら測定が正常と判断し、このとき正常と判断されたキャリブレーション押圧点の色が変化したりあるいは点滅したりするなどして、ユーザーに正常に測定が行われたことを知らせることが出来る。
図１５に示す比較例の場合、ステップＳＴ１５でキャリブレーション押圧点に荷重を印加したとき、予め決められた荷重が印加されたときに初めて正常な測定と判断され、ステップＳＴ１６で得られた測定結果が保存される。そしてステップＳＴ１７で補正値の算出が行われるが、図１６に示すように実使用の際、図５に示す本実施形態のようにキャリブレーションを行うことができない。すなわち図１６に示すようにステップＳＴ１８のときに、各押圧センサのセンサ出力を測定し、ステップＳＴ１９では、図１５のステップＳＴ１７で得られた補正値を用いて、押圧点の位置座標を算出することができる。しかしながら図１５，図１６に示す比較例の構成では、補正値の変更に荷重パラメータが入るため荷重測定機能がないと、キャリブレーションを行うことが不可能となっている。
これに対して本実施形態では、各センサ出力を全出力で割って規格化することで、補正値（補正係数）の算出に荷重パラメータが入らず、したがって図５のように、ユーザー等がキャリブレーションモードを選択して簡単且つ自由に補正値（補正係数）の変更を行うことが可能である。よって、経時変化により各押圧センサ５〜８の各感度が変化等して、押圧点の検出精度が低下したとき、各補正係数ａ１〜ａ１５，ｂ１〜ｂ１５の再設定を簡単に行える。
本実施形態におけるキャリブレーションにおいては、重回帰式は１次であってもよい。１次の場合、図１０に示すように、算出された押圧点と実際の押圧点とのばらつきが大きくなるが、例えばＹ１−Ｙ２方向の中央におけるＸ１−Ｘ２方向では算出された押圧点が実際の押圧点にほぼ一致した部分もある。入力装置の使用用途等により、どの部分の押圧点の検出精度が求められるかによるため１次の重回帰式の補正係数を求めるキャリブレーションにも本実施形態を使用できる。
ただし２次以上の重回帰式を用いることが好ましい。これによりキャリブレーションを行って補正係数の適正化を行うことで、押圧点の検出精度をより効果的に向上させることができる。
また本実施形態では対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を用いることで、各押圧センサのリニアリティ性が劣るなどして算出誤差が生じるとき、上記したように、対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を用いることで前記算出誤差を小さくできる。これによりキャリブレーションを行って補正係数の適正化を行うことで、押圧点の検出精度をより効果的に向上させることができる。ただし差分を変数を用いる場合は３次以上の重回帰式に限る。
また差分を使用することで、重回帰式の項数を減らすことができ制御部に対する算出負担を軽減できる。
なお本実施形態では図１６のステップＳＴ１９ではさらに荷重の重心位置等を求める算出を行ってもよい。
ｐ００ 押圧点（使用時）
ｐ０１〜ｐ３５ キャリブレーション押圧点
１ 入力装置
２ 制御部
４ 操作パネル
４ａ 操作面
５〜８ 押圧センサ
２０ 画像表示装置
ｐ０１〜ｐ３５ キャリブレーション押圧点
１ 入力装置
２ 制御部
４ 操作パネル
４ａ 操作面
５〜８ 押圧センサ
２０ 画像表示装置
Claims (7)
- 操作パネルと、
前記操作パネルの操作面に対する裏面側に配置された複数の押圧センサと、
押圧点の位置座標を算出する際に使用する重回帰式の補正係数を求めるためのキャリブレーションモードを実行可能な制御部と、を有し、
前記制御部では、前記重回帰式の項数よりも数の多い前記操作面上の複数のキャリブレーション押圧点を押圧操作させ、各キャリブレーション押圧点を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサの各センサ出力を足して各キャリブレーション押圧点での全出力を取得し、前記各キャリブレーション押圧点での前記各センサ出力を、前記各キャリブレーション押圧点での全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、前記補正係数を算出する入力装置であって、
前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の重回帰式の前記補正係数を算出することを特徴とする入力装置。 - 前記押圧センサは、前記操作面の周囲部の四隅に配置され、あるいは、前記操作面の略中心を通って直交するＸ方向及びＹ方向を前記２方向として対向配置されている請求項１記載の入力装置。
- 前記制御部は、前記操作面上の押圧点を前記重回帰式による多項式近似により算出する通常モードと、前記キャリブレーションモードとを切換可能に制御する請求項１または２に記載の入力装置。
- 前記各規格化出力の算出は、前記全出力が所定範囲内に入ったとき実行される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の入力装置。
- 操作面に対する裏面側に複数の押圧センサが配置された操作パネルを有する入力装置の、押圧点の位置座標を算出する際に使用する重回帰式の補正係数を求めるためのキャリブレーションモード時、
前記重回帰式の項数よりも数の多い前記操作面上の各キャリブレーション押圧点を押圧操作させるステップと、
各キャリブレーション押圧点を夫々押圧操作した際に得られる各押圧センサの各センサ出力を足して各キャリブレーション押圧点での全出力を算出し、前記各キャリブレーション押圧点での前記各センサ出力を、前記各キャリブレーション押圧点での全出力で割って各規格化出力を算出するステップと、
前記各キャリブレーション押圧点の位置座標と前記各規格化出力との出力データに基づいて、前記補正係数を算出するステップと、
を有する入力装置のキャリブレーション方法であって、
前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を前記出力データとして３次以上の前記重回帰式の各補正係数を算出することを特徴とする入力装置のキャリブレーション方法。 - 前記操作面上の押圧点を前記重回帰式による多項式近似により算出する通常モードと、前記キャリブレーションモードとを切換可能に制御する請求項５記載の入力装置のキャリブレーション方法。
- 前記各規格化出力の算出を、前記全出力が所定範囲内に入ったとき実行する請求項５または６に記載の入力装置のキャリブレーション方法。
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