JP5898779B2 - 入力装置及び前記入力装置を用いた複数点の荷重検出方法 - Google Patents

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。

以下に示す特許文献１〜４には、操作面上を指等で操作した際の押圧点の位置座標と荷重とを検出できる入力装置が記載されている。

これら特許文献にて、位置座標と荷重との双方の検出を可能とする押圧点は一点であり、同時に複数箇所を押圧したときの各押圧点での荷重の検出については何も記載されていない。

また、特許文献５〜７には、荷重センサが操作面下に配置された構成が開示されている。そしてこれら特許文献には荷重センサの感度に関する記載がある。しかしながら、特許文献１〜４と同様に、操作面上を同時に複数の位置で押圧したとき、各押圧点の荷重の検出については何も記載されていない。

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本発明は上記従来の課題を解決するものであり、複数個所を同時に押圧したときであっても煩雑な計算を行うことなく、同時押しした複数の押圧点の各荷重を得ることが可能な入力装置及び前記入力装置を用いた複数点の荷重検出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、操作面上での押圧位置を検出可能な位置検出センサと、荷重に応じたセンサ出力を出力する複数の荷重センサと、前記操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各荷重を以下の処理により算出する制御部と、を有することを特徴とするものである。
（１） 前記操作面上の異なる複数の基準点での感度を、各荷重センサのセンサ出力から算出し、前記感度を保持しておくこと。
（２） 前記操作面上が複数の前記押圧点により同時に押圧されたとき、各荷重センサからセンサ出力を得るとともに、前記位置検出センサから各押圧点の位置座標を検出すること。
（３） 各押圧点及び各基準点の位置座標に基づいて、各押圧点に近接する複数の前記基準点により囲まれる領域内での各押圧点の位置比率を求めること。
（４） 各押圧点の感度を、前記（３）で用いた各基準点の感度及び各押圧点の位置比率に基づいて求めること。
（５） 前記（４）で得られた各押圧点の感度、及び、前記（２）で得られた各荷重センサのセンサ出力に基づいて、各押圧点の荷重を算出すること。

また本発明における入力装置の押圧点検出方法は、
操作面上での押圧位置を検出可能な位置検出センサと、荷重に応じたセンサ出力を出力する複数の荷重センサと、前記操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各荷重を算出する制御部と、を有する入力装置を用いて、
（１） 前記操作面上の異なる複数の基準点での感度を、各荷重センサのセンサ出力から算出し、前記感度を保持するステップ、
（２） 前記操作面上が複数の前記押圧点により同時に押圧されたとき、各荷重センサからセンサ出力を得るとともに、前記位置検出センサから各押圧点の位置座標を検出するステップ、
（３） 前記制御部にて、各押圧点及び各基準点の位置座標に基づき、各押圧点に近接する複数の前記基準点により囲まれる領域内での各押圧点の位置比率を求めるステップ、
（４） 前記制御部にて、各押圧点の感度を、前記（３）で用いた各基準点の感度及び各押圧点の位置比率に基づいて求めるステップ、
（５） 前記制御部にて、前記（４）で得られた各押圧点の感度、及び、前記（２）で得られた各荷重センサのセンサ出力に基づいて、各押圧点の荷重を算出するステップ、
を有することを特徴とするものである。

本発明では、（１）で示すように、予め、操作面上における複数の基準点での感度を保持しておき、操作面上にて複数点（複数の押圧点）が同時押しされたら、まず（２）で、各荷重センサのセンサ出力及び各押圧点の位置座標を検出した後、（３）で各押圧点に近接する複数の基準点により囲まれた領域内での各押圧点の位置比率を求める。位置比率は、各押圧点及び各基準点での位置座標により求めることができる。続いて（４）にて、各押圧点の感度を、各基準点の感度及び各押圧点の位置比率に基づいて求める。そして、（５）では、各押圧点の感度、及び荷重センサのセンサ出力に基づいて、各押圧点の荷重を算出することができる。

本発明によれば、同時押しされた複数の押圧点の荷重を複雑な計算を用いることなく適切かつ簡単に求めることができる。

特に本発明の入力装置及び押圧点検出方法によれば、同時押しされた複数の押圧点数を荷重センサの数と同数としても各押圧点の荷重を求めることができる。すなわち、例えば荷重センサを４つ設けた場合、同時押しされた押圧点数が４つ以内であれば、各押圧点の荷重を求めることができる。

本発明では、ＸＹ座標系において、Ｘ方向及びＹ方向に交差してなる各格子点を前記基準点とし、前記（３）では、各押圧点に近接する４点の基準点により囲まれる最小格子内での各押圧点のＸ方向の位置比率ｕ及びＹ方向の位置比率ｖを求めることが好ましい。これにより各押圧点での感度誤差を小さくでき、各押圧点の荷重を精度よく求めることができる。

本発明では前記荷重センサが４つ以上設けられることが好ましい。これにより、同時押しされた押圧点数が荷重センサと同数にの４点以上であっても、各押圧点の荷重を求めることができる。

本発明によれば、同時押しされた複数の押圧点の荷重を複雑な計算を用いることなく適切かつ簡単に求めることができる。

特に本発明の入力装置及び押圧点検出方法によれば、同時押しされた複数の押圧点数を荷重センサの数と同数としても各押圧点の荷重を求めることができる。すなわち、例えば荷重センサを４つ設けた場合、同時押しされた各押圧点が４か所以内であれば、各押圧点の荷重を求めることができる。

図１は、本実施形態における入力装置の平面図である。 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る。 図３は、本実施形態の入力装置のブロック図である。 図４は、荷重センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、荷重センサを構成するセンサ基板の裏面透視図である。 図５は、本実施形態における複数の基準点と、複数の押圧点とを示す模式図である。 図６は、押圧点と、押圧点を囲む４つの基準点（格子点）とを示す模式図である。 図７（ａ）は、本実施形態における入力装置のキャリブレーションのフローチャートであり、図７（ｂ）は、本実施形態における入力装置を用いた押圧点検出方法を説明するためのフローチャート図である。

図１は、本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、荷重センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、荷重センサを構成するセンサ基板の裏面透視図である。

本実施形態における入力装置１は、静電容量式タッチパネルセンサ４と、静電容量式タッチパネルセンサ４の裏面４ｃに設けられた複数の荷重センサＡ〜Ｄとを有して構成される。

静電容量式タッチパネルセンサ４は、透光性のガラスやプラスチック等で形成された操作パネルと、操作パネルの裏面に設けられた透光性のセンサ層とを有して構成される。静電容量式タッチパネルセンサ４の表面が操作面４ａである。

静電容量式タッチパネルセンサ４の操作面４ａを指等の操作体で押圧すると、静電容量変化が生じ、静電容量変化に基づき操作体の押圧位置（操作位置）を検出することが可能である。静電容量式タッチパネルセンサ４では、上記した静電容量変化に基づき、操作面４ａ上を複数点にて同時押ししても、各押圧点のＸ座標及びＹ座標を検出することが可能である。また静電容量式でなく抵抗膜式等とすることも可能である。抵抗膜式の場合、同じ平面の抵抗層を複数に分離する等で、複数点を同時に押圧した時、各押圧点の位置座標の同時検出を可能とする。ただし静電容量式とすることで、複数点を同時に押圧した場合において複数の押圧点の各位置座標をより精度良く検出することができる。

図２に示すように、静電容量式タッチパネルセンサ４の周囲部４ｂの裏面４ｃに加飾層９を設けることで、透光性である静電容量式タッチパネルセンサ４の中央部分では、静電容量式タッチパネルセンサ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上での入力操作が可能とされている。また静電容量式タッチパネルセンサ４の周囲部４ｂでは、額縁状の不透明な加飾領域であり、加飾領域に設けられた各荷重センサＡ〜Ｄは操作面４ａ側から見えないようになっている。

各荷重センサＡ〜Ｄ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、ベース基板１３の判定方向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荷重センサＡ〜Ｄ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。また図４に示す荷重センサＡ〜Ｄは、受圧部１７が上方を向いた状態で設置されてもよい。

図１，図２に示すように、荷重センサＡ〜Ｄは、静電容量式タッチパネルセンサ４の裏面４ｃ側に配置される。また図２に示すように、荷重センサＡ〜Ｄを支える支持部１０を備え、この支持部１０と静電容量式タッチパネルセンサ４との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を押圧したときに静電容量式タッチパネルセンサ４が下方に移動し、荷重センサＡ〜Ｄ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。なお静電容量式タッチパネルセンサ４と荷重センサＡ〜Ｄとの間に、ゴム等の弾性体が介在した構成としてもよい。

なおタッチパネル１における荷重センサＡ〜Ｄの支持構造は図２に示すものに限定されない。また、タッチパネル１における荷重センサＡ〜Ｄの位置は図１に示すもの（十字配置）に限定されず、例えば、四隅に配置されてもよい。

図３に示すように本実施形態の入力装置１は、静電容量式タッチパネルセンサ４、複数の荷重センサＡ〜Ｄ、静電容量式タッチパネルセンサ４及び各荷重センサＡ〜Ｄ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。

図３に示すように、制御部２は、記憶部２２及び算出部２３を有して構成されている。記憶部２２では、キャリブレーションにより得られた情報や静電容量式タッチパネルセンサ４及び荷重センサＡ〜Ｄからの出力等を記憶することができる。

また算出部２３では、操作面４ａ上の複数点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重等を算出することが可能とされている。

以下では、図５〜図７を用いて、同時押しした各押圧点の各荷重を求めるアルゴリズムについて説明する。また表１〜表８に示すように具体的な数値を用いて説明することとする。

まずキャリブレーションを行うが、その際、図５に示すように、操作面４ａをＸＹ座標系において格子状に区切る。そしてＸ方向及びＹ方向にて交差した点である各格子点を基準点ｐ０１〜ｐ３５とする。図５に示す横軸はＸ座標を示し、縦軸はＹ座標を示している。この実施例ではＸＹ座標系を６００×３４０のエリアとした。

各基準点ｐ０１〜ｐ３５の位置座標は記憶部２２に保存されている。
なおキャリブレーションのタイミングについて限定するものではないが、ここでは入力装置１の出荷前にキャリブレーションを行うとして説明する。

出荷前に、一定の荷重をかけながら各基準点ｐ０１〜ｐ３５を順次押圧する。すなわち各基準点ｐ０１〜ｐ３５は同時押しせず一つずつ順番に一定の荷重で押圧する。このとき、各荷重センサＡ〜Ｄからセンサ出力を得ることができる。図７（ａ）に示すステップＳＴ１では、各荷重センサＡ〜Ｄにおける各基準点ｐ０１〜ｐ３５での感度を制御部２の算出部２３で算出する。ここで、各荷重センサＡ〜Ｄのセンサ出力（ＬＳＢ）と荷重（ｇ）がわかっているから、センサ出力を荷重で割ることで、感度（ＬＳＢ／ｇ）を得ることができる。ここで、センサ出力の単位ＬＳＢとは、デジタル出力の最小単位であり、基準電圧と分解能によって計算される値である。センサがアナログ出力の場合には、出力の単位は一般的に電圧として出力される。

そして、基準点ｐ０１〜ｐ３５の位置座標及び感度を備える以下の表１のテーブルを記憶部２２に保存する（図７（ａ）のステップＳＴ２）。

表１に示すように基準点ｐ０１（位置座標（Ｘ，Ｙ）の格子点）を押圧したとき、荷重センサＡの感度が最も大きくなっており、荷重センサＣの感度が最も小さくなっている。これは図５に示すように基準点ｐ０１と荷重センサＡとの距離は、荷重センサＢ〜Ｄに比べて最も近く、また基準点ｐ０１と荷重センサＣとの距離は、荷重センサＡ，Ｂ，Ｄに比べて最も遠いためである。このように、感度は、荷重センサが押圧点に近いほど大きくなるし、遠いほど小さくなる。

図７（ａ）のステップＳＴ１，ＳＴ２によりキャリブレーションが終了する。よって出荷時、入力装置１のキャリブレーションは完了した状態にある。なお入力装置１を購入したユーザーが、キャリブレーションを実行することも可能であるが、その場合については後述することとする。

図７（ｂ）は、入力装置１を購入したユーザーが操作面４ａを複数の押圧点により同時押ししたとき、各押圧点の荷重算出までのステップを示している。

図７（ｂ）のステップＳＴ３では、操作面４ａが押圧されたか否かを検出する。押圧されたか否かは、例えば、各荷重センサＡ〜Ｄのセンサ出力の合計変化量が所定以上の大きさとなったときに押圧されたと判断できるし、あるいは、静電容量式タッチパネルセンサ４が位置検知したときを押圧されたと判断としても良い。

なお、押圧点が一点ということもあるが、以下では、図５に示すように押圧点Ｉ〜ＩＶが４点であるとして説明する。

ステップＳＴ４では、静電容量式タッチパネルセンサ４から押圧点数及び各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置座標を取得する。

本実施形態では、位置検出センサとして静電容量式タッチパネルセンサ４を用いたため、押圧点数及び各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置座標を簡単かつ適切に検出することが可能である。すなわち、静電容量式タッチパネルセンサ４は、例えば多数のＸ電極及び多数のＹ電極を備えた構成であり、指等の操作体と、操作体に近いＸ電極との間での静電容量変化、及び操作体と、操作体に近いＹ電極との間での静電容量変化が生じる。よってどの電極にて静電容量変化が生じたかを検出することで、複数の押圧点が同時押しされても、押圧点数及び各押圧点の位置座標を検出することができる。表２に、各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置座標を掲載した。

次に、図７（ｂ）のステップＳＴ５では、各荷重センサＡ〜Ｄのセンサ出力を取得する。表３に、各荷重センサＩ〜ＩＶのセンサ出力を掲載した。

押圧点Ｉの位置座標は具体的な数値として表２に示されているが、以下、（ｘ１，ｙ１）と表記する。加えて、押圧点ＩＩの位置座標は（ｘ２、ｙ２）、押圧点ＩＩＩの位置座標は（ｘ３、ｙ３）、押圧点ＩＶの位置座標は（ｘ４、ｙ４）と表記する。

ここで例えば、押圧点がＩの一点だけだったとする。このとき、荷重センサＡのセンサ出力（Ｏｕｔ Ａ）、荷重センサＢのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｂ）、荷重センサＣのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｃ）、及び荷重センサＤのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｄ）は押圧点Ｉの荷重と各荷重センサＡ〜Ｄの感度との積で表され、以下の数式１にて示される。

ここで数式１中におけるａ（ｘ１，ｙ１）は、押圧点Ｉを押圧した際の荷重センサＡの感度を示し、ｂ（ｘ１，ｙ１）は、荷重センサＢの感度を示し、ｃ（ｘ１，ｙ１）は、荷重センサＣの感度を示し、ｄ（ｘ１，ｙ１）は、荷重センサＤの感度を示す。またＺ（１）は、押圧点Ｉを押圧した際の荷重を示す。

したがって図５で示すように押圧点がＩ〜ＩＶの４点である場合、荷重センサＡのセンサ出力（Ｏｕｔ Ａ）、荷重センサＢのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｂ）、荷重センサＣのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｃ）、及び荷重センサＤのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｄ）は以下の数式２にて示される。

数式２の荷重センサＡのセンサ出力（Ｏｕｔ Ａ）について説明すると、感度ａ（ｘ１，ｙ１）は、押圧点Ｉを単独で押圧したと仮定したときの荷重センサＡの感度であり、感度ａ（ｘ２，ｙ２）は、押圧点ＩＩを単独で押圧したと仮定したときの荷重センサＡの感度であり、感度ａ（ｘ３，ｙ３）は、押圧点ＩＩＩを単独で押圧したと仮定したときの荷重センサＡの感度であり、感度ａ（ｘ４，ｙ４）は、押圧点ＩＶを単独で押圧したと仮定したときの荷重センサＡの感度である。また荷重Ｚ（１）は、押圧点Ｉを押圧した際の荷重であり、荷重Ｚ（２）は、押圧点ＩＩを押圧した際の荷重であり、荷重Ｚ（３）は、押圧点ＩＩＩを押圧した際の荷重であり、荷重Ｚ（４）は、押圧点ＩＶを押圧した際の荷重である。従って、荷重センサＡのセンサ出力（Ｏｕｔ Ａ）は各押圧点の感度ａ（ｘ１，ｙ１）〜ａ（ｘ４，ｙ４）と各押圧点の荷重Ｚ（１）〜Ｚ（４）のそれぞれの積の和として表すことが出来る。数式２に示す荷重センサＢのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｂ）、荷重センサＣのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｃ）、荷重センサＤのセンサ出力（Ｏｕｔ Ｄ）についても、荷重センサＡのセンサ出力と同じように考えることができる。なお、数式２に示す各感度は、それぞれ異なった値である。例えば、荷重センサＡのセンサ出力（Ｏｕｔ Ａ）で見てみると、荷重センサＡに最も近い押圧点は、ＩＩＩであり、続いてＩであり、続いてＩＩであり、もっとも遠いのがＩＶであるので、感度ａ（ｘ３，ｙ３）が最も大きく、感度ａ（ｘ４，ｘ４）が最も小さくなると予測できる。また、押圧点Ｉでの各荷重センサＡ〜Ｄにおける感度ａ（ｘ１，ｙ１）、ｂ（ｘ２，ｙ２）、ｃ（ｘ３，ｙ３）、ｄ（ｘ４，ｙ４）を見てみても、押圧点Ｉに最も近い荷重センサは、Ｄであり、続いてＡであり、続いてＢであり、もっとも遠いのがＣであるので、感度ｄ（ｘ１，ｙ１）が最も大きく、感度ｃ（ｘ１，ｘ１）が最も小さくなると予測できる。

ここで押圧点Ｉについて考察する。図６に示すように押圧点Ｉは、押圧点Ｉに近接する４つの基準点ｐ２３、ｐ２４、ｐ３０及びｐ３１を結んだ最小格子（最小の矩形領域）３０内に存在している。

本実施形態では、図７（ｂ）に示すステップＳＴ６において、押圧点Ｉの位置座標及び押圧点Ｉに近接した各基準点ｐ２３、ｐ２４、ｐ３０、ｐ３１の位置座標に基づいて、最小格子３０内における押圧点Ｉの位置比率を、制御部２の算出部２３により求める。ここで、基準点ｐ２３、ｐ２４、ｐ３０、ｐ３１の位置座標及び押圧点Ｉの位置座標を記憶部２２から取得し、そのテーブルを以下の表４に示した。

各基準点ｐ２３、ｐ２４、ｐ３０、ｐ３１の感度については、キャリブレーションにより取得した値であり表１から抜き出したものである。

なお表４には、押圧点Ｉにおける各荷重センサＡ〜Ｄの感度が記入されているが、これら感度は現時点では不明である。この押圧点Ｉでの各荷重センサＡ〜Ｄの感度を求めるために、最小格子３０内における押圧点Ｉの位置比率ｕ、ｖを求める。Ｘ方向の位置比率ｕ及びＹ方向の位置比率ｖを以下の数式３により求めた。

数式３によれば、最小格子３０内での押圧点ＩのＸ方向における位置比率ｕを、基準点ｐ２３のＸ座標を基準位置として求めた。また最小格子３０内での押圧点ＩのＹ方向における位置比率ｖを、基準点ｐ２３のＹ座標を基準位置として求めた。

数式３に示すように、Ｘ方向の位置比率は０．４であり、Ｙ方向の位置比率は、０．４１２であった。すなわち、図６に示す最小格子３０内において、Ｘ方向の長さを１としたとき、押圧点Ｉは、基準点ｐ２３の位置から比率０．４の長さ分だけＸ１方向に離れたＩ´の位置に存在し、また、図６に示す最小格子３０内において、Ｙ方向の長さを１としたとき、押圧点Ｉは、Ｉ´の位置から比率０．４１２の長さ分だけＹ１方向に離れた位置（ｘ１，ｙ１）に存在している。

なお上記と同じようにして押圧点ＩＩ、押圧点ＩＩＩ、及び押圧点ＩＶに近接する４つの基準点により囲まれる最小格子内での各押圧点ＩＩ、押圧点ＩＩＩ、及び押圧点ＩＶの位置比率ｕ、ｖを、数式３に準じて求めることができる。

以下の表５には、押圧点ＩＩの位置比率ｕ、ｖを求めるのに用いた基準点ｐ５、ｐ６、ｐ１２、ｐ１３の位置座標及び各基準点における各荷重センサＡ〜Ｄの感度、押圧点ＩＩの位置座標、及び押圧点ＩＩにおける各荷重センサＡ〜Ｄの感度、最小格子内での押圧点ＩＩの位置比率ｕ、ｖが掲載されている。

表６には、押圧点ＩＩＩの位置比率ｕ、ｖを求めるのに用いた基準点ｐ８、ｐ９、ｐ１５、ｐ１６の位置座標及び各基準点における各荷重センサＡ〜Ｄの感度、押圧点ＩＩＩの位置座標、及び押圧点ＩＩＩにおける各荷重センサＡ〜Ｄの感度、最小格子内での押圧点ＩＩＩの位置比率ｕ、ｖが掲載されている。

表７には、押圧点ＩＶの位置比率ｕ、ｖを求めるのに用いた基準点ｐ２０、ｐ２１、ｐ２７、ｐ２８の位置座標及び各基準点における各荷重センサＡ〜Ｄの感度、押圧点ＩＶの位置座標、及び押圧点ＩＶにおける各荷重センサＡ〜Ｄの感度、最小格子内での押圧点ＩＶの位置比率ｕ、ｖが掲載されている。

次に図７（ｂ）のステップＳＴ７では、制御部２の算出部２３により各押圧点Ｉ〜ＩＶにおける各荷重センサＡ〜Ｄの感度を算出する。以下、押圧点Ｉでの感度について説明する。

本実施形態では、押圧点Ｉを囲む、基準点ｐ２３と基準点ｐ２４との間、基準点ｐ２３と基準点ｐ３０との間、基準点ｐ３０と基準点ｐ３１との間、及び基準点ｐ２４と基準点ｐ３１との間では、感度が長さの比率に比例して変化していると仮定する。すなわち例えば押圧点Ｉでの荷重センサＡの感度（表４参照）について考察すると、基準点ｐ２３での感度は、０．５４であり、基準点ｐ２４での感度は、０．４０であるため、基準点ｐ２３と基準点ｐ２４の中間点における荷重センサＡの感度を、０．４７と仮定する。

既に述べたように、押圧点が荷重センサに近ければ近いほど（遠ければ遠いほど）、感度は大きくなる（小さくなる）。このとき、図６に示す最小格子３０内では感度がＸ方向及びＹ方向に対して一次関数的に変化しているとみなして（上記のように例えば基準点ｐ２３と基準点ｐ２４の中間点での感度が、基準点ｐ２３と基準点ｐ２４との中間値とみなして）押圧点Ｉにおける各荷重センサＡ〜Ｄの感度を求めても、押圧点Ｉでの実際の感度と、押圧点Ｉでの計算された感度との差（感度誤差）を小さく抑えることができる。

上記のように、最小格子３０内における各荷重センサＡ〜Ｄの感度は、最小格子３０を構成する各基準点ｐ２３、ｐ２４、ｐ３０、ｐ３１での感度に対して比例換算したものであると仮定すると、図６に示すＩ´の位置における感度は、｛感度（ｐ２４）−感度（ｐ２３）｝・ｕ＋感度（ｐ２３）と示すことができ、Ｉ″の位置における感度は、｛感度（ｐ３１）−感度（ｐ３０）｝・ｕ＋感度（ｐ３０）と示すことができる。

そして、押圧点Ｉは、Ｉ´の位置からＹ１方向に位置比率ｖにて移動した位置にあるため、押圧点Ｉでの感度を以下の数式４にて示すことができる。

なお数式４は、押圧点Ｉにおける荷重センサＡの感度を示した。各押圧点ＩＩ〜ＩＶにおける荷重センサＡ及び押圧点Ｉ〜ＩＶにおける荷重センサＢ〜Ｄの感度についても数式４に準じて求めることができる。

以上により、各押圧点Ｉ〜ＩＶでの各荷重センサＡ〜Ｄの感度を求めることができた。各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置座標、各押圧点Ｉ〜ＩＶでの各荷重センサＡ〜Ｄの感度及び各荷重センサＡ〜Ｄのセンサ出力をまとめたのが以下の表８である。

表８に示す「感度」欄における押圧点Ｉでの「Ａ」は、押圧点Ｉでの荷重センサＡの感度を示し、数式２の感度ａ（ｘ１，ｙ１）に該当し、押圧点Ｉでの「Ｂ」は、数式２の感度ｂ（ｘ１，ｙ１）に該当し、押圧点Ｉでの「Ｃ」は、数式２の感度ｃ（ｘ１，ｙ１）に該当し、押圧点Ｉでの「Ｄ」は、数式２の感度ｄ（ｘ１，ｙ１）に該当する。表８の「感度」欄の各押圧点ＩＩ〜ＩＶでの「Ａ」〜「Ｄ」と、数式２に示す感度ａ（ｘ２，ｙ２）〜ｄ（ｘ４，ｙ４）との関係についても同様である。

さて、数式２に表８に示す各センサ出力及び各感度を挿入すると、以下の数式５となる。

ここで未知数は、荷重Ｚ（１）〜Ｚ（４）の４つである。一方、数式５に示すように連立一次式は４式あるから、数式５を解くことができ、各荷重Ｚ（１）〜Ｚ（４）を求めることができる。数式５における計算を制御部２の算出部２３にて行う。

数式５を解いた結果、押圧点Ｉでの荷重Ｚ（１）は、１００、押圧点ＩＩでの荷重Ｚ（２）は、２０２、押圧点ＩＩＩでの荷重Ｚ（３）は、５０、押圧点ＩＶでの荷重Ｚ（４）は、１４９であることがわかった（図７（ｂ）のステップＳＴ８）。

以上のように、本実施形態では、キャリブレーションにより、予め、操作面４ａ上における複数の基準点ｐ０１〜ｐ３５での感度を保持しておく（図７（ａ）、表１）。そして、ユーザーが操作面４ａ上の複数点（複数の押圧点Ｉ〜ＩＶ）を同時押ししたら、まず各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置比率ｕ、ｖを求める（表４〜表７、図７（ｂ）のステップＳＴ６）。位置比率ｕ、ｖは、図７（ｂ）のステップＳＴ４で得た各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置座標と、表１のテーブルから引き出した、各押圧点Ｉ〜ＩＶに近接して囲む最小格子を構成する複数の基準点での位置座標とから求めることができる。続いて、各押圧点Ｉ〜ＩＶでの感度を、最小格子を構成する各基準点での感度及び各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置比率ｕ、ｖに基づいて求める（表４〜表７、図７（ｂ）のステップＳＴ７）。そして、各押圧点Ｉ〜ＩＶでの感度、及び各荷重センサＡ〜Ｄのセンサ感度に基づいて、各押圧点Ｉ〜ＩＶの荷重Ｚを算出することができる（表８、図７（ｂ）のステップＳＴ８）。

このように本実施形態では、同時押しされた複数の押圧点Ｉ〜ＩＶの荷重を複雑な計算を用いることなく適切かつ簡単に求めることができる。

特に本実施形態によれば、同時押しされた複数の押圧点数を荷重センサＡ〜Ｄの数と同数としても各押圧点の荷重を求めることができる。すなわち、上記の実施形態では、荷重センサＡ〜Ｄを４つ設けているので、操作面４ａ上を同時に４か所、押しても各押圧点Ｉ〜ＩＶの荷重Ｚを求めることができる。これは、数式２，及び数式５に示すように荷重センサの数と同数の式からなる連立一次方程式を得ることができ、このとき未知数は、各押圧点の荷重だけであり、未知数は、連立一次方程式の式の数と同数であるため、連立一次方程式を解くことができる。なお当然のことながら、荷重センサＡ〜Ｄが４つ設けられた場合において、操作面４ａ上での押圧点数が１点〜３点の場合も、各押圧点の荷重を上記した数式により求めることができる。

また荷重センサの数は２つ以上であれば、特に限定されるものでないが、特に押圧点が３点よりも多くなると従来の方法では各押圧点の荷重を求める際の計算がきわめて煩雑化し、あるいは計算が不能となるため、荷重センサは４つ以上であることが好適である。

図７（ａ）に示すキャリブレーションは出荷前であっても出荷後、ユーザーが行うものであってもよい。ユーザーが行う場合には、少なくとも図１に示す操作面４ａ上に図５に示す各基準点ｐ０１〜ｐ３５を表示し、ユーザーが指やペンを用いて、各基準点ｐ０１〜ｐ３５を順次押圧して各基準点ｐ０１〜ｐ３５での感度が得られるようにしてもよい。押圧した際に、所定荷重に到達したらユーザーに感度検出が完了したことを知らせるための音や表示を行うことが好ましい。

また、出荷前にキャリブレーションを行った後、ユーザーがキャリブレーションを行うこともできる。このときユーザーに図５に示す基準点ｐ０１〜ｐ３５すべてを押圧させてもよいが、いくつかの基準点を押圧させるようにして押圧した基準点での感度を求め、このとき、出荷前のキャリブレーションによる感度データと比較してどの程度の感度誤差が生じているかを検出する。残りの基準点での感度については、出荷前のキャリブレーションによる感度データと、特定の基準点を押圧して得られた前記の感度誤差の値とを照合しながら求めることができる。

本実施形態では、各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置比率ｕ、ｖを求める際、各押圧点Ｉ〜ＩＶに近接する４点の基準点により囲まれる最小格子内での各押圧点Ｉ〜ＩＶのＸ方向の位置比率ｕ及びＹ方向の位置比率ｖを求めることが好ましい。例えば、押圧点Ｉの位置比率ｕ、ｖを求めるには、最小格子を構成する基準点ｐ２３、ｐ２４、ｐ３０、ｐ３１を用いなくても、例えば、もう少し大きな領域の格子点となる基準点ｐ１５、ｐ１８、ｐ２９、ｐ３２を用いて、その領域内での押圧点Ｉの位置比率ｕ、ｖを求めることもできる。しかしながら、上記したように、位置比率ｕ、ｖを用いて、押圧点Ｉを囲む各基準点での感度から比例換算したものを押圧点Ｉでの感度とみなすのであるから、押圧点Ｉを囲む領域を大きくするとそれだけ押圧点Ｉでの感度誤差が生じやすくなる。したがって、各押圧点Ｉ〜ＩＶに近接する基準点により囲まれる領域内にて、各押圧点Ｉ〜ＩＶでの感度を求めることで、感度誤差を小さくでき好適である。

また本実施形態では、ＸＹ座標系において、Ｘ方向及びＹ方向に交差してなる各格子点を基準点ｐ０１〜ｐ３５とし、各押圧点Ｉ〜ＩＶに近接する４点の基準手により囲まれる最小格子での各押圧点Ｉ〜ＩＶでの位置比率ｕ、ｖを求めることが好適である。例えば、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれを斜めに交差させた各交差点を基準点とすることもできる。ただしかかる構成では、押圧点の周囲にて近接する４点の基準点間を直線状に結んだ形状は、図５に示すような矩形や正方形の格子形状ではなくてひし形などになる。この場合、斜め方向への座標を用いて押圧点の位置比率を求めることが必要になり位置比率の計算が複雑化しやすいし、また感度誤差が生じやすくなる。一方、本実施形態のように、Ｘ方向及びＹ方向に交差してなる格子点を基準点ｐ０１〜ｐ３５とし、最小格子内での各押圧点Ｉ〜ＩＶの位置比率を求めることで、位置比率ｕ、ｖを簡単に算出しやすく、制御部２への算出負担を小さくでき、各押圧点Ｉ〜ＩＶの荷重をスピーディにかつ精度よく求めることができる。しかも各押圧点Ｉ〜ＩＶでの感度誤差を小さくすることができる。

本実施形態における入力装置（タッチパネル）１は、携帯電話、携帯用の情報処理装置、携帯用の記憶装置、携帯用のゲーム装置などに適用できる。

Ａ〜Ｄ 荷重センサ
Ｉ〜ＩＶ 押圧点
ｐ０１〜ｐ３５ 基準点
ｕ、ｖ 位置比率
１ 入力装置
２ 制御部
４ 静電容量式タッチパネルセンサ
２２ 記憶部
２３ 算出部
３０ 最小格子

Claims (4)

1. 操作面上での押圧位置を検出可能な位置検出センサと、荷重に応じたセンサ出力を出力する複数の荷重センサと、前記操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各荷重を以下の処理により算出する制御部と、を有することを特徴とする入力装置。
   （１） 前記操作面上の異なる複数の基準点での感度を、各荷重センサのセンサ出力から算出し、前記感度を保持しておくこと。
   （２） 前記操作面上が複数の前記押圧点により同時に押圧されたとき、各荷重センサからセンサ出力を得るとともに、前記位置検出センサから各押圧点の位置座標を検出すること。
   （３） 各押圧点及び各基準点の位置座標に基づいて、各押圧点に近接する複数の前記基準点により囲まれる領域内での各押圧点の位置比率を求めること。
   （４） 各押圧点の感度を、前記（３）で用いた各基準点の感度及び各押圧点の位置比率に基づいて求めること。
   （５） 前記（４）で得られた各押圧点の感度、及び、前記（２）で得られた各荷重センサのセンサ出力に基づいて、各押圧点の荷重を算出すること。
2. ＸＹ座標系において、Ｘ方向及びＹ方向に交差してなる各格子点を前記基準点とし、前記（３）では、各押圧点に近接する４点の基準点により囲まれる最小格子内での各押圧点のＸ方向の位置比率ｕ及びＹ方向の位置比率ｖを求める請求項１に記載の入力装置。
3. 前記荷重センサが４つ以上設けられる請求項１又は２に記載の入力装置。
4. 操作面上での押圧位置を検出可能な位置検出センサと、荷重に応じたセンサ出力を出力する複数の荷重センサと、前記操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各荷重を算出する制御部と、を有する入力装置を用いて、
   （１） 前記操作面上の異なる複数の基準点での感度を、各荷重センサのセンサ出力から算出し、前記感度を保持するステップ、
   （２） 前記操作面上が複数の前記押圧点により同時に押圧されたとき、各荷重センサからセンサ出力を得るとともに、前記位置検出センサから各押圧点の位置座標を検出するステップ、
   （３） 前記制御部にて、各押圧点及び各基準点の位置座標に基づき、各押圧点に近接する複数の前記基準点により囲まれる領域内での各押圧点の位置比率を求めるステップ、
   （４） 前記制御部にて、各押圧点の感度を、前記（３）で用いた各基準点の感度及び各押圧点の位置比率に基づいて求めるステップ、
   （５） 前記制御部にて、前記（４）で得られた各押圧点の感度、及び、前記（２）で得られた各荷重センサのセンサ出力に基づいて、各押圧点の荷重を算出するステップ、
   を有することを特徴とする入力装置の押圧点検出方法。