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
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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。
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。
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。
(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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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