JP6410693B2 - 入力装置とその制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、静電容量の変化などを利用して物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置とその制御方法及びプログラムに係り、特に、コンピュータ等の各種の情報機器において指やペンなどの操作に応じた情報を入力する入力装置に関する。

静電容量の変化を検出するセンサは、簡易な構成で物体（指やペンなど）の近接を検出できることから、ノート型コンピュータのタッチパッドや、スマートフォンのタッチパネルなど、各種の電子機器のユーザーインターフェース装置に広く用いられている。

下記の特許文献１には、複数の電極が配置されたタッチパネル部を備えるタッチパネル装置が記載されている。タッチパネル部の複数の電極の中から走査電極が決定され、当該決定された走査電極に対してタッチパネル部が操作されることにより、各電極の静電容量の変化が反映された計測値が取得され、その取得された計測値に基づいてタッチパネル部へのタッチの有無が検出される。

国際公開第２０１２／１１７４３７号

しかしながら、このような入力装置は、センサの検出面において物体の近接を感度よく検出する必要があることから、特にセンサにおいて外部の電磁ノイズを受け易いという問題がある。例えば上述した静電容量式のセンサの場合、物体の近接に伴う電極の静電容量の変化を微小な電荷量の変化として検出するため、ノイズの影響により物体の座標の検出結果に誤差を生じ易いという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズ等の影響によって物体の座標の検出結果に生じた誤差を低減できる入力装置とその制御方法及びプログラムを提供することにある。

本発明の第１の観点に係る入力装置は、検出面への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置であって、前記検出面の複数の位置において物体の近接状態を検出するセンサ部と、前記複数の位置における物体の近接状態を１サイクルごとに検出する周期的な検出動作を行うように前記センサ部を制御するセンサ制御部と、前記検出動作の複数のサイクルに渡って前記検出面に近接した同一物体の位置の座標を示す座標データを、前記検出動作の１サイクルごとに前記センサ部の検出結果に基づいて生成する座標データ生成部と、前記座標データ生成部において生成された同一物体の一連の座標データに基づいて、個々の座標データが示す前記検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて各座標データのエラーの有無を判定するエラー判定部と、前記座標データ生成部において生成された同一物体の座標データの時系列において、前記エラー判定部によりエラーがあると判定された座標データを、当該座標データの直前の座標データと同じ座標を示すデータに補正する補正処理を行うエラー補正部とを有する。

上記の構成によれば、同一物体の一連の座標データに基づいて、個々の座標データが示す前記検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値が算出され、前記評価値に基づいて各座標データのエラーの有無が判定される。そのため、ノイズ等の影響によって異常な座標を示す座標データが生成され、物体の速度に極端な変化が生じた場合には、前記評価値に基づいて当該座標データのエラーが的確に判定される。
また、上記の構成によれば、同一物体の座標データの時系列において、前記エラーがあると判定された座標データが、当該座標データの直前の座標データと同じ座標を示すデータに補正される。そのため、ノイズ等の影響により生じた座標の検出結果の誤差が低減する。

好適に、前記エラー判定部は、同一物体の連続したＮサイクル分の座標データ（Ｎは３以上の整数を示す。）に基づいて前記評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて当該Ｎサイクルの最後に生成された座標データのエラーの有無を判定してよい。前記エラー補正部は、同一物体の連続した（Ｎ−１）サイクル分の座標データの中に前記エラー判定部でエラーがあると判定された座標データが含まれる場合、当該（Ｎ−１）サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データに対する前記補正処理を見送ってよい。

上記の構成によれば、同一物体の連続したＮサイクル分の座標データに基づいて前記評価値が算出され、前記評価値に基づいて当該Ｎサイクルの最後に生成された座標データのエラーの有無が判定される。そのため、当該Ｎサイクル分の座標データにおける前半の（Ｎ−１）サイクル分の座標データ中にエラーがあると判定された座標データが含まれる場合、前記評価値が不正確となり、当該Ｎサイクルの最後に生成された座標データに対するエラーの判定も不正確となる。しかしながら、前記エラー補正部では、同一物体の連続した（Ｎ−１）サイクル分の座標データの中にエラーがあると判定された座標データが含まれる場合、当該（Ｎ−１）サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データに対する前記補正処理が見送られる。これにより、不正確なエラーの判定結果に基づいて座標データの補正処理が行われなくなるため、ノイズ等の影響による座標データのエラーが適切に補正される。

好適に、前記エラー判定部におけるエラー判定対象の座標データを第１座標データとし、前記第１座標データに対してｉサイクル前（ｉは自然数を示す。）の座標データを第（ｉ＋１）座標データとし、第（ｉ＋１）座標データが示す座標から第ｉ座標データが示す座標へ向かうベクトルを第ｉ速度ベクトルとした場合、前記エラー判定部は、第１速度ベクトルから第２速度ベクトルを引いたベクトルである第１加速度ベクトルの大きさに応じた第１評価値を算出し、前記第１評価値が第１しきい値より大きい場合、前記第１座標データにエラーが有ると判定してよい。

上記の構成によれば、ノイズ等の影響によって前記第１座標データにエラーが生じ、これにより前記第１速度ベクトルが前記第２速度ベクトルに対して大きく異なるベクトルとなった場合、前記第１速度ベクトルから前記第２速度ベクトルを引いたベクトルである前記第１加速度ベクトルの大きさが異常に大きくなる。従って、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合、前記第１座標データにエラーが有ると判定される。

好適に、前記エラー判定部は、第１速度ベクトル及び第２速度ベクトルの平均のベクトルから第３速度ベクトルを引いたベクトルである第２加速度ベクトルの大きさに応じた第２評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第２評価値が第２しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定してよい。
これにより、前記第１速度ベクトル及び前記第２速度ベクトルの平均のベクトルと前記第３速度ベクトルとが比較的近いベクトルの場合、前記第２加速度ベクトルの大きさが小さくなり、前記第２評価値が前記第２しきい値より小さくなるため、前記第１座標データにエラーが無いと判定される。

好適に、前記エラー判定部は、第１速度ベクトルから第２速度ベクトル及び第３速度ベクトルの平均のベクトルを引いたベクトルである第３加速度ベクトルの大きさに応じた第３評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第３評価値が第３しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定してよい。
これにより、前記第１速度ベクトルと前記第２速度ベクトル及び前記第３速度ベクトルの平均のベクトルとが比較的近いベクトルの場合、前記第３加速度ベクトルの大きさが小さくなり、前記第３評価値が前記第３しきい値より小さくなるため、前記第１座標データにエラーが無いと判定される。

本発明の第２の観点に係る入力装置の制御方法は、検出面の複数の位置において物体の近接状態を検出するセンサ部を備え、前記検出面への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置をコンピュータが制御する方法であって、前記複数の位置における物体の近接状態を１サイクルごとに検出する周期的な検出動作を行うように前記センサ部を制御するステップと、前記検出動作の複数のサイクルに渡って前記検出面に近接した同一物体の位置の座標を示す座標データを、前記検出動作の１サイクルごとに前記センサ部の検出結果に基づいて生成するステップと、前記座標データを生成するステップにおいて生成された同一物体の一連の座標データに基づいて、個々の座標データが示す前記検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて各座標データのエラーの有無を判定するステップと、前記座標データを生成するステップにおいて生成された同一物体の座標データの時系列において、前記座標データのエラーを判定するステップによりエラーがあると判定された座標データを、当該座標データの直前の座標データと同じ座標を示すデータに補正する補正処理を行うステップとを有する。

好適に、前記座標データのエラーを判定するステップでは、同一物体の連続したＮサイクル分の座標データ（Ｎは３以上の整数を示す。）に基づいて前記評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて当該Ｎサイクルの最後に生成された座標データのエラーの有無を判定してよい。前記座標データのエラーを補正するステップでは、同一物体の連続した（Ｎ−１）サイクル分の座標データの中に、前記座標データのエラーを判定するステップでエラーがあると判定された座標データが含まれる場合、当該（Ｎ−１）サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データに対する前記補正処理を見送ってよい。

好適に、前記座標データのエラーを判定するステップにおけるエラー判定対象の座標データを第１座標データとし、前記第１座標データに対してｉサイクル前（ｉは自然数を示す。）の座標データを第（ｉ＋１）座標データとし、第（ｉ＋１）座標データが示す座標から第ｉ座標データが示す座標へ向かうベクトルを第ｉ速度ベクトルとした場合、前記座標データのエラーを判定するステップでは、第１速度ベクトルから第２速度ベクトルを引いたベクトルである第１加速度ベクトルの大きさに応じた第１評価値を算出し、前記第１評価値が第１しきい値より大きい場合、前記第１座標データにエラーが有ると判定してよい。

好適に、前記座標データのエラーを判定するステップでは、第１速度ベクトル及び第２速度ベクトルの平均のベクトルから第３速度ベクトルを引いたベクトルである第２加速度ベクトルの大きさに応じた第２評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第２評価値が第２しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定してよい。

好適に、前記座標データのエラーを判定するステップでは、第１速度ベクトルから第２速度ベクトル及び第３速度ベクトルの平均のベクトルを引いたベクトルである第３加速度ベクトルの大きさに応じた第３評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第３評価値が第３しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定してよい。

本発明の第３の観点は、上記第２の観点に係る入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

本発明によれば、ノイズ等の影響によって物体の座標の検出結果に生じた誤差を低減できる。

本発明の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。 第１加速度ベクトルについて説明するための図である。 第２加速度ベクトルについて説明するための図である。 第３加速度ベクトルについて説明するための図である。 第２加速度ベクトルが小さくなる場合の一例を示す図である。 第３加速度ベクトルが小さくなる場合の一例を示す図である。 検出動作の各サイクルにおいて実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。 加速度に応じた座標データのエラー補正処理の一例を説明するための第１のフローチャートである。 加速度に応じた座標データのエラー補正処理の一例を説明するための第２のフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す入力装置は、センサ部１０と、処理部２０と、記憶部３０と、インターフェース部４０を有する。本実施形態に係る入力装置は、センサが設けられた検出面に指やペンなどの物体を近接させることによって、その近接状態に応じた情報を入力する装置である。なお、本明細書における「近接」とは、接触した状態で近くにあることと、接触しない状態で近くにあることを両方含む。

［センサ部１０］
センサ部１０は、検出面に分布する複数の検出位置において、指やペンなどの物体の近接度合いをそれぞれ検出し、その検出結果を検出データとして生成する。例えばセンサ部１０は、物体の近接に応じて静電容量が変化する容量性センサ素子（キャパシタ）１２がマトリクス状に形成されたセンサマトリクス１１と、容量性センサ素子１２の静電容量に応じた検出データを生成する検出データ生成部１３と、容量性センサ素子１２に駆動電圧を印加する駆動部１４を有する。

センサマトリクス１１は、縦方向に延在した複数の駆動電極Ｌxと、横方向に延在した複数の検出電極Ｌyを備える。複数の駆動電極Ｌxは横方向へ平行に並び、複数の検出電極Ｌyは縦方向へ平行に並ぶ。複数の駆動電極Ｌxと複数の検出電極Ｌyが格子状に交差しており、互いに絶縁されている。駆動電極Ｌxと検出電極Ｌyの交差部付近に、それぞれ容量性センサ素子１２が形成される。なお、図１の例では電極（Ｌx，Ｌy）の形状が短冊状に描かれているが、他の任意の形状（ダイヤモンドパターンなど）でもよい。

駆動部１４は、センサマトリクス１１の各容量性センサ素子１２に駆動電圧を印加する。例えば、駆動部１４は、処理部２０の制御に従って、複数の駆動電極Ｌｘから順番に一の駆動電極Ｌxを選択し、当該選択した一の駆動電極Ｌｘの電位を周期的に変化させる。駆動電極Ｌxの電位が所定の範囲で変化することにより、この駆動電極Ｌxと検出電極Ｌyとの交差点付近に形成された容量性センサ素子１２に印加される駆動電圧が所定の範囲で変化し、容量性センサ素子１２において充電や放電が生じる。

検出データ生成部１３は、駆動部１４による駆動電圧の印加に伴って容量性センサ素子１２が充電又は放電される際に各検出電極Ｌyにおいて伝送される電荷に応じた検出データを生成する。すなわち、検出データ生成部１３は、駆動部１４の駆動電圧の周期的な変化と同期したタイミングで、各検出電極Ｌyにおいて伝送される電荷をサンプリングし、そのサンプリングの結果に応じた検出データを生成する。

例えば、検出データ生成部１３は、容量性センサ素子１２の静電容量に応じた電圧を出力する静電容量−電圧変換回路（ＣＶ変換回路）と、ＣＶ変換回路の出力信号をデジタル信号に変換し、検出データとして出力するアナログ−デジタル変換回路（ＡＤ変換回路）を有する。

ＣＶ変換回路は、駆動部１４の駆動電圧が周期的に変化して容量性センサ素子１２が充電又は放電される度に、処理部２０の制御に従って、検出電極Ｌyにおいて伝送される電荷をサンプリングする。具体的には、ＣＶ変換回路は、検出電極Ｌyにおいて正又は負の電荷が伝送される度に、この電荷若しくはこれに比例した電荷を参照用のキャパシタに移送し、参照用のキャパシタに発生する電圧に応じた信号を出力する。例えば、ＣＶ変換回路は、検出電極Ｌyにおいて周期的に伝送される電荷若しくはこれに比例した電荷の積算値や平均値に応じた信号を出力する。ＡＤ変換回路は、処理部２０の制御に従って、ＣＶ変換回路の出力信号を所定の周期でデジタル信号に変換し、その変換結果を物体の近接度合いを示す検出データとして出力する。

なお、上述の例において示したセンサ部１０は、電極間（Ｌx，Ｌy）に生じる静電容量（相互容量）の変化によって物体の近接を検出するものであるが、この例に限らず、他の種々の方式によって物体の近接を検出してもよい。例えば、センサ部１０は、物体の接近によって電極とグランドの間に生じる静電容量（自己容量）を検出する方式でもよい。自己容量を検出する方式の場合、検出電極に駆動電圧が印加される。また、センサ部１０は、静電容量方式に限定されるものではなく、例えば抵抗膜方式や電磁誘導式などでもよい。

［処理部２０］
処理部２０は、入力装置の全体的な動作を制御する回路であり、例えば、後述する記憶部３０に格納されるプログラムの命令コードに従って処理を行うコンピュータや、特定の機能を実現するロジック回路を含んで構成される。処理部２０の処理は、その全てをコンピュータとプログラムにより実現してもよいし、その一部若しくは全部を専用のロジック回路で実現してもよい。

図１の例において、処理部２０は、センサ制御部２１と、２次元データ生成部２２と、座標データ生成部２３と、タッチ状態判定部２４と、エラー判定部２５と、エラー補正部２６を有する。

センサ制御部２１は、検出面の複数の検出位置（センサマトリクス１１の各容量性センサ素子１２）における物体の近接状態を１サイクルごとに検出する周期的な検出動作を行うようにセンサ部１０を制御する。具体的には、センサ制御部２１は、駆動部１４における駆動電極の選択とパルス電圧の発生、並びに、検出データ生成部１３における検出電極の選択と検出データの生成が周期的に適切なタイミングで行われるように、これらの回路を制御する。

２次元データ生成部２２は、センサ部１０の検出結果に基づいて、検出面の複数の位置における物体の近接の度合いに基づく複数のデータを含んだ行列形式の２次元データ３１を生成し、記憶部３０に格納する。

例えば２次元データ生成部２２は、センサ部１０から出力される検出データを、行列形式で記憶部３０の記憶領域（現在値メモリ）に格納する。２次元データ生成部２２は、現在値メモリに格納した行列形式の検出データと、記憶部３０の別の記憶領域（ベース値メモリ）に予め格納した行列形式のベース値との差を演算し、それらの演算結果を２次元データ３１として記憶部３０に格納する。ベース値メモリには、検出面に物体が近接していない状態における検出データの基準となる値（ベース値）が記憶される。２次元データ３１は、物体が検出面に近接していない状態からの検出データの変化量を表す。

座標データ生成部２３は、センサ部１０における検出動作の複数のサイクルに渡って検出面に近接した同一物体の位置の座標を示す座標データ３２を、検出動作の１サイクルごとにセンサ部１０の検出結果に基づいて生成する。例えば座標取得部２３は、２次元データ生成部２２より生成された２次元データ３１に基づいて、検出面上における物体の近接領域を特定し、特定した近接領域の形状や当該近接領域内のデータ値の分布などから物体の座標データ３２を算出する。この座標データ３２は、例えば、検出面に設定されたＸ−Ｙ座標系（２次元座標系）におけるＸ座標とＹ座標のペアからなる。以降の説明では、座標データ３２が示す座標を「座標Ｐ」又は「座標Ｐ［Ｘ，Ｙ］」と表す場合がある。

座標データ生成部２３は、センサ部１０による検出動作の複数のサイクルに渡って、同一物体の座標データ３２に同一の識別コードを割り当てる。識別コードは、複数のサイクルに渡って同一の物体を追跡するための情報である。例えば座標データ生成部２３は、前回のサイクルで生成した座標データ３２が示す座標Ｐと今回のサイクルで新たに生成した座標データ３２が示す座標Ｐとの距離をそれぞれ算出し、互いの距離が最も短い前回の座標Ｐと今回の座標Ｐとの組み合わせを同一物体の座標Ｐのペアとして特定する。そして、座標データ生成部２３は、今回の座標Ｐに係る座標データ３２に対して、同一物体の前回の座標Ｐに係る座標データ３２と同一の識別コードを割り当てる。

タッチ状態判定部２４は、検出動作の１サイクルごとに、座標データ生成部２３によって座標データ３２が生成された物体の検出面へのタッチ状態（検出面への接触の有無）を判定し、その判定結果をタッチ状態データ３３として生成する。例えばタッチ状態判定部２４は、座標データ３２が示す座標Ｐにおける物体の近接度合いを２次元データ３１に基づいて算出し、算出した近接度合いと所定のしきい値とを比較し、この比較結果に基づいて物体が検出面にタッチ（接触）しているか否かを示すタッチ状態データ３３を生成する。

１つの座標データ３２について生成されたタッチ状態データ３３は、当該１つの座標データ３２と関連づけて記憶部３０に格納される。従って記憶部３０には、物体ごとに識別コードが割り当てられた一連の座標データ３２が格納されるとともに、各座標データ３２に付随したタッチ状態データ３３が格納される。

エラー判定部２５は、座標データ生成部２３において生成された同一物体の一連の座標データ３２に基づいて、個々の座標データ３２が示す検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値を算出する。エラー判定部２５は、この算出した評価値に基づいて、各座標データ３２のエラーの有無を判定する。

例えば、エラー判定部２５は、同一物体の連続した３サイクル分の座標データ３２に基づいて第１評価値Ｅ１を算出するとともに、同一物体の連続した４サイクル分の座標データ３２に基づいて第２評価値Ｅ２及び第３評価値Ｅ３を算出する。エラー判定部２５は、この３つの評価値（Ｅ１〜Ｅ３）に基づいて、４サイクルの最後に生成された座標データ３２のエラーの有無を判定する。

以下の説明では、エラー判定部２５におけるエラー判定対象の座標データ３２を「第１座標データＰＤ１」と記し、第１座標データＰＤ１に対して１サイクル前の座標データ３２を「第２座標データＰＤ２」と記し、第１座標データＰＤ１に対して２サイクル前の座標データ３２を「第３座標データＰＤ３」と記し、第１座標データＰＤ１に対して３サイクル前の座標データ３２を「第４座標データＰＤ４」と記す。また、第１座標データＰＤ１が示す座標を「座標Ｐ１」又は「座標Ｐ１［Ｘ１，Ｙ１］」と記し、第２座標データＰＤ２が示す座標を「座標Ｐ２」又は「座標Ｐ２［Ｘ２，Ｙ２］」と記し、第３座標データＰＤ３が示す座標を「座標Ｐ３」又は「座標Ｐ３［Ｘ３，Ｙ３］」と記し、第４座標データＰＤ４が示す座標を「座標Ｐ４」又は「座標Ｐ４［Ｘ４，Ｙ４］」と記す。エラー判定部２５は、同一物体の４サイクル分の座標データ３２である第１座標データＰＤ１，第２座標データＰＤ２，第３座標データＰＤ３及び第４座標データＰＤ４に基づいて、評価値（Ｅ１〜Ｅ３）を算出する。

更に、以下の説明では、座標Ｐ２［Ｘ２，Ｙ２］から座標Ｐ１［Ｘ１，Ｙ１］へ向かうベクトルを「第１速度ベクトルＶ１」と記し、座標Ｐ３［Ｘ３，Ｙ３］から座標Ｐ２［Ｘ２，Ｙ２］へ向かうベクトルを「第２速度ベクトルＶ２」と記し、座標Ｐ４［Ｘ４，Ｙ４］から座標Ｐ３［Ｘ３，Ｙ３］へ向かうベクトルを「第３速度ベクトルＶ３」と記す。

エラー判定部２５は、第１速度ベクトルＶ１から第２速度ベクトルＶ２を引いたベクトルである「第１加速度ベクトルＡ１」の大きさの２乗を「第１評価値Ｅ１」として算出する。図２は、第１加速度ベクトルＡ１について説明するための図である。第１評価値Ｅ１は、次の式で表される。

また、エラー判定部２５は、第１速度ベクトルＶ１及び第２速度ベクトルＶ２の平均のベクトルから第３速度ベクトルＶ３を引いたベクトルである「第２加速度ベクトルＡ２」の大きさの２乗を「第２評価値Ｅ２」として算出する。図３は、第２加速度ベクトルＡ２について説明するための図である。図３の例において、第１速度ベクトルＶ１及び第２速度ベクトルＶ２の平均のベクトルは、これらのベクトルの和を２で割った「（Ｖ１＋Ｖ２）／２」により求められる。第２評価値Ｅ２は、次の式で表される。

更に、エラー判定部２５は、第１速度ベクトルＶ１から第２速度ベクトルＶ２及び第３速度ベクトルＶ３の平均のベクトルを引いたベクトルである「第３加速度ベクトルＡ３」の大きさの２乗を「第３評価値Ｅ３」として算出する。図４は、第３加速度ベクトルＡ３について説明するための図である。図４の例において、第２速度ベクトルＶ２及び第３速度ベクトルＶ３の平均のベクトルは、これらのベクトルの和を２で割った「（Ｖ２＋Ｖ３）／２」により求められる。第３評価値Ｅ３は、次の式で表される。

エラー判定部２５は、式（１）〜（３）により算出される第１評価値Ｅ１〜第３評価値Ｅ３が全て所定のしきい値より大きい場合、第１座標データＰＤ１にエラーがあると判定する。すなわち、エラー判定部２５は、第１評価値Ｅ１が第１しきい値Ｔｈ１より大きく、かつ、第２評価値Ｅ２が第２しきい値Ｔｈ２より大きく、かつ、第２評価値Ｅ２が第２しきい値Ｔｈ２より大きい場合、第１座標データＰＤ１にエラーがあると判定する。第１評価値Ｅ１が第１しきい値Ｔｈ１より大きい場合でも、第２評価値Ｅ２が第２しきい値Ｔｈ２より小さい場合や、第３評価値Ｅ３が第３しきい値Ｔｈ３より小さい場合、エラー判定部２５は、第１座標データＰＤ１にエラーが無いと判定する。

図５は第２加速度ベクトルＡ２が小さくなる場合の一例を示す図であり、図６は第３加速度ベクトルＡ３が小さくなる場合の一例を示す図である。第１加速度ベクトルＡ１が大きい場合でも、一連の速度ベクトルが図５や図６に示すパターンに近い場合、エラー判定部２５は第１座標データＰＤ１にエラーが無いと判定する。これにより、ノイズ等の影響による異常な速度ベクトルのパターンが絞り込まれ易くなるため、エラー判定の精度が向上する。
以上がエラー判定部２５の説明である。

エラー補正部２６は、座標データ生成部２３において生成された同一物体の座標データ３２の時系列において、エラー判定部２５によりエラーがあると判定された座標データ３２を、当該座標データ３２の直前の座標データ３２と同じ座標Ｐを示すデータに補正する補正処理を行う。すなわち、エラー補正部２６は、一のサイクルの第１座標データＰＤ１にエラーがあると判定された場合、当該一のサイクルの座標データとして、第１座標データＰＤ１の代わりに第２座標データＰＤ２を出力する。

エラー補正部２６は、記憶部３０に格納される一連の座標データ３２の時系列に上述したエラー判定結果に応じた補正処理を行った結果を、エラー補正後の座標データ３４の時系列として記憶部３０に格納する。

なお、エラー補正部２６は、同一物体の連続した３サイクル分の座標データの中にエラー判定部２５でエラーがあると判定された座標データ３２が含まれる場合、当該３サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データ３２に対する上述した補正処理を見送る。

［記憶部３０］
記憶部３０は、処理部２０において処理に使用される定数データや変数データを記憶する。処理部２０がコンピュータを含む場合、記憶部３０は、そのコンピュータにおいて実行されるプログラムを記憶してもよい。記憶部３０は、例えば、ＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスクなどを含んで構成される。

［インターフェース部４０］
インターフェース部４０は、入力装置と他の制御装置（入力装置を搭載する情報機器のコントロール用ＩＣなど）との間でデータをやり取りするための回路である。処理部２０は、記憶部３０に記憶される情報（例えばエラー補正後の座標データ３４，タッチ状態データ３３など）をインターフェース部４０から図示しない制御装置へ出力する。また、インターフェース部４０は、処理部２０のコンピュータにおいて実行されるプログラムを不図示のディスクドライブ装置（非一時的記録媒体に記録されたプログラムを読み取る装置）やサーバなどから取得して、記憶部３０にロードしてもよい。

次に、上述した構成を有する入力装置の動作について説明する。図７は、本実施形態に係る入力装置の動作例を示すフローチャートであり、センサ部１０の検出動作の各サイクルにおいて実行される処理の一例を示す。図７に示す一連の処理は、センサ部１０が検出面の複数の検出位置における物体の近接状態を検出する１サイクルの検出動作の度に実行される。

ＳＴ１００：
センサ制御部２１は、検出面（センサマトリックス１１）の全面における物体の近接度合いを検出するようにセンサ部１０を制御する。２次元データ生成部２２は、センサ部１０の検出結果として生成された検出面の全面の検出データを取得する。

ＳＴ１０５：
２次元データ生成部２２は、センサ部１０から取得した検出面の各検出位置の検出データと、予め設定された各検出位置のベース値との差分を算出する。例えば、２次元データ生成部２２は、センサ部１０から取得した検出面の各検出位置の検出データを、記憶部３０の所定の記憶領域（現在値メモリ）に行列形式で一旦格納する。そして、２次元データ生成部２２は、記憶部３０の別の記憶領域（ベース値メモリ）に予め格納した行列形式のベース値と、現在値メモリに格納した行列形式の検出データとの差を演算し、それらの演算結果を２次元データ３１として記憶部３０に格納する。ベース値メモリには、検出面に物体が近接していない状態における検出データの基準となる値（ベース値）が記憶される。２次元データ３１を構成する各データは、物体が検出面に近接していない状態からの各検出データの変化量に相当し、物体の非近接状態を基準とした各検出位置における物体の近接度合いを表す。

ＳＴ１１０：
座標データ生成部２３は、ステップＳＴ１０５において算出された２次元データ３１に基づいて、検出面に近接した各物体の座標データ３２を生成する。例えば、座標データ生成部２３は、２次元データ３１が示す検出面上での物体近接度の分布に基づいて、物体近接度が所定の基準より高い位置を物体近接位置の座標データ３２として生成する。

また、座標データ生成部２３は、複数のサイクルに渡って同一の物体を追跡するための識別コードを、座標データ３２に割り当てる。例えば、座標データ生成部２３は、前回のサイクルにおける各物体の近接位置の座標と今回のサイクルにおける各物体の近接位置の座標との距離をそれぞれ算出し、距離が近い座標のペアを同一物体の座標のペアとして特定する。座標データ生成部２３は、特定した同一物体の座標のペアに基づいて、今回のサイクルで生成した各物体の座標データ３２に割り当てるべき識別コードを決定する。

ＳＴ１１５：
タッチ状態判定部２４は、座標データ生成部２３によって生成された座標データ３２が示す座標Ｐにおける物体の近接度合いを２次元データ３１に基づいて算出し、算出した近接度合いと所定のしきい値とを比較し、この比較結果に基づいて物体が検出面にタッチ（接触）しているか否かを判定する。タッチ状態判定部２４は、検出面に対する物体のタッチ状態を示すタッチ状態データ３３を生成し、座標データ３２と関連付けて記憶部３０に格納する。複数の物体の座標データ３２が生成された場合、タッチ状態判定部２４は、座標データ３２ごとにタッチ状態の判定を行い、タッチ状態データ３３を生成する。

ＳＴ１２０：
エラー判定部２５及びエラー補正部２６は、ステップＳＴ１１０において生成された座標データに対して、加速度に応じたエラーの補正を行う。

図７及び図８は、図１のステップＳＴ１２０におけるエラー補正処理の一例を説明するためのフローチャートである。

ＳＴ２００，ＳＴ２０５，ＳＴ２１０：
電源投入直後の初期状態の場合、エラー補正部２６は、動作状態（ステート）を「非タッチ」に設定し、状態遷移に用いるカウント値ＣＴをゼロに初期化する。

ＳＴ２１５：
エラー判定部２５は、評価値（Ｅ１〜Ｅ３）の算出に用いる４サイクル分の座標データ（ＰＤ１〜ＰＤ４）を最新のものに更新する。すなわち、エラー判定部２５は、前回のサイクルにおける第３座標データＰＤ３を今回のサイクルにおける第４座標データＰＤ４とし、前回のサイクルにおける第２座標データＰＤ２を今回のサイクルにおける第３座標データＰＤ３とし、前回のサイクルにおける第１座標データＰＤ１を今回のサイクルにおける第２座標データＰＤ２とする。また、エラー判定部２５は、ステップＳＴ１１０（図７）で生成された最新の座標データ３２（以降、「座標データＰＤｉｎ」と記す。）を、今回のサイクルにおける第１座標データＰＤ１とする。

エラー補正部２６は、今回のサイクルにおけるエラー補正後の座標データ３４（以降、「座標データＰＤｏｕｔ」と記す。）を、この段階では、座標データＰＤｉｎと等しくする。すなわち、エラー補正部２６は、最新の座標データ３２をそのままエラー補正後の座標データ３４とする。エラー補正部２６は、後述する処理において所定の条件（ＳＴ２７０〜ＳＴ２８０，図９）が成立する場合、この座標データＰＤｏｕｔを座標データＰＤｉｎから第２座標データＰＤ２に置き換える（ＳＴ２８５，図９）。

ＳＴ２２０：
エラー補正部２６は、カウント値ＣＴに１を加える。

ＳＴ２２５：
エラー補正部２６は、現在のステートが「非タッチ」であるか否か判定し、ステートが「非タッチ」であればステップＳＴ２３０に移行し、それ以外の場合はステップＳＴ２４０に移行する。

ＳＴ２３０，ＳＴ２３５：
現在のステートが「非タッチ」であり、かつ、第１座標データＰＤ１についてのタッチ状態判定部２４の判定結果が「タッチ有り」の状態である場合、エラー補正部２６は、現在のステートを「非タッチ」から「補正無効」に遷移させて処理を終了する。他方、タッチ状態判定部２４が「タッチ無し」の状態であると判定している場合、エラー補正部２６は、ステートを「非タッチ」に維持したまま処理を終了する。

ＳＴ２４０，ＳＴ２４５：
現在のステートが「非タッチ」以外であり、かつ、第１座標データＰＤ１についてのタッチ状態判定部２４の判定結果が「タッチ無し」の状態である場合、エラー補正部２６は、現在のステートを「非タッチ」に遷移させて処理を終了する。他方、タッチ状態判定部２４が「タッチ有り」の状態であると判定している場合、エラー補正部２６はステップＳＴ２５０に移行する。

ＳＴ２５０：
現在のステートが「非タッチ」以外であり、かつ、タッチ状態判定部２４の判定結果が「タッチ有り」の状態である場合、エラー補正部２６は、現在のステートが「補正有効」であるか否かを判定する。エラー補正部２６は、ステートが「補正有効」である場合にステップＳＴ２６５へ移行し、それ以外の場合にステップＳＴ２５５へ移行する。

ＳＴ２５５，ＳＴ２６０：
エラー補正部２６は、カウント値ＣＴが３以上である場合、ステートを「補正有効」へ遷移させて処理を終了し、カウント値ＣＴ３が３未満である場合は、ステートを維持したまま処理を終了する。

カウント値ＣＴ３は、検出動作の１サイクルごとにステップＳＴ２２０でインクリメントされるが、後述するエラー判定処理（ＳＴ２７０〜ＳＴ２８０）において「エラー有り」の判定結果（全て「Ｙ」の判定結果）が得られた場合には、ゼロへリセットされる（ＳＴ２９５）。そのため、カウント値ＣＴが３未満の場合、直近の３つの座標データ３２（ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３）にエラー判定処理（ＳＴ２７０〜ＳＴ２８０）で「エラー有り」と判定されたデータが含まれる。これらの座標データにエラーがあると、エラー判定部２５において正しい評価値（Ｅ１〜Ｅ３）を算出できない。そのためエラー補正部２６は、カウント値ＣＴ３が３未満である場合、ステートを「補正有効」へ遷移させないようにすることで、次回のサイクルでも後述の補正処理（ＳＴ２８５）を行わない（見送る）。

ＳＴ２６５：
エラー判定部２５は、同一物体の連続した４サイクル分の座標データ３２（ＰＤ１〜ＰＤ４）に基づいて、第１評価値Ｅ１，第２評価値Ｅ２及び第３評価値Ｅ３をそれぞれ算出する。

ＳＴ２７０，ＳＴ２７５，ＳＴ２８０：
エラー判定部２５は、第１評価値Ｅ１を第１しきい値Ｔｈ１と比較し、第２評価値Ｅ２を第２しきい値Ｔｈ２と比較し、第３評価値Ｅ３を第３しきい値Ｔｈ３と比較する。例えば、第２しきい値Ｔｈ２は第１しきい値Ｔｈ１に対して１／４の値に設定され、第３しきい値Ｔｈ３は第１しきい値Ｔｈ１と同じ値に設定される。第１評価値Ｅ１が第１しきい値Ｔｈ１以上であり、かつ、第２評価値Ｅ２が第２しきい値Ｔｈ２以上であり、かつ、第２評価値Ｅ２が第２しきい値Ｔｈ２以上である場合、エラー判定部２５は、第１座標データＰＤ１にエラーが有ると判定する。この場合、エラー補正部２６は、ステップＳＴ２８５の補正処理へ移行する。それ以外の場合、エラー判定部２５は、第１座標データＰＤ１にエラーが無いと判定する。エラー判定部２５において第１座標データＰＤ１にエラーがないと判定された場合、エラー補正部２６は、補正処理（ＳＴ２８５）をせずに処理を終了する。

ＳＴ２８５：
第１座標データＰＤ１（＝座標データＰＤｉｎ）にエラーがあるとエラー判定部２５が判定した場合、エラー補正部２６は、座標データＰＤｏｕｔを座標データＰＤｉｎから第２座標データＰＤ２に置き換える。

ＳＴ２９０，ＳＴ２９５：
エラー補正部２６は、ステップＳＴ２８５の補正処理を行った場合、ステートを「補正有効」から「補正無効」に遷移させるとともにカウント値をゼロにリセットして、処理を終了する。

図９，図１０に示すフローチャートにおけるステップＳＴ２００〜ＳＴ２９５は、検出面に近接する１つの物体についての処理であり、検出面に複数の物体が近接している場合には、個々の物体についてステップＳＴ２００〜ＳＴ２９５の処理が実行される。

以上説明したように、本実施形態に係る入力装置によれば、同一物体の一連の座標データ３２に基づいて、個々の座標データ３２が示す検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値（Ｅ１〜Ｅ３）が算出され、この評価値（Ｅ１〜Ｅ３）に基づいて各座標データ３２のエラーの有無が判定される。そのため、ノイズ等の影響によって異常な座標Ｐを示す座標データ３２が生成され、見掛け上の物体の速度に極端な変化が生じた場合には、評価値（Ｅ１〜Ｅ３）に基づいて当該座標データ３２のエラーを的確に判定することができる。また、同一物体の座標データ３２の時系列においてエラーがあると判定された座標データ３２が、当該座標データ３２の直前の座標データ３２と同じ座標Ｐを示すデータに補正されるため、ノイズ等の影響により生じた座標の検出結果の誤差を効果的に低減することができる。

また、本実施形態に係る入力装置によれば、同一物体の連続した４サイクル分の座標データ３２に基づいて評価値（Ｅ１〜Ｅ３）が算出され、評価値（Ｅ１〜Ｅ３）に基づいて当該４サイクルの最後に生成された座標データ３２のエラーの有無が判定される。そのため、当該４サイクル分の座標データ３２における前半の３サイクル分の座標データ３２中にエラーがあると判定された座標データ３２が含まれる場合、評価値（Ｅ１〜Ｅ３）が不正確となり、当該４サイクルの最後に生成された座標データ３２に対するエラーの判定も不正確となる。しかしながら、エラー補正部２６では、同一物体の連続した３サイクル分の座標データ３２の中にエラーがあると判定された座標データ３２が含まれる場合、当該３サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データ３２に対する補正処理が見送られる。これにより、不正確なエラーの判定結果に基づいて座標データ３２の補正処理が行われなくなるため、ノイズ等の影響による座標データのエラーを適切に補正することができる。

また、本実施形態に係る入力装置によれば、第１加速度ベクトルＡ１の大きさに応じた第１評価値Ｅ１（図２）に加えて、第２加速度ベクトルＡ２（図３）の大きさに応じた第２評価値Ｅ２や、第３加速度ベクトルＡ３（図４）の大きさに応じた第３評価値Ｅ３が算出され、これらの評価値に基づいて第１座標データＰＤ１のエラーの有無が判定される。そのため、第１加速度ベクトルＡ１が大きい場合でも、一連の速度ベクトルが図５や図６に示すパターンに近い場合、第１座標データＰＤ１にエラーが無いと判定される。これにより、ノイズ等の影響による異常な速度ベクトルのパターンが絞り込まれ易くなり、正常な座標データにエラーがあると誤判定する頻度が減るため、エラー判定の精度を向上できる。

以上、本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

上述した実施形態に係る入力装置では、３種類の加速度ベクトル（Ａ１〜Ａ３）の大きさに応じた３種類の評価値（Ｅ１〜Ｅ３）が算出され、これらの評価値に基づいて第１座標データＰＤ１のエラーの有無が判定されるが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、エラー判定部２５において算出される評価値の数は２以下でもよいし、４以上でもよい。

上述した実施形態に係る入力装置では、第１速度ベクトルＶ１及び第２速度ベクトルＶ２の平均のベクトルから第３速度ベクトルＶ３を引いたベクトルである第２加速度ベクトルＡ２や、第１速度ベクトルＶ１から第２速度ベクトルＶ２及び第３速度ベクトルＶ３の平均のベクトルを引いたベクトルである第３加速度ベクトルＡ３の大きさに応じた評価値（Ｅ２，Ｅ３）が算出されるが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、連続する３以上の速度ベクトルの平均ベクトルと、これらの速度ベクトルに連なる速度ベクトルとの差を表す加速度ベクトルの大きさに応じた評価値を算出してもよい。

また、本発明の入力装置は、指等の操作による情報を入力するユーザーインターフェース装置に限定されない。すなわち、本発明の入力装置は、人体に限定されない様々な物体の検出面への近接状態に応じた情報を入力する装置に広く適用可能である。

１０…センサ部、１１…センサマトリクス、１３…検出データ生成部、１４…駆動部、２０…処理部、２１…センサ制御部、２２…２次元データ生成部、２３…座標データ生成部、２４…タッチ状態判定部、２５…エラー判定部２５、２６…エラー補正部２６、３０…記憶部、３１…２次元データ、３２…座標データ、３３…タッチ状態データ、３４…エラー補正後の座標データ、４０…インターフェース部、ＰＤ１…第１座標データ、ＰＤ２…第２座標データ、ＰＤ３…第３座標データ、ＰＤ４…第４座標データ、 Ｖ１…第１速度ベクトル、Ｖ２…第２速度ベクトル、Ｖ３…第３速度ベクトルＶ３、Ａ１…第１加速度ベクトル、Ａ２…第２加速度ベクトル、Ａ３…第３加速度ベクトル、Ｅ１…第１評価値、Ｅ２…第２評価値、Ｅ３…第３評価値、Ｐ，Ｐ１〜Ｐ４…座標。

Claims (7)

1. 検出面への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置であって、
   前記検出面の複数の位置において物体の近接状態を検出するセンサ部と、
   前記複数の位置における物体の近接状態を１サイクルごとに検出する周期的な検出動作を行うように前記センサ部を制御するセンサ制御部と、
   前記検出動作の複数のサイクルに渡って前記検出面に近接した同一物体の位置の座標を示す座標データを、前記検出動作の１サイクルごとに前記センサ部の検出結果に基づいて生成する座標データ生成部と、
   前記座標データ生成部において生成された同一物体の一連の座標データに基づいて、個々の座標データが示す前記検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて各座標データのエラーの有無を判定するエラー判定部と、
   前記座標データ生成部において生成された同一物体の座標データの時系列において、前記エラー判定部によりエラーがあると判定された座標データを、当該座標データの直前の座標データと同じ座標を示すデータに補正する補正処理を行うエラー補正部とを有し、
   前記エラー判定部は、同一物体の連続したＮサイクル分の座標データ（Ｎは３以上の整数を示す。）に基づいて前記評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて当該Ｎサイクルの最後に生成された座標データのエラーの有無を判定し、
   前記エラー補正部は、同一物体の連続した（Ｎ−１）サイクル分の座標データの中に前記エラー判定部でエラーがあると判定された座標データが含まれる場合、当該（Ｎ−１）サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データに対する前記補正処理を見送り、
   前記エラー判定部におけるエラー判定対象の座標データを第１座標データとし、前記第１座標データに対してｉサイクル前（ｉは自然数を示す。）の座標データを第（ｉ＋１）座標データとし、第（ｉ＋１）座標データが示す座標から第ｉ座標データが示す座標へ向かうベクトルを第ｉ速度ベクトルとした場合、
   前記エラー判定部は、第１速度ベクトルから第２速度ベクトルを引いたベクトルである第１加速度ベクトルの大きさに応じた第１評価値を算出し、前記第１評価値が第１しきい値より大きい場合、前記第１座標データにエラーが有ると判定する
   ことを特徴とする入力装置。
2. 前記エラー判定部は、第１速度ベクトル及び第２速度ベクトルの平均のベクトルから第３速度ベクトルを引いたベクトルである第２加速度ベクトルの大きさに応じた第２評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第２評価値が第２しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記エラー判定部は、第１速度ベクトルから第２速度ベクトル及び第３速度ベクトルの平均のベクトルを引いたベクトルである第３加速度ベクトルの大きさに応じた第３評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第３評価値が第３しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の入力装置。
4. 検出面の複数の位置において物体の近接状態を検出するセンサ部を備え、前記検出面への物体の近接状態に応じた情報を入力する入力装置をコンピュータが制御する方法であって、 前記複数の位置における物体の近接状態を１サイクルごとに検出する周期的な検出動作を行うように前記センサ部を制御するステップと、
   前記検出動作の複数のサイクルに渡って前記検出面に近接した同一物体の位置の座標を示す座標データを、前記検出動作の１サイクルごとに前記センサ部の検出結果に基づいて生成するステップと、
   前記座標データを生成するステップにおいて生成された同一物体の一連の座標データに基づいて、個々の座標データが示す前記検出面の座標における物体の速度の変化に関わる評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて各座標データのエラーの有無を判定するステップと、
   前記座標データを生成するステップにおいて生成された同一物体の座標データの時系列において、前記座標データのエラーを判定するステップによりエラーがあると判定された座標データを、当該座標データの直前の座標データと同じ座標を示すデータに補正する補正処理を行うステップとを有し、
   前記座標データのエラーを判定するステップでは、同一物体の連続したＮサイクル分の座標データ（Ｎは３以上の整数を示す。）に基づいて前記評価値を算出し、当該算出した評価値に基づいて当該Ｎサイクルの最後に生成された座標データのエラーの有無を判定し、
   前記座標データのエラーを補正するステップでは、同一物体の連続した（Ｎ−１）サイクル分の座標データの中に、前記座標データのエラーを判定するステップでエラーがあると判定された座標データが含まれる場合、当該（Ｎ−１）サイクルの次のサイクルにおいて生成された座標データに対する前記補正処理を見送り、
   前記座標データのエラーを判定するステップにおけるエラー判定対象の座標データを第１座標データとし、前記第１座標データに対してｉサイクル前（ｉは自然数を示す。）の座標データを第（ｉ＋１）座標データとし、第（ｉ＋１）座標データが示す座標から第ｉ座標データが示す座標へ向かうベクトルを第ｉ速度ベクトルとした場合、
   前記座標データのエラーを判定するステップでは、第１速度ベクトルから第２速度ベクトルを引いたベクトルである第１加速度ベクトルの大きさに応じた第１評価値を算出し、前記第１評価値が第１しきい値より大きい場合、前記第１座標データにエラーが有ると判定する
   ことを特徴とする入力装置の制御方法。
5. 前記座標データのエラーを判定するステップでは、第１速度ベクトル及び第２速度ベクトルの平均のベクトルから第３速度ベクトルを引いたベクトルである第２加速度ベクトルの大きさに応じた第２評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第２評価値が第２しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の入力装置の制御方法。
6. 前記座標データのエラーを判定するステップでは、第１速度ベクトルから第２速度ベクトル及び第３速度ベクトルの平均のベクトルを引いたベクトルである第３加速度ベクトルの大きさに応じた第３評価値を算出し、前記第１評価値が前記第１しきい値より大きい場合でも、前記第３評価値が第３しきい値より小さいならば、前記第１座標データにエラーが無いと判定する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の入力装置の制御方法。
7. 請求項４乃至６の何れか一項に記載された入力装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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