JP5676531B2 - 入力デバイス制御装置および入力デバイス制御方法 - Google Patents

入力デバイス制御装置および入力デバイス制御方法 Download PDF

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Description

この発明は、入力デバイスにより検出された出力データを変換する入力デバイス制御装置および入力デバイス制御方法に関する。
表示画面に直接、人間が指で触れることにより入力を行うことができるタッチパネルやタッチパッドなどのインタフェース機器がパーソナルコンピュータ、各種の携帯機器や携帯電話などで幅広く利用されている。最近では、タッチ点の座標以外にも、タッチの強さ(圧力)や、指の向きなど、タッチ点に関する属性情報を取得することができる機器も登場している。
特許文献1には、表裏両面に表示画面を備えた携帯型画像表示装置が開示されている。
特開2010−26064号公報
タッチパネルやタッチパッド、グリップセンサなどユーザが手などで接触するタッチ入力デバイスの場合、接触する面全体のセンシングデータをタッチ入力デバイスからメインプロセッサに送信する必要がある。そのため、データ転送量が大きくなり、広い伝送帯域幅を必要とし、消費電力も大きくなるという問題を生じていた。また、タッチ入力デバイスの検出感度の要求はアプリケーションによって異なることがあり、圧力感度をアプリケーションのニーズにしたがって切り替えることも必要である。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサの出力データを変換してデータ転送量を低減することのできる技術を提供することにある。また、別の目的は、センサの検出感度を調整することのできる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の入力デバイス制御装置は、入力デバイスにより検出された出力データを、複数種類の変換テーブルの内のいずれか一つの種類の変換テーブルにもとづいて変換する変換部と、変換後の出力データをインタフェースを介してメインプロセッサに送信する出力部と、前記メインプロセッサからインタフェースを介して検出感度を切り替えるためのモード切替信号を受信する切替部とを含む。前記変換部は、前記モード切替信号により、参照する前記変換テーブルを切り替える。
本発明の別の態様は、入力デバイス制御方法である。この方法は、入力デバイスにより検出された出力データを、複数種類の変換テーブルの内のいずれか一つの種類の変換テーブルにもとづいて変換する変換ステップと、変換後の出力データをインタフェースを介してメインプロセッサに送信する出力ステップと、前記メインプロセッサからインタフェースを介して検出感度を切り替えるためのモード切替信号を受信する切替ステップとを含む。前記変換ステップは、前記モード切替信号により、参照する前記変換テーブルを切り替える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、センサの出力データを変換してデータ転送量を低減することができる。また、センサの検出感度を調整することができる。
実施の形態に係るタッチ入力処理装置の構成図である。 図1のタッチ入力デバイスコントローラの機能構成図である。 図1のタッチ入力デバイスの内部構造を説明する図である。 感圧抵抗体に加えた圧力と感圧抵抗体の抵抗値の関係を示すグラフである。 感圧マルチタッチパネルのセンシング手順を説明するフローチャートである。 検出された圧力のデータを補正するための複数種類の変換テーブルを説明する図である。 本実施の形態に係るセンサ出力データの変換手順を示すフローチャートである。
図1は、実施の形態に係るタッチ入力処理装置100の構成図である。図1に示すタッチ入力処理装置100の機能構成の一部または全部は、一例として、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、携帯機器、携帯端末などにハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせによって実装することができる。
タッチ入力処理装置100は、タッチ入力デバイスユニット140、メインプロセッサ150、およびメモリ160を含む。タッチ入力デバイスユニット140は、タッチ入力デバイス110と、フレキシブル基板120によりタッチ入力デバイス110に接続されたタッチ入力デバイスコントローラ130とを含む。
タッチ入力デバイス110は、各種方式で、指などによる接触点(位置)(以下、「タッチ点(位置)」と呼ぶ)と、タッチ点(位置)における接触状態を示す静電容量や電気抵抗量などの検知量(以下、「タッチ状態量」と呼ぶ)を検出する入力装置である。
タッチ入力デバイス110の一例は、タッチパネルである。タッチパネルは、透明パネルデバイスであり、液晶ディスプレイや有機EL(electroluminescence)ディスプレイなどの表示装置の上に重ねて設置される。これにより、ユーザはディスプレイの画面を見ながら、タッチパネルに指で直接触れることで画面に対する操作を入力することができる。タッチ入力デバイス110の別の例は、タッチパッドである。タッチパッドは、不透明なタッチ入力デバイスであり、ディスプレイは付属しない。
タッチ入力デバイス110におけるタッチ点とタッチ状態量の検出方式には、静電容量方式と感圧方式とがある。静電容量方式の場合、タッチ入力デバイスコントローラ130は、タッチ入力デバイス110の各点の静電容量の変化量を測定してタッチ点の位置とタッチ点の静電容量値を検出する。感圧方式の場合、タッチ入力デバイスコントローラ130は、タッチ入力デバイス110の各点の圧力の変化量を測定してタッチ点の位置とタッチ点の圧力値を検出する。
感圧型タッチパッドの一例として、特殊な感圧材料をPETフィルムに印刷したものがあり、「フェザータッチ」のような羽毛で触れるごとくにほんの少しだけ触れる微圧のタッチから、指先に力を入れて触れる高押圧のタッチまでダイナミックレンジの広い圧力計測が可能である。
本実施の形態では、感圧方式のタッチ入力デバイス110を前提とした実施例を説明するが、本実施の形態に係るセンサの出力データの変換方法は、静電容量方式、感圧方式を問わず、任意の方式のタッチ入力デバイス110に適用することができる。また、本実施の形態に係るセンサの出力データの変換方法は、タッチパネルやタッチパッドに限らず、グリップセンサのようにユーザが手などで接触することで何らかの入力を与えるタッチ入力デバイスであれば、任意のセンシングデバイスに適用することができる。
メインプロセッサ150は、タッチ入力デバイスコントローラ130が検出したタッチ点の位置および状態量の時系列データを取得して、メモリ160に対してデータを読み書きする。
図2は、タッチ入力デバイスコントローラ130の機能構成図である。タッチ入力デバイスコントローラ130は、駆動部10、電圧検出部20、A/D変換部30、演算・制御部40、第1データバッファ50、変換部60、変換テーブル62、切替部70、第2データバッファ80、および出力部90を含む。
駆動部10は、タッチ入力デバイス110のドライブラインに駆動電圧を供給し、電圧検出部20は、タッチ入力デバイス110のセンシングラインから出力電圧を検出する。A/D変換部30は、検出された出力電圧をA/D変換する。
演算・制御部40は、駆動電圧と出力電圧から、ドライブラインとセンシングラインが交差する箇所に設けられた感圧抵抗体の抵抗値を求め、感圧抵抗体の特性から感圧抵抗体に加えられた圧力を求め、第1データバッファ50に保持する。また、演算・制御部40は、駆動部10がドライブラインを駆動するタイミングおよび電圧検出部20がセンシングラインをスキャンするタイミングを制御する。
切替部70は、メインプロセッサ150からモード切替信号を受信し、モード切替信号を変換部60に供給する。タッチ入力デバイスコントローラ130内のメモリには圧力感度の異なる補正曲線を表す複数種類の変換テーブル62が保持されており、変換部60は、モード切替信号によって選択すべき変換テーブル62を切り替える。切替部70は、メインプロセッサ150から直接、新しい変換テーブル62のデータを受け取り、既に存在する古い変換テーブル62を書き換えてもよい。
変換部60は、第1データバッファ50から圧力fのデータを読み出し、切替部70により指定された変換テーブル62にしたがって圧力fのデータを変換し、変換後の圧力fのデータを第2データバッファ80に記憶する。出力部90は、第2データバッファ80からドライブラインとセンシングラインの各交点の変換後の圧力fのデータを読み出して、メインプロセッサ150へ送信する。
図3は、タッチ入力デバイス110の内部構造を説明する図である。同図に示すように、投影(projection)型感圧マルチタッチパネルでは、水平方向、垂直方向にそれぞれ短冊状の導電体ラインが配置され、導電体ラインの交点に感圧抵抗体が塗られている。導電体ラインは銀、銅、カーボンなどの素材で形成されている。感圧抵抗体は、加える圧力により抵抗値が大きく変化する材料である。
タッチ入力デバイス110の水平方向に配置されたm本の導電体ライン(横ライン)が電圧をかけるドライブラインであり、垂直方向に配置されたn本の導電体ライン(縦ライン)が電圧値を読み取るセンシングラインである。
駆動部10は、m本のドライブラインの内、i番目のドライブラインに駆動電圧Vccをかけ、電圧検出部20は、n本のセンシングラインの内、j番目のセンシングラインから出力電圧Voutを検出する。A/D変換部30は、検出された出力電圧VoutをA/D変換する。演算・制御部40は、駆動電圧Vccと出力電圧Voutから、i番目のドライブラインとj番目のセンシングラインの交点(i,j)の感圧抵抗体の抵抗値Rを求める。
センシングしたい交点(i,j)の感圧抵抗体の抵抗値Rは加えた圧力fの関数であるから、R(f)と書くことにすると、出力電圧Voutは、駆動電圧Vccと交点の感圧抵抗体の抵抗値R(f)を用いて次式で表される。
Vout=Vcc×Rp/(R(f)+Rp) (1)
ここで、Rpは、各センシングラインに接続されたプルダウン抵抗Rpである。これは交点にタッチしていないときのセンシングラインの電圧値を0ボルトに安定させる作用を奏する。感圧抵抗体の抵抗値の変化範囲に合わせてプルダウン抵抗Rpの値を設定する。プルダウン抵抗Rpは検出したいR(f)の最大値よりも大きめに設定する。たとえば1kΩから100kΩに設定することが一般的である。
交点にタッチしていないとき、R(f)→∞であることから、Vout→0となる。交点に強くタッチすると、R(f)→0となり、Vout→Vccとなる。
上記の式(1)をR(f)について解くと、次式(2)を得る。
R(f)=Rp×(Vcc−Vout)/Vout (2)
これにより、駆動電圧Vccのもとで出力電圧Voutを検出すれば、交点の感圧抵抗体の抵抗値R(f)を求めることができる。
ドライブライン、センシングラインを順次切り替えて出力電圧Voutの測定を行えば、すべての交点の感圧抵抗体の抵抗値R(f)を得ることができる。ドライブラインがm本、センシングラインがn本の場合、m×n回の出力電圧の検出とA/D変換を行うことになる。
図4は、感圧抵抗体に加えた圧力fと感圧抵抗体の抵抗値Rの関係を示すグラフである。圧力fの単位はN/mであり、抵抗値Rの単位はΩである。圧力(pressure)の代わりに単位がNの力(force)を用いてもよい。f−R曲線は一般に同図のような単調減少曲線であり、圧力が大きいほど抵抗値は小さくなる。曲線の次数、形状は感圧抵抗体の素材により異なる。感圧抵抗体のf−R特性を示すグラフをテーブルにしたものを第1データバッファ50に保持しておく。
演算・制御部40は、感圧抵抗体のf−R特性を示すグラフまたはテーブルにもとづいて、感圧抵抗体の抵抗値Rに対応する圧力fを求め、センシングされた交点の圧力fを第1データバッファ50に記憶する。圧力fが0あるいは所定の閾値以上であれば、その交点はタッチされているとみなすことができる。
図5は、感圧マルチタッチパネルのセンシング手順を説明するフローチャートである。
ドライブラインを指定する変数iを1に初期化する(S10)。センシングラインを指定する変数jを1に初期化する(S12)。
駆動部10は、タッチ入力デバイス110のドライブラインiに駆動電圧Vccを供給する(S14)。電圧検出部20は、タッチ入力デバイス110のセンシングラインjの出力電圧Voutを検出し、A/D変換部30は、検出された出力電圧VoutをA/D変換する(S16)。演算・制御部40は、上記の式(2)にもとづいて、駆動電圧Vccと出力電圧Voutから交点(i,j)の感圧抵抗体の抵抗値Rを算出する(S18)。演算・制御部40は、f−R曲線にもとづいて、感圧抵抗体の抵抗値Rから交点(i,j)に加えられた圧力fを求める(S20)。
センシングラインを指定する変数jを1だけインクリメントし(S22)、変数jがn以下である場合(S24のN)、ステップS14に戻り、ステップS14からステップS22までを繰り返す。変数jがnを超えた場合(S24のY)、ドライブラインを指定する変数iを1だけインクリメントし(S26)、変数iがm以下である場合(S28のN)、ステップS12に戻り、ステップS12からステップS26までを繰り返す。変数iがmを超えた場合(S28のY)、処理を終了する。
このようなセンシング手順によってマルチタッチ入力を検出することができる。タッチ入力デバイス110の縦エレメント数m、横エレメント数n、A/D変換部30によるビット分解能をPビットとすると、センシングされた各交点の圧力データの総量は、変換部60による変換前は、1サンプルあたり、m×n×Pビットとなる。
変換部60により、A/D変換部30による分解能よりも小さなダイナミックレンジ、たとえばQビット(Q<P)に変換すると、出力部90がメインプロセッサ150に送信するデータ量は、m×n×Qビットに削減することができる。たとえば、入力ビット数P=12ビットに対して、出力ビット数Q=8ビットに変換する変換テーブル62を用いて圧力データfを変換すれば、データ量は2/3倍になる。
タッチ入力デバイスコントローラ130とメインプロセッサ150の間の伝送インタフェースは、USB(Universal Serial Bus)、SPI(System Packet Interface)、I2O(Intelligent Input/Output)などである。特に、タッチ入力処理装置100が実装される機器が携帯機器の場合、データ転送量が削減されることによって消費電力を抑えられることの効果は大きい。
また、単に入力ビットをビット数を減らした出力ビットに変換するだけでなく、変換の際に補正をかけることで、圧力に対する感度を調整することができる。圧力に対する感度の要求は、アプリケーションによって異なる。そこで、圧力に対する感度を表した複数種類の補正曲線をあらかじめ用意し、複数種類の補正曲線をテーブルで表現した複数種類の変換テーブル62をメモリに保持しておき、アプリケーションの要求によって複数種類の変換テーブル62を適宜切り替えるようにすることで、よりきめ細かなセンシングが可能になる。また、アプリケーションに応じて変換テーブル62を切り替えることで、転送データのビット数を減らしてもアプリケーションに応じた高精度の圧力データを伝送できるようになる。
図6(a)〜(d)は、検出された圧力fのデータを補正するための複数種類の変換テーブル62を説明する図である。変換テーブル62は、圧力に対する感度によって複数種類設けられ、切替部70によって切り替えられる。
図6(a)は、低圧高感度型の圧力補正曲線を示す。入力データに対する出力データの立ち上がりが早いため、入力データが所定の閾値以下の値でも変換後の出力データが大きな値を取る。この補正曲線にもとづいた変換テーブル62によって圧力データを変換すると、フェザータッチのような触ったか触らないかというくらいの微圧力に対しても高感度でデータが出力される。たとえば、各種設定などのシステムメニューやゲーム起動後のメニュー画面でのボタンなどの選択の場合には図6(a)の低圧高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62に切り替えればよい。
図6(b)は、高圧高感度型の圧力補正曲線を示す。入力データに対する出力データの立ち上がりが遅いため、入力データが所定の閾値以上の値になって初めて変換後の出力データが大きな値を取る。たとえば、ユーザが力を入れて操作する打撃系のゲームなどの場合、高圧でタッチして初めて出力が出るようにすることが望ましい。このような場合に図6(b)の高圧高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62に切り替えればよい。
図6(c)は、特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線を示す。この例では、入力値がある閾値Taを超えるまでは出力値はゼロに近い値であり、閾値Taを超えた後は出力値が急速に上昇し、入力値が閾値Tb(Tb>Ta)になるまでの間に出力値が最大値に近づく。たとえば、カーレースなどのゲームにおいて自動車のアクセルを踏む場合、圧力が閾値Taを超えるまでは反応しない「遊び」が必要である。このような場合に図6(c)の特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62に切り替えればよい。
ある実施例では、一つのアプリケーション内で異なるタイプの圧力補正曲線にもとづいた複数の変換テーブル62を使い分けする。たとえば、ゲーム起動後のメニュー画面では、図6(a)の低圧高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62を使用し、ゲーム開始後は、ゲームのシーンに応じて、図6(b)の高圧高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62または図6(c)の特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62に切り替えて使用する。特定のアプリケーション内でシーンに適した圧力補正曲線を使い分けることでユーザはよりいっそう没入感や臨場感に富んだゲーム体験が可能になる。
図6(d)は、入力値の変化に対して感度をもつ特定圧力範囲が2つ以上ある、多段特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線を示す。この例では、入力値が0から第1の閾値Taに達するまでの第1区間と、第2の閾値Tb(Tb>Ta)から第3の閾値Tc(Tc>Tb)に達するまでの第2区間において、入力値の増加に対して出力値が大きく変化する。入力値が第1の閾値Taから第2の閾値Tbまでの区間にある間は、入力値の増加に対して出力値はほとんど変化しない。
図6(d)の多段特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線にもとづいた変換テーブル62を用いることで多段入力が可能になる。たとえば、メニューなどに表示されたボタンを選択する動作(「選択」)、さらに、選択されたボタンに関連づけられたコマンドを実行する動作(「決定」)を考える。ボタンが表示されたタッチパネルの箇所において、第1の閾値Taに達する圧力が検出されると、ボタンにタッチしてフォーカスが当てられていると判断され、ボタンの「選択」が実行される。そのとき、そのボタンが選択されていることがユーザにわかるように、ボタンが強調表示される。その後、さらに同じタッチ位置において、第2の閾値Tbを超えた圧力が検出されると、選択されたボタンに対する「決定」であると判断され、そのボタンに関連づけられたコマンドが実行される。
図7は、本実施の形態に係るセンサ出力データの変換手順を示すフローチャートである。
切替部70は、メインプロセッサ150が実行するアプリケーションからモード切替信号を受信する(S30)。変換部60は、モード切替信号にもとづいて選択すべき変換テーブル62を切り替える(S32)。変換部60は、モード切替信号により指定された変換テーブル62にもとづいて圧力データを補正する(S34)。出力部90は、変換後の圧力データをメインプロセッサ150に送信し、メインプロセッサ150が実行するアプリケーションに渡す(S36)。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
上記の説明では、圧力データfのビット数を変換したが、出力電圧Voutのビット数を変換し、変換後の出力電圧Voutから交点の感圧抵抗体の抵抗値Rを求め、f−R曲線にもとづいて感圧抵抗体の抵抗値Rから交点に加えられた圧力fを求めてもよい。たとえば、出力電圧Voutのビット数を12ビットから8ビットにあらかじめ減らしておき、それ以降の演算は8ビットで行われるようにすれば、8ビットの圧力データfを出力することができる。
上記の説明では、タッチパネルやタッチパッドのようなタッチ点を特定する必要がある入力デバイスを例として実施の形態を述べたが、グリップセンサなどのように手などで表面に触れて何らかの入力をするデバイスにおいて、入力デバイスの表面でセンシングされた出力データを変換する場合にも本実施の形態のデータ変換技術を適用することができる。また、上記の説明では、感圧入力デバイスを例に検出された圧力データを変換する例を説明したが、感圧型の入力デバイスに限らず、何らかのセンシングデバイスの検出データを変換する場合にも本実施の形態のデータ変換技術を適用することができる。
10 駆動部、 20 電圧検出部、 30 A/D変換部、 40 演算・制御部、 50 第1データバッファ、 60 変換部、 62 変換テーブル、 70 切替部、 80 第2データバッファ、 90 出力部、 100 タッチ入力処理装置、 110 タッチ入力デバイス、 120 フレキシブル基板、 130 タッチ入力デバイスコントローラ、 140 タッチ入力デバイスユニット、 150 メインプロセッサ、 160 メモリ。

Claims (9)

  1. 入力デバイスにより検出された出力データを、複数種類の変換テーブルの内のいずれか一つの種類の変換テーブルにもとづいて変換する変換部と、
    変換後の出力データをインタフェースを介してメインプロセッサに送信する出力部と、
    前記メインプロセッサからインタフェースを介して検出感度を切り替えるためのモード切替信号を受信する切替部とを含み、
    前記切替部は、前記複数種類の変換テーブルの内、一つのアプリケーション内の利用場面に応じた変換テーブルを指定する前記モード切替信号をアプリケーションから受信し、
    前記変換部は、前記モード切替信号により、参照する前記変換テーブルを切り替えることを特徴とする入力デバイス制御装置。
  2. 前記変換テーブルは、前記出力データのビット数を低減させるビット変換テーブルであることを特徴とする請求項1に記載の入力デバイス制御装置。
  3. 前記複数種類の変換テーブルは、検出感度の異なる複数の補正曲線に対応する変換テーブルであることを特徴とする請求項1または2に記載の入力デバイス制御装置。
  4. 前記入力デバイスは感圧入力デバイスであり、
    前記複数種類の変換テーブルは、圧力感度の異なる複数の補正曲線に対応する変換テーブルであることを特徴とする請求項1または2に記載の入力デバイス制御装置。
  5. 前記複数種類の変換テーブルは、低圧高感度型の圧力補正曲線、高圧高感度型の圧力補正曲線、および特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線の少なくとも2つに対応する変換テーブルであることを特徴とする請求項4に記載の入力デバイス制御装置。
  6. 前記切替部は、低圧高感度型の圧力補正曲線、高圧高感度型の圧力補正曲線、および特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線の少なくとも2つに対応する変換テーブルを、一つのアプリケーション内の利用場面に応じて切り替えることを特徴とする請求項5に記載の入力デバイス制御装置。
  7. 前記切替部は、アプリケーションのメニュー画面においては低圧高感度型の圧力補正曲線に対応する変換テーブルを使用し、一つのアプリケーション内の利用場面に応じて、低圧高感度型の圧力補正曲線、高圧高感度型の圧力補正曲線、および特定圧力範囲高感度型の圧力補正曲線に対応する変換テーブルのいずれか一つに切り替えることを特徴とする請求項5に記載の入力デバイス制御装置。
  8. 入力デバイスにより検出された出力データを、複数種類の変換テーブルの内のいずれか一つの種類の変換テーブルにもとづいて変換する変換ステップと、
    変換後の出力データをインタフェースを介してメインプロセッサに送信する出力ステップと、
    前記メインプロセッサからインタフェースを介して検出感度を切り替えるためのモード切替信号を受信する切替ステップとを含み、
    前記切替ステップは、前記複数種類の変換テーブルの内、一つのアプリケーション内の利用場面に応じた変換テーブルを指定する前記モード切替信号をアプリケーションから受信し、
    前記変換ステップは、前記モード切替信号により、参照する前記変換テーブルを切り替えることを特徴とする入力デバイス制御方法。
  9. 入力デバイスにより検出された出力データを、複数種類の変換テーブルの内のいずれか一つの種類の変換テーブルにもとづいて変換する変換ステップと、
    変換後の出力データをインタフェースを介してメインプロセッサに送信する出力ステップと、
    前記メインプロセッサからインタフェースを介して検出感度を切り替えるためのモード切替信号を受信する切替ステップとをコンピュータに実行させ、
    前記切替ステップは、前記複数種類の変換テーブルの内、一つのアプリケーション内の利用場面に応じた変換テーブルを指定する前記モード切替信号をアプリケーションから受信し、
    前記変換ステップは、前記モード切替信号により、参照する前記変換テーブルを切り替えることを特徴とするプログラム。
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