JP5988295B2

JP5988295B2 - 入力装置

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Publication number: JP5988295B2
Application number: JP2012175487A
Authority: JP
Inventors: 智中嶋; 早坂　哲; 哲早坂; 新一遠藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2016-09-07
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Description

本発明は、入力装置に関し、特に、雑音耐性に優れ操作性の良い入力装置に関する。

従来から、操作に伴う静電容量の変化を検知することで、操作位置を判断する静電容量式の入力装置が存在している。

静電容量式の入力装置は、スイッチやロータリーエンコーダー等の操作部や操作方法が決まっている入力装置とは異なり、使用者の直感的な入力操作ができるので様々な機器に応用範囲が広がっており、使用される環境も多様になりつつある。

特許文献１では、入力装置において、操作に伴う容量変化が大きい領域を定義し、加重平均を行うことで操作位置を算出する構成が開示されている。

以下、図１２から図１４を用いて、特許文献１に記載の入力装置について説明する。図１２は、従来技術の入力装置９００の構成を示す図である。図１３は従来技術の入力装置９００の動作タイミング図である。図１４は従来技術の入力装置９００の領域抽出と加重平均の様子を示す図である。

特許文献１に記載の入力装置９００は、図１２に示すように、人の指やペンなどの検出対象によって操作を行う検出パネル９１１と、検出パネル９１１の駆動電極９１３を駆動する駆動手段９２１と、検出パネル９１１の検出電極９１４からの電荷もしくは電流を測定する電流測定手段９３１と、駆動電極９１３と検出電極９１４との間に挟持する絶縁手段９１２と、電流測定手段９３１で測定した電流の値から検出対象の物体の位置を演算により求める座標演算手段９５１と、全体の状態および工程を管理する制御手段９７１と、により構成されている。

駆動手段９２１は、各駆動電極９１３の電圧を変化させることにより駆動電極９１３と検出電極９１４の交点に形成される静電容量に充放電を行い、電流測定手段９３１が駆動電極９１３と検出電極９１４の交点に形成される静電容量の充放電電流を測定することで、駆動電極９１３と検出電極９１４の交点に形成される静電容量を測定する。

図１３に示すように、静電容量を測定する際に複数サイクルの駆動と電流測定を行う場合には、ノイズの影響を分散させるためには複数回の測定を累積する必要がある。

領域抽出では、駆動電極９１３と検出電極９１４の各交点の静電容量に対応した値から、指やペンなどにより押されている範囲を抽出し、加重平均により指示位置を計算する。

図１４は、領域抽出と加重平均の様子を示している。図１４において、縦線と横線は、それぞれ駆動電極９１３と検出電極９１４の座標を表している。交点にある黒丸の大きさは、各交点の静電容量の値に対応している。点線で囲まれた範囲は、静電容量が所定の値より大きい隣接した交点の集まりであり、例えば一本の指などの一つの指示体による静電容量の変化範囲に対応する。Ｘ印は、指示座標として加重平均により算出した位置である。

特開２０１１−１００２１５

しかしながら、上述した従来技術においては、雑音対策として累積処理を行っているが、累積処理で雑音の除去効果を高めるためには累積回数を増やす必要が有るために処理速度が遅くなってしまい、入力操作に対する追従性が損なわれて操作性が劣化すると言う課題があった。

また、抽出された領域内を単純に加重平均するのみであったため、累積処理で除去しきれない雑音があった場合には操作位置の座標の算出を誤ってしまい誤検出などの誤動作をする可能性があると言う課題があった。

本発明は、上述した課題を解決して、雑音耐性に優れ、入力操作に対する追従性が良く操作性の高い入力装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、請求項１に記載の入力装置は、複数の容量検出部を有し、操作体が操作を行う座標入力部と、前記複数の容量検出部毎の静電容量を計測し、計測した静電容量をＡＤ変換して計測信号として出力する容量計測部と、前記容量計測部を制御し、前記計測信号を前記容量検出部の座標情報と関連付けて取得するとともに、前記計測信号と基準値との差分値である第１データ信号を算出し、前記第１データ信号を演算するとともに、演算の結果に基づいて制御信号を出力する制御部と、を有する入力装置であって、前記制御部は、前記第１データ信号に対して雑音除去処理を行い、前記雑音除去処理を行った結果と座標情報とを関連付けて第２データ信号とする第１の演算と、前記第１の演算の後に前記第２データ信号に対して平滑化処理を行い、前記平滑化処理を行った結果と前記座標情報とを関連付けて第３データ信号とする第２の演算と、を行うとともに、前記第２の演算の後に前記第３データ信号を用いて操作位置を算出し、前記雑音除去処理は、前記座標情報に含まれる１つの注目座標と、前記注目座標に近接する複数の近接座標と、に関連付けられた前記第１データ信号を使用し、前記注目座標に関連付けられた前記第１データ信号と前記複数の近接座標に関連付けられた前記第１データ信号との差が異常判断閾値以上になった場合に、前記注目座標に関連付けられた前記第１データ信号の値を前記複数の近接座標に関連付けられた前記第１データ信号の平均値で置き換える処理であり、前記平滑化処理は、前記座標情報に含まれる１つの前記注目座標と、前記注目座標に近接する前記複数の近接座標と、に関連付けられた前記第２データ信号を使用した、ガウス関数に基づく加重平均処理であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、制御部が、座標情報と関連付けて記憶された第１データ信号に対して雑音除去処理を行い、雑音除去処理を行った結果と座標情報とを関連付けて第２データ信号とする第１の演算と、第２データ信号に対して平滑化処理を行い、平滑化処理を行った結果と座標情報とを関連付けて第３データ信号とする第２の演算と、を行うとともに、第３データ信号を用いて操作位置を算出するので、雑音の影響を抑圧して正確な操作位置の座標を算出することができ、複数回のデータ累積を行うことなく演算が可能なため、応答時間が速いので操作への追従性が良く操作性の高い入力装置を提供することができる、という効果を有する。

また、請求項１の発明によれば、雑音除去処理及び平滑化処理は、座標情報に含まれる一つの注目座標と、注目座標に近接する複数の近接座標と、に関連付けられた第１データ信号及び第２データ信号を使用するので、特定の座標だけが異常な値となるような雑音の侵入をより効果的に除去することができる、という効果を有する。

また、請求項１の発明によれば、平滑化処理はガウス関数に基づく加重平均処理であるので、操作位置の座標に対応した第３データが最も大きな値となり、操作位置から距離が離れた箇所の第３データが操作位置の座標から離れるほど小さな値となり、操作位置からの距離に対応した平滑化が可能となり、操作位置の検出精度を高くすることができる、という効果を有する。

また、請求項１の発明によれば、雑音除去処理は、注目座標に関連付けられた第１データ信号と複数の近接座標に関連付けられた第１データ信号との差が異常判断閾値以上になった場合に、注目座標に関連付けられた第１データ信号の値を複数の近接座標に関連付けられた第１データ信号の平均値で置き換えるので、複数回のデータ累積を行うことなく効果的に雑音除去を行うことができる。

以上により、本発明によれば、雑音耐性に優れ、入力操作に対する追従性が良く操作性の高い入力装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る入力装置の外観模式図である。本発明の実施形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る入力装置の動作概要を示すフローチャートである。図３の手順Ｓ１の詳細処理手順を示すフローチャートである。図４の計測信号取得処理によって取得した計測値に関する説明図である。図４の差分値化処理によって算出した差分値に関する説明図である。図３の手順Ｓ２の詳細処理手順を示すフローチャートである。図７の雑音除去処理で算出した雑音除去処理後の値に関する説明図である。図３の手順Ｓ３の詳細処理手順を示すフローチャートである。図９の平滑化処理で算出した平滑化処理後の値に関する説明図である。図３の手順Ｓ４の詳細処理手順を示すフローチャートである。従来技術の入力装置の構成を示す図である。従来技術の入力装置の動作タイミング図である。従来技術の入力装置の領域抽出と加重平均の様子を示す図である。

［実施形態］
以下に本発明の実施形態における入力装置１００について説明する。

まず始めに本発明の実施形態における入力装置１００の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は入力装置１００の外観模式図であり、図２は入力装置１００の構成を示すブロック図である。

入力装置１００は、図１に示すように、複数の容量検出部１ａを有する座標入力部１と、座標入力部１に接続された容量計測部２と、容量計測部２に接続された制御部３と、を備えている。

入力装置１００は、図１に示すように、操作者の指等が近接または接触することで入力操作を行なう座標入力部１を有しており、座標入力部１の入力操作面に沿って容量検出部１ａがＸ方向にＭ個、Ｘ方向と直交するＹ方向にＮ個がマトリクス状に設けられている（Ｍ、Ｎは自然数とする）。

容量検出部１ａは静電容量を有しており、操作者が入力操作を行なうために座標入力部１に指等を接触すると、接触された位置およびその近傍にある容量検出部１ａの静電容量が増加する。

入力装置１００は、図２に示すように、座標入力部１と、座標入力部１に接続された容量計測部２と、容量計測部２に接続された制御部３と、を備えている。

容量計測部２は、複数の容量検出部１ａ毎の静電容量を計測し、計測した静電容量をアナログ信号からデジタル信号へ変換した、Ａｎａｌｏｇ‐ｔｏ‐ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｉｏｎ信号（ＡＤＣ信号）を計測信号として制御部３へ出力する。

制御部３は容量計測部２を制御し、容量検出部１ａ毎の計測信号を取得するとともに、取得した計測信号を容量検出部１ａの座標情報に対応させる。この計測信号を用いて第１データ信号を算出し、この第１データ信号の演算の結果に基づいて制御信号を出力する。

また入力装置１００は、外部機器５にインターフェイス部４を介して接続され、外部機器５から入力装置１００の動作用電力を供給されるとともに、制御部３から出力される制御信号を外部機器５に出力し、外部機器５から出力される入力装置１００への制御信号を制御部３に出力する。

次に第１実施形態における入力装置１００の動作について図３を用いて説明する。図３は第１実施形態に係る入力装置１００の動作概要を示すフローチャートである。

まず制御部３は手順Ｓ１で、容量計測部２を制御して容量検出部１ａ毎の計測信号を取得し、計測信号と所定の基準値との差分値を第１データ信号とし、容量検出部１ａの座標情報に対応させて、制御部３に含まれる第１データ信号記憶領域に記憶する。

次に、手順Ｓ２では、第１データ信号に雑音除去処理を行なって第２データ信号を得て、容量検出部１ａの座標情報に対応させて、制御部３に含まれる第２データ信号記憶領域に記憶する。

手順Ｓ３では、第２データ信号に平滑化処理を行なって第３データ信号を得て、容量検出部１ａの座標情報に対応させて、制御部３に含まれる第３データ信号記憶領域に記憶する。

手順Ｓ４では、手順Ｓ３で得られた第３データ信号から操作位置を算出し、操作位置に対応した制御信号を出力する。

図３のフローチャートで示された処理手順は制御回路に内蔵されたタイマ機能などによって定期的に繰り返して動作を行なう。

次に、図３のフローチャートに示した手順Ｓ１から手順Ｓ４の処理について図４から図１１を用いて詳細に説明する。

図４は、図３に示したフローチャートの手順Ｓ１の詳細な処理手順を示したフローチャートである。

制御部３は、図４のフローチャートで示された手順Ｓ１＿１で、計測信号を取得する対象となる容量検出部１ａについて、Ｘ方向にｍ番目、Ｙ方向にｎ番目の位置を座標情報（ｍ，ｎ）とすると、座標情報（ｍ，ｎ）に初期値（例えば、ｍ＝１，ｎ＝１）を設定し、手順Ｓ１＿２で、座標情報（ｍ，ｎ）に対応した容量検出部１ａの計測信号（ＡＤＣ（ｍ，ｎ））を取得する。

手順Ｓ１＿３では、手順Ｓ１＿２で取得された計測信号（ＡＤＣ（ｍ，ｎ））から所定の基準値（ＢＡＳＥ）との差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））を算出する。

手順Ｓ１＿４では、手順Ｓ１＿３で算出した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））を制御部３に含まれる第１データ信号記憶領域に記憶する。

手順Ｓ１＿５で座標情報（ｍ，ｎ）のｍの値を１増加させ、手順Ｓ１＿６でｍの値を最大値Ｍと比較する。ｍの値が最大値Ｍを超えていなければ手順Ｓ１＿２に戻って、更新された次の座標の座標情報（ｍ＋１，ｎ）に対応した容量検出部１ａの計測信号（ＡＤＣ（ｍ＋１，ｎ））を取得し、上記と同様に手順Ｓ１＿２から手順Ｓ１＿６までを、ｍの値が最大値Ｍより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ１＿６でｍの値を最大値Ｍと比較し、ｍの値が最大値Ｍを超えた場合、手順Ｓ１＿７でｍの値を初期値（例えば１）に戻し、ｎの値を１増加させ、手順Ｓ１＿８でｎの値を最大値Ｎと比較する。ｎの値が最大値Ｎを超えていなければ手順Ｓ２に戻って、更新された次の座標の座標情報（ｍ，ｎ＋１）に対応した容量検出部１ａの計測信号（ＡＤＣ（ｍ，ｎ＋１））を取得し、上記と同様に手順Ｓ１＿２から手順Ｓ１＿８までを、ｎの値が最大値Ｎより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ１＿８でｎの値を最大値Ｎと比較し、ｎの値が最大値Ｎを超えた場合、Ｘ方向にＭ個、Ｘ方向と直交するＹ方向にＮ個がマトリクス状に設けられているＭ×Ｎ個全ての容量検出部１ａを走査し、それぞれの容量検出部１ａの計測信号（ＡＤＣ（ｍ，ｎ））の取得と、差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））の算出及び記憶が完了したことになるので、図２のフローチャートの手順Ｓ１の動作を終了する。

図５は、図４に示したフローチャートの動作によって取得した計測値に関する説明図で、図５（ａ）は手順Ｓ１＿２で取得した計測値の例を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）の値を等高線グラフで表している。説明を簡単にするために、ｍ及びｎはそれぞれ１から８までの値をとり、全てで６４個のデータで構成している。

図５では、ｍ＝４、ｎ＝５に相当する位置が操作されているため、当該位置に相当する座標及びその近傍座標の値が大きくなっており、ｍ＝５、ｎ＝４に相当する座標に入力操作に伴う信号に雑音が重畳され、操作による接触と同じ値となっており、ｍ＝７、ｎ＝２に相当する位置の値を取得した際には、入力操作と離れた位置に、入力操作位置と同じ値の雑音が入力された例を表している。

図６は、図４に示したフローチャートの動作で算出した差分値に関する説明図で、図６（ａ）は手順Ｓ１＿２で取得した計測値から差分値を計算した例を示している。図６（ｂ）は図６（ａ）の値を等高線グラフで表している。差分値を計算するための基準値は１２８として計算を行なっている。

図７は、図３に示したフローチャートの手順Ｓ２の詳細な処理手順を示したフローチャートである。

制御部３は、図７のフローチャートで示された手順Ｓ２＿１で、雑音除去処理を行なう際の注目座標の座標情報を初期値（ｍ＝１，ｎ＝１）に設定し、手順Ｓ２＿２で、前述した手順Ｓ１＿３で算出した注目座標に対応した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））と、この注目座標に近接する４つの近接座標に対応した差分値（ＡＤ（ｍ−１，ｎ）、ＡＤ（ｍ＋１，ｎ）、ＡＤ（ｍ，ｎ−１）、ＡＤ（ｍ，ｎ＋１））の値を第１データ信号の記憶領域から取得する。

ｍの値が１の場合とｎの値が１の場合及び、ｍの値が最大値Ｍの場合とｎの値が最大値Ｎの場合は、注目座標の外側に容量検出部１ａが存在しない。そのため、ｍの値が１の場合とｎの値が１の場合近接する４つの近接座標に対応した差分値のうち（ｍ−１，ｎ）及び（ｍ，ｎ−１）に対応する差分値が存在しない。また、ｍの値が最大値Ｍの場合とｎの値が最大値Ｎの場合は、注目座標に近接する４つの近接座標に対応した差分値のうち（ｍ＋１，ｎ）（ｍ，ｎ＋１）に対応する差分値が存在しない。よって、あらかじめ決めてある固定の値を存在しない近接座標に対応した差分値として以下の手順をすすめる。

手順Ｓ２＿３では、取得した４つそれぞれの近接座標に対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値を算出し、手順Ｓ２＿３で算出した４つの近接座標に対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値が、手順Ｓ２＿４から手順Ｓ２＿７でそれぞれ異常検出閾値と比較される。

手順Ｓ２＿４から手順Ｓ２＿７で、全ての近接座標に対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値も異常検出閾値（２５６）以上であると判断された場合には手順Ｓ２＿８に移行する。

手順Ｓ２＿４から手順Ｓ＿７で、全ての近接座標のうちいずれかに対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値が異常検出閾値より小さいと判断された場合は手順Ｓ２＿９に移行する。

手順Ｓ２＿８では、４つの近接座標に対応した差分値の平均値を算出し、手順Ｓ２＿２で取得した注目座標に対応した差分値（Ａ１）を算出した平均値に置き換えて手順Ｓ２＿９へ移行する。

手順Ｓ２＿９では、手順Ｓ２−２から手順Ｓ２＿７または手順Ｓ２＿８までで得られた注目座標に対応した差分値（Ａ１）を雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ，ｎ））として制御部３の第２データ信号の記憶領域に記憶し、手順Ｓ２＿１０に移行する。

手順Ｓ２＿１０で座標情報（ｍ，ｎ）のｍの値を１増加させ、手順Ｓ２＿１１でｍの値を最大値Ｍと比較する。ｍの値が最大値Ｍを超えていなければ手順Ｓ２＿２に戻って、更新された次の座標の座標情報（ｍ＋１，ｎ）を注目座標として対応した差分値（ＡＤ（ｍ＋１，ｎ））と、注目座標に近接する４つの近接座標に対応した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ）、ＡＤ（ｍ＋２，ｎ）、ＡＤ（ｍ＋１，ｎ−１）、ＡＤ（ｍ＋１，ｎ＋１））を第１データ信号の記憶領域から取得し、上記と同様に手順Ｓ２＿２から手順Ｓ２＿１０までを、ｍの値が最大値Ｍより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ２＿１１でｍの値を最大値Ｍと比較し、ｍの値が最大値Ｍを超えた場合、手順Ｓ２＿１２でｍの値を初期値に戻し、ｎの値を１増加させ、手順Ｓ２＿１３でｎの値を最大値Ｎと比較する。ｎの値が最大値Ｎを超えていなければ手順Ｓ２＿２に戻って、更新された次の座標の座標情報（ｍ，ｎ＋１）を注目座標として、注目座標（ｍ，ｎ＋１）に対応した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ＋１））と、注目座標に近接する４つの近接座標に対応した差分値（ＡＤ（ｍ−１，ｎ＋１）、ＡＤ（ｍ＋１，ｎ＋１）、ＡＤ（ｍ，ｎ）、ＡＤ（ｍ，ｎ＋２））を第１データ信号の記憶領域から取得し、上記と同様に手順Ｓ２＿２から手順Ｓ２＿１２までを、ｎの値が最大値Ｎより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ２＿１３でｎの値を最大値Ｎと比較し、ｎの値が最大値Ｎを超えた場合、Ｘ方向にＭ個、Ｘ方向と直交するＹ方向にＮ個がマトリクス状に設けられているＭ×Ｎ個全ての容量検出部１ａ毎の雑音除去処理および記憶が完了したことになるので、図２のフローチャートの手順Ｓ２の動作を終了する。

図８は図７の雑音除去処理で算出した雑音除去処理後の値に関する説明図であり、図６に示した手順Ｓ１で算出した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））に対して、上述した手順Ｓ２の雑音除去処理を行なった結果を示す図である。尚、注目座標に近接する４つの近接座標に対応した差分値が存在しない場合、固定の値として０（零）を存在しない近接座標に対応した差分値として計算を行なっている。

図８（ａ）は図６（ａ）に示した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））に雑音除去処理を行なった結果得られた第２データ信号の値（ＮＲ（ｍ，ｎ））であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の第２データ信号の値を等高線グラフで表したものである。雑音除去処理を行なうための異常値検出閾値は図７の手順Ｓ２＿４から手順Ｓ２＿７と同じ値（２５６）を用いて計算を行なっている。

図８に示す通り、図５で示した計測データで入力されたｍ＝７、ｎ＝２に相当する位置に入力された、入力操作と離れた位置の雑音が効果的に低減されている。

以上のように、１回の走査で得られたＸ方向にＭ個、Ｘ方向と直交するＹ方向にＮ個がマトリクス状に設けられているＭ×Ｎ個全ての容量検出部１ａに対応した差分値から、注目座標（ｍ，ｎ）に対応した差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））と、近接する４つの近接座標に対応した差分値（ＡＤ（ｍ−１，ｎ）、ＡＤ（ｍ＋１，ｎ）、ＡＤ（ｍ，ｎ−１）、ＡＤ（ｍ，ｎ＋１））を比較する。注目座標に対応した差分値が、近接する４つの近接座標に対し大きな差が有る場合は、注目座標に対応した差分値が雑音によるものと判断し、４つの近接座標に対応した差分値の平均値を算出し、注目座標に対応した差分値を算出した平均値に置き換えるので、累積処理を行なわなくても効果的に雑音除去処理を行うことができる。

図９は、図３に示したフローチャートの手順Ｓ３の詳細な処理手順を示したフローチャートである。

制御部３は、図９のフローチャートで示された手順Ｓ３＿１で、平滑化処理を行なう際の注目座標の座標情報を初期値（ｍ＝１，ｎ＝１）に設定し、手順Ｓ３＿２で、前述した手順Ｓ２で算出した注目座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ，ｎ））と、注目座標に近接する８つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ−１，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ−１，ｎ）、ＮＲ（ｍ−１，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ＋１））の値を第２データ信号の記憶領域から取得する。

座標入力部１の外周に沿った位置に存在する容量検出部１ａに対応した座標をしめす、ｍの値が１の場合とｎの値が１の場合及び、ｍの値が最大値Ｍの場合とｎの値が最大値Ｎの場合は、注目座標の外側に容量検出部１ａが存在しない。つまり、ｍの値が１の場合とｎの値が１の場合近接する４つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号のうち（ｍ−１，ｎ）及び（ｍ，ｎ−１）に対応する雑音除去処理後の第２データ信号が存在しない。また、ｍの値が最大値Ｍの場合とｎの値が最大値Ｎの場合は、注目座標に近接する４つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号のうち（ｍ＋１，ｎ）（ｍ，ｎ＋１）に対応する雑音除去処理後の第２データ信号が存在しない。そのため、あらかじめ決めてある固定の値を存在しない近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号として以下の手順をすすめる。

手順Ｓ３＿３では、取得した注目座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号と、８つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号を、ガウス関数に基づいた重み付けとなる（式１）の計算式にて加重平均の値（ＡＶ（ｍ，ｎ））を算出する。

（式１）
ＡＶ（ｍ，ｎ）＝［４×ＮＲ（ｍ，ｎ）＋２×｛ＮＲ（ｍ−１，ｎ）＋ＮＲ（ｍ，ｎ−１）＋ＮＲ（ｍ，ｎ＋１）×ＮＲ（ｍ＋１，ｎ）｝＋ＮＲ（ｍ−１，ｎ−１）＋ＮＲ（ｍ−１，ｎ＋１）＋ＮＲ（ｍ＋１，ｎ−１）＋ＮＲ（ｍ＋１，ｎ＋１）］／１６
手順Ｓ３＿４では、手順Ｓ３−３で計算した注目座標の加重平均の値ＡＶ（ｍ，ｎ）を平準化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））として制御部３に含まれる第３データ信号記憶領域に記憶し、手順Ｓ３＿５に移行する。

手順Ｓ３＿５で座標情報（ｍ，ｎ）のｍの値を１増加させ、手順Ｓ３＿６でｍの値を最大値Ｍと比較し、ｍの値が最大値Ｍを超えていなければ手順Ｓ３＿２に戻って、更新された次の座標の座標情報（ｍ＋１，ｎ）を注目座標として対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ＋１，ｎ））と、注目座標に近接する８つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ，ｎ）、ＮＲ（ｍ，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ＋２，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ＋２，ｎ）、ＮＲ（ｍ＋２，ｎ＋１））の値を第１データ信号の記憶領域から取得し、上記と同様に手順Ｓ３＿２から手順Ｓ３＿５までを、ｍの値が最大値Ｍより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ３＿６でｍの値を最大値Ｍと比較し、ｍの値が最大値Ｍを超えた場合、手順Ｓ３＿７でｍの値を初期値に戻し、ｎの値を１増加させ、手順Ｓ３＿８でｎの値を最大値Ｎと比較する。ｎの値が最大値Ｎを超えていなければ手順Ｓ３＿２に戻って、更新された次の座標の座標情報（ｍ，ｎ＋１）を注目座標として対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ，ｎ＋１））と、注目座標に近接する８つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ−１，ｎ）、ＮＲ（ｍ−１，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ−１，ｎ＋２）、ＮＲ（ｍ，ｎ）、ＮＲ（ｍ，ｎ＋２）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ＋２））の値を第１データ信号の記憶領域から取得し、上記と同様に手順Ｓ３＿３から手順Ｓ３＿７までを、ｎの値が最大値Ｎより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ３＿８でｎの値を最大値Ｎと比較する。ｎの値が最大値Ｎを超えた場合、Ｘ方向にＭ個、Ｘ方向と直交するＹ方向にＮ個がマトリクス状に設けられているＭ×Ｎ個全ての容量検出部１ａ毎の平滑化処理および記憶が完了したことになるので、図３のフローチャートの手順Ｓ３の動作を終了する。

図１０は図９の平滑化処理で算出した平滑化処理後の値に関する説明図であり、図８に示した手順Ｓ２で算出した第２データ信号の値（ＮＲ（ｍ，ｎ））から、上述した手順Ｓ３の平滑化処理を行なった結果を示す図である。尚、注目座標に近接する８つの近接座標に対応した第２データ信号が存在しない場合、固定の値として０（零）を存在しない近接座標に対応した第２データ信号の値として計算を行なっている。

図１０（ａ）は図８（ａ）に示した第２データ信号の値（ＮＲ（ｍ，ｎ））をガウス関数に基づいて重み付けされた加重平均によって平滑化処理を行なった結果得られた第３データ信号の値（ＡＶ（ｍ，ｎ））である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）の第３データ信号の値を等高線グラフで表したものである。

図１０に示す通り、ガウス関数に基づいて重み付けされた加重平均によって平滑化処理しているので、図５で示した計測データで入力されたｍ＝５、ｎ＝４に相当する座標に入力された入力操作に伴う信号に重畳された雑音が効果的に低減され、図５で示した操作者によって操作されているｍ＝４、ｎ＝５に相当する位置だけが極大値となっている。

以上のように、注目座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ，ｎ））と、注目座標に近接する８つの近接座標に対応した雑音除去処理後の第２データ信号（ＮＲ（ｍ−１，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ−１，ｎ）、ＮＲ（ｍ−１，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ，ｎ＋１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ−１）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ）、ＮＲ（ｍ＋１，ｎ＋１））の値を第２データ信号の記憶領域から取得して、平滑化処理を行なうので、雑音の影響が少ない加重平均処理を行うことができる。

また、平滑化処理はガウス関数に基づく加重平均処理であるので、操作位置の座標に対応した第３データが最も大きな値となり、操作位置から距離が離れた箇所の第３データが操作位置の座標から離れるほど小さな値となり、操作位置からの距離に対応した平滑化が可能となる。このことから、操作位置の検出精度を高くすることができる。

図１１は、図３に示したフローチャートの手順Ｓ４の操作位置算出処理の詳細な手順を示したフローチャートである。

制御部３は、図１１のフローチャートで示された手順Ｓ４＿１で、操作位置の算出を行なうための最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）と、最大値の座標情報を記憶するメモリ（Ｐｍａｘ）の値を消去（０に設定）する。

手順Ｓ４＿２では、操作位置算出を行なう座標情報を初期値（ｍ＝１，ｎ＝１）に設定し、手順Ｓ４＿３で座標情報に対応した平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の値を第３データ信号の記憶領域から取得する。

手順Ｓ４＿４では、手順Ｓ４＿３で取得した平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の値を、取得した平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の最大値を保存する最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）の値と比較を行ない、取得した平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の値が最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）の値以下の場合は手順Ｓ４＿７に移行する。また、最大値保持メモリは手順Ｓ４＿１の処理によって初期値は０に設定されている。

手順Ｓ４＿４で、平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の値が最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）の値より大きい場合は手順Ｓ４＿５で最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）に平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の値を記憶し、手順Ｓ４＿６で当該第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の座標情報を最大値の座標情報を記憶するメモリに記憶し（Ｍｍａｘ＝ｍ、Ｎｍａｘ＝ｎ）、手順Ｓ４＿７に移行する。

手順Ｓ４＿７で座標情報（ｍ，ｎ）のｍの値を１増加させ、手順Ｓ４＿８でｍの値を最大値Ｍと比較する。ｍの値が最大値Ｍを超えていなければ手順Ｓ４＿３に戻って、更新された次の座標情報（ｍ＋１，ｎ）に対応した平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ＋１，ｎ））の値を第３データ信号の記憶領域から取得し、ｍの値が最大値Ｍより大きくなるまで、手順Ｓ４＿４から手順Ｓ４＿７までを繰り返す。

手順Ｓ４＿８でｍの値を最大値Ｍと比較し、ｍの値が最大値Ｍを超えた場合、手順Ｓ４＿９でｍの値を初期値に戻し、ｎの値を１増加させる。手順Ｓ４＿１０でｎの値を最大値Ｎと比較し、ｎの値が最大値Ｎを超えていなければ手順Ｓ４＿３に戻って、更新された座標情報（ｍ，ｎ＋１）に対応した平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ＋１））の値を第３データ信号の記憶領域から取得し、上記と同様に手順Ｓ４＿４から手順Ｓ４＿９までを、ｎの値が最大値Ｎより大きくなるまで繰り返す。

手順Ｓ４＿１０でｎの値を最大値Ｎと比較し、ｎの値が最大値Ｎを超えた場合、Ｘ方向にＭ個、Ｘ方向と直交するＹ方向にＮ個がマトリクス状に設けられているＭ×Ｎ個全ての容量検出部１ａ毎の平滑化処理および記憶が完了したことになるので、手順Ｓ４＿１１へ移行する。

手順Ｓ４＿１１では、最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）の値と操作による接触を判断するための接触閾値との比較を行ない、最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）の値が接触閾値より大きい場合には手順Ｓ４＿１２に移行し、最大値保持メモリ（ＡＶｍａｘ）の値が接触閾値以下の場合には手順Ｓ４＿１３に移行する。

手順Ｓ４＿１２では、手順Ｓ４＿１１で操作による接触有と判断されたので、最大値の座標情報を記憶するメモリ（Ｍｍａｘ，Ｎｍａｘ）に対応した制御信号を出力して図２のフローチャートの手順Ｓ４の動作を終了する。

手順Ｓ４＿１３では、手順Ｓ４＿１１で操作による接触無と判断されたので、無入力に対応した制御信号を出力して図２のフローチャートの手順Ｓ４の動作を終了する。

以上のように、平滑化処理後の第３データ信号（ＡＶ（ｍ，ｎ））の値を第３データ信号の記憶領域から取得して最大値をもとめて、操作による接触を判断する。接触有と判断された場合は最大値の座標情報を記憶するメモリ（Ｍｍａｘ，Ｎｍａｘ）に対応した制御信号を出力する。また接触無と判断された場合は、無入力に対応した制御信号を出力するので、操作位置に応じた出力を得ることができるので座標入力動作を行うことができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る入力装置１００によれば、複数の容量検出部１ａを有し、操作体が操作を行う座標入力部１と、複数の容量検出部１ａ毎の静電容量を計測し、計測した静電容量をＡＤ変換して計測信号として出力する容量計測部２と、容量計測部２を制御し、計測信号を容量検出部１ａの座標情報と関連付けて取得するとともに、計測信号と基準値との差分値である第１データ信号を算出し、この第１データ信号を演算するとともに、演算の結果に基づいて制御信号を出力する制御部と、を有している。更に制御部３は、第１データ信号に対して雑音除去処理を行い、雑音除去処理を行った結果を第２データ信号として座標情報と関連付けて記憶する第１の演算と、座標情報と関連付けて記憶された第２データ信号に対して平滑化処理を行い、前記平滑化処理を行なった結果と座標情報とを関連付けて第３データ信号とする第２の演算と、を行うとともに、第３データ信号を用いて操作位置を算出する。そのため、雑音の影響を抑圧して正確な操作位置の座標を算出することができ、複数回のデータ累積を行なうことなく演算が可能なため、応答時間が速いので操作への追従性が良く操作性の高い入力装置を提供することができる。

雑音除去処理は、座標情報に含まれる１つの注目座標と、注目座標に近接する複数の近接座標と、に関連付けられた第１データ信号を使用し、平滑化処理は、座標情報に含まれる１つの注目座標と、注目座標に近接する複数の近接座標と、に関連付けられた第２データ信号を使用するので、特定の座標だけが異常な値となるような雑音をより効果的に除去することができる。

平滑化処理はガウス関数に基づく加重平均処理であるので、操作位置の座標に対応した第３データが最も大きな値となり、操作位置から距離が離れた箇所の第３データが操作位置の座標から離れるほど小さな値となり、操作位置からの距離に対応した平滑化が可能となる。このことから、操作位置の検出精度を高くすることができる。

雑音除去処理は、注目座標に関連付けられた第１データ信号と複数の近接座標に関連付けられた第１データ信号との差が異常判断閾値以上になった場合に、注目座標に関連付けられた第１データ信号の値を複数の近接座標に関連付けられた第１データ信号の平均値で置き換えるので、複数回のデータ累積を行なうことなく効果的に雑音除去を行なうことができる。

以上のように、本発明の実施形態に係る入力装置を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、入力装置１００と外部機器５はインターフェイス部４を介して接続する例を示して説明したが、インターフェイス部４を具備せず制御部３と外部機器５が直接接続されて構成されていても良い。

（２）本実施形態における雑音除去処理において、４つの近接座標に対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値が全て異常検出閾値以上であると判断された場合に４つの近接座標に対応した差分値の平均値を算出する例を示して説明を行なったが、いずれか１つの近接座標に対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値が異常検出閾値以上であると判断された場合に近接座標に対応した差分値の平均値を算出しても良く、また近接座標に対応した差分値と注目座標に対応した差分値との差の絶対値が異常検出閾値を越えるものが多い場合に近接座標に対応した差分値の平均値を算出するようにしても良い。

（３）本実施形態における雑音除去処理において注目座標の差分値（ＡＤ（ｍ，ｎ））に対し近接する４つの近接座標を（ｍ−１，ｎ）、（ｍ＋１，ｎ）、（ｍ，ｎ−１）、（ｍ，ｎ＋１）として動作の説明を行ったが、近接する４つの近接座標を（ｍ−１，ｎ−１）、（ｍ−１，ｎ＋１）、（ｍ＋１，ｎ−１）、（ｍ＋１，ｎ＋１）としても良く、また近接する８つの座標（ｍ−１，ｎ−１）、（ｍ−１，ｎ）、（ｍ−１，ｎ＋１）、（ｍ，ｎ−１）、（ｍ，ｎ＋１）、（ｍ＋１，ｎ−１）、（ｍ＋１，ｎ）、（ｍ＋１，ｎ＋１）に対応した差分値を用いて雑音除去処理を行なっても良い。

（４）本実施形態において、制御部３で使用するデータについて具体的な数値を示して説明を行なったが、組込む機器や想定される使用状態に合わせ適宜値を変えて実施しても良く、固定の値で例示した数値も周囲温度や動作環境の変動等に応じて補正等を行なうように変更して実施しても良い。

（５）本実施形態において、雑音除去処理や平滑化処理について累積処理を行なわない動作例で説明を行なったが、追従性を損なわない程度の軽微な累積処理を併用して雑音処理や平滑化処理を行なうように構成しても良い。

１座標入力部
１ａ容量検出部
２容量計測部
３制御部
４インターフェイス部
５外部機器
１００第１実施形態の入力装置

Claims

複数の容量検出部を有し、操作体が操作を行う座標入力部と、
前記複数の容量検出部毎の静電容量を計測し、計測した静電容量をＡＤ変換して計測信号として出力する容量計測部と、
前記容量計測部を制御し、前記計測信号を前記容量検出部の座標情報と関連付けて取得するとともに、前記計測信号と基準値との差分値である第１データ信号を算出し、前記第１データ信号を演算するとともに、演算の結果に基づいて制御信号を出力する制御部と、を有する入力装置であって、
前記制御部は、前記第１データ信号に対して雑音除去処理を行い、前記雑音除去処理を行った結果と座標情報とを関連付けて第２データ信号とする第１の演算と、
前記第１の演算の後に前記第２データ信号に対して平滑化処理を行い、前記平滑化処理を行った結果と前記座標情報とを関連付けて第３データ信号とする第２の演算と、を行うとともに、
前記第２の演算の後に前記第３データ信号を用いて操作位置を算出し、
前記雑音除去処理は、前記座標情報に含まれる１つの注目座標と、前記注目座標に近接する複数の近接座標と、に関連付けられた前記第１データ信号を使用し、
前記注目座標に関連付けられた前記第１データ信号と前記複数の近接座標に関連付けられた前記第１データ信号との差が異常判断閾値以上になった場合に、前記注目座標に関連付けられた前記第１データ信号の値を前記複数の近接座標に関連付けられた前記第１データ信号の平均値で置き換える処理であり、
前記平滑化処理は、前記座標情報に含まれる１つの前記注目座標と、前記注目座標に近接する前記複数の近接座標と、に関連付けられた前記第２データ信号を使用した、ガウス関数に基づく加重平均処理であることを特徴とする入力装置。