JP6637600B2 - 入力装置、イメージデータ算出方法、及びイメージデータ算出プログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態に係る入力装置について説明する。図1は、本実施形態に係る入力装置100の概略構成図である。入力装置100は、パソコンなどの外部機器に搭載されている。入力装置100は、1つ以上の操作体(例えば、人間の指、操作用のペンなど)の近接度合いに応じて変化するイメージデータを、2次元に広がる複数の座標の各々に対して作成する。入力装置100または外部機器は、イメージデータを利用して、例えば、操作体の数、位置、軌跡を検出する。入力装置100は、センサ110と検出回路120と記憶装置130と演算処理装置140とを含む。
センサ110は、xy平面に平行に広がる操作面111を含む。操作面111は、近接した1つ以上の操作体による操作を受ける場所である。
横電極150−EYは、xy平面に平行に広がる平板状の導体(例えば、金属薄膜)である。横電極150−EYのz方向の厚さは、均一であり、x方向の長さとy方向の幅とに比べて非常に薄い。横電極150−EYは、z方向に見たとき、x方向に平行な2辺とy方向に平行な2辺とをもつ長方形である。横電極150−EYのx方向の長さは、横電極150−EYのy方向の幅よりも大きい。4つの横電極150−EYは、互いにy方向に平行移動させた形状をもち、互いに等間隔に離間している。x方向において、横電極150−EYの単位長さ当たりの抵抗は、場所によらず一定である。
図3は、縦電極150−EXの平面図である。縦電極150−EXは、xy平面に平行に広がる平板状の導体(例えば、金属薄膜)である。縦電極150−EXのz方向の厚さは、均一であり、x方向の幅とy方向の長さとに比べて非常に薄い。縦電極150−EXは、z方向に見たとき、x方向に平行な2辺とy方向に平行な2辺とをもつ長方形である。縦電極150−EXのx方向の幅は、縦電極150−EXのy方向の長さよりも小さい。4つの縦電極150−EXは、互いにy方向に平行移動させた形状をもち、互いに等間隔に離間している。y方向において、縦電極150−EXの単位長さ当たりの抵抗は、場所によらず一定である。
図2に示す横電極150−EYと縦電極150−EXとは、z方向に一定間隔で離間している。横電極150−EYは、縦電極150−EXと操作面111(図1)との間に位置している。横電極150−EYは、全体が操作面111に直接面している。縦電極150−EXは、操作面111に直接面している部分と、横電極150−EYによりz方向に遮られている部分がある。
第1横電極150−EY1(図2)は、y座標がyaである5つの区画112(図1)を通る。第2横電極150−EY2(図2)は、y座標がybである5つの区画112(図1)を通る。第3横電極150−EY3(図2)は、y座標がycである5つの区画112(図1)を通る。第4横電極150−EY4(図2)は、y座標がydである5つの区画112(図1)を通る。
図1に示す検出回路120は、電極150(図2)と操作体との間の静電容量に応じて変化する電荷量を、複数の検出端子151(図2)の各々から検出する。検出回路120は、従来の自己容量型の入力装置と同様の原理で電荷量を検出する。ただし、本実施形態の検出回路120は、図2に示す1つの電極150と操作体との間の静電容量により蓄積される電荷を、2つの検出端子151に分割して検出する。検出回路120は、2つの検出端子151において同時に電荷量の検出を行う。電極150には抵抗があるので、電極150の1つの区画112に蓄積された電荷は、近くの検出端子151で多く検出され、遠くの検出端子151では少なく検出される。
図1に示す記憶装置130は、イメージデータ算出プログラム131を記憶する。イメージデータ算出プログラム131は、演算処理装置140によって読み出されて、演算処理装置140にイメージデータ算出方法の一部を行うための機能、及び他の機能を実装させる。演算処理装置140が種々の機能を実行するとき、記憶装置130は、演算処理装置140に制御されて、適宜必要な情報を記憶する。記憶装置130は、非一時的な有形の記憶媒体である。記憶装置130は、ROM(read only memory)及びRAM(random access memory)を含む。記憶装置130は、揮発性または不揮発性の記憶媒体である。記憶装置130は、取り外し可能であってもよく、取り外し不能であってもよい。
演算処理装置140は、記憶装置130に記憶されたイメージデータ算出プログラム131を読み出して実行することにより、イメージデータ算出部141として機能する。本実施形態の演算処理装置140は、汎用コンピュータであるが、特定用途向け集積回路(ASIC;application specific integrated circuits)であってもよく、本実施形態で説明される各機能を実装可能な他の回路であってもよい。
図2に示す全ての検出端子151が、図1に示す検出回路120を介してイメージデータ算出部141に接続されている。図1に示すイメージデータ算出部141は、複数の検出端子151の各々について、検出端子151を通じて検出される電荷量に基づいて検出値を検出する。検出値は、電荷量の変化に応じて変化する値である。本実施形態では、検出値は、検出端子151を通じて検出される電荷量の絶対値に比例して変化する正値とする。
図4に示す係数行列A 160は、係数情報を要素とする行列である。区画112の数が、nと表され(本実施形態ではn=16)、検出端子151(図2)の数が、mと表され(本実施形態ではm=18)、pが、1以上n以下の整数であり、かつ、kが、1以上m以下の整数であるとしたとき、イメージデータ算出部141(図1)が使用する係数行列A 160は、係数情報を要素とするn行m列の係数行列A 160で表される。すべてのpとすべてのkとについて、係数行列A 160のp行k列の要素は、p行に対応する区画112に蓄積される電荷量のうち、k列に対応する検出端子151(図2)で検出される電荷量の割合を表す。
図9は、イメージデータ算出方法を説明するためのフローチャートである。以下、図1及び図2の構成と図9のフローチャートを参照しながら、イメージデータ算出部141が実行するイメージデータ算出方法について説明する。一般的な説明と併せて、実施例として相互に関連する具体的な数値を例示するが、本実施形態は、例示した数値に限られるわけではない。図10は、イメージデータ算出方法において1回の後述の算出ループを1回実行したときに使用または算出される、実施例の複数の行列を示す。
図11は、実施例において算出ループを複数回実行したときの、イメージデータの遷移を表す図である。1回目〜6回目の算出ループが終了した後、第1イメージデータテーブル181〜第6イメージデータテーブル186が順に作成される。第1イメージデータテーブル181〜第6イメージデータテーブル186の各要素は、列に対応したx座標と行に対応したy座標とで表される区画112におけるイメージデータを示す。算出ループを繰り返すことにより、イメージデータが収束していき、イメージデータの変化が小さくなった。
本実施形態によれば、イメージデータ算出部141が、複数の検出端子151で検出される複数の検出値と、複数の係数情報とに基づいて複数のイメージデータを算出するので、従来のように区画112ごとに電極150を分割しなくてもイメージデータを算出できる。また、区画112ごとに電極150を分割する場合に比べて、イメージデータ算出部141と電極150との配線が少なくてすみ、簡単な構成でイメージデータを算出できる。すなわち、操作面111に沿った複数の位置の各々における操作面111と操作体との静電容量の変化を表すイメージデータを少ない電極150で高精度に作成できる。
131…イメージデータ算出プログラム、141…イメージデータ算出部
150…電極
150−EY…横電極(150−EY1〜EY4…第1横電極〜第4横電極)
150−EX…縦電極(150−EX1〜EX5…第1縦電極〜第5縦電極
151…検出端子
151−L…左検出端子(151−L1〜L4…第1左検出端子〜第4左検出端子)
151−R…右検出端子(151−R1〜R4…第1右検出端子〜第4右検出端子)
151−T…上検出端子(151−T1〜T5…第1上検出端子〜第5上検出端子)
151−B…下検出端子(151−B1〜B5…第1下検出端子〜第5下検出端子)
160…係数行列A
181〜186…第1イメージデータテーブル〜第6イメージデータテーブル
Claims (9)
- 近接した1つ以上の操作体による操作を受ける操作面と、
前記操作面から離間して前記操作面に沿って配置された1つ以上の電極と、
仮想的に設定される複数の区画の各々に対応したイメージデータを算出するイメージデータ算出部と、
を備え、
前記複数の区画の各々において、前記操作面の一部と少なくとも1つの前記電極の少なくとも1つの部分とが近接して配置され、
前記イメージデータの各々が、前記少なくとも1つの電極と前記1つ以上の操作体との間の静電容量により1つの前記区画において蓄積される電荷量に対応して変化し、
前記1つ以上の電極の各々が、前記イメージデータ算出部に接続された複数の検出端子を含み、
前記イメージデータ算出部が、前記複数の検出端子の各々について、前記検出端子を通じて検出される電荷量に対応して変化する検出値を検出し、
前記イメージデータ算出部が、複数の係数情報に基づいて複数の前記イメージデータを算出し、
前記複数の係数情報の各々が、前記複数の区画の1つと前記複数の検出端子の1つとの異なる組み合わせに対応し、
前記複数の係数情報の各々が、1つの前記組み合わせを構成する前記区画に蓄積される電荷量のうち、前記1つの前記組み合わせを構成する前記検出端子で検出される電荷量の割合を表す、
入力装置。 - 前記イメージデータ算出部が、1回以上の算出ループを実行することにより複数の前記イメージデータを算出し、
前記イメージデータ算出部が、1回目の前記算出ループにおいて、前記複数の区画の各々に対応した初期イメージデータとして所定の値を使用し、
前記算出ループが、
複数の前記初期イメージデータと前記複数の区画との対応に従って前記複数の初期イメージデータに対応する電荷量が前記複数の区画に蓄積されたと仮定した場合に前記複数の検出端子で検出される前記検出値を表す複数の算出値を算出することと、
前記複数の検出端子の各々について、前記算出値と前記検出値との比較に基づいた比較値を算出することと、
前記複数の区画の各々について、前記初期イメージデータを補正する補正値を前記比較値と前記係数情報とに基づいて算出することと、
前記複数の区画の各々について、前記補正値に基づいて前記初期イメージデータを補正することにより前記イメージデータを算出することと、
を含み、
前記イメージデータ算出部が、前記検出端子の各々について、前記算出ループにおいて算出された前記イメージデータを、次回の前記算出ループにおける前記初期イメージデータとして使用する、
請求項1に記載の入力装置。 - 前記複数の検出端子の各々について、前記比較値を算出することが、前記複数の検出端子の各々について、前記検出値を前記算出値で除算することを含み、
1つの前記区画に対応するすべての前記係数情報を、1群の係数情報と呼ぶとき、前記1つの前記区画に対応する前記補正値を算出することが、前記複数の検出端子の各々について、前記1つの前記区画に対応する前記1群の係数情報に含まれる前記係数情報と前記比較値とを乗算した値の和を前記補正値として算出することを含み、
前記複数の区画の各々について、前記イメージデータを算出することが、前記複数の区画の各々について、前記補正値と前記初期イメージデータとを乗算することにより前記イメージデータを算出することを含む、
請求項2に記載の入力装置。 - 前記区画の数が、nと表され、
n個の前記イメージデータを要素とするn行1列の行列が、行列Zと表され、
n個の前記初期イメージデータを要素とするn行1列の行列が、行列Z0と表され、
n個の前記補正値を要素とするn行1列の行列が、行列ZCと表され、
前記行列Zと前記行列Z0と前記行列ZCとにおいて、同じ行の要素が、同じ前記区画に対応し、
前記検出端子の数が、mと表され、
m個の前記検出値を要素とする1行m列の行列が、行列Sと表され、
m個の前記算出値を要素とする1行m列の行列が、行列S0と表され、
m個の前記比較値を要素とする1行m列の行列が、行列SCと表され、
前記行列Sと前記行列S0と前記行列SCとにおいて、同じ列の要素が、同じ前記検出端子に対応し、
pが、1以上n以下の整数であり、かつ、
kが、1以上m以下の整数である、としたとき、
前記イメージデータ算出部が、前記係数情報を要素とするn行m列の係数行列Aを使用し、
前記係数行列Aと前記行列Sとにおいて、同じ列の要素が、同じ前記検出端子に対応し、
前記行列Zと前記係数行列Aとにおいて、同じ行の要素が、同じ前記区画に対応し、
すべてのpとすべてのkとについて、前記係数行列Aのp行k列の要素が、p行に対応する前記区画に蓄積される電荷量のうち、k行に対応する前記検出端子で検出される電荷量の割合を表し、
前記複数の算出値を算出することが、前記行列Z0の転置行列Z0 Tを使用してS0=Z0 T・Aを算出することを含み、
前記複数の検出端子の各々について、前記比較値を算出することが、1以上m以下のすべての整数kについて、前記行列Sのk列目の要素を前記行列S0のk列目の要素で割った値を前記行列SCのk列目の要素とすることを含み、
前記複数の区画の各々について、前記補正値を算出することが、前記行列ZCの転置行列ZC Tを使用してZC=A・SC Tを算出することを含み、
前記複数の区画の各々について、前記補正値に基づいて前記初期イメージデータを補正することにより前記イメージデータを算出することが、1以上n以下のすべての整数pについて、前記行列Z0のp行目の要素に前記行列ZCのp行目の要素を乗じた値を前記行列Zのp行目の要素とすることを含む、
請求項2または請求項3に記載の入力装置。 - 前記イメージデータ算出部が、前記1回目の前記算出ループにおいて、前記複数のイメージデータの各々に対応した前記初期イメージデータとして所定の正値を使用する、
請求項2乃至請求項4のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記イメージデータ算出部が、前記算出ループを複数回繰り返す、
請求項2乃至請求項5のいずれか一項に記載の入力装置。 - 前記複数の係数情報の各々が、第1値と第2値との乗算により算出される値であり、
前記1つの前記組み合わせを構成する前記検出端子を対象端子と呼び、
前記対象端子を含む前記電極を対象電極と呼び、かつ、
前記1つの前記組み合わせを構成する前記区画を対象区画と呼ぶとき、
前記第1値が、前記対象電極のうち前記対象区画における前記検出値の生成に寄与する部分の面積を、前記1つ以上の電極のうち前記対象区画における前記検出値の生成に寄与する部分の総面積で除算して得られる値であり、
前記対象区画と前記対象端子との間の抵抗値を表す対象抵抗値と、前記対象区画と前記対象電極内の他の1つの前記検出端子との間の抵抗値を表す非対象抵抗値とを、前記対象電極内の全ての前記検出端子について比較した場合、
前記対象抵抗値が前記非対象抵抗値より大きいとき、前記対象区画と前記対象端子とに対応した前記第2値が、前記対象区画と前記他の1つの検出端子とに対応した前記第2値より小さく、
前記対象抵抗値が前記非対象抵抗値より小さいとき、前記対象区画と前記対象端子とに対応した前記第2値が、前記対象区画と前記他の1つの検出端子とに対応した前記第2値より大きく、
前記対象区画に対応した全ての前記第2値の合計が1となる、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の入力装置。 - 近接した1つ以上の操作体による操作を受ける操作面と、前記操作面から離間して前記操作面に沿って配置された1つ以上の電極と、仮想的に設定される複数の区画の各々に対応したイメージデータを算出するイメージデータ算出部とを備え、前記複数の区画の各々において、前記操作面の一部と少なくとも1つの前記電極の少なくとも1つの部分とが近接して配置され、前記イメージデータの各々が、前記少なくとも1つの電極と前記1つ以上の操作体との間の静電容量により1つの前記区画において蓄積される電荷量に対応して変化し、前記1つ以上の電極の各々が、前記イメージデータ算出部に接続された複数の検出端子を含む入力装置により実行されるイメージデータ算出方法であって、
前記イメージデータ算出部により、前記複数の検出端子の各々について、前記検出端子を通じて検出される電荷量に対応して変化する検出値を検出することと、
前記イメージデータ算出部により、複数の係数情報に基づいて複数の前記イメージデータを算出することと、
を含み、
前記複数の係数情報の各々が、前記複数の区画の1つと前記複数の検出端子の1つとの異なる組み合わせに対応し、
前記複数の係数情報の各々が、1つの前記組み合わせを構成する前記区画に蓄積される電荷量のうち、前記1つの前記組み合わせを構成する前記検出端子で検出される電荷量の割合を表す、
イメージデータ算出方法。 - コンピュータに請求項8に記載のイメージデータ算出方法を実行させるイメージデータ算出プログラム。
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