WO2013065494A1 - 入力装置及び押圧点検出方法 - Google Patents

入力装置及び押圧点検出方法 Download PDF

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WO2013065494A1
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output
pressing point
multiple regression
pressure sensors
calculated
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昌彦 石曽根
梅津　英治
佐藤　崇
雅史 金子
志浩 牛来
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アルプス電気株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G06F3/04144—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position using an array of force sensing means

Definitions

  • the present invention relates to an input device mounted on a portable device or another electronic device and operated by bringing a finger or the like into contact with an operation panel.
  • Patent Document 1 discloses a coordinate input device that calculates the pressure applied to each pressure sensor and the pressed position from the detected output of the pressure sensor according to the pressure conversion coefficient ([0048] column of Patent Document 1) .
  • the plurality of pressure sensors are used to calculate the position coordinates of the pressing point based on the output of each pressure sensor.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide an input device and a pressing point detection method which can particularly improve detection accuracy of pressing points as compared with the conventional one.
  • the input device in the present invention is A plurality of pressure sensors disposed on the back side of the operation surface of the operation panel; Each sensor output obtained from each pressure sensor when operating the operation surface is divided by the total output of each sensor output to calculate each standardized output, and each standardized output is used to calculate 2
  • the pressing point detection method of the input device in the present invention is When the user operates the operation surface on which a plurality of pressure sensors are arranged on the back surface side of the operation panel, the control unit causes each sensor output obtained from each pressure sensor to operate when operating the operation surface, Each sensor output is divided by the total output to calculate each normalized output, and each normalized output is used to calculate the position coordinates of the pressing point by polynomial approximation by a multiple regression equation of two or more orders. It is
  • normalized output can be used as a variable, and multiple regression can be used without requiring a load parameter.
  • the present invention by calculating the position coordinates of the pressing point by polynomial approximation by a quadratic regression or more using the normalized output, it is possible to reduce the positional coordinate shift between the calculated pressing point and the actual pressing point. The detection accuracy of the pressing point can be improved.
  • the pressure sensor is disposed opposite to the peripheral portion of the operation surface in two different directions, and the difference between the normalized outputs of the pressure sensors disposed opposite to each other is calculated, and each difference is calculated. It is preferable to calculate the position coordinates of the pressing point by polynomial approximation using multiple regression equations using third and higher order terms.
  • the calculation error can be reduced by using the difference between the normalized outputs of the pressure sensors disposed opposite to each other when the linearity of the sensor output is inferior or the calculation error tends to occur, and the detection accuracy of the pressure point can be reduced. It can be improved more effectively.
  • the configuration using the difference it is limited to the case of using the multiple regression equation including the third or higher order term.
  • the number of terms of the multiple regression equation can be reduced, and the calculation burden on the control unit can be reduced.
  • the pressure sensors may be disposed at four corners of the peripheral portion of the operation surface, or may be arranged to face each other with the X direction and the Y direction orthogonal to each other passing substantially the center of the operation surface. .
  • the input device and the pressing point detection method of the present invention it is possible to effectively reduce the deviation between the calculated pressing point and the actual pressing point in the entire operation surface.
  • FIG. 1 is a plan view of an input device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of the input device in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial vertical cross-sectional view of the pressure sensor 5 and the pressure sensor 8 shown in FIG. 1 cut along a diagonal line.
  • FIG. 3 is a block diagram of the input device of this embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory view of a pressure sensor
  • FIG. 4 (a) is a partial longitudinal sectional view
  • FIG. 4 (b) is a rear perspective view of a sensor substrate constituting the pressure sensor.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a pressing point detection method and a calibration method using the input device of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a pressing point detection method and a calibration method using the input device of the present embodiment.
  • FIG. 6 shows a simulation result in the case where the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a quadratic multiple regression equation.
  • FIG. 7 shows simulation results in the case where the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a cubic multiple regression equation.
  • FIG. 8 shows a simulation result in the case where the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation by the fourth-order multiple regression equation.
  • FIG. 9 shows a simulation result in the case where position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation by the fifth multiple regression equation.
  • FIG. 10 shows a simulation result in the case where position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a first-order multiple regression equation.
  • FIG. 11 is a simulation result shown as a comparative example in the case where the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a quadratic multiple regression equation.
  • FIG. 12 is a simulation result shown as a comparative example in the case where the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a cubic multiple regression equation.
  • FIG.13 (a) is a graph which shows the relationship of the total output which added each sensor output, and each sensor output
  • FIG.13 (b) is the total output which added each sensor output
  • a difference sensor output It is a graph which shows a relationship with S2-S3, S1-S4.
  • FIG. 14 is a plan view of the input device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an input device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of the input device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an input device according to the present embodiment 4 (a) is a partial vertical cross-sectional view
  • FIG. 4 (b) is a rear perspective view of a sensor substrate constituting the pressure sensor.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a pressing point detection method and a calibration method using the input device of the present embodiment.
  • the input device 1 in the present embodiment is configured to have a transparent operation panel 4 and a plurality of pressure sensors 5 to 8 provided on the back surface 4 c of the operation panel 4.
  • the operation panel 4 is made of glass, plastic or the like.
  • the surface of the operation panel 4 is the operation surface 4 a.
  • FIGS. 1 and 2 by providing the decorative layer 9 on the back surface 4c of the peripheral portion 4b of the operation panel 4, the liquid crystal display (LCD) 3 is displayed through the operation panel 4 and the operation on the operation surface 4a And an opaque decorative area bordering the periphery of the operating area.
  • the pressure sensors 5 to 8 are not visible from the operation surface 4a side.
  • FIG. 2 is a partial vertical cross section cut along diagonal lines of the pressure sensor 5 and the pressure sensor 8 shown in FIG.
  • Each of the pressure sensors 5 to 8 has a sensor substrate 12 and a base substrate 13 as shown in FIG.
  • the sensor substrate 12 is provided with a displacement portion 14 and a projecting pressure receiving portion 17 projecting upward on the top surface of the displacement portion 14.
  • a predetermined space portion 15 is formed between the sensor substrate 12 and the base substrate 13 so that the displacement portion 14 can be displaced in the height direction when receiving a load.
  • a plurality of piezoresistive elements 16 are provided as strain detection elements.
  • each piezoresistive element 16 When the displacement portion 14 is displaced in the height direction by the load received by the pressure receiving portion 17, the electrical resistance of each piezoresistive element 16 is changed according to the displacement amount, and in the bridge circuit formed by each piezoresistive element 16 A sensor output can be obtained by changing the point potential. As shown in FIG. 4B, wiring portions 18 drawn from the respective piezoresistive elements 16 are electrically connected to pad portions (not shown).
  • the pressure sensors 5 to 8 in the present embodiment may have a configuration other than that shown in FIG.
  • the electrostatic capacitance changes based on the change in the distance between the two electrodes, and it is also possible to make it possible to detect the load by the change in the electrostatic capacitance.
  • the pressure sensors 5 to 8 are disposed on the back surface 4 c side of the operation panel 4.
  • the pressure sensors 5 to 8 are disposed at four corners of the peripheral portion 4b of the operation surface 4a.
  • a supporting portion 10 supporting the pressure sensors 5 to 8 is provided, and the supporting portion 10 and the operation panel 4 are connected by a connecting portion 11 which can be deformed in the height direction.
  • the connection portion 11 is, for example, a double-sided tape.
  • the support structure of the pressure sensors 5 to 8 in the touch panel 1 is not limited to that shown in FIG. Further, the positions of the pressure sensors 5 to 8 on the touch panel 1 are not limited to those shown in FIG. 5A.
  • the pressure sensors 5 to 8 can also be arranged at the positions of the opposing peripheral portions 4b in the respective directions (cross arrangement). In this case, although the pressure sensors 5 to 8 can be disposed at arbitrary positions on each side of the peripheral portion 4b, it is preferable that the pressure sensors 5 to 8 be arranged closer to the center of each side of the peripheral portion 4b. In order to detect the position of the high pressing point, it is better to dispose the pressing sensors 5 to 8 at the centers of the sides of the peripheral portion 4b.
  • the input device 1 of the present embodiment includes a control panel (IC) 2 connected to an operation panel 4, pressure sensors 5 to 8, and pressure sensors 5 to 8. Further, data from the control unit 2 can be transmitted to an image display device 20 such as a liquid crystal display (LCD) 3 of the device main body.
  • the control unit 2 can calculate the pressing point p 00 when the pressing operation on the operation surface 4 a is performed.
  • the control unit 2 calculates position coordinates (X, Y) of the pressing point p00 by polynomial approximation using a quadratic regression or higher multiple regression equation.
  • the quadratic multiple regression equation is shown below.
  • X and Y in Formula 1 indicate the pressed points calculated by Formula 1 (see FIG. 1).
  • a1 to a15 and b1 to b15 are correction coefficients.
  • S1 to S4 are standardized outputs.
  • sensor outputs can be obtained from the pressure sensors 5-8.
  • the sensor output of the pressure sensor 5 is s1
  • the sensor output of the pressure sensor 6 is s2
  • the sensor output of the pressure sensor 7 is s3
  • the sensor output of the pressure sensor 8 is s4.
  • the sensor output of each of the pressure sensors 5 to 8 is added to obtain a total output (s1 + s2 + s3 + s4).
  • the "normalized output” is obtained by dividing each sensor output s1 to s4 by the total output.
  • the normalized output S1 in Equation 1 is s1 / (s1 + s2 + s3 + s4)
  • the normalized output S2 is s2 / (s1 + s2 + s3 + s4)
  • the normalized output S3 is s3 / (s1 + s2 + s3 + s4)
  • the normalized output S4 is , S4 / (s1 + s2 + s3 + s4).
  • calculation of correction coefficients a1 to a15 and b1 to b15 is performed as initial setting.
  • the calculation of the correction coefficient is performed in advance before shipment, and in the present embodiment, it is also possible for the user to change the correction coefficient.
  • the input device 1 in the present embodiment is provided with a calibration mode, and when the sensitivity of each of the pressure sensors 5 to 8 changes or the like changes with time and the detection accuracy of the pressure point decreases, each correction coefficient a1 to a15 , B1 to b15 can be easily reset.
  • the control unit 2 shown in FIG. 3 determines whether or not the normal mode is set (step ST1).
  • the normal mode is a mode in which the pressing point p00 (see FIG. 1) pressed by the user is calculated using the above-described second-order regression equation having the calculated correction coefficients a1 to a15 and b1 to b15. Indicates the usage condition.
  • the position coordinate of the pressing point p00 is detected, and the screen displayed on the operation surface 4a is updated or changed based on the detection result.
  • the operation surface 4a is divided in, for example, a grid, and each horizontal line (virtual line parallel to the X1-X2 direction) and each vertical line (transparent line) on the transparent operation surface 4a.
  • the points of intersection with the Y1-Y2 direction are displayed as calibration pressing points p01 to p35 (step ST2).
  • the X and Y coordinates of the calibration pressing points p01 to p35 are predetermined. For example, in the configuration provided with the capacitive touch panel 21 shown in FIG. 3, it is also possible to display the calibration pressing points p01 to p35 on the operation surface 4a using plane coordinates of the touch panel 21.
  • the control unit 2 obtains the normalized outputs S1 to S4 described above from the sensor outputs s1 to s4 of the pressing sensors 5 to 8 when the pressing points p01 to p35 are pressed (step ST4).
  • step ST5 an output table in which the X and Y coordinates of each calibration pressing point are associated with each standardized output is created (step ST5).
  • An example is shown below.
  • the sensor outputs shown in Table 1 are measured by pressing the pressing points p01 to p35 with a certain load (for example, 1 N).
  • the data necessary for obtaining the correction coefficient are the position coordinates of the pressing point and each normalized output, and the value of the load is not considered.
  • the judgment is made on the basis of the total output, and when the entire output falls within a certain range, it is determined that the measurement is normal and the load measurement is not necessary.
  • Table 1 also lists the X, Y coordinates of each calibration pressing point, and each sensor output as well as each standardized output.
  • the output table of Table 1 is stored in the storage unit of the control unit 2.
  • correction coefficients a1 to a15 and b1 to b15 of Formula 1 are calculated based on the output table shown in Table 1 (Ste ST7).
  • the calculation method of the correction coefficient refer to the following equation 2.
  • correction coefficients a1 to a15 and b1 to b15 calculated as described above are stored in the correction value table.
  • the normal mode will be described.
  • the sensor outputs s1 to s4 are obtained from the pressing sensors 5 to 8 shown in FIG. (Step ST8).
  • the control unit 8 calculates the respective standardized outputs S1 to S4 from the sensor outputs.
  • the pressing point p00 is obtained by polynomial approximation by the quadratic regression equation shown in the equation 1.
  • the position coordinates of are calculated (step ST10).
  • step ST10 the image display processing of the liquid crystal display 3 is performed based on the coordinate data of the pressing point calculated in step ST10 (step ST11 in FIG. 5).
  • FIG. 6 is a simulation result when the pressing point is calculated by polynomial approximation using a quadratic multiple regression equation shown in Formula 1.
  • the number of terms in the multiple regression equation increases, that is, the correction coefficient increases.
  • the number of calibration pressing points shown in the output table of Table 1 needs to be larger than the number (term number) of the correction coefficient.
  • the number of terms is 35 when the cubic multiple regression equation with each normalized output described above is a variable, and the number of terms is 70 when the quaternary regression equation with each normalized output described above is a variable.
  • the number of terms is 126 when the fifth-order multiple regression equation is used with each normalized output of as a variable. Therefore, when using the third or higher multiple regression equation, it is necessary to further increase the calibration pressing points p01 to p35 shown in FIG.
  • FIG. 13 (a) is a graph showing the relationship between the total output obtained by adding each sensor output and each sensor output
  • FIG. 13 (b) is the difference between the total output obtained by adding each sensor output 3 is a graph showing the relationship between the output and the conversion outputs S2-S3 and S1-S4).
  • FIG. 13 shows the total output, each sensor output, and the difference (normalized outputs S2-S3 and S1-S4) when the load is gradually increased by pressing a certain pressing point in FIG. .
  • the third or higher multiple regression equation when the third or higher multiple regression equation is used, the standardized output S1 of the pressure sensor 5 positioned on the diagonal and the standard of the pressure sensor 8 It is preferable to use the difference (S1-S4) from the standardization output S4 and the difference (S2-S3) between the standardization output S2 of the pressure sensor 6 and the standardization output S3 of the pressure sensor 7 as variables. This makes it possible to reduce the calculation error associated with the decrease in linearity and the like.
  • the reason for limiting to the third or higher multiple regression equation is that, when performing polynomial approximation by the second order multiple regression equation using the above-mentioned difference, as compared with the case of using each normalized output (FIG. 6) This is because the calculated pressing point largely deviates from the actual pressing point, and the detection accuracy of the pressing point is significantly reduced. The point that the detection accuracy is lowered when the difference is used for the second-order multiple regression equation will be described later with reference to FIG.
  • the number of terms of the third or higher multiple regression equation can be reduced by using the difference (S1-S4, S2-S3) of the normalized outputs.
  • the following equation 3 is a cubic multiple regression equation using the difference (S1-S4, S2-S3) of the normalized outputs of the pressure sensors 5 to 8 disposed opposite to each other.
  • Equation 3 The number of terms in the multiple regression equation for obtaining X and Y coordinates is 10, as shown in Equation 3.
  • the correction coefficient can be obtained by Equation 2 using the steps of FIG.
  • FIG. 7 is a simulation result when the pressing point is calculated by polynomial approximation by the cubic multiple regression equation shown in Equation 3.
  • Equation 4 is a fourth-order multiple regression equation using the difference (S1-S4, S2-S3) of the normalized outputs of the pressure sensors 5 to 8 disposed opposite to each other.
  • a1 to a15 and b1 to b15 are correction coefficients.
  • S1 to S4 are standardized outputs.
  • the correction coefficient can be obtained by Equation 2 using the steps of FIG.
  • the number of terms in the multiple regression equation for finding the X and Y coordinates is 15, as shown in Equation 4.
  • FIG. 8 is a simulation result when the pressing point is calculated by polynomial approximation by the fourth-order multiple regression equation shown in Equation 4.
  • Formula 5 below is a fifth-order multiple regression equation using the difference (S1-S4, S2-S3) of the normalized outputs of the pressure sensors 5 to 8 disposed opposite to each other.
  • a1 to a21 and b1 to b21 are correction coefficients.
  • S1 to S4 are standardized outputs.
  • the correction coefficient can be obtained by Equation 2 using the steps of FIG. As shown in Formula 5, the number of terms in each of the multiple regression equations for obtaining the X coordinate and the Y coordinate is 21.
  • FIG. 9 is a simulation result when the pressing point is calculated by polynomial approximation by the fifth multiple regression equation shown in Formula 5.
  • the calculated pressing point can be made to substantially coincide with the actual pressing point, and the second to fourth order multiple regression equations shown in FIGS.
  • the detection accuracy of the pressing point can be improved most effectively as compared with the case of using.
  • FIG. 10 shows a simulation result in the case where position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a first-order multiple regression equation.
  • FIG. 10 is a comparative example.
  • the linear regression equation is expressed by Equation 6 below.
  • a to j are correction coefficients.
  • S1 to S4 are standardized outputs.
  • the correction coefficient can be obtained by Equation 2 using the steps of FIG.
  • FIG. 11 shows a simulation result in the case where the position coordinate of the pressing point is calculated by polynomial approximation based on the second-order multiple regression equation using the difference (S1-S4, S2-S3) of the normalized outputs.
  • FIG. 11 is a comparative example.
  • Comparative Example 1 shown in FIG. 11 is the difference (S1-S2) of the normalized output S1 of the pressure sensor 5-the normalized output S2 of the pressure sensor 6, and the normalization of the normalized output S3-pressure sensor 8 of the pressure sensor 7.
  • the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a second-order multiple regression equation (equation 7 below) using the difference (S3-S4) of the output S4.
  • the difference (S1-S3) of the normalized output S1 of the pressure sensor 5-the normalized output S3 of the pressure sensor 7 and the standard of the normalized output S2-pressure sensor 8 of the pressure sensor 6 In this case, the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a second-order multiple regression equation (equation 8 below) using the difference (S2-S4) of the quantization output S4.
  • the difference (S1-S4) of the normalized output S1 of the pressure sensor 5-the normalized output S4 of the pressure sensor 8 and the standard of the normalized output S2-pressure sensor 7 of the pressure sensor 6 In this case, the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation using a quadratic multiple regression equation (equation 9 below) using the difference (S2-S3) of the quantization output S3.
  • the use of the difference of the normalized output is limited to the case of calculating the position coordinates of the pressing point by polynomial approximation by a third or higher multiple regression equation.
  • FIG. 12A shows the difference (S1-S2) of the normalized output S1 of the pressure sensor 5-the normalized output S2 of the pressure sensor 6, and the normalized output of the pressure sensor 7 S3-the normalized output of the pressure sensor 8
  • S1-S2 normalized output of the pressure sensor 5
  • S3-S4 normalized output of the pressure sensor 7
  • FIG. 12 (b) shows the normalized output S1-pressing sensor of the pressing sensor 5.
  • the calculated pressing points deviated significantly from the actual pressing points, and in particular, the calculated pressing points were not arranged in a substantially grid like the actual pressing points.
  • the difference (S1-S4, S2-S3) of the normalized outputs of the pressure sensors disposed opposite to each other on the diagonal as the variable used in the third or higher multiple regression equation. (See FIGS. 7-9).
  • the pressure sensors 5 to 8 are arranged as shown in FIG. 14, the difference between the pressure sensor 5 and the pressure sensor 8 facing in the Y1-Y2 direction (S1-S4) and the pressure facing in the X1-X2 direction
  • the difference (S2-S3) between the sensor 6 and the pressure sensor 7 is used.
  • the characteristic part of the input device 1 in the present embodiment is that the sensor outputs s1 to s4 obtained from the respective pressure sensors 5 to 8 when operating on the operation surface 4a are divided by the total outputs of the respective sensors plus Pressure point detection method for calculating the position coordinates of the pressed point by calculating each normalized output S1 to S4 and using the each normalized output S1 to S4 by polynomial approximation according to a second or higher multiple regression equation;
  • the point is that the control unit 2 capable of point detection is provided.
  • the standardized output is used as the variable.
  • the normalized output is a value obtained by dividing each sensor output by the total output. This makes it possible to easily calculate the standardized output. Then, by setting the normalized output as a multiple regression equation, the pressure point can be calculated without the need for a load parameter. Therefore, it is not necessary to measure the load, and it is possible to appropriately detect the pressing point regardless of the load. And as shown in FIG. 6 to FIG. 9, in this embodiment, the pressure calculated by calculating the position coordinates of the pressing point by polynomial approximation by a quadratic regression or higher multiple regression equation using each standardized output The deviation between the point and the actual pressing point can be reduced, and the detection accuracy of the pressing point can be improved.
  • the position coordinates of the pressing point are calculated by polynomial approximation by the third or higher multiple regression equation shown in FIGS. This is preferable because the detection accuracy of the pressing point can be more effectively improved. Further, it is more preferable to calculate the difference between the normalized outputs of the pressure sensors disposed opposite to each other, and to calculate the position coordinates of the pressure point by polynomial approximation using a multiple regression equation of three or more orders using each difference. Thereby, the detection accuracy of the pressing point can be more effectively improved. Further, the number of terms in the multiple regression equation can be reduced, and the calculation burden on the control unit 2 can be reduced.

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Abstract

特に押圧点の検出精度を従来よりも向上させることが可能な入力装置及び押圧点検出方法を提供することを目的としている本発明の入力装置１は、操作パネル４と、前記操作パネル４の操作面４ａに対する裏面４ｃ側に配置された複数の押圧センサ５～８と、前記操作面４ａ上を操作した際に各押圧センサ５～８から得られた各センサ出力ｓ１～ｓ４を、前記各センサ出力を足した全出力で割って各規格化出力Ｓ１～Ｓ４を算出し、前記各規格化出力Ｓ１～Ｓ４を用いて２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する制御部２と、を有することを 特徴とする。

Description

入力装置及び押圧点検出方法
　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。
　下記の特許文献１では、圧力変換係数にしたがって圧力センサの検出された出力から各圧力センサにかかる圧力及び押下位置を計算する座標入力装置が開示されている（特許文献１の［００４８］欄）。
　また特許文献２では、各圧力センサから得られる圧力分布に基づいて押圧点の位置座標を算出する入力装置が開示されている。
　上記ではいずれも複数の圧力センサを用い、各圧力センサの出力をもとに押圧点の位置座標を算出するものである。
　しかしながら従来の入力装置及びそれを用いた押圧点検出方法では、実際の押圧点と、算出された押圧点との位置座標ずれを小さくすることが困難であった。すなわち操作パネルの支持構造等により操作面のどこを押圧してもその押圧点に応じた荷重が各圧力センサに正確に作用するわけではない。また各押圧センサの感度ばらつきもある。このため、例えば、てこの原理を基本として各圧力センサのセンサ出力に基づき押圧点の位置座標を算出しても、操作面全域で、実際の押圧点と、算出された押圧点との位置座標ずれを小さくすることができなかった。また荷重パラメータに基づく補正値を押圧点の算出式内に必要になるなど簡単な算出式を得ることができず制御部の算出負担が増大し、また荷重パラメータが入ることで押圧点の検出精度も低下しやすい問題があった。
特開２０１０－２２５０３１号公報 特開平８－２４９１２０号公報
　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に押圧点の検出精度を従来よりも向上させることが可能な入力装置及び押圧点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、
  前記操作パネルの操作面に対する裏面側に配置された複数の押圧センサと、
　前記操作面上を操作した際に各押圧センサから得られた各センサ出力を、前記各センサ出力を足した全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各規格化出力を用いて２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する制御部と、
　を有することを特徴とするものである。
  また本発明における入力装置の押圧点検出方法は、
　操作パネルの裏面側に複数の押圧センサが配置された操作面上を操作したときに、制御部にて、前記操作面上を操作した際に各押圧センサから得られた各センサ出力を、前記各センサ出力を足した全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各規格化出力を用いて２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出することを特徴とするものである。
　上記のように本発明では変数として規格化出力を用い、荷重パラメータを必要とすることなく重回帰式を用いることができる。そして本発明では前記規格化出力を用い２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出することで、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれを小さくでき、押圧点の検出精度を向上させることができる。
　本発明では、３次以上の項を備える重回帰式を用いることが好ましい。これにより、より効果的に、算出された押圧点と実際の押圧点とのずれを操作面全域にて小さくできる。
　また本発明では、前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の項を備える重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出することが好ましい。各センサ出力のリニアリティ性が劣るなどして算出誤差が生じやすいとき、対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を用いることで、前記算出誤差を小さくでき、押圧点の検出精度をより効果的に向上させることができる。ただし、差分を使用する構成では、３次以上の項を備える重回帰式を用いる場合に限る。
　また差分を使用することで、重回帰式の項数を減らすことができ制御部に対する算出負担を軽減できる。
　上記において、前記押圧センサは、前記操作面の周囲部の四隅に配置され、あるいは、前記操作面の略中心を通り直交するＸ方向及びＹ方向を前記２方向として対向配置されている構成にできる。
　本発明の入力装置及び押圧点検出方法によれば、算出された押圧点と、実際の押圧点とのずれを操作面の全域にて効果的に小さくできる。
図１は、本発明の第１実施形態における入力装置の平面図である。 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る。なお図２は図１に示す押圧センサ５と押圧センサ８との対角線上に沿って切断した部分縦断面図である。 図３は、本実施形態の入力装置のブロック図である。 図４は、押圧センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、押圧センサを構成するセンサ基板の裏面透視図である。 図５は、本実施形態の入力装置を用いた押圧点検出方法及びキャリブレーション方法を説明するためのフローチャート図である。 図６は、２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。 図７は、３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。 図８は、４次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。 図９は、５次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。 図１０は、１次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。 図１１は、２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合であって比較例として示すシミュレーション結果である。 図１２は、３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合であって比較例として示すシミュレーション結果である。 図１３（ａ）は、各センサ出力を足した全出力と、各センサ出力との関係を示すグラフであり、図１３（ｂ）は、各センサ出力を足した全出力と、差分（センサ出力Ｓ２－Ｓ３，Ｓ１－Ｓ４）との関係を示すグラフである。 図１４は、本発明の第２実施形態における入力装置の平面図である。
　図１は、本発明の第１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、押圧センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、押圧センサを構成するセンサ基板の裏面透視図であり、図５は、本実施形態の入力装置を用いた押圧点検出方法及びキャリブレーション方法を説明するためのフローチャート図である。
　本実施形態における入力装置１は、透明な操作パネル４と、操作パネル４の裏面４ｃに設けられた複数の押圧センサ５～８とを有して構成される。操作パネル４はガラスやプラスチック等で構成される。操作パネル４の表面が操作面４ａである。
　図１，図２に示すように、操作パネル４の周囲部４ｂの裏面４ｃに加飾層９を設けることで、操作パネル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での操作を可能とする操作領域と、操作領域の周囲を縁取る不透明な加飾領域とに区分けできる。加飾領域では、各押圧センサ５～８が操作面４ａ側から見えないようになっている。ここで図２は、図１に示す押圧センサ５と押圧センサ８との対角線上に沿って切断した部分縦断面であるとする。
　各押圧センサ５～８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、変位部１４の上面に上方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押圧センサ５～８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。
　図１，図２に示すように、押圧センサ５～８は、操作パネル４の裏面４ｃ側に配置される。押圧センサ５～８は、例えば、図５（ａ）に示すように、操作面４ａの周囲部４ｂの４隅に配置される。また図２に示すように、押圧センサ５～８を支える支持部１０を備え、この支持部１０と操作パネル４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を押圧したときに操作パネル４が下方に移動し、押圧センサ５～８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。
　なおタッチパネル１における押圧センサ５～８の支持構造は図１に示すものに限定されない。また、タッチパネル１における押圧センサ５～８の位置は図５（ａ）に示すものに限定されず、例えば、図１４に示すように、操作面４ａの中心Ｏを通って直交するＸ方向及びＹ方向の夫々にて対向する周囲部４ｂの位置に各押圧センサ５～８を配置することもできる（十字配置）。この場合、押圧センサ５～８は周囲部４ｂの各辺の任意の位置に配置することが可能だが、好ましくは周囲部４ｂの各辺の中心に近い位置に配置した方が良く、より精度の高い押圧点の位置検出を行うためには、周囲部４ｂの各辺の中心に押圧センサ５～８を配置した方が良い。
　図３に示すように本実施形態の入力装置１は、操作パネル４、押圧センサ５～８、各押圧センサ５～８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。前記制御部２では、入力装置１の使用時、操作面４ａ上を押圧操作したときの押圧点ｐ００を算出することが出来る。
　前記制御部２では押圧点ｐ００の位置座標（Ｘ，Ｙ）を２次以上の重回帰式による多項式近似により算出する。
　２次の重回帰式を以下に示す。
（数式１)
　X=a1+a2・S1+a3・S2+a4・S3+a5・S4+a6・S12+a7・S1・S2+a8・S1・S3+a9・S1・S4+a10・S22+a11・S2・S3+a12・S2・S4+a13・S32+a14・S3・S4+a15・S42
　Y=b1+b2・S1+b3・S2+b4・S3+b5・S4+b6・S12+b7・S1・S2+b8・S1・S3+b9・S1・S4+b10・S22+b11・S2・S3+b12・S2・S4+b13・S32+b14・S3・S4+b15・S42
　数式１におけるＸ，Ｙは、数式１により算出された押圧点を示す（図１参照）。ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５は、補正係数である。Ｓ１～Ｓ４は、規格化出力である。
　「規格化出力」について説明する。
　操作面４ａ上を押圧すると、各押圧センサ５～８からセンサ出力を得ることができる。ここで押圧センサ５のセンサ出力をｓ１，押圧センサ６のセンサ出力をｓ２，押圧センサ７のセンサ出力をｓ３，押圧センサ８のセンサ出力をｓ４とする。各押圧センサ５～８の各センサ出力を足して全出力（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）を得る。そして各センサ出力ｓ１～ｓ４を全出力で割ったのが「規格化出力」である。
　数式１における規格化出力Ｓ１は、ｓ１／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）であり、規格化出力Ｓ２は、ｓ２／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）であり、規格化出力Ｓ３は、ｓ３／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）であり、規格化出力Ｓ４は、ｓ４／（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４）である。
　まず初期設定として補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５の算出が行われる。補正係数の算出は、予め出荷前に行われ、また本実施形態では、ユーザー自らが補正係数の変更を行うことも可能である。本実施形態における入力装置１はキャリブレーションモードを備えており、経時変化により各押圧センサ５～８の各感度が変化等して、押圧点の検出精度が低下したとき、各補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５の再設定を簡単に行うことができる。
　以下、図５のフローチャートにより、上記したキャリブレーションモードにて補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５の算出ステップを説明する。
　まず、図５に示すように、図３に示す制御部２では通常モードか否かを判断する（ステップＳＴ１）。通常モードとは、算出された補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５を備える上記した２次の回帰式を用いてユーザーが押圧した押圧点ｐ００（図１参照）を算出するモードであり、実際の使用状態を指す。この通常モードでは押圧点ｐ００の位置座標を検出し、その検出結果に基づいて操作面４ａに表示される画面の更新・変更等が行われる。
　通常モードでないときはキャリブレーションモードに移行する。
　まずキャリブレーションモードでは、図１に示すように、操作面４ａ上を例えば格子状に仕切り、透明な操作面４ａ上に各横線（Ｘ１－Ｘ２方向に平行な仮想線）と、各縦線（Ｙ１－Ｙ２方向に平行な仮想線）との交点をキャリブレーション押圧点ｐ０１～ｐ３５として表示する（ステップＳＴ２）。キャリブレーション押圧点ｐ０１～ｐ３５のＸ座標及びＹ座標は予め決まっている。例えば図３に示す静電容量式等のタッチパネル２１を備える構成であれば、タッチパネル２１による平面座標を利用してキャリブレーション押圧点ｐ０１～ｐ３５を操作面４ａ上に表示させることも可能である。
　各キャリブレーション押圧点ｐ０１～ｐ３５を順番にユーザーが押圧する（ステップＳＴ３）。制御部２では、各押圧点ｐ０１～ｐ３５を押圧したときの各押圧センサ５～８の各センサ出力ｓ１～ｓ４から上記した各規格化出力Ｓ１～Ｓ４を求める（ステップＳＴ４）。
　そして各キャリブレーション押圧点のＸ，Ｙ座標と各規格化出力とが関連付けられた出力テーブルを作成する（ステップＳＴ５）。
　一例を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１に示す各センサ出力は、各押圧点ｐ０１～ｐ３５をある一定の荷重（例えば１Ｎ）で押圧して測定したものである。ただし、以下に示すように補正係数を求めるのに必要なデータは、押圧点の位置座標と各規格化出力であり、荷重の値は考慮されない。例えば本実施形態では全出力ベースで判断され、全出力がある範囲内に入ったら正常な測定と判断し、荷重測定を必要としない。
　また表１には、各キャリブレーション押圧点のＸ，Ｙ座標、及び各規格化出力のみならず各センサ出力も掲載した。表１の出力テーブルを制御部２の記憶部に保存する。
　全キャリブレーション押圧点ｐ０１～ｐ３５での測定が完了したか否か確認後（ステップＳＴ６）、表１に示す出力テーブルに基づいて数式１の各補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５を算出する（ステップＳＴ７）。
　なお補正係数の算出方法は以下の数式２を参照されたい。
（数式２)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　
　以上により算出された各補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５が補正値テーブルに保存される。
　通常モードについて説明する。
　図５に示すステップＳＴ１での通常モードによりユーザーが操作面４ａ上を押圧すと（例えば図１の押圧点ｐ００）、図１に示す各押圧センサ５～８から各センサ出力ｓ１～ｓ４を得ることができる（ステップＳＴ８）。そして制御部８では、各センサ出力から上記した各規格化出力Ｓ１～Ｓ４を算出する。
　図５に示すように補正値テーブルに保存された数式１の補正係数ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５を参照し（ステップＳＴ９）、数式１に示す２次の重回帰式による多項式近似により押圧点ｐ００の位置座標を算出する（ステップＳＴ１０）。
　そしてステップＳＴ１０により算出された押圧点の座標データに基づいて液晶ディスプレイ３の画像表示処理を行う（図５のステップＳＴ１１）。
　図６は、数式１に示す２次の重回帰式による多項式近似により押圧点を算出したときのシミュレーション結果である。
　図６に示すように実際の押圧点と算出された押圧点とは操作面の中央付近でほぼ一致することがわかった。ただし操作面の周囲部近辺での実際の押圧点と算出された押圧点とにややずれが生じることがわかった。
　本実施形態において３次以上の重回帰式を用いることで、より効果的に実際の押圧点と算出された押圧点とのずれ量を小さくできる。ただし次数が増えればそれだけ重回帰式の項数が増え、すなわち補正係数が増える。このとき補正係数を求めるには、表１の出力テーブルで示したキャリブレーション押圧点の数が補正係数の数（項数）よりも多いことが必要になる。ちなみに上記の各規格化出力を変数とした３次の重回帰式とすると項数は３５となり、上記の各規格化出力を変数とした４次の重回帰式とすると項数は７０となり、上記の各規格化出力を変数とした５次の重回帰式とすると項数は１２６となる。したがって、３次以上の重回帰式を用いる場合には図１に示すキャリブレーション押圧点ｐ０１～ｐ３５をさらに増やすことが必要になる。
　このように項数が増えれば、補正係数を再設定するためのキャリブレーションを行う際にキャリブレーション押圧点が多すぎてユーザーの負担になり、また制御部２への算出負担が増大する。
　また図１３（ａ）は、各センサ出力を足した全出力と、各センサ出力との関係を示すグラフであり、図１３（ｂ）は、各センサ出力を足した全出力と、差分（規格化出力Ｓ２－Ｓ３，Ｓ１－Ｓ４）との関係を示すグラフである。
　図１３は図１のある押圧点を押圧し、徐々に荷重を増やしていった場合の全出力、各センサ出力、及び差分（規格化出力Ｓ２－Ｓ３，Ｓ１－Ｓ４）を求めたものである。
　図１３（ａ）に示すように、各センサ出力ｓ１～ｓ４のリニアリティが低下すると、各押圧センサ５～８の各規格化出力が変動する。すなわち例えば図１の押圧点ｐ０１を押圧したときに押圧力（荷重）によって各押圧センサ５～８の各規格化出力が変動するため、重回帰式による多項式近似により算出された押圧点が前記押圧力（荷重）によって変動しやすくなる。検出精度を安定させるためには図１３（ｂ）に示すように、３次以上の重回帰式を用いた際に、対角線上に位置する押圧センサ５の規格化出力Ｓ１と押圧センサ８の規格化出力Ｓ４との差分（Ｓ１－Ｓ４）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２と押圧センサ７の規格化出力Ｓ３との差分（Ｓ２－Ｓ３）を変数として使用することが好適である。これによりリニアリティの低下等に伴う算出誤差を小さくできる。ここで３次以上の重回帰式に限定したのは、上記した差分を用いて２次の重回帰式による多項式近似を行うと、各規格化出力を使用した場合（図６）と比べて、算出された押圧点が実際の押圧点から大きく外れてしまい、押圧点の検出精度が大幅に低下するためである。なお２次の重回帰式に差分を用いると検出精度が低下する点は、後で図１１を用いて説明する。
　そして上記したように、各規格化出力の差分（Ｓ１－Ｓ４，Ｓ２－Ｓ３）を使用することで、３次以上の重回帰式の項数を減らすことが出来る。
　以下の数式３が、対向配置された各押圧センサ５～８の各規格化出力の差分（Ｓ１－Ｓ４，Ｓ２－Ｓ３）を使用した３次の重回帰式である。
（数式３)
　X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3
　Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3
　ａ１～ａ１０，ｂ１～ｂ１０は、補正係数である。Ｓ１～Ｓ４は、規格化出力である。
　数式３に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は１０となる。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
　図７は、数式３に示す３次の重回帰式による多項式近似により押圧点を算出したときのシミュレーション結果である。
　図７に示すように実際の押圧点と算出された押圧点とのずれを図６に示す２次の重回帰式を用いた場合より小さくできるとわかった。なおＹ１－Ｙ２方向の外側よりも内側に向うにしたがって実際の押圧点と算出された押圧点とのずれが徐々に小さくなることがわかった。
　続いて以下の数式４は、対向配置された各押圧センサ５～８の各規格化出力の差分（Ｓ１－Ｓ４，Ｓ２－Ｓ３）を使用した４次の重回帰式である。
（数式４)
　X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3+a11・(S1-S4)4+a12・(S2-S3)3(S1-S4)+a13・(S1-S4)2(S2-S3)2+a14・(S1-S4)(S2-S3)3+a15・(S2-S3)4
　Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3+b11・(S1-S4)4+b12・(S1-S4)3(S2-S3)+b13・(S1-S4)2(S2-S3)2+b14・(S1-S4)(S2-S3)3+b15・(S2-S3)4
　ａ１～ａ１５，ｂ１～ｂ１５は、補正係数である。Ｓ１～Ｓ４は、規格化出力である。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
　数式４に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は１５となる。
　図８は、数式４に示す４次の重回帰式による多項式近似により押圧点を算出したときのシミュレーション結果である。
　図８に示すように４次の重回帰式を用いた場合、図７の３次の重回帰式を用いた場合と
ほぼ同じ結果が得られた。
　続いて以下の数式５は、対向配置された各押圧センサ５～８の各規格化出力の差分（Ｓ１－Ｓ４，Ｓ２－Ｓ３）を使用した５次の重回帰式である。
（数式５)
　X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2+a7・(S1-S4)3+a8・(S1-S4)2(S2-S3)+a9・(S1-S4)(S2-S3)2+a10・(S2-S3)3+a11・(S1-S4)4+a12・(S2-S3)3(S1-S4)+a13・(S1-S4)2(S2-S3)2+a14・(S1-S4)(S2-S3)3+a15・(S2-S3)4+a16・(S1-S4)5+a17・(S2-S3)4(S1-S4)+a18・(S1-S4)3(S2-S3)2+a19・(S1-S4)2(S2-S3)3+a20・(S1-S4)(S2-S3)4+a21・(S2-S3)5
　Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S4)+b6・(S2-S3)2+b7・(S1-S4)3+b8・(S1-S4)2(S2-S3)+b9・(S1-S4)(S2-S3)2+b10・(S2-S3)3+b11・(S1-S4)4+b12・(S1-S4)3(S2-S3)+b13・(S1-S4)2(S2-S3)2+b14・(S1-S4)(S2-S3)3+b15・(S2-S3)4+b16・(S1-S4)5+b17・(S2-S3)4(S1-S4)+b18・(S1-S4)3(S2-S3)2+b19・(S1-S4)2(S2-S3)3+b20・(S1-S4)(S2-S3)4+b21・(S2-S3)5
　ａ１～ａ２１，ｂ１～ｂ２１は、補正係数である。Ｓ１～Ｓ４は、規格化出力である。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
　数式５に示すようにＸ座標及びＹ座標を求める重回帰式の各項数は２１となる。
　図９は、数式５に示す５次の重回帰式による多項式近似により押圧点を算出したときのシミュレーション結果である。
　図９に示すように５次の重回帰式を用いると、算出された押圧点を実際の押圧点にほぼ一致させることができ、図６ないし図８に示す２次～４次の重回帰式を用いた場合に比べて最も効果的に、押圧点の検出精度を向上させることができた。
　図１０は、１次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。図１０は比較例である。
　１次の回帰式は以下の数式６で示される。
（数式６)
　X=a+b・S1+c・S2+d・S3+e・S4
　Y=f +g・S1+h・S2+i・S3+j・S4
　ここでａ～ｊは、補正係数である。Ｓ１～Ｓ４は、規格化出力である。補正係数は、図５のステップを用いて数式２により求めることができる。
　図１０に示すように、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれ量を小さくできる領域が操作面の中央付近にあるが、ごく限られた範囲となっており、操作面の周囲部付近では、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれ量が非常に大きくなることがわかった。
　図１１は、各規格化出力の差分（Ｓ１－Ｓ４，Ｓ２－Ｓ３）を使用した２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合のシミュレーション結果を示す。図１１は比較例である。
　図１１に示す比較例１は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１－押圧センサ６の規格化出力Ｓ２の差分（Ｓ１－Ｓ２）、及び押圧センサ７の規格化出力Ｓ３－押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ３－Ｓ４）を用いて２次の重回帰式（以下の数式７）による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合である。
（数式７)
　X=a1+a2・(S1-S2)+a3・(S3-S4)+a4・(S1-S2)2+a5・(S1-S2)(S3-S4)+a6・(S3-S4)2
　Y=b1+b2・(S1-S2)+b3・(S3-S4)+b4・(S1-S2)2+b5・(S1-S2)(S3-S4)+b6・(S3-S4)2
　また図１１に示す比較例２は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１－押圧センサ７の規格化出力Ｓ３の差分（Ｓ１－Ｓ３）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２－押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ２－Ｓ４）を用いて２次の重回帰式（以下の数式８）による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合である。
（数式８）
　X=a1+a2・(S1-S3)+a3・(S2-S4)+a4・(S1-S3)2+a5・(S1-S3)(S2-S4)+a6・(S2-S4)2
　Y=b1+b2・(S1-S3)+b3・(S2-S4)+b4・(S1-S3)2+b5・(S1-S3)(S2-S4)+b6・(S2-S4)2
　また図１１に示す比較例３は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１－押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ１－Ｓ４）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２－押圧センサ７の規格化出力Ｓ３の差分（Ｓ２－Ｓ３）を用いて２次の重回帰式（以下の数式９）による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合である。
（数式９）
　X=a1+a2・(S1-S4)+a3・(S2-S3)+a4・(S1-S4)2+a5・(S1-S4)(S2-S3)+a6・(S2-S3)2
　Y=b1+b2・(S1-S4)+b3・(S2-S3)+b4・(S1-S4)2+b5・(S1-S4)(S2-S3)+b6・(S2-S3)2
　図１１に示すように比較例１～比較例３ではいずれの場合も算出された押圧点が実際の押圧点から大幅にずれてしまい、特に算出された押圧点が実際の押圧点のような略格子状に並ばなくなった。このように、比較例１～比較例３では、算出された押圧点と実際の押圧点との位置座標ずれが、図６のように規格化出力を用いて２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出した場合に比べて大きくなった。
　したがって、規格化出力の差分の使用は、３次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する場合に限定される。
　また図１２（ａ）は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１－押圧センサ６の規格化出力Ｓ２の差分（Ｓ１－Ｓ２）、及び押圧センサ７の規格化出力Ｓ３－押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ３－Ｓ４）を用いて３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したシミュレーション結果、図１２（ｂ）は、押圧センサ５の規格化出力Ｓ１－押圧センサ７の規格化出力Ｓ３の差分（Ｓ１－Ｓ３）、及び押圧センサ６の規格化出力Ｓ２－押圧センサ８の規格化出力Ｓ４の差分（Ｓ２－Ｓ４）を用いて３次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出したシミュレーション結果である。
　図１２に示すようにいずれも算出された押圧点が実際の押圧点から大幅にずれてしまい、特に算出された押圧点が実際の押圧点のような略格子状に並ばなくなった。このように、３次以上の重回帰式にて使用する変数は、対角線上にて対向配置された押圧センサの規格化出力の差分（Ｓ１－Ｓ４，Ｓ２－Ｓ３）を用いることが必要であるとわかった（図７～図９参照）。なお、図１４のように各押圧センサ５～８を配置した場合は、Ｙ１－Ｙ２方向で対向する押圧センサ５と押圧センサ８との差分（Ｓ１－Ｓ４）及びＸ１－Ｘ２方向で対向する押圧センサ６と押圧センサ７との差分（Ｓ２－Ｓ３）を使用する。
　本実施形態における入力装置１の特徴的部分は、操作面４ａ上を操作した際に各押圧センサ５～８から得られた各センサ出力ｓ１～ｓ４を、前記各センサ出力足した全出力で割って各規格化出力Ｓ１～Ｓ４を算出し、前記各規格化出力Ｓ１～Ｓ４を用いて２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する押圧点検出方法、及び前記押圧点検出が可能な制御部２を備えた点にある。
　このように本実施形態では、変数として規格化出力を用いている。規格化出力は各センサ出力を全出力で割った値である。これにより簡単に規格化出力を算出できる。そして規格化出力を変数とした重回帰式とすることで、押圧点の算出を、荷重パラメータを必要とすることなく行うことができる。よって荷重測定を必要とせず、また荷重に関わらず適切に押圧点の検出を行うことができる。そして図６ないし図９に示したように、本実施形態では、各規格化出力を用いた２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出することで、算出された押圧点と実際の押圧点とのずれを小さくでき、押圧点の検出精度を向上させることができる。
　また図６に示す２次の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出するよりも図７～図９に示す３次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出するほうが、押圧点の検出精度をより効果的に向上させることができて好適である。また対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出することがより好適である。これにより、より効果的に押圧点の検出精度を向上させることができる。また重回帰式の項数を減らすことができ制御部２に対する算出負担を軽減できる。
ｐ００　押圧点（使用時）
ｐ０１～ｐ３５　キャリブレーション押圧点
１　入力装置
２　制御部
４　操作パネル
４ａ　操作面
５～８　押圧センサ
２０　画像表示装置

Claims (7)

  1. 　操作パネルと、
    　前記操作パネルの操作面に対する裏面側に配置された複数の押圧センサと、
    　前記操作面上を操作した際に各押圧センサから得られた各センサ出力を、前記各センサ出力を足した全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各規格化出力を用いて２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する制御部と、
    　を有することを特徴とする入力装置。
  2. 　３次以上の項を備える重回帰式が用いられる請求項１記載の入力装置。
  3. 　前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の項を備える重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する請求項２記載の入力装置。
  4. 　前記押圧センサは、前記操作面の周囲部の四隅に配置され、あるいは、前記操作面の略中心を通って直交するＸ方向及びＹ方向を前記２方向として対向配置されている請求項３記載の入力装置。
  5. 　操作パネルの裏面側に複数の押圧センサが配置された操作面上を操作したときに、制御部にて、前記操作面上を操作した際に各押圧センサから得られた各センサ出力を、前記各センサ出力を足した全出力で割って各規格化出力を算出し、前記各規格化出力を用いて２次以上の重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出することを特徴とする入力装置の押圧点検出方法。
  6. 　３次以上の項を備える重回帰式を用いる請求項５記載の入力装置の押圧点検出方法。
  7. 　前記押圧センサは、前記操作面の周囲部に異なる２方向にて対向配置されており、前記対向配置された各押圧センサの各規格化出力の差分を算出し、各差分を用いて３次以上の項を備える重回帰式による多項式近似により押圧点の位置座標を算出する請求項６記載の入力装置の押圧点検出方法。
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