小型データ入力装置とメニュー選択方法
【課題】狭い指運動の範囲で、正確に多様の指示が入力できること。
【解決手段】指から加わる力を受け止める操作部材と、指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出する加圧位置検出手段と、指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、前記移動方向検出手段によって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するメニューフォーカス制御手段とを備える。
【解決手段】指から加わる力を受け止める操作部材と、指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出する加圧位置検出手段と、指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、前記移動方向検出手段によって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するメニューフォーカス制御手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報機器に文字や指令を入力する際のマルチモーダル・ユーザインターフェイス技術に係り、特に視覚・聴覚・触覚を総合的に利用してユーザ操作を補助する小型で比較的簡単な機構で実現することのできるデータ入力装置とメニュー選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、簡単な操作でコンピュータに情報を入力する技術が提案されている。一般に、一本指で多様な情報を入力するには、指先の下降位置と上昇位置を組み合わせて入力する情報を指定する方式が有効である。（特許文献１，２参照）。
【０００３】
しかしながら、装置を小型化するために指の運動範囲が狭くなると、狭い運動範囲内で接近した下降位置と上昇位置を正確に把握することは困難である。
【０００４】
特にタッチパッドやタッチディスプレイなどのフラットな表面上で指を動かす場合には、触覚的な手掛かりが全くなく、画面上に表示されるカーソルの移動を視覚的に確認しながら操作せざるを得ずに、視覚的な注意の負荷が大きくなり、操作能率が低下すると共に誤入力も増えてしまう。
【０００５】
この問題を解決するため、指先の下降位置と上昇位置とを組み合わせて入力する情報指定する際に、指先の位置に応じて異なる触覚刺激を加えることで、下降位置と上昇位置を触感の差異により明瞭に把握できるようにした方式が考案され、狭い運動範囲で触感を頼りに素早く指を動かしながら明瞭に指位置を把握して正しく入力を行えるようになったが、機構が複雑であった。（特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、カーソルキーの形状や大きさを方向ごとに変えて触覚により区別できるようにする方式や指先接触部にボール状突起を複数個配列して、指先がボール状突起配列の上を円滑に移動しながらボール状突起配列の凹凸の触覚情報を手がかりに情報を入力する方式も提案されている。（特許文献４〜６参照）。
【０００７】
しかしながら、これらの方式を、タッチディスプレイやタッチパネルに導入することは困難であった。
【特許文献１】特開平１１−２２４１６１号公報
【特許文献２】実開平５−５５２２２号公報
【特許文献３】特開２００２−２７８６９４号公報
【特許文献４】特開平３−９０９２２号公報
【特許文献５】特開平１１−３５３０９１号公報
【特許文献６】特開２００１−１６６８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、従来のタッチパッドやタッチディスプレイの使用法や構成を工夫して、狭い指運動の範囲で、正確に多様の指示を入力することのできる小型のデータ入力装置とメニュー選択方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係わるデータ入力装置は、指から加わる力を受け止める操作部材と、指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出する加圧位置検出手段と、指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、前記ポップアップメニュー内で選択対象項目すなわちフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、前記移動方向検出手段によって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するメニューフォーカス制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
従来のタッチパッドやタッチディスプレイでも、上記手段を備えてはいるが、本発明では、装置のコストを下げるために簡易なスイッチ機構によって前記の「加圧位置」と「移動方向」を検出する加圧位置検出手段と移動方向検出手段を与え、またこの簡易な構成の範囲で、多様な情報を入力するためのメニュー制御手段（メニューポップアップ手段、メニューフォーカス制御手段、メニュー項目ハイライト手段、及び、メニューデザイン）を与える。従来のタッチパネルやタッチディスプレイは変形しないソリッドな構造を持つため、操作中に触覚手掛かりが全くなかったが、本発明の簡易化された加圧位置検出手段と移動方向検出手段では、装置内に物理的に動く部分があるため、クリック感などの触覚手掛かりを与えることができる。なおコストを下げる必要がない場面でも、従来のタッチパッドやタッチディスプレイを使いながら、本発明で与えるメニュー制御手段を用いると、多様な情報を容易に入力できるようになる。
【００１１】
本発明では、階層化されたメニュー構造において、フォーカスをあてたメニュー項目を中心に指の移動方向によって定まる一のメニュー項目を選択し、指の加圧状態の変化や別に設けた確定用ボタンの操作によって、当該選択を有効にする。
【００１２】
ここで、「ハイライト表示」は、フォーカスされていることを識別可能であれば足りる趣旨である。
【００１３】
上記の加圧位置検出手段は、指位置を光の反射やタッチパネル等で検出することによって、操作部材に接近または接触する位置を検出する接触位置検出手段に置き換えることができる。
【００１４】
誤操作、誤動作を防止するために、好ましくは、指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、加圧または接触を終了してから加圧または接触を開始するまでの時間間隔が所定間隔以下である場合に、この加圧または接触の終了と開始を無効として、連続的に加圧または接触が行われていたと見なすチャタリング防止手段を備え、また、移動方向検出手段が指の移動方向を検出する際に、指の移動量が適切な量に到達したことを音や振動で通知する手段を備えるようにするとよい。
【００１５】
より好ましくは、指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、前記移動方向検出手段が、加圧または接触を開始してから加圧または接触を終了するまでの間に、移動方向の反転を所定回数以上計測したときに、加圧または接触開始からその時点までの入力をキャンセルし、加圧または接触開始以前の入力状態に復帰する手段を備える。
【００１６】
すなわち、上記の加圧位置検出または接触位置検出と移動方向検出の組合せでメニュー項目の選択を行うと共に選択されたメニュー項目を表示し、コンピュータは加圧を解除した時または別に設けた確定用ボタンを操作したときにその選択を実行するようにする。一方、加圧したままの状態で一定時間内に移動方向の変化が所定回数あった場合は選択をキャンセルする。これにより、ユーザは、誤選択を直感的な方法で簡単にキャンセルして再選択を行なうことができる。
【００１７】
本発明に係わるデータ入力装置は、加圧位置検出手段または接触位置検出手段によって検出される指位置に基づき、ディスプレイ内で指の下に隠れてしまう隠蔽部位を判定し、前記隠蔽部位を避けて前記ポップアップメニューを表示するメニューポップアップ位置制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明では、指操作時に指に隠れる部分あるいは当該部分以外のエリアを予め指定してメニュー項目の表示位置を設定しておいて、各表示位置にソフトウェアないし機能ごとに定まる具体的メニューを動的に割り付ける。
【００１９】
また、本発明に係わるデータ入力装置は、前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューを、3行3列に並べた９個の項目によって構成し、また前記移動方向検出手段によって、前後左右斜めの少なくとも８方向の指の移動方向を区別し、前記３行３列の項目のメニュー内で指の運動方向に対応した方向にある項目にフォーカスを移動することを特徴とする。
【００２０】
本発明では、加圧位置に応じてポップアップ表示したメニュー内で、中心位置から指の移動方向へメニューフォーカスを移動し、加圧状態または接触状態の変化や別に設けた確定用ボタンの操作によってフォーカスを当てたメニュー項目を選択確定し、必要に応じてこの選択したメニュー項目に応じた下位のメニューを逐次選択可能にする。
【００２１】
本発明の適用例として、ＱＷＥＲＴＹキーボードの英字アルファベット配列を左部、中部、右部の３つのエリアに分割し、これらの各エリアの英字アルファベットの配列を近似するように、英字アルファベットを３行３列の項目の配列として並べて、これを前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューとして用い、前記加圧位置が、左位置、右位置、中央位置のいずれにあるのかに応じて、前記左部、中部、右部の各エリアに対応した文字配列をポップアップ表示することができる。
【００２２】
好ましくは、前記加圧位置または接触位置検出手段として、指が前記操作部材を加圧する時の静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、加圧位置または接触位置を検出するようにすると良い。これにより、簡単な構成で加圧位置または接触位置の検出を行うことができる。
【００２３】
また、前記操作部材としては、次の１〜５のいずれかの手段を採ると良い。
１． 所定の方向に回転すると共に回転方向と直交する方向へ揺動する回転体を用いて、前記運動方向検出手段として、前記回転方向を検出する手段と前記揺動方向を検出する手段を組み合わせて使用する。
２． 前後方向に回転すると共に左右方向に平行移動する回転体を用いて、前記運動方向検出手段として、回転体の回転方向に基づき指の前後方向の運動を検出し、回転体の平行移動の方向に基づき、指の左右方向の運動を検出する手段を用いるようにする。
３． ディスプレイ前面に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いる。
４． ディスプレイ周辺に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いるようにしても良い。
５． ディスプレイ前面に前後左右に揺動可能に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板の揺動方向を検出する手段を用いる。
６． ディスプレイ周辺に揺動可能に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板の揺動方向を検出する手段を用いる。
【００２４】
本発明に係わるメニュー選択方法は、指から加わる力を受け止める操作部材を有するデータ入力装置を用いてコンピュータのディスプレイ上に表示されたメニューを選択する方法であって、指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出するステップと、指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出ステップと、指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するステップと、前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示すると共に前記移動方向検出ステップによって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明では、指操作による加圧状態と、移動方向との組合せによって、簡単な機構で階層的なメニューを効率よく選択可能にする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、狭い指運動の範囲で、正確に多様の指示を入力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態によるデータ入力装置１のブロック図である。ここで、データ入力装置１は、指操作情報を入力する入力部１０、入力した情報をもとにメニュー項目などディスプレイに表示するべき情報の処理を行う処理部３０、処理された情報を表示する表示部２０、および、データを記憶する記憶部４０で構成されている。
【００２８】
処理部３０は、入力部１０から取得する加圧状態および移動方向の信号のチャタリングを除去するチャタリング防止手段３５、加圧状態データおよび移動方向データをもとに、メニューのポップアップ表示を制御するメニューポップアップ手段３１、ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段３２、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するメニューフォーカス制御手段３３、メニューのポップアップ位置を可変にするメニューポップアップ位置制御手段３４を備えている。各手段３１から３５は、ＣＰＵの機能として実現可能である。勿論、チャタリング防止手段３５など、ハードウェアによって実現するようにしてもよい。
【００２９】
図２は、データ入力装置１の外観図である。ここで、入力部１０は、データ入力装置１の下側に配置され、その上の表示部２０の画面下部には、入力部１０の加圧箇所に対応してメインメニューが表示されている。
【００３０】
入力部１０は、指操作による圧力を受け止める操作部材１１、指で加圧することによって少なくとも左、中央、右の３箇所の加圧重心位置を検出する加圧位置検出手段１２を備え、さらにその下に前後、左右、斜めに移動可能なスライド手段１３を配置している。
【００３１】
図２に示す入力部１０の表面最上部には操作部材１１を備え、ユーザはこの操作部材を加圧および移動させて情報を入力する。
【００３２】
図２（ｂ）は、ユーザが入力部１０の操作部材１１の左端を押下して、Menu Lを選択し、:左方向へスライドさせるときの図である。左端を押下したときに、Menu LのサブメニューSubmenu L1〜L9が３行３列でポップアップ表示され、中央のL５が選択候補としてフォーカスされハイライト表示されている。この状態で、加圧状態を保ちつつ、操作部材１１を左方向へ移動させると、これに伴ってフォーカス位置がSubmenu L5からL4へ移動する。
【００３３】
図２（ｃ）、（ｄ）は、ＱＷＥＲＴＹキーボードの英字アルファベット配列を左、中央、右の３グループに分けたものである。入力部１０の操作部材１１の左端を加圧し、右方向に移動させると、アルファベット「Ｄ」がハイライト表示される。
【００３４】
図３は、入力部１０の加圧位置検出手段１２の構成の一例を示す正面図である。
【００３５】
加圧位置検出手段１２は、基台５１の左右に配置した一対の導体６２ａ、６２ｂ，各導体６２ａ、６２ｂの上方に微少間隙を存して設けた３層構造のフィルムスイッチ６３ａ、６３ｂ，このフィルムスイッチの上方から面タッチする上下可動な操作部材１１側の押圧部６４ａ、６４ｂとで形成される。なお、符号６５ａ、６５ｂは操作部材１１を常時上方へ付勢するコイルばねを示す。
【００３６】
本実施の形態では、図３（ｂ）のように左方側に押し込み力を作用させることで、操作部材１１は左方に傾くと同時に、左方に位置するフィルムスイッチ６３ａが押圧部６４ａで押し込まれ、基台５１の導体６２ａに電気接触して導通状態になる。これにより、操作部材１１が左方に傾斜したことが検出される。また、同図（ｃ）のように操作部材１１の中央部位に力を作用させると、操作部材１１が基台５１と略平行に下方移動する。これにより、左右のフィルムスイッチ６３ａ、６３ｂが同時に電気接触して、操作部材２１１が全体として下降変位したことが検出される。
【００３７】
図３（ｄ）は、右側を押圧したときの作用図である。同図（ｂ）と対称的に右側のフィルムスイッチ６３ｂが押し込まれ、右導体６２ｂが電気接触して導通する。
【００３８】
移動方向検出手段１３は、加圧位置検出手段１２の基台５１下側に設けられており、図３（ｂ）〜（ｄ）のいずれかの加圧状態のままスライド可能に構成されている。
【００３９】
図４（ａ）は、移動方向検出手段１３の平面図である。同図に示すように、横方向（Ｘ方向）移動量検出手段１３aと縦方向（Ｙ方向）移動量検出手段１３ｂを有している。なお、横方向、縦方向は便宜上定めたもので、直角な２次元座標における夫々の動きを計測することができれば良い。支持手段１３ｃは、その上に接触配置される加圧検出手段１２の基台５１を安定して支えるためのものである。移動量の検出機能は、下側のローラ支軸７２ｂにのみ設けられている。
【００４０】
縦方向移動量検出手段１３ｂは、ローラ支軸７２ｂと一体となって回転するローラ７１ｂを有し、ローラ支軸７２ｂは支持部材７８ｂ、７９ｂの穴に軸を中心に回転可能に取り付けられている。また、ローラ７１ｂは、バネ７６ｂ、７７ｂによって中央位置に向けて付勢されている。ローラ支軸７２ｂの一端には六角形の導体で形成されたカム部材７３ｂが取り付けられており、その角の頂点部分は、回転時に、先端部分が導体で形成された接触子７４ｂ、７５ｂと接触する。カム部材７３ｂ、ローラ支軸７２ｂ、支持部材７９ｂは、それぞれ導体で形成され、電気的に接続されている。図４（ｂ）は、同図（ａ）の正面図である。横方向移動量検出手段１３ａも上記と同様な機構７１ａ〜７９ａを有する。
【００４１】
ここで、図５を用いて、移動量の検出方法について説明する。
図５（ａ）は、横方向移動量検出手段１３ａおよび縦方向移動量検出手段１３ｂの構成を示す正面図、同図（ｂ）はその平面図、同図（ｃ）はそれを右側面から見た図である。
【００４２】
いま、縦方向移動量検出手段１３ｂを代表して説明すると、ローラ７１ｂの回転に伴って、ローラ支軸７２ｂを通して繋がるカム部材７３ｂも回転する。これにより六角形の頂点部分は、接触子７４ｂ、７５ｂと周期的に接触する。接触子７４ｂ、７５ｂは、カム部材７３ｂに対して位相が異なるように（たとえば６０度程度）取り付けられている。この状態で、図面の下から上方向に基台５１が移動すると、図５（ｃ）の右向きにカム部材７３ｂが回転すると、この回転に伴って、Ａ（支持部材７９ｂ）−Ｂ（接触子７４ｂ）間が周期的に導通して、パルスを発生する。また、Ａ（支持部材７９ｂ）−Ｃ（接触子７５ｂ）も位相差をもって周期的にパルスを発生する。同図（ｅ）、（f）は、それぞれＡ−Ｂ間、Ａ−Ｃ間の導通状況を示している。基台５１が上から下方向へ移動すると、逆にＡ−Ｃ間の位相がＡ−Ｂ間の位相に比べて早くなる。
このように両パルスの位相差を１８０度からずらすことによって、移動方向が分かり、パルス数をカウントすることによって、移動量を把握することができる。
【００４３】
横方向移動量検出手段１３ａについても同様に移動方向と移動量を把握することができる。
【００４４】
なお、加圧位置検出手段１２の基台５１が縦方向の移動時に同時に横方向（たとえば左方向）へも移動した場合は、図５（ｄ）に示すように、ローラ７１ｂがローラ支軸７２ｂに沿ってスライドする。このとき、バネ７６ｂは圧縮変形し、加圧が解除されたときに中央へ復帰するための付勢力となる。図４（ｃ）、（ｄ）に、このときの各ローラ７１ａ〜７１ｃの動きを示す。
【００４５】
以上、横方向移動量検出手段１３ａと縦方向移動量検出手段１３ｂの夫々の移動方向と移動量をもとに、任意の移動方向と移動量（すなわち２次元ベクトル量）を把握することができる。
【００４６】
この、加圧位置および加圧状態データ、および移動方向、移動量データを用いて次の処理によって、メニュー項目の効率的な選択を実行する。
【００４７】
次に上記の構成を有するデータ入力装置１の動作を図６のフローチャートと図２の画面表示例を用いて説明する。
【００４８】
図６は、データ入力装置１の処理部３０の処理手順を示すフローチャートである。ここで、処理部は、加圧位置検出手段１２から送られてきた信号をチャタリング防止手段３５によってチャタリングを除去した後のデータを用いて、まず加圧あり否かを判定する（Ｓ１０１）。そして、加圧ありの場合は（Ｓ１０１で「ＹＥＳ」）、加圧位置を取得し（Ｓ１０２）、図７に示すメニュー選択テーブル４１を参照してその加圧位置に対応するサブメニュー項目の一覧をポップアップ表示させる。そして、加圧位置に対応するサブメニュー項目をハイライト表示する（Ｓ１０４）。
【００４９】
たとえば、図２（ｂ）に示す入力部１０の左端（Menu Lの位置）が押された場合は、SubMenu L1〜L9のサブメニュー群が３行３列でポップアップ表示され、その中央位置であるSubMenu L5がハイライト表示される。次に加圧状態が解除されたか否かを判定して（Ｓ１０５）、解除されていない場合は（Ｓ１０５で「ＮＯ」）、移動方向検出手段１３からチャタリング防止手段３５を介して入力された移動方向データを入力して、移動方向が変化したか否かを判定する（Ｓ１０８）。移動方向が変化し、それが往復運動でない場合は（Ｓ１０９で「ＮＯ」）、ステップＳ１０４に戻って、メニュー選択テーブル４１を参照して選択されたその加圧位置、移動位置のサブメニュー項目をハイライト表示する。
図２（ｂ）の例で、操作部材１１の左端が押された状態で左方向にスライドした場合、すなわち右水平方向を０°としたとき１８０°の方向に移動したことになるので、SubMenu L4が選択されハイライト表示される。
【００５０】
この状態で加圧が解除されると（Ｓ１０５で「ＹＥＳ」）、ハイライト表示されたサブメニュー項目が選択・実行され（Ｓ１０６）、ポップアップ表示が終了する（Ｓ１０７）。
【００５１】
一方、ステップＳ１０９で、往復運動の場合など所定の移動パターンに該当したときは選択されたサブメニュー項目をキャンセルして（Ｓ１１０）、ポップアップを終了する（Ｓ１０７）。これにより、選択の取消を容易に行うことができる。
【００５２】
なお、図６は加圧解除によって選択されたサブメニューを実行するようにしたが、移動方向検出手段１３の下に実行ボタンを配置し、操作部材１１をさらに押し込むことによってこの実行ボタンをＯＮ状態にすることによって実行させるようにしても良い。
また、図６は常時実行されるルーチンとして示しているが、加圧状態がＯＦＦからＯＮになったときに起動されるイベント起動ルーチンとして実現しても良い。
【００５３】
以上、データ入力装置１０の基本的な構成と動作について説明した。
次に、変形例を述べる。
図２は、表示部２０の手前（ユーザに近い方向）に入力部１０を配置した構成としたが、タッチパネルによって両者を一体として実現することもできる。
【００５４】
図８は、タッチパネルによってディスプレイ上に表示されたメニューを選択するときの動作説明図である。各メニュー項目には、その表示位置とサブメニュー群が表示される位置とが関連付けられており、その位置にポップアップ表示される。ポップアップ表示位置は、メインメニュー項目の表示位置に対して奥側（ユーザから遠い方向）、メインメニュー項目の画面左右の表示位置に対して反対側、すなわち指操作によって指で隠蔽されない位置に表示されるようになっている。このとき、表示可能な領域を算出し、サブメニュー群の全体の表示縮尺を当該領域に納まるように調整する機能を設けると良い。
【００５５】
また、移動方向の検出方式については、上述した方式のほか、ダイヤル（操作部材１１）が前後に回転し、左右に揺動する方式（図９（ａ））、前後左右に揺動するスライドスイッチ方式（同図（ｂ））、ディスプレイ前面の透明板が前後左右に揺動する方式（同図（ｃ））、ディスプレイ周辺部が前後左右に揺動する方式（同図（ｄ））がある。
【００５６】
スライドスイッチの揺動の検出方式の一例を図１４に示す。
加圧位置検出手段１２の基台５１の下にリンク部材９５ａ、９５ｂを設け、基台９６上で各リンク部材９５ａ、９５ｂの内側近傍にスイッチ９７ａ、９７ｂを配置する。この状態で、たとえば、図１４（ｂ）に示すように、基台５１が右側へスライドすると、スイッチ９７が左側のリンク部材９５ａに押されてＯＮする。これにより右方向へのスライドしたことを検出することができる。同様に左方向へのスライドも検出することができる。
【００５７】
たとえば、操作部材の左側を加圧し、右方向へスライドさせると、左押圧部６４ａによって、左フィルムスイッチ６２ａがＯＮし、左リンク部材９５ａに押されて左スイッチ９７ａがＯＮするので、左側加圧と右方向へのスライドを検知することができる。また前後方向への回転はローラ９８の回転を検知することによって把握することができる。
【００５８】
操作部材１１に印加される圧力の重心位置については、図１０に示すように、操作部材下に複数の押圧部６４を設け、その相対的な圧力によって重心位置を求めることができる。また、図１１に示すように、支柱９１を介して、フィルムスイッチを配置し、押圧部によって、スイッチをＯＮして、圧力を検出する方式や、図１２に示すように、接点の電気的接触や静電容量の変化によって圧力位置を識別する方式がある。
【００５９】
指の重心位置については、上記のような加圧型のほか、図１３に示すように、タッチパッド等のように接近のまたは接触による静電容量等の電気量の変化や発光した光が指によって反射する光の受光量を測定することによって測定することができる。この接触または接近位置を測定し、接触してから離れるまでの指の移動方向、移動量を求めることによって、上記図６に示した手順でメニュー項目を選択するようにしてもよい。
【００６０】
また、図６の処理手順は、加圧解除によって、選択された項目を実行するようにしたが、図１５に示すように、加圧解除した後に（Ｓ２０５で「ＹＥＳ」）、選択されたサブメニュー項目を実行対象であることを識別可能に表示し（Ｓ２０７）、所定時間以内にキャンセル動作があれば選択を解除し、キャンセル動作が無ければ選択されたメニュー項目を実行するようにしても良い。このようにすれば、加圧位置解除時の不要な移動方向動作による間違ったメニュー選択を取り消すことができる。勿論、加圧解除前の所定時間以内の移動方向の入力は受け付けないようにしたり、あるいは選択後に装置１の裏面に配置した実行ボタンを人差し指で押下することによって選択を実行するようにしてもよい。
【００６１】
本実施の形態によれば、加圧位置の検出と、移動方向の検出によって多様な指示を簡単な操作で入力することができる。また、加圧位置の検出の後に移動方向の検出を行い、この処理の過程で往復運動の検出を行って往復運動検出時は選択キャンセルをするようにしたので、簡単な機構と処理手順で操作性に優れたメニュー選択方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態によるデータ入力装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態によるデータ入力装置のメニュー項目表示の動作を説明するための装置平面図である。
【図３】図１の加圧位置検出手段１２の正面図である。
【図４】図１の移動方向検出手段１３の動作を説明するための平面図（図４（ａ）、（ｃ））と正面図（図４（ｂ）、（ｄ））である。
【図５】図１の移動方向検出手段１３の移動量データを検出する方式の説明図である。
【図６】図１の処理部３０の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図１のメニュー選択テーブル４１のデータ構成図である。
【図８】本発明の他の実施例によるメニュー項目選択方法の説明図である。
【図９】本発明の他の実施例によるメニュー項目選択方法の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施例による加圧位置検出手段１２の作用説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例による加圧位置検出手段１２の作用を説明するための正面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例による加圧位置検出手段１２の作用を説明するための正面図である。
【図１３】本発明の接触位置検出手段１４の作用説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例による加圧位置検出手段と移動方向検出手段の動作を説明するための正面図である。
【図１５】本発明の他の実施例による処理部３０の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ データ入力装置
１０ 入力部
１１ 操作部材
１２ 加圧位置検出手段
１３ 移動方向検出手段
１３ａ 横方向移動量検出手段
１３ｂ 縦方向移動量検出手段
１３ｃ 支持手段
２０ 表示部
３０ 処理部
３１ メニューポップアップ手段
３２ メニュー項目ハイライト手段
３３ メニューフォーカス制御手段
３４ メニューポップアップ位置制御手段
３５ チャタリング防止手段
４０ 記憶部
４１ メニュー選択テーブル
５１、８０、９６ 基台
６２ａ、６２ｂ 導体
６３ａ、６３ｂ フィルムスイッチ
６４ａ、６４ｂ 押圧部
６５ａ、６５ｂ コイルばね
７１ａ〜７１ｃ、９８ ローラ
７２ａ〜７２ｃ ローラ支軸
７３ａ、７３ｂ カム部材
７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ 接触子
７６ａ〜７６ｃ、７７ａ〜７７ｃ バネ
７８ａ〜７８ｃ、７９ａ〜７９ｃ 支持部材
９５ａ、９５ｂ リンク部材
９７ａ、９７ｂ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報機器に文字や指令を入力する際のマルチモーダル・ユーザインターフェイス技術に係り、特に視覚・聴覚・触覚を総合的に利用してユーザ操作を補助する小型で比較的簡単な機構で実現することのできるデータ入力装置とメニュー選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、簡単な操作でコンピュータに情報を入力する技術が提案されている。一般に、一本指で多様な情報を入力するには、指先の下降位置と上昇位置を組み合わせて入力する情報を指定する方式が有効である。（特許文献１，２参照）。
【０００３】
しかしながら、装置を小型化するために指の運動範囲が狭くなると、狭い運動範囲内で接近した下降位置と上昇位置を正確に把握することは困難である。
【０００４】
特にタッチパッドやタッチディスプレイなどのフラットな表面上で指を動かす場合には、触覚的な手掛かりが全くなく、画面上に表示されるカーソルの移動を視覚的に確認しながら操作せざるを得ずに、視覚的な注意の負荷が大きくなり、操作能率が低下すると共に誤入力も増えてしまう。
【０００５】
この問題を解決するため、指先の下降位置と上昇位置とを組み合わせて入力する情報指定する際に、指先の位置に応じて異なる触覚刺激を加えることで、下降位置と上昇位置を触感の差異により明瞭に把握できるようにした方式が考案され、狭い運動範囲で触感を頼りに素早く指を動かしながら明瞭に指位置を把握して正しく入力を行えるようになったが、機構が複雑であった。（特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、カーソルキーの形状や大きさを方向ごとに変えて触覚により区別できるようにする方式や指先接触部にボール状突起を複数個配列して、指先がボール状突起配列の上を円滑に移動しながらボール状突起配列の凹凸の触覚情報を手がかりに情報を入力する方式も提案されている。（特許文献４〜６参照）。
【０００７】
しかしながら、これらの方式を、タッチディスプレイやタッチパネルに導入することは困難であった。
【特許文献１】特開平１１−２２４１６１号公報
【特許文献２】実開平５−５５２２２号公報
【特許文献３】特開２００２−２７８６９４号公報
【特許文献４】特開平３−９０９２２号公報
【特許文献５】特開平１１−３５３０９１号公報
【特許文献６】特開２００１−１６６８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、従来のタッチパッドやタッチディスプレイの使用法や構成を工夫して、狭い指運動の範囲で、正確に多様の指示を入力することのできる小型のデータ入力装置とメニュー選択方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係わるデータ入力装置は、指から加わる力を受け止める操作部材と、指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出する加圧位置検出手段と、指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、前記ポップアップメニュー内で選択対象項目すなわちフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、前記移動方向検出手段によって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するメニューフォーカス制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
従来のタッチパッドやタッチディスプレイでも、上記手段を備えてはいるが、本発明では、装置のコストを下げるために簡易なスイッチ機構によって前記の「加圧位置」と「移動方向」を検出する加圧位置検出手段と移動方向検出手段を与え、またこの簡易な構成の範囲で、多様な情報を入力するためのメニュー制御手段（メニューポップアップ手段、メニューフォーカス制御手段、メニュー項目ハイライト手段、及び、メニューデザイン）を与える。従来のタッチパネルやタッチディスプレイは変形しないソリッドな構造を持つため、操作中に触覚手掛かりが全くなかったが、本発明の簡易化された加圧位置検出手段と移動方向検出手段では、装置内に物理的に動く部分があるため、クリック感などの触覚手掛かりを与えることができる。なおコストを下げる必要がない場面でも、従来のタッチパッドやタッチディスプレイを使いながら、本発明で与えるメニュー制御手段を用いると、多様な情報を容易に入力できるようになる。
【００１１】
本発明では、階層化されたメニュー構造において、フォーカスをあてたメニュー項目を中心に指の移動方向によって定まる一のメニュー項目を選択し、指の加圧状態の変化や別に設けた確定用ボタンの操作によって、当該選択を有効にする。
【００１２】
ここで、「ハイライト表示」は、フォーカスされていることを識別可能であれば足りる趣旨である。
【００１３】
上記の加圧位置検出手段は、指位置を光の反射やタッチパネル等で検出することによって、操作部材に接近または接触する位置を検出する接触位置検出手段に置き換えることができる。
【００１４】
誤操作、誤動作を防止するために、好ましくは、指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、加圧または接触を終了してから加圧または接触を開始するまでの時間間隔が所定間隔以下である場合に、この加圧または接触の終了と開始を無効として、連続的に加圧または接触が行われていたと見なすチャタリング防止手段を備え、また、移動方向検出手段が指の移動方向を検出する際に、指の移動量が適切な量に到達したことを音や振動で通知する手段を備えるようにするとよい。
【００１５】
より好ましくは、指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、前記移動方向検出手段が、加圧または接触を開始してから加圧または接触を終了するまでの間に、移動方向の反転を所定回数以上計測したときに、加圧または接触開始からその時点までの入力をキャンセルし、加圧または接触開始以前の入力状態に復帰する手段を備える。
【００１６】
すなわち、上記の加圧位置検出または接触位置検出と移動方向検出の組合せでメニュー項目の選択を行うと共に選択されたメニュー項目を表示し、コンピュータは加圧を解除した時または別に設けた確定用ボタンを操作したときにその選択を実行するようにする。一方、加圧したままの状態で一定時間内に移動方向の変化が所定回数あった場合は選択をキャンセルする。これにより、ユーザは、誤選択を直感的な方法で簡単にキャンセルして再選択を行なうことができる。
【００１７】
本発明に係わるデータ入力装置は、加圧位置検出手段または接触位置検出手段によって検出される指位置に基づき、ディスプレイ内で指の下に隠れてしまう隠蔽部位を判定し、前記隠蔽部位を避けて前記ポップアップメニューを表示するメニューポップアップ位置制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明では、指操作時に指に隠れる部分あるいは当該部分以外のエリアを予め指定してメニュー項目の表示位置を設定しておいて、各表示位置にソフトウェアないし機能ごとに定まる具体的メニューを動的に割り付ける。
【００１９】
また、本発明に係わるデータ入力装置は、前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューを、3行3列に並べた９個の項目によって構成し、また前記移動方向検出手段によって、前後左右斜めの少なくとも８方向の指の移動方向を区別し、前記３行３列の項目のメニュー内で指の運動方向に対応した方向にある項目にフォーカスを移動することを特徴とする。
【００２０】
本発明では、加圧位置に応じてポップアップ表示したメニュー内で、中心位置から指の移動方向へメニューフォーカスを移動し、加圧状態または接触状態の変化や別に設けた確定用ボタンの操作によってフォーカスを当てたメニュー項目を選択確定し、必要に応じてこの選択したメニュー項目に応じた下位のメニューを逐次選択可能にする。
【００２１】
本発明の適用例として、ＱＷＥＲＴＹキーボードの英字アルファベット配列を左部、中部、右部の３つのエリアに分割し、これらの各エリアの英字アルファベットの配列を近似するように、英字アルファベットを３行３列の項目の配列として並べて、これを前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューとして用い、前記加圧位置が、左位置、右位置、中央位置のいずれにあるのかに応じて、前記左部、中部、右部の各エリアに対応した文字配列をポップアップ表示することができる。
【００２２】
好ましくは、前記加圧位置または接触位置検出手段として、指が前記操作部材を加圧する時の静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、加圧位置または接触位置を検出するようにすると良い。これにより、簡単な構成で加圧位置または接触位置の検出を行うことができる。
【００２３】
また、前記操作部材としては、次の１〜５のいずれかの手段を採ると良い。
１． 所定の方向に回転すると共に回転方向と直交する方向へ揺動する回転体を用いて、前記運動方向検出手段として、前記回転方向を検出する手段と前記揺動方向を検出する手段を組み合わせて使用する。
２． 前後方向に回転すると共に左右方向に平行移動する回転体を用いて、前記運動方向検出手段として、回転体の回転方向に基づき指の前後方向の運動を検出し、回転体の平行移動の方向に基づき、指の左右方向の運動を検出する手段を用いるようにする。
３． ディスプレイ前面に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いる。
４． ディスプレイ周辺に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いるようにしても良い。
５． ディスプレイ前面に前後左右に揺動可能に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板の揺動方向を検出する手段を用いる。
６． ディスプレイ周辺に揺動可能に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板の揺動方向を検出する手段を用いる。
【００２４】
本発明に係わるメニュー選択方法は、指から加わる力を受け止める操作部材を有するデータ入力装置を用いてコンピュータのディスプレイ上に表示されたメニューを選択する方法であって、指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出するステップと、指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出ステップと、指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するステップと、前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示すると共に前記移動方向検出ステップによって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明では、指操作による加圧状態と、移動方向との組合せによって、簡単な機構で階層的なメニューを効率よく選択可能にする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、狭い指運動の範囲で、正確に多様の指示を入力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態によるデータ入力装置１のブロック図である。ここで、データ入力装置１は、指操作情報を入力する入力部１０、入力した情報をもとにメニュー項目などディスプレイに表示するべき情報の処理を行う処理部３０、処理された情報を表示する表示部２０、および、データを記憶する記憶部４０で構成されている。
【００２８】
処理部３０は、入力部１０から取得する加圧状態および移動方向の信号のチャタリングを除去するチャタリング防止手段３５、加圧状態データおよび移動方向データをもとに、メニューのポップアップ表示を制御するメニューポップアップ手段３１、ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段３２、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するメニューフォーカス制御手段３３、メニューのポップアップ位置を可変にするメニューポップアップ位置制御手段３４を備えている。各手段３１から３５は、ＣＰＵの機能として実現可能である。勿論、チャタリング防止手段３５など、ハードウェアによって実現するようにしてもよい。
【００２９】
図２は、データ入力装置１の外観図である。ここで、入力部１０は、データ入力装置１の下側に配置され、その上の表示部２０の画面下部には、入力部１０の加圧箇所に対応してメインメニューが表示されている。
【００３０】
入力部１０は、指操作による圧力を受け止める操作部材１１、指で加圧することによって少なくとも左、中央、右の３箇所の加圧重心位置を検出する加圧位置検出手段１２を備え、さらにその下に前後、左右、斜めに移動可能なスライド手段１３を配置している。
【００３１】
図２に示す入力部１０の表面最上部には操作部材１１を備え、ユーザはこの操作部材を加圧および移動させて情報を入力する。
【００３２】
図２（ｂ）は、ユーザが入力部１０の操作部材１１の左端を押下して、Menu Lを選択し、:左方向へスライドさせるときの図である。左端を押下したときに、Menu LのサブメニューSubmenu L1〜L9が３行３列でポップアップ表示され、中央のL５が選択候補としてフォーカスされハイライト表示されている。この状態で、加圧状態を保ちつつ、操作部材１１を左方向へ移動させると、これに伴ってフォーカス位置がSubmenu L5からL4へ移動する。
【００３３】
図２（ｃ）、（ｄ）は、ＱＷＥＲＴＹキーボードの英字アルファベット配列を左、中央、右の３グループに分けたものである。入力部１０の操作部材１１の左端を加圧し、右方向に移動させると、アルファベット「Ｄ」がハイライト表示される。
【００３４】
図３は、入力部１０の加圧位置検出手段１２の構成の一例を示す正面図である。
【００３５】
加圧位置検出手段１２は、基台５１の左右に配置した一対の導体６２ａ、６２ｂ，各導体６２ａ、６２ｂの上方に微少間隙を存して設けた３層構造のフィルムスイッチ６３ａ、６３ｂ，このフィルムスイッチの上方から面タッチする上下可動な操作部材１１側の押圧部６４ａ、６４ｂとで形成される。なお、符号６５ａ、６５ｂは操作部材１１を常時上方へ付勢するコイルばねを示す。
【００３６】
本実施の形態では、図３（ｂ）のように左方側に押し込み力を作用させることで、操作部材１１は左方に傾くと同時に、左方に位置するフィルムスイッチ６３ａが押圧部６４ａで押し込まれ、基台５１の導体６２ａに電気接触して導通状態になる。これにより、操作部材１１が左方に傾斜したことが検出される。また、同図（ｃ）のように操作部材１１の中央部位に力を作用させると、操作部材１１が基台５１と略平行に下方移動する。これにより、左右のフィルムスイッチ６３ａ、６３ｂが同時に電気接触して、操作部材２１１が全体として下降変位したことが検出される。
【００３７】
図３（ｄ）は、右側を押圧したときの作用図である。同図（ｂ）と対称的に右側のフィルムスイッチ６３ｂが押し込まれ、右導体６２ｂが電気接触して導通する。
【００３８】
移動方向検出手段１３は、加圧位置検出手段１２の基台５１下側に設けられており、図３（ｂ）〜（ｄ）のいずれかの加圧状態のままスライド可能に構成されている。
【００３９】
図４（ａ）は、移動方向検出手段１３の平面図である。同図に示すように、横方向（Ｘ方向）移動量検出手段１３aと縦方向（Ｙ方向）移動量検出手段１３ｂを有している。なお、横方向、縦方向は便宜上定めたもので、直角な２次元座標における夫々の動きを計測することができれば良い。支持手段１３ｃは、その上に接触配置される加圧検出手段１２の基台５１を安定して支えるためのものである。移動量の検出機能は、下側のローラ支軸７２ｂにのみ設けられている。
【００４０】
縦方向移動量検出手段１３ｂは、ローラ支軸７２ｂと一体となって回転するローラ７１ｂを有し、ローラ支軸７２ｂは支持部材７８ｂ、７９ｂの穴に軸を中心に回転可能に取り付けられている。また、ローラ７１ｂは、バネ７６ｂ、７７ｂによって中央位置に向けて付勢されている。ローラ支軸７２ｂの一端には六角形の導体で形成されたカム部材７３ｂが取り付けられており、その角の頂点部分は、回転時に、先端部分が導体で形成された接触子７４ｂ、７５ｂと接触する。カム部材７３ｂ、ローラ支軸７２ｂ、支持部材７９ｂは、それぞれ導体で形成され、電気的に接続されている。図４（ｂ）は、同図（ａ）の正面図である。横方向移動量検出手段１３ａも上記と同様な機構７１ａ〜７９ａを有する。
【００４１】
ここで、図５を用いて、移動量の検出方法について説明する。
図５（ａ）は、横方向移動量検出手段１３ａおよび縦方向移動量検出手段１３ｂの構成を示す正面図、同図（ｂ）はその平面図、同図（ｃ）はそれを右側面から見た図である。
【００４２】
いま、縦方向移動量検出手段１３ｂを代表して説明すると、ローラ７１ｂの回転に伴って、ローラ支軸７２ｂを通して繋がるカム部材７３ｂも回転する。これにより六角形の頂点部分は、接触子７４ｂ、７５ｂと周期的に接触する。接触子７４ｂ、７５ｂは、カム部材７３ｂに対して位相が異なるように（たとえば６０度程度）取り付けられている。この状態で、図面の下から上方向に基台５１が移動すると、図５（ｃ）の右向きにカム部材７３ｂが回転すると、この回転に伴って、Ａ（支持部材７９ｂ）−Ｂ（接触子７４ｂ）間が周期的に導通して、パルスを発生する。また、Ａ（支持部材７９ｂ）−Ｃ（接触子７５ｂ）も位相差をもって周期的にパルスを発生する。同図（ｅ）、（f）は、それぞれＡ−Ｂ間、Ａ−Ｃ間の導通状況を示している。基台５１が上から下方向へ移動すると、逆にＡ−Ｃ間の位相がＡ−Ｂ間の位相に比べて早くなる。
このように両パルスの位相差を１８０度からずらすことによって、移動方向が分かり、パルス数をカウントすることによって、移動量を把握することができる。
【００４３】
横方向移動量検出手段１３ａについても同様に移動方向と移動量を把握することができる。
【００４４】
なお、加圧位置検出手段１２の基台５１が縦方向の移動時に同時に横方向（たとえば左方向）へも移動した場合は、図５（ｄ）に示すように、ローラ７１ｂがローラ支軸７２ｂに沿ってスライドする。このとき、バネ７６ｂは圧縮変形し、加圧が解除されたときに中央へ復帰するための付勢力となる。図４（ｃ）、（ｄ）に、このときの各ローラ７１ａ〜７１ｃの動きを示す。
【００４５】
以上、横方向移動量検出手段１３ａと縦方向移動量検出手段１３ｂの夫々の移動方向と移動量をもとに、任意の移動方向と移動量（すなわち２次元ベクトル量）を把握することができる。
【００４６】
この、加圧位置および加圧状態データ、および移動方向、移動量データを用いて次の処理によって、メニュー項目の効率的な選択を実行する。
【００４７】
次に上記の構成を有するデータ入力装置１の動作を図６のフローチャートと図２の画面表示例を用いて説明する。
【００４８】
図６は、データ入力装置１の処理部３０の処理手順を示すフローチャートである。ここで、処理部は、加圧位置検出手段１２から送られてきた信号をチャタリング防止手段３５によってチャタリングを除去した後のデータを用いて、まず加圧あり否かを判定する（Ｓ１０１）。そして、加圧ありの場合は（Ｓ１０１で「ＹＥＳ」）、加圧位置を取得し（Ｓ１０２）、図７に示すメニュー選択テーブル４１を参照してその加圧位置に対応するサブメニュー項目の一覧をポップアップ表示させる。そして、加圧位置に対応するサブメニュー項目をハイライト表示する（Ｓ１０４）。
【００４９】
たとえば、図２（ｂ）に示す入力部１０の左端（Menu Lの位置）が押された場合は、SubMenu L1〜L9のサブメニュー群が３行３列でポップアップ表示され、その中央位置であるSubMenu L5がハイライト表示される。次に加圧状態が解除されたか否かを判定して（Ｓ１０５）、解除されていない場合は（Ｓ１０５で「ＮＯ」）、移動方向検出手段１３からチャタリング防止手段３５を介して入力された移動方向データを入力して、移動方向が変化したか否かを判定する（Ｓ１０８）。移動方向が変化し、それが往復運動でない場合は（Ｓ１０９で「ＮＯ」）、ステップＳ１０４に戻って、メニュー選択テーブル４１を参照して選択されたその加圧位置、移動位置のサブメニュー項目をハイライト表示する。
図２（ｂ）の例で、操作部材１１の左端が押された状態で左方向にスライドした場合、すなわち右水平方向を０°としたとき１８０°の方向に移動したことになるので、SubMenu L4が選択されハイライト表示される。
【００５０】
この状態で加圧が解除されると（Ｓ１０５で「ＹＥＳ」）、ハイライト表示されたサブメニュー項目が選択・実行され（Ｓ１０６）、ポップアップ表示が終了する（Ｓ１０７）。
【００５１】
一方、ステップＳ１０９で、往復運動の場合など所定の移動パターンに該当したときは選択されたサブメニュー項目をキャンセルして（Ｓ１１０）、ポップアップを終了する（Ｓ１０７）。これにより、選択の取消を容易に行うことができる。
【００５２】
なお、図６は加圧解除によって選択されたサブメニューを実行するようにしたが、移動方向検出手段１３の下に実行ボタンを配置し、操作部材１１をさらに押し込むことによってこの実行ボタンをＯＮ状態にすることによって実行させるようにしても良い。
また、図６は常時実行されるルーチンとして示しているが、加圧状態がＯＦＦからＯＮになったときに起動されるイベント起動ルーチンとして実現しても良い。
【００５３】
以上、データ入力装置１０の基本的な構成と動作について説明した。
次に、変形例を述べる。
図２は、表示部２０の手前（ユーザに近い方向）に入力部１０を配置した構成としたが、タッチパネルによって両者を一体として実現することもできる。
【００５４】
図８は、タッチパネルによってディスプレイ上に表示されたメニューを選択するときの動作説明図である。各メニュー項目には、その表示位置とサブメニュー群が表示される位置とが関連付けられており、その位置にポップアップ表示される。ポップアップ表示位置は、メインメニュー項目の表示位置に対して奥側（ユーザから遠い方向）、メインメニュー項目の画面左右の表示位置に対して反対側、すなわち指操作によって指で隠蔽されない位置に表示されるようになっている。このとき、表示可能な領域を算出し、サブメニュー群の全体の表示縮尺を当該領域に納まるように調整する機能を設けると良い。
【００５５】
また、移動方向の検出方式については、上述した方式のほか、ダイヤル（操作部材１１）が前後に回転し、左右に揺動する方式（図９（ａ））、前後左右に揺動するスライドスイッチ方式（同図（ｂ））、ディスプレイ前面の透明板が前後左右に揺動する方式（同図（ｃ））、ディスプレイ周辺部が前後左右に揺動する方式（同図（ｄ））がある。
【００５６】
スライドスイッチの揺動の検出方式の一例を図１４に示す。
加圧位置検出手段１２の基台５１の下にリンク部材９５ａ、９５ｂを設け、基台９６上で各リンク部材９５ａ、９５ｂの内側近傍にスイッチ９７ａ、９７ｂを配置する。この状態で、たとえば、図１４（ｂ）に示すように、基台５１が右側へスライドすると、スイッチ９７が左側のリンク部材９５ａに押されてＯＮする。これにより右方向へのスライドしたことを検出することができる。同様に左方向へのスライドも検出することができる。
【００５７】
たとえば、操作部材の左側を加圧し、右方向へスライドさせると、左押圧部６４ａによって、左フィルムスイッチ６２ａがＯＮし、左リンク部材９５ａに押されて左スイッチ９７ａがＯＮするので、左側加圧と右方向へのスライドを検知することができる。また前後方向への回転はローラ９８の回転を検知することによって把握することができる。
【００５８】
操作部材１１に印加される圧力の重心位置については、図１０に示すように、操作部材下に複数の押圧部６４を設け、その相対的な圧力によって重心位置を求めることができる。また、図１１に示すように、支柱９１を介して、フィルムスイッチを配置し、押圧部によって、スイッチをＯＮして、圧力を検出する方式や、図１２に示すように、接点の電気的接触や静電容量の変化によって圧力位置を識別する方式がある。
【００５９】
指の重心位置については、上記のような加圧型のほか、図１３に示すように、タッチパッド等のように接近のまたは接触による静電容量等の電気量の変化や発光した光が指によって反射する光の受光量を測定することによって測定することができる。この接触または接近位置を測定し、接触してから離れるまでの指の移動方向、移動量を求めることによって、上記図６に示した手順でメニュー項目を選択するようにしてもよい。
【００６０】
また、図６の処理手順は、加圧解除によって、選択された項目を実行するようにしたが、図１５に示すように、加圧解除した後に（Ｓ２０５で「ＹＥＳ」）、選択されたサブメニュー項目を実行対象であることを識別可能に表示し（Ｓ２０７）、所定時間以内にキャンセル動作があれば選択を解除し、キャンセル動作が無ければ選択されたメニュー項目を実行するようにしても良い。このようにすれば、加圧位置解除時の不要な移動方向動作による間違ったメニュー選択を取り消すことができる。勿論、加圧解除前の所定時間以内の移動方向の入力は受け付けないようにしたり、あるいは選択後に装置１の裏面に配置した実行ボタンを人差し指で押下することによって選択を実行するようにしてもよい。
【００６１】
本実施の形態によれば、加圧位置の検出と、移動方向の検出によって多様な指示を簡単な操作で入力することができる。また、加圧位置の検出の後に移動方向の検出を行い、この処理の過程で往復運動の検出を行って往復運動検出時は選択キャンセルをするようにしたので、簡単な機構と処理手順で操作性に優れたメニュー選択方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態によるデータ入力装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態によるデータ入力装置のメニュー項目表示の動作を説明するための装置平面図である。
【図３】図１の加圧位置検出手段１２の正面図である。
【図４】図１の移動方向検出手段１３の動作を説明するための平面図（図４（ａ）、（ｃ））と正面図（図４（ｂ）、（ｄ））である。
【図５】図１の移動方向検出手段１３の移動量データを検出する方式の説明図である。
【図６】図１の処理部３０の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図１のメニュー選択テーブル４１のデータ構成図である。
【図８】本発明の他の実施例によるメニュー項目選択方法の説明図である。
【図９】本発明の他の実施例によるメニュー項目選択方法の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施例による加圧位置検出手段１２の作用説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例による加圧位置検出手段１２の作用を説明するための正面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例による加圧位置検出手段１２の作用を説明するための正面図である。
【図１３】本発明の接触位置検出手段１４の作用説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例による加圧位置検出手段と移動方向検出手段の動作を説明するための正面図である。
【図１５】本発明の他の実施例による処理部３０の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ データ入力装置
１０ 入力部
１１ 操作部材
１２ 加圧位置検出手段
１３ 移動方向検出手段
１３ａ 横方向移動量検出手段
１３ｂ 縦方向移動量検出手段
１３ｃ 支持手段
２０ 表示部
３０ 処理部
３１ メニューポップアップ手段
３２ メニュー項目ハイライト手段
３３ メニューフォーカス制御手段
３４ メニューポップアップ位置制御手段
３５ チャタリング防止手段
４０ 記憶部
４１ メニュー選択テーブル
５１、８０、９６ 基台
６２ａ、６２ｂ 導体
６３ａ、６３ｂ フィルムスイッチ
６４ａ、６４ｂ 押圧部
６５ａ、６５ｂ コイルばね
７１ａ〜７１ｃ、９８ ローラ
７２ａ〜７２ｃ ローラ支軸
７３ａ、７３ｂ カム部材
７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ 接触子
７６ａ〜７６ｃ、７７ａ〜７７ｃ バネ
７８ａ〜７８ｃ、７９ａ〜７９ｃ 支持部材
９５ａ、９５ｂ リンク部材
９７ａ、９７ｂ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指から加わる力を受け止める操作部材と、
指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出する加圧位置検出手段と、
指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、
指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、
前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、
前記移動方向検出手段によって検出される加圧中の指の移動方向に対応する方向に、メニュー内のフォーカスを移動するメニューフォーカス制御手段と、
を備えたことを特徴とするデータ入力装置。
【請求項２】
指が接触する操作部材と、
指が前記操作部材に接近または接触する位置を検出する接触位置検出手段と、
指が前記操作部材に接触しながら移動する時に、接触を開始してから接触を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、
指が前記操作部材に接触するときに接触開始位置に関連付けられたメニューを接触中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、接触を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、
前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、
前記移動方向検出手段によって検出される接触中の指の移動方向に対応する方向に、メニュー内のフォーカスを移動するメニューフォーカス制御手段と、
を備えたことを特徴とするデータ入力装置。
【請求項３】
指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、加圧または接触を終了してから加圧または接触を開始するまでの時間間隔が所定間隔以下である場合に、この加圧または接触の終了と開始を無効として、連続的に加圧または接触が行われていたと見なすチャタリング防止手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデータ入力装置。
【請求項４】
移動方向検出手段が指の移動方向を検出する際に、指の移動量が適切な量に到達したことを音や振動で通知する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項５】
指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、前記移動方向検出手段が、加圧または接触を開始してから加圧または接触を終了するまでの間に、移動方向の反転を所定回数以上計測したときに、加圧または接触開始からその時点までの入力をキャンセルし、加圧または接触開始以前の入力状態に復帰する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項６】
前記加圧または接触位置検出手段によって検出される指位置に基づき、ディスプレイ内で指の下に隠れてしまう隠蔽部位を判定し、前記隠蔽部位を避けて前記ポップアップメニューを表示するメニューポップアップ位置制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項７】
前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューを、3行3列に並べた９個の項目によって構成し、また前記移動方向検出手段によって、前後左右斜めの８方向の指の移動方向を識別し、前記３行３列の項目のメニュー内で、指の運動方向に対応した方向にある項目にフォーカスを移動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項８】
ＱＷＥＲＴＹキーボードの英字アルファベット配列を左部、中部、右部の３つのエリアに分割し、これらの各エリアの英字アルファベットの配列を近似するように、英字アルファベットを３行３列の項目の配列として並べて、これを前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューとし、前記加圧位置が、左位置、右位置、中央位置のいずれにあるのかに応じて、前記左部、中部、右部の各エリアに対応した文字配列をポップアップ表示することを特徴とする請求項７に記載のデータ入力装置。
【請求項９】
前記加圧または接触位置検出手段として、指が前記操作部材を加圧または接触する時の静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、加圧または接触位置を検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１０】
前記操作部材として、所定の方向に回転すると共に回転方向と直交する方向へ揺動する回転体を用いて、
前記運動方向検出手段として、前記回転方向を検出する手段と前記揺動方向を検出する手段を組み合わせて使用することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１１】
前記操作部材として、ディスプレイ前面に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１２】
前記操作部材として、ディスプレイ周辺に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１３】
前記操作部材として、ディスプレイ前面に前後左右に揺動可能に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板の揺動方向を検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１４】
前記操作部材として、ディスプレイ周辺に揺動可能に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板の揺動方向を検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１５】
指から加わる力を受け止める操作部材を有するデータ入力装置を用いてコンピュータのディスプレイ上に表示されたメニューを選択する方法であって、
指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出するステップと、
指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出ステップと、
指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するステップと、
前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示すると共に前記移動方向検出ステップによって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するステップと、
を備えたことを特徴とするメニュー選択方法。
【請求項１】
指から加わる力を受け止める操作部材と、
指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出する加圧位置検出手段と、
指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、
指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、
前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、
前記移動方向検出手段によって検出される加圧中の指の移動方向に対応する方向に、メニュー内のフォーカスを移動するメニューフォーカス制御手段と、
を備えたことを特徴とするデータ入力装置。
【請求項２】
指が接触する操作部材と、
指が前記操作部材に接近または接触する位置を検出する接触位置検出手段と、
指が前記操作部材に接触しながら移動する時に、接触を開始してから接触を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出手段と、
指が前記操作部材に接触するときに接触開始位置に関連付けられたメニューを接触中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、接触を終了するときにポップアップを終了するメニューポップアップ手段と、
前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示するメニュー項目ハイライト手段と、
前記移動方向検出手段によって検出される接触中の指の移動方向に対応する方向に、メニュー内のフォーカスを移動するメニューフォーカス制御手段と、
を備えたことを特徴とするデータ入力装置。
【請求項３】
指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、加圧または接触を終了してから加圧または接触を開始するまでの時間間隔が所定間隔以下である場合に、この加圧または接触の終了と開始を無効として、連続的に加圧または接触が行われていたと見なすチャタリング防止手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデータ入力装置。
【請求項４】
移動方向検出手段が指の移動方向を検出する際に、指の移動量が適切な量に到達したことを音や振動で通知する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項５】
指が前記操作部材に加圧または接触しながら移動する時に、前記移動方向検出手段が、加圧または接触を開始してから加圧または接触を終了するまでの間に、移動方向の反転を所定回数以上計測したときに、加圧または接触開始からその時点までの入力をキャンセルし、加圧または接触開始以前の入力状態に復帰する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項６】
前記加圧または接触位置検出手段によって検出される指位置に基づき、ディスプレイ内で指の下に隠れてしまう隠蔽部位を判定し、前記隠蔽部位を避けて前記ポップアップメニューを表示するメニューポップアップ位置制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項７】
前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューを、3行3列に並べた９個の項目によって構成し、また前記移動方向検出手段によって、前後左右斜めの８方向の指の移動方向を識別し、前記３行３列の項目のメニュー内で、指の運動方向に対応した方向にある項目にフォーカスを移動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項８】
ＱＷＥＲＴＹキーボードの英字アルファベット配列を左部、中部、右部の３つのエリアに分割し、これらの各エリアの英字アルファベットの配列を近似するように、英字アルファベットを３行３列の項目の配列として並べて、これを前記メニューポップアップ手段によってポップアップ表示するメニューとし、前記加圧位置が、左位置、右位置、中央位置のいずれにあるのかに応じて、前記左部、中部、右部の各エリアに対応した文字配列をポップアップ表示することを特徴とする請求項７に記載のデータ入力装置。
【請求項９】
前記加圧または接触位置検出手段として、指が前記操作部材を加圧または接触する時の静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、加圧または接触位置を検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１０】
前記操作部材として、所定の方向に回転すると共に回転方向と直交する方向へ揺動する回転体を用いて、
前記運動方向検出手段として、前記回転方向を検出する手段と前記揺動方向を検出する手段を組み合わせて使用することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１１】
前記操作部材として、ディスプレイ前面に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１２】
前記操作部材として、ディスプレイ周辺に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板上を滑る指の運動方向を、静電容量、あるいは抵抗、あるいは電極間の導通関係、あるいは圧電素子の電圧の変化に基づき、検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１３】
前記操作部材として、ディスプレイ前面に前後左右に揺動可能に設置した透明板を用い、前記運動方向検出手段として、前記透明板の揺動方向を検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１４】
前記操作部材として、ディスプレイ周辺に揺動可能に設置した板を用い、前記運動方向検出手段として、前記板の揺動方向を検出する手段を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のデータ入力装置。
【請求項１５】
指から加わる力を受け止める操作部材を有するデータ入力装置を用いてコンピュータのディスプレイ上に表示されたメニューを選択する方法であって、
指から前記操作部材に加わる力の重心位置を検出するステップと、
指が前記操作部材に加圧しながら移動する時に、加圧を開始してから加圧を終了するまでの間に指が移動した方向を検出する移動方向検出ステップと、
指が前記操作部材に加圧するときに加圧開始位置に関連付けられたメニューを加圧中にディスプレイに継続的にポップアップ表示し、加圧を終了するときにポップアップを終了するステップと、
前記ポップアップメニュー内でフォーカスの当たる項目をハイライト表示すると共に前記移動方向検出ステップによって検出される加圧中の指の移動方向に従って、メニュー内のフォーカスを対応する方向の項目に移動するステップと、
を備えたことを特徴とするメニュー選択方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２７２８４０（Ｐ２００７−２７２８４０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０１２３６（Ｐ２００６−１０１２３６）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人科学技術振興機構、独創的シーズ展開事業大学発ベンチャー創出推進「機器の簡単確実な操作を実現するハプティックユーザインターフェースの研究開発」にかかる委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人科学技術振興機構、独創的シーズ展開事業大学発ベンチャー創出推進「機器の簡単確実な操作を実現するハプティックユーザインターフェースの研究開発」にかかる委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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