荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法
【課題】入力位置座標の検出位置ずれを防ぐとともに、表面パネルの回転角度が変化した場合に入力位置座標を表示座標系の座標へ簡便に変換させることが可能な、荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法を提供することを目的とする。
【解決手段】画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、前記表面パネルへの入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有しており、前記複数の荷重センサの荷重データから前記センサ座標系における入力位置座標を算出する入力位置算出手段と、前記表面パネルの前記回転角度に基づいて前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換する座標変換手段とを有することを特徴とする。
【解決手段】画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、前記表面パネルへの入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有しており、前記複数の荷重センサの荷重データから前記センサ座標系における入力位置座標を算出する入力位置算出手段と、前記表面パネルの前記回転角度に基づいて前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換する座標変換手段とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法に関し、特に、入力位置座標の検出位置ずれを防ぐとともに、表面パネルの回転角度が変化した場合においても入力位置座標を表示座標系の座標へ簡便に変換させることが可能な、荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯用の電子機器などの表示部として、表示画像のメニュー項目やオブジェクト等を視認しながら直接、指などで操作して座標入力を行うための透光型入力装置が用いられている。このような入力装置として、特許文献１には荷重センサを用いた入力装置について開示されている。特許文献１に開示されている入力装置は、複数の荷重センサからの各出力値から、ＸＹ座標の押圧位置とＺ方向の荷重とを所定の計算式により検出することができる。したがって、複数の荷重センサを用いた入力装置では、表示画像に表示されたメニュー項目や画像データを選択すると同時に、実行する処理内容を入力荷重の大きさによって選択可能であるため、１度の入力操作で多様な操作を行うことが可能となる。
【０００３】
また、特許文献２及び特許文献３には、携帯電話等の携帯情報端末を回転させた場合や携帯情報端末の表示部を回転させた場合において、表示部の画像を適切な方向で表示させる方法ついて開示されている。特許文献３に開示されているように、表示座標系の座標原点はユーザーから見て表示部の左上の角部に設定されており、表示部が回転された場合には、表示部における座標原点が変更されて、常にユーザーから見て表示部の左上角部に位置するように設定される。これにより、表示部や携帯情報端末の回転角度に係わらず、ユーザーから見たときに適切な方向で画像を表示させることができる。
【０００４】
近年、携帯情報端末の回転角度が変化した場合にも適切に画像等を表示させることができるとともに、多様な入力操作を実現することが求められており、携帯情報端末等の電子機器の表示部として荷重センサを用いた入力装置の搭載が検討されている。
【０００５】
このような場合において、表示画像の表示方向を規定する表示座標系と、入力位置座標を規定するセンサ座標系との２つの座標系があり、表示座標系が回転した場合においても入力位置を適切に検出できるように表示座標系とセンサ座標系とを一致させる必要がある。図１０には従来の入力装置１０１の平面図を模式的に示しており、図１０（ａ）には初期状態における入力装置１０１を、図１０（ｂ）には９０°回転したときの入力装置１０１を示す。図１０（ａ）に示すように、初期状態における表示座標系１３０の表示座標原点１３０ａとセンサ座標系１３１のセンサ座標原点１３１ａは、いずれも表示領域１１１の左上角部に設定されている。したがって、表示座標系１３０で表示された画像やメニュー項目の表示位置座標とセンサ座標系１３１で検出された入力位置座標とを一致させることが可能である。
【０００６】
図１０（ｂ）に示すように、入力装置１０１が９０°回転した場合には、表示座標原点１３０ａはユーザー側からみて左上角部に位置するように座標変換されて表示方向が回転される。そして、センサ座標原点１３１ａについても同様にユーザー側からみて左上角部に変換される。したがって、入力装置１０１が回転した場合において、表示座標系１３０の表示位置座標とセンサ座標系１３１の入力位置座標とが一致するように、表示座標系１３０の回転とともにセンサ座標系１３１が回転されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２６９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２９４９０号公報
【特許文献３】特開２００８−１１８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
荷重センサを用いた入力装置１０１において、図１０に示すように複数の荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄが用いられており、それぞれの荷重データから所定の計算にしたがって荷重位置が算出される。荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄにおいては、製造工程上のばらつきなどによってそれぞれ出力特性や感度が異なるため、各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄにそれぞれ同じ荷重が加えられた場合であっても出力値にある程度のばらつきが生じてしまう。また、各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄが設置される支持基板（図示しない）や入力荷重を受ける表面パネル１１０の平坦性や設置ばらつきによっても、誤差が生じる場合がある。したがって、入力位置座標を算出する際には、これらのばらつきを補正する必要がある。そのため、各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄで検出された荷重データに、それぞれの荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄに対応したＸ位置係数、及びＹ位置係数を乗じて、正確に入力位置座標が算出される。
【０００９】
しかしながら、図１０（ｂ）に示すように、入力装置１０１の回転に伴ってセンサ座標系１３１を回転させた場合には、センサ座標系１３１と各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄとの相対位置が変化してしまう。すなわち、入力位置座標の算出に必要なＸ位置係数、及びＹ位置係数が変化することになり、実際に入力した位置と算出された入力位置座標とにずれが生じて、入力装置１０１としての機能が損なわれてしまう。また、このずれを計算処理によって補正する場合には、入力装置１０１の回転角度が変化する度に補正を行う必要があり、処理が複雑化し、そのための処理回路も大規模なものになってしまうという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、入力位置座標の検出位置ずれを防ぐとともに、表面パネルの回転角度が変化した場合においても入力位置座標を表示座標系の座標へ簡便に変換させることが可能な、荷重センサを用いた入力装置及びその座標変換方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の荷重センサを用いた入力装置は、画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、前記表面パネルに入力される入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有しており、前記複数の荷重センサの荷重データから前記センサ座標系における入力位置座標を算出する入力位置算出手段と、前記表面パネルの前記回転角度に基づいて前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換する座標変換手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、表面パネルの回転に伴って表示座標系が回転した場合であっても、入力操作による入力位置座標は、センサ座標系において正確に算出されることになる。そして、算出された入力位置座標は、表面パネルの回転角度に基づいて表示座標系の座標へと変換される。このようにして表示画像等の表示位置座標に対して、入力操作による入力位置座標を一致させて検出することが可能となる。
【００１３】
したがって、表示座標系の回転とともにセンサ座標系を回転させて入力位置座標を検出する場合と比較して、センサ座標系と各荷重センサとの相対位置は変化しないため、各荷重センサのばらつき等に起因する入力位置座標の検出位置ずれを防ぐことが可能である。また、表面パネルの回転角度が変化する度に、各荷重センサのばらつき等の補正処理を行う必要が無いことから、簡便に入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。
【００１４】
また、前記座標変換手段において、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することが好ましい。これによれば、座標変換パラメータを用いて、所定の数式によって入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。したがって、座標変換に必要な変数について、表面パネルの回転角度が変化するたびに算出する工程が省略できるため、座標変換手段における処理を簡略化して簡便に座標変換を行うことが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の荷重センサを用いた入力装置によれば、前記入力位置座標を算出する際に必要なＸ位置係数及びＹ位置係数を、初期設定時に、複数の荷重測定データを用いて最小２乗法により求めることが好適である。こうすれば、各荷重センサの特性ばらつきや設置ばらつき等の補正係数を初期設定時にあらかじめ求めておき、入力位置算出手段において適用することにより、入力位置検出精度を向上させることができる。
【００１６】
本発明の荷重センサを用いた入力装置において、前記荷重センサは、センサ基板と前記センサ基板に設けられた複数のピエゾ素子とを有して構成されており、入力操作による前記センサ基板の変位量を前記ピエゾ素子により検出することが好ましい。これによれば、荷重センサの小型化が可能であるため、入力装置の狭額縁化に有利である。
【００１７】
本発明の荷重センサを用いた入力装置において、前記表示領域は４辺を有する略矩形状に形成されており、前記複数の荷重センサは、前記表示領域の各辺の略中央に位置する前記表示領域の外周にそれぞれ配置されていることが好適である。このような配置にすれば、入力操作に対する各荷重センサのセンサ出力を向上させることが可能となる。
【００１８】
本発明の荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法は、
ａ）前記複数の荷重センサの荷重データから、前記センサ座標系における入力位置座標を算出するステップと、
ｂ）前記表面パネルの前記回転角度に基づいて、前記センサ座標系の前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換するステップと、を有することを特徴とする。
【００１９】
これによれば、表面パネルの回転に伴って表示座標系が回転した場合であっても、入力操作による入力位置座標はセンサ座標系において正確に算出されることになる。そして、算出された入力位置座標は、表面パネルの回転角度に基づいて表示座標系の座標へと変換される。このようにして表示画像等の表示座標に対して、入力操作による入力位置座標を一致させて検出することが可能となる。
【００２０】
したがって、表示座標系の回転とともにセンサ座標系を回転させて入力位置座標を検出する場合と比較して、センサ座標系と各荷重センサとの相対位置は変化しないため、各荷重センサのばらつき等に起因する入力位置座標の検出位置ずれを防ぐことが可能である。また、表面パネルの回転角度が変化する度に、各荷重センサのばらつき等の補正処理を行う必要が無いことから、簡便に入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。
【００２１】
本発明の荷重センサを用いた入力装置の座標変換方法によれば、前記ｂ）ステップにおいて、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することが好適である。これによれば、座標変換パラメータを用いて、所定の数式によって入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。したがって、座標変換に必要な変数について、表面パネルの回転角度が変化するたびに算出する工程を省略できるため、座標変換手段における処理を簡略化して簡便に座標変換を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法によれば、表示座標系の回転とともにセンサ座標系を回転させて入力位置座標を検出する場合と比較して、センサ座標系と各荷重センサとの相対位置は変化しないため、各荷重センサのばらつき等に起因する入力位置座標の検出位置ずれを防ぐことが可能である。また、表面パネルの回転角度が変化する度に、荷重センサのばらつき等の補正処理を行う必要が無いことから、簡便に入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態における荷重センサを用いた入力装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの断面図である。
【図３】本実施形態における荷重センサの断面図である。
【図４】荷重センサを構成するセンサ基板について、ベース基板側から見た時の平面図を示す。
【図５】本実施形態の入力装置を回転させた場合における、表示座標系及びセンサ座標系を説明するための平面図である。
【図６】本実施形態における入力装置の動作を示すフローチャート図である。
【図７】本実施形態における入力装置のブロック図である。
【図８】図６のステップＳＴ６において読み込まれる座標変換パラメータの一例を示す表である。
【図９】本実施形態における入力装置の初期測定フローチャート図である。
【図１０】従来例の荷重センサを用いた入力装置における課題を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態における荷重センサを用いた入力装置１について、図面に基づいて説明する。なお、各平面図及び各断面図は見やすくするため模式的に示したものであり、寸法の比率は適宜変更して示している。
【００２５】
図１は、入力装置１を入力面側から見たときの平面図であり、透過させて模式的に示したものである。図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの入力装置１の断面図を示す。
【００２６】
図１及び図２に示すように本実施形態の入力装置１は、荷重を検出することができる複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄと表面パネル１０とを有して構成される。図２に示すように、入力装置１は液晶パネルやＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）パネル等の表示装置１７の表示面側に配置されて、携帯電話等の携帯情報端末の表示部として用いられる。
【００２７】
表面パネル１０は、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の透明樹脂基板又はガラス基板から形成されており、入力操作を行う入力面を構成している。図１に示すように、表面パネル１０には矩形状の表示領域１１が設けられており、ユーザーは表示領域１１を通して表示装置１７からの表示画像や文字データ等を視認することができる。
【００２８】
図２に示すように、複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄ（図２では２０ａ、２０ｃのみ図示する）は支持基板１３上に設置されており、表面パネル１０に加えられる荷重位置を検出できるように表面パネル１０の裏面側（表示装置１７側）に配置される。これにより、入力操作時に表面パネル１０の入力面の任意の箇所が押圧されると、入力位置に応じて複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄに荷重が加えられて、それぞれ荷重データが出力されることになる。なお、支持基板１３には、表面パネル１０と同様に透光性の基板を用いることができ、必要に応じて表示領域１１と対向する箇所に窓状の穴を形成することも可能である。
【００２９】
図１に示すように、矩形状の表示領域１１の外周には着色された加飾領域１２が設けられている。本実施形態において複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、矩形状の表示領域１１の各辺の略中央部に位置する加飾領域１２に、それぞれ配置されている。このように配置することにより表面パネル１０に加えられる荷重を良好に検出することが可能となる。すなわち、表面パネル１０は入力操作における押圧を支えることができる程度の剛性を有して構成されているが、表面パネル１０の裏面に荷重センサ２０ａ〜２０ｂが設けられていない場所では撓みやすくなる。したがって、例えば荷重センサ２０ａ〜２０ｂを角部に設ける場合は、特に辺の中央部付近が撓みやすいため、表示領域１１の中央部付近を押圧しても荷重センサ２０ａ〜２０ｄに荷重がうまく伝達されない場合が生じて、センサ出力が低下する場合がある。これに対し、本実施形態の入力装置１のように、各辺の中央部付近に荷重センサ２０ａ〜２０ｄを形成することにより、表面パネル１０に加えられた荷重が各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに良好に伝達されて、センサ出力を向上させることが可能となる。なお、荷重センサの位置や個数はこれに限定される物では無い。
【００３０】
加飾領域１２には、着色された加飾層（図示しない）がスクリーン印刷法やインクジェット印刷法等の印刷法により形成されている。これにより、加飾領域１２が遮蔽されて、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄがユーザーに視認されることを防止できる。
【００３１】
図３には荷重センサ２０ａの断面図を、図４にはセンサ基板２２の裏面側から見たときの平面図を示す。なお、図３では荷重センサ２０ａの構成を示しているが、荷重センサ２０ｂ〜２０ｃにおいても同様の構成、機能を有する。
【００３２】
図３に示すように、荷重センサ２０ａはセンサ基板２２、ベース基板２１、及び受圧部２４を有して構成されている。
【００３３】
センサ基板２２とベース基板２１とは、センサ基板側支持部２７ａとベース基板側支持部２７ｂとが圧着されて接合されている。そして、センサ基板２２とベース基板２１との間に所定の空間部を有するように接合されている。センサ基板２２には厚み方向に変位可能な変位部２５が形成されており、変位部２５の上面には上方に突出する受圧部２４が形成されている。また、図４に示すように、センサ基板２２の裏面には、歪み検出素子として複数のピエゾ素子２３が形成されている。複数のピエゾ素子２３は、ブリッジ回路を構成するように配線部２６によって接続されている。
【００３４】
入力装置１の入力操作時において表面パネル１０の任意の箇所に荷重が加えられると、表面パネル１０の裏面に配置された各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのそれぞれの受圧部２４に荷重が加えられる。これにより、変位部２５がセンサ基板２２の厚み方向に変位して、この変位量に応じて各ピエゾ素子２３の電気抵抗値が変化する。この各ピエゾ素子２３の電気抵抗値の変化により、各ピエゾ素子２３で構成されるブリッジ回路の中点電位が変化して、センサ出力として取り出される。図３に示すようにセンサ基板側電気接続部２８ａはベース基板側電気接続部２８ｂと接続されており、センサ出力はベース基板側電気接続部２８ｂを介して外部の制御部１５（図示しない）へと出力される。そして、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのセンサ出力データに基づいて入力位置座標が算出される。
【００３５】
荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、半導体プロセスによって製造することが可能であり、センサ基板２２、ベース基板２１、及び受圧部２４はシリコン基板から構成されている。この製造プロセスのぱらつき等によって、荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力特性は、ばらつきを有することになる。また、表面パネル１０及び支持基板１３の反りや歪み、荷重センサ２０ａ〜２０ｄの設置方法等によっても、誤差を生じる場合がある。
【００３６】
したがって、入力位置座標を算出する場合に、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力特性のばらつきを補正する必要がある。そのため、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのデータに、それぞれのばらつきに対応したＸ位置係数、Ｙ位置係数を乗じて入力位置座標が算出される。
【００３７】
図５は、入力装置１の回転角度が変化した場合における、表示座標系３０及びセンサ座標系３１と入力装置１との関係を示す説明図である。表示座標系３０は、表面パネル１０の回転に応じて表示画像や文字データ等の表示方向を規定する座標系であり、センサ座標系３１は表面パネル１０への入力位置を規定する座標系である。図５（ａ）は初期状態であり、重力方向に対して入力装置１の方向がほぼ一致している状態を示す。図５（ｂ）は、入力装置１を反時計回りに約９０°回転させた状態であり、図５（ｃ）、図５（ｄ）はそれぞれ約１８０°、約２７０°回転させた場合を示す。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、初期状態においては表示座標系３０とセンサ座標系３１とは一致しており、表示座標原点３０ａとセンサ座標原点３１ａとはいずれも表示領域１１の例えば左上角部に設定されている。この場合、表示画像やメニュー選択項目の表示位置座標に対する入力操作時の入力位置座標の検出位置ずれは発生せず、問題なく入力操作を行うことが可能である。
【００３９】
ところが、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示すように表面パネル１０の回転角度を変化させた場合、ユーザーに対して一定の方向で表示画像や文字データ等を表示させるために、表示座標系３０は表面パネル１０に対して回転する。すなわち、入力装置１を約９０°（図５（ｂ））、約１８０°（図５（ｃ））、約２７０°（図５（ｄ））と回転させても、表示座標原点３０ａはユーザーから見たときに表示領域１１の左上に位置するように座標変換される。これにより、表面パネル１０の回転角度によらず、ユーザーに対して適切な方向に画像等が表示されることになる。
【００４０】
これに対し、センサ座標系３１の各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに対する相対位置は、表面パネル１０が回転した場合でも変化しない。例えば、図５（ｂ）に示すように表面パネル１０が９０°回転した場合には、センサ座標系３１についても同じく９０°回転する。したがって、表面パネル１０の回転によって、表示座標系３０とセンサ座標系３１とは一致しなくなるため、表示位置座標と入力位置座標との間にずれが発生してしまう。
【００４１】
例えば図１０に示した従来例の入力装置１０１と同様に、表示座標系３０の回転とともにセンサ座標系３１についても表面パネル１０に対して回転させると、センサ座標系３１と表示座標系３０とのずれは無くなる。しかし、上述のとおり入力位置座標の算出においては、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等を補正するためのＸ位置係数、Ｙ位置係数を乗じて算出される。したがって、センサ座標系３１が各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに対して回転すると、その度に新たに補正係数を設定する必要があり、処理時間が増大し、また、処理に必要な回路も増大してしまうという課題が生じてしまう。また、センサ座標系３１を回転させたときに補正係数を設定しない場合、入力位置座標の算出ずれが大きくなり、入力装置１としての機能を損なうおそれがある。
【００４２】
以下、本実施形態の入力装置１における入力座標変換方法について図面に基づいて説明する。図６には、本実施形態の入力装置１における入力座標変換のフローチャートを示す。また、図７には入力装置１のブロック図を示す。
【００４３】
図６に示すステップＳＴ１では、ユーザーが表面パネル１０の任意の箇所に荷重を加えて入力操作を行う。これにより、表面パネル１０の裏面に配置された各荷重センサ２０ａ〜２０ｄにはそれぞれ入力位置と入力荷重量に応じた荷重が加えられる。
【００４４】
ステップＳＴ２では、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄでそれぞれ検出されたセンサ出力データが、図７に示す制御部１５へと送られて、荷重データとして取得される。なお、制御部１５は様々な処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）から構成されており、処理する機能や目的に応じて複数のＩＣから構成されていてもよい。
【００４５】
次にステップＳＴ３では、各荷重データに基づいてセンサ座標系３１における入力座標を算出する。各荷重センサ２０ａ〜２０ｄで検出された荷重データをそれぞれＤａｔＡ、ＤａｔＢ、ＤａｔＣ、ＤａｔＤとし、センサ座標系３１における入力位置座標を（Ｘｓ、Ｙｓ）、全荷重をＺとすると、以下のような式で算出される。なお、Ａｘ〜Ｄｘ、及びＡｙ〜Ｄｙは、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等を補正するためのＸ位置係数、Ｙ位置係数である。
Ｘｓ＝（Ａｘ・ＤａｔＡ＋Ｂｘ・ＤａｔＢ＋Ｃｘ・ＤａｔＣ＋Ｄｘ・ＤａｔＤ）／Ｚ
Ｙｓ＝（Ａｙ・ＤａｔＡ＋Ｂｙ・ＤａｔＢ＋Ｃｙ・ＤａｔＣ＋Ｄｙ・ＤａｔＤ）／Ｚ
Ｚ＝ＤａｔＡ＋ＤａｔＢ＋ＤａｔＣ＋ＤａｔＤ
【００４６】
本実施形態においては、図５（ｂ）から図５（ｄ）に示すように、表面パネル１０を回転させた場合においても、センサ座標系３１と各荷重センサ２０ａ〜２０ｄとの相対位置は変化しないため、センサ座標系３１における入力座標は上記の式で算出することができる。また、初期状態で得られたＸ位置係数、Ｙ位置係数をそのまま用いることができ、表面パネル１０の回転角度が変化するたびにＸ位置係数、Ｙ位置係数を求めるステップを省略することができるため、簡便に入力位置座標を算出することができる。
【００４７】
また、図５（ｂ）から図５（ｄ）に示すように表面パネル１０の回転角度が変化した場合において、センサ座標系３１の各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに対する相対位置は変化せず、これに対し、表示座標系３０は表面パネル１０の回転に応じて回転する。このため、センサ座標系３１と表示座標系３０とはずれが生じていることから、センサ座標系３１における入力位置座標と表示座標系３０の表示位置座標とは一致しない。本実施形態の入力装置１においては、ステップＳＴ３で算出されたセンサ座標系３１の入力位置座標を、ステップＳＴ６において表示座標系３０の座標に変換させることにより一致させることができる。
【００４８】
まず、図６に示すステップＳＴ４では、図７に示す回転検出部１４から表面パネル１０の回転角度のデータを取得する。回転検出部１４は表面パネル１０と一体に設置される場合に限らず、入力装置１や表示装置１７に接続されたプリント基板等の回路基板に配置される等、実質的に表面パネル１０の回転角度データが検出可能なように配置されていれば良い。
【００４９】
回転検出部１４は、加速度センサ等のセンサを用いることができ、重力方向に対する表面パネル１０の方向を検出することにより表面パネル１０の回転角度を取得することができる。あるいは、表面パネル１０を携帯機器の筐体に対して回転させる場合には、回転検出部１４として機械的または電気的スイッチを用いて、筐体に対する表面パネル１０の回転角度を検出することができる。
【００５０】
次に、ステップＳＴ５では、表面パネル１０の回転角度に対応する座標変換パラメータを取得する。座標変換パラメータは、後述するステップＳＴ６の入力位置座標変換時に必要なパラメータであり、図８に示すように、回転角度に対応する座標変換パラメータ（θ、Ｘｐ、Ｙｐ）の値が制御部１５にあらかじめ保存されている。なお、表中のＸｐ＿ｍａｘ、Ｙｐ＿ｍａｘは、表面パネル１０の表示領域１１のＸ方向及びＹ方向の最大幅を示しており、例えば、図５（ａ）に示すように、センサ座標系３１の原点を左上角部とすると、右下角部の座標は（Ｘｐ＿ｍａｘ、Ｙｐ＿ｍａｘ）となる。また、図８の表に示す「ｒｏｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ」の０〜３は、それぞれ、図５（ａ）〜図５（ｄ）にそれぞれ対応して設定されている。例えば、表面パネル１０の回転角度が、図５（ｂ）に示すような状態の場合、図８の表に示す「ｒｏｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ」＝１に対応する座標変換パラメータ、すなわち、（θ、Ｘｐ、Ｙｐ）＝（９０、Ｘｐ＿ｍａｘ、０）が取得される。
【００５１】
ステップＳＴ６では、以下に示す［数１］によってサンサ座標系３１における入力位置座標を表示座標系３０の座標へと変換することができる。ステップＳＴ６では、ステップＳＴ３で得られた入力位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）、及びステップＳＴ５で得られた座標変換パラメータ（θ、Ｘｐ、Ｙｐ）を用いて、簡便に表示座標系３０の座標へと変換することが可能である。これにより、センサ座標系３１における入力位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）は表示座標系３０における入力位置座標（Ｘｔ、Ｙｔ）へと変換される。なお、全荷重データＺには、ステップＳＴ３で求めた値がそのまま用いられる。
【００５２】
【数１】
【００５３】
ステップＳＴ６においては、［数１］に示すように、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等の影響を補正するためのＸ位置係数（Ａｘ〜Ｄｘ）、及びＹ位置係数（Ａｙ〜Ｄｙ）を新たに算出して、座標変換式に用いる必要がない。したがって、表面パネル１０の回転角度が変化するたびに補正係数を算出する必要がなく、座標変換を短時間で行うことが可能である。また、制御部１５における処理回路の規模の増大を抑えることができる。
【００５４】
なお、ステップＳＴ４及びＳＴ５は、図６に示すように、ステップＳＴ２及びＳＴ３と並列に実行することができる。従来技術のように、表面パネル１０の回転角度の変化に応じて補正係数を算出して座標変換を行う場合には、座標変換工程が複雑化し、また並列処理は困難であるため処理時間が増大してしまう。これに対し、本実施形態の入力装置１においては並列処理可能であり、座標変換処理が短時間で済むため、快適な入力操作を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、ステップＳＴ７では、表示座標系３０へと変換された入力位置座標（Ｘｔ、Ｙｔ）に基づいて、表示装置１７の画面表示を更新する。この処理において、図７に示す画像処理部１６に、入力位置座標データ（Ｘｔ、Ｙｔ）及び全荷重データＺが送信されて、表示装置１７の画面が更新される。なお、画像処理部１６には必ずしも全データを送信する必要はなく、必要に応じてデータの一部を送信する場合もある。
【００５６】
ステップＳＴ７の後、引き続き入力操作を行う場合はステップＳＴ１から繰り返され、入力操作を行わない場合には終了する（ステップＳＴ８）。
【００５７】
図９には、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等の影響を補正するためのＸ位置係数、及びＹ位置係数を求める初期測定フローチャート図を示す。この初期測定は１回だけ行えば良いため、入力装置１を組み立てた後の出荷前に実施される。または、入力装置１が組み込まれた携帯機器などを購入したユーザーが最初に実施してもよい。
【００５８】
図９のステップＳＴ１１では初期オフセット補正として、初期状態における各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力データについてゼロ点補正を行う。これは、初期状態で各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに加えられている荷重についてゼロ点補正する処理である。これにより、初期状態における各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力ばらつきや、表面パネル１０との設置の状態のばらつきをリセットできる。
【００５９】
次にステップＳＴ１２以降では、データ取得ループを実行する。ステップＳＴ１３において、表示領域１１のある決められた位置、例えば（Ｘｓ、Ｙｓ）＝（０、０）に一定の荷重を加える。そして、そのときの各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力データ（ＤａｔＡ１、ＤａｔＢ１、ＤａｔＣ１、ＤａｔＤ１）を取得する（ステップＳＴ１４）。
【００６０】
このようなデータ取得処理（ＳＴ１３〜ＳＴ１４）を、センサ座標系３１の異なる位置で繰り返し行う（ステップＳＴ１５）。入力位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）はある決められた位置であるため、変数は各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力データ（ＤａｔＡ、ＤａｔＢ、ＤａｔＣ、ＤａｔＤ）の４つである。したがって、少なくとも４箇所でのデータを取得することにより、４変数の線形方程式を立てることができる。これにより、最小２乗法を用いてＸ位置係数（Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ、Ｄｘ）、及びＹ位置係数（Ａｙ、Ｂｙ、Ｃｙ、Ｄｙ）を求めることができる。
【００６１】
図９に示す初期測定フローにより求められたＸ位置係数及びＹ位置係数は制御部１５に格納される。そして、図６に示すステップＳＴ３の入力位置座標の算出処理において用いられる。これにより、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等を補正して、センサ座標系３１における入力位置座標の検出精度を向上させることができる。
【００６２】
また、センサ座標系３１における入力位置座標を表示座標系３０の座標へと変換する場合（ステップＳＴ６）においては、［数１］に示すように、Ｘ位置係数、Ｙ位置係数が不要である。したがって、表面パネル１０の回転角度に応じて、例えば図９に示すようなデータ取得ループ（ステップＳＴ１２〜ＳＴ１５）を行う必要がなく、簡便な算出処理で座標変換を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 入力装置
１０ 表面パネル
１１ 表示領域
１２ 加飾領域
１３ 支持基板
１４ 回転検出部
１５ 制御部
１６ 画像処理部
１７ 表示装置
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 荷重センサ
２１ ベース基板
２２ センサ基板
２３ ピエゾ素子
２４ 受圧部
２５ 変位部
３０ 表示座標系
３０ａ 表示座標原点
３１ センサ座標系
３１ａ センサ座標原点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法に関し、特に、入力位置座標の検出位置ずれを防ぐとともに、表面パネルの回転角度が変化した場合においても入力位置座標を表示座標系の座標へ簡便に変換させることが可能な、荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯用の電子機器などの表示部として、表示画像のメニュー項目やオブジェクト等を視認しながら直接、指などで操作して座標入力を行うための透光型入力装置が用いられている。このような入力装置として、特許文献１には荷重センサを用いた入力装置について開示されている。特許文献１に開示されている入力装置は、複数の荷重センサからの各出力値から、ＸＹ座標の押圧位置とＺ方向の荷重とを所定の計算式により検出することができる。したがって、複数の荷重センサを用いた入力装置では、表示画像に表示されたメニュー項目や画像データを選択すると同時に、実行する処理内容を入力荷重の大きさによって選択可能であるため、１度の入力操作で多様な操作を行うことが可能となる。
【０００３】
また、特許文献２及び特許文献３には、携帯電話等の携帯情報端末を回転させた場合や携帯情報端末の表示部を回転させた場合において、表示部の画像を適切な方向で表示させる方法ついて開示されている。特許文献３に開示されているように、表示座標系の座標原点はユーザーから見て表示部の左上の角部に設定されており、表示部が回転された場合には、表示部における座標原点が変更されて、常にユーザーから見て表示部の左上角部に位置するように設定される。これにより、表示部や携帯情報端末の回転角度に係わらず、ユーザーから見たときに適切な方向で画像を表示させることができる。
【０００４】
近年、携帯情報端末の回転角度が変化した場合にも適切に画像等を表示させることができるとともに、多様な入力操作を実現することが求められており、携帯情報端末等の電子機器の表示部として荷重センサを用いた入力装置の搭載が検討されている。
【０００５】
このような場合において、表示画像の表示方向を規定する表示座標系と、入力位置座標を規定するセンサ座標系との２つの座標系があり、表示座標系が回転した場合においても入力位置を適切に検出できるように表示座標系とセンサ座標系とを一致させる必要がある。図１０には従来の入力装置１０１の平面図を模式的に示しており、図１０（ａ）には初期状態における入力装置１０１を、図１０（ｂ）には９０°回転したときの入力装置１０１を示す。図１０（ａ）に示すように、初期状態における表示座標系１３０の表示座標原点１３０ａとセンサ座標系１３１のセンサ座標原点１３１ａは、いずれも表示領域１１１の左上角部に設定されている。したがって、表示座標系１３０で表示された画像やメニュー項目の表示位置座標とセンサ座標系１３１で検出された入力位置座標とを一致させることが可能である。
【０００６】
図１０（ｂ）に示すように、入力装置１０１が９０°回転した場合には、表示座標原点１３０ａはユーザー側からみて左上角部に位置するように座標変換されて表示方向が回転される。そして、センサ座標原点１３１ａについても同様にユーザー側からみて左上角部に変換される。したがって、入力装置１０１が回転した場合において、表示座標系１３０の表示位置座標とセンサ座標系１３１の入力位置座標とが一致するように、表示座標系１３０の回転とともにセンサ座標系１３１が回転されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２６９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２２９４９０号公報
【特許文献３】特開２００８−１１８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
荷重センサを用いた入力装置１０１において、図１０に示すように複数の荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄが用いられており、それぞれの荷重データから所定の計算にしたがって荷重位置が算出される。荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄにおいては、製造工程上のばらつきなどによってそれぞれ出力特性や感度が異なるため、各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄにそれぞれ同じ荷重が加えられた場合であっても出力値にある程度のばらつきが生じてしまう。また、各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄが設置される支持基板（図示しない）や入力荷重を受ける表面パネル１１０の平坦性や設置ばらつきによっても、誤差が生じる場合がある。したがって、入力位置座標を算出する際には、これらのばらつきを補正する必要がある。そのため、各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄで検出された荷重データに、それぞれの荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄに対応したＸ位置係数、及びＹ位置係数を乗じて、正確に入力位置座標が算出される。
【０００９】
しかしながら、図１０（ｂ）に示すように、入力装置１０１の回転に伴ってセンサ座標系１３１を回転させた場合には、センサ座標系１３１と各荷重センサ１２０ａ〜１２０ｄとの相対位置が変化してしまう。すなわち、入力位置座標の算出に必要なＸ位置係数、及びＹ位置係数が変化することになり、実際に入力した位置と算出された入力位置座標とにずれが生じて、入力装置１０１としての機能が損なわれてしまう。また、このずれを計算処理によって補正する場合には、入力装置１０１の回転角度が変化する度に補正を行う必要があり、処理が複雑化し、そのための処理回路も大規模なものになってしまうという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決し、入力位置座標の検出位置ずれを防ぐとともに、表面パネルの回転角度が変化した場合においても入力位置座標を表示座標系の座標へ簡便に変換させることが可能な、荷重センサを用いた入力装置及びその座標変換方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の荷重センサを用いた入力装置は、画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、前記表面パネルに入力される入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有しており、前記複数の荷重センサの荷重データから前記センサ座標系における入力位置座標を算出する入力位置算出手段と、前記表面パネルの前記回転角度に基づいて前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換する座標変換手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、表面パネルの回転に伴って表示座標系が回転した場合であっても、入力操作による入力位置座標は、センサ座標系において正確に算出されることになる。そして、算出された入力位置座標は、表面パネルの回転角度に基づいて表示座標系の座標へと変換される。このようにして表示画像等の表示位置座標に対して、入力操作による入力位置座標を一致させて検出することが可能となる。
【００１３】
したがって、表示座標系の回転とともにセンサ座標系を回転させて入力位置座標を検出する場合と比較して、センサ座標系と各荷重センサとの相対位置は変化しないため、各荷重センサのばらつき等に起因する入力位置座標の検出位置ずれを防ぐことが可能である。また、表面パネルの回転角度が変化する度に、各荷重センサのばらつき等の補正処理を行う必要が無いことから、簡便に入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。
【００１４】
また、前記座標変換手段において、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することが好ましい。これによれば、座標変換パラメータを用いて、所定の数式によって入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。したがって、座標変換に必要な変数について、表面パネルの回転角度が変化するたびに算出する工程が省略できるため、座標変換手段における処理を簡略化して簡便に座標変換を行うことが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の荷重センサを用いた入力装置によれば、前記入力位置座標を算出する際に必要なＸ位置係数及びＹ位置係数を、初期設定時に、複数の荷重測定データを用いて最小２乗法により求めることが好適である。こうすれば、各荷重センサの特性ばらつきや設置ばらつき等の補正係数を初期設定時にあらかじめ求めておき、入力位置算出手段において適用することにより、入力位置検出精度を向上させることができる。
【００１６】
本発明の荷重センサを用いた入力装置において、前記荷重センサは、センサ基板と前記センサ基板に設けられた複数のピエゾ素子とを有して構成されており、入力操作による前記センサ基板の変位量を前記ピエゾ素子により検出することが好ましい。これによれば、荷重センサの小型化が可能であるため、入力装置の狭額縁化に有利である。
【００１７】
本発明の荷重センサを用いた入力装置において、前記表示領域は４辺を有する略矩形状に形成されており、前記複数の荷重センサは、前記表示領域の各辺の略中央に位置する前記表示領域の外周にそれぞれ配置されていることが好適である。このような配置にすれば、入力操作に対する各荷重センサのセンサ出力を向上させることが可能となる。
【００１８】
本発明の荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法は、
ａ）前記複数の荷重センサの荷重データから、前記センサ座標系における入力位置座標を算出するステップと、
ｂ）前記表面パネルの前記回転角度に基づいて、前記センサ座標系の前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換するステップと、を有することを特徴とする。
【００１９】
これによれば、表面パネルの回転に伴って表示座標系が回転した場合であっても、入力操作による入力位置座標はセンサ座標系において正確に算出されることになる。そして、算出された入力位置座標は、表面パネルの回転角度に基づいて表示座標系の座標へと変換される。このようにして表示画像等の表示座標に対して、入力操作による入力位置座標を一致させて検出することが可能となる。
【００２０】
したがって、表示座標系の回転とともにセンサ座標系を回転させて入力位置座標を検出する場合と比較して、センサ座標系と各荷重センサとの相対位置は変化しないため、各荷重センサのばらつき等に起因する入力位置座標の検出位置ずれを防ぐことが可能である。また、表面パネルの回転角度が変化する度に、各荷重センサのばらつき等の補正処理を行う必要が無いことから、簡便に入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。
【００２１】
本発明の荷重センサを用いた入力装置の座標変換方法によれば、前記ｂ）ステップにおいて、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することが好適である。これによれば、座標変換パラメータを用いて、所定の数式によって入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。したがって、座標変換に必要な変数について、表面パネルの回転角度が変化するたびに算出する工程を省略できるため、座標変換手段における処理を簡略化して簡便に座標変換を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の荷重センサを用いた入力装置及びその入力座標変換方法によれば、表示座標系の回転とともにセンサ座標系を回転させて入力位置座標を検出する場合と比較して、センサ座標系と各荷重センサとの相対位置は変化しないため、各荷重センサのばらつき等に起因する入力位置座標の検出位置ずれを防ぐことが可能である。また、表面パネルの回転角度が変化する度に、荷重センサのばらつき等の補正処理を行う必要が無いことから、簡便に入力位置座標を表示座標系の座標へ変換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態における荷重センサを用いた入力装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの断面図である。
【図３】本実施形態における荷重センサの断面図である。
【図４】荷重センサを構成するセンサ基板について、ベース基板側から見た時の平面図を示す。
【図５】本実施形態の入力装置を回転させた場合における、表示座標系及びセンサ座標系を説明するための平面図である。
【図６】本実施形態における入力装置の動作を示すフローチャート図である。
【図７】本実施形態における入力装置のブロック図である。
【図８】図６のステップＳＴ６において読み込まれる座標変換パラメータの一例を示す表である。
【図９】本実施形態における入力装置の初期測定フローチャート図である。
【図１０】従来例の荷重センサを用いた入力装置における課題を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態における荷重センサを用いた入力装置１について、図面に基づいて説明する。なお、各平面図及び各断面図は見やすくするため模式的に示したものであり、寸法の比率は適宜変更して示している。
【００２５】
図１は、入力装置１を入力面側から見たときの平面図であり、透過させて模式的に示したものである。図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの入力装置１の断面図を示す。
【００２６】
図１及び図２に示すように本実施形態の入力装置１は、荷重を検出することができる複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄと表面パネル１０とを有して構成される。図２に示すように、入力装置１は液晶パネルやＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）パネル等の表示装置１７の表示面側に配置されて、携帯電話等の携帯情報端末の表示部として用いられる。
【００２７】
表面パネル１０は、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の透明樹脂基板又はガラス基板から形成されており、入力操作を行う入力面を構成している。図１に示すように、表面パネル１０には矩形状の表示領域１１が設けられており、ユーザーは表示領域１１を通して表示装置１７からの表示画像や文字データ等を視認することができる。
【００２８】
図２に示すように、複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄ（図２では２０ａ、２０ｃのみ図示する）は支持基板１３上に設置されており、表面パネル１０に加えられる荷重位置を検出できるように表面パネル１０の裏面側（表示装置１７側）に配置される。これにより、入力操作時に表面パネル１０の入力面の任意の箇所が押圧されると、入力位置に応じて複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄに荷重が加えられて、それぞれ荷重データが出力されることになる。なお、支持基板１３には、表面パネル１０と同様に透光性の基板を用いることができ、必要に応じて表示領域１１と対向する箇所に窓状の穴を形成することも可能である。
【００２９】
図１に示すように、矩形状の表示領域１１の外周には着色された加飾領域１２が設けられている。本実施形態において複数の荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、矩形状の表示領域１１の各辺の略中央部に位置する加飾領域１２に、それぞれ配置されている。このように配置することにより表面パネル１０に加えられる荷重を良好に検出することが可能となる。すなわち、表面パネル１０は入力操作における押圧を支えることができる程度の剛性を有して構成されているが、表面パネル１０の裏面に荷重センサ２０ａ〜２０ｂが設けられていない場所では撓みやすくなる。したがって、例えば荷重センサ２０ａ〜２０ｂを角部に設ける場合は、特に辺の中央部付近が撓みやすいため、表示領域１１の中央部付近を押圧しても荷重センサ２０ａ〜２０ｄに荷重がうまく伝達されない場合が生じて、センサ出力が低下する場合がある。これに対し、本実施形態の入力装置１のように、各辺の中央部付近に荷重センサ２０ａ〜２０ｄを形成することにより、表面パネル１０に加えられた荷重が各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに良好に伝達されて、センサ出力を向上させることが可能となる。なお、荷重センサの位置や個数はこれに限定される物では無い。
【００３０】
加飾領域１２には、着色された加飾層（図示しない）がスクリーン印刷法やインクジェット印刷法等の印刷法により形成されている。これにより、加飾領域１２が遮蔽されて、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄがユーザーに視認されることを防止できる。
【００３１】
図３には荷重センサ２０ａの断面図を、図４にはセンサ基板２２の裏面側から見たときの平面図を示す。なお、図３では荷重センサ２０ａの構成を示しているが、荷重センサ２０ｂ〜２０ｃにおいても同様の構成、機能を有する。
【００３２】
図３に示すように、荷重センサ２０ａはセンサ基板２２、ベース基板２１、及び受圧部２４を有して構成されている。
【００３３】
センサ基板２２とベース基板２１とは、センサ基板側支持部２７ａとベース基板側支持部２７ｂとが圧着されて接合されている。そして、センサ基板２２とベース基板２１との間に所定の空間部を有するように接合されている。センサ基板２２には厚み方向に変位可能な変位部２５が形成されており、変位部２５の上面には上方に突出する受圧部２４が形成されている。また、図４に示すように、センサ基板２２の裏面には、歪み検出素子として複数のピエゾ素子２３が形成されている。複数のピエゾ素子２３は、ブリッジ回路を構成するように配線部２６によって接続されている。
【００３４】
入力装置１の入力操作時において表面パネル１０の任意の箇所に荷重が加えられると、表面パネル１０の裏面に配置された各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのそれぞれの受圧部２４に荷重が加えられる。これにより、変位部２５がセンサ基板２２の厚み方向に変位して、この変位量に応じて各ピエゾ素子２３の電気抵抗値が変化する。この各ピエゾ素子２３の電気抵抗値の変化により、各ピエゾ素子２３で構成されるブリッジ回路の中点電位が変化して、センサ出力として取り出される。図３に示すようにセンサ基板側電気接続部２８ａはベース基板側電気接続部２８ｂと接続されており、センサ出力はベース基板側電気接続部２８ｂを介して外部の制御部１５（図示しない）へと出力される。そして、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのセンサ出力データに基づいて入力位置座標が算出される。
【００３５】
荷重センサ２０ａ〜２０ｄは、半導体プロセスによって製造することが可能であり、センサ基板２２、ベース基板２１、及び受圧部２４はシリコン基板から構成されている。この製造プロセスのぱらつき等によって、荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力特性は、ばらつきを有することになる。また、表面パネル１０及び支持基板１３の反りや歪み、荷重センサ２０ａ〜２０ｄの設置方法等によっても、誤差を生じる場合がある。
【００３６】
したがって、入力位置座標を算出する場合に、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力特性のばらつきを補正する必要がある。そのため、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのデータに、それぞれのばらつきに対応したＸ位置係数、Ｙ位置係数を乗じて入力位置座標が算出される。
【００３７】
図５は、入力装置１の回転角度が変化した場合における、表示座標系３０及びセンサ座標系３１と入力装置１との関係を示す説明図である。表示座標系３０は、表面パネル１０の回転に応じて表示画像や文字データ等の表示方向を規定する座標系であり、センサ座標系３１は表面パネル１０への入力位置を規定する座標系である。図５（ａ）は初期状態であり、重力方向に対して入力装置１の方向がほぼ一致している状態を示す。図５（ｂ）は、入力装置１を反時計回りに約９０°回転させた状態であり、図５（ｃ）、図５（ｄ）はそれぞれ約１８０°、約２７０°回転させた場合を示す。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、初期状態においては表示座標系３０とセンサ座標系３１とは一致しており、表示座標原点３０ａとセンサ座標原点３１ａとはいずれも表示領域１１の例えば左上角部に設定されている。この場合、表示画像やメニュー選択項目の表示位置座標に対する入力操作時の入力位置座標の検出位置ずれは発生せず、問題なく入力操作を行うことが可能である。
【００３９】
ところが、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示すように表面パネル１０の回転角度を変化させた場合、ユーザーに対して一定の方向で表示画像や文字データ等を表示させるために、表示座標系３０は表面パネル１０に対して回転する。すなわち、入力装置１を約９０°（図５（ｂ））、約１８０°（図５（ｃ））、約２７０°（図５（ｄ））と回転させても、表示座標原点３０ａはユーザーから見たときに表示領域１１の左上に位置するように座標変換される。これにより、表面パネル１０の回転角度によらず、ユーザーに対して適切な方向に画像等が表示されることになる。
【００４０】
これに対し、センサ座標系３１の各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに対する相対位置は、表面パネル１０が回転した場合でも変化しない。例えば、図５（ｂ）に示すように表面パネル１０が９０°回転した場合には、センサ座標系３１についても同じく９０°回転する。したがって、表面パネル１０の回転によって、表示座標系３０とセンサ座標系３１とは一致しなくなるため、表示位置座標と入力位置座標との間にずれが発生してしまう。
【００４１】
例えば図１０に示した従来例の入力装置１０１と同様に、表示座標系３０の回転とともにセンサ座標系３１についても表面パネル１０に対して回転させると、センサ座標系３１と表示座標系３０とのずれは無くなる。しかし、上述のとおり入力位置座標の算出においては、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等を補正するためのＸ位置係数、Ｙ位置係数を乗じて算出される。したがって、センサ座標系３１が各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに対して回転すると、その度に新たに補正係数を設定する必要があり、処理時間が増大し、また、処理に必要な回路も増大してしまうという課題が生じてしまう。また、センサ座標系３１を回転させたときに補正係数を設定しない場合、入力位置座標の算出ずれが大きくなり、入力装置１としての機能を損なうおそれがある。
【００４２】
以下、本実施形態の入力装置１における入力座標変換方法について図面に基づいて説明する。図６には、本実施形態の入力装置１における入力座標変換のフローチャートを示す。また、図７には入力装置１のブロック図を示す。
【００４３】
図６に示すステップＳＴ１では、ユーザーが表面パネル１０の任意の箇所に荷重を加えて入力操作を行う。これにより、表面パネル１０の裏面に配置された各荷重センサ２０ａ〜２０ｄにはそれぞれ入力位置と入力荷重量に応じた荷重が加えられる。
【００４４】
ステップＳＴ２では、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄでそれぞれ検出されたセンサ出力データが、図７に示す制御部１５へと送られて、荷重データとして取得される。なお、制御部１５は様々な処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）から構成されており、処理する機能や目的に応じて複数のＩＣから構成されていてもよい。
【００４５】
次にステップＳＴ３では、各荷重データに基づいてセンサ座標系３１における入力座標を算出する。各荷重センサ２０ａ〜２０ｄで検出された荷重データをそれぞれＤａｔＡ、ＤａｔＢ、ＤａｔＣ、ＤａｔＤとし、センサ座標系３１における入力位置座標を（Ｘｓ、Ｙｓ）、全荷重をＺとすると、以下のような式で算出される。なお、Ａｘ〜Ｄｘ、及びＡｙ〜Ｄｙは、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等を補正するためのＸ位置係数、Ｙ位置係数である。
Ｘｓ＝（Ａｘ・ＤａｔＡ＋Ｂｘ・ＤａｔＢ＋Ｃｘ・ＤａｔＣ＋Ｄｘ・ＤａｔＤ）／Ｚ
Ｙｓ＝（Ａｙ・ＤａｔＡ＋Ｂｙ・ＤａｔＢ＋Ｃｙ・ＤａｔＣ＋Ｄｙ・ＤａｔＤ）／Ｚ
Ｚ＝ＤａｔＡ＋ＤａｔＢ＋ＤａｔＣ＋ＤａｔＤ
【００４６】
本実施形態においては、図５（ｂ）から図５（ｄ）に示すように、表面パネル１０を回転させた場合においても、センサ座標系３１と各荷重センサ２０ａ〜２０ｄとの相対位置は変化しないため、センサ座標系３１における入力座標は上記の式で算出することができる。また、初期状態で得られたＸ位置係数、Ｙ位置係数をそのまま用いることができ、表面パネル１０の回転角度が変化するたびにＸ位置係数、Ｙ位置係数を求めるステップを省略することができるため、簡便に入力位置座標を算出することができる。
【００４７】
また、図５（ｂ）から図５（ｄ）に示すように表面パネル１０の回転角度が変化した場合において、センサ座標系３１の各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに対する相対位置は変化せず、これに対し、表示座標系３０は表面パネル１０の回転に応じて回転する。このため、センサ座標系３１と表示座標系３０とはずれが生じていることから、センサ座標系３１における入力位置座標と表示座標系３０の表示位置座標とは一致しない。本実施形態の入力装置１においては、ステップＳＴ３で算出されたセンサ座標系３１の入力位置座標を、ステップＳＴ６において表示座標系３０の座標に変換させることにより一致させることができる。
【００４８】
まず、図６に示すステップＳＴ４では、図７に示す回転検出部１４から表面パネル１０の回転角度のデータを取得する。回転検出部１４は表面パネル１０と一体に設置される場合に限らず、入力装置１や表示装置１７に接続されたプリント基板等の回路基板に配置される等、実質的に表面パネル１０の回転角度データが検出可能なように配置されていれば良い。
【００４９】
回転検出部１４は、加速度センサ等のセンサを用いることができ、重力方向に対する表面パネル１０の方向を検出することにより表面パネル１０の回転角度を取得することができる。あるいは、表面パネル１０を携帯機器の筐体に対して回転させる場合には、回転検出部１４として機械的または電気的スイッチを用いて、筐体に対する表面パネル１０の回転角度を検出することができる。
【００５０】
次に、ステップＳＴ５では、表面パネル１０の回転角度に対応する座標変換パラメータを取得する。座標変換パラメータは、後述するステップＳＴ６の入力位置座標変換時に必要なパラメータであり、図８に示すように、回転角度に対応する座標変換パラメータ（θ、Ｘｐ、Ｙｐ）の値が制御部１５にあらかじめ保存されている。なお、表中のＸｐ＿ｍａｘ、Ｙｐ＿ｍａｘは、表面パネル１０の表示領域１１のＸ方向及びＹ方向の最大幅を示しており、例えば、図５（ａ）に示すように、センサ座標系３１の原点を左上角部とすると、右下角部の座標は（Ｘｐ＿ｍａｘ、Ｙｐ＿ｍａｘ）となる。また、図８の表に示す「ｒｏｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ」の０〜３は、それぞれ、図５（ａ）〜図５（ｄ）にそれぞれ対応して設定されている。例えば、表面パネル１０の回転角度が、図５（ｂ）に示すような状態の場合、図８の表に示す「ｒｏｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ」＝１に対応する座標変換パラメータ、すなわち、（θ、Ｘｐ、Ｙｐ）＝（９０、Ｘｐ＿ｍａｘ、０）が取得される。
【００５１】
ステップＳＴ６では、以下に示す［数１］によってサンサ座標系３１における入力位置座標を表示座標系３０の座標へと変換することができる。ステップＳＴ６では、ステップＳＴ３で得られた入力位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）、及びステップＳＴ５で得られた座標変換パラメータ（θ、Ｘｐ、Ｙｐ）を用いて、簡便に表示座標系３０の座標へと変換することが可能である。これにより、センサ座標系３１における入力位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）は表示座標系３０における入力位置座標（Ｘｔ、Ｙｔ）へと変換される。なお、全荷重データＺには、ステップＳＴ３で求めた値がそのまま用いられる。
【００５２】
【数１】
【００５３】
ステップＳＴ６においては、［数１］に示すように、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等の影響を補正するためのＸ位置係数（Ａｘ〜Ｄｘ）、及びＹ位置係数（Ａｙ〜Ｄｙ）を新たに算出して、座標変換式に用いる必要がない。したがって、表面パネル１０の回転角度が変化するたびに補正係数を算出する必要がなく、座標変換を短時間で行うことが可能である。また、制御部１５における処理回路の規模の増大を抑えることができる。
【００５４】
なお、ステップＳＴ４及びＳＴ５は、図６に示すように、ステップＳＴ２及びＳＴ３と並列に実行することができる。従来技術のように、表面パネル１０の回転角度の変化に応じて補正係数を算出して座標変換を行う場合には、座標変換工程が複雑化し、また並列処理は困難であるため処理時間が増大してしまう。これに対し、本実施形態の入力装置１においては並列処理可能であり、座標変換処理が短時間で済むため、快適な入力操作を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、ステップＳＴ７では、表示座標系３０へと変換された入力位置座標（Ｘｔ、Ｙｔ）に基づいて、表示装置１７の画面表示を更新する。この処理において、図７に示す画像処理部１６に、入力位置座標データ（Ｘｔ、Ｙｔ）及び全荷重データＺが送信されて、表示装置１７の画面が更新される。なお、画像処理部１６には必ずしも全データを送信する必要はなく、必要に応じてデータの一部を送信する場合もある。
【００５６】
ステップＳＴ７の後、引き続き入力操作を行う場合はステップＳＴ１から繰り返され、入力操作を行わない場合には終了する（ステップＳＴ８）。
【００５７】
図９には、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等の影響を補正するためのＸ位置係数、及びＹ位置係数を求める初期測定フローチャート図を示す。この初期測定は１回だけ行えば良いため、入力装置１を組み立てた後の出荷前に実施される。または、入力装置１が組み込まれた携帯機器などを購入したユーザーが最初に実施してもよい。
【００５８】
図９のステップＳＴ１１では初期オフセット補正として、初期状態における各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力データについてゼロ点補正を行う。これは、初期状態で各荷重センサ２０ａ〜２０ｄに加えられている荷重についてゼロ点補正する処理である。これにより、初期状態における各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力ばらつきや、表面パネル１０との設置の状態のばらつきをリセットできる。
【００５９】
次にステップＳＴ１２以降では、データ取得ループを実行する。ステップＳＴ１３において、表示領域１１のある決められた位置、例えば（Ｘｓ、Ｙｓ）＝（０、０）に一定の荷重を加える。そして、そのときの各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力データ（ＤａｔＡ１、ＤａｔＢ１、ＤａｔＣ１、ＤａｔＤ１）を取得する（ステップＳＴ１４）。
【００６０】
このようなデータ取得処理（ＳＴ１３〜ＳＴ１４）を、センサ座標系３１の異なる位置で繰り返し行う（ステップＳＴ１５）。入力位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）はある決められた位置であるため、変数は各荷重センサ２０ａ〜２０ｄの出力データ（ＤａｔＡ、ＤａｔＢ、ＤａｔＣ、ＤａｔＤ）の４つである。したがって、少なくとも４箇所でのデータを取得することにより、４変数の線形方程式を立てることができる。これにより、最小２乗法を用いてＸ位置係数（Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ、Ｄｘ）、及びＹ位置係数（Ａｙ、Ｂｙ、Ｃｙ、Ｄｙ）を求めることができる。
【００６１】
図９に示す初期測定フローにより求められたＸ位置係数及びＹ位置係数は制御部１５に格納される。そして、図６に示すステップＳＴ３の入力位置座標の算出処理において用いられる。これにより、各荷重センサ２０ａ〜２０ｄのばらつき等を補正して、センサ座標系３１における入力位置座標の検出精度を向上させることができる。
【００６２】
また、センサ座標系３１における入力位置座標を表示座標系３０の座標へと変換する場合（ステップＳＴ６）においては、［数１］に示すように、Ｘ位置係数、Ｙ位置係数が不要である。したがって、表面パネル１０の回転角度に応じて、例えば図９に示すようなデータ取得ループ（ステップＳＴ１２〜ＳＴ１５）を行う必要がなく、簡便な算出処理で座標変換を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 入力装置
１０ 表面パネル
１１ 表示領域
１２ 加飾領域
１３ 支持基板
１４ 回転検出部
１５ 制御部
１６ 画像処理部
１７ 表示装置
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 荷重センサ
２１ ベース基板
２２ センサ基板
２３ ピエゾ素子
２４ 受圧部
２５ 変位部
３０ 表示座標系
３０ａ 表示座標原点
３１ センサ座標系
３１ａ センサ座標原点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、
前記表面パネルに入力される入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、
前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有しており、
前記複数の荷重センサの荷重データから前記センサ座標系における入力位置座標を算出する入力位置算出手段と、前記表面パネルの前記回転角度に基づいて前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換する座標変換手段とを有することを特徴とする荷重センサを用いた入力装置。
【請求項２】
前記座標変換手段において、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することを特徴とする請求項１に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項３】
前記入力位置座標を算出する際に必要なＸ位置係数及びＹ位置係数を、初期設定時に、複数の荷重測定データを用いて最小２乗法により求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項４】
前記荷重センサは、センサ基板と前記センサ基板に設けられた複数のピエゾ素子とを有して構成されており、入力操作による前記センサ基板の変位量を前記ピエゾ素子により検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項５】
前記表示領域は４辺を有する略矩形状に形成されており、前記複数の荷重センサは、前記表示領域の各辺の略中央に位置する前記表示領域の外周にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項６】
画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、前記表面パネルに入力される入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有する荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法であって、
ａ）前記複数の荷重センサの荷重データから、前記センサ座標系における入力位置座標を算出するステップと、
ｂ）前記表面パネルの前記回転角度に基づいて、前記センサ座標系の前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換するステップと、を有することを特徴とする荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法。
【請求項７】
前記ｂ）ステップにおいて、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することを特徴とする請求項６に記載の荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法。
【請求項１】
画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、
前記表面パネルに入力される入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、
前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有しており、
前記複数の荷重センサの荷重データから前記センサ座標系における入力位置座標を算出する入力位置算出手段と、前記表面パネルの前記回転角度に基づいて前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換する座標変換手段とを有することを特徴とする荷重センサを用いた入力装置。
【請求項２】
前記座標変換手段において、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することを特徴とする請求項１に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項３】
前記入力位置座標を算出する際に必要なＸ位置係数及びＹ位置係数を、初期設定時に、複数の荷重測定データを用いて最小２乗法により求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項４】
前記荷重センサは、センサ基板と前記センサ基板に設けられた複数のピエゾ素子とを有して構成されており、入力操作による前記センサ基板の変位量を前記ピエゾ素子により検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項５】
前記表示領域は４辺を有する略矩形状に形成されており、前記複数の荷重センサは、前記表示領域の各辺の略中央に位置する前記表示領域の外周にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の荷重センサを用いた入力装置。
【請求項６】
画像や文字データを視認するための表示領域を有する表面パネルと、前記表面パネルに入力される入力位置を検出するように配置された複数の荷重センサと、を有し、前記表面パネルの回転角度に応じて前記画像や文字データの表示方向を規定する表示座標系と、前記表面パネルへの入力位置を規定するセンサ座標系とを有する荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法であって、
ａ）前記複数の荷重センサの荷重データから、前記センサ座標系における入力位置座標を算出するステップと、
ｂ）前記表面パネルの前記回転角度に基づいて、前記センサ座標系の前記入力位置座標を前記表示座標系の座標に変換するステップと、を有することを特徴とする荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法。
【請求項７】
前記ｂ）ステップにおいて、前記表面パネルの前記回転角度に対応する座標変換パラメータを読み込んで、前記入力位置座標を前記表示座標系の前記座標に変換することを特徴とする請求項６に記載の荷重センサを用いた入力装置の入力座標変換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２５４２７（Ｐ２０１３−２５４２７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７３７１（Ｐ２０１１−１５７３７１）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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