(57)【要約】【課題】  同時押しした複数の押圧点の各荷重を得ることが可能な入力装置及び複数点の荷重検出方法を提供することを目的としている。【解決手段】  本発明の入力装置１は、操作面４ａ上に同時に押圧された複数の押圧点Ａ，Ｂの各押圧位置を検出可能な静電容量式タッチパネルセンサと、各押圧点Ａ，Ｂの重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサと、各押圧点の位置座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、重心座標（Ｘ，Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）に基づいて各押圧点Ａ，Ｂでの各荷重（ｚ１，ｚ２）を算出可能な制御部と、を有することを特徴とする。【選択図】図５
2012153555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各押圧位置を検出可能な位置検出センサと、各押圧点の重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサと、各押圧点の位置座標、重心座標及び重心荷重に基づいて各押圧点での各荷重を算出可能な制御部と、を有することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記荷重検出センサは、表面が前記操作面側であるパネル周辺部の裏面側に複数、設けられている請求項１又は２に記載の入力装置。
【請求項３】
前記位置検出センサは静電容量式タッチパネルセンサである請求項１又は２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記制御部では、同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあることを検知したときに、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正して各押圧点での各荷重を算出する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各押圧位置を検出可能な位置検出センサと、各押圧点の重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサとを用い、前記操作面上の異なる複数箇所を同時に押圧したときに、各押圧点の各荷重を制御部にて以下のステップにより求めることを特徴とする複数点の荷重検出方法。
前記位置検出センサの出力に基づき、各押圧点の位置座標を求める座標検出ステップ、
前記荷重検出センサの出力に基づき、各押圧点の重心座標及び重心荷重を求める重心検出ステップ、
各押圧点の位置座標、前記重心座標及び前記重心荷重に基づいて、各押圧点の各荷重を算出する荷重算出ステップ。
【請求項６】
前記座標検出ステップ及び前記重心検出ステップと、前記荷重算出ステップとの間に、
同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあるか否かを検知し、全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したときは次の補正ステップに移行し、検知しないときは前記荷重算出ステップに移行する押圧点判断ステップと、
全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したとき、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正する補正ステップと、を有し、
前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行したとき、前記荷重算出を、補正した前記位置座標及び前記重心座標を用いて行う請求項５記載の複数点の荷重検出方法。
【請求項７】
前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行して算出された各押圧点の各荷重が０より大きく重心荷重（Ｚ）より小さいか否かを判断する荷重判断ステップを有し、
いずれかの前記押圧点の荷重が０以下あるいは重心荷重以上のときは、再度、補正ステップに戻し前記重心座標に対する補正値を変更して、再荷重算出を行う請求項６記載の複数点の荷重検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
以下に示す各特許文献１には、操作面上を指等で操作した際の押圧点の位置座標と荷重とを検出できる入力装置が記載されている。【０００３】
これら特許文献にて、位置座標と荷重との双方の検出を可能とする押圧点は一点であり、同時に複数箇所を押圧したときの各押圧点での位置座標及び荷重の検出については何も記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８７３１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４６２０６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１１３９９号公報
【特許文献４】特開２０１０−２４４５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、同時押しした複数の押圧点の各荷重を得ることが可能な入力装置及び前記入力装置を用いた複数点の荷重検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における入力装置は、操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各押圧位置を検出可能な位置検出センサと、各押圧点の重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサと、各押圧点の位置座標、重心座標及び重心荷重の各データに基づいて各押圧点での各荷重を算出可能な制御部と、を有することを特徴とするものである。【０００７】
また本発明における複数点の荷重検出方法は、操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各押圧位置を検出可能な位置検出センサと、各押圧点の重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサとを用い、前記操作面上の異なる複数箇所を同時に押圧したときに、各押圧点の各荷重を制御部にて以下のステップにより求めることを特徴とするものである。【０００８】
前記位置検出センサにより、各押圧点の位置座標を求めるステップ、
前記荷重検出センサにより、各押圧点の重心座標及び重心荷重を求めるステップ、
各押圧点の位置座標、前記重心座標及び前記重心荷重に基づいて、各押圧点の各荷重を算出するステップ。【０００９】
このように本発明では、操作面上にて複数点を同時押しした際、位置検出センサの出力から得られる各押圧点での位置座標、荷重検出センサの出力から得られる各押圧点の重心座標及び重心荷重の各データに基づき、各押圧点での各荷重を算出可能な制御部を設けた。前記制御部では、上記のステップを経ることで、各押圧点の各荷重を算出することができる。これに対して各特許文献には、本発明と同様の制御部については開示されておらず、複数点を同時押しすると、各押圧点の各荷重を知ることができない構成となっている。【００１０】
以上のように本発明では、各特許文献に記載された入力装置の構成と対比すると、前記入力装置の構成を複雑にすることなく、複数点を同時押しした際の各押圧点での各荷重を適切且つ容易に算出することができる。【００１１】
本発明では、前記荷重検出センサは、表面が前記操作面側であるパネル周辺部の裏面側に複数、設けられていることが好ましい。これにより、重心座標及び重心荷重を適切且つ容易に検出することができる。【００１２】
また本発明では、前記位置検出センサは静電容量式タッチパネルセンサであることが好ましい。これにより、同時押ししたときの複数の押圧点の各位置座標をより精度良く検出することが可能である。【００１３】
また本発明では、前記制御部では、同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあることを検知したときに、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正して各押圧点での各荷重を算出することが好ましい。【００１４】
また本発明では、前記座標検出ステップ及び前記重心検出ステップと、前記荷重算出ステップとの間に、
同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあるか否かを検知し、全ての前気押圧点が同一直線上にあることを検知したときは次の補正ステップに移行し、検知しないときは前記荷重算出ステップに移行する押圧点判断ステップと、
全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したとき、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正する補正ステップと、を有し、
前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行したとき、前記荷重算出を、補正した前記位置座標及び前記重心座標を用いて行うことが好ましい。【００１５】
さらに、前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行して算出された各押圧点の各荷重が０より大きく重心荷重（Ｚ）より小さいか否かを判断する荷重判断ステップを有し、
いずれかの前記押圧点の荷重が０以下あるいは重心荷重以上のときは、再度、補正ステップに戻し前記重心座標に対する補正値を変更して、再荷重算出を行うことが好ましい。【００１６】
これにより、３点の各押圧点が同一線上に並んだときでも、各押圧点での荷重算出が可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、入力装置の構成を複雑にすることなく、複数点を同時押しした際の各押圧点での各荷重を適切且つ容易に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態における入力装置（タッチパネル）の部分縦断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の入力装置のブロック図である。
【図３】図３は、静電容量式タッチパネルセンサの説明図である。
【図４】図４は、荷重検出センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、荷重検出センサを構成するセンサ基板の裏面透視図である。
【図５】図５は、本実施形態の入力装置の平面図を示し、特に、２点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を得ることが可能なことを説明するための操作状態図である。
【図６】図６は、本実施形態の入力装置を用いて、複数点を同時押しした際のフローチャート図である。
【図７】図７は、比較例の入力装置では、２点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を得ることができないことを説明するための操作状態図である。
【図８】図８は、本実施形態の入力装置を用いて、３点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を得ることが可能なことを説明するための操作状態図である。
【図９】図９は、別の実施形態における入力装置の構成を説明するための平面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の入力装置を用いて、３点を同時押ししたときに全ての押圧点が同一直線上に並んだ状態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すように３点の押圧点が同一直線上に並んだとき、荷重算出を可能とするためのフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施形態における入力装置（タッチパネル）の部分縦断面図、図２は、本実施形態の入力装置のブロック図、図３は、静電容量式タッチパネルセンサの説明図、図４は、荷重検出センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、荷重検出センサを構成するセンサ基板の裏面透視図である。
【００２０】
本実施形態における入力装置（タッチパネル）１は、静電容量式タッチパネルセンサ（位置検出センサ）２の裏面側に複数の荷重検出センサ３を備えた構成である。
【００２１】
静電容量式タッチパネルセンサ２は、透明な操作パネル４と、操作パネル４の裏面４ｂに設けられたセンサ層５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。
【００２２】
センサ層５は、例えば図３に示すようにＩＴＯ等で形成されたＸ電極２７とＹ電極２８とを有して構成される。Ｘ電極２７とＹ電極２８との間は絶縁されている。また、Ｘ電極２７とＹ電極２８とは直交している。指で操作面４ａ上を押圧すると、指と各電極２７，２８との間の静電容量が変化する。この静電容量変化に基づき指の操作位置を検出することが可能である。静電容量式タッチパネルセンサ２では、上記した静電容量変化に基づき、操作面４ａ上を複数点にて同時押ししても、各押圧点のＸ座標及びＹ座標を検出することが可能である。センサ層５の構成は図３のものに限定されない。図３のように電極がＸ電極２７とＹ電極２８との２層構造とされていてもよいし、１層構造で構成することも可能である。また静電容量式でなく抵抗膜式等とすることも可能である。抵抗膜式の場合、同じ平面の抵抗層を複数に分離する等で、複数点を同時に押圧した時、各押圧点の位置座標の同時検出を可能とする。ただし静電容量式とすることで、複数点を同時に押圧した場合において複数の押圧点の各位置座標をより精度良く検出することができる。
【００２３】
図１では図示しないが操作パネル４の裏面４ｂの周囲に加飾層を設けることで、操作パネル４を通して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１０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、センサ層５に設けられた金属配線が引き回されており前記金属配線は、操作面４ａ側から見えないようになっている。また加飾領域には、次に説明する荷重検出センサ３を配置することが可能である。
【００２４】
荷重検出センサ３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。
【００２５】
本実施形態における荷重検出センサ３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。
【００２６】
図１に示すように、荷重検出センサ３は、静電容量式タッチパネルセンサ２の裏面側に配置される。荷重検出センサ３は、例えば、図５（ａ）に示すように、操作面４ａの周辺部の４隅に配置される。また図１に示すように、荷重検出センサ３を支える支持部９を備え、この支持部９と静電容量式タッチパネルセンサ２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、荷重検出センサ３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。
【００２７】
なおタッチパネル１における荷重検出センサ３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における荷重検出センサ３の位置は図５（ａ）に示すものに限定されず、例えば、タッチパネル１の周辺部における各辺の中央部に夫々、配置しても良く、押圧力の荷重を適切に検知できるところに適宜配置できるものである。
【００２８】
図２に示すように本実施形態のタッチパネル１は、静電容量式タッチパネルセンサ２と荷重検出センサ３とに接続される制御部（ＩＣ）２０を備える。また制御部２０からのデータを機器本体部の画像処理部２１に送信できるようになっている。前記制御部２０では、操作面４ａ上の複数点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を算出することが可能とされている。
【００２９】
以下では、図５，図６を用いて、同時押しした各押圧点の各荷重を求めるアルゴリズムについて説明する。
【００３０】
図５（ａ）は、本実施形態における入力装置１の操作面４ａ上の異なる複数箇所を同時に押圧したときの平面図を示している（図６のステップＳＴ１）。
【００３１】
このとき、静電容量式タッチパネルセンサ２からの出力に基づいて図２に示す制御部２０では、押圧点Ａの位置座標（ｘ１，ｙ１）と、押圧点Ｂの位置座標（ｘ２，ｙ２）を求めることができる（図６のステップＳＴ２（座標検出ステップ））。
【００３２】
さらに図５（ｂ）に示すように、各荷重検出センサ３の出力に基づいて図２に示す制御部２０では、各押圧点Ａ，Ｂの重心座標（Ｘ，Ｙ）と重心荷重（Ｚ）を求めることができる（図６のステップＳＴ３（重心検出ステップ））。
【００３３】
ここで重心座標（Ｘ、Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）は、荷重検出センサ３からの各センサ出力等により以下の数式１にて算出することができる。
【００３４】
【数１】
2012153555.tif 000003
【００３５】
ここでｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４は、図５（ｂ）に示す各荷重検出センサ３からのセンサ出力を指し例えば単位はｍＶである。またＳは、各荷重検出センサ３のセンサ感度を示し例えば単位はｍＶ／Ｎである。またＷは、Ｘ方向に配列された各荷重検出センサ３の中心間の幅寸法を示し、Ｈは、Ｙ方向に配列された各荷重検出センサ３の中心間の長さ寸法を示す。なお、上記（数式１）は重心座標（Ｘ、Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）を求める一例であり、この数式を用いて求める方法に限定はされない。
【００３６】
また、重心座標（Ｘ、Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）と、各押圧点Ａ，Ｂでの位置座標（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２）及び各押圧点Ａ，Ｂの夫々に作用する荷重（ｚ１，ｚ２）との間には以下の数式２が成り立っている。
【００３７】
【数２】
2012153555.tif 000004
【００３８】
このように、静電容量式タッチパネルセンサ２からの出力に基づいて各押圧点Ａ，Ｂでの位置座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）は既知であり、また荷重検出センサ３の出力に基づいて重心座標（Ｘ，Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）は既知である。
【００３９】
このため、上記数式２に基づいて各押圧点Ａ，Ｂの各荷重（ｚ１，ｚ２）を以下の数式３により算出することができる（図６のステップＳＴ４（荷重算出ステップ））。
【００４０】
【数３】
2012153555.tif 000005
【００４１】
そして各押圧点Ａ，Ｂでの各荷重（ｚ１，ｚ２）や位置座標（ｘ１，ｙ１，ｘ２，ｙ２）の各データが図２に示す画像処理部２１に送信され、画像処理部２１では送信データに基づいて液晶ディスプレイ１０の画像表示処理を行う（図６のステップＳＴ５）。例えば、各押圧点Ａ，Ｂでの荷重の大きさに応じて画面表示を変化させることができる。
【００４２】
上記した各押圧点Ａ，Ｂでの荷重（ｚ１，ｚ２）を算出するアルゴリズムは、電源を立ち上げた後、操作面４ａ上を複数点にて同時押しすれば、常に行われるようにしてもよいし、あるいは、あるモード時のみに行われるように制御し、前記モード以外のモードが立ち上がったら終了させることができる（図６のステップＳＴ６）。
【００４３】
なお図６のステップＳＴ２とステップＳＴ３の順は時間的な順番を示したものでなく、ステップＳＴ１とステップＳＴ４との間で行われる各工程を説明の順番に並べたものである。
【００４４】
図７（ａ）（ｂ）は、比較例の入力装置を示す。図７（ａ）では、荷重検出センサ３を備えるが、図１に示すセンサ層５を備えない。すなわち操作パネル４の裏面にセンサ層５を備えることなく荷重検出センサ３が設けられた構成である。
【００４５】
図７（ａ）のように操作面４ａ上を押圧点Ｃにて押圧したとき、押圧点Ｃが一点であれば、押圧点Ｃでの位置座標（ｘ３，ｙ３）及び荷重（ｚ３）を、上記の数式１により求めることができる。なお図７（ａ）には、押圧点Ｃと、押圧点Ｄ，Ｅが図示されているが、押圧点Ｃと、押圧点Ｄ，Ｅとは別々の操作である。
【００４６】
このように押圧点Ｃが一点であれば、荷重検出センサ３のみでも位置座標と荷重の双方を求めることが可能である。しかしながら操作面４ａ上を押圧点Ｄ，Ｅにより２点、同時に押圧したとき、各押圧点Ｄ，Ｅの重心座標（Ｘ，Ｙ）と重心荷重（Ｚ）を得ることができるが、各押圧点Ｄ，Ｅの位置座標及び荷重の双方を得ることができない。
【００４７】
一方、図７（ｂ）に示す比較例の入力装置では、センサ層５を備えるが、荷重検出センサ３を備えない。すなわち図１に示す静電容量式タッチパネルセンサ２のみ備えた構成である。
【００４８】
図７（ｂ）では、操作面４ａ上を２点、同時に押圧すると、各押圧点Ｆ，Ｇの各位置座標（ｘ４，ｙ４）、（ｘ５，ｙ５）を得ることができるが、各押圧点Ｆ，Ｇの各荷重を知ることができない。
【００４９】
これに対して本実施形態の入力装置１は、静電容量式タッチパネルセンサ（位置検出センサ）２と荷重検出センサ３とを備え、さらに各押圧点Ａ，Ｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、重心座標（Ｘ，Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）の各データに基づいて各押圧点Ａ，Ｂでの各荷重（ｚ１，ｚ２）を算出可能な制御部２０を備えている。このように本実施形態では、単に静電容量式タッチパネルセンサ２と荷重検出センサ３とを組み合わせたのでなく、複数点を同時に押圧した時の各押圧点の各荷重を算出可能な制御部２０を設けた点に特徴的部分がある。
【００５０】
各押圧点Ａ，Ｂでの各荷重を算出できる制御部２０は、上記に挙げた各特許文献に記載されていない。各特許文献では複数点を同時押しすると、各押圧点の荷重を知ることができない構成となっている。このように、本実施形態では、各特許文献に記載された入力装置の構成と対比すると、前記入力装置１の構成を複雑にすることなく、複数点を同時押しした際の各押圧点での各荷重を適切且つ容易に算出することができる。
【００５１】
図８（ａ）では、３点を同時押ししたときの実施例を示す。まず図６のステップＳＴ２にて、各押圧点Ｉ，Ｊ，Ｋでの位置座標（ｘ６，ｙ６）、（ｘ７，ｙ７）、（ｘ８，ｙ８）を得ることができる。続いて図６のステップＳＴ３にて、各押圧点Ｉ，Ｊ，Ｋの重心座標（Ｘ，Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）を得ることができる。
【００５２】
そして、各押圧点Ｉ，Ｊ，Ｋの各荷重（ｚ６，ｚ７，ｚ８）を以下の数式４により算出することができる（図６のステップＳＴ４）。
【００５３】
【数４】
2012153555.tif 000006
【００５４】
また、図５，図８の実施形態では、荷重検出センサ３を操作面４ａの四隅に設けたが、例えば図９に示すように、２個の荷重検出センサ３をＸ方向の両側に設ける構成でもよい。図９では、操作面４ａのＹ方向への長さ寸法Ｈが短くて、各押圧点Ｌ，ＭのＹ座標が要求されず、各押圧点Ｌ，ＭのＸ座標（ｘ９，ｘ１０）と荷重（ｚ９，ｚ１０）を知るための構成に適している。
【００５５】
図１０の実施形態では、３点を同時押ししたときに、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線Ｑ上に並んだ状態となっている。しかしながら、このとき上記した数式４を用いて各押圧点の各荷重を求めようとすると、数式４における分母が０となり、荷重を求めることができないとわかった。
【００５６】
そこで本実施形態では、３点の各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線Ｑ上にあるか否かを検知する機能を制御部２０（図２参照）が備え、さらに同一直線Ｑ上にあると判断したときには座標データの補正を行った後、荷重算出を行うように制御している。
【００５７】
図１１は、同時に押圧された３点の各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線Ｑ上にあるか否かを判断し、同一直線Ｑ上にあると判断したときには荷重算出に対して別ルーチンを備えるフローチャート図である。
【００５８】
図１１のステップＳＴ１０では、図１０に示す操作面１０ａ上の異なる３点を同時押しする。このとき各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線Ｑ上に並んだ状態となっている。
【００５９】
図１１のステップＳＴ１１（座標検出ステップ）は、静電容量式タッチパネルセンサ２からの出力に基づいて図２に示す制御部２０にて、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの位置座標（ｘ１１，ｙ１１），（ｘ１２，ｙ１２），（ｘ１３，ｙ１３）を求める。
【００６０】
さらに、各荷重検出センサ３の出力に基づいて図２に示す制御部２０では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの重心座標（Ｘ，Ｙ）と重心荷重（Ｚ）を求める（図６のステップＳＴ１２（荷重検出ステップ））。重心座標（Ｘ、Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）は、既に記載した数式１により求めることが出来る。
【００６１】
続いて図１１のステップＳＴ１３では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが同一直線Ｑ上にあるか否かを制御部２にて判断する。
【００６２】
判断方法について以下の数式を用いて説明する。
上記の数式２を図１０の各押圧点の位置座標（ｘ１１，ｙ１１），（ｘ１２，ｙ１２），（ｘ１３，ｙ１３）及び各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）に当てはめると、以下の数式５となる。
【００６３】
【数５】
2012153555.tif 000007
【００６４】
次に数式５を求めたい荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）について整理すると以下の数式６となる。
【００６５】
【数６】
2012153555.tif 000008
【００６６】
更に数式６を変形して行列表示すると以下の数式７となる。
【００６７】
【数７】
2012153555.tif 000009
【００６８】
数式７における等式の右辺を構成する左側の行列を以下の数式８に示すようにＡと置く。
【００６９】
【数８】
2012153555.tif 000010
【００７０】
これにより、以下の数式９に示すように行列表示を簡素化できる。
【００７１】
【数９】
2012153555.tif 000011
【００７２】
続いて、以下の数式１０に示すように、行列Ａの逆行列をＡ-1とし、等式の左辺及び右辺に逆行列Ａ-1をかけると、以下の数式１０となる。
【００７３】
【数１０】
2012153555.tif 000012
【００７４】
数式１０に示すように、逆行列Ａ-1が存在すれば、各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）を求めることができる。
【００７５】
ここで逆行列Ａ-1が存在しない条件は、行列Ａの行列式が０になる場合である。すなわち以下の数式１１が成り立つ場合、逆行列Ａ-1が存在しない。
【００７６】
【数１１】
2012153555.tif 000013
【００７７】
数式１１を整理すると以下の数式１２が得られる。
【００７８】
【数１２】
2012153555.tif 000014
【００７９】
上記数式１２が成り立つ条件とは、３点の押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの位置座標（ｘ１１，ｙ１１），（ｘ１２，ｙ１２），（ｘ１３，ｙ１３）が同一直線上にある場合である。よって同時に押圧した各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが例えば図１０のように同一直線Ｑ上にあるとき、逆行列Ａ-1が存在せず、したがって各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）を求めることができない。
【００８０】
図１１のステップＳＴ１３（押圧点判断ステップ）では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが同一直線上にあるか否かを数式１２が成り立つか否かで判断する。
【００８１】
数式１２が成り立たず、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが同一直線上にないと判断されたときは、ステップＳＴ１４により各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐでの荷重算出を数式４により行う。
【００８２】
図１１のステップＳＴ１３で、数式１２が成り立ち、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線上にあると判断されたときは、ステップＳＴ１５に移行する。
【００８３】
ステップＳＴ１５（補正ステップ）では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのいずれか一つの位置座標を補正する。ここでいう「補正」とは、位置座標をわずかに移動させることを指す。例えば押圧点Ｎの位置座標（ｘ１１，ｙ１１）のｘ１１をわずかに移動させる。移動させる座標は、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのｘ座標が一致していればｘ座標をずらす。また、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのｙ座標が一致していればｙ座標をずらす。また、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが並ぶ同一直線方向がｘ座標方向及びＹ座標方向に対して斜めに傾いている場合には、ｘ座標あるいはｙ座標のいずれか一方をずらす。
【００８４】
ステップＳＴ１５における位置座標の補正により、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐは見かけ上、同一直線上にない状態となる。
【００８５】
なおステップＳＴ１５において、２点以上の押圧点の座標位置をずらすことも出来るが、その場合、後述するステップＳＴ１６にて算出された各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐでの荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）が、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐにて作用する実際の荷重から大きくずれやすい。よって、ステップＳＴ１５では、１点の押圧点の座標位置をわずかにずらすのがよい。
【００８６】
ここで本実施形態では、押圧点Ｎのｘ座標（ｘ１１）を、わずかにずらすこととする。
すなわちｘ１１＝ｘ１１＋ａとする。ａが補正値である。ここでａを例えば０．１とする。ａの値に対し特に制限を設けないが、座標値に対して１０％以下とすることがよい。
【００８７】
また押圧点Ｎの位置座標を補正するとともに、重心座標（Ｘ，Ｙ）のＸについても補正を行う。
【００８８】
すなわち数式６におけるＸの式にてｘ１１をｘ１１＋ａに置き換えると、以下の数式１３を得ることが出来る。
【００８９】
【数１３】
2012153555.tif 000015
【００９０】
ここで数式１３のｚ１１／Ｚをｂと置くと、Ｘ＝Ｘ＋ａｂとなる。このように位置座標ｘ１１をｘ１１＋ａと補正するとともに、重心座標ＸもＸ＋ａｂと補正する。ここでｂの値については、ｚ１１は０＜ｚ１１＜Ｚであるため、ｂは０＜ｂ＜１である。例えばｂを０．５とする。
【００９１】
そして上記した数式４にて、補正した位置座標（ｘ１１＋ａ）、及び重心座標（Ｘ＋ａｂ）を用いて、図１１のステップＳＴ１６により各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）を求める。
【００９２】
ここで具体例を示す。各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの位置座標及び荷重を、（ｘ１１，ｙ１１，ｚ１１）＝（１，１，１）、（ｘ１２，ｙ１２，ｚ１２）＝（１，４，２）、（ｘ１３，ｙ１３，ｚ１３）＝（１，１０，１）とする。重心座標（Ｘ、Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１，４．７５，４）と計算できる。
【００９３】
上記の具体例では、各押圧点のｘ座標が全て１となっており、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが同一直線上にある状態である。
【００９４】
したがって、例えばｘ１１に補正値ａとして０．１を加える。すると、ｘ１１＝１．１となる。また重心座標Ｘに補正値ａｂとして０．１×０．２を加える。これにより重心座標Ｘは１．０２となる。
【００９５】
これにより数式８に示す行列Ａの各成分に具体的数値を当てはめると、以下の数式１４に示す行列Ａを得ることが出来る。
【００９６】
【数１４】
2012153555.tif 000016
【００９７】
さらに数式１４に示すように、逆行列Ａ-1を得ることが出来る。
したがって数式１０に示す関係式が成り立ち、図１１のステップＳＴ１６（荷重算出ステップ）にて各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐでの各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）を求めることができる。計算の結果、ｚ１１は０．８、ｚ１２は２．３、ｚ１３は０．９であった。本来、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐにて作用する実際の各荷重はｚ１１＝１，ｚ１２＝２，ｚ１３＝１であり近似値を得ることが出来た。なお、補正値ａ，ａｂの調整により、より実際の荷重に近い荷重値を得ることが出来る。
【００９８】
続いて図１１に示すようにステップＳＴ１７（荷重判断ステップ）に移行する。ステップＳＴ１７では、ステップＳＴ１６にて算出された各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐでの各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）が０より大きく重心荷重Ｚより小さいか否か判断される。押圧点での荷重が、０以下あるいは重心荷重Ｚ以上となることはあり得ないため、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐでの各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）のいずれかが、０以下あるいは重心荷重Ｚ以上となった場合、ステップＳＴ１５に戻して、重心座標の補正値であるｂの値を動かして再度、荷重算出を行う。このとき、位置座標に対する補正値ａについては動かさなくてもよい。補正値ａの値によって、荷重算出エラーは生じない。一方、補正値ｂは、上記したようにｚ１１／Ｚで示され、ｚ１１がＺに対してどの程度の比率であるのかステップＳＴ１５の時点では不明である。よって上記ではｂを０．２として計算したが、０．２という数値が、ｚ１１／Ｚの実測値から大幅にずれてしまっていると、いずれかの荷重が０以下あるいはＺ以上のエラー値として算出されやすい。したがって、ステップＳＴ１７でいずれかの荷重が０以下あるいはＺ以上となったらステップＳＴ１５に戻り、補正値ｂを変更して再度、荷重算出を行う。
【００９９】
全ての荷重が０より大きく重心荷重Ｚより小さい値に収まったら、ステップＳＴ１８に移行し、各押圧点での各荷重や位置座標の各データに基づいて液晶ディスプレイ１０の画像表示処理を行う。
【０１００】
本実施形態における入力装置（タッチパネル）１は、携帯電話、携帯用の情報処理装置、携帯用の記憶装置、携帯用のゲーム装置などに適用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
Ａ〜Ｇ，Ｉ〜Ｍ  押圧点
１  入力装置
２  静電容量式タッチパネルセンサ
３  荷重検出センサ
４  操作パネル
４ａ  操作面
５  センサ層
１０  液晶ディスプレイ
１２  センサ基板
１４  変位部
１６  ピエゾ抵抗素子
２０  制御部
２１  画像処理部
２７  Ｘ電極
２８  Ｙ電極
【図１】
2012153555.tif 000017
【図２】
2012153555.tif 000018
【図３】
2012153555.tif 000019
【図４】
2012153555.tif 000020
【図５】
2012153555.tif 000021
【図６】
2012153555.tif 000022
【図７】
2012153555.tif 000023
【図８】
2012153555.tif 000024
【図９】
2012153555.tif 000025
【図１０】
2012153555.tif 000026
【図１１】
2012153555.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月7日(2013.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各押圧位置を検出可能な位置検出センサと、各押圧点の重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサと、各押圧点の位置座標、重心座標及び重心荷重に基づいて各押圧点での各荷重を算出可能な制御部と、を有することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記荷重検出センサは、表面が前記操作面側であるパネル周辺部の裏面側に複数、設けられている請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記位置検出センサは静電容量式タッチパネルセンサである請求項１又は２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記制御部では、同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあることを検知したときに、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正して各押圧点での各荷重を算出する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記補正は、各押圧点のｘ座標が一致していればいずれかの前記押圧点のｘ座標をずらし、各押圧点のｙ座標が一致していればいずれかの前記押圧点のｙ座標をずらし、各押圧点が並ぶ直線方向がｘ座標方向またはｙ座標方向に対して斜めに傾いている場合にはｘ座標あるいはｙ座標のいずれか一方をずらす請求項４に記載の入力装置。
【請求項６】
操作面上に同時に押圧された複数の押圧点の各押圧位置を検出可能な位置検出センサと、各押圧点の重心位置及び重心荷重を検出可能な荷重検出センサとを用い、前記操作面上の異なる複数箇所を同時に押圧したときに、各押圧点の各荷重を制御部にて以下のステップにより求めることを特徴とする複数点の荷重検出方法。
前記位置検出センサの出力に基づき、各押圧点の位置座標を求める座標検出ステップ、
前記荷重検出センサの出力に基づき、各押圧点の重心座標及び重心荷重を求める重心検出ステップ、
各押圧点の位置座標、前記重心座標及び前記重心荷重に基づいて、各押圧点の各荷重を算出する荷重算出ステップ。
【請求項７】
前記座標検出ステップ及び前記重心検出ステップと、前記荷重算出ステップとの間に、
同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあるか否かを検知し、全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したときは次の補正ステップに移行し、検知しないときは前記荷重算出ステップに移行する押圧点判断ステップと、
全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したとき、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正する補正ステップと、を有し、
前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行したとき、前記荷重算出を、補正した前記位置座標及び前記重心座標を用いて行う請求項６記載の複数点の荷重検出方法。
【請求項８】
前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行して算出された各押圧点の各荷重が０より大きく重心荷重（Ｚ）より小さいか否かを判断する荷重判断ステップを有し、
いずれかの前記押圧点の荷重が０以下あるいは重心荷重以上のときは、再度、補正ステップに戻し前記重心座標に対する補正値を変更して、再荷重算出を行う請求項７記載の複数点の荷重検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
以下に示す各特許文献には、操作面上を指等で操作した際の押圧点の位置座標と荷重とを検出できる入力装置が記載されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また本発明では、前記座標検出ステップ及び前記重心検出ステップと、前記荷重算出ステップとの間に、
同時に押圧された３点の各押圧点全てが同一直線上にあるか否かを検知し、全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したときは次の補正ステップに移行し、検知しないときは前記荷重算出ステップに移行する押圧点判断ステップと、
全ての前記押圧点が同一直線上にあることを検知したとき、いずれかの前記押圧点の前記位置座標及び前記重心座標を補正する補正ステップと、を有し、
前記補正ステップから前記荷重算出ステップに移行したとき、前記荷重算出を、補正した前記位置座標及び前記重心座標を用いて行うことが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態における入力装置（タッチパネル）の部分縦断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の入力装置のブロック図である。
【図３】図３は、静電容量式タッチパネルセンサの説明図である。
【図４】図４は、荷重検出センサの説明図であり、図４（ａ）は部分縦断面図、図４（ｂ）は、荷重検出センサを構成するセンサ基板の裏面透視図である。
【図５】図５は、本実施形態の入力装置の平面図を示し、特に、２点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を得ることが可能なことを説明するための操作状態図である。
【図６】図６は、複数点を同時押しした際に、本実施形態の入力装置が行う処理のフローチャート図である。
【図７】図７は、比較例の入力装置では、２点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を得ることができないことを説明するための操作状態図である。
【図８】図８は、本実施形態の入力装置を用いて、３点を同時押ししたときに各押圧点の各荷重を得ることが可能なことを説明するための操作状態図である。
【図９】図９は、別の実施形態における入力装置の構成を説明するための平面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の入力装置の、３点を同時押ししたときに全ての押圧点が同一直線上に並んだ状態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すように３点の押圧点が同一直線上に並んだとき、荷重算出を可能とするためのフローチャート図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
図１０の実施形態では、３点を同時押ししたときに、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線Ｑ上に並んだ状態となっている。しかしながら、このとき上記した数式４を用いて各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの各荷重を求めようとすると、数式４における分母が０となり、荷重を求めることができないとわかった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図１１のステップＳＴ１０では、図１０に示す操作面４ａ上の異なる３点を同時押しする。このとき各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐ全てが同一直線Ｑ上に並んだ状態となっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
さらに、各荷重検出センサ３の出力に基づいて図２に示す制御部２０では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの重心座標（Ｘ，Ｙ）と重心荷重（Ｚ）を求める（図１１のステップＳＴ１２（荷重検出ステップ））。重心座標（Ｘ、Ｙ）及び重心荷重（Ｚ）は、既に記載した数式１により求めることが出来る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
判断方法について以下の数式を用いて説明する。
上記の数式２を図１０の各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐの位置座標（ｘ１１，ｙ１１），（ｘ１２，ｙ１２），（ｘ１３，ｙ１３）及び各荷重（ｚ１１，ｚ１２，ｚ１３）に当てはめると、以下の数式５となる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
ステップＳＴ１５（補正ステップ）では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのいずれか一つの位置座標を補正する。ここでいう「補正」とは、位置座標をわずかに移動させることを指す。例えば押圧点Ｎの位置座標（ｘ１１，ｙ１１）のｘ１１をわずかに移動させる。移動させる座標は、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのｘ座標が一致していればｘ座標をずらす。また、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのｙ座標が一致していればｙ座標をずらす。また、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが並ぶ同一直線方向がｘ座標方向またはｙ座標方向に対して斜めに傾いている場合には、ｘ座標あるいはｙ座標のいずれか一方をずらす。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
上記の具体例では、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐのｘ座標が全て１となっており、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐが同一直線上にある状態である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
全ての荷重が０より大きく重心荷重Ｚより小さい値に収まったら、ステップＳＴ１８に移行し、各押圧点Ｎ，Ｏ，Ｐでの各荷重や位置座標の各データに基づいて液晶ディスプレイ１０の画像表示処理を行う。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2012153555.tif 000028
【国際調査報告】
2012153555.tif 000029
2012153555.tif 000030