(57)【要約】      （修正有）【課題】導電布を用いたタッチセンサのタッチ位置を、押圧力の強弱に関わらず高い精度で検出できるタッチ検出装置を提供する。【解決手段】センサシステム１において、タッチ検出装置２０は、導電布を用いたタッチセンサ１０におけるタッチ位置を検出し、電圧印加部２１と、電圧測定部２２と、タッチ位置検出部２３とを備える。電圧印加部２１は、タッチセンサ１０の電極への印加パターンを複数有する。タッチ位置検出部２３は、各印加パターンにおける仮ポインタを演算する仮ポインタ演算部２３１と、仮ポインタと原点とを通る直線を演算する直線演算部２３２と、直線の交点を演算する交点演算部２３３と、前記交点に基づいてタッチ位置を演算するタッチ位置演算部２３４と、を備える。【選択図】図２
2020112950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電布および第２導電布と、
前記第１導電布および前記第２導電布の間に挟みこまれたスペーサと、
を備え、
前記第１導電布に、１つまたは複数の第１座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第１電極が設けられ、
前記第２導電布に、前記第１座標軸とは異なる１つまたは複数の第２座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第２電極が設けられたタッチセンサにおける、タッチ位置を検出するタッチ検出装置であって、
前記第１電極間および前記第２電極間に交互に電圧を印加する電圧印加部と、
前記第１導電布から出力される第１電圧および前記第２導電布から出力される第２電圧を測定する電圧測定部と、
前記検出された前記第１電圧および前記第２電圧に基づき、前記タッチ位置を検出するタッチ位置検出部と、
を備え、
前記電圧印加部は、前記第１電極間および前記第２電極間への各１回の電圧印加における、電圧が印加される前記第１電極の対および電圧の印加方向と、電圧が印加される前記第２電極の対および電圧の印加方向との印加パターンを複数有し、
前記タッチ位置検出部は、
前記各印加パターンにおいて、前記電圧測定部によって測定された前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて仮ポインタを演算する仮ポインタ演算部と、
前記各印加パターンにおいて演算された前記仮ポインタと、当該仮ポインタの検出基準点となる前記第１座標軸および前記第２座標軸の原点とを通る直線を演算する直線演算部と、
前記各印加パターンにおいて演算された前記直線の交点を演算する交点演算部と、
前記交点に基づいて前記タッチ位置を演算するタッチ位置演算部と、
を備える、タッチ検出装置。
【請求項２】
前記タッチ位置演算部は、前記交点が複数存在する場合、前記交点の重心を前記タッチ位置として演算する、請求項１に記載のタッチ検出装置。
【請求項３】
前記第１電極は、ｘ軸方向に対向するように１対設けられ、
前記第２電極は、ｙ軸方向に対向するように１対設けられ、
前記電圧印加部は、前記第１電極間および前記第２電極間への各１回の電圧印加における、前記第１電極間の電圧の印加方向と、前記第２電極間の電圧の印加方向との印加パターンを複数有する、請求項１または２に記載のタッチ検出装置。
【請求項４】
前記電圧印加部は、
前記第１電極間の電圧の印加方向が第１方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が第２方向である第１印加パターンと、
前記第１電極間の電圧の印加方向が前記第１方向と反対の第３方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が前記第２方向である第２印加パターンと、
前記第１電極間の電圧の印加方向が前記第３方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が前記第２方向と反対の第４方向である第３印加パターンと、
前記第１電極間の電圧の印加方向が前記第１方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が前記第４方向である第４印加パターンと、
の４つの印加パターンを有する、請求項３に記載のタッチ検出装置。
【請求項５】
前記仮ポインタと、当該仮ポインタに対応する原点との距離の平均に基づいて押圧力を計測する押圧力計測部をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載のタッチ検出装置。
【請求項６】
前記第１導電布および前記第２導電布は綾織導電布である、請求項１〜５のいずれかに記載のタッチ検出装置。
【請求項７】
第１導電布および第２導電布と、前記第１導電布および前記第２導電布の間に挟みこまれたスペーサと、を備え、前記第１導電布に、１つまたは複数の第１座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第１電極が設けられ、前記第２導電布に、前記第１座標軸とは異なる１つまたは複数の第２座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第２電極が設けられたタッチセンサと、
前記タッチセンサにおけるタッチ位置を検出するタッチ検出装置と、
を備えるセンサシステムであって、
前記タッチ検出装置は、請求項１〜６のいずれかに記載のタッチ検出装置である、センサシステム。
【請求項８】
前記タッチ検出装置は、請求項５に記載のタッチ検出装置であり、
前記タッチセンサが、ユーザの足裏に押圧される位置に設けられる、請求項７に記載のセンサシステム。
【請求項９】
ディスプレイと、
前記ディスプレイに表示される画面にポインティングを行うためのポインティングデバイスと、を備えるナビゲーションシステムであって、
前記ポインティングデバイスとして、請求項７に記載のセンサシステムを備えるナビゲーションシステム。
【請求項１０】
操作対象と、
前記操作対象に指示を送信するためのインターフェースと、を備えた操作システムであって、
前記インターフェースとして、請求項７に記載のセンサシステムを備える操作システム。
【請求項１１】
前記操作対象は、ユーザのベッドおよびナースコール装置の少なくともいずれかを含み、
前記センサシステムのタッチセンサは、前記ユーザの衣服に取り付けられる、請求項１０に記載の操作システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電布を用いたタッチセンサにおけるタッチ位置を検出するタッチ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、技術の発展によるコンピュータの小型化に伴い、スマートウォッチやヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などのウェアラブルデバイスが急速に普及し始めている。ウェアラブルデバイスは常時身体に装着しての使用が主となるため、柔軟性や通気性を保つことが求められる。しかし既存のウェアラブルデバイスの多くは金属などの硬い素材で構成されており、装着時にその機械感や存在感を強く意識させてしまう問題がある。
【０００３】
上記の問題を解決するため、テキスタイルインタフェースに関する研究が行われている。テキスタイルインタフェースとは糸や布を用いて製造される入力装置のことであり、柔軟な繊維素材でデバイスを構成することにより、通常の衣服に近い着用感を実現している。そのようなテキスタイルインタフェースの一種として、例えば非特許文献１には、抵抗膜方式のタッチセンサを応用した、導電布を用いたタッチセンサが開示されている。
【０００４】
図１は、導電布を用いたタッチセンサ１０の分解斜視図である。タッチセンサ１０は、上部導電布１１と、下部導電布１２と、これらの間に挟みこまれたスペーサ１３と、を備えている。上部導電布１１および下部導電布１２は、繊維素材で構成された布に金属コーティングを施した綾織導電布である。また、上部導電布１１のｘ方向の両端には１対の電極Ｘ１，Ｘ２が設けられており、下部導電布１２のｙ方向の両端には１対の電極Ｙ１，Ｙ２が設けられている。各電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２には、それぞれ端子Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄを介して電圧を印加するための配線が接続されている。
【０００５】
圧力が加えられていない状態では、上部導電布１１と下部導電布１２とは、スペーサ１３によって絶縁されている。タッチ操作により圧力が加えられると、上部導電布１１と下部導電布１２とがタッチ位置において接触する。このとき、上部導電布１１の電極Ｘ１，Ｘ２間に電圧を印加して、上部導電布１１から出力される電圧を下部導電布１２の電極Ｙ１あるいは電極Ｙ２で検出し、続いて、下部導電布１２の電極Ｙ１，Ｙ２間に電圧を印加して、下部導電布１２から出力される電圧を上部導電布１１の電極Ｘ１あるいは電極Ｘ２で検出する。これらの電圧は、接触点に応じて、それぞれＸ方向およびＹ方向に分圧された電圧値となるため、該電圧値に基づいてタッチ位置を検出する仕組みである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】小野圭介、外１名、「Textile++:抵抗膜方式を用いたテキスタイルインタフェース」、修士論文、首都大学東京、２０１８年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載のものと同等のタッチセンサを用いた実験では、タッチセンサの電圧計測基準点に近い位置を押下した場合には計測基準点に近い位置が反応するが、押下する位置が計測基準点から離れてゆくにつれて押下する位置に対し基準点側が反応し、ポインタ（検出されたタッチ位置）が基準点から離れにくくなる現象が確認された。これは導電布の抵抗値が均一でないことに由来すると考えられる。
【０００８】
また、タッチセンサを押下する際、押下する力（押圧力）が強ければ強いほどポインタが原点（計測基準点）から離れる現象が見られた。具体的には、タッチセンサ上の一点を押下した際、力を加えるにつれポインタは原点から押下した座標に向かって線形に離れ、力を弱めるとポインタが原点に近づくことが確認された。これは、押圧力に応じて、導電布同士の接触面積が変化し、これに伴い抵抗値も変化することに由来すると考えられる。
【０００９】
以上のように、非特許文献１に記載のタッチセンサでは、導電布の抵抗値の不均一性、および、押圧力による導電布同士の接触面積のバラツキによって、タッチ位置の検出精度が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、導電布を用いたタッチセンサのタッチ位置を、押圧力の強弱に関わらず高い精度で検出できるタッチ検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は下記の態様を有する。
項１．
第１導電布および第２導電布と、
前記第１導電布および前記第２導電布の間に挟みこまれたスペーサと、
を備え、
前記第１導電布に、１つまたは複数の第１座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第１電極が設けられ、
前記第２導電布に、前記第１座標軸とは異なる１つまたは複数の第２座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第２電極が設けられたタッチセンサにおける、タッチ位置を検出するタッチ検出装置であって、
前記第１電極間および前記第２電極間に交互に電圧を印加する電圧印加部と、
前記第１導電布から出力される第１電圧および前記第２導電布から出力される第２電圧を測定する電圧測定部と、
前記検出された前記第１電圧および前記第２電圧に基づき、前記タッチ位置を検出するタッチ位置検出部と、
を備え、
前記電圧印加部は、前記第１電極間および前記第２電極間への各１回の電圧印加における、電圧が印加される前記第１電極の対および電圧の印加方向と、電圧が印加される前記第２電極の対および電圧の印加方向との印加パターンを複数有し、
前記タッチ位置検出部は、
前記各印加パターンにおいて、前記電圧測定部によって測定された前記第１電圧および前記第２電圧に基づいて仮ポインタを演算する仮ポインタ演算部と、
前記各印加パターンにおいて演算された前記仮ポインタと、当該仮ポインタの検出基準点となる前記第１座標軸および前記第２座標軸の原点とを通る直線を演算する直線演算部と、
前記各印加パターンにおいて演算された前記直線の交点を演算する交点演算部と、
前記交点に基づいて前記タッチ位置を演算するタッチ位置演算部と、
を備える、タッチ検出装置。
項２．
前記タッチ位置演算部は、前記交点が複数存在する場合、前記交点の重心を前記タッチ位置として演算する、項１に記載のタッチ検出装置。
項３．
前記第１電極は、ｘ軸方向に対向するように１対設けられ、
前記第２電極は、ｙ軸方向に対向するように１対設けられ、
前記電圧印加部は、前記第１電極間および前記第２電極間への各１回の電圧印加における、前記第１電極間の電圧の印加方向と、前記第２電極間の電圧の印加方向との印加パターンを複数有する、項１または２に記載のタッチ検出装置。
項４．
前記電圧印加部は、
前記第１電極間の電圧の印加方向が第１方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が第２方向である第１印加パターンと、
前記第１電極間の電圧の印加方向が前記第１方向と反対の第３方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が前記第２方向である第２印加パターンと、
前記第１電極間の電圧の印加方向が前記第３方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が前記第２方向と反対の第４方向である第３印加パターンと、
前記第１電極間の電圧の印加方向が前記第１方向であり、前記第２電極間の電圧の印加方向が前記第４方向である第４印加パターンと、
の４つの印加パターンを有する、項３に記載のタッチ検出装置。
項５．
前記仮ポインタと、当該仮ポインタに対応する原点との距離の平均に基づいて押圧力を計測する押圧力計測部をさらに備える、項１〜４のいずれかに記載のタッチ検出装置。
項６．
前記第１導電布および前記第２導電布は綾織導電布である、項１〜５のいずれかに記載のタッチ検出装置。
項７．
第１導電布および第２導電布と、前記第１導電布および前記第２導電布の間に挟みこまれたスペーサと、を備え、前記第１導電布に、１つまたは複数の第１座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第１電極が設けられ、前記第２導電布に、前記第１座標軸とは異なる１つまたは複数の第２座標軸方向に対向するように設けられた１対または複数対の第２電極が設けられたタッチセンサと、
前記タッチセンサにおけるタッチ位置を検出するタッチ検出装置と、
を備えるセンサシステムであって、
前記タッチ検出装置は、項１〜６のいずれかに記載のタッチ検出装置である、センサシステム。
項８．
前記タッチ検出装置は、項５に記載のタッチ検出装置であり、
前記タッチセンサが、ユーザの足裏に押圧される位置に設けられる、項７に記載のセンサシステム。
項９．
ディスプレイと、
前記ディスプレイに表示される画面にポインティングを行うためのポインティングデバイスと、を備えるナビゲーションシステムであって、
前記ポインティングデバイスとして、項７に記載のセンサシステムを備えるナビゲーションシステム。
項１０．
操作対象と、
前記操作対象に指示を送信するためのインターフェースと、を備えた操作システムであって、
前記インターフェースとして、項７に記載のセンサシステムを備える操作システム。
項１１．
前記操作対象は、ユーザのベッドおよびナースコール装置の少なくともいずれかを含み、
前記センサシステムのタッチセンサは、前記ユーザの衣服に取り付けられる、項１０に記載の操作システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導電布を用いたタッチセンサのタッチ位置を、押圧力の強弱に関わらず高い精度で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】タッチセンサの分解斜視図である。
【図２】センサシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】従来の手法によって検出したポインタの押圧力に関する特性を示すグラフである。
【図４】従来の手法によって検出したポインタの押下する位置に関する特性の説明図である。
【図５】ポインタと実際のタッチ位置と原点との関係を示す図である。
【図６】電圧印加部の構成例を示す図である。
【図７】４つの印加パターンの例を示す図である。
【図８】仮ポインタの例を示す図である。
【図９】仮ポインタと原点とを通る直線の例を示す図である。
【図１０】理論上の直線とタッチ位置との関係を示す図である。
【図１１】実際の直線とタッチ位置との関係を示す図である。
【図１２】電極の他の構成例を示す図である。
【図１３】六角形である導電布の平面図、および、電圧印加方向に対応する座標軸の説明図である。
【図１４】押圧力と仮ポインタとの関係を示す説明図である。
【図１５】実施例における可視化の実行画面の一例である。
【図１６】実施例に係るタッチセンサを用いたウェアラブルデバイスの実装例を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
（全体構成）
図２は、本発明の一実施形態に係るセンサシステム１の概略構成を示すブロック図である。センサシステム１は、タッチセンサ１０と、タッチ検出装置２０とを備えている。
【００１６】
タッチセンサ１０は、図１に示すタッチセンサ１０と同一のものを使用することができる。すなわち、タッチセンサ１０は、上部導電布（第１導電布）１１と、下部導電布（第２導電布）１２と、これらの間に挟みこまれたスペーサ１３と、を備えている。上部導電布１１および下部導電布１２は、繊維素材で構成された布に金属コーティングを施した綾織導電布である。
【００１７】
また、上部導電布１１のｘ方向の両端には１対の電極（第１電極）Ｘ１，Ｘ２が設けられており、下部導電布１２のｙ方向の両端には１対の電極（第２電極）Ｙ１，Ｙ２が設けられている。各電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２には、それぞれ端子Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄを介して電圧を印加あるいは検出するための配線が接続されている。スペーサ１３としては、例えばメッシュ生地を用いることができる。
【００１８】
図２に示すタッチ検出装置２０は、タッチセンサ１０におけるタッチ位置を検出する装置である。タッチ検出装置２０の具体的な機能については、後述する。
【００１９】
（タッチセンサの特性）
非特許文献１における従来の手法では、上部導電布１１の電極Ｘ１，Ｘ２間に電圧（電極Ｘ１に低電圧、電極Ｘ２に高電圧）を印加して、上部導電布１１から出力される電圧を検出し、続いて、下部導電布１２の電極Ｙ１，Ｙ２間に電圧（電極Ｙ１に低電圧、電極Ｙ２に高電圧）を印加して、下部導電布１２から出力される電圧を検出している。これらの電圧に基づいて検出されたタッチ位置（以下、検出されたタッチ位置を「ポインタ」とも称する）は、［発明が解決しようとする課題］において説明したように、押下する力（押下する物体がタッチセンサに及ぼす力、以下「押圧力」とも称する）に応じて変化する。ここで、本発明者らは、ポインタのｘ座標とｙ座標の変化量の比率が、押圧力に関わらずほぼ一定であることを見出した。
【００２０】
図３は、従来の手法によって検出したポインタの押圧力に関する特性を示すグラフである。具体的には、図３（ａ）は、タッチセンサに接触した後、押圧力を強め、その後、押圧力を弱めた際のポインタの相対距離を示している。横方向は、時間に対応しており、縦方向は、ポインタの初期位置からの相対距離に対応している。また、図３（ｂ）は、タッチセンサに接触した後、押圧力を強め、その後、押圧力を弱めた際のポインタのｘ方向およびｙ方向の変化量の比率を示している。横方向は、時間に対応しており、縦方向は、ポインタのｘ方向およびｙ方向の変化量の比率に対応している。
【００２１】
図４は、従来の手法によって検出したポインタの押下する位置に関する特性の説明図である。具体的には、図４の各グラフは、ｙ方向の座標値に対応する電圧値（破線）およびｘ方向の座標値に対応する電圧値（実線）を示している。
【００２２】
図３および図４から、導電布の抵抗値の不均一性等に関わらず、タッチセンサ１０の原点（頂点）からタッチ位置への抵抗値のｘ方向、ｙ方向の変化量の比率は一定であることが見出された。すなわち、図５に示すように、押圧力に関わらず、ポインタは実際のタッチ位置と原点とを通る直線上に位置することが見出された。
【００２３】
（タッチ検出装置における検出処理）
図２に示すタッチ検出装置２０は、タッチセンサ１０の上述の特性を利用した処理を行うことにより、タッチ位置を高精度に検出することができる。
【００２４】
タッチ検出装置２０は、電圧印加部２１と、電圧測定部２２と、タッチ位置検出部２３とを備えている。また、タッチ検出装置２０の記憶部２４には、印加パターン情報が記憶されている。
【００２５】
電圧印加部２１は、図１に示す端子Ａ〜Ｄを介して電極Ｘ１，Ｘ２間（第１電極間）および電極Ｙ１，Ｙ２間（第２電極間）に交互に電圧を印加する機能を有している。図６は、電圧印加部２１の構成例を示す図である。電圧印加部２１は、４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備えている。電圧印加時には、これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４はそれぞれ、端子Ａ〜Ｄを介して電極Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２に印加される電圧を低電圧（０Ｖ）および高電圧（５Ｖ）のいずれかに切り替え可能に選択する。また、電圧測定時には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はそれぞれ、端子Ａ〜Ｄを介して電極Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２を電圧測定部２２に接続する。
【００２６】
さらに、電圧印加部２１は、電極Ｘ１，Ｘ２間および電極Ｙ１，Ｙ２間への各１回の電圧印加における、電極Ｘ１，Ｘ２への電圧の印加方向と、電極Ｙ１，Ｙ２への電圧の印加方向との印加パターンを複数有している。この印加パターンは印加パターン情報として記憶部２４に記憶されており、電圧印加部２１は、印加パターン情報を参照して、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を制御することにより、電極Ｘ１，Ｘ２および電極Ｙ１，Ｙ２に電圧を印加している。印加パターン情報の一例を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2020112950.tif 000003
【００２８】
表１において、Ｌは低電圧（０Ｖ）、Ｈは高電圧（５Ｖ）を意味する。印加パターン１（第１印加パターン）では、電極Ｘ１，Ｙ１に低電圧が印加され、電極Ｘ２，Ｙ２に高電圧が印加される。すなわち、図７（ａ）に示すように、電極Ｘ１，Ｘ２間の電圧の印加方向が、右方向（第１方向）であり、電極Ｙ１，Ｙ２間の電圧の印加方向が、下方向（第２方向）である。これにより、タッチ位置検出座標のｘ軸およびｙ軸は、それぞれ右方向（第１方向）および下方向（第２方向）が正方向となり、タッチセンサ１０の左上角が原点となる。
【００２９】
印加パターン２（第２印加パターン）では、電極Ｘ２，Ｙ１に低電圧が印加され、電極Ｘ１，Ｙ２に高電圧が印加される。すなわち、図７（ｂ）に示すように、電極Ｘ１，Ｘ２間の電圧の印加方向が、左方向（第３方向）であり、電極Ｙ１，Ｙ２間の電圧の印加方向が、下方向（第２方向）である。これにより、タッチ位置検出座標のｘ軸およびｙ軸は、それぞれ左方向および下方向が正方向となり、タッチセンサ１０の右上角が原点となる。
【００３０】
印加パターン３では、電極Ｘ２，Ｙ２に低電圧が印加され、電極Ｘ１，Ｙ１に高電圧が印加される。すなわち、図７（ｃ）に示すように、電極Ｘ１，Ｘ２間の電圧の印加方向が、左方向（第３方向）であり、電極Ｙ１，Ｙ２間の電圧の印加方向が、上方向（第４方向）である。これにより、タッチ位置検出座標のｘ軸およびｙ軸は、それぞれ左方向および上方向が正方向となり、タッチセンサ１０の右下角が原点となる。
【００３１】
印加パターン４では、電極Ｘ１，Ｙ２に低電圧が印加され、電極Ｘ２，Ｙ１に高電圧が印加される。すなわち、図７（ｄ）に示すように、電極Ｘ１，Ｘ２間の電圧の印加方向が、右方向（第１方向）であり、電極Ｙ１，Ｙ２間の電圧の印加方向が、上方向（第４方向）である。これにより、タッチ位置検出座標のｘ軸およびｙ軸は、それぞれ右方向および上方向が正方向となり、タッチセンサ１０の左下角が原点となる。
【００３２】
電圧印加部２１は、印加パターン１→印加パターン２→印加パターン３→印加パターン４→印加パターン１→印加パターン２→・・・・のように、印加パターン１〜４による電圧印加を所定の周期で繰り返す。この周期は、要求される検出速度に応じて適宜設定されるが、本実施形態では、例えば１／１２ｓｅｃである。なお、印加パターン１〜４の順序は特に限定されない。
【００３３】
電圧測定部２２は、上部導電布１１から出力される電圧（第１電圧）Ｖｘおよび下部導電布１２から出力される電圧（第２電圧）Ｖｙを測定する。測定された電圧Ｖｘ，Ｖｙは、ＡＤ変換されてタッチ位置検出部２３に入力される。電圧測定部２２の電極は、上部導電布１１の印加時には下部導電布１２の電極Ｙ１あるいは電極Ｙ２であり、下部導電布１２の印加時には上部導電布１１の電極Ｘ１あるいは電極Ｘ２である。
【００３４】
タッチ位置検出部２３は、電圧測定部２２によって測定された電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づき、タッチセンサ１０におけるタッチ位置を検出する。この機能を実現するために、タッチ位置検出部２３は、仮ポインタ演算部２３１と、直線演算部２３２と、交点演算部２３３と、タッチ位置演算部２３４とを備えている。なお、仮ポインタ演算部２３１、直線演算部２３２、交点演算部２３３およびタッチ位置演算部２３４の各機能ブロックは、集積回路などによってハードウェア的に実現されてもよいし、タッチ検出装置２０のＣＰＵが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されてもよい。
【００３５】
仮ポインタ演算部２３１は、各印加パターン１〜４において、電圧測定部２２によって測定された電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて仮ポインタを演算する。仮ポインタとは、電極Ｘ１，Ｘ２および電極Ｙ１，Ｙ２への各１回の電圧印加によって検出された電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて検出されたタッチ位置を意味する。本実施形態では、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、仮ポインタ演算部２３１は、各印加パターン１〜４に対応する４つの仮ポインタＰ１〜Ｐ４を演算する。
【００３６】
直線演算部２３２は、各印加パターン１〜４において演算された仮ポインタＰ１〜Ｐ４と、当該仮ポインタＰ１〜Ｐ４の検出基準点となる原点とを通る直線を演算する。まず、図９（ａ）に示すように、直線演算部２３２は、印加パターン１において演算された仮ポインタＰ１とｘ軸およびｙ軸の原点（左上）とを通る直線Ｌ１を演算する。同様に、直線演算部２３２は、図９（ｂ）に示すように、印加パターン２において演算された仮ポインタＰ２とｘ軸およびｙ軸の原点（右上）とを通る直線Ｌ２を演算し、図９（ｃ）に示すように、印加パターン３において演算された仮ポインタＰ３とｘ軸およびｙ軸の原点（右下）とを通る直線Ｌ３を演算し、図９（ｄ）に示すように、印加パターン４において演算された仮ポインタＰ４とｘ軸およびｙ軸の原点（左下）とを通る直線Ｌ４を演算する。
【００３７】
なお上記では、仮ポインタＰ１〜Ｐ４を演算した後に、直線Ｌ１〜Ｌ４を演算しているが、演算の順序はこれに限定されない。例えば、仮ポインタＰ１の演算→直線Ｌ１の演算→仮ポインタＰ２の演算→直線Ｌ２の演算→仮ポインタＰ３の演算→直線Ｌ３の演算→仮ポインタＰ４の演算→直線Ｌ４の演算のように、１つの印加パターンごとに、仮ポインタおよび直線の演算を行ってもよい。
【００３８】
ここで、従来のタッチ位置検出方法では、１つの印加パターン（例えば印加パターン１）において演算された仮ポインタを、最終的なタッチ位置として検出している。一方、本実施形態では、４つの印加パターン（すなわち、原点の異なる４種類の座標）における仮ポインタＰ１〜Ｐ４を検出し、座標の原点と仮ポインタとを通る直線Ｌ１〜Ｌ４を演算している。タッチセンサ１０の上述の特性に従うと、理論上は図１０に示すように、実際のタッチ位置Ｔは、押圧力に関わらず直線Ｌ１〜Ｌ４上に位置することになる。
【００３９】
交点演算部２３３は、各印加パターン１〜４において演算された直線Ｌ１〜Ｌ４の交点を演算する。実際のタッチセンサ１０では、仮ポインタの検出誤差やタッチセンサ１０における上部導電布１１と下部導電布１２のずれ（伸縮具合や取り付け位置の不一致）、電極Ｘ１，Ｘ２と電極Ｙ１，Ｙ２のずれ（接着具合や取り付け位置の不一致）などにより、直線Ｌ１〜Ｌ４が実際のタッチ位置からずれることが多いため、図１０とは異なり、直線Ｌ１〜Ｌ４は複数個所（最大６箇所）で交わる。本実施形態では、図１１に示すように、直線Ｌ１〜Ｌ４は６つの交点Ｃ１〜Ｃ６で交わったとする。
【００４０】
交点Ｃ１〜Ｃ６を演算する基準となる座標軸は、印加パターン１〜４における座標軸のいずれであってもよいが、本実施形態では、印加パターン１における座標軸を基準とする。したがって、交点演算部２３３は、直線Ｌ２〜Ｌ４を表す式を印加パターン１における座標軸を基準とした式に変換した上で、直線Ｌ１〜Ｌ４の交点を演算する。
【００４１】
タッチ位置演算部２３４は、交点Ｃ１〜Ｃ６に基づいてタッチ位置を演算する。具体的には、本実施形態では、交点Ｃ１〜Ｃ６を結んで形成される図形の重心をタッチ位置として演算する。すなわち、交点Ｃ１〜Ｃ６のＸ座標の平均およびＹ座標の平均をタッチ位置の座標とする。
【００４２】
上述のように、理論上は、実際のタッチ位置は押圧力に関わらず直線Ｌ１〜Ｌ４上に位置することになる。そのため、仮ポインタの検出誤差などを勘案しても、実際のタッチ位置は、導電布の抵抗値の不均一性や押圧力に関わらず直線Ｌ１〜Ｌ４の近傍に位置することになる。すなわち、押圧力が変化しても、直線Ｌ１〜Ｌ４はあまり変動しない。そのため、交点Ｃ１〜Ｃ６の位置および交点Ｃ１〜Ｃ６の重心も、押圧力に関わらずほぼ一定となる。したがって、交点Ｃ１〜Ｃ６の重心をタッチ位置とすることで、導電布の抵抗値の不均一性や、押圧力の強弱に関わらず、実際のタッチ位置を高い精度で検出することができる。
【００４３】
図１１に示す例では、交点Ｃ１〜Ｃ６は比較的密集しているが、交点Ｃ１〜Ｃ６の一部が他の交点から大きく離れている場合は、当該一部の交点をタッチ位置の演算から除外して、密集している他の交点のみに基づいてタッチ位置を演算することが望ましい。例えば、実際のタッチ位置がタッチセンサ１０の対角線上付近にある場合、直線Ｌ１〜Ｌ４のうち、少なくとも２つの直線は、対角線に近似するため、当該２つの直線の交点は、仮ポインタの僅かな検出誤差によって大きく変動する。そこで、対角線に近似する２つの直線の交点が他の交点から大きく離れた場合、当該２つの直線の交点をタッチ位置の演算から除外する。これにより、タッチ位置の検出誤差を低減することができる。
【００４４】
なお、直線Ｌ１〜Ｌ４が１つの交点で交わった場合は、当該交点をタッチ位置とする。また、直線Ｌ１〜Ｌ４のうち２つの直線が重なり合った場合は、重なり合った直線を１つの直線とみなして、交点を演算する。
【００４５】
以上のように、本実施形態では、原点の異なる４種類の座標における仮ポインタを検出し、各座標の原点および各仮ポインタを通る直線の交点に基づいて、実際のタッチ位置を検出している。これらの直線は、押圧力が変化してもあまり変動しないため、１つの印加パターンにおける仮ポインタを最終的なタッチ位置として検出している従来手法に比べ、タッチ位置の検出精度を大幅に向上させることができる。よって、本実施形態に係るタッチ位置検出装置２０は、押圧力の強弱に関わらずタッチセンサ１０のタッチ位置を高い精度で検出できる。
【００４６】
（付記事項）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００４７】
上記実施形態では、図１に示すように、電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各々に１つの端子を介して電圧印加していたが、電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の各々に２つの端子を介して電圧印加してもよい。例えば、図１２に示すように、電極Ｘ１に端子Ａ，Ｇを設け、電極Ｘ２に端子Ｃ，Ｅを設け、電極Ｙ１に端子Ｂ，Ｈを設け、電極Ｙ２に端子Ｄ，Ｆを設けてもよい。この場合、例えば下記の表２のように電圧を印加することにより、電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の抵抗の影響を抑えられるため、タッチ位置の検出精度をさらに高めることができる。
【００４８】
【表２】
2020112950.tif 000004
【００４９】
また、上記実施形態では、電圧印加部２１は４つの印加パターンを有していたが、印加パターンの数は複数であれば特に限定されない。例えば、印加パターンが２つの場合、原点の異なる２種類の座標における２つの仮ポインタを検出し、各座標の原点と各仮ポインタとを通る２つの直線を演算し、これらの２つの直線の交点をタッチ位置として検出する。ただし、前記２つの直線が、タッチセンサ１０の対角線に近似する場合、直線の交点は仮ポインタの僅かな検出誤差によって大きく変動するため、タッチ位置によっては誤差が生じやすくなる。そのため、印加パターンは３つ以上が望ましい。
【００５０】
また、上記実施形態では、タッチセンサ１０の外形が四角形であったが、本発明ではこれに限定されない。例えば、タッチセンサ１０は、三角形や五角形以上の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、上部導電布１１が１対の電極（第１電極）Ｘ１，Ｘ２を備え、下部導電布１２が１対の電極（第２電極）Ｙ１，Ｙ２を備えていたが、本発明はこれに限定されない。特に、タッチセンサ１０の外形が五角形以上の多角形または円形の場合、上部導電布１１が複数対の第１電極を備え、下部導電布１２が複数対の第２電極を備えてもよい。この場合、印加パターン情報には、第１電極間および第２電極間の電圧の印加方向の情報だけでなく、電圧が印加される第１電極の対および第２電極の対の情報も含まれる。
【００５２】
例えば、図１３に示すように、外形が六角形の上部導電布１１’および下部導電布１２’の場合、上部導電布１１’において、中心を挟んで対向する第１電極が３対存在し、下部導電布１２’において、中心を挟んで対向する第２電極が３対存在する。すなわち、第１座標軸は、ｘ１軸、ｘ２軸、ｘ３軸の３つ存在し、第２座標軸も、ｙ１軸、ｙ２軸、ｙ３軸の３つ存在することとなる。そのため、実質的にタッチ位置を検出できる座標軸の組み合わせ（電圧が印加される第１電極および第２電極の組み合わせ）は、（ｘ１，ｙ２）、（ｘ１，ｙ３）、（ｘ２，ｙ１）、（ｘ２，ｙ３）、（ｘ３，ｙ１）、（ｘ３，ｙ２）の６通りとなる。さらに、各組み合わせにおいて、電圧の印加方向の組み合わせが４通り存在するため、印加パターンは最大２４通り存在することとなる。
【００５３】
また、上記実施形態では、タッチ検出装置２０は、タッチセンサ１０におけるタッチ位置のみを検出していたが、押圧力も計測する構成としてもよい。図１４（ａ）および（ｂ）は、押圧力が大きい場合と小さい場合の、タッチ位置Ｔと仮ポインタＰ１〜Ｐ４との関係を示す説明図である。これらの図から、押圧力が大きいほど、仮ポインタは原点から離れ、タッチ位置Ｔに近づくことが分かる。よって例えば、各仮ポインタと、当該仮ポインタに対応する原点からの距離の平均に基づいて、押圧力を演算することができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、図２に示すタッチ検出装置２０を１つの装置で構成していたが、複数の装置で構成してもよい。例えば、電圧測定部２２および電圧印加部２３を専用のモジュールで構成し、タッチ位置検出部２３を汎用のコンピュータで構成してもよい。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。
【００５６】
（タッチセンサの作製）
本実施例では、以下の手順でタッチセンサを作製した。
１．綾織の導電布（Ｓｐａｒｋｆｕｎ  ＣＯＭ−１４１１２）を１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形状に切り取り、上部導電布１１および下部導電布１２を作製した。また、メッシュ生地を１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形状に切り取りスペーサ１３を作製した。
２．導電性テープ４枚、ふちどり広巾４枚をそれぞれ１０ｃｍ×１ｃｍの大きさに切り取った。
３．２０ｃｍ以上の長さの導線を８本用意した。
４．４枚の導電性テープそれぞれの両端に導線を半田付けした。
５．スペーサ１３の４辺それぞれにふちどり広巾を取り付けた。
６．ふちどり広巾を縫い付けた位置の裏表それぞれに、上部導電布１１および下部導電布１２を取り付けた。
７．上部導電布１１の上下端および下部導電布１２の左右端に、導電性テープを貼り付けることにより、上部導電布１１に電極Ｘ１，Ｘ２を取り付け、下部導電布１２に電極Ｙ１，Ｙ２を取り付けた。
８．電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１、Ｙ２のそれぞれに、２本の導線を半田付けした。これにより、図１２に示すように、合計８つの端子Ａ〜Ｈを介して電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１、Ｙ２に銅線を接続した。
【００５７】
以上の手順により、それぞれ２つの端子が設けられた電極Ｘ１，Ｘ２を有する上部導電布１１と、それぞれ２つの端子が設けられた電極Ｙ１，Ｙ２を有する下部導電布１２と、上部導電布１１および下部導電布１２の間に挟みこまれたスペーサ１３とを備えるタッチセンサを作製した。
【００５８】
（ソフトウェア）
本実施例では、図２に示すタッチ位置検出部２３は、ソフトウェアによって実現した。非特許文献１に開示されているＴＥＸＴＩＬＥ＋＋はオープンソースとしてＷｅｂ上に製作方法・ソースコードが公開されているが、本実施例では、このソースコードを応用してソフトウェアの実装を行なった。仮ポインタの計測にはＴＥＸＴＩＬＥ＋＋と同様にＡｒｄｕｉｎｏを利用した。非特許文献１では、タッチ位置の可視化にｏｐｅｎＦｒａｍｅ−ｗｏｒｋｓを利用していたが、本実施例ではＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇを利用して可視化を行なった。
【００５９】
非特許文献１に公開されているソースコードでは、Ａｒｄｕｉｎｏの３箇所のアナログピンと１箇所のデジタルピンを用いて４線式抵抗膜タッチセンサの原理でタッチした点を認識するよう設計されているが、本実施例ではその仕組みに以下の手順で変更を加えた。
１．Ａｒｄｕｉｎｏの３箇所のアナログピンと１箇所のデジタルピンを用いていたものを、４箇所すべてアナログピンを用いるように変更した。
２．ＴＥＸＴＩＬＥ＋＋の４線式抵抗膜タッチセンサの検出原理を、本実施例ではさらに４箇所の点を基準として繰り返し行うため、４種類の異なるピンの組み合わせ（印加パターン）で仮ポインタの演算を４回繰り返すように変更した。
【００６０】
仮ポインタの演算に使用するソースコードをＡｒｄｕｉｎｏ ＭＥＧＡ １２８０に書き込み、８本のアナログピン（Ａ０−Ａ７）にタッチセンサの端子Ａ〜Ｈを接続することで、原点の異なる４種類の座標における４つの仮ポインタを取得した。取得した仮ポインタはシリアル通信でＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇに送信し、仮ポインタと各原点とを通る直線の描画、直線の交点および交点の重心の計算、ならびに可視化を、Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇで処理した。可視化の実行画面を図１５に示す。
【００６１】
（アプリケーション）
本実施例で作製したタッチセンサを用いたウェアラブルデバイスを製作し、そのウェアラブルデバイスを通じて制御する音楽プレイヤを実装した。図１６に示すように、ＭＡ−１ジャケットの左胸部内側にタッチセンサを取り付け、タッチセンサからＡｒｄｕｉｎｏ ＭＥＧＡ １２８０ を通してＰｒｃｅｓｓｉｎｇで製作したアプリケーションを制御した。
【００６２】
タッチセンサをタップすることで音楽を再生・一時停止し、左右にスワイプすることで再生するトラックの変更、上下にスワイプすることで音量の変更を行うことができた。なお、ジャケットの内側にタッチセンサを取り付けたことにより、ジャケットのどの部分にタッチセンサが搭載されているか視覚的に分からなくなることを防ぐために、タッチセンサを縫い付けた場所に衣類用スプレーでステンシル塗装を行なった。
【００６３】
上下左右方向のスワイプの判定については、縦方向のスワイプと横方向のスワイプを判定させ、次にｘ、ｙ方向の座標値の増加・減少によって上下方向・左右方向のスワイプを判定させた。縦方向・横方向の判定には５００ｍｓｅｃ間のスワイプの軌跡に外接する長方形を描画させ、その縦横比によって縦方向であるか横方向であるかを判定した。その長方形の中で軌跡が増加方向に移動したか減少方向に移動したかによって、上下・左右の合計４パターンのスワイプを認識させた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るセンサシステムは、タッチセンサへのタッチ位置や押圧力に基づいて制御等を行うあらゆる用途に適用できる。以下、適用例を３例記載する。
【００６５】
（ナビゲーションシステム）
通常のカーナビゲーションシステムでは、ドライバが運転席からカーナビゲーションシステムを操作する場合、ディスプレイ等に手が届くように体を前方に起こす必要がある。これに対し、本発明に係るセンサシステムは、ディスプレイに表示される画面にポインティングを行うためのポインティングデバイスとして適用できる。例えば、画面にマウスポインタを表示し、ドライバの衣服（大腿部など）にタッチセンサを装着し、タッチセンサに対して、ノートパソコンのトラックパッドのように操作することで、ドライバは前方に屈むことなく、マウスポインタの移動や、選択操作を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明に係るセンサシステムは、カーナビゲーションシステムに限らず、車以外の乗物のナビゲーションシステムにも適用できる。
【００６７】
（医療用・介護用操作システム）
通常の医療用・介護用ベッドには、昇降用ボタンやナースコールなどの様々なインターフェースが設けられているが、体の不自由なユーザ（患者、被介護者）にとって、そのようなインターフェースを操作することが難しい場合がある。これに対し、ベッドやナースコール装置などの操作対象に指示を送信するためのインターフェースとして、本発明に係るセンサシステムを用いることができる。タッチセンサをユーザの衣服（腰の裾など）に取り付けることにより、ユーザは、衣服をつまむだけで操作対象を操作することができる。さらに、衣服をつまむ位置に応じて、操作の種類を異ならせることができる。
【００６８】
（足裏の重心変動計測）
歩行リハビリ等では足裏にかかる圧力を計測する。現状では、主に感圧マットが使用されているが、歩行範囲が制限されるという問題がある。靴のインソールへのセンサ内蔵の手法も提案されているが、そのようなセンサは高額であり大型であるという問題もある。
【００６９】
そこで、タッチ検出装置が、押圧力を計測可能な場合、タッチセンサをユーザの足裏に押圧される位置（靴のインソールなど）に設けることにより、本発明に係るセンサシステムを、足裏の重心変動計測装置として用いることができる。これにより、それぞれの足裏の押圧力とその重心を計測することができ、従来のセンサより安価で小型である。
【符号の説明】
【００７０】
１      センサシステム
１０    タッチセンサ
１１    上部導電布（第１導電布）
１１’  上部導電布（第１導電布）
１２    下部導電布（第２導電布）
１２’  下部導電布（第２導電布）
１３    スペーサ
２０    タッチ検出装置
２１    電圧印加部
２２    電圧測定部
２３    タッチ位置検出部
２３    電圧印加部
２４    記憶部
２３１  仮ポインタ演算部
２３２  直線演算部
２３３  交点演算部
２３４  タッチ位置演算部
Ａ〜Ｈ  端子
Ｃ１〜Ｃ６  交点
Ｌ１〜Ｌ４  直線
Ｐ１〜Ｐ４  仮ポインタ
ＳＷ１〜ＳＷ４  スイッチ
Ｔ    タッチ位置
Ｖｘ  電圧（第１電圧）
Ｖｙ  電圧（第２電圧）
Ｘ１，Ｘ２  電極（第１電極）
Ｘ１，Ｙ１  電極（第２電極）
【図１】
2020112950.tif 000005
【図２】
2020112950.tif 000006
【図３】
2020112950.tif 000007
【図４】
2020112950.tif 000008
【図５】
2020112950.tif 000009
【図６】
2020112950.tif 000010
【図７】
2020112950.tif 000011
【図８】
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【図９】
2020112950.tif 000013
【図１０】
2020112950.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2020112950.tif 000016
【図１３】
2020112950.tif 000017
【図１４】
2020112950.tif 000018
【図１５】
2020112950.tif 000019
【図１６】
2020112950.tif 000020