(57)【要約】【課題】  追従性及び変動除去性に優れた座標平滑化手段を持つ座標入力システムを提供すること。【解決手段】  第１の平滑化手段、例えばローパスフィルタ、及び第２の平滑化手段、例えば移動平均、を持ち、座標入力領域内で、入力ペンもしくは指等の座標指示手段の座標を検出できない状態から検出できる状態になった時点で前記第１及び第２の平滑化手段を初期化し、それ以降、前記座標指示手段の座標を検出できる間、前記座標指示手段の座標に第１の平滑化手段を、続けて第２の平滑化手段を適用する。【選択図】図１
2014106836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元平面状の座標入力面及び該座標入力面上の空間からなる座標入力領域における座標指示手段の座標及び前記座標指示手段のオンオフ状態を検出する座標検出手段と、時間的に連続して検出した座標を平滑化する座標平滑化手段と、平滑化した座標及びオンオフ状態を外部に送信する送信手段とからなり、前記座標平滑化手段は、第１の平滑化手段及び第２の平滑化手段を持ち、前記座標入力領域内で前記座標指示手段の座標を検出できない状態から検出できる状態になった時点で前記第１及び第２の平滑化手段を初期化し、それ以降、前記座標指示手段の座標を検出できる間、前記座標指示手段の座標に第１の平滑化手段を、続けて第２の平滑化手段を適用することを特徴とする座標入力システム。
【請求項２】
前記第１の平滑化手段はローパスフィルタであり、前記第２の平滑化手段は移動平均であることを特徴とする、請求項１に記載の座標入力システム。
【請求項３】
前記座標指示手段はペン先にスイッチを持つ入力ペンであり、前記オンオフ状態は、前記入力ペンのペン先が前記座標入力面に当接した状態をオン、当接していない状態をオフとする、請求項１乃至２に記載の座標入力システム。
【請求項４】
前記座標指示手段は使用者の指であり、前記オンオフ状態は前記使用者の指が座標入力面に接触している状態をオン、接触していない状態をオフとする、請求項１乃至２に記載の座標入力システム。
【請求項５】
前記座標指示手段のオンオフ状態がオフからオンに変化したとき、前記第１及び第２の平滑化手段を初期化することを特徴とする、請求項１乃至４に記載の座標入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指または入力ペンの位置及びタッチ状態を検出する座標入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、使用者の筆記動作を入力するものとして、ペンタブレットやタッチパネルが知られている。例えば、図６は長方形の座標入力面８を有する座標入力パネル１であり、均一な面抵抗体２に、面抵抗体２と電気的に接続するように、面抵抗体２を取り囲む抵抗性周囲電極３を配設しており、４頂点に検出電極４、５、６、及び７を備えている。検出電極４、５、６、及び７は、抵抗性周囲電極３と電気的に接続されている。座標入力面８は、面抵抗体２上にあり、抵抗性周囲電極３の内側の二次元平面である。
前記座標入力パネル１を用いた座標入力システムの座標検出方法として、座標入力パネル１が受信側であるような、座標指示手段である入力ペンから信号を発信し、静電容量結合もしくは直接の接触を介して、面抵抗体２が、入力ペンから発信された信号を受信する方法、更には面抵抗体２全体を電圧振動させて、座標指示手段である指又は導電物で指示した点の位置を入力パネル側で検出する方法、及び、信号伝達の方向がこれと逆であって、座標入力パネル１が発信側であるような、面抵抗体２の各部を信号駆動し、座標指示手段である入力ペンで受信する方法がある。
いずれの場合も、座標指示手段が座標入力面８に接しておらず、浮いている場合でも、座標入力面８の内部で浮上しているのであれば、ある程度の距離まで、座標指示手段の座標を検出することは可能である。座標指示手段の座標入力面８からの距離が大きくなるほど、信号が小さくなり、座標検出は困難になる。ここでは、座標入力面８及び座標入力面８上の座標検出可能な空間を、座標入力領域と称する。座標指示手段の、座標入力面８からの鉛直方向の位置は、信号の大きさを代替特性として、ある程度求めることができるが、ここでは、座標入力領域内の座標指示手段の座標と言う場合、座標入力面８内の二次元座標に限定する。また、座標入力領域の、座標入力面８からの鉛直方向の大きさは、計測方式による限界や、必要とする座標精度による制限などによって決められる。
座標入力パネル１が受信側である場合は、面抵抗体２の一点に出入りする電流の、４頂点（４、５、６、及び７）へ配分される電流値を計測するものが知られている（特許３２３７６２９号（特許文献１）参照）。一方、座標入力パネル１が発信側である場合は、面抵抗体２に、検出電極４、５、６、及び７を一定電位やグランドに振り分けて接続することによって外部から電位勾配を与え、座標指示手段である入力ペンによって指示座標点の電圧レベルを検出するものが知られている。座標指示手段である指や入力ペンで指示した座標入力領域内の位置の座標は、面抵抗体２に出入りする電流の４頂点への配分値、もしくは４頂点を駆動した際に座標指示手段である入力ペンで計測した電圧を用いて、計算される。
４頂点への電流の配分、もしくは４頂点の駆動の仕方としては、４頂点全てに電流を配分したり、４頂点全てを一定電位かグランドのどちらかに振り分けて接続する方法が知られている。また、４頂点を、対角にある２個を１組として２組に組分けし、２組を交互に選択してそれらの対角の２頂点に電流を配分したり、２組を交互に選択してそれらの対角の２頂点を一定電位とグランドに接続して対角方向に電位勾配を与えるような、対角方式が知られている（特許４１６８５３７号（特許文献２））。
座標入力パネル１が受信側であり、座標指示手段が指である場合は、座標入力面８内部の面抵抗体２（もしくは面抵抗体２上に形成された何らかのコーティング）の表面に、物理的にタッチしたこと自体を検出するための独立した手段を備えないことが多い。代わりに、指が指示する座標を計算するために測定する、検出電極４〜７に流れる電流値を流用したタッチ検出手段を備える。そのタッチ検出手段は、電流の合計値が、座標入力面８内部で指が指示した位置によってはそれほど変化せず、一方で指と面抵抗体２との距離によって大きく変化し、指と面抵抗体２との距離が小さい程大きいことを利用して、電流の合計値が予め定めた所定の閾値よりも大きくなった場合に、指が面抵抗体２にタッチしたと判別する。ここでは、指が面抵抗体２にタッチしているかいないかを、オンオフ状態という言葉で表現し、タッチしていると判別される状態であることをオン状態、そうでない状態をオフ状態と称することにする。
一方、座標指示手段が入力ペンである場合は、入力ペンのペン先にスイッチを設け、入力ペンの座標が座標入力領域内で検出され、ペン先が座標入力面８に当接していると判別される状態をオン状態、そうでない状態をオフ状態と称することにする。この判別のためには、ペン先に機械的なスイッチを設け、スイッチが押し込まれたらオン状態と認識するようにしてもよいし、感圧センサを設け、所定以上の圧力を検出したらオン状態と認識するようにしてもよい。
座標入力システムは、座標指示手段の座標、及び座標指示手段のオンオフ状態を、１秒間に数十回以上計測し、検出した座標指示手段の座標及びオンオフ状態を、それらを利用する後段の装置に送信する。
検出した座標指示手段の座標は、電気的なノイズ等による影響を受ける。このため、連続的に検出する座標指示手段の座標は、実際の座標指示手段の動きの他に、細かな変動を含む。また、使用者の意図しない震えや手振れによっても、座標の細かい変動が発生する。座標指示手段の座標が、座標入力領域内で検出され、再び検出されなくなるまでの一連の座標列は、前記のような細かな変動を含むことになる。座標入力システムは、座標指示手段の動きに対して良好な追従性を求められ、このため、ほぼ即時的に、これらの細かい変動を除去する座標平滑化手段を備える必要がある。
従来、このような目的に対して、以下のような手法が知られている。例えば、特許文献３には、過去の座標データを一定数記憶しておき、移動平均処理を施すことによって、細かい変動を除去する装置が提案されている。また、特許文献４には、フィルタによる平滑化と、フィルタのパラメータを動作中に変更することができる装置が提案されている。更に、特許文献５には、座標指示手段の動きが高速である場合に備えて、２種類の平均化手段を切り替えることができる装置が提案されている。
ところが、単純な移動平均は、ノイズ等による細かな変動の大きさにもよるが、平均処理をする数が少ないと、変動を十分に除去できず、一方で、平均処理する数を増大させると、追従性が悪くなったり、使用者が意図して動かした座標の軌跡の一部まで消えてしまったりすることがある。また、特許文献４及び５に提案されている装置は、フィルタのパラメータの変更、もしくは２種類の平滑化手段の切り替えを行うことにより、前記の問題に対応することができるが、平滑化手段の切り替えを手動で実施することになっており、使用者が、座標指示手段を用いてこれからどのような軌跡を描くか、予め考えて設定をする必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３２３７６２９号
【特許文献２】特許４１６８５３７号
【特許文献３】特開平８−２７２５３４号
【特許文献４】特開平８−１３７６０８号
【特許文献５】特開平６−２１４７０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、追従性及び変動除去性に優れた座標平滑化手段を持つ座標入力システム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】
【０００５】
本発明は、二次元平面状の座標入力面及び該座標入力面上の空間からなる座標入力領域における座標指示手段の座標及び前記座標指示手段のオンオフ状態を検出する座標検出手段と、時間的に連続して検出した座標を平滑化する座標平滑化手段と、平滑化した座標及びオンオフ状態を外部に送信する送信手段とからなり、前記座標平滑化手段は、第１の平滑化手段及び第２の平滑化手段を持ち、前記座標入力領域内で前記座標指示手段の座標を検出できない状態から検出できる状態になった時点で前記第１及び第２の平滑化手段を初期化し、それ以降、前記座標指示手段の座標を検出できる間、前記座標指示手段の座標に第１の平滑化手段を、続けて第２の平滑化手段を適用する座標入力システムを第１の要旨とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による座標入力システムによれば、２つの平滑化手段を連続的に適用することにより、双方の長所を活用することができる。例えば、ローパスフィルタによって高速な変動を除去する一方、更に移動平均処理をすることによって、ローパスフィルタで除去しきれない低速且つ細かい変動を除去することができる。最初にローパスフィルタを適用することにより、次の移動平均の際に、平均処理の数をそれほど大きくしなくても、十分な効果を得ることができる。
また、座標指示手段のオンオフ状態がオフからオンに変化したときに、平滑化手段を初期化することにより、例えば、始筆時に軌跡が特に急激に変化するような場合に、オンオフ状態を考慮せずに平滑化を行うと発生することがある、平滑化による偽の軌跡を生じるようなことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態を示す模式図
【図２】第２の実施の形態を示す模式図
【図３】第１の実施例及び比較例（高速描画時）の座標データを示す図
【図４】第１の実施例及び比較例（低速描画時）の座標データを示す図
【図５】第２の実施例の座標データを示す図
【図６】従来の長方形の座標入力パネル
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面に従って、本発明に係る座標入力システムの好ましい実施の形態について詳説する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す模式図であり、入力パネルが受信側である場合である。指２１が座標入力パネル１１の座標入力領域内で指示した位置（（Ｘ，Ｙ）座標）を検出する座標入力システムの構成図である。面抵抗体１２は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に塗布、蒸着等により均一に形成したものである。面抵抗体１２の表面は、指２１が面抵抗体１２に直接触れない様に絶縁処理することによって、指２１と面抵抗体１２との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、指２１と面抵抗体１２の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。
均一な面抵抗体１２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極１３を密着配設し、抵抗性周囲電極１３の内部を長方形の座標入力面１８とする。抵抗性周囲電極１３上において、長方形の座標入力面１８の４頂点に当たる位置を検出電極１４〜１７とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線２２〜２５を接続する。引き出し線２２〜２５は、一般的に、それぞれ外部抵抗成分２６〜２９を含む。引き出し線２２〜２５を、アナログ信号処理部３０内の振動電圧印加回路３１に接続する。
座標を検出する際、ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３２は、振動電圧印加回路３１に振動電圧を与え、振動電圧印加回路３１は、検出電極１４〜１７を低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ３３に検出電極１４〜１７から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３２によって、面抵抗体１２は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、ＡＣ信号に対して接地効果を持っており、人体の指２１が面抵抗体１２に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体１２との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極１４〜１７は、アナログマルチプレクサ３３を通してＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）３４に接続しており、各検出電極に流れる電流に比例した電圧がＡ／Ｄコンバータ３４に印加される。このため、指先から面抵抗体１２を通して流れ、検出電極１４〜１７へ配分される電流の値を、電圧値としてデジタル値で得ることができる。
ＣＰＵ３５は、内部に図示しないＲＯＭ及びＲＡＭを装備し、ＲＯＭ内に、座標検出手段及び座標平滑化手段の手順を実装したプログラムを収める。ＣＰＵ３５は、アナログマルチプレクサ３３を順番に切り替え、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値を入力し、後述するような方法で、指２１の指示位置の座標を計算する。また、ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値の、検出電極１４〜１７に関する合計値の大きさ、及びその時間的な変化を基に、オンオフ状態の検出を行う。
更に、ＣＰＵ３５は、座標計算の結果を平滑化し、平滑化した座標及び検出したオンオフ状態を後段の装置に送信する。この際、ＣＰＵ３５は、座標指示手段がオン状態である場合にのみ、座標を出力するようにしてもよいし、オンオフ状態と座標を対にして、オフ状態である場合でもそれらを出力するようにしてもよい。また、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値のような、より低レベルなデータを後段の装置に出力して、座標計算やオンオフ状態の検出を、後段の装置で行う構成にしても構わない。後段の装置への送信手段としては、ＲＳ−２３２Ｃ、ＵＳＢ等を利用することができる。
面抵抗体１２は、不透明なカーボン膜、または、スパッタ法によって形成した透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＣＶＤ法によって形成したＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものであり、面抵抗値は約１ＫΩ／□程度が好ましい。基材は、例えば、ソーダガラスを使用することができるが、特に材質が限定されるものではなく、任意のガラス素材あるいはアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの透明な樹脂素材を使用できる。用途によっては不透明な絶縁性の基材を用いてもよい。
単連結である面抵抗体１２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極１３を、全ての辺が面抵抗体１２と電気的に接触する様に設ける。ここで単連結とは、面抵抗体１２は内部に孤立した穴が存在しないような形状であり、ひとつながりになっていることを意味するものである。ただし、成膜方法に応じて面抵抗体１２上に生じるピンホール程度の大きさの穴のような、面抵抗体１２内部の電流の巨視的な流れを阻害しないものであれば、あっても何ら問題にならない。また、受傷などによってより大きな穴が生じた場合は、少なくともその穴の周りで、穴の大きさに応じて座標が歪むものの、穴から離れるほど指２１の指示位置の座標計算に及ぼす影響は小さくなるため、穴が小さければ、実用上の問題は生じない。
面抵抗体１２を取り囲む抵抗性周囲電極１３は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクのような導電性インクをスクリーン印刷し、焼成する等の手法で作成する。抵抗性周囲電極１３の各辺は、幅を持った直線形状でもよいし、低抵抗の導電性エレメントを互いに分離させて配列し、面抵抗体１２の抵抗を活用して形成するようにしたものでもよい。抵抗性周囲電極１３は、各辺毎に長さ当たりの抵抗値を一定にし、少なくとも、長方形の上下辺の長さ当たりの抵抗値、及び左右辺の長さ当たりの抵抗値を等しくする。
また、抵抗性周囲電極１３の抵抗値は面抵抗体１２の抵抗値に比べて低い方がよく、面抵抗体１２の面抵抗値を１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極１３の隣り合う頂点間の抵抗値を、２０〜２００Ω程度にするのが好ましい。
各頂点の検出電極１４〜１７は、引き出し線を接続するためのものであり、ハンダ付け可能な導電性インクを印刷・焼成して形成する。検出電極１４〜１７を形成するための導電性インクとして、抵抗性周囲電極１３と同じものを使用することができる場合には、検出電極１４〜１７と、抵抗性周囲電極１３は、一回の処理で印刷・焼成して形成することが可能である。
外部抵抗成分２６〜２９は、引き出し線２２〜２５の抵抗、及び振動電圧印加回路３１等の要素に含まれる抵抗成分の、検出電極１４〜１７の各々から発する経路ごとの合計である。一般的には、引き出し線２２〜２５に内在する抵抗がそのうちの大きな部分を占める。
引き出し線２２〜２５として、充分に低抵抗のリード線等を使用する場合は、外部抵抗成分２６〜２９は、抵抗性周囲電極１３の抵抗値よりも極めて小さくなり、座標を計算する上で、独立して考慮しなくても済む程度になる。一方で、例えば、引き出し線２２〜２５の延長が長かったり、引き出し線２２〜２５の材質や形状によって抵抗が比較的高い場合などには、外部抵抗成分２６〜２９が大きくなる。また、座標入力パネル１１とアナログ信号処理部３０を接続するケーブルをまとめるために、座標入力パネル１１上の、抵抗性周囲電極１３の外側に、検出電極１４〜１７のそれぞれから座標入力パネル１１の外周の任意の位置まで、導電性のパターンを形成するような場合にも、使用する導電性インク、パターンの太さなどに応じて、外部抵抗成分２６〜２９が大きくなる（このとき、導電性のパターンは、引き出し線２２〜２５の一部とみなす）。抵抗性周囲電極１３もしくは外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値が、面抵抗体１２の抵抗値に比べて十分に低くない場合には、抵抗値の大きさに応じて、座標を補正する必要がある。
抵抗性周囲電極１３は、印刷等の手法で形成するうえ、検出電極１４〜１７に引き出し線２２〜２５を接続する必要があるため、有限の幅を持つ。このとき、少なくとも抵抗性周囲電極１３と面抵抗体１２の境界線においては、抵抗性周囲電極１３と面抵抗体１２が電気的に接触している必要がある。通常、面抵抗体１２を成膜した上から抵抗性周囲電極１３を形成するが、面抵抗体１２が抵抗性周囲電極１３の外側にはみ出ていても構わない。その際も、座標入力面１８は、抵抗性周囲電極１３が囲む領域の内部である。
抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２の形状は、基材に収まるものであればよく、必ずしも抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２と基材の形状を略一致させる必要はないが、抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２と基材の形状を同じようにした方が、座標入力システムを何らかの製品に組み込む際に、組み込む製品のデザイン上の自由度が大きくなるため好ましい。抵抗性周囲電極１３の外側に、引き出し線２２〜２５の一部として導電性パターンを形成する場合は、面抵抗体１２が導電性パターンと重ならないようにする必要がある。
次に、指２１の指示位置の座標を計算する方法について説明する。長方形の座標入力領域１８の４頂点に便宜的に名前をつけ、検出電極１４〜１７に当たるそれぞれの頂点を、頂点Ａ〜Ｄと呼ぶことにする。今、指２１が座標入力パネル１１の座標入力面１８内にタッチしているとき、もしくは指２１が座標入力面１８の上空にあるとき、指先から面抵抗体１２を通して座標入力パネル１１に流れる電流のうち、検出電極１４（頂点Ａ）に流れる電流をＡ／Ｄコンバータ３４によって測定した値を測定値Ａ、検出電極１５（頂点Ｂ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｂ、検出電極１６（頂点Ｃ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｃ、及び、検出電極１７（頂点Ｄ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｄとする。ＣＰＵ３５は、座標入力パネル１１の座標入力面１８内に何もタッチしておらず、座標入力面１８の鉛直方向上方の近傍に何もない状態で検出電極１４〜１７に流れる電流値をそれぞれ保存しておき、測定値Ａ〜Ｄは、タッチしていない状態からの増分として計算する。
ＣＰＵ３５は、座標を検出できない状態を初期状態とし、検出電極１４〜１７に流れる電流の合計値（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を継続的に監視して、電流の合計値が、予め定めた所定の検出閾値よりも大きくなった場合に、座標を検出できない状態から座標を検出できる状態に変化したと判別する。また、座標を検出できる状態において、電流の合計値が、予め定めた非検出閾値よりも小さくなったら、座標を検出できる状態から検出できない状態に変化したと判別する。
ただし、電流の合計値が検出閾値よりも大きくなった、もしくは非検出閾値よりも小さくなったという判断については、ノイズの混入等による誤判断や細かな変動に対する過剰な反応を防止するため、例えば連続する複数回の測定に関して同じ状態が続いたことを確認するような処理を行ったり、非検出閾値を検出閾値よりも少し小さい値に設定してヒステリシスを持たせたりすることが望ましい。
このとき、指２１が指示する位置の座標（Ｘ，Ｙ）は、直交座標系ＸＹにおいて、Ｘ＝ａ×（−Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、Ｙ＝ｂ×（−Ａ−Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）によって求めることができることが知られている。ただし、直交座標系ＸＹは、座標入力領域１８の中心を原点とし、Ｘ軸は検出電極１４から検出電極１５に向かう方向を正とし、Ｙ軸は検出電極１４から検出電極１７に向かう方向を正とする。ａ及びｂは、原点から、それぞれＸ方向及びＹ方向の座標入力面１８の境界までの距離とする。外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値を無視できない場合は、それらの抵抗値に応じて、測定値Ａ〜Ｄを補正するか、計算結果（Ｘ，Ｙ）を補正する。
検出閾値は、座標入力面１８内において、指２１を座標入力面１８から浮かせて静止させた状態で測定した電流の合計値を基に、決定する。この際、指の太さや、指から続く人体の大きさなどには個人差があり、しかも、座標入力面１８から離れれば離れるほど電流の合計値は小さくなり、計算結果である座標も正確でなくなるため、これらの条件を鑑みて、座標を検出できる状態としたい数値に合わせるのが好ましい。このとき、座標を検出できる状態になることができる、座標入力面１８の表面、及びその鉛直方向上方の範囲内を、座標入力領域とする。
次に、オンオフ状態の検出について説明する。ＣＰＵ３５は、座標を検出できない状態から検出できる状態になった時にオフ状態から始め、検出電極１４〜１７に流れる電流の増分の合計値（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を継続的に監視して、電流の合計値が、予め定めた所定のオン閾値よりも大きくなった場合に、オフ状態からオン状態に変化したと判別する。また、オン状態において、電流の合計値が、予め定めたオフ閾値よりも小さくなったら、オン状態からオフ状態に変化したと判別する。
オン閾値は、検出閾値以上に設定する。
ただし、同様に、電流の合計値がオン閾値よりも大きくなった、もしくはオフ閾値よりも小さくなったという判断については、検出閾値と同様に、連続する複数回の測定に関して同じ状態が続いたことを確認するような処理を行ったり、オフ閾値をオン閾値よりも少し小さい値に設定してヒステリシスを持たせたりすることが望ましい。
オン閾値は、座標入力領域１８内の表面の任意の位置に指を接触させて静止させた状態で測定した電流の合計値、及び、座標入力領域１８内の表面の任意の位置で指をタップさせたときの電流の合計値の最大値を基に、決定する。この際、指の太さや表面状態、指から続く人体の大きさなどには個人差があるため、使用される条件、使用者に関する条件等を鑑みて、オン状態と検出させたい、最も電流の合計値が小さい指に合わせるのが好ましい。指と略同等の電気的特性を持つ導電性ゴム等を用いて指の代替物を作成し、それをタッチパネルに対して例えば０．１Ｎといった一定の荷重で接触させて、電流の合計値を測定し、それに基づいてオン閾値を決定するようにしてもよい。
次に、座標平滑化手段について説明する。ここでは、第１の平滑化手段として、無限インパルス応答型のデジタルローパスフィルタを用い、第２の平滑化手段として、移動平均を用いる。
第１の平滑化手段であるローパスフィルタは、即時的に適用できるよう、数式１に示すような、漸化式の形にしたものを用いる。ただし、Ｐｉは座標検出手段によって検出したＸ座標もしくはＹ座標であり、Ｒｉはローパスフィルタを適用した結果である。添え字ｉは、座標平滑化手段が実行されるたびに１ずつ増分させるインデックスである。ここでは、座標が検出できる状態になった時点を漸化式の起点とし、そのたびにｉ＝０として初期化する。また、ｆｓはサンプリング周波数、ｆｃは遮断周波数である。サンプリング周波数とは、ここでは、座標平滑化手段が実行されるプログラム上の周期の逆数であり、座標検出手段の構成やＣＰＵ３５の性能により、上限が定まる。また、遮断周波数は、除去すべき細かい変動の時間的な変動の速さを基に決定する数値である。
【０００９】
【数１】
2014106836.tif 000003
例えば、サンプリング周波数が１００Ｈｚであるとし、遮断周波数を１０Ｈｚとする。ＣＰＵ３５の性能を考慮して、演算を整数のみで行うこととし、座標を１６ビット整数の範囲で表現し、演算を３２ビットで行うこととすると、数式１は、Ｒｉ＝（６７Ｐｉ＋１３５Ｐｉ−１＋６７Ｐｉ−２＋１１４３Ｒｉ−１−４１３Ｒｉ−２）／１０００となる。
第２の平滑化手段である移動平均は、移動平均を適用した結果をＭｉ、平均処理をする数をＮとして、Ｍｉ＝（Ｒｉ＋Ｒｉ−１＋…＋Ｒｉ−Ｎ＋１）／Ｎという式を用いる。Ｒｉは、第１の平滑化手段を適用した結果である。添え字ｉは、第１の平滑化手段におけると同じく、座標平滑化手段が実行されるたびに１ずつ増分するインデックスである。やはり同様に、座標が検出できる状態になった時点を起点とし、そのたびにｉ＝０として初期化する。第２の平滑化手段としては、例えば、指数移動平均、修正移動平均といった平均処理を用いてもよい。
〈第２の実施の形態〉
図２は、第２の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図であり、入力パネルが発信側である場合である。第１の実施の形態と同じ内容については、説明を適宜省略する。入力ペン（座標指示器）６１が座標入力パネル５１の座標入力領域内で指示した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する座標入力システムの構成図である。均一な面抵抗体５２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極５３を密着配設し、抵抗性周囲電極５３の内部を長方形の座標入力面５８とする。ここでも第１の実施の形態と同様、面抵抗体５２の表面に絶縁処理をした場合を説明する。抵抗性周囲電極５３上の、平行四辺形の座標入力面５８の各頂点に当たる位置に駆動電極５４〜５７を形成し、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線６２〜６５を接続する。引き出し線６２〜６５は、それぞれ外部抵抗成分６６〜６９を含む。引き出し線６２〜６５を、駆動電極切り替えスイッチ７０に接続する。
抵抗性周囲電極５３は、座標計算を簡単にするために、各辺毎の両端で測った抵抗値を一定にする。
座標を検出するには、電位出力手段である信号発生器７１によって面抵抗体５２にＡＣ電位勾配を与える。電位勾配は、駆動電極切り替えスイッチ７０によって、平行四辺形の座標入力領域５８の対角を同時に接続する組み合わせで与えるようにする。即ち、次の４つの組み合わせが存在する。一つめ、駆動電極５４を信号発生器７１の出力側に接続し、駆動電極５６を接地側に接続し、駆動電極５５及び５７を非接続にする。二つめ、駆動電極５５及び５７を非接続のまま、駆動電極５４と５６の、信号発生器７１に対する出力側と接地側の接続を入れ替える。三つめ、駆動電極５５を信号発生器７１の出力側に接続し、駆動電極５７を接地側に接続し、駆動電極５４及び５６を非接続にする。四つめ、駆動電極５４及び５６を非接続のまま、駆動電極５５と５７の、信号発生器７１に対する出力側と接地側の接続を入れ替える。
これらのそれぞれの接続状態において、面抵抗体５２の、入力ペン６１の先端に近い位置のＡＣ信号レベルは、静電容量結合を介して入力ペン６１に伝達され、更にケーブル７２を通じてアナログ信号処理部７３に伝達される。アナログ信号処理部７３は、図示しないが、増幅器、帯域通過フィルタ、ＡＣ／ＤＣ変換器（ＡＭ検波器）等を含み、入力したＡＣ信号レベルに比例したＤＣ信号レベルを出力する。ＣＰＵ７５は、Ａ／Ｄコンバータ７４が出力するデジタル値を入力し、入力ペン６１の指示位置を計算する。
今、入力ペン６１の先端に近い位置の電位を測定した値のうち、駆動電極切り替えスイッチ７０によって駆動電極５４（頂点Ａ）が信号発生器７１の出力側に、駆動電極５６が接地側に接続され、駆動電極５５と５７が非接続のときの測定値を測定値Ａ、駆動電極５５（頂点Ｂ）が信号発生器７１の出力側に、駆動電極５７が接地側に接続され、駆動電極５４と５６が非接続のときの測定値を測定値Ｂ、駆動電極５６（頂点Ｃ）が信号発生器７１の出力側に、駆動電極５４が接地側に接続され、駆動電極５５と５７が非接続のときの測定値を測定値Ｃ、駆動電極５７（頂点Ｄ）が信号発生器７１の出力側に、駆動電極５５が接地側に接続され、駆動電極５４と５６が非接続のときの測定値を測定値Ｄとする。
このとき、入力ペン６１が指示する位置の座標（Ｘ，Ｙ）は、直交座標系ＸＹにおいて、Ｘ＝２ａ×（−Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、Ｙ＝２ｂ×（−Ａ−Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）によって求めることができることが知られている。ただし、直交座標系ＸＹは、座標入力面５８の中心を原点とし、Ｘ軸は検出電極５４から検出電極５５に向かう方向を正とし、Ｙ軸は検出電極５４から検出電極５７に向かう方向を正とする。ａ及びｂは、原点から、それぞれＸ方向及びＹ方向の座標入力面５８の境界までの距離を示す。外部抵抗成分６６〜６９の抵抗値を無視できない場合は、それらの抵抗値に応じて、測定値Ａ〜Ｄを補正するか、計算結果（Ｘ，Ｙ）を補正する。
ＣＰＵ７５は、第１の実施の形態と同じように、座標を検出できない状態を初期状態とし、測定値の合計値（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を継続的に監視して、測定値の合計値が、予め定めた所定の検出閾値よりも大きくなった場合に、座標を検出できない状態から座標を検出できる状態に変化したと判別する。
検出閾値は、座標入力面５８内において、入力ペン６１を座標入力面５８から浮かせて静止させた状態で測定した測定値の合計値を基に、決定する。この際、座標入力面５８から離れれば離れるほど測定値の合計値は小さくなり、計算結果である座標も正確でなくなるため、これらの条件を鑑みて、座標を検出できる状態としたい数値に合わせるのが好ましい。このとき、座標を検出できる状態になることができる、座標入力面５８の表面、及びその鉛直方向上方の範囲内を、座標入力領域とする。
一方、オンオフ状態の検出については、入力ペン６１の先端にスイッチ（図示せず）を設け、入力ペンが座標入力面５８に当接して圧力がかかったら、スイッチが押し込まれるようにする。ＣＰＵ７５は、スイッチの状態を監視し、スイッチが押し込まれていない状態から押し込まれた状態に変化したら、オン状態に変化したと判別する。前記測定値の合計値（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）が検出閾値よりも小さい場合には、スイッチが押し込まれていると判断できる状況でも、入力ペン６１の先端が座標入力面５８に当接しておらず、別の原因で押し込まれていると判断し、オフ状態であると判別するようにしてもよい。もしくは、測定値の合計値に関して、検出閾値よりも大きな、別の閾値を設け、測定値の合計値がそれより小さい場合には、入力ペン６１の先端は座標入力領域内にあるものの、座標入力面５８に当接していないと判断し、オフ状態であると判別するようにしてもよい。
座標平滑化手段については、第１の平滑化手段として、無限インパルス応答型のデジタルローパスフィルタを用い、第２の平滑化手段として、移動平均を用いる点は、第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態では、第１の平滑化手段及び第２の平滑化手段を、座標が検出できない状態から検出できる状態になった時に、式のインデックスｉ＝０として初期化するだけでなく、オンオフ状態がオフ状態からオン状態に変化した時にも、同じように初期化する。オン状態からオフ状態に変化した時には初期化しない。
【実施例】
【００１０】
以下、実施例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
（実施例１）
本実施例１は、第１の実施の形態に対応するものであり、座標入力パネル１１を受信側とするものである。
座標入力パネル１１は、次のようにして作成した。ガラス基材として、ソーダガラス（厚さ３ミリ）を略４６９×３７５ｍｍの大きさに切断したものを用い、ガラス基材の表面に、スパッタ法によってＩＴＯ（インジウム酸化物）膜を形成して面抵抗体１２とした。次に、抵抗性周囲電極１３、及び引き出し線２２〜２５の一部を、（株）アサヒ化学研究所製銀ペーストＬＳ−５０４（樹脂バインダー）にカーボンを混合したペーストをスクリーン印刷し、加熱硬化させることで形成した。このとき、座標入力領域１８の形状として、２ａ＝３７８ｍｍ、２ｂ＝３０３ｍｍの長方形とした。抵抗性周囲電極１３の幅は、抵抗性周囲電極１３の頂点ＡＢ間の抵抗値が約６８Ω、頂点ＢＣ間の抵抗値が約５２Ωになるよう調整し、３７８／３０３＝１．２５≒６８／５２＝１．３１とすることによって、抵抗性周囲電極１３の全ての辺の長さ当たりの抵抗値をほぼ等しくした。長方形の座標入力領域１８の４頂点に当たる抵抗性周囲電極１３上に、銀ペーストを用いて、検出電極１４〜１７を形成した。また、引き出し線２２〜２５には、外部抵抗成分２６〜２９を無視できるような、低抵抗のリード線を用いた。
更に、面抵抗体１２上に、透明絶縁性基材を形成した。透明絶縁性基材を形成するには、面抵抗体１２と抵抗性周囲電極１３上にガラスペーストを印刷し、熱処理して粉末ガラスを溶融させ、焼結させた。最後に、検出電極１４〜１７上に、引き出し線２２〜２５を、ハンダ付けにより接続した。この際、面抵抗体１２のシート抵抗は５００Ω／□となるようにした。
このように作成した座標入力パネル１１を、図１に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。そして、結果を他の方法と比較するために、座標平滑化手段をＣＰＵ３５に実装せず、平滑化を行わない座標データを後段に送信することとした。座標データは、シリアル通信経由でパソコンに取り込むようにし、パソコン上で、ミリメートル単位に変換して保存した座標データに対して、座標平滑化手段を適用した。
第１の平滑化手段として、デジタルローパスフィルタを使用した。サンプリング周波数は約１００Ｈｚであった。遮断周波数を１０Ｈｚとし、Ｒｉ＝（６７Ｐｉ＋１３５Ｐｉ−１＋６７Ｐｉ−２＋１１４３Ｒｉ−１−４１３Ｒｉ−２）／１０００を使用した。第２の平滑化手段として、移動平均を用い、Ｎ＝４として、Ｍｉ＝（Ｒｉ＋Ｒｉ−１＋…＋Ｒｉ−３）／４という式を用いた。
座標データとしては、比較的高速に円を描いた場合の座標データと、比較的低速に直線を描いた場合の座標データを採集した。
（比較例１）
比較例として、実施例１と同じ座標データに、座標平滑化手段として、移動平均（Ｎ＝４）、移動平均（Ｎ＝１０）、もしくはデジタルローパスフィルタ（実施例１と同じ）を、それぞれ適用した。
採集した座標データ、及び、比較例１の座標平滑化手段を適用した結果、及び、実施例１の座標平滑化手段を適用した結果を、高速に円弧状の軌跡を描いた場合を図３に、低速に直線様の軌跡を描いた場合を図４に、それぞれ示す。図３及び図４の「（ａ）元の座標」に、描画の方向を矢印で示した。また、高速に円弧上の軌跡を描いた場合を示す図３では、座標平滑化手段を適用した結果中に、元の座標データを破線で描いている。低速に直線様の軌跡を描いた場合を示す図４では、直線と直交する方向の変動を強調するために、縦横のスケールの比率を変えている。
この結果、比較例１に示した座標平滑化手段では、指の動きが低速もしくは高速である場合のどちらかには好適であっても、両方に対して有効ではない一方、実施例１の座標平滑化手段は、指の動きが低速でも高速でも、同じように平滑化を行うことができることが確認された。
【００１１】
【表１】
2014106836.tif 000004
【００１２】
（実施例２）
本実施例２は、第２の実施の形態に対応するものであり、座標入力パネル５１を発信側とするものである。
座標入力パネル５１は、実施例１と同じように製作したが、抵抗性周囲電極５３の幅が、抵抗性周囲電極５３の頂点ＡＢ間、及び頂点ＢＣ間の抵抗値ともに、約６８Ωになるよう調整し、抵抗性周囲電極５３の各辺毎の両端で測った抵抗値をほぼ等しくした。
第１の平滑化手段として、デジタルローパスフィルタを使用した。サンプリング周波数は約１００Ｈｚであった。遮断周波数を１０Ｈｚとし、Ｒｉ＝（６７Ｐｉ＋１３５Ｐｉ−１＋６７Ｐｉ−２＋１１４３Ｒｉ−１−４１３Ｒｉ−２）／１０００を使用した。第２の平滑化手段として、移動平均を用い、Ｎ＝４として、Ｍｉ＝（Ｒｉ＋Ｒｉ−１＋…＋Ｒｉ−３）／４という式を用いた。第１の平滑化手段及び第２の平滑化手段とも、座標が検出できない状態から検出できる状態になった時に、式のインデックスｉ＝０として初期化するだけでなく、入力ペン６１のオンオフ状態がオフ状態からオン状態に変化した時にも、同じように初期化するようにした。
座標平滑化手段は、ＣＰＵ３５に実装し、平滑化を適用した座標データをシリアル通信経由でパソコンに取り込んだ。
入力ペン６１を座標入力領域内に留めつつ、水平線を上から順に３本描いたときの結果を図５に示す。入力ペン６１を座標入力面５８へ当接させて左から右へ水平線を描画し、入力ペン６１のペン先を少し浮かせて左下へ移動させる、という操作を行った。図５では、入力ペン６１のオンオフ状態がオンであるデータを実線で、オフであるデータを破線で描画した。各水平線の右端がオフ状態になっているのは、入力ペン６１を右に移動させながら浮かせていっているためである。
この結果、始筆時に軌跡が特に急激に変化するような場合にも有効な座標平滑化手段を持つ座標入力システムであることが確認された。
【符号の説明】
【００１３】
１  座標入力パネル
２  面抵抗体
３  抵抗性周囲電極
４、５、６、７  検出電極
８  座標入力面
１１  座標入力パネル
１２  面抵抗体
１３  抵抗性周囲電極
１４、１５、１６、１７  検出電極
１８  座標入力面
２１  指
２２、２３、２４、２５  引き出し線
２６、２７、２８、２９  外部抵抗成分
３０  アナログ信号処理部
３１  振動電圧印加回路
３２  振動電圧発生器
３３  アナログマルチプレクサ
３４  Ａ／Ｄコンバータ
３５  ＣＰＵ
５１  座標入力パネル
５２  面抵抗体
５３  抵抗性周囲電極
５４、５５、５６、５７  駆動電極
５８  座標入力面
６１  入力ペン
６２、６３、６４、６５  引き出し線
６６、６７、６８、６９  外部抵抗成分
７０  駆動電極切り替えスイッチ
７１  信号発生器
７２  ケーブル
７３  アナログ信号処理部
７４  Ａ／Ｄコンバータ
７５  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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