JP2006031732A

JP2006031732A - 信号入力装置及び力電気変換装置

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Publication number: JP2006031732A
Application number: JP2005241632A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sudo; 藤肇須; Kenji Shimano; 野健二島; Akihiro Koga; 賀章浩古; Tamane Takahara; 原珠音高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】現在表示されている画面と、別の画面の両方の画面において、連続的なカーソル操作を可能とし、現在呈示されていない別の画面に配置されているアイコンの領域を、操作者の操作特性に依存せずに、正確に指定する。
【解決手段】パッド型入力部５により、操作者からの入力に伴う押圧力から、圧力点の２次元的な位置と押圧力を検出し、これを信号増幅手段１３によりエンコード手段１４に与えて、圧力点の２次元座標と、押圧力に基づく圧力座標を検出し、一方、領域登録手段１５においては、複数の画面８のそれぞれの区画を３次元的な位置領域の領域群１１として登録しておき、エンコード手段１４の出力に対して、位置領域を比較対応手段１７でつき合わせ、一致する領域群１１の中の位置領域に対して、代表位置１２を割り当てることにより、パッド型入力部５からの入力を複数の画面８の、２次元的な領域に、正確に対応させる。
【選択図】図３

Description

本発明は人間の指先の動作や掌の動作を認識して力を電気信号に変換して信号を生成する信号入力装置及び力電気変換装置に関する。特に、人間の指先によって付与される押圧力の印加動作を認識して、パーソナルコンピュータに信号を入力し、これに対応する映像をディスプレイに表示するポインティングデバイスの構造に関する。

近年、テレビジョン、エアコンディショナなどの家庭電化機器類やパーソナルコンピュータなどの情報機器類の操作に際しては、操作ぼたん類を多数配置したリモートコントローラや、キーボードが用いられるのが普通であるが、最近では、これらの入力機器に付属的に設置されて画面上のカーソル移動を行うポインティングデバイスが広く用いられている。

これらリモコンやポインティングデバイスなどの信号変換装置は、一般的に、空間的に離間して配設された多数のボタンのそれぞれの基部に導電性ゴム（力電気変換素子）が装着されており、これら導電性ゴムに押圧力が加わることにより所定の電気信号が発生し、予め設定されたコマンドが実現されるようになっている。

また、これらのボタンを複数同時に押圧することによって所定のコマンドを実現させることも可能である。この場合には、力電気変換素子で検出された押圧力を個々に電気信号に変換した後に電気的に重畳することで新たな信号を生成している。すなわち、信号変換装置を扱う場合には、１本の指の動作で実現できるコマンドと、同時に複数本の指を動作させて実現するコマンドとがある。

また、信号変換装置の動作機能の別形態として、同一のボタンを断続的に複数回押圧し、その回数を計測してコマンドに割り当てる方法もある。

今後は家電機器類や情報機器類の多機能化が進む傾向にあるが、信号変換装置の表面の用意できるボタンの数には限度がある。したがって、上述のように複数のボタンを同時に押圧する動作や、同一のボタンを複数回押圧する動作などの複雑な動作が要求されることになる。

しかしながら、このような従来の信号変換装置にあっては、以下のような問題があった。

従来のリモコンやポインティングデバイスでは、１つのボタンに対して１つの力電気変換素子が対応していた。したがって、例えば力電気変換素子の上に複数のボタンを用意した場合、この複数のボタンをユーザーの指が連携的に操作する際の信号は空間的には合力として表現される。そのため、ボタン相互の位置関係を区別することは不可能であった。

また、同一のボタンを断続的に複数回押圧する方法でも、力電気変換素子は上述の如く押圧力の合力しか検出できないため、１つのボタンが用意された場合と同じ効果しか得られない。

上記のポインティングデバイスとしては、操作者の腕や指の動きを検出して、これを電気信号に変換して機器に入力する機能を有するものもあるが、これまではマウスやトラックボールと呼ばれるコンピュータ用の装置や、ジョイスティックと呼ばれるもっぱらゲーム用の装置が主に用いられてきた。

最近では、携帯用のパーソナルコンピュータなどの普及に伴い、より操作性を高めるために、操作者の指先の動きを直接的に検出してこれをパーソナルコンピュータに入力する信号入力装置が用いられるようになってきている。この装置は、一般的に、導電ゴムや、その他の力電気変換手段を平面的に配置して、その上をなぞる人間の指先の押圧力を受けるて、これを電気信号に変換するような構造をしており、操作者は、主動作であるキーボード操作と並行して、このようなポインティングデバイスを用いた副操作を実行する。

通常、このような構造のポインティングデバイスでは、操作者の指先の動きの時間的な変化を読み取り、現在呈示されている画面上での操作を実行する。例えば、平面的な導電ゴム製のポインティングデバイスの場合、操作対象が画面上のカーソルの場合、指の移動する向きと、速度に合わせて、カーソルの移動方向と移動速度を制御するような方式が一般的である。この場合、ポインティングデバイスに加えられる、指先の押圧力に無関係に、上記の入力操作が行われることになる。

一方、ゲームなどに用いられるポインティングデバイスとして、ロッド状ヘッドのものを用いる場合、基台部に歪みを検出するゲージを用いた感圧素子が用いられる場合が多く、この場合のカーソルの移動方向と速度は、操作者がロッドに加える押圧力の方向と強さによって決定されることになる。

これまでのポインティングデバイスの場合、現在呈示されている画面上のカーソルを移動操作するだけであれば問題はないが、マウスのように、カーソルを所定の位置にあるアイコンに一致させ、ダブルクリックあるいはシングルクリックによりアイコンを選択して、別の操作に移行する場合、何らかのクリックに相当する操作が必要になってくる。

ポインティングデバイスとして導電ゴムを用いた構成のものの場合、そのまま指先で、同一の場所を短い時間間隔で押圧する、つまり素早く叩くことで、実現することが可能である。一方、ロッド状ヘッドの構成では、クリック操作に相当する入力用に、別にスイッチを設けている。これは、従来のトラックボール方式の場合も同様であり、クリックスイッチは必須であった。

以上のように、ポインティングデバイスにおいては、現在呈示されている画面上でのカーソルの移動が主体の場合は、そのまま用いることが可能であるが、画面の切替を行い、次の操作に入る場合、そこに至るための何らかの操作または操作手段が必要である。つまり、２つの連続する操作をつなげる場合、必ず、両者の間で、操作を移行させる操作が不可欠である。これは、１つの操作を決定するためのアイコンが、２画面にまたがる場合でも同様であり、隠れた画面を呼び出すための操作が必要である。

また、続けて呈示される画面上のアイコンの配置位置が異なる場合、最初の画面でカーソル移動を一旦停止し、画面切り替え操作後に、改めて必要な箇所にカーソルを移動させる必要がある。すなわち、２つの画面にわたるカーソル移動は、必ず断続的なシーケンスを余技なくされるものである。例えば、画面切替後のアイコンの位置の予測がついていたとしても、正確な操作のためにはカーソルの位置を移動させることは必要であり、この操作を省略することはほとんど不可能である。一方、元の画面に復帰する場合でも、操作についてはまったく同様であり、２つの画面にまたがる操作を連続的に、可逆的に実施することはできない、というのが現状である。

また、例えば、予測的な操作が可能なポインティングデバイスが用意できたとしても、現在、呈示されていない画面上のアイコンの正確に指定することは困難であると予想される。加えて、操作者側にも、ポインティングデバイスの操作に当たっては、それぞれの固有の、癖や、押圧力特性があり、特定の操作者に最適な設定が、他の操作者に適切とは言えないという問題点がある。このため、隠れた画面上のアイコンの予測操作を正確に実施することは極めて困難とされている。

以上のような問題点の原因は、ソフトウエア作成時の階層化にも問題の一端を帰することもできるが、このような階層化しかできない原因には、力電気変換素子の特性上の問題点も無視できない。例えば、導電ゴムにおいては、押圧力の分解能の低さが根本的な問題点として残っている。一方、感圧素子においては、原理的に、平面的な位置指示ができず、押圧力の向きと大きさを２次元的な情報に換算しているために、絶対的な位置指定に向かないという問題点がある。

すなわち、従来のポインティングデバイスは、再現性のある情報としては、２次元的な情報しか得られず、現在の呈示画面以外の画面に対する同時的な操作はほとんど不可能であるという問題点がある。

図２４は、従来例１の信号入力装置の適用例を示す斜視図である。同図において示すように、ノート型パーソナルコンピュータ１は操作部２と表示部３により構成されており、操作部２には、キーボード４と、ポインティングデバイスとしてパッド型入力部５が設置されており、表示部３には画面８が配置されている。表示部３上の画面には、複数のアイコン６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８が表示されており、ポインタ７により選択可能に配置される。

なお、パッド型入力部５は導電ゴムを利用したものであり、操作者の指先の動きに対応して、画面８上のポインタ７を移動させる。

さて、今、パッド型入力部５の上の指先を矢印Ｂに移動させて、画面８上のポインタ７を、アイコン６４に重ねる操作を例にとってその動作を説明する。

ポインタ７の画面８上での移動速度の基本単位は、予め設定された係数により決められるが、実際的な移動速度は、指先がパッド型入力部５の上をなぞる頻度で規定される。現実には、パッド型入力部５の大きさは、画面８の大きさに比べてかなり小さいため、パッド型入力部５の上を矢印Ｂ１に沿ってなぞっても、ポインタ７は矢印Ａ１分しか動かない。このため、操作者は、パッド型入力部５の上を矢印Ｂ１に沿って複数回なぞって、画面８上のポインタ７を矢印Ａ２、矢印Ａ３、矢印Ａ４と順次移動させ、目的とするアイコン６４の位置まで持ってくる必要がある。つまり、操作者は、一回のポインタ７の移動に際して、複数回の操作を必要とする。そして、実際には、操作者の感覚的に依存しながらポインタ７の移動を行わせることになるため、図２５の例のように、ストレートにポインタ７を画面８上の目標位置に持ってくることは難しく、パッド型入力部５の上で、指先をさまざまな方向に動かしながら、多くの経路を通って、アイコン６の位置に到達することになる。

図２６は、従来例２の信号入力装置の適用例を示す斜視図である。本例の信号入力装置は、パッド型入力部５として、マトリクス型の感圧素子をパッドの下に配置し、パッド上の押圧位置を、画面８上のポインタ７の位置に対応させるように設定した構造のものを用いている。

パッド型入力部５は、マトリクス状に配置された複数の感圧素子の検出値を基にして、指先による押圧位置を計算によって求めるように構成されており、パッド型入力部５の上の指先の位置を、画面８上のポインタ７の位置に対応させることを可能にしている。

その結果、ポインタ７をアイコン６４に位置させたい場合、位置Ｃ１に指先を持ってくることにより、ポインタ７を、矢印Ａ５に示すように、画面８上でダイレクトにアイコン６４の上に持ってくることが可能である。

しかし、実際の画面操作においては、図２６に示すように、実際の画面８の他に、階層化された隠れた画面８１、８２、８３が用意されている。場合によっては、複数の画面が重なり合ってひとつの画面に表示されることもある。いずれにしても、画面８１、８２、８３は、実際の画面８の後ろに隠されてしまう。

この場合、画面８上のアイコン６操作を主体とした作業では、たとえ画面８を画面８１、８２、８３と切り替えて一連の作業を実施する場合でも、通常は画面８を切り替えるコマンドを入力して、所望の画面８１、８２、８３を選択して、新たな画面のアイコンに基づいて、パッド型入力部５を操作することになるため、大きな問題は生じない。

しかし、一連の作業を熟知してきた場合、画面切り替えのための作業が作業能率を妨げる場合もあり、隠された画面上のアイコン６を直接操作することにより、画面切り替えを行った方が能率がよいと考えられる。また、例えば、図２６のように、画面８のアイコン６の位置と、その裏に隠されている画面８１、８２、８３のアイコン６の位置がほとんど変わらない場合もあり、このような場合は、裏の画面のアイコンの位置を予測するのに特別な訓練や熟練は必要ない。

このような場合、パッド型入力部５に加える指先の押圧力を変化させることにより、画面８１、８２、８３のアイコン６を、画面８の上から直接指定て、画面切り替えを行う方が、特別な切り替え作業を介在させるよりも、作業能率が上がると考えられる。

この場合、実際に、パッド型入力部５を操作するのは、人間であり、例え位置Ｃ２の場所が特定できても、指先の押圧力を、複数の画面８、８１、８２、８３毎に対応ずけて押圧力の力差で指定するのは困難であると考えられる。しかし、パッド型入力部５の感圧素子の検出分解能と、再現性が十分であれば、画面の指定は技術的には実現可能である。

しかし、うまく押圧力の制御ができて、画面８、８１、８２、８３を選択できたとしても、押圧を加える方向が大きな問題となってくる。例えば、図２７に示すように、パッド型入力部５上の同じ位置Ｃ２に押圧力を加えるとしても、矢印Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と、操作毎に押圧方向が異なったりすれば、当然ポインタ７の指定位置も画面毎に異なり、画面８１ではポインタ７１の位置に、画面８２ではポインタ７２の位置に、画面８３ではポインタ７３の位置に狂ってしまう。その結果、ポインタ７の位置決めをしながら、連続的に画面を切り替えて作業を行うということは到底実現できないということになる。ましてや、操作者が変われば、このような形での作業はなおさら難しくなる。

上述のところからわかるように、従来は、ボタンの数に対して比較的多くのコマンドを割当てることはできなかった。さらに、従来の信号入力装置は、以上述べたように、２次元的な方向への限られた情報入力は、ある程度の正確さをもって実施できる反面、２つ以上の画面を切り替えながら操作するような場合、操作者の操作特性や押圧力の特性に依存するために、正確な操作が不可能であるという問題点があった。

そこで本発明は、ボタンの数に対して比較的多くのコマンドを割り当てることが可能で、しかも作業を感覚的に行い得るようにした信号変換装置の提供を目的とする。さらに、本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解消し、現在表示されている画面と、別の画面の両方の画面において、連続的なカーソル操作を可能とし、現在呈示されていない別の画面に配置されているアイコンの領域を、操作者の操作特性に依存せずに、正確に指定できる信号入力装置を得ることにある。

本発明においては、圧力を受ける受圧部と、前記受圧部に接続され前記受圧部で受ける圧力を電気信号に変換する力電気変換素子とを有する信号変換装置において、前記力電気変換素子は少なくとも４つの単位素子を備え、これら単位素子が前記受圧部で受ける圧力に対して十分な剛性を備えた部材に固定されてなる信号変換装置とした。

また、前記力電気変換素子は前記単位素子をマトリクス状に配置することができる。また、前記受圧部には複数の突部を形成してもよい。

さらに本発明においては、圧力を受ける受圧部と、前記受圧部に接続され前記受圧部で受ける圧力を電気信号に変換する、少なくとも４つの単位素子を備えた力電気変換素子と、前記複数の単位素子が前記受圧部で受ける圧力に対して十分な剛性を持つように前記力電気変換素子に固定されたベースと、前記力電気変換素子からの出力信号を基に、前記受圧部が受けた圧力情報を特定の動作指令に対応させる演算部とを有する信号変換装置とした。

また、前記演算部は前記単位素子で変換された電気信号をベクトル的に加算処理するように構成することができる。

そして、このような構成の本発明によれば、４つの単位素子それぞれが圧力の大きさを検出するとともに、これら４つの圧力情報から仮想平面を用いて信号処理することにより、圧力の方向（受圧部のどの位置に圧力が作用しているか）を知ることもできる。

特に、これら単位素子からの圧力情報を仮想平面化する際に、単位素子どうしの位置関係が変化してしまうと圧力方向の検出が不可能となってしまう。そこで本発明では、力電気変換素子を十分な剛性を備えた部材に固定することにより、検出精度が保証できる程度のものとしている。

そのため本発明では、圧力の大きさと圧力の方向を１つのボタンに割り当てることができるため、１つのボタンに比較的多くのコマンドを設定することが可能となる。また、人間工学的にボタンの形状を工夫することにより、対象となる機器類をワンハンド（フィンガー）オペレーション的に操作することができるため、極めて感覚的に近い状態の操作ができるようになる。

さらに、上記目的を達成するために、本発明は、操作者からの入力に伴う押圧力から、圧力点の２次元座標と、押圧力に基づく圧力座標を検出する入力検出手段と、前記２次元座標と前記圧力座標から３次元的に配置された位置領域を検出し、各位置領域の代表点を割り当てる座標検出手段と、を備える信号入力装置を提供するものである。

上記手段を実現するために、本発明では、力電気変換素子として、力分解能力に優れた感圧素子をアレイ状に配置したマトリクス型力電気変換素子を用いて、マトリクスに基づく平面的な力分布情報と、各々の感圧素子で取得する力情報の、３次元的な情報に基づき、１つの操作コードを形成するようにしている。

その結果、エンコード手段で形成する操作コードは、主にディスプレイ上に呈示される画面、あるいは階層と、当該画面のカーソル位置に対応させることができるようにした。

したがって、現在隠れている画面を含めて、すべての画面上を、複数の領域に分割し、この領域に入ったカーソルを、当該領域内の所定位置に自動的に移動させることにより、現在表示されていない画面上の所望の位置にカーソルを迅速に移動させることを可能にしている。

更に、ポインティングデバイスからの３次元的な操作コードに加え、これらの情報の時間的な変化を、エンコード手段により処理することにより、現在の画面あるいは隠れた画面のいずれかで位置決めしている最中に、他の操作コマンドのダイレクト指示を可能にしている。

上のような操作の基本は、操作者の押圧力に依存するが、最適な操作性は、個々の操作者によって異なり、また、分割された画面領域内の所定位置へのカーソルの自動移動に関しても、作業内容によって異なってくるが、これに対して、カーソルの移動特性を登録し、これを呼び出す手段を設けることにより、どのような場合にも、良好な操作性を実現できるようにしている。

更に、本発明は、入力としての押圧力を受ける受圧部と、この受圧部が感知した圧力情報を電気信号に変換する力電気変換手段と、この変換手段で変換された電気信号に応じた映像を表示するディスプレイと、を有する信号入力装置において、
上記力電気変換と上記ディスプレイの間に、任意の手段でディスプレイ上に表示される映像の表示位置に関する２次元コードとこれ意外のコードとしての任意の操作コードとを、電気的に変換された上記圧力情報を基にして同時的に指定できるエンコード手段が設けられており、
上記ディスプレイ上に現在表示されている映像を分割して得られる現状画面領域と、現在は表示されていないがある入力操作により表示される映像を分割して得られる隠れ画面領域から構成される画像空間領域とに、上記エンコード手段で生成される複数のコードが対応される機能を有しているものとして構成される。
更に、本発明は、入力としての力が加えられる、ある面積を持った押圧部と、
前記押圧部に加えられた力を検出して電気信号に変換するセンサ部と、
前記センサ部が出力する電気信号から、少なくとも前記押圧部に加えられた力の大きさと前記押圧部上での位置の情報を含む情報を出力する情報出力装置と、
前記情報出力装置から出力された前記情報に基づいて、前記入力としての力の特性を判断し、その判断結果に基づいて切り替えスイッチの切り替え設定や、その結果の画面上への表示や、指示位置の表示等の各種の機能の実現を図る演算を行う演算装置と、
を有し、
前記演算装置は、少なくとも、
所定時間が経過するごとに、所定の演算処理を行う様に制御する繰り返し
演算制御部と、
入力された押圧力の大きさおよび位置に応じた値を累積演算し、演算結果
を出力する累積演算部と、
ある値を前記累積演算結果から除き、その演算結果を出力する減算演算部
と、
前記減算演算部からの出力を、あらかじめ設定されされた値で除して、結
果を出力する除算部と、
前記除算部の出力を現在の指示位置に加算し、その結果を新しい指示位置
として出力する加算部と、
前記累積演算部、減算演算部、除算部、および加算部は、前記繰り返し演
算制御部によって時間制御されているものとして構成される。

更に、本発明は、入力としての力が加えられる、ある面積を持った押圧部と、
前記押圧部に加えられた力を検出して電気信号に変換するセンサ部と、
前記センサ部が出力する電気信号から、少なくとも前記押圧部に加えられた力の大きさと前記押圧部上での位置の情報を含む情報を出力する情報出力装置と、
前記情報出力装置から出力された前記情報に基づいて、前記入力としての力の特性を判断し、その判断結果に基づいて切り替えスイッチの切り替え設定や、その結果の画面上への表示や、指示位置の表示等の各種の機能の実現を図る演算を行う演算装置と、
を有し、
前記演算装置は、少なくとも、
押圧位置の変化が大きく、押圧力は小さく、押圧力の大きさの変化が少な
い場合に入力モードをモードＡと判断し、押圧位置の変化が小さく、押圧
力は大きく、押圧力の大きさの変化が少ない場合に入力モードをモードＢ
と判断し、押圧位置の変化が大きく、押圧力は大きかったり小さかったり
で、大きさの変化が多い場合に入力モードをモードＣと判断するモード判
断部と、
前記モード判断部が入力モードをモードＡと判断した場合には、押圧力お
よび押圧位置が指示部の移動速度に対応するものとして指示位置を決定し、
前記モード判断部が入力モードをモードＢと判断した場合には、押圧位
置が指示部の位置に対応するものとして指示位置を決定し、前記モード判
断部が入力モードをモードＣと判断した場合には、押圧力および押圧位置
が指示位置の加速度に対応するものとして指示位置を決定する指示位置演
算部と、
を有するものとして、構成される。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の信号変換装置の第１実施例に係る側面図、平面図、背面図である。

本実施例における信号変換装置Ａは、人間が片手で把持できる程度の大きさ（公知のリモコン装置程度の大きさ）をなす筐体１０１を備えている。筐体１０１は略円錐形をなす把持部１０１ａと、この把持部１０１ａに隣接し複数のスリットが形成された操作部１０１ｂとから構成される。また、操作部１０１ｂの側面には、家電機器類や情報機器類に赤外線信号を照射する信号発信部１０２が配置されている。

操作部１０１ｂには長尺に形成された複数本の受圧部１０３が突設配置されている。この受圧部１０３の内部構造を示したものが図２である。受圧部１０３はその先端部分をなす接触面１０３ａが操作部１０１ｂから突設し、人間の指の可動範囲を考慮して全体として緩やかな円弧を描くように連接されているが、その根元部１０３ｂでは一体化した構造をなしている。すなわち受圧部１０３は櫛歯状に形成された単一の部材からなっている。また、受圧部１０３の根元部１０３ｂの下面には、力電気変換素子１０４が取り付けられている。

力電気変換素子１０４には、微細加工により４個の単位素子１０４ａ〜１０４ｄが形成されている。単位素子１０４ａ〜１０４ｄは例えばシリコンウエハ上にエッチング等の手法により形成されたシリコンダイヤフラムからなっている。そしてこれらの単位素子１０４ａ〜１０４ｄそれぞれが押圧力を検出して電気信号を生成する。また、ここでは図示していないが、生成された検出信号を処理する信号処理部が筐体１０１内部に設けられており、処理された信号は信号発信部１０２から外部に照射されるようになっている。

なお、単位素子１０４ａ〜１０４ｄの上面と根元部１０３ｂの下面との間には、例えばシリコンオイルが充填される空間が形成されており、接触面１０３ａが受けた圧力を単位素子１０４ａ〜１０４ｄに伝達する役目を果たす。また、シリコンダイヤフラムの周囲に電極を設け、単位素子１０４ａ〜１０４ｄが検出した圧力信号を出力する。

なお、力電気変換素子１０４は、単位素子１０４ａ〜１０４ｄがシリコンウエハ上に形成されている場合には問題ないが、強度的に撓みや歪みが大きな材料で製作する場合には、比較的剛性の高い部材に固定することが好ましい。例えば、力電気変換素子１０４が固定されるベース１０５を高剛性の部材とする等の方法が考えられる。

このように構成された信号変換装置Ａでは、人間が受圧部１０３の接触面１０３ａを押圧した場合、接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出することができる。以下、本発明の力検出方法の一例について説明する。
まず、力電気変換素子１０４のしくみについて図３を用いて説明する。今、図３（ａ）に示すように単位素子１０４ａ〜１０４ｄが２×２のマトリクス状に配置された力電気変換素子１０４を用い、その力電気変換素子１０４の表面（検出領域）のうち同図（ｂ）に印した部分Ｐ_AをＰの力で加圧したとする（なお、説明を簡単にするために、受圧部１０３は平面状であるとする。）。加圧部Ａの力情報は、４つの単位素子１０４ａ〜１０４ｄの検出信号ｐ１〜ｐ４として出力される。

ここで同図（ｃ）のように加圧部Ｐ_Aの位置を、その平面上の座標をＸ，Ｙ、座標中心からの距離をＬ、Ｘ軸からの方向（力の作用方向）をθとして規定する。すると、加圧部Ａに作用する力ＰのＸ方向成分は、単位素子１０４ａ〜１０４ｄを利用して次式のように表される。

Ｐ（ｘ）＝（ｐ３＋ｐ４）−（ｐ１＋ｐ２） …（１）
同様に、加圧部Ａに作用する力ＰのＹ方向成分は、単位素子１０４ａ〜１０４ｄを利用して次式のように表される。

Ｐ（ｙ）＝（ｐ１＋ｐ３）−（ｐ２＋ｐ４） …（２）
そして、これらＰ（ｘ）およびＰ（ｙ）の比率より、力Ｐの作用方向θは次式のように表される。

θ＝Ｔａｎ１（Ｐ（ｙ）／Ｐ（ｘ））
＝Ｔａｎ１（［（ｐ１｜ｐ３）（ｐ２｜ｐ４）］
／［（ｐ３｜ｐ４）（ｐ１｜ｐ２）］） …（３）
次に、同図（ｄ）に示したように、単位素子１０４ａ〜１０４ｄの出力値ｐ１〜ｐ４のベクトルで張られる仮想平面１０６を想定し、この仮想平面１０６の重心位置に起点を持つ法線ベクトルが、検出領域平面に対して垂直な方向（Ｚ方向）成分となす角度をαとする。このαの大きさを、同図（ｃ）に示した検出領域における中心からの距離Ｌに対応させることによりＬを決定する。

なお、一般的に平面は空間上の３点で定義されるが、本発明では上述のように、ベクトル的な４つの点から仮想平面１０６を定義している。すなわち、本来ならば平面は３点で決定されるため他の１点は従属的に決定されてしまうところを、本発明では平面をあえて４点で定義するような構成を採用している。したがって、本発明においては、力電気変換素子１０４が剛性の高いシリコンウエハにより形成され、単位素子１０４ａ〜１０４ｄが撓んだり歪んだりしないように設計されている。これによって正確な検出値を得ることができるようになっている。もちろん、力電気変換素子１０４が固定されるベース１０５を高剛性の部材としておけば、全く同様の効果を得ることができる。

ここでＬとαの関係は、例えば図４に示したようなものを採用することができる。同図（ａ）のように両者を線形（一次曲線）で定義したり、あるいは同図（ｂ）のように両者を二次曲線で定義することができる。なお、Ｌとαの関係は信号変換装置を扱う各人の個人差や作業内容に応じて最適値が異なると考えられる。したがって、加圧部Ａの位置検出精度の向上や、作業での疲労感を緩らげるためにパターンを複数用意しておき、システム起動時や操作中の適当な時点で最適なパターンを選択できるようにしてもよい。

そして最後に、加圧部Ａに作用する力Ｐの大きさを、各単位素子１０４ａ〜１０４ｄの絶対値の総和をもって次式のように定義する。

Ｐ−｜ｐ１｜＋｜ｐ２｜＋｜ｐ３｜＋｜ｐ４｜ …（４）
以上のようにして各単位素子１０４ａ〜１０４ｄからの出力信号を処理し、互いの関係を求めることにより、検出領域のどの位置にどの程度の力が加わったかを検出することが可能となる。

なお、これら一連の信号処理は、後述する情報出力装置１０７内で行われることになる。

このように本発明の信号変換装置は、力電気変換素子１０４に４つの単位素子１０４ａ〜１０４ｄを備え、これら単位素子１０４ａ〜１０４ｄが受圧部１０３で受ける圧力に対して十分な剛性を備えてなることを特徴としている。

このような構成の本発明によれば、４つの単位素子１０４ａ〜１０４ｄのそれぞれが圧力の大きさｐ１〜ｐ４を検出するとともに、これら４つの出力値ｐ１〜ｐ４から仮想平面１０６を用いてベクトル的に加算し信号処理することにより、圧力の方向（受圧部１０３のどの位置に圧力が作用しているか）を知ることもできる。

特に、これら単位素子からの圧力情報をベクトル的に加算処理して仮想平面化する際に、単位素子どうしの位置関係が変化してしまうと圧力方向の検出が困難となってしまう。そこで本発明では、力電気変換素子が剛性の高い状態に保持されるように構成することにより、検出精度が保証できる程度のものとしている。
そのため本発明では、圧力の大きさと圧力の方向を１つのボタンに割り当てることができるため、１つのボタンに比較的多くのコマンドを設定することが可能となる。また、人間工学的にボタンの形状を工夫することにより、対象となる機器類をワンハンド（フィンガー）オペレーション的に操作することができるため、極めて感覚的に近い状態の操作ができるようになる。

また、図１、２のように複数の突起（接触面１０３ａ）を備えた構造の場合にも、どの突起のどの位置にどの程度の圧力が作用したかを検出することができる。

なお、上記の説明においては、角度αを「仮想平面の重心位置に起点を持つ法線ベクトルが、検出領域平面に対して垂直な方向（Ｚ方向）成分となす角度」と定義したが、例えば「Ｘ−Ｙ座標の原点に起点を持つ法線ベクトルが、検出領域平面に対して垂直な方向（Ｚ方向）成分となす角度」と定義することもできる。この場合には上述の演算が多少異なるものの、信号変換装置として同様の機能を発揮させることができる。

ここで、図１に示した信号変換装置Ａの利用形態の好適な例として、ビデオテープやデジタルビデオディスクなどに記録された画像情報の再生方法について説明する。受圧部１０３の形状からも判るように、ユーザーが信号変換装置Ａの接触面１０３ａを左右になぞるように動かすことによって、画像の再生スピードが変化するような利用方法が考えられる。この利用方法は、書籍のページめくり動作に近い感覚で行うことができる。

（Ａ）指の移動速度を画像情報の再生速度に対応させる。指が素早く移動している状態では再生速度を早くし、指の動きが遅い場合には再生速度を遅くする。また、指の動きが停止した時には再生動作も停止させ、静止画を表示する。もちろん時間軸が逆となる方向へ反転再生も可能となる。

また、指の押圧力を再生速度に反映させることもできる。まず指の停止状態での圧力を検出しておき、この時の圧力が大きい程、指移動時の初期加速度を大きく設定するなどの形態がある。

こういった利用方法を用いれば、長時間にわたる画像情報（例えば映画など）を指の動作を利用することによって極めて感覚的に扱うことができ、目的の画像に素早くアクセスすることができる。

（Ｂ）圧力が作用した位置とコマンドとを対応させる。例えば受圧部１０３の右側の方を触った場合には再生動作、左側の方を触った場合には反転再生動作、中心付近を触った場合には停止動作を実行する。さらに、圧力の大小に応じて再生速度を変化させる。

こういった利用方法を用いれば、指を一点で静止させた状態であっても再生速度が変化するため、（Ａ）の場合と同様に画像を感覚的に扱うことができる。

なお、本発明の信号変換装置はこのような利用方法に限定されることなく、様々な利用方法が考えられる。特に、個々のボタンにどのような位置情報、力情報を割り当てるかについては、適用対象物に応じて任意に決定すればよい。

続いて、図５を参照して本発明の第２実施例を説明する。なお、以下の各実施例においては前述の実施例と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例が第１実施例と相違する点は、力電気変換素子の形状および単位素子の配置にある。

すなわち本実施例の信号変換装置Ｂに用いられる力電気変換素子１０４は、受圧部１０３の接触面１０３ａの連設方向にわたって長尺に形成されており、その長手方向に沿って等間隔に単位素子１０４ａ〜１０４ｄが形成されている。

このような構成の信号変換装置Ｂでも、力電気変換素子１０４により生成された信号を前述の実施例と同様の手順で処理することにより、接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出することができる。

続いて、図６を参照して本発明の第３実施例を説明する。

本実施例の特徴は、受圧部の接触面が単一面で形成されている点にある。すなわち、信号変換装置Ｃの筐体１０１の操作部１０１ｂには単一のスリットのみ形成され、このスリットから受圧部１０３の接触面１０３ａが突出している。また、接触面１０３ａはその長手方向に沿って中心が隆起した断面凸状の形状をなしている。

なお、この実施例における力電気変換素子１０４の形状は、上述のいずれの実施例のものであってもよい。

このように受圧部１０３の形状が単純な信号変換装置Ｃであっても、力電気変換素子１０４により生成された信号を前述の実施例と同様の手順で処理することにより、力の接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出することができる。

続いて、図７を参照して本発明の第４実施例を説明する。

本実施例は第３実施例と同様に、受圧部１０３の接触面１０３ａが１つである点で共通している。しかし、接触面１０３ａの幅が数ｍｍ程度と細く形成されており、ほぼ線状の形状をなしている。

なお、この実施例における力電気変換素子１０４の形状も、上述のいずれの実施例のものであってもよい。

このような構成の信号変換装置Ｄであっても、力電気変換素子１０４により生成された信号を前述の実施例と同様の手順で処理することにより、接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出することができる。

また、本実施例では接触面１０３ａの面積が小さい分だけ受圧位置の特定が容易となるため、受圧位置を確実に検出することができる。

続いて、図８を参照して本発明の第５実施例を説明する。

本実施例では、受圧部１０３の接触面１０３ａが点状をなし、これらが全体として略長方形の面を形成するように配置されている。

このような構成の信号変換装置Ｅであっても、力電気変換素子１０４により生成された信号を前述の実施例と同様の手順で処理することにより、接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出することができる。

また、本実施例では接触面１０３ａを小さな点状に形成することにより、接触面１０３ａの１つ１つにコマンドを割り当てる代わりに、接触面１０３ａ全体を１つのコマンド指令面とする方法を採用することができる。例えば、接触面１０３ａが形成する略長方形の面をパソコン画面に割り当て、カーソルの移動方向や移動速度などを指令するツールとして利用することができる。以下、本発明の信号変換装置をパソコン上のカーソル移動に適用する場合について詳細に説明する。

図９は、本発明の信号変換装置をパソコン等に適用する場合の制御構成を示した図である。

図中、受圧部１０３は平面状に描いてあるが、これは図８に示したような点状の接触面が全体として平面を形成していることを意味している。すなわち、受圧部１０３は２次元的に並べられた点や線の集合、あるいは１次元的に並べられた線の集合（図１参照）による仮想面などで構成されている。

情報出力装置１０７は、力電気変換素子１０４から出力される信号から受圧部１０３に作用する圧力の大きさや位置などの情報を出力する。先に述べた式（１）〜式（４）はこの情報出力装置１０７内で演算される。また、モード設定用の専用信号を、図示しない他のセンサ部から得てスイッチ信号として出力することもできる。

演算部１０８は、信号出力装置１０７からの信号を入力し、圧力の大きさや位置などの情報をもとに、オペレータの意図した動作を判断する。そして、判断結果に基づいて切り替えスイッチを設定したり、その結果をディスプレイ１１０上に表示したり、あるいは指示位置をカーソルの位置として表示したりするための信号を生成する。

この演算部１０８の内部は、モード判断部１０８ａ、変換装置１０８ｂ、前処理部１０８ｃから構成されている。

モード判断部１０８ａは、情報出力装置１０７からの出力信号をもとに、オペレータが意図したと思われるコマンドをいくつか抽出し、そのうち最も確からしいコマンドを判断してモード信号として出力する。

変換装置１０８ｂはモード判断部１０８ａの出力するモード信号に従って、モード信号に応じた変換アルゴリズムを用い、情報出力装置１０７の情報信号をディスプレイ１１０上の指示位置に反映させる。

具体的には、モード判断部１０８ａは少なくとも押圧位置情報をディスプレイ１１０上の絶対位置に対応させる「絶対位置入力モード」と、押圧位置情報をディスプレイ１１０上のカーソルの現在位置との相対位置に対応させる「相対位置入力モード」とを判断・出力する機能を備え、変換装置１０８ｂはこのモード信号に応じた変換アルゴリズムで情報出力装置１０７の情報信号をディスプレイ１１０上の指示位置に対応させる。

前処理部１０８ｃは情報出力装置１０７から入力された信号から、例えば押圧開始からの経過時間や、連続押圧なし時間の長さ、あるいは押圧位置（指）の移動速度などの押圧履歴情報を抽出し計算することにより、モード判断部１０８ａや変換装置１０８ｂでの演算に反映させる。

中央演算部１０９は演算部１０８からの信号に従って処理を実行したり、あるいはディスプレイ１１０上に表示したりする。また、図示しない他の信号変換装置から情報を得たり、図示しない出力装置（例えばプリンタやディスク装置など）に信号を出力したり、他のパソコン類（情報処理装置）と信号のやりとりを行ったりする。

演算部１０８内部で行われる主たる動作をフローチャートに示したのが図１０である。

まず、情報出力装置１０７から押圧力の大きさと押圧位置などが入力される（Ｓ１１）。

次に、例えば、押圧開始からの経過時間や押圧なし時間の長さ、あるいは押圧位置（指）の移動速度などの押圧履歴情報が前処理として算出される（Ｓ１２）。また、次回以降のルーチンに必要な過去および現在のデータを記録する。

モード判断（Ｓ１３）は、押圧力の大きさや押圧位置の時間変化の大きさ、押圧位置、モード切り替えのスイッチ信号の有無、あるいは過去のモード変化などによって、モードを判断する。図１０では、「絶対位置入力モード」と「相対位置入力モード」の判断を示しているが（Ｓ１４）、その他のモード、例えば通常のマウス等の操作で知られているシングルクリックやダブルクリックなどのモードを判断してもよい。この場合も同図と同様のフローにて処理される。

次に、分岐によって「絶対位置入力モード」と「相対位置入力モード」とで異なる制御形態に分かれ、それぞれのアルゴリズムに従って押圧位置（ｘ，ｙ）からディスプレイ１１０上の指示位置を得る（Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ）。

そして指示位置（ｘ，ｙ）の情報を中央演算部１０９に出力する（Ｓ１６）。さらに信号処理を行う必要がある場合には、再度入力ルーチンへ戻る。

このような機能を有する変換部１０８によれば、例えば押圧部を表示画面全体に割り当てるような「絶対位置入力モード」という変換を行うことができ、カーソルなどをディスプレイ１１０上を大きく迅速に移動させることも可能となる。
なお、モード判断（Ｓ１３）の基準となる判断事項は、上述の方法以外にも各種考えられる。これらは演算部１０８内部にあらかじめプログラムされ、必要に応じて適宜利用されるように設定しておくことが好ましい。以下、モード判断（Ｓ１３）の判断例をいくつか説明する。

（ａ）押圧開始から一定時間経過しても押圧位置の変化が所定の値よりも小さい時に「絶対位置入力モード」と判断する。

（ｂ）押圧力が所定の値よりも大きい時に「絶対位置入力モード」と判断する。

（ｃ）モード切り替えのスイッチ信号を検出した時に「絶対位置入力モード」と判断する。

これらの判断方法のうち（ａ），（ｂ）の方法は、特に特定のスイッチ操作を行わずに「絶対位置入力モード」を指示することができるため、ユーザーの操作性が大幅に向上する。また、これらの判断方法は、組み合わせて用いることも可能であり、ユーザーが自由に設定できるようにすれば操作性はさらに向上する。
次に、位置変換（Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ）の判断例をいくつか説明する。

（ｄ）「絶対位置入力モード」の場合、押圧位置に対応するディスプレイ上のカーソル位置と現在のカーソル位置との間の距離を検出し、この距離に比例した速度を算出し、指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に近づいていくように変換を行う。

（ｅ）「絶対位置入力モード」の場合、時間経過に応じて徐々に速度が大きく（または小さく）なるように、指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に近づいていくように変換を行う。

（ｆ）「絶対位置入力モード」の場合、あらかじめ決められた一定の速度で、指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に近づいていくように変換を行う。

（ｇ）「絶対位置入力モード」の場合、現在のディスプレイ上の指示位置にかかわらず、指示位置を押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に設定するように変換を行う。

（ｈ）押圧力に比例した速度で、指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に近づいていくように変換を行う。

（ｉ）押圧力を加算した速度で、指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に近づいていくように変換を行う。

これらの判断方法のうち（ｈ），（ｉ）の方法は、ユーザーが意図的に押圧力を大きくすればカーソルを素早く目的の位置に移動させることができる。そのため、自分の意志を直感的に指示位置操作に反映させることができる。また、（ｈ），（ｉ）の方法に対して（ｄ），（ｅ），（ｆ）の方法を組み合わせて変換を行うことにより、さらに操作性を向上させることができる。

また、位置変換（Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ）で行われるこれらの判断例に関連して、図９に示した中央演算部１０９の内部で行わせることができる他の判断例について説明する。

（ｊ）指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に所定の距離よりも近づいた時、「絶対位置入力モード」から「相対位置入力モード」に切り替える。

（ｋ）指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に所定の距離よりも近づいた時、「絶対位置入力モード」の変換係数を切り替える。なお、ここで言う変換係数とは、接触面１０３ａの全面をディスプレイ全面に割り当てる場合を最大値とするものであり、ディスプレイの一部の範囲のみを割り当て作業を行うような場合には変換係数を小さく設定する。これによって、指示位置の移動速度や位置決め精度の変更を容易にすることができる。

（ｌ）指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に到達したとき、「絶対位置入力モード」から「相対位置入力モード」に切り替える。

（ｍ）指示位置が押圧位置に対応するディスプレイ上の位置に到達したとき、「絶対位置入力モード」の変換係数を切り替える。

これら４つの判断方法は、「絶対位置入力モード」の最終段階で、より精度よく位置決め操作を行うために好適なものであり、入力モードを自動的に「相対位置入力モード」に切り替えたり「絶対位置入力モード」の変換係数を変更したりする。このような切り替えを行うことにより、さらに円滑かつ確実なカーソルの位置決め動作が可能になる。

また、これら中央演算部１０９で行われる判断例を、モード判断（Ｓ１３）、位置変換（Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ）での判断例と組み合わせることにより操作性をより向上させることができるようになる。特に（ｊ），（ｋ），（ｌ），（ｍ）の方法と（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｈ），（ｉ）とをそれぞれ組み合わせて実行することがより好ましい。

続いて、演算部１０８内部の他の動作について図１１のフローチャートにしたがって説明する。図１１に示された制御動作の中で特徴となるのは、仮想慣性変換（Ｓ１５ｃ）を取り入れた点にある。その他の動作は図１０に示した動作および前述の判断例と同じであるため説明は省略する。

モード変換（Ｓ１３）では新たに「仮想慣性モード」を判断基準の１つとして用意している。「仮想慣性モード」では、実際には存在しない慣性を持った物体を想定し、それに対して押圧面を通して力を加えているような仮想現実を形成する。これによって、たとえばユーザーが押圧面に力を加えながら指を横方向に勢いよく滑らせることで、仮想的な慣性物体に力を加えながら転がす（あるいは滑らせる）ような仮想現実を作り出し、受圧部から指を放した後にも仮想的な慣性物体が転がっている（あいるは滑りつづけている）ような感覚を与える。

これを指示位置（カーソル位置）に反映させる場合、例えば指示位置を大きく急激に変えたいときに、大きな押圧力を加えながら指を素早く動かすことにより、ユーザーは容易に指示位置を変えることができるようになる。

図１１では「仮想慣性モード」が「相対位置入力モード」や「絶対位置入力モード」と並列に位置付けられ、いずれか１つが選択されるようになっている。しかし、例えば「相対位置入力モード」の中で「仮想慣性モード」を採用するなど、複数のモードが同時に起動されるように設定されていても一向に構わない。これらモードの同時利用も、ユーザーの作業内容等に応じて任意に選択できるように設定されていることが好ましい。

このような「仮想慣性モード」を用いることにより、ユーザーの操作性をさらに向上させ、ユーザーの意のままに動く信号変換装置を実現することができる。
以下に、「仮想慣性モード」を設定した場合に中央演算部１０９の内部で行わせることができる他の判断例について説明する。

（ｎ）押圧力が加わった後に押圧が中止された場合、押圧中の押圧力および（または）押圧位置の移動速度に応じた値と、押圧中止からの時間に応じて、指示位置の移動速度および（または）指示位置を演算する。

（ｏ）上述の（ｎ）に加えて、押圧力が加わった後に押圧が中止された場合、あらかじめ設定した値に対して押圧中止からの時間を乗じ、この演算値に応じて指示位置の移動速度が減速されるように演算を行う。これにより、あたかも摩擦力が働いているような仮想現実を実現することができる。

（ｐ）指示位置が速度を持っている（移動している）間に、ディスプレイのいずれかの端に達した場合には、ディスプレイの端で折り返した位置に指示位置がくるように演算を行う。これにより、指示位置が滑って（あるいは転がって）いる間にディスプレイの端に達した時には、あたかも端で跳ね返るような仮想現実を実現することができる。これは、（ｎ），（ｏ）の判断例と組み合わせて実施することができる。

（ｑ）指示位置が速度を持っている（移動している）間に、ディスプレイのいずれかの端に達した場合には、端の続きとして画面の反対側の端から指示位置が移動するように演算を行う。これにより、（ｐ）の判断例とは異なり、指示位置が滑って（あるいは転がって）いる間にディスプレイの端に達した時には、反対側の端から再び現れるような仮想現実を実現することができる。これは、（ｎ），（ｏ）の判断例と組み合わせて実施することができる。

以上説明してきたように、図９乃至図１１に示したような構成を採用することにより、これまでの信号変換装置では困難であった指示位置の迅速なモード変更や確実な位置決め、あるいは現実の物理現象に近い入力操作の実現等を可能にする。したがって、操作が感覚的なものに近づくなどユーザーの操作性を大幅に向上させることができるようになる。

続いて、図１２を参照して本発明の第６実施例を説明する。

本実施例は図８に示した第５実施例と比較して、受圧部１０３の接触面１０３ａが全体として略円形面を形成するように配置されている。また、筐体１０１の一部が、これら接触面１０３ａの外形に対応するように円形の溝１０１ｄとなっており、ユーザーが指により操作しやすいように工夫されている。

このような構成の信号変換装置Ｆであっても、力電気変換素子１０４により生成された信号を同様の手順で処理することにより、接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出するとができる。

なお、本実施例では接触面１０３ａの全体形状が略円形面となるように設計されているが、この形は操作対象の形状等に応じて自由に設計できることは言うまでもない。もちろん、先に説明したパソコン等の情報処理機器への適用も可能である。

続いて、図１３を参照して本発明の第７実施例を説明する。

本実施例では受圧部１０３の接触面１０３ａが全体として略円環状をなしており、かつ、中心部分にも１本が存在している点が特徴である。いずれの接触面１０３ａも共通の根元部１０３ｂに接続されており、単一の力電気変換素子１０４上に固定されている。

このような構成の信号変換装置Ｇであっても、力電気変換素子１０４により生成された信号を同様の手順で処理することにより、接触面１０３ａのどの位置がどれだけの力で押圧されたかを検出することができる。

さらに本実施例では、中心に配置された接触面と周囲に配置された接触面とに別々のコマンドを割り当てることもできる。例えば前者に割り当てられたコマンドに、後者が受ける押圧力を印加することにより、前者のコマンドに修飾を施すような機能として用いられる。

なお、上述した各実施例はリモコンなどの家電機器類として、あるいはパソコンなどの情報機器類として幅広く適用することが可能である。

また、力電気変換素子としては４つの単位素子を備えたものを例示したが、単位素子の数は４つ以上であればいくつでも構わない。例えば３×３のマトリクスを形成するように９個の単位素子を配置したり、４×４のマトリクスを形成するように１６個の単位素子を配置するなどといったことも可能である。このような場合にも、図３に示したような方法に基づいて押圧位置や押圧力を検出することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の別の実施の形態を説明する。
図１４は、本発明の実施例に係る信号入力装置の適用例を示す斜視図である。本例では、表示部３上の画面８の下に、画面８１、８２と２つの画面が隠されている場合を示している。各画面には、ポインタ７により選択すべきアイコン６が配置されているが、各アイコン６は、画面８内に仮想的に設けられた境界線９に仕切られた領域１０内に配置される。

今、画面８のアイコン６ａにポインタ７ａを重ねた状態から、画面８１を選択し、アイコン６ｂにポインタ７ｂを重ねた状態に切り替え、更に、画面８３を選択し、アイコン６ｃにポインタ７ｃを重ねた状態に切り替える場合を考える。

まず、画面８上のアイコン６ａにポインタ７ａを重ねた状態で、パッド型入力部５の位置Ｃ（この場合、画面８１のアイコン６ｂに対応する位置）に画面８１に対応する押圧力を加える。その結果、画面は画面８１に切り替わり、ポインタ７ｂは、アイコン６ｂに重なった位置に来る。

理想的には以上の通りであるが、操作者の指先の角度によっては、パッド型入力部５上の位置Ｃを押した場合に、画面８１上でポインタ７ｂ１の位置にずれてしまうことがある。この場合、当然ポインタ７ｂ１は、アイコン６ｂとは重なっていないので、画面は切り替わらない。これは、画面８１が画面８の裏に隠れており、視覚によるフィードバックが制限されるため、この傾向が強く出てくる傾向がある。

しかし、本発明の信号入力装置の場合、画面８上に境界線９によって仕切られた領域１０が存在し、アイコン６ａは領域１０ａに、アイコン６ｂは領域１０ｂに、アイコン６ｃは領域１０ｃに、専属的に配置されるアイコンであると登録されている。その結果、ポインタ７ｂ１のようにアイコン６ｂからずれて指定されてしまっても、ポインタ７ｂ１が、領域１０ｂ内にある限り、アイコン６ｂを指定したものと見なし、その後の画面８の画面８１への切替と、アイコン６ｂのポインタ７ｂによる指定が自動的に制御される。

これは、画面８２を、ポインタ７ｃで選択する場合も同様であり、ポインタがポインタ７ｃ１にずれてしまっても、領域１０ｃにあるかぎり、アイコン６ｃを選択したものとみなし、画面８２への画面の切替と、アイコン６ｃのポインタ７ｃによる指定が制御される。

もちろん、画面設計に当たっては、各領域１０に１個のアイコンが来るように予め設定されることはもちろんである。

図１５は、図１の内容を一般化して示すものであり、空間を任意の領域群１１に分割し、それぞれの領域群１１毎に、代表位置１２を設定し、パッド型入力部５に印加される力の位置および強さに対応させている。

したがって、この実施例では、現在呈示されていない画面８１、８２を画面８と切り替えて呼び出すために、特別なコマンドの入力は必要なく、パッド型入力部５に与えられる押圧力の強弱によってのみ、画面の指定を行うことになる。一方、どの画面８、８１、８２に切り替わっても、ポインタ７の位置は、領域群１１の中の代表位置１２と見なされるため、パッド型入力部５に加わる押圧力の微妙な角度の違いによる位置ずれも自動的に修正されるので、パッド型入力部５による迅速なアイコン６の選択操作が可能となる。

図１６は、本発明の実施例の信号入力装置を実現するためのシステム構成図である。図において示すように、パッド型入力部５からは、操作者の指先の押圧位置および押圧力に基づいて、位置Ｘ座標位置信号ｘ、Ｙ座標位置信号ｙ、押圧力信号ｐに対応する信号が出力され、信号増幅手段１３に与えられる。信号増幅手段１３は、予め定められた変換則によって、パッド型入力部５からの３次元的な力情報を分離増幅し、その結果をエンコード手段１４に伝送する機能を有する。本例では、パッド型入力部５の上での、２次元座標（ｘ、ｙ）と、その位置における力の値（ｐ）が伝送され、この（ｘ、ｙ、ｐ）の組み合わせで、１種類のコードが定義される。

一方、表示部３に表示されている画面８と、裏に隠されている画面は、空間的に呈示画面の領域群１１として定義され、それぞれの小さな領域群１１において、代表位置１２が（Ｘ_i、Ｙ_j、Ｐ_k）として設定されている。

すなわち、領域群１１と、代表位置１２との関係は、

で定義される。ただし、式１で、Ｘ_iSと、Ｘ_iEは座標軸Ｘにおける、領域群１１の各領域の開始点と終点であり、ポインタ７がこの領域内にあれば、代表位置１２のＸ_iであると見なされる。Ｙ_j、Ｐ_kについても同様である。

領域登録手段１５には、各方向にｎ個、ｍ個、ｒ個に分割された領域群１１と、各々の代表位置１２の値が登録されている。これらの領域群１１の数は、一般に、画面操作に必要なアイコンの数よりも多く用意されており、画面状にアイコンを配置する時には、領域群１１の中から適当な場所を選定して配置する。これらの対応を、本例では、ポインタの移動先となる目標座標設定手段１６で行っている。

操作者の指動作で決定される３次元的な力情報は、エンコード手段１４によって、有意なコマンドコード［ｘ、ｙ、ｐ］に変換されるが、これが上記目標座標設定手段１６のどの領域に対応するか、そして当該領域にアイコンが有るか無いか、などの判定は、比較対応手段１７によって行われる。

これらの判定結果を、画面８上に呈示すると同時にパーソナルコンピュータなど被操作対象となる機器の動作に反映するか否かは、登録再生切替手段１８により判定され、実行される。

つまり、別途用意された手段により、再生が選択されていれば、操作者の指動作は、そのまま被操作対象である画面８上に実際に反映される。

一方、登録再生切替手段１８に対して、登録が設定されていれば、操作者の指動作に基づく、比較対応手段１７での判定結果は、登録再生切替手段１８を経由して、画面８に反映されると同時に、変換係数登録手段１９に送られる。この変換係数登録手段１９は、エンコード手段１４に接続されており、パッド型入力部５に与えられた操作者の指動作により得られた信号増幅手段１３からの信号［ｘ、ｙ、ｐ］を、エンコード手段１４でエンコードする場合の関数を与えている。例えば、任意の値ｕ₁、ｕ₂、ｕ₃に対して、ｖ₁＝ｆ（ｕ₁）、ｖ₂＝ｇ（ｕ₂）、ｖ₃＝ｈ（ｕ₃）なる関数を変換則として用いるとすると、この変換係数登録手段１９は、パッド型入力部５における力電気変換の結果［ｘ、ｙ、ｐ］に上記のような関数を適用して、これを設定登録する。例えば、信号増幅手段１３の出力［ｘ、ｙ、ｐ］に、各々関数ｆ、ｇ、ｈを適用するように変換係数登録手段１９に登録されている場合、エンコード手段１４からは［ｆ（ｘ）、ｇ（ｙ）、ｈ（ｐ）］が得られる。

信号増幅手段１３からエンコード手段１４に与えられた信号に対しては、以降はこれらの関数が適用され、適用された結果が、アイコン位置などが登録された目標座標設定手段１６の内容と、比較対応手段１７において比較識別されることになる。

ここにおける関数の選定と適用は、操作者が意図通りの操作が可能な快適な力入力に対応して行われるが、これらは複数の操作者の個性を吸収して、最適化するためである。具体的には、個々の操作者が、それぞれ経験的に調整したり、選定した関数を、登録するために、個人情報記録手段２０を設けておき、この情報に基づき、変換係数登録手段１９への関数の登録を行うことになる。その結果、操作者は、自分に最適な変換則を適用することができる。

なお、上記の説明では、パッド型入力部５に入力される指先による押圧力について、時系列的なパターンを省略したが、実際には、クリック操作など、領域選択後に続く操作に当たっては、時系列的な押圧力の変化のパターンがコマンドコードとして積極的に利用されることになる。

本例では、領域登録手段１５に押圧力の印加場所と圧力に関する３次元データを登録したのと同様にして、時間変化登録手段２１に、押圧力の時間変化に着目した力パターンデータは
Ｆ₁［Ｘ_iＪ（ｔ），Ｙ_j（ｔ），Ｐ_k（ｔ）］
の形で登録してある。この内容も、比較対応手段１７に伝送され、操作力の時間変化を考慮したエンコード手段１４からの出力［ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｐ（ｔ）］と比較対応づけた上で、所定の動作につなげられる。なお、この時間変化に関する変換則についても、変換係数登録手段１９において設定登録可能である。したがって、操作者は、自分に最も適した操作手順を、実際の動作結果と見比べながら、捜し出し、個人情報記録手段２０に登録しておくことで、最適な操作環境の設定が可能である。

なお、領域登録手段１５では実際の画面８に準拠した画面空間を定義して、その内容とエンコード手段１４の出力結果の対応づけを行っているが、画面空間の代わりに、抽象的な多次元空間の座標軸を用いてもよい。これには、ファイル単位、ディレクトリ単位、メディア単位など、物理的に独立していたり、階層化が計れるものであれば、どのような場合にでも適用可能である。

図１７は、片手操作が可能な形状に構成される、信号入力装置の例を示すものであり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は上面図（平面図）、（Ｃ）は下面図（背面図）である。図において示すように、装置は本体２２と、指で操作する操作部２３と、操作結果を被制御機器に赤外線で送信するための赤外線送信部２４で構成されている。

この装置は、操作者が手に持って操作するように構成されており、人差し指、中指、薬指、小指の４本の指および掌で本体２２を保持し、親指にて操作部２３を操作する。操作部２３には、弧状に配置される突設部２５が配置されており、親指の前後左右の動きにより、２次元的な位置情報の入力を行い、更に押圧力力の変化により、更に別の情報の入力が可能である。つまり、図３の場合と同様に３次元の信号入力が可能である。この信号は、図３に示したエンコード手段１４と同様な回路を経由してコード化され、赤外線送信部２４を通じて、被制御対象となる機器に赤外線伝送される。このようなリモートコマンダはテレビジョン等にそのまま適用可能である。

図１８は、図１７の構成における具体的な入力情報として数値を例にとって機能を示す説明図である。

まず、操作部２３における線状の突設部２５をｘ軸の情報に割り当てる。そして、異なる突設部２５を押すことで、数値の増減を操作する。

また、押圧力の強弱であるｐ軸は、桁数の分解能の情報に割り当てる。つまり、押圧力を増すほど、小さな桁まで選定できる。

更に、突設部２５に前後に押圧力を与えて得られるｙ軸の情報は、割り込み的なダイレクトコマンドを指定できるようにする。例えば、現在選定した数値の決定や、レンジの切替などに使用する。

さて、今、押圧力を軽圧力ｐ₁、中圧力ｐ₂、強圧力ｐ₃、指を離した状態の無圧力ｐ₀に分けて考える。

操作者が、突設部２５を軽圧力ｐ₁で、左右に、つまりｘ軸方向に操作し、ある位置Ｅ１で指動作を停止すると、粗い分解能で１つの数字の呈示状態になる。その結果、例えば、数値（０４０００）が得られる。

ここから指の押圧力を、中圧力ｐ₂に強め、指を左右に動かすと、先の数値を基準に一桁細かい分解能で数値が増減する。そして、位置Ｅ２で指を停止すると、ひとつ細かい分解能の数字の呈示状態になる。その結果、例えば、数値（０４２００）が得られる。

更に、指の押圧力を、強圧力ｐ₃に強め、指を左右に動かすと、先の数値を基準に更に一桁細かい分解能で数値が増減する。そして、位置Ｅ３で指を停止すると、ひとつ細かい分解能の数字の呈示状態になる。その結果、例えば、数値（０４１６０）が得れらる。

ここで、突設部２５から指を離して、無圧力ｐ₀になると、最終桁まで表示して、例えば、数値（０４１６５）が決定される。

この場合、数値決定は図中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の経路で決定されて行くが、途中の桁で数値を決定したい場合、その時点で、指を前後方向、つまりｙ軸方向に操作すれば、図中のＲ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａ、Ｒ４ａの経路で、粗い桁数のままで数値の決定を行うことができる。

図１７、図１８で示した例は、例えば電子化された書籍を実際の本のページめくりと同様な感覚で操作したり、またマルチメディア機器の画面上での選定や、特定メディア情報を多数画面に表示しながら選定するプラウジング操作に最適な構成である。

さて、図１９は、図１４に示したパッド型入力部５の構成例を説明するものであり、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図である。図において示すように、４つのセンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの上に平板２７を載せて、斜線で示す部分をパッド型入力部５として、圧力を加える面として用いる。そして、４つのセンサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄにより、パッド型入力部５に加えられた操作者の指先による押圧力を検出するが、この場合、検出情報は、押圧力の位置と大きさとなる。なお、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄによる検出情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、図２０の説明図に示すようにして処理される。

平板２７の上の地点Ｐｃ（Ｘｃ、Ｙｃ）に大きさＮｃの押圧力が加えられた時、センサ２６ａ、２６ｂの出力値より、加圧点Ｐｃのセンサ２６ａ、２６ｂからの方向３１、つまり加圧点Ｐｃとセンサ２６ａ、２６ｂを配置した場所の中心点Ｐｆとのなす角度θ２が算出される。

同様に、センサ２６ｃ、２６ｄの出力値より、加圧点Ｐｃのセンサ２６ｃ、２６ｄからの方向３２、つまり加圧点Ｐｃとセンサ２６ｃ、２６ｄを配置した場所の中心点Ｐｇとのなす角度θ３が算出される。

したがって、上記の２つの角度θ２、θ３を演算することにより、加圧点Ｐｃのパッド型入力部５上での座標を求めることができる。また、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄで検出された押圧力の絶対値の総和より、入力圧力の大きさを求めることができる。

また、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを配置する中心点を分けることにより、加圧点の座標位置を精度良く求めることを可能としている。

これに対して、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの配置の中心点を同一とし、かつこれが１点である場合、加圧点の座標位置を精度良く求めることは困難である。以下に、このことを説明する。

例えば、図２１に示すように、平板２７の中心に、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを配置してパッド型入力部５を構成するようにした構造の場合、図９に示すように、加圧点Ｐｂの、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの配置の中心点からの方向、つまり加圧点Ｐｂと中心点のなす角度θ１は、すべての方向に対して求めることができる。また、加圧点Ｐｂの、中心点からの距離ｌｂは、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄのそれぞれの出力を、Ｘ方向成分、Ｙ方向成分に換算し、Ｘ方向成分については、
Ｘ＝Ｓ３＋Ｓ４−Ｓ１−Ｓ２
により算出し、Ｙ方向成分については、
Ｙ＝Ｓ１＋Ｓ３−Ｓ２−Ｓ４
算出する。然る後に、それぞれの合成力を、以下のように、加圧力の総和で除することにより、
１ｂ＝（Ｘ₂＋Ｙ₂）／（｜Ｓ１｜＋｜Ｓ２｜＋｜Ｓ３｜＋｜Ｓ４｜）
なる演算から、距離ｌｂを得ることができる。

加圧点がＰａに移った場合も、同様にして、角度θ１と距離ｌａを求めることができる。

しかしながら、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、その上部に設けた平板２７との間には、例えば弾性ゴムや、スプリング等の接合部材が介在するのが一般的であり、この接合部材の変形があった場合、上述のことが成立しなくなる可能性がある。

つまり、接合部材の変形により、中心点のずれが発生した場合、加圧点に対する支点のずれを生じる可能性がある。一方、接合部材の非線形性などにより、距離ｌｂの算出に不確実性が残ることも否定できない。特に、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの配置中心点からの距離が遠い点においては、その影響度が大きくなってくる。このために、得られる距離情報は、角度の情報に比較して、精度が悪くなってしまう。

これに対して、図１９の構成の場合、角度情報のみによって、その座標位置を算出できるので、検出精度を向上させることが可能である。

なお、この場合、センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを配置する角度は、９０度である必要はなく、センサ２６ａ、２６ｂの組と、センサ２６ｃ、２６ｄの組の、それぞれの配置中心点が異なり、予めわかっている一定の角度を保持できればよい。

なお、図１９の構成では、平板２７を、センサ２６ａ、２６ｂの組と、センサ２６ｃ、２６ｄの組に対して、一枚で構成する場合を例示したが、図１０に示すように、センサ２６ａ、２６ｂに対応する平板２７ａと、センサ２６ｃ、ｄに対応する平板２７ｂを重ねて配置した構造としてもよく、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

この発明による入力情報検出デバイス（力電気変換装置）の構造のさらに別の実施形態を説明する。その構造概略図を図２８に示す。４個の押圧力を検出する感圧センサー２１１ａ〜２１１ｄを２個ずつのペアに分け、それぞれのペアを、入力情報である押圧力が加えられる平板２１２ａ，２１２ｂにそれぞれ取り付ける。平板２１２ａ，２１２ｂと感圧センサー２１１ａ〜２１１ｄは弾性体（例えば弾性ゴム、スプリング又はこれらの同等物）を介して結合されており、感圧センサー２１１ａ，２２１ｂと感圧センサへ２１１ｃ，２１１ｄに結合されたそれぞれの平板２１２ａ，２１２ｂは、互いに重なる様に配置されている。

次に図２９を用いて、入力情報として加えられた押圧力の位置と大きさを検出する手順を説明する。今、平板２１上の地点Ｐｃ（Ｘｃ、Ｙｃ）に、大きさＮｃの圧力が加えられたとする。この時、感圧センサー２２２ａ，２２２ｂの出力値によって、加圧点Ｐｃの、感圧センサー２２２ａ，２２２ｂからの方向３１、つまり、加圧点Ｐｃと、感圧センサー２２２ａ，２２２ｂを配置した中心点Ｐｆと、の成す角度θ２が算出される。これと同様に、感圧センサー２２２ｃ，２２２ｄの出力値により、加圧点Ｐｃの、感圧センサー２２２ｃ，２２２ｄからの方向２３２、つまり、加圧点Ｐｃと、感圧センサー２２２ｃ，２２２ｄを配置した中心点Ｐｇと、の成す角度θ３が算出される。よって、上記の２つの情報を演算することにより、加圧点Ｐｃの平板２２１上での座標を求めることが出来る。また、４個の感圧センサー２２２ａ〜２２２ｄの出力値の絶対値の総和により、入力圧力の大きさを求める事が出来る。

上記のように、感圧センサー２２２ａ〜２２２ｄを配置する中心点Ｐｆ，Ｐｇを分けることにより、加圧点Ｐｃの座標位置を精度良く求めることができる。感圧センサー２２２ａ〜２２２ｄの配置の中心点を同一でかつ１点とした場合に、加圧点の座標位置を精度良く求めることが容易ではない。その原因を以下に述べる。

図３１、３２に示すように感圧センサへ２０２ａ〜２０２ｄを配置したとする。このとき、加圧点Ｐｂの、感圧センサー２０２ａ〜２０２ｄ配置の中心点からの方向、つまり加圧点Ｐｂと、中心点ＣＰの成す角度θ１は、すべての方向に関して求めることが出来る。また、加圧点Ｐｂの中心点ＣＰからの距離Ｌｂは、感圧センサー２０２ａ〜２０２ｄからの値をＸ方向成分及びＹ方向成分に、以下の様にそれぞれ換算する。
Ｘ方向成分：Ｘ＝Ｓ３＋Ｓ４−Ｓ１−Ｓ２
Ｙ方向成分：Ｙ＝Ｓ１＋Ｓ３−Ｓ２−Ｓ４
それらの成分の合成力を、加圧力の総和で以下の様に除することにより、距離Ｌｂも換算することができる。ただし、Ｓ１〜Ｓ４は感圧センサー２０２ａ〜２０２ｄの出力値を表している。
距離Ｌｂ：Ｌｂ＝（Ｘ２＋Ｙ２）／
（｜Ｓ１｜＋｜Ｓ２｜＋｜Ｓ３｜＋｜Ｓ４｜）
しかし、感圧センサー２０２ａ〜２０２ｄ上部に設けた、平板２０３との接合部材（例えば、弾性ゴムやバネ・スプリング等）の変形による、感圧センサー２０２ａ〜２０２ｄを配置した中心点ＣＰと加圧力の機械的支点のずれ、また、接合部材の変形に伴なう非線形性等により、距離Ｌｂの算出に不確実性が内在している。とくに、センサー２０２ａ〜２０２ｄの配置中心点ＣＰから、加圧点Ｐｂまでの距離が遠い場合においては、その影響が大きくなる。そのため、求める事の出来る距離情報は角度情報に比べて、精度が悪いものとなるのが避けられない。

本実施態様においては、角度情報のみによって、その座標位置を算出せしめるようにする事により、検出精度の向上を計っている。なお、感圧センサーを配置する角度は根９０度である必要はなく、それぞれの配置中心点が異なり、一定の角度を持てばよい。

次に本発明による入力情報検出デバイスの構造のさらに別の実施形態を説明する。その構造概略図を図３０に示す。平板２３１ａ，２３１ｂの端部に接続された感圧センサーのペア２３２ａ，２３２ｂ；２３３ａ，２３３ｂの２組と平板２３１ａ，２３１ｂの中心点に配置された感圧センサーの２×２マトリクス２３４ａ〜２３４ｄと、から構成される。この様に構成することにより、入力情報の検出精度の向上が可能である。

入力情報の検出手順を図３３を用いて説明する。今平板２４６ａ，２４６ｂ上の地点Ｐ１３に入力情報が加えられたとする。このとき、感圧センサー２５１ａ，２５１ｂによって得られる角度情報は、感圧センサー２５１ａ，２５１ｂの分解能に応じた一定の角度誤差θ５０を持った値として得られる。図中に斜線で示した領域ＨＡが、感圧センサー２５１ａ，２５１ｂから得られる角度情報によって予測される入力位置座標である。同一の分解能の感圧センサーを用いた場合には、角度誤差はおおむね感圧センサーの中心点ＣＰからの距離に比例する。そのため、入力位置座標の検出は、平板２４６ａ，２４６ｂの端部に位置した感圧センサーのそれぞれのペア２５１ａ，２５１ｂ；２５２ａ，２５２ｂからの２つはの値と、中央点にマトリクス状に配置した感圧センサーのセット２５３ａ〜２５３ｄからの値の都合３個より行わせる。その際の３個の値より、入力位置座標を検出する方法は以下の通りである。中央点ＣＰ付近にマトリクス状に配置された２×２感圧センサー２５３ａ〜２５３ｄの値を、一番精度の高い情報と位置づける。この感圧センサー２５３ａ〜２５３ｄから得られる値と、それぞれの感圧センサーのペア２５１ａ，２５１ｂ；２５２ａ，２５２ｂからの値より得られる入力位置の中心を、入力位置座標とする。これによって、例えば、図中の座標Ｐ１３からＰ１４へと入力圧力の作用点が変化した際、その位置情報を精度良く検出できる。

以下、この発明のさらに異なる実施例について図面を参照して説明する。
図３４は、本発明の信号入力装置の実施例の一構成例を示すものである。

図中、３０１は押圧部で、通常ある面積を持った平面、あるいは、２次元状にに並べられた点や線の集合あるいは、１次元状に並べられた線の集合による仮想面などで構成される。

３０２は、センサ部で、押圧部３０１に与えられた押圧力に対応した信号を出力する。

３０３は、情報出力装置で、センサ部３０２の出力する信号から、押圧力の大きさ、押圧力の位置などの情報を出力する。この信号の変換方法は別に詳しく述べる。この装置３０３は、モード設定用の専用信号を、図示しない他のセンサ部から得てスイッチ信号として出力することも可能である。

３０４は演算部であり、情報出力装置３０３からの、押圧力の大きさや、押圧位置などの信号をもとに、力を加えた人間の意図する動作を判断して判断結果に基づいて切り替えスイッチを設定したり、その結果を画面上に表示したり、あるいは指示位置をカーソルの位置として表示したりする。

３０５は中央演算装置で、演算部３０４からの信号に従って処理を行ったり、画面に表示したりする。また、この装置３０５は、図示しない他の信号入力装置から情報を得たり、図示しない出力装置に信号を出力したり、他の装置と信号のやりとりを行ったりする。

３０６は表示装置で、中央演算装置３０５の指示に従って画面表示を行う。

上記の演算部３０４は少なくとも、演算制御３４１と、累積演算部３４２と、減算演算部３４３と、除算部３４４と、加算部３４５とから構成される。

演算制御部３４１は、ほぼ同じ長さの時間が経過するごとに決められた演算処理を行う様に累積演算部３４２、減算演算部３４３、除算部３４４、加算部３４５を制御する。

累積演算部３４２は、入力された押圧力の大きさおよび位置に応じた値を累積演算し、演算結果を出力する。減算演算部３４３は、所定の値の累積演算結果の絶対値が小さくなるように減算し、その演算結果を出力する。除算部３４４は、減算演算部３４３からの出力をあらかじめ設定された値で除してその結果を出力する。加算部３４５は、除算部３４４の出力を現在の指示位置に加算して、新しい指示位置として出力する。

以上の操作のフローチャートを図３５に示す。

ステップＳ１において、ＸおよびＹ方向について、入力された押圧力の大きさおよび位置に応じた値を決まった時間ごとに累積演算することは、指示位置に想定した仮想的な慣性に対して与えられた押圧力の力積を計算していることと考えられる。また、ステップＳ２において、所定の値を決まった時間ごとに累積演算結果から引くことは、仮想的な慣性に対して摩擦力等の抵抗力が働いていることを想定している。ここで、仮想的な摩擦力を示す値（Ｘ方向摩擦力、Ｙ方向摩擦力）は、摩擦力の性格上必ず正の値であり、力積の絶対値を小さくする方向に作用する。その後、仮想的な慣性で除すると、速度に相当する値が得られ、これを決まった時間ごとに以前の指示位置に換算すれば、新しい指示位置を得ることができる。また、摩擦力は力積を上回らない。これは、摩擦によって物体が逆方向に動き出すことが無いのと同様である。

以上のような演算を行うことによって、仮想的な慣性を持つ指示位置が、押圧部３０１への押圧力によって力積を得て、摩擦力によって減速されながら移動することを表現できる。

次に別の実施例について説明する。

図３６は、本発明の信号入力装置の別の実施例の一構成例を示すものである。図３４と同一の符号を付したものは、図１のものと同様の機能を持つ部材を示す。ここでは、演算部３０４Ａの内容が特徴であるので以下に詳しく述べる。

演算部３０４は、少なくとも、モード判断部３４６と、指示位置演算部３４７とから構成される。

モード判断部３４６では、入力モードをＡ，Ｂ，Ｃの３つのいずれかと判断する。即ち、押圧位置の変化が大きく、押圧力は小さく、押圧力の大きさの変化が少ない場合に、入力モードをモードＡ（相対位置入力モード）と判断し、これに対し、押圧位置の変化が小さく、押圧力は大きく、押圧力の大きさの変化が少ない場合に、入力モードをモードＢ（絶対位置入力モード）と判断し、さらに、押圧位置の変化が大きく、押圧力は大きかったり小さかったりで、大きさの変化が多い場合に、入力モードをＣ（仮想慣性入力モード）と判断する。指示位置演算部３４７では、前記モード判断部３４６が入力モードをＡと判断した場合には、押圧力および押圧位置が指示部の移動速度に対応するものとして指示位置を決定し、前記モード判断部３４６が入力モードをＢと判断した場合には、押圧位置が指示部の位置に対応するものとして指示位置を決定し、前記モード判断部が入力モードをＣと判断した場合には、押圧力および押圧位置が指示位置の加速度に対応するものとして指示位置を決定する。

また、モード判断部３４６をさらに詳しく説明する。図３７に示す様に、モード制御３４６は、押圧位置の変化率を演算する押圧位置変化率演算部４６１と、押圧力の変化率を演算する押圧力変化率演算部４６２と、押圧位置変化率が所定値よりも大きいか小さいかを判断する第１の判断部４６３と、押圧力変化率が所定値よりも大きいか小さいかを判断する第２の判断部４６４とから構成される。
図３８にモードの判断を説明するフローチャートの一例を示す。ステップＳ２１で情報出力装置の信号から、押圧位置変化率と押圧力変化率を求め、ステップＳ２２，Ｓ２３で、これらの値があらかじめ設定された値よりも大きいか小さいかによって、ステップＳ２４〜Ｓ２６の３つのモードに振り分ける。

以上のように構成することによって、３つの入力モードの判断と指示位置の演算を行うことができる。

次に、さらに別の実施例について説明する。

図３９は、本発明の信号入力装置の実施例の一構成例を示すものである。図３４と同一の符号を記したものは図３４と同様の機能を持つものを示す。ここでは、演算部３０４Ｂの内容が特徴であるので以下に説明する。
演算部３０４Ｂは、少なくとも押圧力の大きさと押圧位置の少なくとも一方の情報に対して、低域の信号成分のみを通過させる低域通過フィルタ３４８を含む。

このようにすることにより、電気的なノイズの影響や押圧部とセンサによって構成されるいわゆるバネーマス系の固有振動数による信号のふらつきに起因する、モードや動作の判断ミスや誤動作を防止することができる。特に、押圧部とセンサによって構成されるいわゆるバネーマス系の固有振動数による信号のふらつきを取り除くためには、低域通過フィルタ３４８の特性を、押圧部３０１とセンサ部３０４によって構成されるバネーマス系の振動数を充分に取り除き、しかも信号入力の周波数は十分に通過させる物とする必要がある。

低域通過フィルタ３４８の構成例としては、サンプリングされた信号を所定数加算し、合計を前記所定数で割った値を出力する構成例が挙げられる。

次に、さらに別の実施例について説明する。
図４０は、本発明の信号入力装置の一構成例を示すものである。図３４と同一の符号を記したものは図３４と同様の機能を持つものを示す。ここでは根演算部３０４Ｃの内容が特徴であるので以下に説明する。

演算部３０４ｄは、演算に用いる各種定数を設定するための定数設定部３４９を持ち、定数の設定は、操作者が操作を行う時の押圧力の特性から最適な値を演算装置が判断する。

定数設定部３４９は、例えば図４１に示すような画面を表示する。ここには、これから試行操作する項目が大きく表示され、操作者にどんな操作をすればよいかを確認させる。その後で、操作者は所定の試行操作を行う。例えば、シングルクリック動作なら、図４１のように指示された範囲内をクリックする。このとき、定数設定部３４９は試行操作の押圧パターンを検出し、例えば、シングルクリック時の連続押圧時間を計測してこれをシングルクリック判断時のしきい値とする。すなわち、設定以降のシングルクリック動作では、この時間以下の連続押圧操作に対してのみ、シングルクリックと判断する。

このように、実際の操作から設定値を判断することにより、操作者一人一人の個性にあわせた定数の設定が可能になる。

また、１回の試行操作ではなく、複数の素行操作を行って、より設定値の信頼度を向上させることもできる。例えば、シングルクリックの試行操作を複数回行って、その中で最大の連続押圧時間を、シングルクリック判断時のしきい値とすることもできる。あるいは、ダブルクリック動作を判断するための２回の押圧の間の最大無入力時間を設定する際には、操作者の複数の試行操作で得られた２回の押圧の間の最大無入力時間に関する複数のデータのうち、最大のものよりも長い値を、ダブルクリック動作を判断するための２回の押圧の間の最大無入力時間として設定すればよい。

このようにすることにより、個人個人の特性により適合した値を設定することができる。

さらに、定数設定部３４９は、操作者の試行によって得られた設定候補値を定数とする確認試行を行い、設定候補値を定数として正式に設定して良いかどうかを操作者に確認する。

この結果、操作者が定数が不適当と判断すれば、再度設定画面に移り、試行操作を行って、より良い設定値を求める。あるいは、操作者自ら現在の設定値を適宜増加、減少して、設定することも可能である。

以上のように、演算部３０４ｄにさまざまな機能を持たせることにより、より使いやすい信号入力装置を提供できる。

本発明を、例えば、パソコン（パーソナルコンピュータ）ＰＣのポインティングデバイスＰＤに応用した例を、図４２を参照して説明する。

このポインティングデバイスＰＤは、（１）絶体位置入力、（２）相対位置入力及び（３）仮想慣性入力の３つの入力を行えるものとして構成される。（１）の絶体位置入力は、指位置を画面ＤＰに表示するものであり、（２）の相対位置入力は、指でこすることにより、その軌跡がディスプレイＤＰ上に表示されるものである。（３）の仮想慣性入力は、ポインティングデバイス上を指である方向にこすったとき、画面上でカーソルが、押圧力と押圧方向に応じて、指を放した後も、移動し続けるというものである。これに先立ち、カーソルの質量としてその仮想慣性と、画面上の摩擦としての仮想摩擦を予め設定しておく。このとき、カーソルの加速度は、
定数×（押圧力−仮想摩擦）／仮想慣性
で規定され、カーソル移動距離は、
定数×（カーソル加速度×押圧時間）×押圧時間
によって規定される。

また、本発明によれば、リモコン（リモートコントローラ）にブラウジング・コントローラの機能をもたせることができる。即ち、図４３に示すように、リモコンＲＣのブラウジング・コントローラＢＣを指でこすることにより、上記パソコンのときと同様に、仮想慣性が入力されたこととなり、指がこのコントローラＢＣを離れた後もカーソル（反転表示）ＣＳが画面上で横方向にある慣性をもってひとりでに走る。さらには、目的とするところまでカーソルをもってきて、確定することになる。

以上のように本発明によれば、ボタンの数に対して比較的多くのコマンドを割り当てることが可能で、しかも作業を感覚的に行い得るようにした信号変換装置が実現する。

以上述べたように、本発明の信号入力装置は、ディスプレイに呈示される画面と、その切替画面を３次元的な画面空間状に配置し、この３次元空間内を領域群に分け、それぞれに代表位置を設定するように構成したので、画面の切替を行う場合も、これを直接選択し、特定の位置をポインティングすることが可能となり、更に、パッド型入力部に印加される操作力を拡大する機構を設けることにより、更に操作精度を向上させるようにした信号入力装置が得られる効果がある。

さらに、本発明によれば、２個の加圧センサーを１組とし、それを複数組設けるようにしたので、加圧点の座標位置を高精度に設けることができる。

さらに、本発明によれば、押圧部に対して与えられた押圧力の大きさ及び位置に応じた値を決まった時間毎に累積演算するようにしたので、指示位置を、仮想的な慣性を持つものとして、摩擦力によって減速されながら移動表示することができる。

さらに、本発明によれば、押圧部へ加えられる力の態様によって、つまり、押圧力自体の大小、押圧力の変化の大小、押圧位置の変化の大小によって、入力モードを複数に分け、それぞれにおいて指示位置の判断を行うようにしたので、より適切に指示位置の判断を行うことができる。

さらに、本発明によれば、低域の信号成分のみを通過させるようにしたので、例えば、いわゆるバネーマス系の固有振動数による信号のふらつきを防止して、より的確に指示位置を得ることができる。

さらに、本発明によれば、１回または複数回の実際の操作から設定値を判断するようにしたので、操作者一人一人に合った定数を設定して、より適正に指示位置を求めることができる。

さらに、本発明によれば、パーソナルコンピュータの入力装置を、加える押圧力に基づいて、カーソルを仮想慣性に応じて画面上で移動させるものとして構成したので、実際上の使い勝手のよい入力装置を得ることができる。

本発明の信号変換装置の第１実施例を示し、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ側面図、平面図、背面図。図１に示した信号変換装置の内部構造を示す図で、（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ平面図、断面図。力電気変換素子による圧力情報の検出手順を説明するための図で、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ力電気変換素子の一例、その動作状態の説明図、加圧部の位置の座標図、仮想平面１０６を示す図。図３におけるＬとαの関係の一例を示すグラフで、（ａ）は一次曲線による定義、（ｂ）は二次曲線による定義のグラフ。本発明の信号変換装置の第２実施例を示し、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は平面図、平面説明図、断面図。本発明の信号変換装置の第３実施例を示し、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は平面図、平面説明図、部分断面図。本発明の信号変換装置の第４実施例を示し、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は平面図、平面説明図、部分断面図。本発明の信号変換装置の第５実施例を示し、（Ａ），（Ｂ）は平面図、断面図。本発明の信号変換装置をパソコン等に適用する場合の制御構成を示すブロック図。演算部内部で行われる主たる制御動作を示すフローチャート。演算部内部で行われる主たる制御動作の他の例を示すフローチャート。本発明の信号変換装置の第６実施例を示し、（Ａ），（Ｂ）は平面図、断面図。本発明の信号変換装置の第７実施例を示し、（Ａ），（Ｂ）は平面図、断面図。本発明の別の実施例に係る信号入力装置の適用例を示す斜視図である。図１４の内容を一般化して示す説明図である。本発明の実施例の信号入力装置を実現するためのシステム構成図である。片手操作が可能な形状に構成される、信号入力装置の例を示すものであり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は下面図である。図１７の構成における具体的な情報として数値入力を例にとって、その機能を示す説明図である。図１に示したパッド型入力部５の構成例を説明するもので、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図である。図６の構成の入力情報処理の説明図である。パッド型入力部５の構成例で好ましくない例を説明するもので、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図である。図２１の構成の入力情報処理の説明図である。パッド型入力部５の構成例の他の例を説明するもので、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図である。従来例１の信号入力装置の適用例を示す斜視図である。ポインタの移動例を示す斜視図である。従来例２の信号入力装置の適用例を示す斜視図である。図２６の構成における、入力状態を説明する斜視図である。本発明の力電気変換デバイスの一例を示し、（Ａ），（Ｂ）は平面図、側面図。図２８の力電気変換デバイスによる検出手順を示す説明図。本発明の力電気変換デバイスの異なる一例を示し、（Ａ），（Ｂ）は平面図、側面図。加圧点を高精度に検出できない感圧センサのある配置例を示し、（Ａ），（Ｂ）は平面図、側面図。加圧点を高精度に検出できない感圧センサのある配置例の動作説明図。本発明による入力情報の検出手順の説明図。本発明の信号入力装置の一例。図３４の装置の動作フローチャート。本発明の信号入力装置の別の一例。図３６のモード制御部３４６の詳細図。図３７の装置のモード判断のフローチャート。本発明の信号入力装置の別の一例。本発明の信号入力装置の別の一例。図４０の定数設定部の表示画面の一例。本発明を応用したパーソナルコンピュータの斜視説明図。本発明を応用したリモートコントローラとパーソナルコンピュータの説明図。

符号の説明

１ノート型パーソナルコンピュータ
２操作部
３表示部
４キーボード
５パッド型入力部
６アイコン
７ポインタ
８画面
９境界線
１０領域
１１領域群
１２代表位置
１３信号増幅手段
１４エンコード手段
１５領域登録手段
１６目標座標設定手段
１７比較対応手段
１８登録再生切替手段
１９変換係数登録手段
２０個人情報記録手段
２１時間変化登録手段
２２本体
２３操作部
２４赤外線送信部
２５突設部
２６センサ
２７平板
１０１筐体
１０２信号発信部
１０３受圧部
１０３ａ接触面
１０３ｂ根元部
１０４力電気変換素子
１０４ａ〜１０４ｄ単位素子
１０５ベース
１０６仮想平面
１０７情報出力装置
１０８演算部
１０８ａモード判断部
１０８ｂ変換装置
１０８ｃ前処理部
１０９中央演算部
１１０ディスプレイ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ信号変換装置

Claims

入力された押圧力から、この押圧力の圧力点の２次元座標と、この押圧力に基づく圧力座標とを検出する入力検出手段と、
前記２次元座標と前記圧力座標から３次元領域における位置領域を検出し、検出された各位置領域に対して代表点を割り当てる座標検出手段と、
を備えることを特徴とする信号入力装置。
前記座標検出手段が、前記圧力座標に対応する複数の画面と、前記２次元座標に対応する各画面の区画から構成される３次元的な領域とこれに対応する代表点とをそれぞれ登録する領域登録手段を含む、請求項１の信号入力装置。
前記入力検出手段が、前記押圧力から、２次元座標および圧力座標への変換係数の登録手段を含む、請求項２の信号入力装置。
前記入力検出手段と、前記座標検出手段が、共に時間的な変化の情報をパラメータとして有する、請求項３の信号入力装置。
前記入力検出手段においては、複数の圧力検出素子の群が複数の位置に配置されており、前記圧力検出素子から得られる検出点の角度情報に基づく圧力座標の検出が行われ、前記圧力検出素子の全出力に基づいて押圧力の検出が行われる、請求項１の信号入力装置。
入力としての押圧力を受ける受圧部と、この受圧部が感知した圧力情報を電気信号に変換する力電気変換手段と、この変換手段で変換された電気信号に応じた映像を表示するディスプレイと、を有する信号入力装置において、
上記力電気変換と上記ディスプレイの間に、任意の手段でディスプレイ上に表示される映像の表示位置に関する２次元コードとこれ以外のコードとしての任意の操作コードとを、電気的に変換された上記圧力情報を基にして同時的に指定できるエンコード手段が設けられており、
上記ディスプレイ上に現在表示されている映像を分割して得られる現状画面領域と、現在は表示されていないがある入力操作により表示される映像を分割して得られる隠れ画面領域から構成される画像空間領域とに、上記エンコード手段で生成される複数のコードが対応される機能を有している事を特徴とする信号入力装置。
入力される押圧力の時系列的な変化を記憶する押圧情報記憶手段が設けられており、上記エンコード手段は、前記の押圧情報記憶手段の内容を基にして時間的な押圧パターンを形成可能に構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の信号入力装置。
上記エンコード手段の内容を登録し再生する登録再生機能を有するものとして構成されているか、登録再生機能を有する機器を接続可能とする手段を有するものとして構成されるか、のいずれか一方を満足するものとして構成されている事を特徴とする、請求項６に記載の信号入力装置。
入力としての力が加えられる、ある面積を持った押圧部と、
前記押圧部に加えられた力を検出して電気信号に変換する力電気信号検出手段と、
前記力電気信号検出手段が出力する電気信号から、少なくとも前記押圧部に加えられた力の大きさと前記押圧部上での位置の情報を含む情報を出力する情報出力装置と、
前記情報出力装置から出力された前記情報に基づいて、前記入力としての力の特性を判断し、その判断結果に基づいて切り替えスイッチの切り替え設定や、その結果の画面上への表示や、指示位置の表示等の各種の機能の実現を図る演算を行う演算装置と、
を有し、
前記演算装置は、少なくとも、
所定時間が経過するごとに、所定の演算処理を行う様に制御する繰り返し演算制御部と、入力された押圧力の大きさおよび位置に応じた値を累積演算し、演算結果を出力する累積演算部と、
ある値を前記累積演算結果から除き、その演算結果を出力する減算演算部と、
前記減算演算部からの出力を、あらかじめ設定された値で除して、結果を出力する除算部と、
前記除算部の出力を現在の指示位置に加算し、その結果を新しい指示位置として出力する加算部と、
前記累積演算部、減算演算部、除算部、および加算部は、前記繰り返し演算制御部によって時間制御されていることを特徴とする信号入力装置。
前記累積演算部、減算演算部、除算部、および加算部は、それぞれの演算をｘ方向成分、ｙ方向成分にわけて行うことを特徴とする請求項９に記載の信号入力装置。
入力としての力が加えられる、ある面積を持った押圧部と、
前記押圧部に加えられた力を検出して電気信号に変換するセンサ部と、
前記センサ部が出力する電気信号から、少なくとも前記押圧部に加えられた力の大きさと前記押圧部上での位置の情報を含む情報を出力する情報出力装置と、
前記情報出力装置から出力された前記情報に基づいて、前記入力としての力の特性を判断し、その判断結果に基づいて切り替えスイッチの切り替え設定や、その結果の画面上への表示や、指示位置の表示等の各種の機能の実現を図る演算を行う演算装置と、
を有し、
前記演算装置は、少なくとも、
押圧位置の変化が大きく、押圧力は小さく、押圧力の大きさの変化が少ない場合に入力モードをモードＡと判断し、押圧位置の変化が小さく、押圧力は大きく、押圧力の大きさの変化が少ない場合に入力モードをモードＢと判断し、押圧位置の変化が大きく、押圧力は大きかったり小さかったりで、大きさの変化が多い場合に入力モードをモードＣと判断するモード判断部と、
前記モード判断部が入力モードをモードＡと判断した場合には、押圧力および押圧位置が指示部の移動速度に対応するものとして指示位置を決定し、前記モード判断部が入力モードをモードＢと判断した場合には、押圧位置が指示部の位置に対応するものとして指示位置を決定し、前記モード判断部が入力モードをモードＣと判断した場合には、押圧力および押圧位置が指示位置の加速度に対応するものとして指示位置を決定する指示位置演算部と、
を有することを特徴とする信号入力装置。
入力としての力が加えられる、ある面積を持った押圧部と、
前記押圧部に加えられた力を検出して電気信号に変換するセンサ部と、
前記センサ部が出力する電気信号から、少なくとも前記押圧部に加えられた力の大きさと前記押圧部上での位置の情報を含む情報を出力する情報出力装置と、
前記情報出力装置から出力された前記情報に基づいて、前記入力としての力の特性を判断し、その判断結果に基づいて切り替えスイッチの切り替え設定や、その結果の画面上への表示や、指示位置の表示等の各種の機能の実現を図る演算を行う演算装置と、
を有し、
前記演算部は、前記演算に用いる各種定数を設定するための定数設定部を有するものとして構成され、
前記定数の設定は、入力としての押圧力の特性に基づいて演算に最適な値を演算装置が自動的に判断することによって行われることを特徴とする信号入力装置。
入力情報としての押圧力が加えられる平板と、前記平板に結合された複数個の感圧センサへと、を有する入力情報検出デバイスにおいて、
２個の前記感圧センサのペアの複数個を、前記平板の中心点と異なる位置に、かつ、その中心的とを結ぶ同一線上に重ならない位置に、配置する事を特徴とする、力電気変換装置。
独立したディスプレイ装置上に表示される画像の上のカーソルをポインティングデバイス上に加えられるトレース力によって移動できる、パーソナルコンピュータ用リモートコントローラの信号入力装置であって、
前記ポインティングデバイスに加えられる押圧力と、前記ポインティングデバイスに加えられる前記押圧力の移動方向と、押圧時間と、あらかじめ設定されたカーソル質量の仮想慣性と、前画面上での前記カーソルの動きによって生成された仮想摩擦とに基づいて決定される加速度で、ある距離を、前記カーソルが前記画面上で移動し、
前記加速度は以下の式
（押圧力−仮想摩擦）／仮想慣性
によって決定されることを特徴とする、信号入力装置。
独立したディスプレイ装置上に表示される画像の上のカーソルをポインティングデバイス上に加えられるトレース力によって移動できる、パーソナルコンピュータ用リモートコントローラの信号入力装置であって、
前記ポインティングデバイスに加えられる押圧力と、前記ポインティングデバイスに加えられる前記押圧力の移動方向と、押圧時間と、あらかじめ設定されたカーソル質量の仮想慣性と、前画面上での前記カーソルの動きによって生成された仮想摩擦とに基づいて決定される加速度で、ある距離を、前記カーソルが前記画面上で移動し、
前記距離は以下の式
カーソル加速度ｘ押圧時間ｘ押圧時間
によって決定されることを特徴とする、信号入力装置。