JP3894568B2 - サンプリング周波数より低い遮断周波数を有する図形タブレットのローパスフィルタ - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、データ入力装置を有するデータ処理システムであって、この装置は、ユーザインタラクションに応じて、前記装置に対する第１及び第２座標の各々のデータをシステムに入力することができるデータ処理システムに関するものである。この装置は、前記第１及び第２座標を表す信号を発生させる発生手段と、前記信号をフィルタ処理するローパスフィルタ処理手段と、フィルタ処理された信号をサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段とを含む。
背景技術
図形ユーザインタフェースは、データ処理システムと通信するのに非常に好適な手段として、データ入力装置の分野で広がっている。図形ユーザインタフェースの例は、スクリーンの予め設定された位置に触ることによりユーザがデータを選択的に入力しうるタッチスクリーンと、タブレットの表面に接触するスタイラスを操作することによりユーザがデータを選択的に入力しうる図形タブレットとがある。米国特許出願明細書第5,231,381号（PHN13,200）は、タッチスクリーン及び図形タブレットをLCDとともに多目的図形ユーザインタフェースに組み合わせた魅力的な例を開示している。タッチスクリーン及び図形タブレットは、相互の妨害を回避するために機能的に相違する検出機構を有する。本発明は、限定するわけではないが特に図形タブレットを含むユーザインタフェースに関するものであるので、図形タブレットに用いられる検出機構の十分既知の例を以下説明する。
図形タブレットの第１例は、電気的な抵抗層の両端間に確立された直流電圧をスタイラスを用いて精査する。直流電圧は、特定方向に勾配を有して、電圧レベルをその方向の座標に明瞭に関連させる。このようなタブレットを、以下抵抗性タブレットと称する。例えば、特許出願公開明細書94/24648参照。図形タブレットの第２例は、底部の被膜抵抗に面する頂部被膜抵抗を用いる。スタイラスを用いて頂部の被膜を押し下げ、この被膜を低部の被膜に電気的に接触させる。電圧勾配を、被膜のうちの一つの両端間に確立し、他方の被膜を用いて接点の電圧を測定する。測定された電圧は接点の位置を表す。このようなタブレットを、以下薄膜タブレットと称する。
抵抗性タブレットと薄膜タブレットの両方の精度は、全ての種類のノイズによって妨害される。ノイズの主要な原因の一つは、スタイラスのような接触部及び抵抗性タブレットの抵抗層の荒々しい抵抗変動並びに接触部及び薄膜タブレットの被膜の荒々しい抵抗変動に起因する接触ノイズであると考えられている。接触抵抗は、代表的には、１Ωから100KΩの範囲に亘って、すなわち５桁の大きさに及ぶ。この変動は、例えば関連のスケールで荒く平らでない表面を有する物理的に不均一な表面に装置が少なくとも部分的に接触している場合に考えられる。
精度に悪影響を及ぼす他の主要なノイズの源は、通常視覚的なフィードバックとして作用するようこのようなタブレットが結合されたディスプレイである。例えば、LCDを有するディスプレイの場合、いわゆるＭ信号により、抵抗層又は少なくとも一つの薄膜から取り出される放射が生じる。ノイズの不所望な影響は、ローパスフィルタのようなフィルタを用いることによりソフトウェア又はハードウェアにおいて幾分軽減される。放射ノイズの影響は、タブレットの動作をディスプレイの動作に同期させることによって減少させることができる。この場合、タブレットは、ディスプレイが比較的平静な時間スロット中のみ作動する。
発明の目的
本発明の目的は、特に、精度が従来の装置に比べて高く、低コストかつ高パフォーマンスの図形ユーザインタフェース装置を有するデータ処理システムを提供することである。
発明の要約
このために、本発明は、前記サンプリング手段は、前記第１座標の値に関連する第１サンプルを保持する第１ホールディング手段と、前記第２座標の値に関連する第２サンプルを保持する第２ホールディング手段とを具え、前記装置は、前記ホールディング手段が以前のサンプルの値を保持するときに少なくとも一時的に前記フィルタ処理手段の遮断周波数を前記サンプリング周波数以上から前記サンプリング周波数より著しく低く減少させるように作動するフィルタ制御手段を具えることを特徴とする前文で特定したようなシステムを提供する。
本発明者は、サンプリング手段を個々の座標の各々に対する個別のホールディング手段に分割することにより、両方の座標に対して交互に用いる単一のホールディング手段に対して設定時間を減少させることができる。これにより、ホールディング手段のうちの特定の一つを、その以前のサンプル値を保持するように許容することができ、次の値に対して増分又は減分させるように適合させるだけでよくなる。すなわち、各ホールディング手段は、差分値に対して設定する時間のみを必要とする。例えば手書き入力に対して図形タブレットを操作して用いるに当たり、連続的なサンプルは周辺的に相違するのみである。本発明によれば、遮断周波数をサンプリング周波数より十分下に、すなわち、ホールディング手段の各々にサンプルが供給されるレートより十分下に低減することができる。その結果、ハンド幅を減少させて、ノイズの幅を広げるのを拒絶する。これは、Ｘ座標及びＹ座標を交互に処理する単一のサンプルホールド回路を用いる装置では、リセット後各サンプリングサイクルを設定するために十分なサンプリング値を許容する必要があるので不可能である。
ユーザがデータ入力を開始すると、すなわちユーザが断続的な点の形態でデータを入力すると、十分な設定時間を必要とし、その結果十分なサンプル値を獲得することができる。これは、遮断周波数をサンプリング周波数以上に一時的に上昇させることを要求する。したがって、本発明者は、遮断周波数を以下のように好適に変化させることを実現した。入力装置がユーザから刺激を受信しない場合、遮断周波数は零となり、すなわちフィルタ処理手段をオフにする。刺激を検出すると、遮断周波数は、最初に高い値、好適にはサンプリング周波数より著しく高い値まで上昇する。次いで、遮断周波数は、サンプリング周波数より十分下に低減される。
代表的には、ローパスフィルタ処理手段は、入出力間の抵抗及び出力部に接続したキャパシタンスに統合したネットワークを具える。本発明において、第１及び第２ホールディング手段は、ホールディング手段をフィルタ処理手段に併合するように制御スイッチを介してフィルタの抵抗に選択的にそれぞれ接続した第１及び第２キャパシタンスを具える。この際、有効な遮断周波数を、スイッチを制御する信号のデューティサイクルを変えることによって変動させることができる。好適には、デューティサイクル制御を、ユーザインタラクションの初期化に依存させる。この場合、デューティサイクルを最初大きく、例えば100%にし、そのあとすぐに例えば10%に減少させる。
好適には、フィルタ制御手段は、ノイズに関連する量に依存して遮断周波数を制御するよう作動する。例えば、装置は、ユーザインタラクションの下で互いに電気的に接触させるよう作動して装置に対する接触の第１及び第２座標を表す信号を発生させることができる一対のパーツを含むことができる。この場合、フィルタ制御手段は、前記パーツの接触抵抗に依存して遮断周波数を制御することができる。代わりに又は補足的には、遮断周波数を、データ入力装置に統合されたディスプレイの放射ノイズに依存して制御することができる。接触抵抗の依存を達成する素晴らしい方法は、接触抵抗をローパスフィルタ処理手段に機能的に統合することである。接触抵抗が増大すると、接触ノイズの影響を減少させるためにバンド幅を減少させる必要がある。本発明者は、この機能的な統合を、とりわけ、既に説明したような抵抗性タブレット及び薄膜タブレットに適用できることを認識した。本発明の原理を、種々のタッチスクリーンに適用することもできる。
図面の説明
以下、本発明を、添付図面を参照して詳細に例示して説明する。
図１は、本発明のシステムのブロック図である。
図２は、本発明の抵抗性タブレットの図である。
図３は、本発明の薄膜タブレットの図である。
図面中、同様な参照符号は、対応する又は同様な形態を表す。
詳細な実施の形態
一般的なシステムのブロック図
図１は、本発明によるシステム１００のブロック図である。システム１００は、PCのようなデータ処理装置１０２と、装置１０２に結合又は機能的に統合されたデータ入力装置１０４とを具える。装置１０４は、ユーザインタラクションの下で互いに電気的に接触すべき第１パート１０６及び第２パート１０８を具える。装置１０４は、例えば、スタイラスを用いてデータを入力しうる図形タブレットとする。パート１０６及び１０８を、例えば、スタイラス及び抵抗層すなわち既に説明したような二つの被膜抵抗とする。電気的な接触を確立することにより、発生手段１１０は、装置１０４に対するＸ座標及びＹ座標を表す電気信号を発生させる。この機構は既知であるので、他の情報については図形タブレットの一般的な従来技術を参照すればよい。
装置１０４はまた、信号をフィルタ処理するローパスフィルタ処理手段１１２と、フィルタ処理された信号をサンプリング周波数によってサンプリングするフィルタ処理手段１１２の出力部に結合したサンプリング手段１１４とを含む。フィルタ処理手段１１２及びサンプリング手段１１４を個別の機能として図示するが、既に説明したようにこれらを物理的に合併することができる。サンプリング手段１１４は、Ｘ座標の値に関連する第１サンプルを保持する第１ホールディング手段１１６と、Ｙ座標の値に関連する第２サンプルを保持する第２ホールディング手段１１８とを具える。図１は、装置１０４のコントローラ（図示せず）によって制御される単一のスイッチ１２０を介して第１ホールディング手段１１６及び第２ホールディング手段１１８に接続された単一のフィルタ処理手段１１２を示す。フィルタ処理手段１１２は、単一のローパスフィルタを具えることができる。発生器１１０は、一対のローパスフィルタの各々にＸ座標を表す信号及びＹ座標を表す信号の各々を供給することもでき、これら一対のローパスフィルタは、ホールディング手段１１６及び１１８の各々に接続した各出力部を有する。ホールディング手段１１６及び１１８の各々に供給されるサンプリング値のレートはサンプリング周波数となる。フィルタ制御手段１２２を設けて、少なくとも一時的にフィルタ処理手段１１２の遮断周波数をサンプリング周波数より著しく低くする。
ホールディング手段１１６及び１１８のそれぞれを、以前のサンプリング値を保持するように許容させ、これらホールディング手段１１６及び１１８は、次の値に対して増分又は減分させるように適合させるだけでよく、これにより遮断周波数をサンプリング周波数より低くすることができる。フィルタ制御手段１２２は、遮断周波数をサンプリング周波数より著しく低い値に簡単に固定することができる。しかしながら、これは、ホールディング手段１１６及び１１８の成分が減分又は増分に必要な短い設定時間に対して先ず収集レンジを発生させる必要があるので、データエントリの初期化を妨げるおそれがある。好適には、フィルタ制御手段１２２は、パート１０６及び１０８の間の接触を開始する際にサンプリング周波数以上に上昇した遮断周波数を一時的に有する接触検出手段１２４を具える。これを、例えば、スイッチ１２０を制御する信号のデューティサイクルの制御によって達成することができる。
抵抗性タブレット
図２は、図１のシステム１００に用いる入力装置２００の第１例の図である。装置２００を、抵抗性ATO層１０６及びスタイラス１０８を具える抵抗性図形タブレットとし、ここではその接触抵抗１０８を電気的に表す。直流電源２０２及び２０３を、操作を用いて制御して、ATO層１０６の両端間の電圧勾配を確立する。タブレット２００を、ATO層１０６のコンタクト部２０４の点で電圧を精査するスタイラス１０８をユーザが用いることにより操作する。スタイラス１０８とATO層１０６との間のコンタクト部２０４の点のＸ座標は、スタイラス１０８の左側の層１０６の一部を表す抵抗２０６及び２０８で構成した分圧器によって決定された電圧を有する。抵抗２０６及び２０８の抵抗は、層１０６に対する点２０４の位置に依存する。同様の議論をＹ座標に適用する。これまでの操作は従来技術において十分既知であり、その結果図１は、図を曖昧にしないように層１０６の単一容積のみを示す。スタイラス１０８を、好適には負荷を減少させるために高入力インピーダンス２１２を有する増幅器２１０に電気的に結合する。接触点２０４の電圧は、入力インピーダンス２１２の両端間の電圧、したがって増幅器２１０の出力信号を決定する。増幅器２１０の出力部を、出力をマイクロコントローラ２２０に供給するA/Dコンバータ２１８に接続する。マイクロコントローラ２２０はそのあとすぐPC１０２にデータを供給する。
キャパシタ１１６及び１１８を、スイッチ２１４及び２１６を介してインピーダンス２１２の両端間に接続する。スイッチ２１４及び２１６を交互に操作して、点２０４のＸ座標及びＹ座標の各々を表すキャパシタ１１６及び１１８に電荷を蓄えることができる。機能的には、キャパシタ１１６及び１１８は、図１に図示したホールディング手段１１６及び１１８として、及び、フィルタ処理手段１１２の統合部として作用する。キャパシタ１１６及び１１８は、1〜10nFの容量を有する。装置２００のフィルタ処理手段１１２は、接触抵抗１０８と、この接触抵抗１０８に交互に接続するキャパシタ１１６及び１１８を具える。スタイラス１０８がATO層１０６に物理的に接触すると、接触抵抗１０８は、スライタス１０８と層１０６の接触表面の表面不規則性が原因で１Ωから100KΩまで変動するおそれがある。抵抗１０８をフィルタ処理手段１１２に機能的に統合することにより、フィルタ処理手段１１２のバンド幅が接触抵抗１０８に依存するようになる。このバンド幅は、接触抵抗１０８が増大すると減少される。したがって、接触ノイズの影響が顕著に減少される。例えば10KΩの抵抗２２１を、スタイラス１０８と増幅器２１０との間に挿入して、遮断周波数の上限を設定する。
スライタス１０８と層１０６との間の最初の接触は、増幅器２１０の高入力抵抗２１２に並列に配置されたスイッチ２２２及び抵抗２２４の直列接続の助けと、ソース２０３との助けとによって決定される。最初に、層１６０の電圧は、ソース２０２及び２０３の適切な制御により層１６０全体に亘って一様に高く形成される。スイッチ２２２がターンオンされる。スライタス１０８が層１０６に接触すると、スライタス１０８は電気回路を閉じ、増幅器２１０は、電気的な接触が形成された合図として検知可能な電圧のジャンプを経験する。そのあとすぐに、スイッチ２２２がターンオフされて、既に説明したような座標検出を開始する。有効な遮断周波数は、フィルタ制御手段１２２からスイッチ１２０に供給される信号のデューティサイクルを制御することにより動作中変えられる。
フィルタ制御手段１２２を、個別の形態として図示する。フィルタ制御手段１２２と、スイッチ２１４、２１６及び２２２の制御と、電源２０２及び２０３の制御を、単一のコントローラ、例えば専用のソフトウェアを具えるコントローラ２２０に統合することができる。
薄膜タブレット
図３は、システム１００に用いる入力装置３００の第２例の図である。装置３００を、底部の被膜抵抗１０８に面する頂部の被膜抵抗１０６を具える薄膜図形タブレットとする。頂部の被膜１０６を押し下げて底部の被膜１０８に電気的に接触させるために、スライタス（図示せず）を用いることができる。スイッチ３０２，３０４，３０６及び３０８を対にして制御することにより、電圧勾配を、接触点の電圧の測定に用いる以外に、被膜抵抗１０６及び１０８のうちの一つの両端間に確立させる。測定された信号電圧は接点の座標を表す。信号は、交互に制御されたスイッチ１２０を介してキャパシタ１１６及び１１８に供給される。キャパシタ１１６及び１１８は、図１のホールディング手段１１６及び１１８として機能する。これに加えて、キャパシタ１１６及び１１８は、被膜抵抗１０６及び１０８の接触抵抗とともにフィルタ処理手段１１２を形成する。図２の装置２００に対する場合と同様に、接触抵抗をフィルタ処理手段１１２に統合することにより、抵抗の増大とともにバンド幅を選択的に減少させる。キャパシタ１１６及び１１８は、例えば１００nFの容量を有する。例えば10kΩの追加の抵抗３１０及び３１２を含んで、有効な接触抵抗の下限を設定することができる。キャパシタ１１６及び１１８の両端間の電圧を、好適にはA/Dコンバータ（図示せず）を介してコントローラ２２０に供給する。
被膜抵抗１０６及び１０８巻の最初の接触は、例えば以下のようにしてスイッチ３１４及び抵抗３１６によって検出される。先ず、スイッチ１２０，３０４，３０６及び３０８をターンオフするとともに、スイッチ３１４をターンオンする。スイッチ３０２がオンのとき、被膜１０６は高電圧に充電される。被膜１０８に接触すると、電流が被膜１０８、スイッチ３１４及び抵抗３１６を介して地面に流れる。抵抗３１６は、例えば１０KΩの抵抗を有する。スイッチ３１４及び抵抗３１６の直列接続の両端間の電圧は、A/Dコンバータ（図示せず）を介してコントローラ２２０に供給され、この電圧は接触検出を表す。フィルタ制御手段１２２は、このあとすぐ、例えば信号管理スイッチ１２０のデューティサイクルの制御により、遮断周波数を有効に上昇させることができる。そのあとすぐ、座標検出を既に説明したように開始し、その後有効な遮断周波数を獲得した第１サンプルを、サンプリング周波数より十分したに低減させる。
フィルタ制御手段１２２をここでは個別の形態として図示した。フィルタ制御手段１２２と、スイッチ３０２，３０４，３０６，３０８，３１４の制御とを全て、専用の制御ソフトウェアを具えるコントローラ２２０に統合することができる。

Claims (10)

1. データ入力装置を有するデータ処理システムであって、この装置は、ユーザインタラクションに応じて、前記装置に対する第１及び第２座標の各々のデータをシステムに入力することができ、この装置が、
   前記第１及び第２座標を表す信号を発生させる発生手段と、
   前記信号をフィルタ処理するローパスフィルタ処理手段と、
   フィルタ処理された信号をサンプリング周波数でサンプリングするサンプリング手段とを含む、データ処理システムにおいて、
   前記サンプリング手段は、
   前記第１座標の値に関連する第１サンプルを保持する第１ホールディング手段と、
   前記第２座標の値に関連する第２サンプルを保持する第２ホールディング手段とを具え、
   前記装置は、前記ホールディング手段が以前のサンプルの値を保持するときに少なくとも一時的に前記フィルタ処理手段の遮断周波数を前記サンプリング周波数以上から前記サンプリング周波数より著しく低く減少させるように作動するフィルタ制御手段を具えることを特徴とするデータ処理システム。
2. 前記第１及び第２ホールディング手段を、前記第１及び第２ホールディング手段をそれぞれ前記フィルタの抵抗に選択的に接続するために、第１及び第２制御信号によってそれぞれ制御される第１及び第２スイッチを介して前記ローパスフィルタ処理手段に機能的かつ選択的に併合したことを特徴とする請求の範囲１記載のデータ処理システム。
3. 前記フィルタ手段は、前記ユーザインタラクションの初期化を表すデータ入力装置の刺激を検出する手段を更に具え、前記フィルタ制御手段は、ユーザインタラクションの初期化で前記サンプリング周波数以上に上昇した遮断周波数を一時的に有する手段を具えることを特徴とする請求の範囲１記載のデータ処理システム。
4. 前記フィルタ手段は、前記ユーザインタラクションの初期化を表すデータ入力装置の刺激を検出する手段を更に具え、前記フィルタ制御手段は、ユーザインタラクションの初期化で前記サンプリング周波数以上に上昇した前記ローパスフィルタ処理手段の遮断周波数を一時的に有する手段を具え、この手段が、前記遮断周波数を上昇するために前記デューティサイクルを増大することによって、前記第１及び第２スイッチを制御する前記第１及び第２制御信号のデューティサイクルを制御するよう作動するようにしたことを特徴とする請求の範囲２記載のデータ処理システム。
5. 前記フィルタ制御手段は、ノイズに関連する量に依存して前記遮断周波数を制御するよう作動して、前記第１及び第２の座標を表す信号のノイズを変更し、前記ローパスフィルタ処理手段のバンド幅が、前記ノイズの影響が減少するように減少することを特徴とする請求の範囲１記載のデータ処理システム。
6. 前記データ入力装置は、一対のパーツを含み、前記一対のパーツの一方の両端間に電圧勾配を確立するとともに他方を接触点の電圧の測定に用いるときに、ユーザインタラクションの下で互いに電気的に接触させるように作動して前記装置に対する接触の第１及び第２座標を表す信号を発生させることができ、
   前記フィルタ制御手段は、前記パーツの接触抵抗に依存して前記遮断周波数を制御して、接触抵抗が増大するときに前記ローパスフィルタ処理手段のバンド幅を減少するようにしたことを特徴とする請求の範囲５記載のデータ処理システム。
7. 前記フィルタ制御手段は、前記接触抵抗が増大するときに前記ローパスフィルタ処理手段のバンド幅を減少するように前記ローパスフィルタ処理手段に機能的に統合した接触抵抗を具えることを特徴とする請求の範囲６記載のデータ処理システム。
8. 前記フィルタ制御手段は、ユーザイントラクションの下で互いに電気的に接触すべき第１及び第２パーツを表すデータ入力装置の刺激を検出する手段を更に具え、前記フィルタ制御手段は、前記パーツ間の接触の初期化を検出した後に前記サンプリング周波数以上に上昇した遮断周波数を一時的に有する手段を具えることを特徴とする請求の範囲６記載のデータ処理システム。
9. 前記フィルタ制御手段は、初期化されたパーツ間の接触の際のサンプリング周波数以上に上昇した前記ローパスフィルタ処理手段の遮断周波数を一時的に有する手段を具え、この手段が、前記制御信号のデューティサイクルを制御するよう作動するようにしたことを特徴とする請求の範囲８記載のデータ処理システム。
10. 請求の範囲１，２，３，４，５，６，７，８又は９のシステムに用いるデータ入力装置。

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