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図面 (5)

課題

少ない透明電極静電容量の変化から、入力操作方向を検出する。

解決手段

絶縁シート上に手の動きに対して、平行に隣接配置した複数個静電容量検出電極と透明電極に接近する操作体との静電容量の変化から、スイッチに非接触で、スイッチとしてのON/OFFを検出する静電容量検出部を備え、さらにスイッチ2個のON/OFF入力と、その変化から変化までの時間を計測するタイマを備え、計測した時間とON/OFFの順番を記録し、記録した情報の特徴を、事前登録している手の動きのデータと比較を行い、一致するパターンを判断する非接触入力装置

概要

背景

近年、小型化が求められる携帯電話機などのポータブル機器では、操作データを入力するために、ポータブル機器の筐体表面に設けられる入力操作領域が限られ、狭い入力操作領域を押圧して入力操作を行うことが困難となっている。またある程度広い入力操作領域があっても、ポータブル機器のデザインの関係で入力を行うスイッチの存在を意識させない為に、透明化させる等で、入力手段の多様化多機能化を図り、操作性を向上させた薄型電子機器に好適な入力検知装置が求められている。
そこで、非接触検出手段の検出部を透明として、ケース操作体を接近させただけで入力操作を検出する非接触検出手段を有する非接触入力装置が提案されている。
従来知られている静電容量検出方式の非接触入力装置では、自発光型素子であるLEDで、表示部として構成されるユニットの上に透明保持板を取り付け、透明保持板の裏面に配置された透明電極引き出しパターンによって、静電容量検出回路に接続され、透明電極とその周囲との静電容量の変化を監視している。

このように構成された非接触入力装置は、操作体である手が透明電極に接近していない待機時には、透明電極の周囲に接地電極がなく、透明電極に接続する静電容量検出回路で測定される静電容量は極めて小さい値となっている。この状態では、スイッチとしてはOFFの状態となっている。

非接触入力装置へ入力操作を行う場合には、手を透明保持板上に接近させる。
手は、人体を介して接地電位に接続する一方の電極とみなされるので、透明電極と手の間でコンデンサが形成されるので、透明電極に手が接近することに伴って静電容量は増大し、静電容量検出回路で検出される静電容量が所定値を超えると、非接触入力装置への入力操作となりスイッチがONの状態となる。
ここで特許文献1においては、スイッチが一つであり1種類のON/OFF入力しか行うことが出来ないのに対して、特許文献2では複数の透明電極として8個または9個の透明電極を配置することで、入力操作位置や入力操作位置の変化による入力操作方向の検出等の多機能化を図っている。
特開2003−178657号公報
特開2008−134764号公報

概要

少ない透明電極の静電容量の変化から、入力操作方向を検出する。絶縁シート上に手の動きに対して、平行に隣接配置した複数個静電容量検出電極と透明電極に接近する操作体との静電容量の変化から、スイッチに非接触で、スイッチとしてのON/OFFを検出する静電容量検出部を備え、さらにスイッチ2個のON/OFF入力と、その変化から変化までの時間を計測するタイマを備え、計測した時間とON/OFFの順番を記録し、記録した情報の特徴を、事前登録している手の動きのデータと比較を行い、一致するパターンを判断する非接触入力装置。

目的

本発明は、上記した従来の問題点を考慮してなされたものであり、透明電極2個を隣接配置し、電極へ操作体を接近させ、入力操作を行う場合に、単純にスイッチ2個を使用した入力では2種類の入力しか出来なかったが、あらかじめ手の動きに関するパターンを記憶装置に記憶させておき、電極上で操作体を上下左右に移動、接近させ、入力操作を行う際の時間経過におけるON/OFF出力のパターンを認識するし、あらかじめ手の動きに関するパターンと比較することにより、多くの入力操作を可能とする非接触入力装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

入力する手の動きに応じて複数種の信号を出力する非接触入力装置であって、出力信号種類数未満である複数個静電容量スイッチ絶縁シート上に隣接配置し、前記複数個の静電容量スイッチに接続され、静電容量スイッチの感度調整を行う静電容量タッチセンサを設け、静電容量スイッチのON/OFFを検出する静電容量検出部を備え、更に、いずれかの静電容量スイッチがONになった後で、全ての静電容量スイッチがOFFになる迄の間で、いずれかの静電容量スイッチがON又はOFFに変化する迄の全ての時間を測定するタイマを備え、該タイマで計測した時間と前記複数個の静電容量スイッチのON/OFFの順番を、手の動き情報として記録するスイッチ操作判定部を備えると共に、前記非接触入力装置上で操作者入力動作をしたときに、取得した前記手の動き情報を、予め登録しておいた手の動き情報と比較し、両情報が一致する場合には、予め登録しておいた手の動き情報に対応した信号を外部装置に出力することを特徴とする非接触入力装置。

技術分野

0001

本発明は、スイッチが配置された機器の表面に対して、操作者が手を接近させて入力操作を行う場合に、その接近のしかたとして、操作者の手を左右に振ったり、上下に振ったりするなどに応じて多種な入力を行う非接触入力装置に関し、更に詳しくは、静電容量検出方式により例えば、液晶表示部上にスイッチを配置する場合には、液晶表示部の表示を妨げない透明な、スイッチを表面に配置して、操作者の手を上下左右に動かす事で、スイッチに接近する操作を検出する非接触入力装置に関する。

背景技術

0002

近年、小型化が求められる携帯電話機などのポータブル機器では、操作データを入力するために、ポータブル機器の筐体表面に設けられる入力操作領域が限られ、狭い入力操作領域を押圧して入力操作を行うことが困難となっている。またある程度広い入力操作領域があっても、ポータブル機器のデザインの関係で入力を行うスイッチの存在を意識させない為に、透明化させる等で、入力手段の多様化多機能化を図り、操作性を向上させた薄型電子機器に好適な入力検知装置が求められている。
そこで、非接触検出手段の検出部を透明として、ケース操作体を接近させただけで入力操作を検出する非接触検出手段を有する非接触入力装置が提案されている。
従来知られている静電容量検出方式の非接触入力装置では、自発光型素子であるLEDで、表示部として構成されるユニットの上に透明保持板を取り付け、透明保持板の裏面に配置された透明電極引き出しパターンによって、静電容量検出回路に接続され、透明電極とその周囲との静電容量の変化を監視している。

0003

このように構成された非接触入力装置は、操作体である手が透明電極に接近していない待機時には、透明電極の周囲に接地電極がなく、透明電極に接続する静電容量検出回路で測定される静電容量は極めて小さい値となっている。この状態では、スイッチとしてはOFFの状態となっている。

0004

非接触入力装置へ入力操作を行う場合には、手を透明保持板上に接近させる。
手は、人体を介して接地電位に接続する一方の電極とみなされるので、透明電極と手の間でコンデンサが形成されるので、透明電極に手が接近することに伴って静電容量は増大し、静電容量検出回路で検出される静電容量が所定値を超えると、非接触入力装置への入力操作となりスイッチがONの状態となる。
ここで特許文献1においては、スイッチが一つであり1種類のON/OFF入力しか行うことが出来ないのに対して、特許文献2では複数の透明電極として8個または9個の透明電極を配置することで、入力操作位置や入力操作位置の変化による入力操作方向の検出等の多機能化を図っている。
特開2003−178657号公報
特開2008−134764号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1の非接触入力装置は、一つの透明電極の静電容量の変化から入力操作を検出するので、入力操作の有無が検出できるだけであり、特許文献2では、入力操作位置や入力操作位置の変化による入力操作方向の検出の為に独立した多くの透明電極が必要となる。

0006

一般に手によるスイッチ入力を、非接触で行う場合の異なる入力操作を検出する静電容量検出方式においては、複数の静電容量検出電極基板上に配置し、各静電容量検出電極の静電容量の変化から入力操作を検出しているが、複数の静電容量検出電極を基板上に配置する場合には、前記した静電容量検出電極から静電容量検出回路へ引き出される引き出し線が、隣接する静電容量検出電極や操作体が接近する。このことによって発生する静電容量が、入力位置誤差とならないように、静電容量検出電極からの引き出し線をスルーホールを介して基板背面側へ引き出している。しかしながら、スルーホールが形成された基板は通常の量産品では透明な品種がなく、複数の電極からなる透明な静電容量検出電極を、スルーホール無しで配置する場合には引き出し線の配置が困難となり、配置出来たとしても、引き出し線が占有する面積が広くなり小型化に対して不利なものとなっていた。

0007

本発明は、上記した従来の問題点を考慮してなされたものであり、透明電極2個を隣接配置し、電極へ操作体を接近させ、入力操作を行う場合に、単純にスイッチ2個を使用した入力では2種類の入力しか出来なかったが、あらかじめ手の動きに関するパターン記憶装置に記憶させておき、電極上で操作体を上下左右に移動、接近させ、入力操作を行う際の時間経過におけるON/OFF出力のパターンを認識するし、あらかじめ手の動きに関するパターンと比較することにより、多くの入力操作を可能とする非接触入力装置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

0008

前述の目的を達成するため、入力する手の動きに応じて複数種の信号を出力する非接触入力装置であって、出力信号種類数未満である複数個静電容量スイッチ絶縁シート上に隣接配置し、前記複数個の静電容量スイッチに接続され、静電容量スイッチの感度調整を行う静電容量タッチセンサを設け、静電容量スイッチのON/OFFを検出する静電容量検出部を備え、更に、いずれかの静電容量スイッチがONになった後で、全ての静電容量スイッチがOFFになる迄の間で、いずれかの静電容量スイッチがON又はOFFに変化する迄の全ての時間を測定するタイマを備え、該タイマで計測した時間と前記複数個の静電容量スイッチのON/OFFの順番を、手の動き情報として記録するスイッチ操作判定部を備えると共に、前記非接触入力装置上で操作者が入力動作をしたときに、取得した前記手の動き情報を、予め登録しておいた手の動き情報と比較し、両情報が一致する場合には、予め登録しておいた手の動き情報に対応した信号を外部装置に出力することを特徴とする非接触入力装置。

発明の効果

0009

本発明の非接触入力装置によれば、少ないスイッチ数から、数多くの信号を外部装置に出力することができ、例えば2個の透明電極を配置するだけで多入力が行えるので、電極の引き出し線の設計等が簡単となり多数の電極を用いた場合の電気干渉などによる誤作動も低減でき、また電極の配置面積も小さく出来るので本非接触入力装置を搭載する機器がシンプルなデザインとすることが可能となり、入力操作によって多種類の入力を行う事が可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0010

2個のスイッチを図2図3に示す手の動きに対して、右をSW1、左をSW2として隣接配置し、それぞれのON/OFFパターンをあらかじめスイッチ操作判定部9で記録したパターンを列挙すると、まず以下のように、2つのスイッチで6種類のスイッチのON/OFFパターンと、手の動きの途中での停止が定義出来る。
図2のAで示す右からの進入「右入」はSW1がONの後SW2がON
図2のBで示す左からの進入「左入」はSW2がONの後SW1がON
図3のCで示す右への退出「右出」はSW2がOFFの後SW1がOFF
図3のDで示す左への退出「左出」はSW1がOFFの後SW2がOFF
図2のEで示す上からの進入「上入」はSW1・SW2が同時にON
図3のFで示す上への退出「上出」はSW1・SW2が同時にOFF
図2から図3の間で手の動きを一端止める「停止」

0011

さらに前記7種類のパターンを組み合わせる事で、新たなパターンの22種類が定義できる。定義できる22種類のパターンを図2図3図4とあわせて説明を列挙すると以下の様になる。
1)スイッチ1のみに手が近づき離れる場合(図示せず)は「SW1のみON→OFF」となり図4のP1となる。
2)スイッチ2のみに手が近づき離れる場合(図示せず)は「SW2のみON→OFF」となり図4のP2となる。
3)1)で手が近づいて一端止まって離れる場合は「SW1のみON→停止→OFF」
4)2)で手が近づいて一端止まって離れる場合は「SW2のみON→停止→OFF」
5)手が、図2のAで右から進入し、図3のDで左へ退出する場合は、「右入→左出」となり図4のP3となる。
6)手が、図2のAで右から進入し、図3のFで上へ退出する場合は、「右入→上出」となり図4のP4となる。
7)手が、図2のAで右から進入し、図3のCで右へ退出する場合は、「右入→右出」となり図4のP5となる。
8)5)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「右入→停止→左出」となり図4のP3のt2が長い時となる。

0012

9)6)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「右入→停止→上出」となり図4のP4のt2が長い時となる。
10)7)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「右入→停止→右出」となり図4のP5のt2が長い時となる。
11)手が、図2のBで左から進入し、図3のDで左へ退出する場合は、「左入→左出」となり図4のP6となる。
12)手が、図2のBで、左から進入し、図3のFで上へ退出する場合は「左入→上出」となり図4のP7となる。
13)手が、図2のBで、左から進入し、図3のCで右へ退出する場合は、「左入→右出」となり図4のP8となる。
14)11)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「左入→停止→左出」となり図4のP6のt2が長い時となる。
15)12)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「左入→停止→上出」となり図4のP7のt2が長い時となる。
16)13)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「左入→停止→右出」となり図4のP8のt2が長い時となる。

0013

17)手が、図2のEで、上から進入し、図3のDで左へ退出する場合は「上入→左出」となり図4のP9となる。
18)手が、図2のEで、上から進入し、図3のFで上へ退出する場合は「上入→上出」となり図4のP10となる。
19)手が、図2のEで、上から進入し、図3のCで右へ退出する場合は「上入→右出」となり図4のP11となる。
20)17)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「上入→停止→左出」となり図4のP9のt2が長い時となる。
21)18)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「上入→停止→上出」となり図4のP10のt2が長い時となる。
22)19)で手が進入後動作を停止させてから退出する場合は「上入→停止→右出」となり図4のP11のt2が長い時となる。
以上の様にあらかじめ登録した2個のスイッチのON/OFFのパターンで22通りの判断が可能となりこの22通りを22個のスイッチと見なして個々のON信号を外部へ出力する。

0014

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
まず、図1は本実施形態のタッチセンサスイッチ装置基本構成を説明するためのブロック図である。図1に示すように、透明絶縁シート3上に隣接して配置される透明電極スイッチ1と、透明電極スイッチ2があり、引き出しパターン4と5により、静電容量検出タッチセンサ部6へ接続されている。静電容量検出タッチセンサ部6は、透明電極スイッチ1、2上で、操作者の手が浮上した状態でスイッチがONとなるように感度調整を行う。これによりスイッチ1及びスイッチ2上で手をかざすことにより、透明電極スイッチ1及び透明電極スイッチ2のON/OFF状態を、スイッチ操作判定部9へ出力する。スイッチ操作判定部9には、タイマ10も接続されており、静電容量検出タッチセンサ部6から透明電極スイッチ1または、透明電極スイッチ2のON状態が出力されてから、透明電極スイッチ1と透明電極スイッチ2が共に、OFFの状態となるまでのさらなるON/OFF変化毎の時間経過をタイマ10にて計測して、スイッチ操作判定部9内に記録する。
前記したタイマ10は、入力を行う操作者の手の動きの時間を、スイッチ操作判定部9から検出出来れば、任意なもので良いが、例えばmsec単位での計測が可能なものを設定する。

0015

ここで図4のスイッチのON/OFFのタイミングに対して、時間計測をした結果、以降で説明するt1、t2、t3を表す模式図であるチャートと合わせて説明する。
スイッチ操作判定部9が記録するデータは、タッチセンサ部6から出力される透明電極スイッチ1または透明電極スイッチ2のONになった状態から、タイマ10で計測を開始し、2個のスイッチの状態が変化するたびに、その時間間隔を記録する。
以降両方のスイッチが、OFFとなるまで記録を続ける。この時、最初にスイッチONとなった後に、もう片方のスイッチがONとなる場合に、その経過時間をスイッチのONからONまでの時間t1として記録し、当然2個のスイッチがONとなれば、それぞれがOFFとなるので、最初のOFFまでの経過時間をt2、全てOFFとなるまでの経過時間をt3として記録する事になる。 ここで、t1、t2、t3の計測時間は手の動きの速度により計測毎に違った値となる。

0016

以下、スイッチ操作判定部9で記録されたt1、t2、t3より、図4で示すような手の動きから多種のパターンを定義し事前登録したスイッチ操作判定部9が、蓄積したパターンと一致するかを判断することで手の動きを多種の入力操作としてあつかう場合の説明を行う。
まずt1のみ記録された場合には、図4においてP1またはP2のパターンであることが判定でき、透明電極スイッチ1がONならP1、透明電極スイッチ2がONならP2と断定出来る。
次に2個のスイッチ(透明電極スイッチ1、透明電極スイッチ2)がONなった場合は、図4に示す2個のスイッチのONとONの経過時間t1、2個ともONの経過時間t2、2個のスイッチのOFFとOFFの経過時間t3の時間経過がスイッチ操作判定部9に記録されることになる。

0017

ここで手の移動速度の設定や計測誤差も考慮して、例えばt1、t3の計測時間が1msec以下の場合は、同時にON、OFFとなるように、静電容量検出タッチスイッチ6を設定し、スイッチ操作判定部9で判断させるようにする。従ってt1<2msecかつt3<2msecの場合は、図4のP10が同時にONで同時にOFFであるから一致する事がスイッチ操作判定部9で判断できる。さらにt1<2msecかつt3>1msecの場合は図4のP9、P11が同時にONで2個のOFFがずれた時間であるとスイッチ操作判定部9で判断でき、スイッチ2が先にOFFならP9、スイッチ1が先にOFFならP11とスイッチ操作判定部9で断定できる。さらにt1>1msecかつt3<2msecの場合はP4、P7とスイッチ操作判定部9で判断でき、スイッチ1が先にONならP4、スイッチ2が先にONならP7とスイッチ操作判定部9で断定出来る。さらにt1>1msecかつt3>1msecの場合はP3、P5、P6、P8とスイッチ操作判定部9で判断でき(2個のスイッチがずれた時間で順番にON、順番にOFFであり、スイッチ1が先にON・OFFならP3、スイッチ2が先にON・OFFならP8、スイッチ1が先にONしスイッチ2が先にOFFならP5、スイッチ2が先にONしスイッチ1が先にOFFならP6とスイッチ操作判定部9で断定できる。
以上スイッチ1とスイッチ2のどちらが先にON、OFFしたかと時間経過の判断で合計11種類の入力が可能となる。

0018

前記11種類のパターンに対してP1、P2以外ではさらにt2の時間経過で例えば操作者の手がスイッチ上で1秒(1000msec)以上停止させた場合を停止したものと定義した場合で判断すれば、t2が1000msec以下か以上の判断で停止の有無の組み合わせが増え、P1、P2においてはt1が1000msec以下か以上の判断で停止の有無の組み合わせが増える事で11種類のパターンが倍のパターンとなるので、あわせて22種類の入力が可能となる。そして22種類のどれか一つと判断出来たスイッチ操作判定部9は22種類のON信号の内の1つとしてON信号11を外部装置12へ出力する事で22個のスイッチが実装されたものと同等になり多入力が可能となる。

図面の簡単な説明

0019

多入力非接触入力装置の基本構成を説明するためのブロック図
スイッチONへの手の進入動作
スイッチOFFへの手の退出動作
多入力判断を行うスイッチON/OFFのタイミングチャート模式図

符号の説明

0020

1透明電極スイッチ
2 透明電極スイッチ
3 透明絶縁シート
4引き出しパターン
5 引き出しパターン
6静電容量検出タッチセンサ部
7 スイッチ1のON/OFF信号
スイイチ2のON/OFF信号
9スイッチ操作判定部
10タイマ
11 スイッチ操作出力
12 スイッチ利用外部装置

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