(57)【要約】【課題】指示体の位置を検出することができる入力装置、及び電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の入力装置１０は、超音波の反射率が異なる複数の領域を有する指示体によって情報を入力する入力装置であって、超音波を発信する複数の発信素子と、超音波の指示体からの反射波を受信する受信素子と、発信素子に電気信号を供給し、指示体が配置された領域に超音波を発信させた後、指示体のうち、第１の反射率を有する第１の反射領域からの反射波の強度と、第２の反射率を有する第２の反射領域からの反射波の強度との違いに基づいて第１の反射領域の位置座標を検出し、これを情報と判断する制御部４０Ａと、を備えていることをことを特徴とする。【選択図】図２
2010218365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の反射率が異なる複数の領域を有する指示体によって情報を入力する入力装置であって、
前記超音波を発信する複数の発信素子と、
前記超音波の前記指示体からの反射波を受信する受信素子と、
前記発信素子に電気信号を供給し、前記指示体が配置された領域に超音波を発信させた後、前記指示体のうち、第１の反射率を有する第１の反射領域からの反射波の強度と、第２の反射率を有する第２の反射領域からの反射波の強度との違いに基づいて前記第１の反射領域の位置座標を検出し、これを前記入力情報と判断する制御部と、
を備えていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の反射領域の位置座標を基準として前記第２の反射領域の位置座標を検出することにより前記指示体の延在方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
複数の前記発信素子を備え、
前記制御部は、前記複数の発信素子に、前記領域の一方向に向けて同位相の前記超音波を発信させる前記電気信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記発信素子と対向する走査領域を複数の部分領域に分割し、それぞれの前記部分領域に向けて前記超音波を間欠的に順次発信させる前記電気信号を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記受信素子と前記指示体との間の距離に応じて前記反射波の振幅を規格化し、規格化された前記反射波の振幅が所定の振幅以上を示す前記第１の反射領域の位置座標を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の反射領域の位置座標を検出した後、該第１の反射領域の位置座標付近の局所領域内に前記超音波を走査させ、前記指示体の前記第１及び第２の反射領域の詳細な座標と、詳細な前記延在方向とを検出することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項７】
前記制御部は、検出した前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向の有効性を判定し、前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向が有効であると判定した場合には、前記局所領域のみに前記超音波を走査させることによって前記指示体の位置座標を再検出することを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
【請求項８】
前記制御部は、検出した前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向の有効性を判定し、前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向が有効でないと判定した場合には、前記走査領域の全域を走査させることによって前記指示体の位置座標を再検出することを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
【請求項９】
前記発信素子と対向して複数の前記指示体が配置された場合に、
前記制御部は、それぞれの前記指示体の前記第１の反射領域の位置座標を検出し、これらを前記入力情報と判断することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記指示体として指を検出し、前記第１の反射領域として爪、及び前記第２の反射領域として皮膚を検出することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の入力装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波を発信して障害物により反射された超音波を受信する超音波センサーが知られている。このような超音波センサーとして、自動車に搭載された障害物センサーが開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の超音波センサーは、超音波の送受信が可能な素子から超音波を送信して、被検出体に当って反射された超音波をこの素子によって受信する。これにより、自動車の周囲にある物体の位置測定又は距離測定や、その物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９９１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ＰＤＡ（Personal Data Assistance）や、ＰＣ（Personal Computer）等の電子機器の入力装置に超音波センサーを用いることが検討されているが、未だ具体的な構成は提案されていない。しかしながら、仮に上記従来の超音波センサーを入力装置に用いたとしても以下のような課題がある。
【０００５】
特許文献１の超音波センサーは車載用として用いられ、比較的遠距離に存在する大きな障害物の位置、距離、形状等を検出するためのものである。超音波センサーによって遠距離の障害物を測定するためには、超音波の減衰を避けるため周波数を低く設定し、波長を長くする必要がある。
ところが、超音波の波長が長くなると、検出対象の３次元的な位置の測定や動作を検出する分解能が低下する。したがって、このような超音波センサーでは、入力動作を実行する支持体として、例えば人の手の動きや入力用のペン等の動作等、近距離に存在する比較的小さな検出対象の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができないという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、指示体の位置を正確に検出することができる入力装置、及び電子機器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】
【０００７】
本発明の入力装置は、超音波の反射率が異なる複数の領域を有する指示体によって情報を入力する入力装置であって、前記超音波を発信する複数の発信素子と、前記超音波の前記指示体からの反射波を受信する受信素子と、前記発信素子に電気信号を供給し、前記指示体が配置された領域に超音波を発信させた後、前記指示体のうち、第１の反射率を有する第１の反射領域からの反射波の強度と、第２の反射率を有する第２の反射領域からの反射波の強度との違いに基づいて前記第１の反射領域の位置座標を検出し、これを前記入力情報と判断する制御部と、を備えていることを特徴とする
【０００８】
この構成によれば、制御部は、超音波の反射率の違いによって指示体の第１の反射領域と第２の反射領域とを判別することができるので、単に指示体の大雑把な位置座標を検出するのではなく、指示体の中の特定の部位の位置を検出でき、第１の反射領域の位置座標を入力情報として正確に検出することができる入力装置を提供することができる。
【０００９】
前記制御部は、前記第１の反射領域を基準として前記第２の反射領域の位置座標を検出することにより前記指示体の延在方向を検出することが好ましい。
これによれば、指示体の延在方向が検出されることにより、指示体の第１の反射領域付近の概略形状を認識することができるので、第１の反射領域の位置座標だけでなく、支持体の延在方向を入力情報とすることが可能である。したがって、入力情報を増やすことができ、より複雑な入力操作を実現可能な入力装置を提供することができる。
【００１０】
複数の前記発信素子を備え、前記制御部は、前記複数の発信素子に、前記領域の一方向に向けて同位相の前記超音波を発信させる前記信号を出力することが好ましい。
これによれば、指向性を高めた超音波を発信することができるので、分解能を向上させた入力装置を提供することができる。
【００１１】
前記制御部は、前記発信素子と対向する走査領域を複数の部分領域に分割し、それぞれの前記部分領域に向けて前記超音波を間欠的に順次発信させることが好ましい。
これによれば、超音波の発信回数を抑えながら走査領域を走査することができるので、短時間で指示体の位置座標を検出することが可能な入力装置を提供することができる。
【００１２】
前記制御部は、前記受信素子と前記指示体との間の距離に応じて前記反射波の振幅を規格化し、規格化された前記反射波の振幅が所定の振幅以上を示す前記第１の反射領域の位置座標を検出することが好ましい。
これによれば、受信素子からの距離が変わることによって変動する反射波の振幅を補正することができるので、指示体の第１の反射領域と第２の反射領域とを確実に判別することができる入力装置を提供することができる。
【００１３】
前記制御部は、規格化された前記反射波の振幅が所定の振幅以上を示す前記第１の反射領域の位置座標を検出した後、該第１の反射領域の位置座標付近の局所領域内を前記超音波で走査させて、前記指示体の前記第１及び第２の反射領域の詳細な位置座標と、詳細な前記延在方向とを検出することが好ましい。
これによれば、走査領域の全域を走査することによって指示体の第１の反射領域のおおよその位置座標を検出したのち、第１の反射領域を含む狭い領域のみを超音波で詳細に走査するので、指示体の第１及び第２の反射領域の詳細な位置座標を検出することができる。また、第１の反射領域付近における指示体の概略形状を容易に検出することが可能な入力装置を提供することができる。
【００１４】
前記制御部は、検出した前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向の有効性を判定し、前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向が有効であると判定した場合には、前記局所領域内を前記超音波で走査させることによって前記指示体の位置座標を再検出することが好ましい。
ここで言う「第１の反射領域の位置座標及び指示体の延在方向の有効性」とは、入力装置が要求する情報に適合する入力情報（第１の反射領域の位置座標、指示体の延在方向）を検出したということである。
したがって、有効な入力情報が検出されると、直前に設定された局所領域のみを走査することによって指示体の動きを検出すればよいので、短時間で指示体の動きを追跡することが可能な入力装置を提供することができる。
【００１５】
前記制御部は、検出した前記第１の反射領域の座標及び前記指示体の延在方向の有効性を判定し、前記第１の反射領域の位置座標及び前記指示体の延在方向が有効でないと判定した場合には、前記走査領域の全域を走査することによって前記指示体の位置座標を再検出することが好ましい。
これによれば、指示体が直前に設定された局所領域から外れた位置座標に移動した場合でも指示体の動きを検出することができるので、確実に指示体の動きを追跡することが可能な入力装置を提供することができる。
【００１６】
前記発信素子と対向して複数の前記指示体が配置され、前記制御部は、それぞれの前記指示体の前記第１の反射領域の位置座標を検出し、これらを前記情報と判断することが好ましい。
これによれば、複数の指示体の入力情報を検出することができるので、例えば複数の指示体の相互の位置関係など、より複雑な入力動作を実現可能な入力装置を提供することができる。
【００１７】
前記制御部は、前記指示体として指を検出し、前記第１の反射領域として爪、及び前記第２の反射領域として皮膚を検出することが好ましい。
これによれば、硬度が大きく反射率が高い爪の位置座標、すなわち指先の位置座標を検出することによって入力動作を実行することができるので、入力動作用の指示体を別途必要とせず、入力動作が簡素化される。
【００１８】
本発明の電子機器は、先に記載の入力装置を備えていることを特徴とする。
これによれば、入力装置が指示体の位置座標を検出することによって入力動作を実行することができるので、入力動作を簡素化した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＰＤＡの斜視図である。
【図２】入力装置の斜視図である。
【図３】発信素子及び受信素子の配置例を示す平面図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図５】制御部の回路ブロック図である。
【図６】発信素子に入力されるパルスの一例を示す図である。
【図７】領域の座標系の説明図である。
【図８】指の位置検出に係るフローチャート図である。
【図９】領域を複数の部分領域に分割する方法の一例を示す図である。
【図１０】規格化された反射波の一例を示す図である。
【図１１】局所領域の拡大図である。
【図１２】規格化された反射波の一例を示す図である。
【図１３】円周領域における反射波を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面を用いて、本発明に係る入力装置について説明する。
なお、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成部材をわかりやすくするために、各構成部材の縮尺や数等を実際の構成とは異ならせている。
【００２１】
図１は、本発明の入力装置を備えた電子機器の一例であるＰＤＡ１００を模式的に示す斜視図である。ＰＤＡ１００は、図１に示すように、本体３０、表示部２０、及び入力装置１０を有している。
表示部２０は、画像表示を行う領域であり、本体３０と一体で構成されている。
入力装置１０は、表示部２０の周辺の本体３０上に配置されている。入力装置１０は、表示部２０上方の走査領域Ｒに超音波を発信し、走査領域Ｒに配置された指（指示体）Ｆからの反射波を受信することによって、指Ｆの座標を検出する。
したがって、例えば表示部２０に複数の選択ボタンが表示された場合、使用者は選択したいボタンの上方に指先を持っていくことにより任意のボタンを選択することができる。また、指先の座標と指の皮膚の座標とを検出することにより、指Ｆの延在方向を検出することによって任意のボタンを選択することができる。さらには、指の動きを検出することによって任意のボタンを選択することができる。
【００２２】
次に、入力装置１０について詳しく説明する。
図２は、入力装置１０の詳細な構成を模式的に示す斜視図である。図３は、超音波センサー１における発信素子１ａ及び受信素子１ｂの配置例を模式的に示す平面図である。図４は、図２におけるＡ−Ａ’に沿った断面形状を模式的に示す図である。図５は、制御部４０Ａの回路ブロック図である。図６は、発信素子１ａに入力されるパルスの一例を示す図である。
【００２３】
入力装置１０は、図２に示すように、超音波センサーユニット１Ａと制御部４０Ａとを有する。超音波センサーユニット１Ａは、基板１１と超音波センサー１とを備えている。
超音波センサー１は、図３に示すように、基板１１の表面１１Ａ上に複数の発信素子１ａ及び複数の受信素子１ｂがマトリクス状に配置された構成となっている。
本実施形態においては、図３に示すように、受信素子１ｂが超音波センサー１の角部の４箇所、及び中央部の４箇所に配置され、それ以外の位置に発信素子１ａが配置された構成である。
【００２４】
断面視における発信素子１ａ及び受信素子１ｂは、図４に示すように、いずれも同様の構成を有し、振動板２と、下部電極４と、圧電体３と、上部電極５とを備えている。
基板１１は、矩形状の単結晶シリコンで構成されている。基板１１の全面のうち、発信素子１ａ及び受信素子１ｂに対応する部分には開口部１１ａが形成されている。
基板１１の表面１１Ａのほぼ全面に、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）で形成された第１酸化膜２ａと、ＺｒＯ２（ジルコニア）で形成された第２酸化膜２ｂとが積層された積層膜が形成されている。積層膜のうち、開口部１１ａの上方に相当する部分が振動板２として機能する。
第１酸化膜２ａは、単結晶シリコン基板の表面を熱酸化させることによって形成され、膜厚はおよそ３μｍである。第２酸化膜２ｂは、ＣＶＤ法（化学気相成長法）などで形成され、膜厚はおよそ４００ｎｍである。
【００２５】
下部電極４は、振動板２上に形成されている。より詳しくは、下部電極４の膜が第２酸化膜２ｂのほぼ全面に形成され、超音波センサー１を構成するすべての発信素子１ａ及び受信素子１ｂの共通電極となっている。下部電極４は、Ｉｒ（イリジウム）などの導電性金属材料で形成され、膜厚はおよそ２００ｎｍである。
【００２６】
圧電体３は、下部電極４の全面のうち、開口部１１ａの上方にあたる領域にのみ形成されている。圧電体３は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）などで形成され、膜厚はおよそ１．４μｍである。
上部電極５は、圧電体３上に形成されている。上部電極５は、例えば、Ｉｒ（イリジウム）などの導電性金属材料で形成され、膜厚はおよそ５０ｎｍである。
【００２７】
フレキシブルプリント基板１２は、図２に示すように、超音波センサーユニット１Ａと制御部４０Ａとを接続している。具体的には、超音波センサーユニット１の端子部１１Ｔと、制御部４０Ａの制御基板１３の表面１３ａに形成された端子部１３Ｔとを電気的に接続している。
【００２８】
制御部４０Ａは、図２に示すように、制御基板１３と制御回路４０とを備えている。
制御回路４０は、制御基板１３の表面１３ａに実装され、超音波センサー１の制御を行う。
ここで、制御回路４０について詳しく説明する。制御回路４０は、図５に示すように、制御演算部４１、記憶部４２、超音波発生部４３、及び超音波検出部４４を有している。
【００２９】
制御演算部４１は、それぞれの発信素子１ａを駆動する信号を超音波発生部４３に出力するとともに、受信素子１ｂで受信され、記憶部４２を介して入力された反射波の信号（以下では反射信号と表記する）に基づいて指Ｆの位置、延在方向を検出する。そして、検出した情報に基づいて、指Ｆによる入力情報を取得して図１の本体３０に出力する。
【００３０】
超音波発生部４３は、サイン波発生部４３ａと、位相部４３ｂと、ドライバー４３ｃとを有し、超音波発生用の電気信号を発信素子１ａに出力する。
サイン波発生部４３ａは、サイン波状のパルス（電気信号）を生成し、位相部４３ｂに出力する。
位相部４３ｂは、制御演算部４３ｂから入力された発信信号に基づいてパルスの位相をシフトさせる。そして、位相をシフトさせたパルスの振幅をドライバー４３ｃで増幅させた後、パルスを発信素子１ａに出力する。
【００３１】
超音波受信部４４は、指Ｆで反射された反射波を受信し制御演算部４１に出力する。超音波受信部４４は、増幅部４４ａと、Ａ／Ｄ変換部４４ｂとを有している。
増幅部４４ａは、受信素子１ｂで受信した反射信号の振幅を増幅し、Ａ／Ｄ変換部４４ｂに出力する。
Ａ／Ｄ変換部４４ｂは、増幅部４４ａから入力された反射信号を、デジタル信号に変換してＡ／Ｄ変換部４４ｂに出力する。
【００３２】
記憶部４２は、Ａ／Ｄ変換部４４ｂによりデジタル変換された受信素子１ｂの反射信号、超音波の発信方向及び発信時刻、反射波の受信時刻などの各種データが格納されている。また、記憶部４２には、入力装置１０を制御するためのプログラム、設定値などが格納されている。
【００３３】
以下、制御回路４０の動作について説明する。
発信素子１ａに図６に示すパルスが入力されると、パルスの振幅に応じて下部電極４と上部電極５との間に電位差が発生する。これにより、圧電体３は、基板１１の表面１１Ａの法線方向に伸縮して振動板２を振動させる。そうすると、開口部１１ａの空気が振動して、図１の表示部２０上方の走査領域Ｒに超音波が発信される。
一方、指Ｆで反射した反射波が受信素子１ｂで受信されると、振動板２が振動して圧電体３が基板１１の表面１１Ａの法線方向に伸縮する。そうすると、下部電極４と上部電極５との間に電位差が発生してパルス状の電気信号が超音波受信部４４に出力される。
【００３４】
ここで、走査領域Ｒに配置された指Ｆの座標を規定するための座標系について説明する。図７は、走査領域Ｒの座標系の説明図である。
まず、超音波センサーユニット１Ａの中心の点Ｏを基準点として、点Ｏと走査領域Ｒ内の点Ｔとを結ぶ線分ＯＴの距離をｄ座標とする。
次に、図７に示すように、点Ｏから引いた法線と走査領域Ｒとの交点をＯ１とする。点Ｏと点Ｏ１とを結ぶ線分を基準軸Ｏ−Ｏ１と称する。
そして、線分ＯＴをｘ軸上に投影した線分ＯＴ１が基準軸Ｏ−Ｏ１となす角度をθ座標とし、線分ＯＴをｙ軸上に投影した線分ＯＴ２が基準軸Ｏ−Ｏ１となす角度をΦ座標とする。このように、走査領域Ｒの座標（ｄ，θ，Φ）を規定する。
【００３５】
次に、このような構成を有する入力装置１０における、指Ｆの座標検出に係る動作について説明する。
図８は、指Ｆの位置検出に係るフローチャート図である。指Ｆの座標検出は、走査領域Ｒの全面を超音波で走査するステップＳ１０と、指Ｆで反射された反射波の反射信号を受信素子１ｂからの距離に応じて規格化するステップＳ２０と、規格化された反射波から指先の座標を検出するステップＳ３０と、指先を含む狭い領域のみを超音波で詳細に走査するステップＳ４０と、指先付近の反射波のデータから爪の詳細な座標を検出するステップＳ５０と、指先の皮膚の詳細な座標と、指の延在方向とを検出するステップＳ６０と、検出した爪の座標及び指の延在方向の有効性を判定するステップＳ７０と、有効であると判定した爪の座標及び指の延在方向の情報を本体３０に出力するステップＳ８０と、を実行する。
【００３６】
まず、ステップＳ１０では、走査領域Ｒの全面を超音波で走査して反射波のデータを取得する。本実施形態では、走査領域Ｒをθ方向及びΦ方向に沿って複数の部分領域に分割し、それぞれの部分領域に向けて超音波を発信することによって走査領域Ｒを走査する。
図９は、走査領域Ｒを複数の部分領域に分割する方法の一例を示す図である。図９で示した走査領域Ｒは、θ方向に８分割（θ１，…，θｍ，…，θ８）、及びΦ方向に８分割（Φ１，…，Φｎ，…Φ８）されている。これらの部分領域は、θ方向の列番号ｍとΦ方向の行番号ｎとを用いてｒ（ｍ、ｎ）と表記する。
【００３７】
制御回路部４１は、超音波発生部４３の位相部４３ｂに発信信号を出力する。制御回路部４１は、部分領域ｒ（ｍ，ｎ）に到達した超音波が同位相となるように、発信素子１ａごとに位相を異ならせた発信信号を形成する。このように、指向性を向上させた超音波を形成することによって走査領域Ｒを走査する。
【００３８】
指Ｆで反射された反射波は受信素子１ｂで受信される。そして、受信素子１ｂにおいて反射波がパルス状の電気信号（反射信号）に変換された後、超音波検出部４４に出力される。反射信号は、超音波検出部４４のＡ／Ｄ変換部４４ｂにおいてデジタル変換され、記憶部４２を介して制御回路部４１に出力される。
【００３９】
次に、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０では、受信した反射信号の振幅を規格化する。規格化とは、反射波の振幅を受信素子１ｂと指Ｆとの距離に応じて補正することをいう。超音波のエネルギー密度は超音波センサーユニット１Ａからの距離の２乗に反比例する。すなわち、超音波センサーユニット１Ａから指Ｆまでの距離が延びると超音波振幅が減少する。そこで、減衰した分の振幅を補正することで振幅を規格化する。
【００４０】
規格化を実行するためには、まず、それぞれの超音波の発信時刻、発信方向、及び反射波の受信時刻などの情報を記憶部４２から読み出す。
そして、超音波の発信時刻、反射波の受信時刻、及び超音波の音速から、超音波を反射した指Ｆまでの距離ｄ（θ，Φ）を検出する。そして、反射信号の振幅をＩ（θ，Φ）、規格化された振幅をＩｎｒｍ（θ，Φ）とすれば、Ｉｎｒｍ（θ，Φ）＝Ｉ（θ，Φ）／ｄ（θ，Φ）２の式によって、反射波の振幅が規格化される。
このように、反射波の振幅を規格化すると、ステップＳ３０に移行する。
【００４１】
ステップＳ３０では、規格化された振幅Ｉｎｒｍ（θ，Φ）から爪を含んだ指先の座標を検出する。
ここで、図１０は、規格化された反射波の波形の一例を示す図である。図１０は、爪を含んだ指先の反射波を破線で表示し、爪を含まない指の皮膚からの反射波を実線で表示している。爪のほうが皮膚よりも硬度が大きく、爪の反射率（第１の反射率）は皮膚の反射率（第２の反射率）よりも高いので、図１０に示すように、指先からの反射波は皮膚からの反射波よりも振幅が大きい。
【００４２】
そこで、皮膚の反射波の振幅より大きく、爪の反射波の振幅よりも小さい振幅を基準振幅Ｖｓに設定し、制御回路部４１は、基準振幅Ｖｓよりも大きい振幅を示す部分領域（第１の反射領域）と、基準振幅Ｖｓよりも小さい振幅を示す部分領域（第２の反射領域）の座標を検出する。そして、第１の反射領域である部分領域ｒ（ｍ、ｎ）の座標を指先座標Ｐ０１（θ，Φ），…，Ｐ０５（θ，Φ）として検出する。ここで示された指先座標Ｐ０１〜Ｐ０５は、５本の指それぞれに対応させたものである。
本実施形態では、部分領域ｒ（４，５）、すなわち、θ方向でθ４、Φ方向でΦ５の方向で指先が検出された場合を例にして以下のステップの説明を行なう。
【００４３】
ステップＳ３０で検出した指先座標Ｐ０１（θ，Φ）は、走査領域Ｒの全域を走査して検出したものであって、爪の位置と指先の皮膚の位置とを詳細に判別したものではなく指先のおおよその位置を検出したものである。そこで、以降のステップで指先付近の狭い領域のみを超音波で詳細に走査して正確な爪座標と皮膚座標とを検出する。
【００４４】
ステップＳ４０に移行すると、ステップＳ３０で検出した指先座標Ｐ０１（θ，Φ）を含んだ狭い領域のみからなる局所領域Ｒ１を超音波で走査して、指先付近の局所領域からの詳細な反射波の情報を取得する。
ここでは、図９に示すように、局所領域Ｒ１を、指先座標Ｐ０１（θ，Φ）を含んだ部分領域ｒ（４，５）と、部分領域ｒ（４，５）を取り囲む部分領域とで構成される領域を局所領域Ｒ１と規定している。すなわち、局所領域Ｒ１は、９つの部分領域で構成されている。
【００４５】
図１１は、局所領域Ｒ１を拡大して示す平面図である。局所領域Ｒ１は、図１１に示すように、θ方向及びΦ方向に沿った複数の微小領域ｒ１に分割されており、それぞれの部分領域ｒ（ｍ，ｎ）がより小さく分割されている。
そして、それぞれの微小領域ｒ１に向けて順次超音波を発信し、局所領域Ｒ１の全域を詳細に走査する。その際、ステップＳ１０と同様に、超音波の発信方向、及び発信時刻が記憶部４２に記憶される。
一方、指Ｆからの反射波は受信素子１ｂで受信され、超音波受信部４４においてデジタル変換された反射信号が、記憶部４２を介して制御回路部４１に入力される。また、反射波の受信時刻が記憶部４２に記憶される。
このように、局所領域Ｒ１の走査を完了すると、ステップＳ５０に移行する。
【００４６】
ステップＳ５０では、ステップＳ４０で取得した局所領域Ｒ１からの反射信号に基づいて詳細な爪の座標を検出する。
制御回路部４１は、それぞれの超音波の発信時刻、微小領域Ｒの座標情報、反射信号及び反射波の受信時刻などの情報を記憶部４２から読み出し、受信信号の振幅を規格化する。
【００４７】
図１２は、規格化された局所領域Ｒ１からの反射波の一例を示す図である。図１２において、縦軸は規格化された反射波の振幅Ｉｎｒｍ（θ，Φ）を示し、横軸は角度θを示している。すなわち、図１２は、あるΦ方向に配置された微小領域ｒ１からの反射波の振幅を示している。
反射波の振幅は、図１２に示すように、振幅が大きい爪からの反射波である領域Ｚ１と、振幅が小さい皮膚からの反射波である領域Ｚ２とに分類される。なお、図１２において、複数の領域Ｚ１が表示されているのは、局所領域Ｒ１において複数の指が検出されたことを示している。制御回路部４１は、領域Ｚ１における最大の振幅を示す座標を爪座標Ｐ１１（θ，Φ）として検出する。
このように、爪座標Ｐ１１（θ，Φ）を検出すると、ステップＳ６０に移行する。
【００４８】
ステップＳ６０は、ステップＳ４０で取得した局所領域Ｒ１からの反射信号に基づいて指Ｆの延在方向を検出する。
指Ｆの延在方向を検出するには、まず、図１１に示すように、爪座標Ｐ１１（θ，Φ）から一定距離だけ離れた環状の領域Ｃｉｒｃｌｅを設定する。そして、領域Ｃｉｒｃｌｅ上の微小領域ｒ１の反射信号のうちで最大の振幅を示す方向を指Ｆの延在方向とする。
【００４９】
図１３は、円周領域Ｃｉｒｃｌｅにおける反射波の振幅を示す図である。図１３では、縦軸が規格化された反射波の振幅を示し、横軸が図１１で示した角度ρを示している。ここで角度ρは、θ軸方向を基準として、線分Ｐ１１Ｑ１がθ軸となす角度で規定される。図１３に示すように、円周領域Ｃｉｒｃｌｅにおける反射波は、角度ρ１方向にある微小領域において最大の振幅を有している。したがって、図１３から爪座標Ｐ１（θ，Φ）を基準として角度ρ１方向に指Ｆが延在していることがわかる。そこで、指Ｆの延在方向を示すベクトルＶ１（θ，Φ）を、Ｖ１（θ，Φ）＝Ｑ１（θ，Φ）−Ｐ１１（θ，Φ）によって規定する。
【００５０】
このように、１つの指Ｆで爪座標Ｐ１１（θ，Φ）及びベクトルＶ１（θ，Φ）を検出すると、ステップＳ４０〜Ｓ６０を繰り返し、それぞれの指に対応した爪座標Ｐ２１（θ，Φ）〜Ｐ５１（θ，Φ）、及びベクトルＶ２（θ，Φ）〜Ｖ５（θ，Φ）を検出する。
このように、すべての指に対応した爪座標Ｐ１（θ，Φ）（Ｐ１１（θ，Φ）〜Ｐ１５（θ，Φ））及びベクトルＶ（θ，Φ）（Ｖ１（θ，Φ）〜Ｖ５（θ，Φ））を検出するとステップＳ７０に移行する。
【００５１】
ステップＳ７０では、ステップＳ５０，Ｓ６０で検出した爪座標Ｐ（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）の有効性を判定するステップである。
ここで、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が有効であると判定されるのは、検出した爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が適切な入力情報であると判断された場合である。
具体的には、入力装置が検出した入力情報によって表示部２０に表示されたボタンを選択し、入力動作が実行される場合である。
このように、爪座標Ｐ（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が適切な入力情報（有効）と判断されるとステップＳ８０に移行する。
【００５２】
これに対して、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が適切な入力情報ではない（無効）と判断されるとステップＳ１０に戻り、走査領域Ｒの全域を再走査して爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を再検出する。
具体的に爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が無効と判断されるのは、検出した入力情報によって表示部２０に表示されたボタンを選択することができず、入力操作が実行されない場合、あるいは、ステップＳ４０において指先を詳細に走査する際に、指Ｆが局所領域Ｒ１から外れた領域に移動して、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が検出されなかった場合などである。
再検出した結果、適切な爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）が検出された場合にはステップＳ８０に移行する。
【００５３】
ステップＳ８０では、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を本体３０に出力する。本体３０では、入力装置１０から出力された爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）に基づいた処理が行われる。
そして、必要に応じてステップＳ４０に移行して指先を追跡して位置検出動作を引き続き行って、指の動きを検出する。ステップＳ４０に移行すると、直前に規定した局所領域Ｒ１のみを再走査して新たな爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を検出する。また、指先が局所領域Ｒ１から外れても、検出した爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）がステップＳ７０において無効であると判断されて、ステップＳ１０に移行して走査領域Ｒの全域を再走査することによって指先の追尾を行い、指の動きを検出する。
【００５４】
このような構成を備えた入力装置１０は、以下の効果を得ることができる。
まず、本発明の入力装置１０は、爪（第１の反射領域）における超音波の反射率（第１の反射率）と、皮膚（第２の反射領域）における超音波の反射率（第２の反射率）との違いを判別することによって、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を検出している。これにより、比較的小さい検出対象である指先の位置が超音波によっても検出することができるので、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を入力情報とすることができる。また、爪座標Ｐ１（θ，Φ）だけでなくベクトルＶ（θ，Φ）を入力情報として判断することによって、入力装置１０が検出する入力情報を増大させることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ベクトルＶ（θ，Φ）によって指の延在方向を規定し、指のおおよその形状を認識している。これによれば、３次元的な指の詳細な形状を認識するよりも、容易に指の概略的な形状を認識することができる。したがって、入力情報としての指の延在方向のデータを容易に取得することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、ステップＳ１０において、走査領域Ｒを複数の部分領域ｒ（ｍ，ｎ）に分割し、それぞれの部分領域ｒ（ｍ，ｎ）を走査することによって走査領域Ｒの全域を走査している。そして、ステップＳ４０において、走査領域Ｒの全面走査で検出された指先座標Ｐ０（θ，Φ）付近の局所領域のみを詳細に走査することによって、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及び皮膚座標Ｑ（θ，Φ）を検出している。
これによれば、走査領域Ｒの全域を詳細に走査するよりも短時間で爪座標Ｐ１（θ，Φ）及び皮膚座標Ｑ（θ，Φ）を検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、ステップＳ７０において検出した爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）の有効性を判定し、適切な入力情報と判定された爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を本体３０に出力する。そして、不適切な入力情報が検出された場合には爪座標Ｐ１（θ，Φ）及びベクトルＶ（θ，Φ）を再検出させるようになっている。これによれば、入力装置１０からは適切な入力情報のみが本体３０に出力されるので、入力装置１０の検出精度を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、入力情報を本体３０に出力した後、直前に設定した局所領域Ｒ１のみを詳細に再走査して指Ｆの位置を追跡する。これによれば、改めて走査領域Ｒの全域を走査しなくても指Ｆの詳細な位置を検出することができるので、指Ｆの追跡を短時間で行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態では、爪座標Ｐ１（θ，Φ）及び指の延在方向を示すベクトルＶ（θ，Φ）を検出しているが、ステップＳ３０までを実行して指先座標Ｐ０（θ，Φ）を入力情報としてもよい。この場合には、ステップＳ４０以降の指先の詳細な走査を実行する必要がないので、入力情報の検出をより短時間で実行することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、指示体として指Ｆを例示しているが、指Ｆ以外のものを指示体として使用することができる。例えば、ペンや棒などの棒状部材であって、先端が異なる材質で構成されているものが好ましい。このような構成を有していれば、先端とそれ以外の領域での反射率が異なり、先端の位置を正確に検出することができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、ステップＳ１０において走査領域Ｒの全面を走査した後、ステップＳ４０において指先付近を詳細に走査しているが、走査領域Ｒの全面走査のみを実行して入力情報を検出するようにしてもよい。この場合には、指先座標Ｐ０（θ，Φ）によって入力情報の有効性を判断するようにすればよい。
【００６２】
なお、本実施形態では、発信素子１ａ及び受信素子１ｂを複数個配置しているが、それぞれが単数であってもよい。この場合であっても、指Ｆの位置検出が可能である。
【００６３】
なお、上記の電子機器は、本発明の電子機器を例示するものであって、本発明の技術範囲を限定するものではない。例えば、ＰＣ、携帯電話、携帯用オーディオ機器、及び表示装置などの表示部にも本発明の入力装置を好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…超音波センサー、２…振動板、３…圧電体、４…下部電極、５…上部電極、１Ａ…超音波センサーユニット、１ａ…発信素子、１ｂ…受信素子、１０…入力装置、１１…基部、１２…フレキシブルプリント基板、１３…制御基板、１４…制御部、４０…制御回路、４１…制御演算部、４２…記憶部、４３…超音波発生部、４３ａ…サイン波発生部、４３ｂ…位相部、４４…超音波検出部、４４ｂ…Ａ／Ｄ変換部、１００…ＰＤＡ（電子機器）、Ｒ…走査領域、Ｒ１…局所領域
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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