(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【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の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、事前に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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【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、出力信号の種類数未満である複数個の静電容量スイッチを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。
【発明の詳細な説明】
【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、入力手段の多様化と多機能化を図り、操作性を向上させた薄型の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、ケースへ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が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。
【特許文献１】特開２００３−１７８６５７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４７６４号公報
【発明の開示】
【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を基板上に配置し、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、入力位置の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。
【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、出力信号の種類数未満である複数個の静電容量スイッチを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的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。
【実施例１】
【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の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】
【図１】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
【図２】スイッチＯＮへの手の進入動作
【図３】スイッチＯＦＦへの手の退出動作
【図４】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
８     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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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