(57)【要約】操作者の手（１０）が左側から操作対象（１１）に近づくと、左領域（１ｂ）における検出電極と駆動電極との間の静電容量が変化する。すなわち、操作者の手（１０）による静電容量との直列容量により静電容量値が増加する。このとき、右領域（１ａ）における検出電極と駆動電極との間の静電容量も変化するが、操作者の手（１０）は、左領域（１ｂ）よりも遠いために、その変化量は左領域（１ｂ）よりも小さい。制御部においては、静電容量の合成容量が所定の閾値（Ｔｈ１）を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域、すなわち左領域（１ｂ）の方向を操作者の進入方向として決定する。
2008059795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備することを特徴とする操作方向検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することを特徴とする請求項１記載の操作方向検出装置。
【請求項３】
前記合成容量が前記第１所定値を超えた後に前記第１所定値を下回った場合において、前記合成容量が前記第１所定値を下回った時間が第２の所定値を未満であったときに、前記合成容量が前記第１所定値を超えた際に決定した前記被検出体の進入方向を維持することを特徴とする請求項２記載の操作方向検出装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量の変化量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することを特徴とする請求項１記載の操作方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者の操作方向を検出する操作方向検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者の手がどの方向から伸びたかを判定する方法として、例えば、特許文献１に開示された方法がある。この方法においては、操作者が表示画面にタッチした場合に、操作者の手との間に静電容量を形成する静電容量形成膜を有するタッチセンサを用い、表示画面上に操作者の手が接近したときに、その静電容量が形成された位置に基づいて、操作者の手の接近位置及び指示位置を検出する。
【特許文献１】特開２００４−２４５６０６号公報
【０００３】
また、超音波センサや赤外線センサを用いて接近した物体を検知する方法も開発されている。【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においては、操作対象が静電容量形成膜を有するタッチセンサに限定されてしまう。また、この技術においては、静電容量の形成量が非常に小さいために、方向を正確に検知するためには、操作者の手をタッチセンサにかなり接近させなければならないという問題がある。さらに、超音波センサや赤外線センサを用いて接近した物体を検知する方法では、人体以外でも動作してしまうので、操作者のみを確実に検知することができない。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、操作対象に限定されず、人体接近感度が高く、操作者のみを確実に検知することができる操作方向検出装置を提供することである。
【０００６】
本発明の操作方向検出装置は、２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、検出電極／駆動電極対は操作対象領域に設けられているだけであるので、操作方向検出装置を実装する装置構成には影響しない。このため、種々の構成の装置に対して実装することが可能である。また、この構成によれば、検出範囲の大きさに応じて検出電極や駆動電極の大きさを変えることにより、検出範囲の大きさに影響されずに正確に操作方向を検出することが可能となる。また、この構成においては、操作者が操作対象領域に進入したときの容量検出を行うので、人体接近感度が高く、しかも操作者のみを確実に検知することができる。
【０００８】
本発明の操作方向検出装置においては、前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することが好ましい。
【０００９】
本発明の操作方向検出装置においては、前記合成容量が前記第１所定値を超えた後に前記第１所定値を下回った場合において、前記合成容量が前記第１所定値を下回った時間が第２の所定値を未満であったときに、前記合成容量が前記第１所定値を超えた際に決定した前記被検出体の進入方向を維持することが好ましい。この構成によれば、操作継続状態である場合においても、正確に操作方向を検出することが可能となる。
【００１０】
本発明の操作方向検出装置においては、前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量の変化量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することが好ましい。この構成によれば、静電容量に影響を及ぼす他の要因に関係なく、より正確に進入方向を決定することが可能となる。
【００１１】
本発明の操作方向検出装置によれば、２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備するので、操作対象に限定されず、人体接近感度が高く、操作者のみを確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る操作方向検出装置を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る操作方向検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る操作方向検出装置の検出原理を説明するための図であり、（ａ）は操作状態を示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）は静電容量変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る操作方向検出装置の他の例の検出原理を説明するための図であり、（ａ），（ｂ）は操作状態を示す図であり、（ｃ）〜（ｅ）は静電容量変化を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る操作方向検出装置を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図である。【００１４】
図１に示す操作方向検出装置は、２以上の方向から操作可能な操作対象領域、ここでは、略中央で仮想的に区画された２つの操作対象領域１ａ，１ｂを有する。本実施の形態においては、操作対象領域を左右に２つに区画した場合について説明しているが、本発明においては、操作対象領域を上下に２つに区画しても良く、操作対象領域を３つ以上に区画しても良い。【００１５】
図１（ａ）に示すように、それぞれの操作対象領域の近傍（方向検出位置）には、両者間で静電容量を形成する検出電極２及び駆動電極３が設けられている。すなわち、右領域１ａの近傍に検出電極２ａと駆動電極３ａとが設けられており、左領域１ｂの近傍に検出電極２ｂと駆動電極３ｂとが設けられている。本実施の形態においては、検出電極２ａ，２ｂを上下に分離してそれぞれ設けており、駆動電極３ａ，３ｂを左右に設けているが、各操作対象領域の方向検出位置については、被検出体の進入方向を検出できる位置であれば良く、方向検出位置に対して検出電極と駆動電極とが配置されていれば（検出電極／駆動電極対があれば）、電極の数や配置位置について特に制限はない。【００１６】
本操作方向検出装置は、図１（ｂ）に示すように、基台４上にグランド電極５が設けられ、グランド電極５上に絶縁層６を介して検出電極２ａ，２ｂが設けられ、その上に絶縁層７が設けられて構成されている。【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に係る操作方向検出装置の概略構成を示すブロック図である。操作方向検出装置の検出電極２ａ，２ｂは、容量検出部８の検出回路８ａと電気的に接続されており、駆動電極３ａ，３ｂは、容量検出部８の駆動回路８ｂと電気的に接続されている。容量検出部８は、操作対象領域に、操作対象領域に対して操作を行う被検出体（操作者）が進入したときに、前記検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から操作者の進入方向を決定する制御部９と電気的に接続されている。【００１８】
検出電極と駆動電極との間には、常に静電容量が形成されている。ここでは、検出電極２ａと駆動電極３ａとの間に静電容量Ｃ1が形成されており、検出電極２ｂと駆動電極３ｂとの間に静電容量Ｃ2が形成されている。駆動回路８ｂでは、駆動電極３ａ，３ｂにそれぞれ特定周波数の駆動電圧を印加する。また、検出回路８ａは常に基準電圧の状態となっている。また、グランド電極５は接地されており、方向検出として必要となる検出方向と無関係な方向からの影響を低減している。【００１９】
上記構成を有する操作方向検出装置において、操作者が装置に接近していない場合、駆動回路８ｂにより駆動電極３ａ，３ｂにそれぞれ同一の交流電圧を印加しても、静電容量Ｃ1，Ｃ2に変化がない。ここで、操作者がいずれかの操作対象領域１ａ，１ｂに進入すると、操作者との間に静電容量が形成され、検出電極と駆動電極との間の静電容量に変化が生じる。この静電容量の変化を検出回路８ａで検出する。検出回路８ａで検出された静電容量の変化の情報、すなわち右領域１ａで求められた静電容量と左領域１ｂで求められた静電容量との合成容量の情報は制御部９に送られて、制御部９において操作者の進入方向を決定する。【００２０】
制御部９においては、右領域１ａで求められた静電容量と左領域１ｂで求められた静電容量との合成容量が所定の閾値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を操作者の進入方向として決定する。【００２１】
ここで、図３を用いて操作物の進入方向を決定する場合について説明する。図３（ａ）に示すように、操作者の手１０が左側から操作対象１１に近づくと、左領域１ｂにおける検出電極２ｂと駆動電極３ｂとの間の静電容量Ｃ2が変化する。すなわち、図３（ｂ）に示すように、静電容量Ｃ2に操作者の手１０による静電容量との直列容量により静電容量値が増加する。このとき、右領域１ａにおける検出電極２ａと駆動電極３ａとの間の静電容量Ｃ1も変化するが、操作者の手１０は、左領域１ｂよりも遠いために、図３（ｃ）に示すように、その変化量は左領域１ｂよりも小さい。この左領域１ｂの静電容量と右領域１ａの静電容量を合成した合成容量の変化は図３（ｄ）に示すようになる。制御部９においては、静電容量の合成容量が所定の閾値Ｔｈ1を超えたときに大きい方の静電容量を示す領域の方向を操作者の進入方向として決定する。ここでは、大きい方の静電容量を示す領域、すなわち左領域１ｂの方向を操作者の進入方向として決定する。【００２２】
また、制御部９における進入方向の決定については、図３（ｅ）に示すように、一定時間毎に合成容量の変化量を求め、すなわち微分値と求め、その微分値が所定の閾値Ｔｈ2を超えたときに大きい方の静電容量を示す領域の方向を操作者の進入方向として決定するようにしても良い。このような決定方法を採ることにより、静電容量に影響を及ぼす他の要因に関係なく、より正確に進入方向を決定することが可能となる。【００２３】
上述したような決定方法においては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、操作者が左領域１ｂから右側の操作対象１１を操作する場合に、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、右領域１ａの静電容量が左領域１ｂの静電容量を超えてしまうことが考えられる。すなわち、操作者の手１０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、左領域１ｂから進入して、左領域１ｂから離れるので、静電容量は図４（ｃ）に示すように変化して、進入と退出で２つのピークを表す。一方、右領域１ａにおいては操作対象１１が存在するので、操作者の手１０がより近くまで接近するので、図４（ｄ）に示すようにピーク値として左領域１ｂにおける静電容量値よりも大きくなる。【００２４】
このような場合を想定すると、操作者の手が近づいていない定常状態と、操作者の手が移動中である操作継続状態とを識別する必要がある。この場合においては、定常状態と判断するまでの所定時間を設定し、合成容量が所定の閾値を下回った時間が所定時間内（所定の閾値Ｔｈ2未満）であるときに操作継続状態であると判定する。そして、操作継続状態においては、合成容量が最初に閾値Ｔｈ1を超えた際に決定した進入方向を維持する。図４（ｅ）を用いて説明すると、合成容量が所定の閾値Ｔｈ1を超えた後に閾値Ｔｈ1を下回った場合において、合成容量が所定の閾値Ｔｈ1を下回った時間Ｔ1が所定時間内（所定の閾値Ｔｈ2未満）であるときには、操作継続状態であると判定して、合成容量が閾値Ｔｈ1を超えた際に決定した進入方向（左方向）を維持する。一方、合成容量が所定の閾値Ｔｈ1を下回った時間Ｔ2が所定時間外（所定の閾値Ｔｈ2以上）である場合には、定常状態であると判定して、判定結果をリセットする。このような判定を行うことにより、操作継続状態である場合においても、正確に操作方向を検出することが可能となる。【００２５】
このように、本発明の操作方向検出装置においては、２以上の方向から操作可能な操作対象領域にそれぞれ設けられた検出電極／駆動電極対で得られた静電容量を合成した値から操作者の進入方向を決定するので、操作対象に限定されず、人体接近感度が高く、操作者のみを確実に検知することができる。すなわち、本構成においては、検出電極／駆動電極対は操作対象領域に設けられていれば良いので、操作方向検出装置を実装する装置構成には影響しない。このため、種々の構成の装置に対して実装することが可能である。また、本構成によれば、検出範囲の大きさに応じて検出電極や駆動電極の大きさを変えることにより、検出範囲の大きさに影響されずに正確に操作方向を検出することが可能となる。また、本構成においては、操作者が操作対象領域に進入したときの容量検出を行うので、人体接近感度が高く、しかも操作者のみを確実に検知することができる。【００２６】
本発明の操作方向検出装置は、例えばノートブック型パーソナルコンピュータに搭載されるポインティングデバイスに用いることができる。本発明の操作方向検出装置を用いたポインティングデバイスにおいては、右手で操作した場合と左手で操作した場合とで異なる動作を行うことが可能となり、ユーザインタフェースの多様化を可能とする。また、タッチパネルを備えた画面のみで操作する碁、将棋、オセロなどの電子ゲーム盤に用いることも可能である。本発明の操作方向検出装置を用いた電子ゲーム盤においては、操作した対局者を判別できるため、誤って相手の手番に操作してしまうなどの誤動作を防ぐことが可能となるなど、ユーザビリティの向上が可能となる。また、ガスコンロや石油ファンヒータなどの火気を扱う機器の点火スイッチなど、小さい子供が誤って操作すると危険なスイッチに用いることも可能である。本発明の操作方向検出装置を用いたスイッチは、スイッチの上下に検出電極／駆動電極対を設けることにより、下方からの操作と判定した場合は背の低い子供が操作した可能性があるとして点火せず、上方からの操作の場合には点火を行うことができる。これにより、同じスイッチ操作をしても大人と子供と動作が異なるため、子供がチャイルドロック操作を覚えてしまうという問題がない。【００２７】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、左右の操作対象領域にそれぞれ検出電極／駆動電極対を設けた場合について説明しているが、本発明においては、いずれかの操作対象領域に検出電極／駆動電極対を設けても良い。例えば、操作者の接近が特定方向に限定される場合においては、その操作対象領域のみに検出電極／駆動電極対を設けておく。これにより、より精度良く操作方向の検出を行うことができる。また、検出電極／駆動電極対を４組備え、４方向からの操作を検出することも可能である。この場合、各方向の検出電極／駆動電極対で静電容量の合成容量が所定の閾値を超えたときに、最も大きい静電容量を示す方向を操作者の進入方向として決定することができる。また、微分値が所定の閾値を超えたときに最も大きい方向を操作者の進入方向として決定するようにしても良い。これにより、多人数のゲームを行うゲーム盤においてユーザビリティの向上をもたらすことができる。また、その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備した操作方向検出装置であって、
前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することを特徴とする操作方向検出装置。
【請求項２】
前記合成容量が前記第１所定値を超えた後に前記第１所定値を下回った場合において、前記合成容量が前記第１所定値を下回った時間が第２の所定値未満であったときに、前記合成容量が前記第１所定値を超えた際に決定した前記被検出体の進入方向を維持することを特徴とする請求項１記載の操作方向検出装置。
【請求項３】
２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備した操作方向検出装置であって、
前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量の変化量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することを特徴とする操作方向検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の操作方向検出装置を具備し、右手で操作した場合と左手で操作した場合とで異なる操作を行うことを特徴とするコンピュータ。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の操作方向検出装置を具備し、操作者を判別可能とされた電子ゲーム盤。
【請求項６】
請求項１ないし３のいずれかに記載の操作方向検出装置を具備し、下方から操作した場合には動作せず、上方から操作した場合に動作することを特徴とするスイッチ。
【請求項７】
前記検出電極／駆動電極対を４組備え、４方向からの操作を検出することを特徴とする、請求項１記載の操作方向検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の操作方向検出装置は、２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の操作方向検出装置は、２以上の方向から操作可能な操作対象領域を有する装置本体と、前記操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記操作対象領域に対して操作を行う被検出体が進入したときに、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から前記被検出体の進入方向を決定する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の合成容量の変化量が第１の所定値を超えたときに、大きい方の静電容量を示す領域の方向を前記被検出体の進入方向として決定することを特徴とする。検出電極／駆動電極対は操作対象領域に設けられているだけであるので、操作方向検出装置を実装する装置構成には影響しない。このため、種々の構成の装置に対して実装することが可能である。また、この構成によれば、検出範囲の大きさに応じて検出電極や駆動電極の大きさを変えることにより、検出範囲の大きさに影響されずに正確に操作方向を検出することが可能となる。また、この構成においては、操作者が操作対象領域に進入したときの容量検出を行うので、人体接近感度が高く、しかも操作者のみを確実に検知することができる。また、この構成によれば、静電容量に影響を及ぼす他の要因に関係なく、より正確に進入方向を決定することが可能となる。
【国際調査報告】
2008059795.tif 000007
2008059795.tif 000008
2008059795.tif 000009