(57)【要約】【課題】表示画面を指示器を用いてタッチすることで入力を行う入力装置は、使用回数の増加や過剰な力のタッチにより破損しやすいという課題があった。【解決手段】本発明の入力装置は、人体に印加電流５を印加する信号印加手段１と、人体インピーダンス４を検出する検出手段２と、入力情報８を算出する算出手段と、を有する。指示器により人体を指示し、これによる人体インピーダンス４の値の変化により情報を算出するため、入力の際、入力装置自体へ力が加わることが一切なく、耐久性を格段に向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を有し人体に電気信号を印加する信号印加手段と、
前記信号印加手段により発生する人体の電気反応を基に人体インピーダンスを検出する検出手段と、
指示器を人体に接触させ、該接触により生じる前記人体インピーダンスの値の変化から前記指示器による入力情報を算出する算出手段と、
を有することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記電気信号は、交流定電流であ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】
前記入力情報は、前記指示器の指示位置を示す位置情報であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項４】
前記信号印加手段は、方形波を発生するクロック発生器と、前記方形波を正弦波に変換するフィルタと、前記正弦波の電圧値を電流に変換する電圧電流変換器と、  を有し、人体に前記電気信号を印加することを特徴とする請求項１から３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記人体インピーダンスにより発生する電圧を増幅する増幅器と、前記増幅器により増幅された電圧を直流化する積分器と、前記積分器により直流化された電圧をディジタル化するA／D変換器と、を有することを特徴とする請求項１から３に記載の入力装置。
【請求項６】
前記算出手段は、前記人体インピーダンスが有効な値かチェックする比較器と、  前記人体インピーダンスと前記指示位置との関係を情報として保持するインピーダンス／位置変換テーブルと、前記インピーダンス／位置変換テーブルを参照し前記指示位置を算出する位置換算器と、を有することを特徴とする請求項１から３に記載の入力装置。
【請求項７】
前記指示器は、指であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に関するものであり、特に指示器により指示した指示位置を検出する入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりコンピュータや情報端末など、表示画面に指等の指示器を用いてタッチすることで入力を行うタッチパネル型の入力装置は広く知られている。この中でも、表示装置の上に重ねて配置した抵抗膜方式の指示位置検出装置が広く使われている。
【０００３】
抵抗膜方式の指示位置検出装置は、２枚の透明抵抗膜を隙間を設けて重ねて配置し、タッチした時に隙間がつぶれ２枚の透明抵抗膜が接触し抵抗値が変化することを利用して入力を行っている。
【０００４】
このため、抵抗膜方式の指示位置検出装置は、使用回数の増加や過剰な力のタッチ等により透明抵抗膜が破損する場合がり、耐久性に問題があった。
【０００５】
この問題を解決するため、入力表面に保護フィルムを配置した入力装置が知られており、多くの提案をみるところである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に示した従来技術の入力装置を図面を用いて説明する。図６は、特許文献１に示した従来技術の入力装置を示す断面図である。
図６において、１００は上側基板、１０１は下側基板、１０２は上側透明抵抗膜、１０３は下側透明抵抗膜、１０４は防汚層、１０５は粘着層、１０６は保護フィルム、１０７はスペーサである。
図６においては、図示しない指示器は保護フィルム１０６側をタッチする。
【０００７】
特許文献１に示した従来技術の入力装置は、指示器が入力表面をタッチした時、スペーサ１０７によって保持されていた隙間がつぶれ、上側透明抵抗膜１０２と下側透明抵抗膜１０３とが接触し、上側透明抵抗膜１０２に接続された図示しない電極と、下側透明抵抗膜１０３に接続された図示しない電極との間の抵抗値が変化することを検出し、指示位置を特定するものである。
【０００８】
上側基板１００の上には、防汚層１０４、粘着層１０５、保護フィルム１０６が載置され、上側透明抵抗膜１０２、下側透明抵抗膜１０３を保護している。特に粘着層１０５として、剥離可能で適度な粘着力を有し、且つ、経時変化や環境変化に対して粘着力の変化が少ないシリコーンゴム系粘着剤を使用したことにより、保護フィルム１０６を交換可能とした。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−９４７９８号公報（第２−５頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に示した従来技術の入力装置は、使用者が保護フィルム１０６の交換を怠った場合、入力装置を保護するという効果は低下してしまい、耐久性の問題を本質的に解決することはできないという欠点があった。また、表示装置の上に入力装置を配置するということから光の透過率を減少させ、表示装置の表示品質が低下してしまうという欠点があった。また、タッチ時に指示器が表示画面を遮るため表示装置が小型化し
た場合、見づらくなるという欠点があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、耐久性、操作性、視認性、表示品質の優れた入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の入力装置は下記に示す構造を採用する。
【００１３】
複数の電極を有し人体に電気信号を印加する信号印加手段と、信号印加手段により発生する人体の電気反応を基に人体インピーダンスを検出する検出手段と、指示器を人体に接触させ、接触により生じる人体インピーダンスの値の変化から指示器による入力情報を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
電気信号は、交流定電流であることを特徴とする。
【００１５】
入力情報は、指示器の指示位置を示す位置情報であることを特徴とする。
【００１６】
信号印加手段は、方形波を発生するクロック発生器と、方形波を正弦波に変換するフィルタと、正弦波の電圧値を電流に変換する電圧電流変換器と、を有し、人体に電気信号を印加することを特徴とする。
【００１７】
検出手段は、人体インピーダンスにより発生する電圧を増幅する増幅器と、増幅器により増幅された電圧を直流化する積分器と、積分器により直流化された電圧をディジタル化するＡ／Ｄ変換器と、を有することを特徴とする。
【００１８】
算出手段は、人体インピーダンスが有効な値かチェックする比較器と、人体インピーダンスと指示位置との関係を情報として保持するインピーダンス／位置変換テーブルと、インピーダンス／位置変換テーブルを参照し指示位置を算出する位置換算器と、を有することを特徴とする。
【００１９】
指示器は、指であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の入力装置は、人体に電気信号を印加し、発生する人体インピーダンスを利用して情報の入力を行うものであり、人体そのものを用いるため、情報の入力の際に入力装置へ特別な力が加わることが一切なく、耐久性を格段に向上させることができる。
【００２１】
また、タッチパネル型の入力装置のように、表示装置の上に何も重ねる必要がないから、表示装置の表示品質を向上させることができる。
【００２２】
また、指示器を人体に接触させて情報を入力するから、その情報入力のための範囲は表示装置の形状に制限されることはない。これにより、表示画面が小さい場合でも指示器が表示画面を遮ることがなく、視認性を向上させることができる。
【００２３】
さらに、手のひらを指で指示するような、自然な動作で入力できるため操作性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は、本発明の入力装置を示す構成図である。図２は、本発明の入力装置の使用形態例を示す模式図である。図３は、本発明
の入力装置の信号印加手段を示す構成図である。図4は、本発明の入力装置の検出手段を示す構成図である。図５は、本発明の入力装置の算出手段を示す構成図である。
【００２５】
[構造説明：図１〜図５]
まず、本発明の入力装置の構成を図１から図５を用いて説明する。
図１において、１は信号印加手段、２は検出手段、３は算出手段、４は人体インピーダンス、５は印加電流、６は検出電圧、７は検出インピーダンス信号、８は入力情報、９は本発明の入力装置、１０は電極である。人体は、一般に知られているように、交流の電気信号を印加すると抵抗と容量とからなる直並列の等価回路で表すことができる。人体インピーダンス４とは、この等価回路のインピーダンスのことである。
【００２６】
図２において、１１は左手、１２は指示器、３１は電流経路、９０は本発明の入力装置９を搭載した電子機器である。電子機器９０は、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などの情報端末を想定している。図２に示す例では、電子機器９０を左手１１で掴んだ例を示している。電極１０は、左手１１の親指と人差し指とに接触している。
図２においては、指示器１２を右手の指として記載しているが、これに限定するものではない。指示器とは、指や人体インピーダンス４に影響を与えるスタイラスや指示棒などを含む包括的な概念である。
【００２７】
図３は信号印加手段１を示す構成図であり、１３はクロック発生器、１４はフィルタ、１５は電圧電流変換器、１６は方形波、１７は正弦波である。
【００２８】
図４は検出手段２を示す構成図であり、１８は増幅器、１９は積分器、２０はＡ／Ｄ変換機、２２は増幅信号、２３は直流電圧である。
【００２９】
図５は算出手段３を示す構成図であり、２５は比較器、２６は位置換算器、２７はインピーダンス／位置変換テーブル、２８は有効インピーダンス信号、２９は有効信号、３０は位置情報である。
なお、図２、図３、図４、図５において図１と同一の構成には同一の番号を付与している。
【００３０】
[作用説明：図１、図２]
まずはじめに、本発明の入力装置９の情報入力と検出との基本原理を図１、図２を用いて説明する。
本発明の入力装置は、人体に電気信号（電流）を印加して電圧を測るという人体の電気反応を利用し、人体インピーダンスの値を利用して情報を入力するものである。
図１に示すように、本発明の入力装置９は、２つの電極１０を人体に接しており、電極１０の一方から印加電流５を印加し、他方の電極１０はGND電位に接続している。
信号印加手段１は一定周波数の交流定電流である印加電流５を発生する。印加電流５は、人体の健康に影響を与えない電流値であると一般的に知られている実効値８００μＡ以下の交流定電流である。図１に示す本発明の実施の形態では、印加電流５の周波数を１０MHｚとしている。その理由は、１０MHｚという周波数は、人体インピーダンス４の値の変化を健著に示す高い周波数であり、また市販されている汎用のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）でも扱い易い周波数であるためである。もちろん、これに限定するものではない。本発明の入力装置９を用いる電子機器やシステムの仕様に合わせて変更することができる。
【００３１】
信号印加手段１により発生した印加電流５は、電極１０を通して人体に流れる。
例えば、図２に示すような使用形態の場合、左手１１の親指と人差指との間に印加電流
５が印加され、親指と人差指一帯に電流経路３１が形成される。電流経路３１により生じたインピーダンスが人体インピーダンス４となる。図２に示す例では、電流経路３１の経路と人体インピーダンス４が発生する個所とは、模式的に示すものである。
もし、指示器１２が左手１１の手のひらに接触した場合、人体インピーダンス４は、接触した指示位置に依存してその値が変化する。すなわち、接触した指示位置と電流経路３１との距離が近いほど人体インピーダンス４の値は低くなり、遠いほど高くなる。
図１に示す検出手段２は、人体への印加電流５の印加により発生した検出電圧６を観測することにより人体インピーダンス４を検出するものである。検出手段２によって検出された検出インピーダンス信号７は、算出手段３に入力され、必要な情報である入力情報８として出力される。
【００３２】
本発明の実施の形態における入力装置９では、その説明を簡単にするため、電極１０が２つの構成を例にして説明したが、同様な構成を２組用意し、計４つの電極１０を用いて２次元的な位置を検出できるようにすることもできる。その際は、例えば、X方向の位置情報検出用とY方向の位置情報検出用とに分けるなどすることで、情報入力の多様性に対応することができる。
また、図２に示す例では、２つの電極１０に接する指の組み合わせを左手１１の親指と人差し指とで示した。人体インピーダンス４は、本発明の入力装置を用いる使用者ごとにその値は異なるが、使用者の体質（例えば、乾燥肌など）によって検出電圧６の検出感度も変化する。したがって、電極１０と接する指の組み合わせは、使用者の都合に合わせて変えることが好ましい。
【００３３】
以上の原理に基づけば、左手１１の手のひらを指示器１２で指示するような自然な動作で情報の入力を行うことができる。
【００３４】
[動作説明：図１〜図５]
次に、本発明の入力装置９の情報入力と検出との詳細な動作を図１から図５を用いて説明する。
【００３５】
まず、信号印加手段１の印加電流５を生成する動作を図３を用いて説明する。クロック発生器１３により方形波１６を発生する。図３に示す例では１０ＭＨＺの方形波である。発生した方形波１６は、フィルタ１４を通して正弦波１７に変換される。フィルタ１４は、特定の周波数を通過させるバンドパスフィルタである。フィルタ１４は、抵抗、コンデンサ、インダクタンスからなる一般に知られるπ型回路を使うことができる。このように正弦波１７に変換する理由は、人体インピーダンス４が周波数に依存するということから、フィルタ１４により単一の周波数成分のみを持つように理想的に整形された正弦波１７が人体インピーダンス４の検出に適しているためである。
正弦波１７は、電圧電流変換器１５に入力され、電圧電流変換器１５は、正弦波１７の電圧値に比例した電流を印加電流５として出力する。
【００３６】
次に、検出手段２が人体インピーダンス４を検出する動作を図４を用いて説明する。
印加電流５を人体に印加すると、その電流値に応じて人体には人体インピーダンス４が発生する。この人体インピーダンス４に基づいて検出される検出電圧６は、増幅器１８で増幅された後、積分器１９で積分することにより直流電圧２３に変換される。さらに、Ａ／Ｄ変換機２０でディジタル化され、検出インピーダンス信号７として出力される。
【００３７】
次に、算出手段３が人体インピーダンス４から必要な入力情報８を算出する動作を図５を用いて説明する。
検出手段２により生成された検出インピーダンス信号７は、比較器２５に入力される。比較器２５は、指示器１２が接触していない時の人体インピーダンス４を基準値として記
憶しており、この基準値と検出インピーダンス信号７との比較により、指示器１２による指示があったかどうかを示す有効信号２９を出力する。有効信号２９により、有効であると判断した場合（すなわち、指示器１２による指示があったと判断した場合）、検出インピーダンス信号７が有効インピーダンス信号２８として位置換算器２６に入力され、この位置換算器２６は、インピーダンス／位置変換テーブル２７を参照し位置情報３０を生成する。
【００３８】
図示しないホストコンピュータは、位置情報３０、有効信号２９からなる入力情報８を参照することで、指示器１２の指示位置を検出する。
【００３９】
入力情報８は、指示器１２の指示位置として利用する以外にも、図示しないホストコンピュータに対する特定の機能として割り当てることもできる。例えば、指示器１２の軌跡（例えば円、三角形等）に対して、特定の機能を対応させたり、指示器１２の指示タイミング（リズム）に対して、特定の機能を対応させたりすることができる。このような場合には、図５に示す位置換算器２６とインピーダンス／位置変換テーブル２７とは、必ずしも必要ではなく有効インピーダンス信号２８を入力情報８として図示しないホストコンピュータに直接入力しても良い。
【００４０】
本発明の入力装置は、人体インピーダンスを利用したことによって、情報の入力を人体そのものを使って行うことができる。このため、入力の際に本発明の入力装置を搭載した電子機器へ余分な力などが加わることがなく、耐久性を格段に向上させることができる。また、表示装置の上に何も重ねる必要がなく、表示装置の表示品質を向上させることができる。また、表示画面が小さい場合でも、指示器が表示画面を遮ることがなく、視認性を向上することができる。さらに、手のひらを指で指示するような、自然な動作で入力できるため操作性を向上させることができる。また、手のひらに描く軌跡に特有の機能を割り当てておくことで、電子機器に所望の情報を入力することができる。
【００４１】
また、本発明の実施の形態では、本発明の入力装置を搭載する電子機器はＰＤＡのように手で掴むものを例にして説明したが、もちろんそれに限定するものではない。人体インピーダンスの検出には、複数の電極を介して人体に流れる電気信号を利用するわけであるから、本発明の入力装置を搭載する電子機器は、腕時計のような人体に直接装着するものでもよい。この際には、電極は、腕時計の裏蓋やベルトに設け、指示器は、手の甲や腕を指示することで所望の情報の入力を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の入力装置は、耐久性の求められるコンピュータや、情報端末、腕時計等に適用することができる。特に視認性、操作性が重要とされる小型の携帯機器に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の入力装置を示す構成図である。
【図２】本発明の入力装置を搭載した電子機器の使用形態例を示す模式図である。
【図３】本発明の入力装置の信号印加手段を示す構成図である。
【図４】本発明の入力装置の検出手段を示す構成図である。
【図５】本発明の入力装置の算出手段を示す構成図である。
【図６】従来技術の入力装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  信号印加手段
２  検出手段
３  算出手段
４  人体インピーダンス
５  印加電流
６  検出電圧
７  検出インピーダンス信号
８  入力情報
９  入力装置
１０  電極
１１  左手
１２  指示器
１３  クロック発生器
１４  フィルタ
１５  電圧電流変換器
１６  方形波
１７  正弦波
１８  増幅器
１９  積分器
２０  Ａ／Ｄ変換機
２２  増幅信号
２３  直流電圧
２５  比較器
２６  位置換算器
２７  インピーダンス／位置変換テーブル
２８  有効インピーダンス信号
２９  有効信号
３０  位置情報
３１  電流経路
９０  電子機器
【図１】
2006040078.tif 000003
【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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