(57)【要約】【課題】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など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、皮膚の張力あるいは皮膚表面の凹凸の状態を検出する皮膚張力検出手段１と、皮膚張力検出手段１による皮膚の状態に基づいて、情報を算出して処理を行う処理手段２とを有する。指示器により皮膚を指示し、これによる皮膚の張力変化により情報を算出するため、入力の際、入力装置自体へ過度な力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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚の張力または皮膚表面の凹凸の状態を検出する皮膚張力検出手段と、
前記皮膚張力検出手段による皮膚の状態に基づいて、情報を算出して処理を行う処理手段とを有することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記皮膚張力検出手段は、
Ｘ方向とＹ方向とのうちの少なくとも１つの方向の皮膚の張力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】
前記皮膚張力検出手段は、
皮膚の伸縮に伴い変形する弾性層と、
前記弾性層の変形を検出する歪み検出素子とを有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の入力装置。
【請求項４】
前記皮膚張力検出手段は、
超音波を発射する超音波発射手段と、
前記超音波を受信する超音波受信手段と、
前記超音波を反響させるための反響枠とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の入力装置。
【請求項５】
前記皮膚張力検出手段は、
皮膚を振動させるための音波発射手段と、
皮膚の振動を検出するための振動検出手段とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の入力装置。
【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、特に指示器により入力を行う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、表示画面に直接触れることで入力を行う装置が知られている。詳しくは、指などの指示器を用いて表示画面上をタッチするタッチパネル型の入力装置である。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、タッチしたときにその隙間がつぶれ、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などにより透明抵抗膜が破損する場合があり、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１０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１０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１０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とき、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と下側透明抵抗膜１０３とを保護している。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、タッチのとき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】
皮膚の張力または皮膚表面の凹凸の状態を検出する皮膚張力検出手段と、
皮膚張力検出手段による皮膚の状態に基づいて、情報を算出して処理を行う処理手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
皮膚張力検出手段は、Ｘ方向とＹ方向とのうちの少なくとも１つの方向の皮膚の張力を検出することを特徴とする。
【００１５】
皮膚張力検出手段は、皮膚の伸縮に伴い変形する弾性層と、弾性層の変形を検出する歪み検出素子とを有することを特徴とする。
【００１６】
皮膚張力検出手段は、超音波を発射する超音波発射手段と、超音波を受信する超音波受信手段と、超音波を反響させるための反響枠とを有することを特徴とする。
【００１７】
皮膚張力検出手段は、皮膚を振動させるための音波発射手段と、皮膚の振動を検出するための振動検出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の入力装置は、皮膚の張力を検出して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なく、耐久性を格段に向上させることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
さらに、指示器を皮膚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。
【００２１】
また、例えば、手の甲を指で指示するような、自然な動作で入力できるため、入力作業時に疲労も少なく、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】
【００２２】
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の一例を示す模式図である。図３は、本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第１の実施例を示す図である。図４は、本発明の入力装置の抵抗値検出回路図である。図５は、本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第２の実施例を示す図である。図６は、本発明の入力装置の反響枠を示す構成図であって、図６（ａ）は斜視図であり、図６（ｂ）は正面図である。図７は、本発明の入力装置の超音波の波形図である。図８は、本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第３の実施例を示す図である。図９は、本発明の入力装置の応用形態を示す模式図であって、図９（ａ）はパーソナルコンピュータへの応用例であり、図９（ｂ）は照明装置への応用例である。
【００２３】
[構造説明：図１〜図９]
まず、本発明の入力装置の構成を図１から図９を用いて説明する。
図１において、１は皮膚張力検出手段、２は処理手段である。
【００２４】
図２において、３は腕時計、４は指示器である。図２に示す使用形態は、本発明の入力装置を腕時計に搭載した場合を例にしている。腕時計３は左手の手首に装着している。指示器４は右手である。図２においては、指示器４を右手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、指やスタイラスや指示棒などを含む包括的な概念であり、皮膚を指示することができるものならば何でもかまわない。
【００２５】
図３において、５は歪み検出素子、１８は弾性層である。歪み検出素子５は歪みゲージを用いることができる。弾性層１８は、例えば、ゴムである。弾性層１８は、適度な弾性を持ち、皮膚の伸縮に伴い変形する。したがって、その材質はゴムに限定されず、弾性力を有する材質であれば何でもかまわない。
【００２６】
図４において、６はブリッジ抵抗、７は電源、１９は参照抵抗、２０は増幅器、２１はＡ／Ｄ変換器、２２はホイートストンブリッジ出力信号である。
【００２７】
図５において、８は反響枠である。
【００２８】
図６において、９は超音波発射手段、１０は超音波受信手段である。８１は反響枠８を構成する高さの低い面である。
【００２９】
図７において、１１は超音波発射波形、１２は第１の超音波受信波形、１３は第２の超音波受信波形である。
【００３０】
図８において、１４は音波発射手段、１５は振動検出手段である。
【００３１】
図９において、１６はパーソナルコンピュータ、１７は照明装置である。
【００３２】
なお、図１から図９において同一の構成には同一の番号を付与している。
【００３３】
[原理説明：図１、図２]
まずはじめに、本発明の入力装置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、指示器により人体の皮膚を伸縮させたときの皮膚の張力を検出し、これに基づきさまざまな情報を入力するものである。
【００３４】
図１に示すように、本発明の入力装置は、皮膚張力検出手段１を有し、これにより、Ｘ方向とＹ方向とのうちの少なくとも１つの方向の皮膚の張力を検出する。処理手段２は、皮膚張力検出手段１の出力より必要な情報を算出する。
Ｘ方向の張力をＦｘ、Ｙ方向の張力をＦｙとすれば、指示器により皮膚を引張られた方向はｔａｎ−１（Fy／Ｆｘ）、皮膚を引張られた強さは（Ｆｘ＾２+Ｆｙ＾２）＾（１／２）と計算することができる。また、処理手段２は、メモリなどの記憶手段を内蔵し、皮膚張力のパターンと特定の処理をテーブル形式で記憶しておき、検出された皮膚張力に対応した処理を実行してもよい。
【００３５】
さらに、本発明の入力装置を利用する使用者の皮膚の状態を予め登録しておくこともできる。つまり、皮膚を伸縮しないときの初期の皮膚の状態を記憶しておくのである。情報
を入力するために皮膚を伸縮した際に、記憶した初期の皮膚の状態と比較することによって、情報の入力の際の誤入力を低減することができる。これによって、使用者の皮膚の状態、例えば、皮膚の傷や皺や体毛などの人体特徴に関わる誤入力を排除することができる。
【００３６】
図２は、本発明の入力装置の使用形態の一例を示す模式図である。図２は、腕時計３に本発明の入力装置を搭載した場合である。腕時計３を装着した左手の甲の皮膚を、指示器４である右手の指で伸縮させることによって、この皮膚の張力を検出し、情報を入力することができる。指示器４が指であるため、自然な動作で容易に入力を行うことができる。
指示器４である指によって左手の甲の皮膚を伸縮させる方向は、どのような方向であってもかまわない。一方向に皮膚を伸ばしても、他方向に縮めてもかまわない。必要なことは、左手の甲の皮膚を伸縮するか凹凸を付けるかして、通常とは異なる皮膚表面の状態を作り出せばよいのである。
【００３７】
[動作説明：図３、図４]
次に、本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第１の実施例を図３、図４を用いて説明する。図２に示すように、本発明の入力装置を腕時計３に搭載した場合を用いて説明する。
【００３８】
図３は本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第１の実施例を示す図であり、腕時計３の裏側（人体への装着面）を示したものである。弾性層１８は、適度な弾性を持ち、皮膚の伸縮に伴い変形する。歪み検出素子５はＸ方向、Ｙ方向に配置され、各方向の歪みを検出する。歪み検出素子５には歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲージが使用され、歪みゲージの抵抗値は、図４に示す抵抗値検出回路３０によって検出される。
【００３９】
図４に示すように、抵抗値検出回路３０は、検出すべき歪み検出素子５の抵抗と２つのブリッジ抵抗６と参照抵抗１９とで、一般にホイートストンブリッジ回路として知られている回路を形成し、さらに、そのホイートストンブリッジ回路に増幅器２０を組み入れた構成となっている。
【００４０】
今、検出すべき歪み検出素子５の抵抗をＲ１、ブリッジ抵抗６をＲ、参照抵抗１９をＲｒｅｆ、電源７の電圧をＥとする。増幅器２０は反転増幅回路になっており、２つのブリッジ抵抗６は抵抗値が等しいため、増幅器２０は電源７の電圧をマイナス１倍した電圧を出力する。したがって、Ｒ１とＲｒｅｆとの直列回路に２Ｅの電圧が印加されることになり、ホイートストンブリッジ出力信号２２は次の式で表される電圧となる。
Ｅ（Ｒｒｅｆ−Ｒ１）／（Ｒｒｅｆ+Ｒ１）      （式１）
式１においてＥとＲｒｅｆとは既知であるため、Ｒ１は計算により求めることができる。最終的に、ホイートストンブリッジ出力信号２２は、Ａ／Ｄ変換器２１によってディジタル化され、抵抗値検出回路３０の出力となる。
【００４１】
上述の説明は、図３に示すＸ方向用とＹ方向用の歪み検出素子５のどちらかの抵抗Ｒ１を求める方法である。図４には図示しないが、ホイートストンブリッジ回路を構成するＲ１を、Ｘ方向用の歪み検出素子５の抵抗とするかＹ方向用の歪み検出素子５の抵抗とするかを切り換える切換手段を設けている。もちろん、Ｘ方向とＹ方向との抵抗Ｒ１を求めるために、この切換手段を用いることなく、Ｘ方向用の抵抗値検出回路３０とＹ方向用の抵抗値検出回路３０とを独立して設けてもかまわない。
以上の説明のように、歪み検出素子５の抵抗値より、皮膚の張力を検出することができる。
【００４２】
[動作説明：図５、図６、図７]
次に、本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第２の実施例を図５、図６、図７を用いて説明する。第１の実施例と同様に、本発明の入力装置を腕時計３に搭載した場合を用いて説明する。
【００４３】
図５は本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第２の実施例を示す図であり、腕時計３の裏側（人体への装着面）を示したものである。反響枠８がＸ方向、Ｙ方向に配置される。反響枠８は図６（ａ）に示すように一面が空いた直方体の構造をしている。反響枠８の空いた面、すなわち、図６（ａ）に示す白矢印で示した方向から皮膚が接触する。また、反響枠８は、図６（ａ）に示すように、高さの低い面８１を２つ設け、直方体の長手方向に皮膚が自由に伸縮できるようになっている。
【００４４】
図６（ｂ）に示すように、反響枠８の内側には、超音波発射手段９と超音波受信手段１０とが設けられている。超音波発射手段９は超音波を一定期間放射する。超音波受信手段１０は超音波を受信し残響音を検出する。これら超音波発射手段９と超音波受信手段１０とは、反響枠８の外側に設けてもよい。その場合は、反響枠８内に超音波を発する手段と検出する手段とを設ければよい。
【００４５】
ところで、硬質な壁でできた部屋の中では声を発すると、良く反響するといった現象が知られている。このことからも分かるように、一般に音波の残響音の長さは反射面の音響インピーダンスに依存する。
音響インピーダンスとは、音波が伝播したある面の表面状態（表面を構成する微小粒子）に対する粒子速度の比をいう。特に、平面波の場合の音響インピーダンスは、音波が伝播した物体の密度と音速との積で決定される。したがって、音速と物体の密度が大きいと音響インピーダンスも大きくなる。
【００４６】
反響枠８の中では、皮膚を引張った場合、皮膚表面の音響インピーダンスが変化するため、超音波の残響音の長さが変化する。例えば、図７に示すように、超音波発射手段９から超音波発射波形１１のような超音波を発射したとする。皮膚を軽く引張った場合は、超音波受信手段１０に検出される信号は第１の超音波受信音波形１２のようになり、残響時間は図に示したｔ１となる。皮膚を強く引張った場合は、超音波受信手段１０に検出される信号は第２の超音波受信音波形１３のようになり、残響時間は図に示したｔ２となる。
【００４７】
すなわち、一定の音速で発射した超音波ならば、皮膚表面の状態に応じて音響インピーダンスが変わるために、残響時間に差が生じるのである。このように、超音波の残響時間を計測することにより、皮膚の張力を検出することができる。
【００４８】
[動作説明：図８]
次に、本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第３の実施例を図８を用いて説明する。
図８は本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第３の実施例を示す図であり、腕時計３の側面を模式的に示したものである。本発明の第３の実施例では、皮膚の固有振動数を計測して、皮膚の張力を検出するものである。
音波発射手段１４は皮膚に対し、振動数を変化させながら音波を発射する。音波の振動数が、皮膚の固有振動数と一致すると共振が起こり、皮膚の振動の振幅が最大となる。これを振動検出手段１５で検出する。振動検出手段１５は、レーザを発射し、その反射光を検出することで反射面の振動を検出する一般にレーザドップラ振動センサとして知られたセンサを使用することができる。このようにして皮膚の固有振動数を検出できる。
【００４９】
皮膚の固有振動数は皮膚の張力に依存しているため、皮膚の固有振動数を計測することにより、皮膚の張力を検出することができる。
【００５０】
[動作説明：図２、図９]
次に、本発明の入力装置の応用形態を図２、図９を用いて説明する。
図２に示すように、腕時計３に本発明の入力装置を応用した場合、腕時計３を装着した手の甲の皮膚を、他方の手の指である指示器で伸縮させるという自然な動作で容易に情報の入力を行うことができる。特に近年の時計の多機能化に対応したさまざまな入力、例えば、メニュー選択、ストップウォッチ機能の起動や停止などに対して効果的である。
【００５１】
また、処理手段２に通信機能を搭載することもできる。これによって、図９（ａ）に示すように、パーソナルコンピュータ１６に対し情報の入力を行うことができる。特に無線の通信機能を使うことによって、離れた所から自由な姿勢で、あるいは歩き回りながら入力することができる。また、図９（ｂ）のように、高い場所に設置してある照明装置１７のオン、オフあるいは明るさの調節などを離れた所から制御できる。
【００５２】
本発明の実施の形態では、本発明の入力装置を手首に装着する腕時計型のものを例にして説明したが、もちろん、これに限定されるものではない。
本発明の入力装置を携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などに代表される小型の携帯機器に用いることができる。本発明の入力装置は、皮膚が伸縮する方向を選ばないため、皮膚表面にさまざまな凹凸を作ることも、皮膚を強く張ることも情報の入力に用いることができる。このため、皮膚を伸縮させることにより直接文字情報を入力させることもできる。この場合、予め皮膚張力のパターンと特定の文字情報とをテーブル形式で記憶しておき、検出された皮膚張力に対応した文字を入力することができる。これによって、キーボードを打ち込んで文字を入力するなどの手間が省けるという効果がある。
【００５３】
本発明の入力装置は、皮膚の張力や皮膚表面の凹凸の状態を検出して入力を行うことにより、情報の入力の際に入力装置へ特別な力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、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。また、指示器を皮膚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。さらに、手の甲を指で指示するような、自然な動作で入力できるため疲労も少なく、操作性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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、腕時計など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】
【００５５】
【図１】本発明の入力装置を示す構成図である。
【図２】本発明の入力装置の使用形態を示す模式図である。
【図３】本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第１の実施例を示す図である。
【図４】本発明の入力装置の抵抗値検出回路図である。
【図５】本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明の入力装置の反響枠を示す構成図である。
【図７】本発明の入力装置の超音波の波形図である。
【図８】本発明の入力装置の皮膚張力検出手段の第３の実施例を示す図である。
【図９】本発明の入力装置の応用形態を示す模式図である。
【図１０】従来技術の入力装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  皮膚張力検出手段
２  処理手段
３  腕時計
４  指示器
５  歪み検出素子
６  ブリッジ抵抗
７  電源
８  反響枠
９  超音波発射手段
１０  超音波受信手段
１１  超音波発射波形
１２  第１の超音波受信波形
１３  第２の超音波受信波形
１４  音波発射手段
１５  振動検出手段
１６  パーソナルコンピュータ
１７  照明装置
１８  弾性層
１９  参照抵抗
２０  増幅器
２１  Ａ／Ｄ変換器
２２  ホイートストンブリッジ出力信号
３０  抵抗値検出回路
８１  反響枠８の高さの低い面
１００  上側基板
１０１  下側基板
１０２  上側透明抵抗膜
１０３  下側透明抵抗膜
１０４  防汚層
１０５  粘着層
１０６  保護フィルム
１０７  スペーサ
【図１】
2006133932.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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