(57)【要約】【課題】本発明は、小型・軽量・薄型・省配線な構成で滑り及び滑り方向を検出する。【解決手段】本発明は、電極３３Ａ及び３３Ｂを所定間隔離間して配される電極部３３が格子状に配され、電極部３３の上面に法線方向力Ｆｎに応じて抵抗値が変化する感圧導電シート３４が配されるセンサ部３２に対する接触部材４０による滑らす動作によって発生する高周波波形成分が所定の閾値を越えたとき、該センサ部３２に対する接触部材４０の滑り変位発生直前に生ずる初期滑りを検出すると共に、感圧導電シート３４の抵抗値の変化に基づいてセンサ部３２に対する荷重分布の中心位置を算出し、初期滑りが検出された際の荷重分布の中心位置の方向から滑り方向を同時に検出する。【選択図】図４
2013130530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の電極が所定間隔離間して配される電極部が第１の方向及び該第１の方向とは異なる第２の方向の少なくとも一方に沿って複数配され、押し付けられる方向の力に応じて抵抗値が変化する感圧導電シートが前記複数の電極部を覆い、前記電極部における第１及び第２の電極が前記感圧導電シートを介して接続されるセンサ部と、
前記第１の方向に隣接して配される電極部間における第１の電極同士を接続し、前記第２の方向に隣接して配される電極部間における第２の電極同士を接続する複数の抵抗と、
前記抵抗を介して前記センサ部から出力される前記感圧導電シートに対する接触部材の滑り変位発生直前に生ずるとされる高周波波形成分が所定の閾値を越えたとき、前記センサ部に対する前記接触部材の滑り変位発生直前に生ずる初期滑りを検出する滑り検出部と、
前記信号に基づいて前記センサ部に対する力の荷重分布の中心位置を算出し、前記滑り検出部で初期滑りが検出された際の前記荷重分布の中心位置の方向を滑り方向として検出する滑り方向検出部と
を有することを特徴とする滑り及び滑り方向検出装置。
【請求項２】
前記第２の方向は、前記第１の方向と直交し、
前記センサ部は、前記第１及び第２の方向に沿って等間隔に平方数の前記センサ部が格子状に配される
ことを特徴とする請求項１に記載の滑り及び滑り方向検出装置。
【請求項３】
前記感圧導電シートは、
前記円形状に形成され、その中心が複数のセンサ部の中心に合わされて配される
ことを特徴とする請求項２に記載の滑り及び滑り方向検出装置。
【請求項４】
前記抵抗は、
前記第１の方向に隣接して配される電極部間における第１の電極同士を接続し、かつ前記第２の方向に隣接して配される電極部間における第１の電極同士を並列で接続し、
前記第２の方向に隣接して配される電極部間における第２の電極同士を接続し、かつ前記第１の方向に隣接して配される電極部間における第２の電極同士を並列で接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の滑り及び滑り方向検出装置。
【請求項５】
前記感圧導電シートは、可撓性層本体中に導電性粒子を分散させてなり、前記可撓性層本体の表面において、押し付けられる方向の力が加えられた状態で、該押し付けられる方向の力に直交する方向の力が加えられたとき、前記分散された導電性粒子の接触状態により抵抗値が決まり、
前記滑り検出部は、前記接触部材が前記センサ部に対して押圧された状態で滑り方向に押圧されたとき、前記接触部材が前記感圧導電シートに対して滑り変位を発生する直前に前記可撓性層本体内の前記導電性粒子の分散配列状態が変動することにより生じる前期感圧導電シートの抵抗値の変化に基づく信号から前記接触部材の初期滑りを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の滑り及び滑り方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は滑り及び滑り方向検出装置に関し、例えばセンサに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パーソナルコンピュータ等において入力装置としてタッチパッドが利用される。タッチパッドは、例えば平面状のセンサと指との間における静電容量の分布状態から指の位置を検出し、カーソルの移動、ページをめくる動作等を行わせる。
【０００３】
タッチパッドはある程度の面積があり、センサ表面のどの位置に存在するかを微弱な静電容量の変化として検出するため、パッドもしくは指に付着した水分や汚れの影響を受けやすく、誤動作してしまう可能性がある。
【０００４】
また、タッチパッドは静電容量型である場合、文字入力中などに手のひらが軽く触れただけでも反応してしまい、意図しない場所へカーソルが移動したり、クリックされてしまう可能性がある。
【０００５】
一方、点型入力デバイスとしてポインティング・スタックがある。ポインティング・スタックはキーボード内部に埋め込まれたスタックを押す力の方向で画面上のカーソルを制御するもので、タイピング時のホームポジションのまま操作できるといったキーボード以外の操作スペースが不要などの利点がある。しかしながらポインティング・スタックは、タッチパッドでは可能な指を滑らす動作による操作には対応することができない。
【０００６】
一方、感圧導電センサを用いて滑り検出表面に接触する物体から付与される圧縮方向の圧力の分布を検出することにより、滑り検出表面に接触する物体の動きを検出するようにしたセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１２８９４０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、滑り及び滑り方向を検出する装置は、例えばポインティングデバイスのようにカーソルの移動、ページをめくる動作などに用いられる場合や、ロボットハンドのように物体との接触面積が小さい場合などに用いられる場合もあり、より小型・軽量・薄型・省配線な構成で滑り及び滑り方向を検出することが望まれる。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、小型・軽量・薄型・省配線な構成で滑り及び滑り方向を検出し得る滑り及び滑り方向検出装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため本発明においては、第１及び第２の電極が所定間隔離間して配される電極部が第１の方向及び該第１の方向とは異なる第２の方向の少なくとも一方に沿って複数配され、押し付けられる方向の力に応じて抵抗値が変化する感圧導電シートが複数の電極部を覆い、電極部における第１及び第２の電極が感圧導電シートを介して接続されるセンサ部と、第１の方向に隣接して配される電極部間における第１の電極同士を接続し、第２の方向に隣接して配される電極部間における第２の電極同士を接続する複数の抵抗と、抵抗を介してセンサ部から出力される感圧導電シートに対する接触部材の滑り変位発生直前に生ずるとされる高周波波形成分が所定の閾値を越えたとき、センサ部に対する接触部材の滑り変位発生直前に生ずる初期滑りを検出する滑り検出部と、信号に基づいてセンサ部に対する力の荷重分布の中心位置を算出し、滑り検出部で初期滑りが検出された際の荷重分布の中心位置の方向を滑り方向として検出する滑り方向検出部とを有する。
【００１１】
これにより、センサ部に対する接触部材による滑らす動作によって発生する高周波波形成分に基づいて初期滑りを検出することができるとともに、感圧導電シートの抵抗値の変化に基づいてセンサ部に対する力の荷重分布の中心位置から滑り方向を検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、センサ部に対する接触部材による滑らす動作によって発生する高周波波形成分に基づいて初期滑りを検出することができるとともに、感圧導電シートの抵抗値の変化に基づいてセンサ部に対する力の荷重分布の中心位置から滑り方向を検出することができ、かくして小型・軽量・薄型・省配線な構成で滑り及び滑り方向を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】二次元分布荷重中心位置検出センサの構成を示す略線図である。
【図２】二次元分布荷重中心位置検出センサの回路構成を示す略線図である。
【図３】滑り及び滑り方向検出装置の構成を示す略線図である。
【図４】センサ回路の構成を示す略線図である。
【図５】電極部の構成を示す略線図である。
【図６】接触部材が滑る際の感圧導電シートの様子を示す略線図である。
【図７】センサ回路の等価回路を示す略線図である。
【図８】離散ウェーブレット変換動作を示す略線図である。
【図９】ｘ軸方向に接触部材を滑らせた際の実験結果を示す略線図である。
【図１０】他の実施の形態におけるセンサ回路の等価回路を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔１．二次元分布荷重位置検出の原理〕
まず始めに、本実施の形態に用いられる二次元分布荷重位置検出の原理について説明する。図１に二次元分布荷重中心位置検出センサ１を示し、図２に二次元分布荷重中心位置検出センサの等価回路を示す。
【００１５】
二次元分布荷重中心位置検出センサ１は、複数の検出エレメント２（ｉ，ｊ）（ｉ＝１，２，３，・・・，ｍ；ｊ＝１，２，３，・・・，ｎ）がｘ軸及びｙ軸に沿って格子状に配される。
【００１６】
検出エレメント２（ｉ，ｊ）は、抵抗３（ｉ，ｊ）、抵抗４（ｉ，ｊ）及び荷重が加わることにより抵抗値が変化する感圧導電シート５（ｉ，ｊ）を含む構成とされる。なお、抵抗３（ｉ，ｊ）及び抵抗４（ｉ，ｊ）の抵抗値ｒは互いに等しいものとする。
【００１７】
検出エレメント２（ｉ，ｊ）は、互いに隣接する検出エレメント２（ｉ，ｊ−１）、２（ｉ，ｊ＋１）、２（ｉ−１，ｊ）及び２（ｉ＋１，ｊ）と導線を介して接続される。具体的に検出エレメント２（ｉ，ｊ）では、抵抗３（ｉ，ｊ）の両端がそれぞれ抵抗３（ｉ，ｊ−１）及び抵抗３（ｉ，ｊ＋１）に接続され、抵抗４（ｉ，ｊ）の両端がそれぞれ抵抗４（ｉ−１，ｊ）及び抵抗４（ｉ＋１，ｊ）に接続される。
【００１８】
また検出エレメント２（ｉ，ｊ）では、抵抗３（ｉ，ｊ）及び抵抗３（ｉ，ｊ＋１）の間と抵抗４（ｉ，ｊ）及び抵抗４（ｉ＋１，ｊ）との間とが感圧導電シート５（ｉ，ｊ）を介して接続される。
【００１９】
二次元分布荷重中心位置検出センサ１は、抵抗３（ｉ，ｎ）における抵抗３（ｉ，ｎ−１）が接続された端とは反対側の端に抵抗３（ｉ，ｎ＋１）が接続され、抵抗４（ｍ，ｊ）における抵抗４（ｍ−１，ｊ）が接続された端とは反対側の端に抵抗４（ｍ＋１，ｊ）が接続される。
【００２０】
二次元分布荷重中心位置検出センサ１は、抵抗３（ｉ，１）における抵抗３（ｉ，２）が接続された端とは反対側の端がすべて電極Ｓ１に接続され、抵抗３（ｉ，ｎ＋１）における抵抗３（ｉ，ｎ）が接続された端とは反対側の端がすべて電極Ｓ３に接続される。
【００２１】
電極Ｓ１及びＳ３は直列に配される抵抗６及び７を介して接続され、抵抗６及び抵抗７の間に電極Ｓ５が設けられる。電極Ｓ５には電圧＋Ｖ０が印可される。
【００２２】
なお、抵抗３（ｉ，ｊ）及び抵抗３（ｉ，ｎ＋１）、抵抗６及び７を含む回路をＡレイヤー１１とも呼び、図２においては実線で示される。
【００２３】
一方、二次元分布荷重中心位置検出センサ１は、抵抗４（１，ｊ）における抵抗４（２，ｊ）が接続された端とは反対側の端がすべて電極Ｓ２に接続され、抵抗４（ｍ＋１，ｊ）における抵抗４（ｍ，ｊ）が接続された端とは反対側の端がすべて電極Ｓ４に接続される。
【００２４】
電極Ｓ２及びＳ４は直列に配される抵抗８及び９を介して接続され、抵抗８及び抵抗９の間に電極Ｓ６が設けられる。電極Ｓ６には電圧−Ｖ０が印可される。
【００２５】
なお、抵抗４（ｉ，ｊ）及び抵抗４（ｍ＋１，ｊ）、抵抗８及び９を含む回路をＢレイヤー１２とも呼び、図２においては破線で示される。また抵抗６〜９の抵抗値Ｒ０は互いに等しいものとする。
【００２６】
検出エレメント２（ｉ，ｊ）においてＡレイヤー１１からＢレイヤー１２に通り流れる電流をＩ（ｉ，ｊ）、感圧導電シート５におけるＡレイヤー１１側及びＢレイヤー１２側の電圧をそれぞれＶａ（ｉ，ｊ）及びＶｂ（ｉ，ｊ）、感圧導電シート５（ｉ，ｊ）の抵抗値をｒｐ（ｉ，ｊ）とすると、Kirchhoffの電流則により、検出エレメント２（ｉ，ｊ）の電流Ｉ（ｉ，ｊ）に対して以下の式（１）が成り立つ。
【００２７】
【数１】
2013130530.tif 000003
ここで▽２は式（２）に示すラプラシアン演算子とする。
【００２８】
【数２】
2013130530.tif 000004
【００２９】
二次元分布荷重中心位置検出センサ１では、検出エレメント２（ｉ，ｊ）に荷重分布が負荷された場合、その荷重に応じて感圧導電シート５（ｉ，ｊ）の抵抗値が変化し、感圧導電シート５（ｉ，ｊ）を流れる電流Ｉ（ｉ，ｊ）が変化することになる。
【００３０】
すなわち二次元分布荷重中心位置検出センサ１では、検出エレメント２（ｉ，ｊ）に負荷される荷重分布に応じた電流分布が流れることになる。そこで電流分布の中心位置を求めるため、電流分布Ｉ（ｉ，ｊ）のｘ方向の１次モーメントＩｘを求めると、格子状に検出エレメント２（ｉ，ｊ）が配置されている場合、その１次モーメントＩｘは次のように表わされる。
【００３１】
【数３】
2013130530.tif 000005
【００３２】
式（３）に式（１）を代入すると式（４）及び式（５）として表される。
【００３３】
【数４】
2013130530.tif 000006
【００３４】
ここで、二次元分布荷重中心位置検出センサ１の中心位置（複数の検出エレメント２（ｉ，ｊ）の中心位置）を原点とし、ｊ方向にx軸、−ｉ方向にｙ軸を導入すると、ｘ（ｉ，ｊ）は式（６）のように表される。
【００３５】
【数５】
2013130530.tif 000007
【００３６】
また、ｘ（ｉ，ｊ）及びｙ（ｉ，ｊ）は、検出エレメント２（ｉ，ｊ）を等間隔に配置すると等差数列となり、ｘ（ｉ，ｊ）はｉ方向に、ｙ（ｉ，ｊ）はｊ方向に一定であることから、ａ及びｂを定数として式（７）のように表される。
【００３７】
【数６】
2013130530.tif 000008
【００３８】
以上を踏まえると式（８）が成り立つ。
【００３９】
【数７】
2013130530.tif 000009
【００４０】
ここで、電極Ｓ１すなわちｊ＝０及び電極Ｓ３すなわちｊ＝ｎ＋１ではそれぞれ電極に接続していることから、電極Ｓ１及びＳ３の電圧をＶＳ１及びＶＳ３とすると、式（９）及び式（１０）が成り立つ。
【００４１】
【数８】
2013130530.tif 000010
【００４２】
【数９】
2013130530.tif 000011
【００４３】
また、電極Ｓ１及びＳ３から検出エレメント２（ｉ，ｊ）に流れる電流値の総和と、抵抗６及び抵抗７を通して電極Ｓ１及びＳ３に流れる電流値が等しいことから、式（１１）及び式（１２）が成り立つ。
【００４４】
【数１０】
2013130530.tif 000012
【００４５】
【数１１】
2013130530.tif 000013
【００４６】
ｘ軸方向の電流分布の１次モーメントは、Ａレイヤー１１の境界条件である式（６）、式（８）、式（９）、式（１０）、式（１１）及び式（１２）を式（５）に代入することで式（１３）及び式（１４）のように表される。
【００４７】
【数１２】
2013130530.tif 000014
【００４８】
同様に、電極Ｓ２及びＳ４の電圧をＶＳ２及びＶＳ４とすると、ｙ軸方向の電流分布の１次モーメントは式（１５）のように表される。
【００４９】
【数１３】
2013130530.tif 000015
【００５０】
全電流値Ｉｔは，電極Ｓ１及びＳ３に抵抗６及び７を通り流入する電流の和から式（１７）のように求められ、Ｂレイヤー１２についても同様に式（１８）のように求められる。
【００５１】
【数１４】
2013130530.tif 000016
【００５２】
以上のことから、電流分布の中心位置、すなわち荷重分布の中心位置の座標（ｘｃ，ｙｃ）は、式（１９）及び式（２０）のように求められる。
【００５３】
【数１５】
2013130530.tif 000017
【００５４】
【数１６】
2013130530.tif 000018
【００５５】
次に、検出エレメント２（ｉ，ｊ）に負荷される総荷重を求める。検出エレメント２（ｉ，ｊ）の感圧導電シート５（ｉ，ｊ）に負荷される荷重をｆ（ｉ，ｊ）とし、感圧導電シート５（ｉ，ｊ）の抵抗値ｒｐ（ｉ，ｊ）と荷重ｆ（ｉ，ｊ）とが反比例すると仮定すると式（２１）が成り立つ。
【００５６】
【数１７】
2013130530.tif 000019
【００５７】
そしてその検出エレメント２（ｉ，ｊ）に流れる電流Ｉ（ｉ，ｊ）は次式により表される。
【００５８】
【数１８】
2013130530.tif 000020
【００５９】
式（１６）に式（２３）を代入すると式（２４）が成り立つ。
【００６０】
【数１９】
2013130530.tif 000021
【００６１】
よって荷重の総和である総荷重Ｆｔは式（２５）及び式（２６）のように表せる。
【００６２】
【数２０】
2013130530.tif 000022
【００６３】
ここで，検出エレメント２（ｉ，ｊ）上のチップ抵抗値がそれほど大きくなく、電圧Ｖａ（ｉ，ｊ）及び電圧Ｖｂ（ｉ，ｊ）をそれぞれ一定と仮定すると、電圧Ｖａ（ｉ，ｊ）及び電圧Ｖｂ（ｉ，ｊ）は式（２７）及び式（２８）のように表される。
【００６４】
【数２１】
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【００６５】
【数２２】
2013130530.tif 000024
【００６６】
式（２６）に式（１８）、式（２７）及び式（２８）を代入すると、総荷重Ｆｔは式（２９）のように表される。
【００６７】
【数２３】
2013130530.tif 000025
【００６８】
このようにして二次元分布荷重中心位置検出センサ１では、式（１９）及び式（２０）により荷重分布の中心位置の座標（ｘｃ，ｙｃ）が求められ、式（２９）により総荷重Ｆｔが求められる。
【００６９】
〔２．滑り及び滑り方向検出装置の構成〕
次に本実施の一形態による滑り及び滑り方向検出装置２０について説明する。図３に示すように滑り及び滑り方向検出装置２０は、センサ回路２１、アナログ演算回路２２、滑り検出及び滑り方向検出部２３及び演算結果出力部２４を含む構成とされる。
【００７０】
センサ回路２１は、図４に示すように、基板３１の表面にセンサ部３２が設けられる。センサ部３２は、基板３１の表面に配される導電性の電極部３３と、該電極部３３の上面に配される感圧導電シート３４により構成される。
【００７１】
電極部３３は、図５に示すように、４つの電極部３３（１，１）〜３３（２，２）により構成され、全体として例えば横幅及び縦幅が５ｍｍの略正方形状に形成される。電極部３３は、４つの電極部３３（１，１）〜３３（２，２）が隣接してｘ軸及びｙ軸に沿って格子状に配される。なお、４つの電極部３３（１，１）〜３３（２，２）の中心位置をｘ軸及びｙ軸の原点とする。
【００７２】
電極部３３（１，１）〜３３（２，２）は、略Ｌ字型の櫛状に形成された電極が所定間隔離間して互い違いに配される電極３３Ａ（１，１）〜３３Ａ（２，２）及び電極３３Ｂ（１，１）〜３３Ｂ（２，２）からなる。
【００７３】
感圧導電シート３４は、電極部３３の上面に原点を中心として例えば直径が３ｍｍで厚さが１ｍｍの円形状に形成される。なお感圧導電シート３４は、電極部３３（１，１）〜３３（２，２）のそれぞれの上面に配されている領域を感圧導電シート３４（１，１）〜３４（２，２）とも呼ぶ。
【００７４】
センサ回路２１では、互い違いに配される電極３３Ａと電極３３Ｂとが感圧導電シート３４を介して電気的に接続される。
【００７５】
具体的には、感圧導電シート３４は、図６（Ａ）に示すように、非導電性エラストマや合成ゴムである可撓性層本体３４Ａ中に、導電性粒子３４Ｂを分散させてなる変形導電性材料によって構成される。
【００７６】
感圧導電シート３４は、図６（Ｂ）に示すように、例えば使用者の指などの接触部材４０により面方向に対して垂直な方向の力（以下、これを法線方向力とも呼ぶ）Ｆｎが加えられると、接触部材４０と電極部３３との間において圧縮する。
【００７７】
このとき感圧導電シート３４は、可撓性層本体３４Ａ内に分散されている導電性粒子３４Ｂが垂直な方向に接触して内部に多くの導電通路３４Ｃが形成され、内部抵抗を減少させる。
【００７８】
この状態において感圧導電シート３４は、接触部材４０により法線方向力Ｆｎとは垂直な接線方向の力（以下、これを接線方向力とも呼ぶ）Ｆｖが加えられて滑り始めると、図６（Ｃ）に示すように、可撓性層本体３４Ａ内において互いに離間する導電性粒子３４Ｂが増えて内部抵抗が高くなる。
【００７９】
このように感圧導電シート３４は、接触部材４０により法線方向力Ｆｎ、接線方向力Ｆｖが加えられることにより抵抗値ｒｐが変化する。
【００８０】
ところで、電極３３Ａ（１，１）及び３３Ｂ（１，１）は、基板３１の表面に設けられる端子３５Ａ及び３５Ｂとそれぞれ接続される。電極３３Ａ（１，２）及び３３Ａ（１，２）は、基板３１の表面に設けられる端子３５Ｃ及び３５Ｄとそれぞれ接続される。電極３３Ａ（２，１）及び３３Ａ（２，１）は、基板３１の表面に設けられる端子３５Ｅ及び３５Ｆとそれぞれ接続される。電極３３Ａ（２，２）及び３３Ａ（２，２）は、基板３１の表面に設けられる端子３５Ｇ及び３５Ｈとそれぞれ接続される。
【００８１】
センサ回路２１は、基板３１の表面に、アナログ演算回路２２の端子２２Ａ〜２２Ｄ（図３）とそれぞれ接続するための端子３６Ａ〜３６Ｄが設けられる。
【００８２】
端子３６Ａは、抵抗３７（１，１）及び３７（２，１）を介して端子３５Ａ及び３５Ｅと接続される。端子３５Ａ及び３５Ｅは、抵抗３７（１，２）及び３７（２，２）を介して端子３５Ｃ及び３５Ｇと接続される。端子３５Ｃ及び３５Ｇは、抵抗３７（１，３）及び３７（２，３）を介して端子３６Ｂと接続される。
【００８３】
すなわちセンサ回路２１では、抵抗３７（１，１）〜３７（１，３）が端子３５Ａ及び３５Ｃを介して直列に接続され、抵抗３７（２，１）〜３７（２，３）が端子３５Ｅ及び３５Ｇを介して直列に接続され、抵抗３７（１，１）〜３７（１，３）の列及び抵抗３７（２，１）〜３７（２，３）の列が端子３６Ａ及び３６Ｂに並列に接続される。
【００８４】
一方、端子３６Ｃは、抵抗３８（１，１）及び３８（１，２）を介して端子３５Ｂ及び３５Ｄと接続される。端子３５Ｂ及び３５Ｄは、抵抗３８（２，１）及び３８（２，２）を介して端子３５Ｆ及び３５Ｈと接続される。端子３５Ｆ及び３５Ｈは、抵抗３８（３，１）及び３８（３，２）を介して端子３６Ｄと接続される。
【００８５】
すなわちセンサ回路２１では、抵抗３８（１，１）〜３８（３，１）が端子３５Ｂ及び３５Ｆを介して直列に接続され、抵抗３８（１，２）〜３８（３，２）が端子３５Ｄ及び３５Ｈを介して直列に接続され、抵抗３８（１，１）〜３８（３，１）の列及び抵抗３８（１，２）〜３８（３，２）の列が端子３６Ｃ及び３６Ｄに並列に接続される。なお、抵抗３７（１，１）〜３７（２，３）及び抵抗３８（１，１）〜３８（３，２）の抵抗値ｒは全て同じである。
【００８６】
従ってセンサ回路２１は、図７に示す等価回路を形成し、上述した二次元分布荷重中心位置検出センサ１においてｍ＝２及びｎ＝２とした場合における抵抗６〜９を除いて同一の回路構成となる。
【００８７】
アナログ演算回路２２は、センサ回路２１の端子３６Ａ〜３６Ｄとそれぞれ電気的に接続される端子２２Ａ〜２２Ｄを有し、内部に設けられる二次元分布荷重中心位置検出センサ１における抵抗６〜９に相当する抵抗を介してセンサ回路２１の端子３６Ａ及び３６Ｂに電圧＋Ｖ０を印可し、端子３６Ｃ及び３６Ｄに電圧−Ｖ０を印可する。
【００８８】
よってセンサ回路２１とアナログ演算回路２２とを組み合わせることにより二次元分布荷重中心位置検出センサ１においてｍ＝２及びｎ＝２とした場合と同一の等価回路が形成される。
【００８９】
アナログ演算回路２２は、端子３６Ａ〜３６Ｄの電圧値ＶＳ１〜ＶＳ４が端子２２Ａ〜２２Ｄを介して入力される。アナログ演算回路２２には、内部に式（１９）、式（２０）及び式（２７）に相当する電気回路が形成されており、入力される端子３６Ａ〜３６Ｄの電圧値ＶＳ１〜ＶＳ４に基づいて、式（１９）、式（２０）及び式（２７）で示した荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧が得られる。
【００９０】
そしてアナログ演算回路２２は、得られた荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号が端子２２Ｅ〜２２Ｇに入力される。
【００９１】
滑り及び滑り方向検出部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＡ／Ｄ変換器等を含むマイクロコンピュータ等により構成される。
【００９２】
滑り及び滑り方向検出部２３は、アナログ演算回路２２の端子２２Ｅ〜２２Ｇと電気的に接続された端子２３Ａ〜２３Ｃを有しており、該端子２３Ａ〜２３Ｃを介して荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号がアナログ演算回路２２から入力される。
【００９３】
滑り及び滑り方向検出部２３は、入力される総荷重Ｆｔに相当する電圧信号に基づいて接触部材４０の接触の有無を判定し、その結果を結果出力部２４に送出する。なお滑り及び滑り方向検出部２３は、例えば総荷重Ｆｔに相当する電圧信号が接触したとされる閾値未満０の時は接触がないと判断し、総荷重Ｆｔに相当する電圧信号が閾値以上の時は接触があると判断する。
【００９４】
ところで、本願発明者の実験によれば、接触部材４０から感圧導電シート３４に対して常に法線方向力Ｆｎを与えている状態において、接線方向力Ｆｖを徐々に加えていくと、感圧導電シート３４に対して接触部材４０が滑り変位が発生する前に、感圧導電シート３４の抵抗値の変化に基づく電圧信号に特異な高周波波形成分を発生することが確認された（例えば、国際公開ＷＯ２０１０／１３４５８４Ａ１）。
【００９５】
このとき電圧信号は、図８（Ａ）に示すように、滑り開始時点に近づくに従って大きくなり、かつ高周波波形成分が大きくなり、滑り開始時点（ｔ＝ｔ１）でピークとなり、その後、ピークの値から低下していくと共に、高周波波形成分も小さくなる。
【００９６】
なお、滑り開始の前後で発生する高周波波形成分は、詳しくは後述する図９に示すように、荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号の全てに発生することが確認されている。
【００９７】
この実験結果に基づいて、滑り及び滑り方向検出部２３は、入力される荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号のいずれかに高周波波形成分が重畳し、かつその上下動の変化幅が所定の閾値を超えたとき、接触部材４０に滑り変位が発生する直前の状態（初期滑りの状態）にあることを判別する。因みに初期滑りとは、接触した物体間が接線方向力によって接触領域面内において周囲から徐々に接触のはがれが発生し、該はがれの領域と固着している領域とが混在している、滑り始める直前の状態をいう。
【００９８】
具体的には滑り及び滑り方向検出部２３は、荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号のいずれかを離散ウェーブレット変換処理することにより、滑り変位が発生する直前の状態を検出する。
【００９９】
ここで、離散ウェーブレット変換処理される電圧信号のデータ列をS0,n=xn（ｎ＝０，１，…、Ｎ−１）とすると、ウェーブレット係数Tは、次式で与えられる。
【０１００】
【数２４】
2013130530.tif 000026
【０１０１】
なお、Ｔ及びＳの一番目の添字であるｍ＋１及びｍはスケール添字又は分解レベルと呼ばれるものである。またNk−1−kは使用するウェーブレットによって与えられるスケーリング係数の数列である。
【０１０２】
ここで、原信号であるS0,n（長さＮ＝２M）に対する高周波波形成分は、
【０１０３】
【数２５】
2013130530.tif 000027
【０１０４】
によって計算される。式（３１）において分解レベル１すなわちｄ１の時、原信号の最も高周波な信号成分を表す。
【０１０５】
なお、ψｍ，ｎはスケーリング関数であり、次式により表される。
【０１０６】
【数２６】
2013130530.tif 000028
【０１０７】
従って滑り及び滑り方向検出部２３は、式（３０）〜式（３２）を用いて荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号のいずれかを離散ウェーブレット変換処理することにより高周波波形成分を算出する。
【０１０８】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の電圧信号を離散ウェーブレット変換処理した結果得られたウェーブレット係数をプロットしたものである。
【０１０９】
図８によれば、接触部材４０の滑り変位が発生する時点ｔ＝ｔ１の直前にウェーブレット係数Ｄ１（ｘ）が最大値になっており、従ってこのとき電圧信号には大きな値の高周波波形成分が多く含まれていることが分かる。
【０１１０】
滑り及び滑り方向検出部２３は、算出した高周波波形成分の最大値及び最小値の差（すなわちピーク対ピークの値）Ｄｐｐを計算し、該ピーク対ピークの値Ｄｐｐと、接触部材４０が初期滑りしたとされる閾値ａとを比較する。
【０１１１】
滑り及び滑り方向検出部２３は、ピーク対ピークの値Ｄｐｐが閾値ａ以上の場合に初期滑りが発生したと判断し、ピーク対ピークの値Ｄｐｐが閾値ａ未満の場合には初期滑りが発生していないと判断し、その結果を結果出力部２４に送出する。
【０１１２】
また、滑り及び滑り方向検出部２３は、端子２３Ａ及び２３Ｂを介して入力される荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃに相当する電圧信号を用いて、次式により力の方向のｘｙ座標におけるｘ軸方向に対する角度θを−１８０度〜１８０度の範囲で算出する。
【０１１３】
【数２７】
2013130530.tif 000029
【０１１４】
ここで、接触部材４０が感圧導電シート３４に対して滑る際、図９にも示すように、感圧導電シート３４に対して接触部材４０が滑りだす前に、該接触部材４０が滑る方向に力が加えられていることが分かる。
【０１１５】
そこで滑り及び滑り方向検出部２３は、式（３３）を用いて力の方向を所定間隔で算出し、初期滑りを検出したタイミングで算出される力の方向を滑り方向として検出する。
【０１１６】
滑り及び滑り方向検出部２３は、検出された接触の有無、初期滑りの発生、滑りの方向の情報を結果出力部２４に送出する。結果出力部２４は、供給された情報に基づいて接触の有無、初期滑りの発生、滑りの方向を例えば表示部に表示する。
【０１１７】
図９に本願発明者による接触部材４０をｘ軸方向に滑らせた際の実験結果を示す。図９（Ａ）は総荷重Ｆｔに相当する電圧を示し、図９（Ｂ）は総荷重Ｆｔに相当する電圧の離散ウェーブレット変換値を示す。図９（Ｃ）は荷重分布の中心位置ｘｃに相当する電圧を示し、図９（Ｄ）は荷重分布の中心位置ｘｃに相当する電圧の離散ウェーブレット変換値を示す。図９（Ｅ）は荷重分布の中心位置ｙｃに相当する電圧を示し、図９（Ｅ）は荷重分布の中心位置ｙｃに相当する電圧の離散ウェーブレット変換値を示す。図９（Ｇ）は接線方向力Ｆｖを示す。
【０１１８】
そして図９では、ｔ＝ｔ１で滑りが発生している。従って、図９からも明らかなように、接触部材４０が滑り出す前に荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号のいずれも高周波波形成分が発生することが分かる。また、接触部材４０が滑りだす前に、該接触部材４０が滑る方向であるｘ軸方向に力が加えられていることが分かる。
【０１１９】
さらに、初期滑りが発生した際の荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃを用いて算出される力の方向（この場合、ｘ軸に対して−２．９°）が滑り方向として検出されたので、滑り方向が精度よく検出されているのが分かる。
【０１２０】
〔３．効果等〕
以上の構成において滑り及び滑り方向検出装置２０は、電極３３A及び３３Bが所定間隔離間して配される電極部３３がｘ軸及びｙ軸に沿って等間隔に格子状に配され、電極部３３の上面に法線方向力Ｆｎに応じて抵抗値が変化する感圧導電シート３４が配されるセンサ部３２を有する。
【０１２１】
滑り及び滑り方向検出装置２０は、センサ部３２に対する接触部材４０による滑らす動作によって発生する、抵抗３７及び３８を介してセンサ部３２から出力される荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号のいずれかの高周波波形成分を検出し、該高周波波形成分の振幅が初期滑りが発生したとされる閾値以上である場合に初期滑りを検出する。
【０１２２】
また滑り及び滑り方向検出装置２０は、抵抗３７及び３８を介してセンサ部３２から出力される電圧信号に基づいてセンサ部３２に対する荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃを算出し、初期滑りが検出された際の荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃの方向を滑り方向として検出する。
【０１２３】
これにより滑り及び滑り方向検出装置２０は、複数の電極部３３及び感圧導電シート３４を有するセンサ部２１を用いた簡易で小型な構成で、４つの端子３６Ａ〜３６Ｄから出力される信号に基づいて滑り及び滑り方向を検出することができる。
【０１２４】
また滑り及び滑り方向検出装置２０は、ｘ軸及びｙ軸に沿って等間隔に格子状に４つ配された電極部３３（１，１）〜（２，２）及びその電極部３３の上面に配される感圧導電シート３４によりセンサ部３２が構成されているので、簡易で小型・軽量・薄型・省配線の構成で面方向の滑り方向を検出することができる。
【０１２５】
さらに滑り方向検出装置２０は、ｘ軸及びｙ軸に沿って等間隔に格子状に４つ配された電極部３３（１，１）〜（２，２）の中心位置を中心として円形状の感圧導電シート３４が配される。これにより滑り方向検出装置２０は、他の形状による集中応力が加わることによる測定誤差を防止することができるので精度よく滑り及び滑り方向を検出することができる。
【０１２６】
〔４．使用例〕
上述した滑り及び滑り方向検出装置２０は、例えば次のような用途に適用することができる。
【０１２７】
〔４−１．入力装置〕
滑り及び滑り方向検出装置２０は、結果出力部２４が接触の有無、初期滑り及び滑り方向の検出結果に基づき、カーソルの移動、ページをめくる動作等を行わせることができる。この滑り及び滑り方向検出装置２０は、ユーザに操作される部分、すなわち感圧導電シート３４の面積が従来のタッチパッドと比較して格段に小さい面積で該タッチパッドと同様の操作を行わせることができる。
【０１２８】
また滑り及び滑り方向検出装置２０は、接触の有無及び初期滑りを検出しているので、例えば手のひらが感圧導電シート３４に軽く振れたとしてもカーソルが移動したり、クリックされてしまうことを防止することができ、またポインティング・スタックのようにホームポジションのまま操作させることができる。
【０１２９】
さらに滑り及び滑り方向検出装置２０は、法線方向力Ｆｎが加えられた状態で接線方向力Ｆｖが加えられた場合に滑り及び滑り方向を検出するので、例えば文字入力中などに手のひらが軽く触れたとしても、誤動作してしまうことを低減することができる。
【０１３０】
〔４−２．ロボットハンドによる把持動作〕
上述の滑り及び滑り方向検出装置２０は、小型・柔軟・薄型・軽量・省配線という特徴を有することから、ロボットハンドの指先という小さな面に配置することが可能である。必要であれば、掌などの広い範囲にセンサを配置することも可能である。上述の滑り検出装置を装着することにより、ロボットにハンドの指が物体に触れた、という感覚を与えることができる。また、初期滑りの検出が可能であるため、指先で物体が滑りそうになったことを検知し、把持力を調節することによって、物体の滑りを防止することが可能である。また、物体の重量や摩擦係数が変化した場合においても、この「滑り」という感覚を用いることによって、適切な把持力（強すぎず、弱すぎない力）で把持を実現することができる。さらに，その方向も同時に検出することにより，物体の操り動作を可能にする。
【０１３１】
〔４−３．義手への応用（触覚フィードバック）〕
すでに述べたように、「滑り」という感覚は、「物体を持つ」という動作を行う際、あるいは道具を扱うなど、器用なハンドリング動作を実現するために無くてはならない感覚である。これまでに、接触力を検出可能なセンサを義手に取り付け、これをフィードバックするという試みがなされている。しかしながら、柔らかい紙コップを持つときなど、物体をつかめているかを視覚で確認する必要があり、ある程度慣れるまでに労力と時間を費やしてしまう。つまり、把持物体によって重量や摩擦係数などが異なるため、自分がどのくらいの力を発揮しているかがわかっても、物体を確実につかめているかを知ることができない。そこで、「物体の滑り」を上述の実施の形態による滑り検出装置によって検出し、フィードバックすれば、物体を滑り落さずに、握りつぶさずに力を加減して持つことができる。
【０１３２】
〔５．他の実施の形態〕
上述した実施の形態においては、電極部３３がｘ軸及びｙ軸に沿って等間隔に２個ずつ格子状に配された場合について述べたが、本発明はこれにかぎらず、例えば電極部３３がｘ軸及びｙ軸に沿って等間隔に３個ずつ格子状に配されるようにしてもよい。
【０１３３】
またｘ軸方向又はｙ軸方向のみ滑り方向を検出したい場合には、滑り方向を検出したい方向に沿って電極部３３を配するようにしてもよい。
【０１３４】
上述の実施の形態においては、荷重分布の中心位置ｘｃ、ｙｃ及び総荷重Ｆｔに相当する電圧信号のいずれかを離散ウェーブレット変換処理して高周波波形成分を算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれにかぎらず、例えば連続ウェーブレット変換を用いるようにしても良い。また、ＦＩＲフィルタや、ＩＩＲフィルタなどのハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いてもよい。
【０１３５】
上述した実施の形態においては、図４及び図７に示したように、ｘ軸に沿って配される電極３３（１，１）及び３３（１，２）の電極３３A（１，１）と３３Ａ（１，２）を抵抗３７（１，２）を介して接続し、電極３３（２，１）及び３３（２，２）の電極３３A（２，１）と３３Ａ（２，２）を抵抗３７（２，２）を介して接続し、ｙ軸方向も同様に接続するようにした。
【０１３６】
本発明はこれにかぎらない。例えば図１０に示すように、ｘ軸に沿って配される電極３３（１，１）及び３３（１，２）の電極３３A（１，１）と３３Ａ（１，２）を抵抗３７（１，２）を介して接続し、電極３３（２，１）及び３３（２，２）の電極３３A（２，１）と３３Ａ（２，２）を抵抗３７（１，２）を介して接続する。ｙ軸方向についても同様に接続する。この回路は、センサ回路２０と比して抵抗の数が約半数であるが、センサ回路２０と同様に接触の有無、初期滑り及び滑り方向を検出することができる。
【０１３７】
上述した実施の形態においては、電極３３Ａ（１，１）〜３３Ａ（２，２）及び電極３３Ｂ（１，１）〜３３Ｂ（２，２）が略Ｌ字型の櫛状に形成されて所定間隔離間して互い違いに配されようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電極同士が所定間隔離間して配されるようにすれば、他の形状でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、初期滑り及び滑り方向を検出するために利用することができる。
【符号の説明】
【０１３９】
１……二次元分布荷重位置検出装置、２……検出エレメント、３、４、６〜９……抵抗、５……感圧導電シート、２０……滑り及び滑り方向検出装置、２１……センサ回路、２２……アナログ演算回路、２３……滑り及び滑り方向検出部、２４……結果出力部、３１……基板、３２……センサ部、３３……電極部、３４……感圧導電シート、３５、３６……端子、３７、３８……抵抗、４０……接触部材。
【図１】
2013130530.tif 000030
【図２】
2013130530.tif 000031
【図３】
2013130530.tif 000032
【図４】
2013130530.tif 000033
【図５】
2013130530.tif 000034
【図６】
2013130530.tif 000035
【図７】
2013130530.tif 000036
【図８】
2013130530.tif 000037
【図９】
2013130530.tif 000038
【図１０】
2013130530.tif 000039