(57)【要約】【課題】  ジェスチャー操作などにおいて手などを検知する検知感度を向上させることができる検知装置ならびに入力装置を提供する。【解決手段】  発振回路１０のＬＣ共振部１１にバラクタダイオードＶＤが設けられている。定電圧電源ＶｖｄからバラクタダイオードＶＤまでの給電経路１３にアンテナ部２が設けられている。発振回路１０で生成された交流信号によってアンテナ部２から空間に交流電界が形成される。人体がアンテナ部２に接近すると、アンテナ部２で検知される容量変化で交流信号の周波数が変化する。さらに、アンテナ部２に人体が接近すると、給電経路１３に電圧の変動が発生し、バラクタダイオードＶＤの容量が変化する。この変化により交流信号の周波数の変化が増幅される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号を生成する発振回路と、前記交流信号が与えられるアンテナ部と、前記交流信号の周波数の変化を検知する検波回路、とが設けられた検知装置において、
前記発振回路の発振容量に電圧可変容量が使用され、前記電圧可変容量への給電経路に、前記アンテナ部が設けられていることを特徴とする検知装置。
【請求項２】
前記給電経路によって前記電圧可変容量に与えられる印加電圧が、前記電圧可変容量の定格電圧の１／２以下である請求項１記載の検知装置。
【請求項３】
前記電圧可変容量は、カソードが前記給電経路に接続され、アノードがバイアス抵抗を介して接地されている請求項２記載の検知装置。
【請求項４】
前記電圧可変容量のカソードと、発振回路要素との間に、直流遮断容量が設けられている請求項３記載の検知装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の検知装置が複数組設けられ、前記アンテナ部が間隔を空けて配置されていることを特徴とする入力装置。
【請求項６】
表示画面が設けられ、前記アンテナ部が前記表示画面を挟む位置に配置されている請求項５記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流信号を発信するアンテナ部が設けられて、人体の接近を検知する検知装置および前記検知装置を使用した入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量式の検知装置として、人の手や指を空間で移動させるジェスチャー操作を検知できるものがある。
【０００３】
特許文献１に記載されている検知装置は、信号電極と接地電極とが設けられており、接地電極が電界効果トランジスタのゲート端子に接続されている。マイクロコントローラから電界効果トランジスタのゲート端子に所定の周波数の信号が与えられると、前記電極間の電界結合容量Ｃ１と、手とそれぞれの電極との結合容量Ｃ２，Ｃ３、ならびに手からアースまでの結合容量Ｃ４の影響により、指数関数的な充放電が発生する。
【０００４】
手とそれぞれの電極との間の結合容量Ｃ２，Ｃ３が有るか無いかにしたがって、充放電に時間差が生じるため、この時間差を検知することで、ジェスチャー操作が行われているか否かを検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１２−５０９６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、手の接近を検知する感度に不可欠なのは、電界効果トランジスタのゲート端子での静電容量の変化であり、この静電容量の変化が、充放電の時間差として現れるものと説明されている。
【０００７】
すなわち、特許文献１の検知装置の感度は、電界効果トランジスタの出力特性と、電界効果トランジスタのゲート端子に接続されている信号電極で検知される容量の大きさによって決められるものであり、感度を高めるには、マイクロコントローラから前記ゲート端子に与えられる周波数信号の振幅をさらに増幅するなどの手段が必要になる。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に大きな電力を必要とせず、検知感度を高めることができる検知装置および前記検知装置を使用した入力装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、交流信号を生成する発振回路と、前記交流信号が与えられるアンテナ部と、前記交流信号の周波数の変化を検知する検波回路、とが設けられた検知装置において、
前記発振回路の発振容量に電圧可変容量が使用され、前記電圧可変容量への給電経路に、前記アンテナ部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、前記給電経路によって前記電圧可変容量に与えられる印加電圧が、前記電圧可変容量の定格電圧の１／２以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明は、前記電圧可変容量は、カソードが前記給電経路に接続され、アノードがバイアス抵抗を介して接地されているものである。
【００１２】
また、前記電圧可変容量のカソードと、発振回路要素との間に、直流遮断容量が設けられているものである。
【００１３】
本発明の入力装置は、前記検知装置が複数組設けられ、前記アンテナ部が間隔を空けて配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、入力装置は、表示画面が設けられ、前記アンテナ部が前記表示画面を挟む位置に配置されているものとして構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の入力装置は、人体の一部がアンテナ部に接近すると、アンテナ部で感知される容量が変化し、発振回路で生成される交流信号が変化する。また、アンテナ部が電圧可変容量への給電経路に設けられているため、アンテナ部に人体が接近したときに、アンテナ部に電圧のリップル（脈動成分）が発生し、電圧可変容量が変化する。この電圧可変容量の変化により、交流信号の周波数変化が増幅されることになり、人体の一部を検知する感度が高められる。
【００１６】
特に、給電経路によって電圧可変容量に与えられる印加電圧が、前記電圧可変容量の定格電圧の１／２以下に設定されていると、前記リップルが発生したときの電圧可変容量の変化が大きくなり、検知感度がさらに高められる。
【００１７】
このように、本発明の検知装置は、特に供給電力を大きくすることなく、人体の接近を検知する感度を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の検知装置の回路ブロック図、
【図２】図１に示す発振器と検波回路の詳細を示す回路図、
【図３】電圧可変容量の特性を示す線図、
【図４】（Ａ）は比較例の検知出力の変化を示す出力波形図、（Ｂ）は実施の形態の検知出力の変化を示す出力波形図、
【図５】前記検知装置を複数搭載した入力装置での検知出力の変化を示す出力波形図であり、（Ａ）は図６におけるＳ１方向へのジェスチャー操作を示し、（Ｂ）はＳ２方向へのジェスチャー操作を示す、
【図６】複数のアンテナ部を搭載した入力装置を示す正面図、
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態の検知装置１を示す回路ブロック図である。
図１に示す検知装置１は、アンテナ部２と、発振回路１０と、検波回路３と、ローパスフィルタ４と、ノッチフィルタ５、ならびにローパスフィルタ６とを有している。
【００２０】
図２に示すように、発振回路１０は、ＬＣ共振部１１とオペアンプ１２とで構成されている。ＬＣ共振部１１は、発振回路要素としてインダクタンス（コイル）Ｌ１，Ｌ２と、容量（コンデンサ）Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５とが設けられた並列共振回路であり、並列部の一部に電圧可変容量であるバラクタダイオードＶＤが接続されている。
【００２１】
発振回路１０には、定電圧電源ＶｖｄからバラクタダイオードＶＤのカソードまでの給電経路１３が設けられている。そして、前記アンテナ部２は、給電経路１３の途中に設けられている。
【００２２】
バラクタダイオードＶＤのカソードと、発振回路要素のインダクタンスＬ１ならびに容量Ｃ２の並列部との間には、直流遮断容量Ｃ１が設けられている。また、前記発振回路要素Ｌ１，Ｃ２とオペアンプ１２とに結合容量Ｃ３が設けられている。
【００２３】
バラクタダイオードＶＤは、カソードが給電経路１３に接続され、アノードがバイアス抵抗Ｒａとパイパス容量Ｃ４を介して接地されている。バラクタダイオードＶＤには逆電圧Ｖｃが印加されるが、この逆電圧Ｖｃは、定電圧電源Ｖｖｄの電圧とバイアス抵抗Ｒａの電圧によって決められている。この２つの電圧により、バラクタダイオードＶＤには、きわめて小さい電圧が印加されるようになっている。
【００２４】
図３には、ＬＣ共振部１１に使用されるバラクタダイオードＶＤの可変容量特性が示されている。横軸は逆電圧Ｖｃであり、右方向に向かって絶対値が大きくなるマイナス電圧である。縦軸は容量である。
【００２５】
バラクタダイオードＶＤは、逆電圧Ｖｃの絶対値が大きくなるにしたがって、容量が二次関数的または指数関数的に減少するものであるが、バラクタダイオードＶＤに印加される逆電圧Ｖｃは、その電圧変化に対して容量の変動が大きくなる領域に設定されている。そのためには、逆電圧Ｖｃの絶対値は、バラクタダイオードＶＤの定格電圧の１／２（ＶＤ／２）以下に設定されることが好ましい。また、逆電圧Ｖｃは０Ｖにきわめて近い領域に設定されることがさらに好ましい。このように設定することにより、逆電圧Ｖｃの電圧変化に対する容量変化の幅を拡大することが可能である。
【００２６】
図１に示すローパスフィルタ４，６は、検波回路３で検波された検知信号のうちの低周波成分を通過させるものであり、そのカット周波数は２０Ｈｚ程度である。ノッチフィルタ５は、ノイズ成分を除去するものであり、例えば５０Ｈｚ程度の周波数成分が除去される。
【００２７】
次に、前記検知装置１の動作を説明する。
発振回路１０では、ＬＣ共振部１１がインダクタンスと容量とで決められる周波数で共振し、この共振周波数の交流信号が生成される。交流信号はアンテナ部２に与えられ、アンテナ部２から空間に交流信号に基づく電界が生成される。人体の一部である指や手がアンテナ部２に接近すると、アンテナ部２と指または手との間の容量結合により、前記交流信号の周波数が変化する。
【００２８】
検波回路３では、交流信号の周波数成分が除去され（周波数が分別され）、周波数の変動に対応した検知出力が得られる。
【００２９】
また、アンテナ部２は、定電圧電源ＶｖｄからバラクタダイオードＶＤへの給電経路１３の途中に設けられている。給電経路１３の一部であるアンテナ部２に人の手や指が接近すると、アンテナ部２を流れる電流が変化し、給電経路１３の電圧にニップル（脈動成分）が発生する。この電圧のニップルによってバラクタダイオードＶＤに与えられる逆電圧Ｖｃが変動するため、バラクタダイオードＶＤの容量が変化する。図３に示すように、逆電圧Ｖｃが定格電圧の１／２であるＶＤ／２以下の領域で０ボルトに近い領域に設定されていると、逆電圧Ｖｃの変化に伴うバラクタダイオードＶＤの容量の変化が大きくなり、例えば給電経路１３に与えられるニップルによって、容量を４０−５０ｐＦの幅で変化させることも可能である。
【００３０】
このバラクタダイオードＶＤの容量の変化で共振回路１１の共振周波数が変動するため、アンテナ部２で容量変化を検知したときの周波数の変化に、さらにバラクタダイオードＶＤの容量変化による周波数の変化が加わって、発振回路１０で生成されている交流信号の周波数の変動が大きくなり、検波回路３で検波された検知出力が増幅される。
【００３１】
図４（Ａ）（Ｂ）は、アンテナ部２の前方（上方向）に手を通過させたときに、検波回路３から得られる検知出力をオシロスコープで測定した波形図である。図４（Ａ）は、バラクタダイオードＶＤの代わりに固定容量を使用したときの検知出力の波形を示し、図４（Ｂ）は、ＬＣ共振部１１にバラクタダイオードＶＤが設けられた実施の形態の検知出力の波形を示している。
【００３２】
図４（Ａ）の検知出力は、アンテナ部２で検知される容量変化のみによる交流信号の周波数変化に基づくものであり、検知出力のレベルが小さくなっている。これに対し、図４（Ｂ）は、アンテナ部２で検知される容量変化による交流信号の周波数変化と、さらに、給電経路１３に与えられる電圧のリップルに基づく交流信号の周波数の変動が加算された検知出力である。そのため、検知出力のレベルが図４（Ａ）の波形に比べて増幅されている。
【００３３】
図６は、前記検知装置１を搭載した入力装置２０を示す正面図である。
この入力装置２０は、携帯用情報端末装置、携帯電話装置、ゲーム機などとして使用されているものであり、枠体２１の中央部に表示画面２２が設けられている。表示画面２２には、カラー液晶パネルなどで生成される画像が表示され、さらに表示画面２２に、静電容量式や電気抵抗式などの透光性のタッチパッドが重ねられており、表示画面２２の表示画像を見ながら表示画面２２に指などを触れることで入力操作が行えるようになっている。
【００３４】
入力装置２０には、前記検知装置１が４組搭載されており、それぞれの検知装置１に設けられたアンテナ部が、表示画面２２の周囲の枠体２１に埋設されている。図６では、表示画面２２の図示左側に配置されているアンテナ部が符号２ａで示され、右側に配置されているアンテナ部が２ｂで示されている。また、表示画面２２の上側に配置されているアンテナ部が符号２ｃで示され、下側に配置されているアンテナ部が符号２ｄで示されている。
【００３５】
図５（Ａ）（Ｂ）の上側の波形は、アンテナ部２ａで検知された検知出力の変化を示し、下側の波形は、アンテナ部２ｂで検知された検知出力の変化を示している。
【００３６】
図５（Ａ）は、図６に示す入力装置２０の手前側の空間で、手を左側から右側へ向けてＳ１方向へ移動させるジェスチャー操作を行ったときの、アンテナ部２ａとアンテナ部２ｂの検知出力を示している。図５（Ｂ）は、手を右側から左側へ向けてＳ２方向へ移動させるジェスチャー操作を行ったときの、アンテナ部２ａとアンテナ部２ｂの検知出力を示している。
【００３７】
図５（Ａ）では、アンテナ部２ａによる検知出力の変化が、アンテナ部２ｂによる検知出力の変化よりも先行しており、右方向へのジェスチャー操作であることを認識できる。図５（Ｂ）では、アンテナ部２ｂによる検知出力の変化が、アンテナ部２ａによる検知出力の変化よりも先行しており、左方向へのジェスチャー操作であることを認識できる。また、アンテナ部２ａによる検知出力の変化とアンテナ部２ｂによる検知出力の変化との時間差を測定することで、右から左あるいは左から右への手によるジェスチャー操作の速度を算出することも可能である。
【００３８】
同様にして、表示画面２２の上側に位置するアンテナ部２ｃからの検知出力の変化と、表示画面２２の下側に位置するアンテナ部２ｄから検知出力変化とから、手などを上から下へ向かってＳ３方向へ移動させたときのジェスチャー操作と、下側から上側へ向かってＳ４方向へ移動させたジェスチャー操作を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の検知装置を使用する入力装置は、携帯用情報端末装置などの他、パーソナルコンピュータのキーボード装置に装備されてもよいし、人体の接近を検知して各種電子機器を始動させるなどする人体検知装置にも使用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  検知装置
２  アンテナ部
３  検波回路
４，６  ローパスフィルタ
５  ノッチフィルタ
１０  発振回路
１１  ＬＣ共振部
１２  オペアンプ
１３  給電経路
２０  入力装置
２１  枠体
２２  画面
ＶＤ  バラクタダイオード（電圧可変容量）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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