JP2008040954A

JP2008040954A - 入力装置

Info

Publication number: JP2008040954A
Application number: JP2006216880A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Miki; 匡三木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】静電容量式のタッチスイッチにおいて、視覚障害者でもより確実に所望のスイッチ個所を選択して入力できるようにする。
【解決手段】指１０がスイッチ個所１５に軽く触れることで、周波数・電圧変換回路部３からの出力が上昇し、判定手段１２により第１の近接段階と判定され、音声回路部１９よりスイッチ個所１５の機能を説明する音声ガイダンスが発生される。操作者はこのガイダンスにより所望のスイッチ個所でなければ指１０を上下左右にスライドさせて所望のスイッチ個所を探し、所望のスイッチ個所であれば強く押圧することで第２近接段階と判定され、制御手段１によりスイッチ個所１５に割り当てられた機能が実行される。このように操作者は、事前に所望のスイッチ個所に触れているかどうかを確認して実行できるため、視覚に障害などがある場合でも確実な操作が行える入力装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、デザイン性が高く、且つ防水性の高い密閉構造が可能な静電スイッチを用いた入力装置を、視覚障害者でも所望の操作スイッチの場所を音声などによりナビゲーションして、より確実にスイッチの操作ができるようにするものである。

近年では、抵抗膜式のタッチパネルのような可動部を持たず、操作者が触れるガラスやアクリルなどのパネルの内側に電極を貼り付け、指などでタッチすることによる電極部分の等価的な静電容量の変化を検出する静電容量変化型のタッチパネルが提案されてきている（例えば、特許文献１）。こういったメカニカルな部品を持たないタッチパネルの構成は、製品表面をフラット化してデザイン性や防水性構造を実現しやすいといった設計性の観点での流れにもマッチしている。

特許文献１では、タッチパネル部は、ＰＥＴフィルムにＩＴＯ膜により信号パターンとＧＮＤパターンを印刷した複数の透明シート電極よりなり、制御部には周波数が可変可能な発振回路と、波形の幅が計測できるインプットキャプチャ機能が内蔵されたＣＰＵが設けられ、複数の透明シート電極のいずれかに操作者が触れた時の静電容量の変化を制御部で判断し、スイッチ機能と前記複数設けられている透明シートのうちどの透明シートが押圧されたかを判断するようになっている。

タッチパネルを視覚障害者でも操作可能とするための構成としては、視覚障害者と健常者でモードを分け、視覚障害者が操作する場合には操作決定を行うための特別のスイッチを設ける構成がある（例えば、特許文献２）。

特許文献２では、タッチパネル上ではタッチした個所の機能に関する音声ガイダンスが流れ、所望のタッチ個所が選べた際に、このタッチ個所を確定し、このタッチ個所に割り当てられた操作を実行するための別設のスイッチを押下するようになっている。
特開２００４−２１３１１４号公報特開２００４−２７１７４８号公報

近年、ユニバーサルデザインの観点からは、視覚などに障害を有するユーザの方々でも、同じ製品が不都合なく使えるような製品設計が望まれている。この観点から、従来のメカニカル式の操作スイッチを用いた家電製品では、スイッチ部分に切り掛けを設けたり、点字状の凸部を設けることにより、これを指でなぞることにより所望のスイッチの位置に指が触れかどうかを判定し、改めてそのスイッチを押し下げる動作を行って操作を実行するものであった。

しかし、この静電容量を変化させる方式では、原理上、押圧する圧力が必要ない分、スイッチ部分に指を当てるだけでスイッチが反応してしまうため、従来のようにスイッチ部分の形状をなぞって所望のスイッチであるかを判定する操作ができないという課題があった。

また、特許文献２のように、健常者用と視覚異常者用に別々のモードを設け、視覚障害者の場合は別設のスイッチを設ける方法では、だれでもが使えるユニバーサルな共通デザインという観点からは適当ではない上、特許文献２の対象となっている自動支払機や駅の
券売機といった大型の装置と異なり、一般の家電製品では別設のスイッチを離れた位置に設けるといった構成も取りにくいため、結局、機能を選択するためのスイッチの周辺に別設スイッチを配置せざるを得ず、別設スイッチを探すのに手間取ったり、別設備スイッチが判別できなかったりしかねない。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、スイッチ部分に指などが近接した際に該当スイッチの内容を音声などの報知することにより、所望のスイッチであるかどうかを報知し、改めて指をタップしてより強く触れるといった動作を行うことで、視覚の障害のあるユーザでも静電スイッチを用いた入力装置を確実に操作できうるようにした入力装置を提供することを目的とする。

そこで、前記従来の課題を解決するために、本発明の入力装置は、指などの静電物をパネルのスイッチ個所に近接することにより入力を行う入力装置において、前記静電物の近接による静電容量の変化量を検出する静電スイッチ手段と、前記静電スイッチ手段からの信号により前記スイッチ個所への前記静電物の近接度合いを少なくとも第１近接と第２近接を含む２つ以上の近接段階に判定する判定手段と、前記第１近接の判定の際に該スイッチ個所の他のスイッチ個所と識別可能な報知を行う報知手段と、前記２の判定の際に該スイッチの実行処理を行う制御手段を備えるようにしている。

これによって、たとえば軽くタッチした際には音声などにより現在触れているスイッチ個所の機能のガイダンス音声を再生し、操作者はこのガイダンスを聞いて所望のスイッチかどうかを判断した上で、該当のスイッチであれば、より強く押圧することで該当のスイッチに割り振られている機能を実行するといった２段階の処理が可能となり、視覚に障害のあるような操作者でも確実に静電スイッチを用いた製品の操作が可能な入力装置が実現できる。

このように、各スイッチに対しての近接度合いを複数段階に判定して、音声ガイダンスなどにより所望のスイッチかどうかを判断してから実際の実行処理ができうるため、視覚に障害のあるような操作者でも、確実に操作のできるユニバーサルデザインの入力装置が提供できる。

第１の発明は、指などの静電物をパネルのスイッチ個所に近接することにより入力を行う入力装置において、前記静電物の近接による静電容量の変化量を検出する静電スイッチ手段と、前記静電スイッチ手段からの信号により前記スイッチ個所への前記静電物の近接度合いを少なくとも第１近接と第２近接を含む２つ以上の近接段階に判定する判定手段と、前記第１近接の判定の際に該スイッチ個所と他のスイッチ個所とを識別可能な報知を行う報知手段と、前記２の判定の際に該スイッチの実行処理を行う制御手段を備えてようにしている。

このことにより、あらかじめ現在タッチしている個所が所望のスイッチかどうかを報知内容により判断してから実行に移れるため、視覚に障害の或る操作者でもより確実に所望のスイッチの操作ができる。

第２の発明は、指などの静電物をパネルにスイッチ個所に近接することにより入力を行う入力装置において、前記静電物の近接による静電容量の変化量を検出する静電スイッチ手段と、前記静電スイッチ手段からの信号により前記スイッチ個所への前記静電物の近接有り無しを判定する判定手段と、前記近接有りを判定した際に該スイッチ個所と他のスイ
ッチ個所とを識別可能な報知を行う報知手段と、前記判定手段の判定が近接有りから無しに変更されてから所定時間内に同一のスイッチ個所に再度近接有りを判定した際に該スイッチの実行処理を行う制御手段を備えるようにしている。

このことにより、静電物の近接による静電容量の変化が比較的小さく複数段階の近接判断が適用しづらいようなスイッチ形状やスイッチ個所の材質へもより応用範囲を広げることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて一実施形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における入力装置を備えた家電製品の一例として電子レンジの概観を示し、（ｂ）図にこの製品の（ａ）図の一点鎖線Ｓ−Ｓ’での略断面図を入力装置に関わる部分を主体として示したブロック図を関連させて図示したものである。

図１に示す電子レンジ１１は、加熱する食材を庫内に収納するドア１６と、ドア１６の下部を被うアクリルパネル５により概観表面を構成し、アクリルパネル５上には本発明の実施の形態における入力装置に入力を行う際に操作者が指１０でタッチするべき個所を明示したスイッチ位置マーク１３、１４、１５を構成し、各スイッチ位置マーク１３〜１５のアクリルパネル５の内部側には、電極６、７、８を配設する。ここでアクリルパネル５は、ガラスなど他の材質のもので代用しても構わない。

電子レンジ１１のアクリルパネル５上のスイッチ位置マーク１３、１４、１５は、静電スイッチ手段９が構成する３つのスイッチを有効に動作させるのにタッチすべき範囲を操作者に明示するための刻印であり、アクリルパネル５内側に描画するなどの方法で形成する。

図１に示す本実施の形態での入力装置は、静電スイッチ手段９および、制御手段１、判定手段１２、および報知手段の一例である音声回路部１９から構成する。静電スイッチ手段９は、点線で囲んだ切替回路部４、発振回路部２、周波数・電圧変換回路部３、電極６〜８の各部により構成し、本実施の形態では、一例として電極６、７、８により独立して入力が可能な３つのスイッチを構成した場合を示しており、電極の数は増減しても構わない。

図１の制御手段１は、入力装置の全体の制御を行ない、マイコン及びその周辺回路で構成する。この制御手段１は、電子レンジ１１の全体を制御する制御手段と共通なマイコン上に実装しても構わない。

切替回路部４は、制御手段１からの信号により、発振回路部２と電極６、７、８の接続を時分割で切り替えるスキャン回路である。発振回路部２は、電極６、７、８とアクリルパネル５部分に生じる静電容量に応じた発振周波数での発振信号を発生する回路であり、一般に知られているＲＣ発振回路を用いて構成する。

周波数・電圧変換回路部３は発振回路部２での発振周波数に応じた電圧信号を発生して制御手段１に入力する回路であり、本実施の形態では発振周波数が高いほど低い電圧を、発振周波数が低いほど高い電圧を発生するように構成し、周波数と変換後の電圧の関係が略反比例関係が成立するように構成する。

本実施の形態では近接段階を２段階に判定する場合の例を説明し、判定手段１２は、周
波数・電圧変換回路部３から制御手段１に入力される電圧値を予め記憶した２段階の閾値電圧値Ｖｔｈ−ｎａｖｉとＶｔｈ−ｆｉｘと比較し、比較結果によりタッチの度合いを判定する。本実施の形態では、判定手段１２は、制御手段１の一部として同一マイコン上に判定プログラムを実装する。

各電極およびアクリルパネル５に生じる等価的な静電容量は、指１０が近接することにより上昇する。これは電気的に導体と見なすことができる人体を通して電荷が誘発されるためであり、指１０で近接することで発振回路部２の発振周波数が下がり、周波数・電圧変換回路部３の出力電圧は上昇するものである。

図２のグラフ線１７は、本実施の形態における入力装置において、指１０がスイッチ位置マーク１５位置にタッチした際に、スイッチ位置マーク１５のアクリルパネル５の内側位置にある電極８からの信号が切替回路部４により発振回路部２、周波数・電圧変換回路部３を通して制御手段１へ出力される電圧信号Ｖの変化の一例を示すグラフ線である。実際には、切替回路部４は電極６〜８と発振回路部２との接続を時分割で切り替えるため、出力される電圧信号Ｖは離散的な値となるが、図２では説明の便宜上これを補間した連続的な値として実線で示してある。

図２の縦軸は、周波数・電圧変換回路部３から制御手段１に入力される電圧信号Ｖであり、横軸はある時点からの経過時間Ｔを示す。

電極８における等価的な静電容量Ｃとすると、静電容量Ｃは、Ｃ＝ε＊Ｓ／ｄの等価式で表現できる。この式において、εはアクリル板の誘電率、ｄはアクリル板の厚み、Ｓは指１０などの導電体がアクリルパネル５と近接する面積である。この際、等価的な近接面積Ｓは近接するよりも軽く接触した方が増大し、更に指１０で強く押すことで指１０の腹部が変形して広がる一層大きくなり、この押圧動作により周波数・電圧変換回路部３から出力される電圧信号Ｖも大きくなる。

図２では、時刻Ｔ０付近からスイッチ位置マーク１５に軽くタッチし始め、時刻Ｔ１付近で指１０を更に強く押してタッチし、時刻Ｔ２付近で指１０を離した場合の変化を一例として示したものである。この際、グラフ線１７は指１０がタッチしていない際に示す電圧値であるＶ＝Ｖｆｒｅｅから、指が軽くタッチしている間の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１付近までは一旦上昇して閾値Ｖｔｈ−ｎａｖｉを越えて上昇し、時刻Ｔ１付近で指を更に強く押すことで更に上昇してＶｔｈ−ｆｉｘを越え、時刻Ｔ２付近で指を離すことで下降して、Ｖ＝Ｖｆｒｅｅの戻ったことを示している。

制御手段１内の判定手段１２には、予め電極８の大きさやアクリルパネルの厚みや材質、指でタッチした際の操作感といったパラメータを元に決定した閾値電圧Ｖｔｈ−ｎａｖｉおよびＶｔｈ−ｆｉｘの２つの閾値を記憶し、判定手段１２で、この２つの閾値電圧Ｖｔｈと入力される電圧信号Ｖを比較し、電圧信号Ｖが閾値電圧Ｖｔｈ−ｎａｖｉを上回り、２つの閾値の間の値を示す場合、つまりＶｔｈ−ｎａｖｉ＜Ｖ≦Ｖｔｈ−ｆｉｘの条件を満たす場合に判定手段１２は第１近接段階にあると判定し、音声回路部１７により「スタートスイッチです」といったガイダンスの音声を流す。

操作者はこの音声を聞くことにより、押圧しようとしているスイッチ位置マーク１５が所望の機能のスイッチであるかを判断し、所望のスイッチであればその位置で指を動かさずに更に強く押圧すれば電圧信号Ｖは更に上昇する。

判定手段１２では、上昇した電圧信号Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ−ｆｉｘを越えたかどうかを判定し、閾値Ｖｔｈ−ｆｉｘを越えた場合に判定手段１２は第２近接段階にあると判定
し、スイッチ位置マーク１５がタッチされたとして対応する制御シーケンスが動作を開始する。

もし、音声回路部１７のガイダンス音声を聞いた段階で所望の機能のスイッチでない場合は、軽くタッチしたままで指を左右上下にずらせることで、別のスイッチ位置マーク、たとえばスイッチ位置マーク１４の上に触れた際に「温度設定スイッチです」といったガイダンスを改めて聞き直すことができ判断をやり直すことができる。

以上をまとめて、制御手段１でタッチを判定する動作を図３のフロー図を用いて説明する。まず、処理が開始されると（Ｓ３１）、制御手段１は切替回路部４により時分割で電極８と発振回路部２に接続が切り替わると（Ｓ３２）、発振回路部２から周波数・電圧変換回路部３により出力された電圧信号を入力して記憶する（Ｓ３３）。

次に、制御手段１は判定手段１２により、電圧信号Ｖが第２近接段階の閾値Ｖｔｈ−ｆｉｘより大きいかどうかを判定し（Ｓ３４）、もし大きければスイッチが操作されたと判定してスイッチが選ばれた際の動作を行うスイッチ受付処理を実行する（Ｓ３７）。

ステップＳ３４で第２近接段階の閾値Ｖｔｈ−ｆｉｘ以下であれば、電圧信号Ｖが第１近接段階の閾値Ｖｔｈ−ｎａｖｉより大きいかどうかを比較し（Ｓ３５）、もし大きければスイッチに指が近接または軽くタッチされているとして、該当スイッチの内容を街談する「スタートスイッチです」といった音声ガイダンスを音声処理部より報知する（Ｓ３６）。

もしステップＳ３５で電圧信号Ｖが第１近接段階の閾値Ｖｔｈ−ｎａｖｉ以下であれば、処理は行わず次回の時分割のタイミングで切替回路部４と電極８を接続した際のステップ３１に戻す。

なお、本実施の形態では、報知手段として音声回路部により音声ガイダンスを流して操作者に報知する構成を示したが、ボタン数が少なかったり操作者が十分習熟しているなどの条件を加味でき、ブザー音の断続回数や高低の差、メロディパターンの変化、または機構的な振動手段を用いてバイブレーションさせるような報知手段でも、操作者がスイッチの内容が判断できる状況であれば、他の簡便な報知手段で代用する構成も可能である。

また、音声ガイダンスを流す場合は、指を軽くタッチした場合としたが、第１の閾値電圧の設定や発振回路部２での回路素子の常数値を調節することで、タッチしなくとも或る近接距離範囲内に指が近づいた場合に音声ガイダンスが報知される構成としても構わないものである。

この他、本実施の形態では、静電容量の変化をＲＣ発振回路で発振させ、周波数・電圧変換回路により電圧値として制御手段に入力する方法を示したが、例えば、周波数・電圧変換回路を用いずに制御手段で直接ＡＤ入力する回路構成や、周波数信号が直流値に対して電圧ゼロクロスする回数をカウントして制御手段に入力する回路構成など、他の検出回路構成でももちろん構わない。

最後に、操作者によっては、操作に慣れない場合は、指を離している場合と第２近接段階との中間的な状態である、第１近接段階の状態になるよう適度な近接具合でスイッチを操作する事が難しいことも考えられる。こうした場合には、第１近接段階の状態に指を近接させることを簡便化するために、スイッチ表面に小さい凸部を設けて、これに軽く触れた状態で第１近接段階になるようにするといったようにスイッチ位置マーク部に凹凸を形成するといったことも有効である。

（実施の形態２）
本実施の形態２は、実施の形態１において、音声ガイダンスを流す処理と実際にスイッチを受け付ける処理の判定方法を第１の実施例とは別の方法により実現するものであり、実施の形態１の図１に示す判定手段１２の判定アルゴリズムを変更する以外は実施の形態１と同様にできうるものである。

図４の縦軸は、図１および図２と同様に、周波数・電圧変換回路部３から制御手段１に入力される電圧信号Ｖであり、横軸はある時点からの経過時間Ｔを示す。電圧信号Ｖは、指１０がアクリルパネルのスイッチ位置マークに近接するに従って、周波数・電圧変換回路部３から出力される電圧信号Ｖも大きくなることも同様に構成される。

図４のグラフ線１８は指１０が近接せず十分離れている際に示す電圧値であるＶ＝Ｖｆｒｅｅから、指が近接している間の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１付近までは一旦上昇して閾値Ｖｔｈを越えて上昇し、時刻Ｔ１付近で指を離すことで出力電圧は一旦下降してＶ＝Ｖｆｒｅｅに戻り、時刻Ｔ２で再びスイッチ位置マークに近接することで、再び上昇してＶｔｈを越え、最後に時刻Ｔ２付近で指を離すことで下降して、Ｖ＝Ｖｆｒｅｅの戻ったことを示している。

このようなグラフ線１８は、指をタッチした位置で一旦指を同じ位置で軽く浮かせて再びタッチするタップもしくはクリックの動作（以下、タップ動作）で発生する。

タップ動作の有無を判定するアルゴリズムの一例としては、本実施の形態２では、判定手段１２では、一旦離す時刻Ｔ１と再びタッチする時刻Ｔ２の時刻差△Ｔが、所定の判定閾値Ｔｔｈ以下であるかどうかにより該当するスイッチに対応する制御シーケンスの動作を開始するかどうかの判定を行う。

本実施の形態２では、最初の指のスイッチ位置マークへの近接により、出力電圧がＶｔｈを越えた際に報知手段の一例である音声回路部により「スタートスイッチです」という音声ガイダンスを流し、閾値Ｔｔｈ以内にタップ動作が発生すればスイッチに対応する制御シーケンスの動作を開始する。

以上の構成により、操作者は一旦スイッチ位置マークをタッチし音声ガイダンスを聞いて所望のスイッチであればその位置でタップ動作を行えばよく、もし所望のスイッチでなければ指はタッチさせたままで左右上下に移動させて、別の個所の音声ガイダンスを聞くことで所望のスイッチを確認することができ、視覚に障害におる操作者の場合でも確実に所望のスイッチを操作することができうるものである。

なお、本発明の実施の形態では、指の近接またはタッチ動作の具合により、判定手段が報知手段により音声ガイダンスを発生するか、スイッチに対応する制御シーケンスの動作を開始するかを判定する実施例を説明したが、赤外線の反射により指の接近を検出する赤外線距離デバイスや、無線タグと受信回路により構成したタッチペンなどの無線デバイスなどを併用する場合には、これらのデバイスのよりある所定範囲に指やタッチペンが接近した場合に音声ガイダンスを流し、更に近接またはタッチが行われて静電スイッチの出力電圧が閾値電圧を越えた場合にスイッチの受付処理を行うといった構成も可能である。

以上のように、本発明にかかる入力装置によれば、視覚に障害のあるような操作者が静電スイッチを用いた製品を使用する場合でも、より確実に動作する入力装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における入力装置の一例を示す概観図とブロック図本発明の実施の形態１における周波数・電圧変換回路部から制御手段に入力される電圧信号の変化の一例を示す図本発明の実施の形態１における出力電圧の報知手段によるガイダンスとスイッチの受付処理を判別する場合の入力装置の動作の一例を示すフロー図本発明の実施の形態２における周波数・電圧変換回路部から制御手段に入力される電圧信号の変化の一例を示す図

符号の説明

１制御手段
２発振回路部（静電スイッチ手段）
３周波数・電圧変換回路部（静電スイッチ手段）
４切替回路部（静電スイッチ手段）
５アクリルパネル
６、７、８電極
９静電スイッチ手段
１０指（静電物）
１３、１４、１５マーク
１５判定手段
１９音声回路部（報知手段）

Claims

指などの静電物をパネルのスイッチ個所に近接することにより入力を行う入力装置において、
前記静電物の近接による静電容量の変化量を検出する静電スイッチ手段と、前記静電スイッチ手段からの信号により前記スイッチ個所への前記静電物の近接度合いを、少なくとも第１近接と第２近接とを含む２つ以上の近接段階に判定する判定手段と、前記第１近接の判定の際に該スイッチ個所と他のスイッチ個所とを識別可能な報知を行う報知手段と、前記２近接の判定の際に前記スイッチの実行処理を行う制御手段と、を備えてなる入力装置。
指などの静電物をパネルにスイッチ個所に近接することにより入力を行う入力装置において、
前記静電物の近接による静電容量の変化量を検出する静電スイッチ手段と、前記静電スイッチ手段からの信号により前記スイッチ個所への前記静電物の近接有り無しを判定する判定手段と、前記判定手段が前記近接有りを判定した際に該スイッチ個所と他のスイッチ個所との識別可能な報知を行う報知手段と、前記判定手段の判定が近接有りから無しに変更されてから所定時間内に同一のスイッチ個所に再度近接有りを判定した際に前記スイッチの実行処理を行う制御手段と、を備えてなる入力装置。