JP2015170347A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の動きにかかわらず、操作体の位置及び動きを正確に検知することができる入力装置を提供する。
【解決手段】ＸＹ平面に配置された操作面が、３つ以上配置された検知素子のそれぞれに隣接する第１領域と、互いに近接する２つの第１領域の間に配置された第２領域と、全ての第１領域に取り囲まれた第３領域と、を有し、第１領域には、隣接する検知素子による検知結果に応じて定まる第１仮想検知量がそれぞれ与えられ、第２領域には、これを挟む２つの第１領域にそれぞれ与えられた第１仮想検知量に対して第１係数Ｍ１を乗じ、その和を第２仮想検知量としてそれぞれ与え、第３領域には、これを取り囲む第１領域にそれぞれ与えられた第１仮想検知量に対して、第１係数Ｍ１とは異なる第２係数Ｍ２を乗じ、その和を第３仮想検知量としてそれぞれ与え、第１、第２、及び、第３仮想検知量の変化に基づいて、ＸＹ平面における操作体の動きを判別する判別部をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作面に対する、操作者の指などの操作体の動きを判別可能な入力装置に関する。

特許文献１に記載の非接触入力装置においては、操作面を３行３列の９つの領域に分け、この領域ごとに静電容量の変化を検知する静電容量センサを配置している。この非接触入力装置では、操作面の上方に非接触で位置する操作者の手の存在を、各領域の静電容量センサからの出力に基づいて検知する。この検知処理においては、複数の静電容量センサのうち最も大きな値を出力したセンサの位置に、操作者の手が存在すると判断する。この非接触入力装置に対して、例えば左から右に手を振るジェスチャ動作などを行った場合には、時間の経過とともに、最大値を出力する静電容量センサが左から右の領域のセンサへ移っていくことが検知され、このような検知結果に基づいて、操作面の上方で左から右に連続的な入力操作が行われたと判定する。

特開２００８−１３４７６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の非接触入力装置のように、最大値を検出した静電容量センサの位置に操作者の手があると認識する装置では、操作面の特定の領域に対して垂直遠方から指先を近づけていく場合には指の位置を正しく検知できるものの、例えば操作面と略平行な方向に沿って手を移動させた場合には、操作面と略等距離にある、指、手、及び腕によって複数の領域の静電容量センサで静電容量の変化が検知されてしまうおそれがある。このため、操作者の動きによっては、操作体の位置を正しく検知することができないことから、操作者の意図した入力とは異なる入力結果となってしまうという問題があった。

そこで本発明は、操作者の動きにかかわらず、操作体の位置及び動きを正確に検知することができ、これにより、操作者の意図に即した入力を行うことができる入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の入力装置は、ＸＹ平面に配置された操作面と、操作体との距離に応じて出力が変化する、３つ以上の検知素子と、を備え、検知素子は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて所定の間隔をあけて、操作面の外周部に配置され、操作面は、それぞれの検知素子に隣接する第１領域と、互いに近接する２つの第１領域の間に配置された第２領域と、全ての第１領域に取り囲まれた第３領域と、を有し、第１領域には、隣接する検知素子による検知結果に応じて定まる第１仮想検知量がそれぞれ与えられ、第２領域には、これを挟む２つの第１領域にそれぞれ与えられた第１仮想検知量に対して第１係数Ｍ１を乗じ、その和が第２仮想検知量としてそれぞれ与えられ、第３領域には、これを取り囲む第１領域にそれぞれ与えられた第１仮想検知量に対して、第１係数Ｍ１とは異なる第２係数Ｍ２を乗じ、その和が第３仮想検知量としてそれぞれ与えられ、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量の変化に基づいて、ＸＹ平面における操作体の動きを判別する判別部をさらに備えることを特徴としている。

このように、４つの検知素子の検出結果を複合的に利用した仮想検知量を算出可能とする、第１領域、第２領域、及び第３領域を操作面１２上に配置しているため、個々の領域における誤検知の可能性が小さくなることから、操作者の意図に即した検出を行うことが可能となる。

本発明の入力装置において、検知素子は、ＸＹ平面上の所定の１点に対して略９０度ずつずらした位置に配置されていることが好ましい。

本発明の入力装置において、操作面は、ＸＹ平面において略四角形をなしており、検知素子は、操作面の４辺にそれぞれ１つずつ配置されていることが好ましい。

検知素子を、略９０度ずつずらして配置し、又は、操作面の４辺にそれぞれ配置することにより、Ｘ、Ｙ方向において異なる位置に配置されることから、操作面の各領域の仮想検知量の変化によって操作体の動きを判別することが可能となる。

本発明の入力装置において、第１係数Ｍ１は０．５であり、第２係数Ｍ２は、次式（Ａ）で与えられることが好ましい。
Ｍ２＝１／（第３領域を取り囲む第１領域の数） （Ａ）

主に第１領域の仮想検知量の変化に基づいて操作体の動きを判別できるとともに、第２領域及び第３領域の仮想検知量の変化量を参照してより正確に操作体の移動方向を判別することが可能となる。

本発明の入力装置において、検知素子は静電容量検知素子であることが好ましい。
検知素子を静電容量式にすることによって、操作面に非接触の操作体の動きを正確かつ迅速に判別することが可能となる。

本発明の入力装置において、判別部は、Ｘ方向又はＹ方向において異なる位置にある２つの第１領域に与えられた第１仮想検知量について、時間Ｔ１において一方の第１領域の第１仮想検知量のみが増加したときに操作体がスワイプ動作を開始したと判別することが好ましい。

本発明の入力装置において、時間Ｔ１において増加した一方の第１領域の第１仮想検知量が、時間Ｔ１より後の時間Ｔ２において減少し、時間Ｔ２において、Ｘ方向又はＹ方向の他方の第１領域の第１仮想検知量が増加したときに、判別部は、Ｘ方向又はＹ方向において、操作体が一方の第１領域から他方の第１領域へスワイプ動作を行ったと判別することが好ましい。

本発明の入力装置において、所定時間に渡って、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量の変化量が所定範囲内にとどまっているときは、判別部は、操作体の動きの判別を停止することが好ましい。
これにより誤判別を防止することができる。

本発明の入力装置において、判別部は、以下の式（Ｋ）、（Ｌ）を満たしたときに判別を開始することが好ましい。これにより、操作体の移動方向を正しく特定することができる。

移動元の第１領域の第１仮想検知量＞移動先の第１領域の第１仮想検知量×２．５ （Ｋ）
移動元の第２領域の第２仮想検知量＞移動先の第２領域の第２仮想検知量×２．０ （Ｌ）

本発明の入力装置において、判別部は、以下の式（Ｍ）、（Ｎ）に基づいて移動方向を特定することが好ましい。

移動先の第１領域の第１仮想検知量＞移動元の第１領域の第１仮想検知量×２．５ （Ｍ）
移動先の第２領域の第２仮想検知量＞移動元の第２領域の第２仮想検知量×２．０ （Ｎ）

本発明の入力装置において、判別部は、以下の式（Ｏ）に基づいてスワイプ動作の終了を判別することが好ましい。これにより、スワイプ動作後も操作体が操作面から外れない場合において、誤判別の発生を抑え、スワイプ動作の終了時間をより正確に検知することができる。

移動方向における全ての第１領域の第１仮想検知量＞移動先の第１領域の第１仮想検知量×１．５ （Ｏ）

本発明の入力装置において、判別部は、以下の式（Ｐ）に基づいてスワイプ方向を特定することが好ましい。これにより、同時に複数方向のスワイプ動作であると判別してしまう場合において、一方のスワイプ動作に特定することが可能となる。

一方の移動方向における全ての第１領域の第１仮想検知量についての（最大値−最小値）×１．５≧他方の移動方向における全ての第１領域の第１仮想検知量についての（最大値−最小値） （Ｐ）

本発明によると、操作者の動きにかかわらず、操作体の位置及び動きを正確に検知することができ、これにより、操作者の意図に即した入力を行うことができる。

本発明の実施形態に係る入力装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。 操作面の各領域と仮想検知量の対応を示す平面図である。 操作面の各領域における仮想検知量の算出結果の例を示す平面図であって、（Ａ）、（Ｃ）は操作者が操作をしていない初期状態を示し、（Ｂ）はＸ０センサ２１に操作体が近づいたときの仮想検知量、（Ｄ）はＸ０センサ２１とＹ０センサ２３に操作体が近づいたときの仮想検知量を示す。 図４（Ｂ）に示す算出結果を立体的に表示した図である。

以下、本発明の実施形態に係る入力装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る入力装置の基本的な構成について説明する。図１は、本実施形態に係る入力装置１０の構成を示す平面図である。図２は、入力装置１０の構成を示すブロック図である。図１では、操作面が略四角形であり、検知素子が４つ配置された入力装置の例を示しているが、本発明の入力装置の操作面の形状、検知素子の数と配置はこの例に限定されない。図１においては、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及びＹ１センサ２４の概略位置を示しており、具体的な構成は後述のとおりである。

入力装置１０は、近接検知及びエアジェスチャ(左右上下スワイプ)の判別を行う装置であって、図１、図２に示すように、操作面１２、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、Ｙ１センサ２４、演算部３０、制御部４１、計時部４２、及び、記憶部４３を備える。Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及び、Ｙ１センサ２４は、検知素子である。演算部３０は、静電容量算出部３１、仮想検知量算出部３２、検知量変化算出部３３、及び、判別部３４を備える。

図１に示すように、操作面１２は、基板１１上に設けられて略四角形の平面形状を有し、Ｘ方向とこれに直交するＹ方向で規定されるＸＹ平面に配置されている。操作面１２の４辺のうち、互いに対向する２辺１２Ａ、１２ＢはＹ方向に平行にそれぞれ延びており、２辺１２Ａ、１２Ｂと直交する２辺１２Ｃ、１２ＤはＸ方向にそれぞれ延びている。ここで、基板１１は、ガラス、プラスチック等で構成する。操作面１２の背部にはカラー液晶表示パネルなどの表示部材が配置されており、表示部材の表示画面が操作面に表示される。

Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、Ｙ１センサ２４は、操作面１２の４辺１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの略中央かつ外側の位置にそれぞれ配置されている。別言すると、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及び、Ｙ１センサ２４は、Ｘ方向及びＹ方向において一定の間隔をあけて、操作面１２の外周部に配置されている。また、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及び、Ｙ１センサ２４は、ＸＹ座標の原点Ｏに関して、略９０度の角度ずつずらした位置に配置されている。ここで、操作面１２の外周部としては、（１）操作面１２の４辺１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ上、（２）操作面１２の外側であって、その４辺に接する範囲、（３）対応する１つの第１領域に操作体が接近したときに操作体を検知できる範囲を含む。

Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及び、Ｙ１センサ２４は、それぞれ、非接触の操作体との距離に応じて出力が変化する静電容量検知素子である。ここで、操作体とは、例えば、入力装置の操作者が操作面１２に対する操作に用いる指や手である。

Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及び、Ｙ１センサ２４は、いわゆる自己容量型の静電センサであり、導電性材料からなり検出電極と駆動電極とを兼用した電極が備えられている。電極は銅箔などの導電性材料膜で形成されるが、電極が操作面１２の内部に配置される場合には、電極がＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）などの透光性の導電性材料で形成されるのが好ましい。

自己容量型の静電センサは、浮遊容量を持つ前記電極にコンデンサが接続されており、駆動回路からコンデンサに電荷が蓄えられる。この電荷はコンデンサから電極へ移動するが、蓄えられていた電荷の減衰は、電極の浮遊容量の変化と、前記コンデンサに接続された抵抗素子の抵抗値とで決められる。電荷の減衰に応じて抵抗値に作用する電圧が変化し、この電圧の変化が静電容量算出部３１において参照電圧と比較されて出力信号が得られる。

人の手は導電体であるため、指と電極との距離によって浮遊容量に影響が与えられ、指が電極に接近すると出力信号のレベルが高くなり、指が遠ざかるにしたがって出力信号のレベルが低下する。

このように、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及び、Ｙ１センサ２４の検出電極からの出力信号は、静電容量算出部３１で検出されるが、その検出値は仮想検知量算出部３２へ出力される。

図１に示すように、操作面１２は、３行３列の９つの領域に分割されている。具体的には、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及びＹ１センサ２４の内側にそれぞれ隣接する第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４と、これらの第１領域のうち互いに近接する２つの第１領域の間に配置された第２領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４と、全ての第１領域に取り囲まれた第３領域Ａ３１と、に分割されている。これらの第１、第２、及び第３領域は、操作面１２に対応する範囲内に設定されていれば、操作者から視覚的に認識可能となっていなくてもよい。このような配置において、操作体が第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４に近づくと、隣接するセンサが操作体の接近を検知する。例えば、第１領域Ａ１１に操作体が近づくと、第１領域Ａ１１に隣接するＸ０センサ２１が操作体の接近を検知する。また、操作体が、第２領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４に近づくと、この領域に近接する２つの第１領域に隣接する２つのセンサが操作体の接近を検知する。さらに、操作体が、第３領域Ａ３１に近づくと、この領域を取り囲む全ての第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４に隣接する４つのセンサが操作体の接近を検知する。

仮想検知量算出部３２は、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、Ｙ１センサ２４による検知結果に基づいて、操作面１２の各領域に対応する仮想検知量を以下のように算出する演算回路である。

まず、第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４については、隣接するセンサによる検知結果に応じて第１仮想検知量をそれぞれ算出する。第１仮想検知量は、例えば、操作体がセンサに最も接近又は接触したときに得られる最大静電容量を１００として、算出された静電容量と最大静電容量の割合を１００に乗ずることによって算出する。

次に、第２領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４については、これを挟む２つの第１領域にそれぞれ与えられた第１仮想検知量に対して第１係数Ｍ１を乗じ、その和を第２仮想検知量とする。第１係数Ｍ１は、例えば０．５とする。例えば、第１領域Ａ１１、Ａ１３の第１仮想検知量がそれぞれ１００であった場合、第１領域Ａ１１、Ａ１３に挟まれた第２領域Ａ２１の第２仮想検知量は、第１領域Ａ１１、Ａ１３の第１仮想検知量である１００にそれぞれ第１係数Ｍ１の０．５を乗じて得られる値を足し合わせて１００となる。

第３領域Ａ３１については、これを取り囲む４つの第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４にそれぞれ与えられた第１仮想検知量に対して、第１係数Ｍ１とは異なる第２係数Ｍ２を乗じ、その和を第３仮想検知量とする。第２係数Ｍ２は、次式（Ａ）で与えられる。
Ｍ２＝１／（第３領域を取り囲む第１領域の数） （Ａ）

第３領域Ａ３１は、４つの第１領域で取り囲まれるため、第２係数Ｍ２は０．２５となる。例えば、第１領域Ａ１１、Ａ１３の第１仮想検知量がそれぞれ１００であり、第１領域Ａ１２、Ａ１４の第１仮想検知量がそれぞれ０であった場合、第３領域Ａ３１の第３仮想検知量は、４つの第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４の第１仮想検知量それぞれに第２係数Ｍ２の０．２５を乗じて得られる値を足し合わせて５０となる。

ここで、 第１係数及び第２係数は、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、Ｙ１センサ２４から得られた値を、対象領域までの距離に対応するように換算するために用いている。このような係数を用いることにより、各領域にセンサを配置した場合に得られるであろう検知量を近似的に算出することが可能となっている。この近似計算によれば、図１に示すような９分割又はそれと同程度の数に領域を分割した場合には、実用上十分なレベルで操作体の動きを判別することができる。また、多数のセンサを設ける代わりにセンサの数を４つに抑え、かつ、このような係数を用いることにより、コストの削減及び演算処理の負担を軽減することができる。ここで、上式（Ａ）は、センサが隣接していない第３領域の仮想検知量が、センサが隣接している第１領域の仮想検知量を超えないことを意図しており、これにより演算処理を簡略化している。

また、第１係数又は第２係数を乗じて仮想検知量を算出することにより、センサが隣接する領域だけでなく、操作面１２の全体にわたる検知量の凹凸を表現することが可能となる。このように仮想検知量を算出しない場合には、センサが隣接する領域のみで判別を行うことになるのに対して、操作面１２をセンサの個数以上の数の領域に分割し、第１係数又は第２係数を乗じて仮想検知量を算出するようにすると、各領域にセンサを配置した状態に見立てることが可能となるため、精度の高い判別が可能となる。ここで、適切な第１係数又は第２係数を乗じることによって、センサからの距離に応じて仮想検知量を減衰させることによって、仮想検知量の信頼性の担保を図っている。

以上のように算出された、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量は、領域ごとに、計時部４２から出力された時間情報に対応させて記憶部４３（例えば半導体メモリ）に保存される。

検知量変化算出部３３は、領域ごとに、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量の単位時間あたりの変化量を算出する演算回路である。

判別部３４は、検知量変化算出部３３が算出した、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量の変化に基づいて、ＸＹ平面における操作体の動きを判別する演算回路である。より具体的には、次のように判別処理を行う。まず、判別部３４は、Ｘ方向又はＹ方向において異なる位置にある２つの第１領域に与えられた第１仮想検知量について、時間Ｔ１において一方の第１領域の第１仮想検知量のみが増加したときに操作体がスワイプ動作を開始したと判別する。例えば、Ｘ方向において異なる位置にある、２つの第１領域Ａ１１、Ａ１２のうち、一方の第１領域Ａ１１の第１仮想検知量が増加し、他方の第１領域Ａ１２の第１仮想検知量が変化していない、又は、変化量が十分小さい場合、判別部３４は、操作体が操作面１２の右側の領域に接近し、Ｘ方向において右側からのスワイプ動作が開始されたと判別する。

次に、時間Ｔ１において増加した一方の第１領域の第１仮想検知量が、時間Ｔ１より後の時間Ｔ２において減少し、時間Ｔ２において、Ｘ方向又はＹ方向の他方の第１領域の第１仮想検知量が増加したときに、判別部は、Ｘ方向又はＹ方向において、操作体が一方の第１領域から他方の第１領域へスワイプ動作を行ったと判別する。例えば、上述のように右側からのスワイプ動作が開始されたと判別したケースにおいて、一定時間経過後に、一方の第１領域Ａ１１の第１仮想検知量が減少し、他方の第１領域Ａ１２の第１仮想検知量が増加した場合、判別部３４は、Ｘ方向において、操作面１２の右側から左側へのスワイプ動作が行われたと判別する。

仮想検知量算出部３２による仮想検知量の算出、及び、検知量変化算出部３３による検知量の変化量の算出は、計時部４２から出力される時間情報に基づいて一定の時間間隔（例えば０．０１秒）で実行され、算出結果は算出後直ちに判別部３４へ出力される。判別部３４は、所定時間（例えば２秒）に渡って、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量の変化量が所定範囲内（例えば最大値の５０％未満）にとどまっているときは、操作体の動きの判別を停止する。これにより、誤判別を防ぐことができる。判別を停止した判別部３４は、例えば、次のタイミングで検知量変化算出部３３からデータが入力されたときに、判別を再開する。または、判別を停止したときに操作者に対して操作を促す表示等を行い、操作者が新たな操作を行って第１仮想検知量に変化が生じたときに判別を再開してもよい。

以上の実施形態では、操作面１２を略四角形としていたが、これ以外の形状（例えば楕円形、五角形以上の多角形）でもよい。

また、検知素子としての、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及びＹ１センサ２４は、操作面１２の４辺１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの略中央にそれぞれ配置していたが、Ｘ方向又はＹ方向において同じ位置でなければ、中央以外の位置に配置してもよい。さらにまた、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及びＹ１センサ２４は、ＸＹ座標の原点Ｏに関して、略９０度の角度ずつずらした位置に配置していたが、Ｘ方向又はＹ方向において同じ位置でなければ、９０度以外の等しくない角度で配置してもよい。これにより、検知素子の配置の自由度を上げることができる。

検知素子の数は、３つ又は５つ以上であってもよい。検知素子を３つ設ける場合は、例えば、操作面１２の４辺１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのうちの３辺にそれぞれ１つずつ配置する。検知素子を３つにすることによって、構成を簡素化し、製造コストを下げることができる。検知素子を５つ以上にする場合は、操作面上の領域を細分化し、より精密に操作体の動きを判別できるようになる。

検知素子は、静電容量検知式のほか、赤外線検知方式とすることもできる。赤外線検知方式にする場合は、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及びＹ１センサ２４と同様に、操作面１２の４辺１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの略中央かつ外側の位置にそれぞれ配置し、赤外光を出射する出射部と操作体からの反射光を受光する受光部をそれぞれ設ける。または、受光部を一つとし、出射部の出射タイミングを変えることによって４つの赤外光を一つの受光部で受光するようにしても良い。出射部からの出射光の強度に対する、受光部での受光強度の強度比が操作面１２と操作体の距離に対応することから、操作体がセンサに最も接近又は接触したときに得られる最大の強度比を１００として、算出された強度比と最大強度比の割合を１００に乗ずることによって、第１仮想検知量を算出する。第２仮想検知量及び第３仮想検知量については、上述の実施形態の場合と同様に算出する。

上述の第３領域Ａ３１は、図１に示すように略四角形の領域であって、その４辺が４つの第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４のみに接することによって取り囲まれていた。これに対して、操作面の形状によっては、第３領域の外周の一部が第２領域に接するような形としてもよい。

以下、より具体的な例について説明する。
（１）検知を開始する前に、Ｘ０センサ２１、Ｘ１センサ２２、Ｙ０センサ２３、及びＹ１センサ２４の出力を以下のように正規化する。

まず、各センサを調整して、出力の範囲を１００〜−１００に設定する。各センサからの出力のバラつきをなくすために、例えば同じ距離に操作体が接近したときのＹ０センサ２３からの出力値が、Ｘ０センサ２１からの出力値の２倍であったときは、Ｘ０センサ２１からの出力値を２倍にする、又は、Ｙ０センサ２３からの出力値に１／２を乗ずる。

（２）各領域の仮想検知量は以下の式（Ｂ）〜（Ｊ）で算出する。以下の計算では第１係数Ｍ１を１／２としており、第２係数Ｍ２を１／４としている。

図３に示すように、Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１は、第１領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４の第１仮想検知量、Ｘ０Ｙ０、Ｘ０Ｙ１、Ｘ１Ｙ０、Ｘ１Ｙ１は第２領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４の第２仮想検知量、Ｘ０１Ｙ０１は第３領域Ａ３１の第３仮想検知量である。図３は、操作面の各領域と仮想検知量の対応を示す平面図である。

ここで、時間Ｔｎにおける仮想検知量は、添字として（ｎ）を付して表し、例えば第１領域Ａ１１の時間Ｔｎにおける第１仮想検知量はＸ０_（ｎ）、時間Ｔｎより前の時間Ｔｎ−１における仮想検知量はＸ０_{（ｎ−１）}と表す。時間Ｔｎ−１から時間Ｔｎまでの各検知量の変化量は、各検知量の添字を＿ｄｉｆｆ（ｎ）として、例えば第１領域Ａ１１の時間Ｔｎ−１から時間Ｔｎまで第１仮想検知量の変化量はＸ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ）と表す。

Ｘ０_（ｎ） ＝ Ｘ０_{（ｎ−１）} ＋ Ｘ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ） （Ｂ）
Ｘ１_（ｎ） ＝ Ｘ１_{（ｎ−１）} ＋ Ｘ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ） （Ｃ）
Ｙ０_（ｎ） ＝ Ｙ０_{（ｎ−１）} ＋ Ｙ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ） （Ｄ）
Ｙ１_（ｎ） ＝ Ｙ１_{（ｎ−１）} ＋ Ｙ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ） （Ｅ）
Ｘ１Ｙ１_（ｎ） ＝ Ｘ１Ｙ１_{（ｎ−１）} ＋ （Ｘ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ ＋ （Ｙ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ （Ｆ）
Ｘ０Ｙ１_（ｎ） ＝ Ｘ０Ｙ１_{（ｎ−１）} ＋ （Ｘ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ ＋ （Ｙ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ （Ｇ）
Ｘ０Ｙ０_（ｎ） ＝ Ｘ０Ｙ０_{（ｎ−１）} ＋ （Ｘ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ ＋ （Ｙ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ （Ｈ）
Ｘ１Ｙ０_（ｎ） ＝ Ｘ１Ｙ０_{（ｎ−１）} ＋ （Ｘ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ ＋ （Ｙ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／２ （Ｉ）
Ｘ０１Ｙ０１_（ｎ） ＝ Ｘ０１Ｙ０１_{（ｎ−１）} ＋ （Ｘ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／４ ＋ （Ｘ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／４ ＋ （Ｙ０＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／４ ＋ （Ｙ１＿ｄｉｆｆ_（ｎ））／４ （Ｊ）

図４は、操作面の各領域における仮想検知量の算出結果の例を示す平面図であって、（Ａ）、（Ｃ）は操作者が操作をしていない初期状態を示し、（Ｂ）はＸ０センサ２１に操作体が近づいたときの仮想検知量、（Ｄ）はＸ０センサ２１とＹ０センサ２３に操作体が近づいたときの仮想検知量を示す。

図４（Ｂ）に示すように、Ｘ０センサ２１に操作体が近づいて第１領域Ａ１１の仮想検知量Ｘ０が１００になったときは、上式（Ｇ）、（Ｈ）により第２領域Ａ２１、Ａ２２の仮想検知量は５０となり、上式（Ｊ）により第３領域Ａ３１の仮想検知量は２５となる。

また、図４（Ｄ）に示すように、Ｘ０センサ２１とＹ０センサ２３に操作体が近づいて第１領域Ａ１１、Ａ１３の仮想検知量Ｘ０、Ｙ０がそれぞれ１００になったときは、上式（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）により第２領域Ａ２２、Ａ２１、Ａ２３の仮想検知量はそれぞれ５０、１００、５０となり、上式（Ｊ）により第３領域Ａ３１の仮想検知量は５０となる。

ここで、図５は、図４（Ｂ）に示す算出結果を立体的に表示した図であり、Ｚ軸は仮想検知量を示し、Ｘ軸とＹ軸は図４（Ｂ）の横方向と縦方向に対応している。図５に示すように、仮想検知量は領域Ａ１１が最大であり、次に領域Ａ２１、Ａ２２、さらに領域Ａ３１、さらにそれ以外の領域の順に低下した形状となっており、領域Ａ１１に隣接するＸ０センサ２１が反応したことが分かる。図４（Ｄ）に示す場合も同様であって、領域Ａ１１に隣接するＸ０センサ２１と領域Ａ１３に隣接するＹ０センサ２３が反応したことが分かる。

（３）スワイプ動作の判別は、基本的には、各領域の仮想検知量の変化を操作体の動きとして捉える。

例えば、初めに第１領域Ａ１１近辺の仮想検知量が増加し、次に第１領域Ａ１１近辺の仮想検知量が減少し、かつ、第１領域Ａ１２近辺の仮想検知量が増加し、さらに次の時間に第１領域Ａ１２近辺の仮想検知量が減少した場合は、右側から左側へのスワイプ動作であると判別する。

（４）誤った判別や判別不能となることを防ぐためには、以下の条件を加えることが好ましい。なお、以下の各式（Ｋ）〜（Ｐ）における係数は、検知素子による検知条件や仮想検知量の算出条件等に応じて任意に設定することができる。

（４−１）判別開始条件として以下の条件（ｉ）、（ｉｉ）を加えることが好ましい。これにより、操作体の移動方向を正しく特定することができる。

（ｉ）移動元の第１領域と移動先の第１領域が次式（Ｋ）を満たす。
移動元の第１領域の第１仮想検知量＞移動先の第１領域の第１仮想検知量×２．５ （Ｋ）

（ｉｉ）移動方向において対になる、移動元の第２領域と移動先の第２領域のいずれかが次式（Ｌ）を満たす。
移動元の第２領域の第２仮想検知量＞移動先の第２領域の第２仮想検知量×２．０ （Ｌ）

例えば、右から左側へのスワイプ動作の場合は、
上式（Ｋ）は、「Ｘ０_（ｎ）＞（Ｘ１_（ｎ）×２．５）」となり、
上式（Ｌ）は、「（Ｘ０Ｙ１_（ｎ）＞Ｘ１Ｙ１_（ｎ）×２．０）」又は「（Ｘ０Ｙ０_（ｎ）＞Ｘ１Ｙ０_（ｎ）×２．０）」となる。

この条件を用いることにより、右から左側へのスワイプ動作の判別開始時に、上下方向のスワイプ動作が開始されたものと誤判別することを防ぐことができる。

（４−２）移動開始後の移動方向を特定するための条件として、以下の条件（ｉｉｉ）、（ｉｖ）を加えることが好ましい。

（ｉｉｉ）移動元の第１領域と移動先の第１領域が次式（Ｍ）を満たす。
移動先の第１領域の第１仮想検知量＞移動元の第１領域の第１仮想検知量×２．５ （Ｍ）

（ｉｖ）移動方向において対になる、移動元の第２領域と移動先の第２領域のいずれかが次式（Ｎ）を満たす。
移動先の第２領域の第２仮想検知量＞移動元の第２領域の第２仮想検知量×２．０ （Ｎ）

例えば、右から左側へのスワイプ動作の場合は、
上式（Ｍ）は、「Ｘ１_（ｎ）＞（Ｘ０_（ｎ）×２．５）」となり、
上式（Ｎ）は、「（Ｘ１Ｙ１_（ｎ）＞Ｘ０Ｙ１_（ｎ）×２．０）」又は「（Ｘ１Ｙ０_（ｎ）＞Ｘ０Ｙ０_（ｎ）×２．０）」となる。

（４−３）スワイプ動作後も操作体が操作面から外れない場合がある。例えば、指を上から下へ移動させた後に操作面上から指が外れてスワイプ動作は終わったものの、操作者の腕が操作面上に残る場合である。スワイプ動作を行っているときに指は操作面に近い位置にあり、スワイプ動作後に操作面上に残っている腕は操作面から遠ざかる傾向にあることを考慮して、以下の条件式（Ｏ）を用いた判断を加えることによって、このような場合にも、誤判別の発生を抑え、スワイプ動作の終了時間をより正確に検知することができる。

移動方向における全ての第１領域の第１仮想検知量＞移動先の第１領域の第１仮想検知量×１．５ （Ｏ）

例えば、下から上側へのスワイプ動作の場合は、
上式（Ｏ）は、「Ｙ０の最大値とＹ１の最大値の大きい方の値＞最新のＹ１×１．５」となる。

（４−４）同時に複数方向のスワイプ動作であると判別してしまう場合がある。例えば、操作面に指を立てた状態で、操作面の若干右下から左上側へ移動させた場合、操作者が右から左へのスワイプ動作を意図しているにも拘わらず、右から左へのスワイプ動作と下から上へのスワイプ動作を判別してしまう。これに対して、指を立てるのではなく手を操作面の右下から左上側へ移動させた場合は、手が操作面の広い面積を通過するため、右から左へのスワイプ動作であると判別する。

同時に複数方向のスワイプ動作であると判別してしまう場合には、以下の条件式（Ｐ）を用いた判断を加えることにより、一方のスワイプ動作に特定することが可能となる。

一方の移動方向における全ての第１領域の第１仮想検知量についての（最大値−最小値）×１．５≧他方の移動方向における全ての第１領域の第１仮想検知量についての（最大値−最小値） （Ｐ）

より具体的には、次式（Ｐ１）を満たす場合は右から左へのスワイプ動作であると判別する。
｛（Ｘ０又はＸ１）の最大値−（Ｘ０又はＸ１）の最小値｝×１．５≧｛（Ｙ０又はＹ１）の最大値−（Ｙ０又はＹ１）の最小値｝ （Ｐ１）

一方、次式（Ｐ２）を満たす場合は下から上へのスワイプ動作であると判別する。
｛（Ｙ０又はＹ１）の最大値−（Ｙ０又はＹ１）の最小値｝×１．５≧｛（Ｘ０又はＸ１）の最大値−（Ｘ０又はＸ１）の最小値｝ （Ｐ２）

さらに、上式（Ｐ１）、（Ｐ２）を同時に満たした場合は、右下から左上へのスワイプ動作（斜め方向への移動）と判別する。

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
４つの検知素子の検出結果を複合的に利用した仮想検知量を算出可能とする、第１領域、第２領域、及び第３領域を操作面１２上に配置していることから、従来のように操作面の各領域に直接配置された検知素子の結果を領域ごとに直接参照するよりも、各領域について操作体の動きが検出結果に与える影響が小さくなる。このため、個々の領域における誤検知の可能性が小さくなることから、操作者の意図に即した検出を行うことが可能となる。別言すると、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量を算出し、これらの単位時間あたりの変化量に基づいて操作体の動きを判別しているため、操作体が複数の領域に略同時に接近したとしても操作体の動きを正しく検知できることから、操作者の指や手の動きに拘わらず、操作者の意図した入力結果を得ることが可能となる。

操作面全面に検知素子を配置する必要がないことから、低コストで入力装置を構成することができる。

また、第１領域の仮想検知量は、隣接する検知素子の検知結果に対応するため、操作体の動きをより確実に判別することが可能となる。

操作面の中央で手を上下又は左右に小刻みに動かすような動作があっても、第１仮想検知量、第２仮想検知量、及び、第３仮想検知量の変化量が所定範囲内にとどまっているときは、操作体の動きの判別を停止するため、誤判別することが少ない。

操作体が操作面の中央を通らずに端部に沿って移動した場合、例えば操作面１２の下辺１２Ｃに沿って指を移動したような場合であっても、操作面の外周部に配置された検知素子によって検知可能であるため、スワイプ動作の方向を判別することができる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る入力装置は、操作面に対して非接触で移動する操作体の動きを正しく検知できるため、上下左右のスワイプ動作を検知可能であり、エアジェスチャの実現に有用である。

１０ 入力装置
１２ 操作面
２１ Ｘ０センサ（検知素子）
２２ Ｘ１センサ（検知素子）
２３ Ｙ０センサ（検知素子）
２４ Ｙ１センサ（検知素子）
３０ 演算部
３１ 静電容量算出部
３２ 仮想検知量算出部
３３ 検知量変化算出部
３４ 判別部
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４ 第１領域
Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４ 第２領域
Ａ３１ 第３領域

Claims (12)

1. ＸＹ平面に配置された操作面と、
   操作体との距離に応じて出力が変化する、３つ以上の検知素子と、
   を備え、
   前記検知素子は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて所定の間隔をあけて、前記操作面の外周部に配置され、
   前記操作面は、
   それぞれの前記検知素子に隣接する第１領域と、
   互いに近接する２つの前記第１領域の間に配置された第２領域と、
   全ての前記第１領域に取り囲まれた第３領域と、
   を有し、
   前記第１領域には、隣接する前記検知素子による検知結果に応じて定まる第１仮想検知量がそれぞれ与えられ、
   前記第２領域には、これを挟む２つの前記第１領域にそれぞれ与えられた前記第１仮想検知量に対して第１係数Ｍ１を乗じ、その和が第２仮想検知量としてそれぞれ与えられ、
   前記第３領域には、これを取り囲む前記第１領域にそれぞれ与えられた前記第１仮想検知量に対して、前記第１係数Ｍ１とは異なる第２係数Ｍ２を乗じ、その和が第３仮想検知量としてそれぞれ与えられ、
   前記第１仮想検知量、前記第２仮想検知量、及び、前記第３仮想検知量の変化に基づいて、前記ＸＹ平面における前記操作体の動きを判別する判別部をさらに備えることを特徴とする入力装置。
2. 前記検知素子は、前記ＸＹ平面上の所定の１点に対して略９０度ずつずらした位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記操作面は、前記ＸＹ平面において略四角形をなしており、
   前記検知素子は、前記操作面の４辺にそれぞれ１つずつ配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の入力装置。
4. 前記第１係数Ｍ１は０．５であり、
   前記第２係数Ｍ２は、次式（Ａ）で与えられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の入力装置。
   Ｍ２＝１／（前記第３領域を取り囲む前記第１領域の数） （Ａ）
5. 前記検知素子は静電容量検知素子である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の入力装置。
6. 前記判別部は、前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向において異なる位置にある２つの前記第１領域に与えられた前記第１仮想検知量について、時間Ｔ１において一方の前記第１領域の前記第１仮想検知量のみが増加したときに前記操作体がスワイプ動作を開始したと判別することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の入力装置。
7. 前記時間Ｔ１において増加した前記一方の第１領域の前記第１仮想検知量が、前記時間Ｔ１より後の時間Ｔ２において減少し、
   前記時間Ｔ２において、前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向の他方の前記第１領域の前記第１仮想検知量が増加したときに、
   前記判別部は、前記Ｘ方向又は前記Ｙ方向において、前記操作体が前記一方の第１領域から前記他方の第１領域へスワイプ動作を行ったと判別する
   ことを特徴とする請求項６に記載の入力装置。
8. 所定時間に渡って、前記第１仮想検知量、前記第２仮想検知量、及び、前記第３仮想検知量の変化量が所定範囲内にとどまっているときは、
   前記判別部は、前記操作体の動きの判別を停止する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の入力装置。
9. 前記判別部は、以下の式（Ｋ）、（Ｌ）を満たしたときに判別を開始することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
   移動元の前記第１領域の前記第１仮想検知量＞移動先の前記第１領域の前記第１仮想検知量×２．５ （Ｋ）
   移動元の前記第２領域の前記第２仮想検知量＞移動先の前記第２領域の前記第２仮想検知量×２．０ （Ｌ）
10. 前記判別部は、以下の式（Ｍ）、（Ｎ）に基づいて移動方向を特定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
    移動先の前記第１領域の前記第１仮想検知量＞移動元の前記第１領域の前記第１仮想検知量×２．５ （Ｍ）
    移動先の前記第２領域の前記第２仮想検知量＞移動元の前記第２領域の前記第２仮想検知量×２．０ （Ｎ）
11. 前記判別部は、以下の式（Ｏ）に基づいてスワイプ動作の終了を判別することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
    移動方向における全ての前記第１領域の前記第１仮想検知量＞移動先の前記第１領域の前記第１仮想検知量×１．５ （Ｏ）
12. 前記判別部は、以下の式（Ｐ）に基づいてスワイプ方向を特定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
    一方の移動方向における全ての前記第１領域の前記第１仮想検知量についての（最大値−最小値）×１．５≧他方の移動方向における全ての前記第１領域の前記第１仮想検知量についての（最大値−最小値） （Ｐ）