JP2023119599A - ジェスチャ判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小形化に対応可能なジェスチャ判定装置を提供する。【解決手段】ジェスチャ判定装置は、配線板上に平行に設けられた複数の電極と、前記複数の電極の各々を介して複数の静電容量を測定する測定回路と、測定された前記複数の静電容量から被検出体のジェスチャを判定する判定部とを含み、前記判定部は、前記複数の静電容量のうちのいずれか１つが第１閾値以上になったときの前記複数の静電容量と、前記全ての静電容量が前記第１閾値以下の第２閾値未満になったときの前記複数の静電容量とから、被検出体のジェスチャを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ジェスチャ判定装置に関する。

従来より、装置本体と、前記装置本体の検出位置に設けられ、検出電極と駆動電極との間で静電容量を形成する２以上の検出電極／駆動電極対と、前記２以上の検出電極／駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量の変化量から被検出体のモーション検出を行う検出手段と、前記検出電極／駆動電極対に対する接続を切り替える切り替え手段と、を具備する静電容量式モーション検出装置がある。前記２以上の検出電極／駆動電極対で囲まれた領域には表示装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００８／０９３６８３号

ところで、静電容量式モーション検出装置は、２以上の検出電極／駆動電極対で囲まれた領域に表示装置が設けられているため、２以上の検出電極／駆動電極対で囲まれた領域を小形化することは開示していない。

そこで、小形化に対応可能なジェスチャ判定装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態のジェスチャ判定装置は、配線板上に平行に設けられた複数の電極と、前記複数の電極の各々を介して複数の静電容量を測定する測定回路と、測定された前記複数の静電容量から被検出体のジェスチャを判定する判定部とを含み、前記判定部は、前記複数の静電容量のうちのいずれか１つが第１閾値以上になったときの前記複数の静電容量と、前記全ての静電容量が前記第１閾値以下の第２閾値未満になったときの前記複数の静電容量とから、被検出体のジェスチャを判定する。

小形化に対応可能なジェスチャ判定装置を提供することができる。

実施形態のジェスチャ判定装置１００を示す図である。 電極１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａの配置を示す図である。 ジェスチャ判定装置１００がジェスチャを判定する方法を説明する図である。 ジェスチャ判定装置１００がジェスチャを判定する方法を説明する図である。 コンピュータ１２０Ａが実行する処理を示すフローチャートである。 実施形態の変形例によるジェスチャ判定装置１００Ｍを示す図である。 ジェスチャ判定装置１００Ｍのコンピュータ１２０Ａが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明のジェスチャ判定装置を適用した実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、実施形態のジェスチャ判定装置１００を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、平面視とはＸＹ面視のことであり、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

ジェスチャ判定装置１００は、配線板１０、電極１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ、及び、ジェスチャ検出部１２０を含む。ここでは、図１に加えて図２を用いてジェスチャ判定装置１００の構成について説明する。図２は、電極１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａの配置を示す図である。

配線板１０は、Ｘ方向に長手方向を有する平面視で長方形状の絶縁体製のシートである。配線板１０は、配線基板であってもよい。また、配線板１０は、平面視で長方形状である。配線板１０は、平面視で長方形状ではなくてもよいが、長方形状ではない場合には、図１に配線板１０として示すような長方形状の領域を有していればよい。

電極１１０Ａ～１１３Ａは、一例として銅又はアルミニウム等の金属製であり、配線板１０の上面に形成されている。電極１１０Ａ～１１３Ａは、配線板１０の上面の中央の長方形状の領域１１を囲むように、配線板１０の四辺に沿って配置されている。電極１１０Ａは領域１１の＋Ｙ方向側に位置し、電極１１１Ａは領域１１の－Ｙ方向側に位置し、電極１１２Ａは領域１１の－Ｘ方向側に位置し、電極１１３Ａは領域１１の＋Ｘ方向側に位置している。

電極１１０Ａ～１１３Ａは、配線板１０上に平行に設けられた複数の電極の一例である。具体的には、電極１１０Ａと電極１１１Ａとが対向しており、平行である。電極１１２Ａと電極１１３Ａとが対向しており、平行である。電極１１０Ａ及び１１１Ａは、ともにＸ軸に平行な長手方向を有する長方形状の電極である。電極１１２Ａ及び１１３Ａは、ともにＹ軸に平行な長手方向を有する長方形状の電極である。電極１１０Ａ～１１３Ａは、配線板１０と相似形で配線板１０よりも少し小さい長方形の四辺に相当する位置に設けられている。＋Ｘ方向（右方向）、－Ｘ方向（左方向）、＋Ｙ方向（前方向）、－Ｙ方向（後ろ方向）のジェスチャを検出可能にするためである。

電極１１０Ａ及び１１１Ａは、Ｘ方向における位置が等しく互いに等しいサイズを有する。電極１１２Ａ及び１１３Ａは、Ｙ方向における位置が等しく互いに等しいサイズを有する。電極１１０Ａと、電極１１２Ａとは、Ｘ方向において重複する区間を有さず、Ｙ方向においても重複する区間を有しない。同様に電極１１０Ａと、電極１１３Ａとは、Ｘ方向にも、Ｙ方向にも重複する区間を有しない。電極１１１Ａと、電極１１２Ａとは、Ｘ方向にも、Ｙ方向にも重複する区間を有しない。電極１１１Ａと、電極１１３Ａとは、Ｘ方向にも、Ｙ方向にも重複する区間を有しない。すなわち、電極１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａは、配線板１０の中央の領域１１と、四隅の角部の領域１２との内部には設けられていない。四隅の角部の領域１２に電極１１０Ａ～１１３Ａを設けていないため、斜め方向のジェスチャが行われても、斜め方向のジェスチャがＸ方向、または、Ｙ方向のどちらに近いジェスチャであるかを正確に検出できる。

ここで、電極１１０Ａ～１１３Ａは、一例として、自己容量方式で利用者の手との間に生じる静電容量を測定するために用いられる。ジェスチャ判定装置１００は、電極１１０Ａ～１１３Ａの各々を介してジェスチャ検出部１２０の測定回路１２１によって測定される静電容量に基づいて、判定部が利用者の手のジェスチャを判定する装置である。利用者の手は被検出体の一例であるが、被検出体は利用者の手に限らず、足、脚、又は利用者が保持する導電体製の物体（例えば、金属棒）等であってもよい。なお、電極１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａを特に区別しない場合には単に電極１１０と称す。

ジェスチャ検出部１２０は、測定回路１２１、判定部１２２、メモリ１２３、及び切り替え回路１２４を有する。ジェスチャ検出部１２０のうち、測定回路１２１、判定部１２２、及びメモリ１２３は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータ１２０Ａによって実現される。

測定回路１２１、判定部１２２は、コンピュータ１２０Ａが実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１２３は、コンピュータ１２０Ａのメモリを機能的に表したものである。測定回路１２１、判定部１２２、及びメモリ１２３は、コンピュータ１２０Ａの内部のバス等によってデータ通信可能に接続されている。また、測定回路１２１は、コンピュータ１２０Ａの外部の切り替え回路１２４に接続されている。

測定回路１２１は、電極１１０Ａ～１１３Ａの各静電容量を測定する。測定回路１２１は、電極１１０Ａ～１１３Ａに手Ｈが近づくと、電極の静電容量が変化することを利用して、手Ｈの近接を検知する周知の回路である。静電容量は、直接、測定できないので、電流や電圧を測定し、静電容量を算出する。測定回路１２１は、電極１１０Ａ～１１３Ａの各々を介して測定する４つの測定値が検出閾値未満のときに、電極１１０Ａ～１１３Ａの各々を介して時系列的に複数回測定して得る測定値の平均値を電極１１０Ａ～１１３Ａの各々について求める。そして、測定回路１２１は、求めた平均値を電極１１０Ａ～１１３Ａの各々について静電容量を測定する際の基準値として設定する。

検出閾値とは、被検出体が近くに無い場合に測定される測定値の上限であり、予め設定されてメモリ１２３に格納されている。検出閾値は、電極１１０Ａ～１１３Ａについて共通の値であってもよいし、電極１１０Ａ～１１３Ａの各々について別々に設定されていてもよい。基準値は、電極１１０Ａ～１１３Ａについて別個独立的に求められる値であり、電極１１０Ａ～１１３Ａの近くに手Ｈが存在しない状態で、測定回路１２１が電極１１０Ａ～１１３Ａを測定した測定値の平均である。基準値は、ノイズ等の影響を排除するために用いられる。

そして、測定回路１２１は、電極１１０Ａ～１１３Ａの各測定値が得られると、得られた測定値から基準値を減算した値を電極１１０Ａ～１１３Ａの各静電容量として出力する。ここで、電極１１０Ａ～１１３Ａの各々を測定した測定値と基準値との差をそれぞれ、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３として算出する。以下では、測定値と基準値との差から算出される値を静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と称す。正確に言うと、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、基準値に対する静電容量の変化量である。

判定部１２２は、測定回路１２１から得られる静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に基づいてジェスチャ（の種類）を判定する。判定部１２２がジェスチャを判定する際の条件や、具体的な判定方法については、図３及び図４を用いて後述する。

メモリ１２３は、コンピュータ１２０Ａが実行するプログラムやデータを格納する。このため、測定回路１２１から得られる静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３や、判定部１２２によるジェスチャの判定結果もメモリ１２３に格納される。

切り替え回路１２４は、電極１１０Ａ～１１３Ａと測定回路１２１との間の接続を切り替えるマルチプレクサである。

図３及び図４は、ジェスチャ判定装置１００がジェスチャを判定する方法を説明する図である。ここで、ジェスチャとは、ジェスチャ判定装置１００の利用者が電極１１０Ａ～１１３Ａに触れることなく、手振り等によってジェスチャ判定装置１００に指令を入力することをいう。ジェスチャ判定装置１００は、利用者のジェスチャを判定する。

例えば、利用者は、図３に手Ｈと破線の矢印で示すように、電極１１０Ａ～１１３Ａの外部の－Ｘ方向側から電極１１０Ａ～１１３Ａの内部を通って電極１１０Ａ～１１３Ａの＋Ｘ方向側に向かって右方向に手を振るジェスチャを行うことができる。また、利用者は、図３に示すジェスチャとはＸ方向において反対方向に、左方向に手を振るジェスチャを行うことができる。

また、利用者は、図４に手Ｈと破線の矢印で示すように、電極１１０Ａ～１１３Ａの外部の－Ｙ方向側から電極１１０Ａ～１１３Ａの内部を通って電極１１０Ａ～１１３Ａの＋Ｙ方向側に向かって前方向に手を振るジェスチャを行うことができる。また、利用者は、図４に示すジェスチャとはＹ方向において反対方向に、後方向に手を振るジェスチャを行うことができる。

ジェスチャ判定装置１００の判定部１２２は、右方向に手を振るジェスチャ、左方向に手を振るジェスチャ、前方向に手を振るジェスチャ、及び、後方向に手を振るジェスチャをすべて判別し、ジェスチャを判定する。

判定部１２２は、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときに、手Ｈが平面視で電極１１０Ａ～１１３Ａの外部から近づいてきたと判定し、そのときの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をメモリ１２３に格納する。ここで、第１閾値ＴＨ１は、検出閾値よりも大きく、電極１１０Ａ～１１３Ａに手Ｈがある程度近づいた状態であるかどうかを判定するための値である。

電極１１０Ａ～１１３Ａの近くに手Ｈが存在していない状態では、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の全てが第１閾値ＴＨ１以下になる。例えば図３のように電極１１２Ａに－Ｘ方向側から手Ｈが近づいて来たときは、電極１１０２Ａを介して測定回路１２１によって測定される静電容量Ｃ２の値が最初に第１閾値ＴＨ１よりも大きくなる。同様に図４のように電極１１１Ａに－Ｙ方向側から手Ｈが近づいて来たときには、電極１１１Ａを介して測定回路１２１によって測定される静電容量Ｃ１の値が最初に第１閾値ＴＨ１よりも大きくなる。

また、判定部１２２は、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になった後に、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のすべてが第１閾値ＴＨ１以下の第２閾値ＴＨ２未満になったときの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をメモリ１２３に格納する。静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のすべてが第２閾値ＴＨ２未満になったときは、すべての電極１１０Ａ～１１３Ａから手Ｈがある程度遠ざかったことを表すからである。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１以下の値である。第１閾値ＴＨ１と、第２閾値ＴＨ２は、同じ値でも良い。ノイズの多い環境では、第２閾値を第１閾値未満にすることで、誤検出を抑制できる。進入するときの第１閾値ＴＨ１よりも、進出するときの第２閾値ＴＨ２を小さくすることは、所謂チャタリング防止対策として、電気回路やソフトウェアで周知の技術である。

被検出体がある高さで移動すると、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が第１閾値ＴＨ１になる位置は、図２の１１０Ａ１～１１３Ａ１で示される。よって、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つのみが第１閾値ＴＨ１以上になったとき、被検出体は、１１０Ａ１～１１３Ａ１を合わせた図形の輪郭１１５Ａ１に位置する。この位置を進入座標（Ｘｉｎ、Ｙｉｎ）として、ジェスチャ判断に用いる。第１閾値ＴＨ１と第２閾値ＴＨ２が等しい場合において、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の全てが第２閾値ＴＨ２未満となったときの被検出体は、１１０Ａ１～１１３Ａ１を合わせた図形の輪郭１１５Ａ１のすぐ外側に位置する。ジェスチャ操作を検出すべき上限の高さで、被検出体を移動した場合において、静電容量Ｃ０が第２閾値ＴＨ２以上になる領域１１０Ａ１と、静電容量Ｃ１が第２閾値ＴＨ２以上になる領域１１１Ａ１とが重なるようにしている。この為、ジェスチャ操作を検出する高さでは、輪郭１１５Ａ１の内部で、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の内、少なくとも１つが第２閾値ＴＨ２以上になる。即ち、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の全てが第２閾値ＴＨ２未満になったとき、被検出体は、輪郭１１５Ａ１の外側に位置する。尚、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったとき、全ての静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は検出閾値以上になるように設計する。よって、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったとき、全ての静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を測定可能である。同様に、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の全てが第２閾値ＴＨ２未満となったとき、全ての静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は検出閾値以上になるように設計する。よって、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちの全てが第２閾値ＴＨ２未満になったとき、全ての静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を測定可能である。即ち、輪郭１１５Ａ１に被検出体が位置するとき、全ての静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を測定可能である。よって、輪郭１１５Ａ１に被検出体が位置するとき、被検出体の位置を特定できる。輪郭１１５Ａ１上の２点を用いて、ジェスチャを判断するので、ジェスチャで手Ｈを動かす範囲内に輪郭１１５Ａ１が収まるように第１閾値ＴＨ１と第２閾値ＴＨ２とを設定する。

判定部１２２は、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、全ての静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が第２閾値未満になったときの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とから、手Ｈのジェスチャを判定する。より具体的には、判定部１２２は、次のようにしてジェスチャを判定する。

判定部１２２は、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３としてメモリ１２３に格納する。電極１１０Ａ～１１３Ａから離れた位置から手Ｈが近づいて来て、電極１１０Ａ～１１３Ａの何れかに近づいたときの進入座標を求めるために、静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３をメモリ１２３に格納する。進入座標は、図２の輪郭１１５Ａ１に入ったときの座標である。また、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域とは、領域１１と、電極１１０Ａ～１１３Ａが存在する領域とを合わせた領域であり、平面視で電極１１０Ａ～１１３Ａの外側の縁によって囲まれる領域である。

そして、判定部１２２は、メモリ１２３に格納した静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３と、次式（１）とに基づいて、手Ｈがいずれかの電極１１０Ａ～１１３Ａに近づいたときの進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）を求める。
（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）＝（Ｃｉｎ３／（Ｃｉｎ３＋Ｃｉｎ２），Ｃｉｎ０／（Ｃｉｎ０＋Ｃｉｎ１）） （１）

電極１１２Ａ及び１１３Ａは、電極１１０Ａ～１１３ＡのうちＸ方向の両側に配置されており、電極１１０Ａ及び１１１Ａは、電極１１０Ａ～１１３ＡのうちＹ方向の両側に配置されている。電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域内へは、Ｘ方向では電極１１２Ａ又は１１３Ａを跨いで進入することを想定しており、Ｙ方向では電極１１０Ａ又は１１１Ａを跨いで進入することを想定している。なお、電極１１２Ａ又は１１３Ａを跨いでいれば、Ｘ方向に対して斜め方向に手Ｈを動かすジェスチャであってもよく、電極１１０Ａ又は１１１Ａを跨いでいれば、Ｙ方向に対して斜め方向に手Ｈを動かすジェスチャであってもよい。

式（１）は、電極１１２Ａ及び１１３Ａから得られる静電容量Ｃｉｎ２及びＣｉｎ３の和に対する静電容量Ｃｉｎ３の比で進入座標のＸ座標を求め、電極１１０Ａ及び１１１Ａから得られる静電容量Ｃｉｎ０及びＣｉｎ１の和に対する静電容量Ｃｉｎ０の比でＹ座標を求める式である。Ｘ座標についての分子を静電容量Ｃｉｎ３にしているのは、＋Ｘ方向を基準にしているからであり、Ｙ座標についての分子を静電容量Ｃｉｎ０にしているのは、＋Ｙ方向を基準にしているからである。

進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）は、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の外側の点の座標として求められる。例えば図３の－Ｘ方向側の手Ｈのように電極１１２Ａに－Ｘ方向側から手Ｈが近づいて来たときや、図４の－Ｙ方向側の手Ｈのように電極１１１Ａに－Ｙ方向側から手Ｈが近づいて来たときのように、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の外側から進入するため、進入座標は、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の外側の領域になる。

また、判定部１２２は、メモリ１２３に格納した静電容量Ｃｏｕｔ０、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２、Ｃｏｕｔ３と、次式（２）とに基づいて手Ｈが電極１１０Ａ～１１３Ａの何れからも離れた進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）を求める。
（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）＝（Ｃｏｕｔ３／（Ｃｏｕｔ３＋Ｃｏｕｔ２），Ｃｏｕｔ０／（Ｃｏｕｔ０＋Ｃｏｕｔ１）） （２）

ジェスチャ操作を検出可能な高さにおいて、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が第１閾値ＴＨ１になる輪郭の内部では、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の何れかが１つ以上が必ず第２閾値ＴＨ２以上になる。この為、進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）は、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれた領域の外側になる。電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の内部から外部への進出は、Ｘ方向では電極１１２Ａ又は１１３Ａを跨いで進出することを想定しており、Ｙ方向では電極１１０Ａ又は１１１Ａを跨いで進出することを想定している。このため、式（２）は、式（１）と同様の構成を有し、式（１）の静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３を静電容量Ｃｏｕｔ０、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２、Ｃｏｕｔ３に入れ替えた構成を有する。

判定部１２２は、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下で、かつ、Ｙｏｕｔ－Ｙｉｎで求まる値が０以上であれば、ジェスチャは前方向であると判定する。Ｘ方向よりもＹ方向の入力座標と出力座標の差が大きいことからＹ方向のジェスチャである。また、式（１）、（２）のＹｉｎ、Ｙｏｕｔは、分子にＣ０を用いて＋Ｙ方向を基準にして表されるため、ＹｏｕｔがＹｉｎ以上になる場合は、Ｙｉｎの値が比較的小さく、Ｙｏｕｔの値が比較的大きくなる場合である。このような場合に相当するのは、電極１１１Ａから電極１１０Ａに向かうジェスチャである。このため、判定部１２２は前方向と判定する。

また、判定部１２２は、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下で、かつ、Ｙｏｕｔ－Ｙｉｎの値が０以上でなければ、ジェスチャは後方向であると判定する。Ｘ方向よりもＹ方向の入力座標と出力座標の差が大きいことからＹ方向のジェスチャであり、かつ、ＹｏｕｔがＹｉｎ未満になるのは、電極１１０Ａから電極１１１に向かうジェスチャである。このため、判定部１２２は後方向と判定する。

また、判定部１２２は、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下ではなく、かつ、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの値が０以上であれば、ジェスチャは右方向であると判定する。Ｘ方向よりもＹ方向の入力座標と出力座標の差が小さいことからＸ方向のジェスチャである。また、式（１）、（２）のＸｉｎ、Ｘｏｕｔは、分子にＣ３を用いて＋Ｘ方向を基準にして表されるため、ＸｏｕｔがＸｉｎ以上になる場合は、Ｘｉｎの値が比較的小さく、Ｘｏｕｔの値が比較的大きくなる場合である。このような場合に相当するのは、電極１１２Ａから電極１１３Ａに向かうジェスチャである。このため、判定部１２２は右方向と判定する。

また、判定部１２２は、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下ではなく、かつ、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの値が０以上でなければ、ジェスチャは左方向であると判定する。Ｘ方向よりもＹ方向の入力座標と出力座標の差が小さいことからＸ方向のジェスチャであり、かつ、ＸｏｕｔがＸｉｎ未満になるのは、電極１１３Ａから電極１１２Ａに向かうジェスチャである。このため、判定部１２２は左方向と判定する。

図５は、コンピュータ１２０Ａが実行する処理を示すフローチャートである。図５に示す処理は、電極１１０Ａ～１１３Ａの各静電容量の内、１つ以上の測定値が検出閾値以上になるとスタートする。スタートした時点では、全ての静電容量Ｃ０～Ｃ３が第１閾値ＴＨ１未満である。

測定回路１２１は、静電容量Ｃ０～Ｃ３を算出する（ステップＳ１）。静電容量Ｃ０～Ｃ３はメモリ１２３に格納される。

判定部１２２は、ステップＳ１で算出された静電容量Ｃ０～Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。進入座標が得られるかどうかを判定するためである。

判定部１２２は、ステップＳ１で算出された静電容量Ｃ０～Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上である（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ２で判定された静電容量Ｃ０～Ｃ３をそれぞれ静電容量Ｃｉｎ０～Ｃｉｎ３に設定する（ステップＳ３）。

測定回路１２１は、静電容量Ｃ０～Ｃ３を算出する（ステップＳ４）。静電容量Ｃ０～Ｃ３はメモリ１２３に格納される。

判定部１２２は、ステップＳ４で算出された静電容量Ｃ０～Ｃ３のすべてが第２閾値ＴＨ２未満であるかどうかを判定する（ステップＳ５）。進出座標が得られるかどうかを判定するためである。

判定部１２２は、ステップＳ４で算出された静電容量Ｃ０～Ｃ３のすべてが第２閾値ＴＨ２未満である（Ｓ５：ＹＥＳ）と判定すると、ステップＳ４で算出された静電容量Ｃ０～Ｃ３をそれぞれ静電容量Ｃｏｕｔ０～Ｃｏｕｔ３に設定する（ステップＳ６）。

判定部１２２は、静電容量Ｃｉｎ０～Ｃｉｎ３を式（１）に代入して進出座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）を求める（ステップＳ７）。

判定部１２２は、静電容量Ｃｏｕｔ０～Ｃｏｕｔ３を式（２）に代入して進出座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）を求める（ステップＳ８）。

判定部１２２は、進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）に基づき、適切なジェスチャであるかどうかを判定する（ステップＳ９）。適切なジェスチャとは、例えば、進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）の両方が、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれた領域の外側にある場合である。この場合、少なくとも一方が領域内であれば、判定部１２２は、適切なジェスチャではないと判定する。電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の上方（＋Ｚ方向側）から手Ｈを近づけると、進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）が領域内になる。判定部１２２は、このような場合、適切なジェスチャではないと判定する。また、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の上方（＋Ｚ方向側）に手Ｈを引き戻すと、進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）が領域内になる。判定部１２２は、このような場合も、適切なジェスチャではないと判定する。

または、進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）の両方が領域内である場合に、判定部１２２は適切なジェスチャではないと判定しても良い。この場合は、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の上方（＋Ｚ方向側）から手Ｈを近づけて、手Ｈを上方に引き戻すようなジェスチャに限って、判定部１２２は、適切なジェスチャではないと判定する。

また、進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）が電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれた領域の外側にあっても、電極１１０Ａ～１１３Ａによって囲まれた領域を通らないジェスチャは、適切なジェスチャではないと判断しても良い。この場合、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれた領域の内部に入ることなく、斜めに掠るようなジェスチャが行われた場合に、誤検出を抑制するために不適切なジェスチャとして取り扱う。

ステップＳ９では、判定部１２２は、上述した適切ではないジェスチャのうちの少なくともいずれか１つに該当する場合に適切なジェスチャではないと判定すればよい。なお、ステップＳ９において判定対象になる不適切なジェスチャは、上述のすべての不適切なジェスチャではなくてもよく、少なくとも１つ設定されていればよい。

判定部１２２は、ステップＳ９において適切なジェスチャである（Ｓ９：ＹＥＳ）と判定すると、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１０）。前後方向又は横方向のいずれであるかを判定するためである。

判定部１２２は、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下である（Ｓ１０：ＹＥＳ）と判定すると、Ｙｏｕｔ－Ｙｉｎで求まる値が０以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。

判定部１２２は、Ｙｏｕｔ－Ｙｉｎで求まる値が０以上である（Ｓ１１：ＹＥＳ）と判定すると、前方向のジェスチャであると判定する（ステップＳ１２）。

また、判定部１２２は、ステップＳ１１においてＹｏｕｔ－Ｙｉｎで求まる値が０以上ではない（Ｓ１１：ＮＯ）と判定すると、後方向のジェスチャであると判定する（ステップＳ１３）。

また、判定部１２２は、ステップＳ１０において、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎの絶対値がＹｏｕｔ－Ｙｉｎの絶対値以下ではない（Ｓ１０：ＮＯ）と判定すると、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎで求まる値が０以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。左右のいずれの方向へのジェスチャであるかを判定するためである。

判定部１２２は、Ｘｏｕｔ－Ｘｉｎで求まる値が０以上である（Ｓ１４：ＹＥＳ）と判定すると、右方向のジェスチャであると判定する（ステップＳ１５）。

また、判定部１２２は、ステップＳ１４においてＸｏｕｔ－Ｘｉｎで求まる値が０以上ではない（Ｓ１４：ＮＯ）と判定すると、左方向のジェスチャであると判定する（ステップＳ１６）。以上で一連の処理が終了する。

以上のように、判定部１２２は、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときの静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３から求まる進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の全てが第２閾値未満になったときの静電容量Ｃｏｕｔ０、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２、Ｃｏｕｔ３から求まる進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）とから、手Ｈのジェスチャを判定する。そして、このようなジェスチャの判定は、領域１１の周りに配置された電極１１０Ａ～１１３Ａを用いて実現可能である。

電極１１０Ａ～１１３Ａを測定して得られるＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときは、手Ｈが電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の外側にある。同様に、電極１１０Ａ～１１３Ａを測定して得られるＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちの全てが第２閾値ＴＨ２未満になったときは、手Ｈが電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の外側にある。このため、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域よりも広い領域においてジェスチャを検出できる。換言すれば、ジェスチャを検出する領域のサイズがタッチパッドを用いてジェスチャを検出する領域のサイズと等しい場合には、電極１１０Ａ～１１３Ａが配置される領域をタッチパッドよりも小形化することができる。また、タッチパッドに比べると、電極の数が少ないことからより大きな電極１１０Ａ～１１３Ａを利用可能であるので、ジェスチャの検出感度を向上させることができる。検出感度が高いと、更に、小型化できる。

また、判定部１２２は、式（１）及び式（２）を用いてジェスチャの方向を判定する。式（１）及び式（２）は、電極１１０Ａ～１１３Ａで囲まれる領域の外側における進入座標と進出座標とを高精度に測定できる式である。このため、判定部１２２はジェスチャの方向を正確に判定することができる。

なお、判定部１２２は、測定回路１２１によって測定される静電容量Ｃ０～Ｃ３のすべてが検出閾値未満になったときに電極１１０Ａ～１１３Ａの各々について測定回路１２１によって複数回測定される値の平均値を求め、測定回路１２１によって電極１１０Ａ～１１３Ａの各々について静電容量Ｃ０～Ｃ３を測定する際の基準値として電極１１０Ａ～１１３Ａの各々についての平均値を測定回路１２１に設定してもよい。このようにすれば、測定回路１２１によって測定される静電容量Ｃ０～Ｃ３のすべてが検出閾値未満になったときに電極１１０Ａ～１１３Ａの各々について測定回路１２１に設定される基準値を更新することができる。測定回路１２１によって測定される静電容量Ｃ０～Ｃ３のすべてが検出閾値未満になったときに電極１１０Ａ～１１３Ａから得られる静電容量は、温度や周囲の環境の変化等によって変動するため、基準値を更新することによって、より高精度に静電容量Ｃ０～Ｃ３を測定することができる。また、この結果、高精度にジェスチャを判定することができる。

以上では、ジェスチャ判定装置１００が４つの電極１１０Ａ～１１３Ａを含む形態について説明したが、電極の数は少なくとも２つあればよく、４つよりも多くてもよい。

また、以上では、ジェスチャ判定装置１００のコンピュータ１２０Ａが図５に示すようなフローチャートに含まれる判定処理を実行する判定部１２２を有する形態について説明したが、機械学習による判定を用いてもよい。

図６は、実施形態の変形例によるジェスチャ判定装置１００Ｍを示す図である。ジェスチャ判定装置１００Ｍは、ジェスチャ検出部１２０が判定部１２２の代わりに判定部１２２Ｍを有する点が図１に示すジェスチャ判定装置１００と異なる。その他の構成は、ジェスチャ判定装置１００と同様である。このため、相違点についてのみ説明する。

判定部１２２Ｍは、静電容量Ｃ０～Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときの静電容量Ｃ０～Ｃ３から得られる進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と、全ての静電容量Ｃ０～Ｃ３が第２閾値ＴＨ２未満になったときの静電容量Ｃ０～Ｃ３とから得られる進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）を入力としてジェスチャの種類を出力とする決定木を有する。決定木の出力結果は、判定部１２２の判定結果と同一である。

図７は、ジェスチャ判定装置１００Ｍのコンピュータ１２０Ａが実行する処理を示すフローチャートである。図７に示す処理のうちのステップＳ１～Ｓ８は、図５に示すステップＳ１～Ｓ８と同一である。

判定部１２２Ｍは、進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）を決定木に入力して、ジェスチャの種類を出力する（ステップＳ９Ｍ）。ステップＳ９Ｍの処理によって、ジェスチャが判定される。

以上のように、判定部１２２Ｍは、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが第１閾値ＴＨ１以上になったときの静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３から求まる進入座標（Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）と、静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の全てが第２閾値未満になったときの静電容量Ｃｏｕｔ０、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２、Ｃｏｕｔ３から求まる進出座標（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）とから、手Ｈのジェスチャを判定する。判定部１２２Ｍの出力は、利用者Ｈによって行われたジェスチャの判定結果を表しており、利用者の意図通りのジェスチャが判定される。

そして、このようなジェスチャの判定は、領域１１の周りに配置された電極１１０Ａ～１１３Ａを用いて実現可能である。領域１１よりも外側の位置でジェスチャを判断する。この為、ジェスチャを検出する領域のサイズよりも、ジェスチャ判定装置１００Ｍを小さくできる。したがって、小形化に対応可能なジェスチャ判定装置１００Ｍを提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施形態のジェスチャ判定装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００、１００Ｍ ジェスチャ判定装置
１０ 配線板
１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ 電極
１２０、１２０Ｍ ジェスチャ検出部
１２１ 測定回路
１２２、１２２Ｍ 判定部
１２３ メモリ

Claims (10)

1. 配線板上に平行に設けられた複数の電極と、
   前記複数の電極の各々を介して複数の静電容量を測定する測定回路と、
   測定された前記複数の静電容量から被検出体のジェスチャを判定する判定部と
   を含み、
   前記判定部は、前記複数の静電容量のうちのいずれか１つが第１閾値以上になったときの前記複数の静電容量と、前記全ての静電容量が前記第１閾値以下の第２閾値未満になったときの前記複数の静電容量とから、被検出体のジェスチャを判定する、ジェスチャ判定装置。
2. 前記複数の電極は、前記配線板上で長方形の四辺に相当する位置に設けられた４本の電極であり、
   前記判定部は、前記長方形の各辺の方向に前記被検出体を移動させるジェスチャを検出可能である、請求項１に記載のジェスチャ判定装置。
3. 前記４本の電極は、前記長方形の四隅の角部には入らないように配置される、請求項２に記載のジェスチャ判定装置。
4. 前記長方形の２つの長辺に相当する位置にそれぞれ設けられる２本の電極を介して測定される静電容量が前記第２閾値以上になる領域は、互いに重なっている、請求項２又は３に記載のジェスチャ判定装置。
5. 前記長方形の四辺のうち対向する２本の電極の各々を介して前記測定回路によって測定される２つの静電容量をＣ０、Ｃ１とし、
   前記長方形の四辺のうち対向する別の２本の電極の各々を介して前記測定回路によって測定される２つの静電容量をＣ２、Ｃ３とし、
   前記４つの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のうちのいずれか１つが前記第１閾値以上になったときの前記４つの静電容量をＣｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３とし、
   前記４つの静電容量Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が前記第２閾値未満になったときの前記４つの静電容量をＣｏｕｔ０、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２、Ｃｏｕｔ３とすると、
   前記判定部は、
   前記４つの静電容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１、Ｃｉｎ２、Ｃｉｎ３と次式（１）とに基づいて進入座標を求め、
   前記４つの静電容量Ｃｏｕｔ０、Ｃｏｕｔ１、Ｃｏｕｔ２、Ｃｏｕｔ３と次式（２）とに基づいて進出座標を求め、
   前記進入座標から前記進出座標に向かうベクトルに基づいて前記被検出体のジェスチャを判定する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のジェスチャ判定装置。
   （Ｘｉｎ，Ｙｉｎ）＝（Ｃｉｎ３／（Ｃｉｎ３＋Ｃｉｎ２），Ｃｉｎ０／（Ｃｉｎ０＋Ｃｉｎ１）） （１）
   （Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ）＝（Ｃｏｕｔ３／（Ｃｏｕｔ３＋Ｃｏｕｔ２），Ｃｏｕｔ０／（Ｃｏｕｔ０＋Ｃｏｕｔ１）） （２）
6. 前記判定部は、前記ベクトルが前記４本の電極で囲まれる領域内を通らない場合は、前記被検出体のジェスチャを判定しない、請求項５に記載のジェスチャ判定装置。
7. 前記判定部は、前記進入座標又は前記進出座標が前記４本の電極で囲まれる領域内にある場合は、前記被検出体のジェスチャを判定しない、請求項５又は６に記載のジェスチャ判定装置。
8. 前記判定部は、前記複数の静電容量のうちのいずれか１つが前記第１閾値以上になったときの前記複数の静電容量と、前記全ての静電容量が前記第１閾値以下の前記第２閾値未満になったときの前記複数の静電容量とを用いる決定木によって、前記被検出体のジェスチャを判定する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のジェスチャ判定装置。
9. 前記判定部は、前記測定回路によって測定される測定値のすべてが検出閾値未満になったときに前記複数の電極の各々について前記測定回路によって複数回測定される測定値の平均値を求め、
   前記測定回路によって前記複数の電極の各々について前記測定値と前記平均値との差を前記静電容量とみなす、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のジェスチャ判定装置。
10. 前記第１閾値と前記第２閾値が等しいことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のジェスチャ判定装置。

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