JP6176068B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種の電子装置に対して、人の指先、手のひら、腕などの移動により、入力指令を与える入力装置に関する。

電子装置に対して、非接触により、入力指令を与える装置として、下記特許文献１、２に開示の技術が知られている。特許文献１において、人体を励振して人体の表面に沿って電磁場を形成し、離間して置かれた一対の電極間において、指先を移動させることで、一対の電極で検出される２つの信号の位相差の変動により、指先の位置の変動を検出する装置が知られている。

また、特許文献２においては、周囲に電磁波として伝搬しない電磁場を形成する出力電極と、この出力電極の周囲に複数の検出電極を配置して、電磁場の変動を検出電極で検出する入力装置が知られている。この装置では、出力電極により、その周囲に形成された電磁場が、操作者の指先の移動により、変調を受けることを利用して、複数の検出電極により検出された各検出信号の位相差により、指先の移動や指先の位置を検出することで、それらを操作入力としている。

また、特許文献３においては、特許文献１、２と同様な装置が開示されている。この特許文献３には、電磁場を近接場とする他、アンテナを用いて伝搬する電磁波空間を形成して、その空間において、操作者が手のひらなどを移動させ、複数のアンテナで受信した受信信号間の位相差により、操作入力を検出する装置が開示されている。

また、特許文献４においては、人体の表面に電磁場を励起して、ドアに設置された入力電極に手を接触させることで、その人のＩＤを人体から受信装置に通信させて、ドアの開閉を制御する装置が開示されている。そして、人と電極との接触面積により、受信信号の強度が変化し難いように、電極を円弧状に形成することが提案されている。

特開２０１３−３６８８０ 特開２０１３−１７１３２６ 特開２０１３−１０５３００ 特開２０１１−２２３０９１

ところが、上記の入力装置によると、非接触により電子装置に対する指示を与えることができるが、操作入力を連続して行うような場合には、非接触のため、操作者の腕や指先などが支持されず、疲れるという問題がある。

そこで、本発明は、この課題を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、操作者の特定部が支持部により支持された状態で、特定部の動作により支持部が変形することで、電磁場を変調させて、電極でその電磁場を検出できるようにすることである。

第１の発明は、操作者の特定部の動作により、電子装置に対する操作指令を入力する入力装置であって、操作者の少なくとも特定部を励振信号により励振する励振装置と、特定部から形成される電磁場を検出する少なくとも一つの検出電極と、検出電極と操作者の特定部との間に存在し、特定部の接触による動作に応じて形状が変化し、検出電極から見た容量が変化する変形性物体と、検出電極により検出された検出信号と、励振信号との振幅の和と振幅の差に応じて、特定部の動作を検出する動作検出装置と、を有することを特徴とする入力装置である。
また、第２発明は、操作者の特定部の動作により、電子装置に対する操作指令を入力する入力装置であって、励振信号を出力する励振装置と、励振装置の出力する励振信号を入力して、励振信号により電磁場を形成する励振電極と、励振電極により形成された電磁場を検出する少なくとも一つの検出電極と、励振電極又は検出電極と操作者の特定部との間に存在し、特定部の接触による動作に応じて形状が変化し、検出電極から見た容量が変化する変形性物体と、検出電極により検出された検出信号と、励振信号との振幅の和と振幅の差に応じて、特定部の動作を検出する動作検出装置と、を有することを特徴とする入力装置である。

操作者の特定部とは、手や足の指先、手のひら、腕、足、鼻、顎など、変形性物体を変形や変位させることができる部分でありさえすれば、任意である。変形性物体は、液体、ゲル、又は、ゾルを柔軟性部材で内包した物体とすることが望ましい。変形性物体は操作者の手のひらなどで、押しつぶしたり、変形させたり、変位させることができるものであれば任意である。また、変形性物体は誘電体であるので、これらの変形により、電極から見た静電容量は変化する。この静電容量の変化が電極による検出信号に現れる。本発明は、この検出信号と操作者による動作とが関連していることに注目して、この検出信号を電子装置に対する操作入力としている。

第１発明においては、操作者の少なくとも特定部を励振信号により励振する励振装置を有し、電磁場は特定部から形成される電磁場であり、電極は電磁場を検出する少なくとも一つの検出電極としている。この方法は、操作者を励振する方法である。

電磁場は単一周波数の正弦波、余弦波であっても、これらの波の振幅、位相、周波数などを変調をした信号であっても良い。また、方形波であっても良い。電極は、平板金属やアンテナである。検出電極は単一であっても、複数であっても良い。検出電極が一つの場合には、２値指令、すなわち、例えば、装置の電源のオンオフの指令などに用いることができる。

特定部からは、入力指令を与える周囲に電磁波を放射することなく、エバネセット波のような伝搬モードを有さない近接場が形成される。特定部の大きさが、電磁場の波長の１／１００程度以下に十分小さいと、特定部の周囲には、放射モードはなく、エバネセット波による近接場が形成される。特定部を励振する信号の周波数としては、１〜１００ＭＨｚを用いることができる。したがって、５０ＭＨｚでの励振であれば、特定部が６ｃｍ以下であれば、この条件を満たすことができる。特定部と検出電極との距離は、６０ｃｍ以下、６ｃｍ以上が望ましい。望ましくは、２０ｃｍ以下、６ｃｍ以上を用いることができる。１ＭＨｚでの励振であれば、３ｍ以下の大きさからは放射モードではなく近接場が形成できるので、人体の特定部からは近接場が形成される。また、特定部と検出電極との関係も、波長程度以下に拡大することができる。操作者の励振は、操作者が椅子に座っている場合には、椅子を励振することで、操作者の人体を電磁場が伝搬して間接的に操作者の特定部を励振することができる。また、特定部の近くに電極を貼付して、その電極から特定部を励振するようにしても良い。これらの励振により特定部からは外部に電磁場が形成される。操作者を励振した場合には、励振させた操作者のみが操作入力可能となる。

また、第２発明においては、励振信号により電磁場を形成する励振電極と、この励振電極により形成された電磁場を検出する少なくとも一つの検出電極とを有している。この場合には、操作者を励振するのではなく、環境に励振電極を設けている。変形性物体は、励振電極上、検出電極上、又は、励振電極と検出電極との間の空間に設けられる。操作者の特定部の動作により変形性物体が変形、変位すれば、検出電極から見た静電容量が変化するので、特定部の動作を検出することができる。検出電極の数は任意である。

両発明において、検出電極により検出された検出信号と、励振信号との振幅の和と振幅の差に応じて、特定部の動作を検出する動作検出装置を有している。具体的には、動作検出装置は、検出電極により検出された検出信号と励振信号との振幅の和に対する振幅の差の比に応じて、特定部の動作を検出するようにしても良い。
操作者を励振する第１発明の場合と、操作者を励振することなく励振電極により電磁場を形成する第２発明の場合とにおいて、検出電極は、複数の検出電極を有し、任意の２つの検出電極により検出された２つの検出信号の振幅の和と振幅の差に応じて、特定部の動作を検出する動作検出装置を設けても良い。この場合も、具体的には、任意の２つの検出電極により検出された２つの検出信号の振幅の和に対する振幅の差の比に応じて、特定部の動作を検出する動作検出装置を設けても良い。

上記の第１発明及び第２発明とは別に、本明細書には下記の発明も記載されている。次のように、位相同期された電磁場空間の中に変形性物体が置かれても良い。すなわち、入力装置において、基準信号を生成する基準信号発生装置と、検出電極により検出された検出信号と基準信号との同一周波数に変換された後の両信号の位相差、及び、励振信号と基準信号との同一周波数に変換された後の両信号の位相差が一定になるように、励振信号を基準信号に対して位相同期させる位相同期装置と、位相差に基づいて特定部の動作を検出する検出装置とから成る動作検出装置とを設けても良い。この場合には、励振信号と検出信号と基準信号とが同一周波数に変換された後の信号において、励振信号と検出信号とが、基準信号に対してある位相差をもって位相同期されている。この位相差は、操作者の特定部の動作に応じて変化する。これにより、特定部の動作を確実に検出することができる。位相差を求めるには、同一周波数で比較することが必要であるので、一般的には、基準周波数と同一周波数、又は、基準周波数を逓倍又は分周した周波数に変換して、それらの３信号の位相を比較することになる。

入力装置において、操作者を励振する場合と、操作者を励振することなく励振電極により電磁場を形成する場合とにおいて、検出電極は、複数の検出電極を有し、任意の２つの検出電極により検出された２つの検出信号の位相差に応じて、特定部の動作を検出する動作検出装置を設けても良い。

また、入力装置において、形成される電磁場を位相同期されたものとすることができる。すなわち、入力装置において、電極は、励振信号により電磁場を形成する第１出力電極と、この電磁場を検出する第１検出電極と、第１検出電極で検出した電磁場の周波数を変化させて、他の周波数の電磁場を出力する第２出力電極と、第２出力電極で形成された電磁場を検出する第２検出電極とを有し、基準信号を生成する基準信号発生装置と、第２検出電極により検出された検出信号と基準信号との同一周波数に変換された後の両信号の位相差、及び、励振信号と基準信号との同一周波数に変換された後の両信号の位相差が一定になるように、励振信号を基準信号に対して位相同期させる位相同期装置と、位相差に基づいて特定部の動作を検出する検出装置とから成る動作検出装置を、さらに、設けても良い。

この場合には、変形性物体は、第１出力電極、第１検出電極、第２出力電極、第２検出電極のうちの、少なくとも１電極の上や、任意の２つの電極間、各電極間の間に設けても良い。また、変形性物体は複数設けても良い。例えば、第１出力電極と第２検出電極との間に第１変形性物体を設け、第１検出電極と第２出力電極との間に第２変形性物体を設けても良い。そして、第１変形性物体は右手の手のひらで、第２変形性物体は左手の手のひらで、変形させるようにしても良い。そのようにすると、操作者の右手と左手で、異なる操作指令を電子装置などに与えることができる。一巡のループで電磁場が位相同期しているので、励振信号又は第２検出電極により検出された検出信号と基準信号との同一周波数に変換された後の周波数において、励振信号又は検出信号の基準信号に対する正確な位相差を求めることができ、操作者の特定部の動作を正確に検出することができる。

また、入力装置において、上記の位相同期をかける方式は、操作者の特定部を励振する場合にも、応用できる。すなわち、入力装置において、操作者の少なくとも特定部を励振信号により励振する励振装置を有し、電磁場は特定部から形成される電磁場であり、電極は、電磁場を検出する第１検出電極と、第１検出電極で検出した電磁場の周波数を変化させて、他の周波数の電磁場を出力する出力電極と、出力電極で形成された電磁場を検出する第２検出電極とを有し、基準信号を生成する基準信号発生装置と、第２検出電極により検出された検出信号と基準信号との同一周波数に変換された後の両信号の位相差、及び、励振信号と基準信号との同一周波数に変換された後の両信号の位相差が一定になるように、励振信号を基準信号に対して位相同期させる位相同期装置と、位相差に基づいて特定部の動作を検出する検出装置とから成る動作検出装置を、設けても良い。

本発明の入力装置では、操作者の手、腕などの特定部が変形性物体で支持されているので、車のウインドの開閉操作、身体障害者用装置、又は、ゲーム機、その他一般の電子装置に対する各種の指令を、操作者に疲労感を与えることなく入力するための装置とすることができる。

本発明の入力装置は、変形性物体の上に操作者の手のひらや指などの特定部を接触させて、その変形性物体を変形や変位させることで、その変形や変位に応じた検出信号を取得することができる。これにより、操作者の特定部は変形性物体により支持されたまま、変形性物体に動作を与えることができ、接触自体を入力指令とはしない非接触の入力装置であっても、操作者に疲労感を与えることがない。

本発明の具体的な一実施例に係る実施例１の入力装置の構成を示した図。 実施例１の入力装置における動作検出装置の構成を示した図。 実施例１の入力装置における動作検出装置の出力を示した波形図。 本発明の具体的な一実施例に係る実施例２の入力装置の構成を示した図。 本発明の具体的な一実施例に係る実施例４の入力装置の構成を示した図。 本発明の具体的な一実施例に係る実施例５の入力装置の構成を示した図。 実施例５に係る入力装置の第１入力電極と第２検出電極と第１変形性物体との関係を示した写真。 実施例５に係る入力装置の一応用例を示した説明図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る入力装置１００の機構を示した構成図である。樹脂板５０の裏面には、第１検出電極１０Ａと第２検出電極１０Ｂとが設けられている。操作者の手のひら３０は、励振装置４０により励振されている。ゲルを樹脂シートの袋で内包した変形性物体３５が樹脂板５０の上に設けられている。変形性物体３５は第１検出電極１０Ａと第２検出電極１０Ｂとの間に設けられている。

励振装置４０は、発振器４４、バンドパスフィルタ４３、増幅器４２、励振電極４１とによって構成されている。発振器４４の発振周波数は、電磁場が人体表面を伝搬することができる周波数であり、１〜１００ＭＨｚである。バンドパスフィルタ４３は、発振器４４の発振する電気信号の周波数帯のみを透過させるものであり、増幅器４２はバンドパスフィルタ４３を透過した電気信号を増幅するものである。また、励振電極４１は、増幅器４２から出力される励振信号によって電磁場を励振し、人体表面に電磁場を伝搬させるものである。人体の表面に励振された電磁場は、操作者の手のひら３０から変形性物体３５などの周囲の環境に近接場を形成することになる。励振装置４０による人体の励振は、人体に、直接、励振電極４１を貼り付けて励振するものの他、操作者の着座している椅子を励振し、椅子を介して人体を励振するものであっても良い。また、作業者が車両の運転者である場合には、ハンドルを励振装置４０で励振して、ハンドルからハンドルを握る片腕を介して運転者を励振し、指令を付与する他方の手の手のひら３０からその周囲に近接場を形成するようにしても良い。バンドパスフィルタ４３や増幅器４２は必ずしも必要なものではないが、ノイズ等を除去して位置測定精度を高めるためにはこれらを設けることが望ましい。

第１検出電極１０Ａ、第２検出電極１０Ｂは、それぞれ、樹脂板５０の裏面に接合された銅薄膜６１Ａ、６１Ｂを有している。その銅薄膜６１Ａ、６１Ｂは、それぞれ、樹脂スペーサ６３Ａ、６３Ｂ上に形成されており、中心ピン６２Ａ、６２Ｂに接続されている。樹脂スペーサ６３Ａ、６３Ｂの裏面には同軸ケーブルの外被導体に接続さたアース銅薄膜６４Ａ、６４Ｂが、それぞれ、設けられている。また、外導体がアース銅薄膜６４Ａ、６４Ｂに接合し、中心ピン６２Ａ、６２Ｂを内在したコネクタ６５Ａ、６５Ｂが設けられている。コネクタ６５Ａ、６５Ｂに接続された図示しない同軸ケーブルを介して、第１検出電極１０Ａ、第２検出電極１０Ｂの検出する各検出信号は、図２の動作検出装置１５０に入力している。

図２は、入力装置１００の動作検出装置１５０の構成を示したブロック図である。図２の動作検出装置１５０は、第１検出電極１０Ａの検出する第１検出信号を入力する増幅器１１Ａ、バンドパスフィルタ１２Ａ、ログアンプ１３Ａと、第２検出電極１０Ｂの検出する第２検出信号を入力する増幅器１１Ｂ、バンドパスフィルタ１２Ｂ、ログアンプ１３Ｂを有している。ログアンプ１３Ａ、Ｂは、電力−電圧変換回路である。

また、図２の動作検出装置１５０は、加算器１５、減算器１４、除算器１６を有している。加算器１５、減算器１４にはそれぞれ、ログアンプ１３Ａとログアンプ１３Ｂの出力が接続されている。加算器１５は、ログアンプ１３Ａからの出力信号とログアンプ１３Ｂからの出力信号とを加算して出力するものであり、減算器１４は、ログアンプ１３Ａからの出力信号からログアンプ１３Ｂからの出力信号を減算して出力するものである。また、加算器１５の出力と減算器１４の出力は除算器１６に接続されている。除算器１６は、減算器１４からの出力信号を加算器１５からの出力信号で除算して出力するものである。除算器１６の出力は、増幅器１７、ローパスフィルタ１８を介して出力される。

このローパスフィルタ１８から出力される電気信号の電圧値Ｖｐは、ログアンプ１３Ａからの出力信号の電圧値をＶＡ、ログアンプ１３Ｂからの電気信号の電圧値をＶＢとすれば、Ｖｐ＝（ＶＡ−ＶＢ）／（ＶＡ＋ＶＢ）である。電圧値Ｖｐは、操作者の手のひら３０の動作による変形性物体３５の変形や変位の程度に応じて変化する値である。

手のひら３０で、変形性物体３５を変形させたり変位させたりした時の上記の電圧値Ｖｐの波形を図３に示す。図３は、変形性物体３５を前後に移動させた場合の検出波形である。手のひら３０の周期的動作に伴い電圧値Ｖｐが周期的に変化していることが理解される。これは、電磁場を形成する手のひら３０と第１検出電極１０Ａ及び第２検出電極１０Ｂ間の静電容量が、異なって変化するために発生する現象である。すなわち、変形性物体３５の変形、変位に応じて、第１検出電極１０Ａの検出する第１検出信号の振幅が大きく第２検出電極１０Ｂの検出する第２検出信号が小さくなり、逆に、第１検出電極１０Ａの検出する第１検出信号の振幅が小さく第２検出電極１０Ｂの検出する第２検出信号が大きくなる結果である。このような波形の電圧レベル、周期、電圧レベルの増減方向などを、電子装置に対する指令入力とすることができる。

本実施例の入力装置１０１は、動作検出装置１５１を２つの検出信号の位相差により操作者の動作を検出するようにした例である。図４において、操作者を励振する励振装置４０は実施例１と同一構成である。本実施例は、実施例１と同様に、第１検出電極２０Ａ、第２検出電極２０Ｂは、操作者の励振によって、手のひら３０から発生した周波数１０．７ＭＨｚ、波長２８ｍの近接場を電気信号として受信する電極である。動作検出装置１５１は、第１検出電極２０Ａの検出する電気信号を入力するバンドパスフィルタ２１Ａ、増幅器２２Ａ、第２検出電極２０Ｂの検出する電気信号を入力するバンドパスフィルタ２１Ｂ、増幅器２２Ｂを有している。バンドパスフィルタ２１Ａ、２１Ｂは、発振器１０の発振周波数帯のみを透過するものであり、増幅器２２Ａ、２２Ｂは、それぞれバンドパスフィルタ２１Ａ、２１Ｂからの電気信号を増幅するものである。

また、動作検出装置１５１は、乗算器２３Ａ、２３Ｂをそれぞれ有している。乗算器２３Ａには、増幅器２４１を介して増幅器２２Ａの出力が接続され、移相器２５Ａ、増幅器２４２を介して増幅器２２Ｂの出力が接続されている。一方、乗算器２３Ｂには、移相器２５Ｂ、増幅器２４３を介して増幅器２２Ａの出力が接続され、増幅器２４４を介して増幅器２２Ｂの出力が接続されている。移相器２５Ａは第２検出電極２０Ｂからの電気信号を、移相器２５Ｂは第１検出電極２０Ａからの電気信号を、それぞれ、移相して出力するものであり、その移相量は等しく設定されている。乗算器２３Ａは、第１検出電極２０Ａからの電気信号と、移相器２５Ａによって移相された第２検出電極２０Ｂからの電気信号とを乗算して出力するものである。また、乗算器２３Ｂは、第２検出電極２０Ｂからの電気信号と、移相器２５Ｂによって移相された第１検出電極２０Ａからの電気信号とを乗算して出力するものである。

乗算器２３Ａ、２３Ｂの出力は減算器２６に接続しており、減算器２６は、それぞれの入力された電気信号の差分をとって出力する。減算器２６の出力側は、増幅器２７、ローパスフィルタ２８を介して、ローパスフィルタ２８の出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２９に接続されている。そして、Ａ／Ｄ変換器２９は、操作指令を与えるための電子装置（図示しない）に接続されている。増幅器２７は、減算器２６の出力する電気信号を増幅するものであり、ローパスフィルタ２８は、高周波成分（直流成分に近い電気信号以外）をカットして出力するものである。

次に、動作検出装置１５１の動作について説明する。操作者の手のひら３０の動作により変形性物体３５の変形又は変位によって、第１検出電極２０Ａ、第２検出電極２０Ｂの見る静電容量が変化する。この静電容量の変化により、第１検出電極２０Ａ、第２検出電極２０Ｂで検出されるそれぞれの検出信号の位相が異なり、かつ、変化する。以下、説明の簡略化のため、第１検出電極２０Ａで受信する電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）、第２検出電極２０Ｂで受信する電気信号をｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）として考察する。ただし、θＡ、θＢは進み位相を正、遅れ位相を負としている。ωは２πｆであり、ｆは発振器４４の発振周波数である。

第１検出電極２０Ａで受信した電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）は、バンドパスフィルタ２１Ａによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ａによって信号が増幅される。また、第２検出電極２０Ｂで受信した電気信号ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）は、バンドパスフィルタ２１Ｂによって発振器１０の周波数帯域のみが透過され、増幅器２２Ｂによって信号が増幅される。増幅器２２Ａからの出力は、２つに分岐されて一方は増幅器２４１によってさらに信号が増幅されたのち乗算器２３Ａへ、他方は移相器２５Ｂによって位相がφ遅延されてｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）の電気信号となり、その電気信号が増幅器２４３によって増幅されたのち乗算器２３Ｂへ入力される。

また、増幅器２２Ｂからの出力は、２つに分岐されて一方は増幅器２４４によってさらに信号が増幅されたのち、乗算器２３Ｂへ、他方は移相器２５Ａによって位相がφ遅延されてｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）の電気信号となり、その電気信号が増幅器２４２によって増幅されたのち乗算器２３Ａへ入力される。

つまり、乗算器２３Ａには、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）の電気信号と、ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）の電気信号が入力され、乗算器２３Ｂには、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ−φ）の電気信号と、ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ）の電気信号が入力される。したがって、乗算器２３Ａの出力は、ｃｏｓ（ωｔ＋θＡ）・ｃｏｓ（ωｔ＋θＢ−φ）であり、後段のローパスフィルタ２８でカットされる高周波成分を除けば、（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）である。ここで、θＡ−θＢ、すなわち位相差をψと置いた。同様に乗算器２３Ｂの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）となる。

乗算器２３Ａ、２３Ｂから出力される電気信号（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）および（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）は、減算器２６に入力される。減算器２６からの出力は、（１／２）・ｃｏｓ（ψ−φ）−（１／２）・ｃｏｓ（ψ＋φ）＝ｓｉｎψ・ｓｉｎφとなる。その後、増幅器２７で信号が増幅されたのち、ローパスフィルタ２８によってすでに計算上省略した高周波数成分がカットされて、レベルｓｉｎψ・ｓｉｎφがＡ／Ｄ変換器２９に入力されて、ディジタル値に変換されて、位相差ψに比例した値が出力される。

Ａ／Ｄ変換器２９からは、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値（ディデタル値）が出力される。この電圧値は、第１検出電極２０Ａ、第２検出電極２０Ｂで受信する電気信号の位相差ψ（＝θＡ−θＢ）に対応した値であり、さらにその位相差ψは、変形性物体３５の変形、変位に関係した値である。したがって、電気信号ｓｉｎψ・ｓｉｎφの電圧値から、変形性物体３５の変形又は変位に応じた操作者の指令する動作量や動作方向を測定することができる。なお、この結果が示すように、φが９０°のときにｓｉｎφ＝１より、出力が最大となるため、移相器２５Ａ、Ｂの移相量φは９０°に設定することが望ましい。位置測定の感度を向上させることができるためである。

上記実施例１、実施例２は、検出電極を２つ設けて、各検出電極の検出する信号の振幅、又は、位相に応じて、操作者の動作入力を検出するものである。本実施例は、図１に示す検出電極を検出電極１０Ａの１つだけにして、操作者を励振する励振電極４１に出力される励振信号の振幅Ｅと、電極と検出電極１０Ａの出力する検出信号の振幅Ｄとにより、変形性物体３５の変形、変位量を検出するようにしている。すなわち、図２の検出電極１０Ａから検出信号を入力して、検出電極１０Ｂには励振電極４１に入力する励振信号を入力すようにした実施例である。この構成により、ローパスフィルタ１８の出力信号の電圧値ＶｐはＶｐ＝（Ｅ−Ｄ）／（Ｅ＋Ｄ）で与えられ、実施例１と同様に操作者の手のひら３０の動作を検出することができる。この場合には、変形性物体３５は、検出電極１０Ａの上方に設けられることが望ましい。

また、同様に、実施例２の図４において、検出電極２０Ａから検出信号を入力して、検出電極２０Ｂには励振電極４１に入力する励振信号を入力すようにしても良い。この構成により、Ａ／Ｄ変換器２９の出力から、検出電極２０Ａの検出信号の位相θＡと、励振電極４１に出力される励振信号の位相θＢとの位相差ψ（＝θＡ−θＢ）を出力することができる。実施例２と同様に操作者の手のひら３０の動作を検出することができる。

本実施例は操作者の人体に励振電極４１を貼付して人体を励振するのではなく、図５に示すように、励振電極７０により電磁場空間を形成し、励振電極７０の両側に配設されせた第１検出電極１０Ａと第２検出電極１０Ｂにより変形性物体３５の変形や変位により変調された電磁場を検出するようにした入力装置１０４である。実施例１、２と同一機能を有する部分には同一符号が付されている。図５に示されているように、樹脂板５０の裏面に、第１検出電極１０Ａ、励振電極７０、第２検出電極１０Ｂが、直線上に配設されている。励振電極７０は第１検出電極１０Ａと第２検出電極１０Ｂとの中点に位置している。共通の板状の樹脂スペーサ６３の裏面にはアース銅薄膜６４が形成されている。第１検出電極１０Ａ、第２検出電極１０Ｂの構造は、樹脂スペーサ６３とアース銅薄膜６４が共通の連続した板状であることを除き、実施例１の図１に示す構造と同一である。励振電極７０の銅薄膜７１は樹脂版５０の裏面に接合している。銅薄膜７１は、中心ピン７２に接続されており、外導体がアース銅薄膜６３に接合し、中心ピン７２を内在したコネクタ７５が設けられている。コネクタ７５に接続された図示しない同軸ケーブルを介して励振装置４０の増幅器４２（図１）から入力された励振信号により励振電極７０の銅薄膜７１が励振される。また、第１検出電極１０Ａ、第２検出電極１０Ｂの銅薄膜６１Ａ、６１Ｂで検出される電磁場による信号は、コネクタ６５Ａ、６５Ｂに接続された図示しない同軸ケーブルを介して、図２の動作検出装置１５０、又は、図４の動作検出装置１５１に伝送される。

この構成においても、樹脂板５０上を変形性物体３５が操作者の手のひら３０により左右に移動され、又は、変形されることにより、励振電極７１と第１検出電極１０Ａの間、励振電極７１と第２検出電極１０Ｂの間に形成された電磁場が変調を受ける。これにより、変形性物体３５の変形、変位に応じて、第１検出電極１０Ａの検出する第１検出信号及び第２検出電極１０Ｂの検出する第２検出信号の振幅や位相が変化する。この結果、実施例１、２と同様に、両検出信号の振幅に関して、Ｖｐ＝（ＶＡ−ＶＢ）／（ＶＡ＋ＶＢ）により、両検出信号の位相に関して、位相差ψ（＝θＡ−θＢ）により、操作者の手のひらの動作方向や動作量を検出することができる。

実施例５に係る入力装置１０５は、電磁場に関して、一巡の位相同期を実現した装置である。図６において、第１出力電極（アンテナ）８１により出力された周波数ｆ_s の電磁場は、第１検出電極（アンテナ）８３により検出され、周波数ｆ_R に周波数変換された後、第２出力電極（アンテナ）８２から出力されて、第２検出電極（アンテナ）８４で受信される。第１出力電極８１と第２検出電極８４は、図７に示されているように、内側と外側に平行に２重に螺旋に巻かれた構造である。同様に、第１検出電極８３と第２出力電極８２は、内側と外側に平行に２重に螺旋に巻かれた構造である。そして、第１出力電極８１と第２検出電極８４の上方に、第１変形性物体３５Ａが設けられており、第１検出電極８３と第２出力電極８２の上方に、第２変形性物体３５Ｂが設けられている。

本発明は、信号は単一周波数の正弦波に限定するものではないが、以下、信号は、全て、単一周波数の正弦波とする。動作検出装置１５５は、親機１５５Ａと子機１５５Ｂとから成る。図６の親機１５５Ａは、基準周波数ｆ₀ の基準信号Ｓ₀ を発振する基準発振器８６と、子機１５５Ｂから出力された電磁場を検出する第２検出電極８４と、その検出信号Ｓ_R を増幅する受信器８７と、その受信器８７の出力信号を基準信号Ｓ₀ と同一の周波数ｆ₀ の正弦波に周波数変換する分周器８８と、基準発振器８６の出力する基準信号ｆ₀ の位相θ₀ と、分周期８８の出力信号の位相θ_R とを比較して位相差Δθ_R （＝θ_R −θ₀ ）を出力する第１位相比較器８９とを有している。また、親機１５５Ａは、第１位相比較器８９の出力する位相差信号を積分するループフィルタ９０と、そのループフィルタ９０の出力電圧に応じて、発振周波数を変化させる電圧制御発振器９１と、その出力信号を増幅し、第１出力電極８１を周波数ｆ_s の励振信号Ｓ_E で励振する送信器９２とを有している。

また、親機１５５Ａは、電圧制御発振器９１の出力信号の周波数を基準周波数ｆ₀ に分周する分周器９３と、基準発振器８６の出力する基準信号Ｓ₀ の位相θ₀ と、分周器９３の出力信号の位相θ_S とを比較して位相差Δθ_S （＝θ_S −θ₀ ）を出力する第２位相比較器９４とを有している。さらに、親機１５５Ａは、第２位相比較器９４の出力を積分するローパスフィルタ９５と、その出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器９６とを有している。第２位相比較器９４、ローパスフィルタ９５、Ａ／Ｄ変換器９６とが、位相差に基づいて特定部の動作を検出する検出装置を構成している。

子機１５５Ｂは、親機１５５Ａの第１出力電極８１により形成された電磁場を検出する第１検出電極８３と、第１検出電極８３により検出された周波数ｆ_S の信号を増幅する受信器９７と、受信器９７の出力信号を周波数ｆ_R に周波数変換した後、増幅して第２出力電極８２を励振する周波数変換送信器９８とを有している。基準信号の周波数ｆ₀ は５ＭＨｚ、第１出力電極８１の励振信号の周波数ｆ_s は６４．２ＭＨｚ、第２出力電極８２の励振信号の周波数ｆ_R は５３．５ＭＨｚを用いている。

本装置では、第２検出電極８４の出力する検出信号Ｓ_R を基準周波数ｆ₀ に周波数変換した信号の位相θ_R と、基準信号Ｓ₀ の位相θ₀ とが一致とするように、すなわち、位相差Δθ_R （＝θ_R −θ₀ ）が零となるように、第１出力電極８１を励振する励振信号Ｓ_E の位相と周波数ｆ_S とが決定される。すなわち、励振信号Ｓ_E と検出信号Ｓ_R とは周波数ｆ₀ の領域において位相が一定の位相差で同期している。そして、励振信号Ｓ_E を周波数ｆ₀ に周波数変換して得られる信号の位相θ_s と基準信号Ｓ₀ の位相θ₀ との位相差Δθ_S （＝θ_S −θ₀ ）の値がＡ／Ｄ変換器９６の出力信号として得られる。この出力信号が操作者が入力した電子装置などに対する指令信号となる。

今、図８に示すように、本実施例装置は、シートの右側のアームレストに、親機１５５Ａと第１出力電極８１と第２検出電極８４とが組み込まれ、アームレストの表面に第１変形性物体３５Ａが配設されている。また、左側のアームレストに、子機１５５Ｂと第１検出電極８３と第２出力電極８２とが組み込まれ、アームレストの表面に第２変形性物体３５Ｂが配設されている。操作者が右手の手のひらで第１変形性物体３５Ａを変形又は変位させ、左手の手のひらで第２変形性物体３５Ｂを変形又は変位させると、第１出力電極８１、第１検出電極８３、第２出力電極８２、第２検出電極８４から見た静電容量が、それぞれ、変化する。これにより、検出信号Ｓ_R の位相θ_R が変化して、位相差Δθ_R （＝θ_R −θ₀ ）が零となるように、励振信号Ｓ_E の周波数ｆ₀ 領域での位相θ_S が制御される。したがって、作業者の左右の手のひらの動作の方向や動作量に応じて、位相差Δθ_S （＝θ_S −θ₀ ）が変化することになる。例えば、右手の手のひらを前方に進出させて第１変形性物体３５Ａを伸長し、左手の手のひらを手前に引いて第２変形性物体３５Ｂを丸めるようにすることで、位相差θ_S を正の方向に増加させることができる。逆に、右手の手のひらを手前に引いて第１変形性物体３５Ａを丸め、左手の手のひらを前方に伸ばして第２変形性物体３５Ｂを伸長するようにすることで、位相差θ_S を負の方向に減少させることができる。これにより、ある駆動装置に対して加速又は減速の指令としたり、右回転又は左回転の指令とすることができる。このようにして、作業者が入力装置１０５に入力した操作指令を検出することができる。本装置では、位相が同期した電磁場空間での変調を利用しているので、正確な位相差Δθ_S を得ることができ、操作指令の検出精度を向上させることができる。

本実施例は、操作者の人体を励振する場合に用いる装置である。本実施例では、実施例５における第１出力電極（励振電極）８１が、操作者の人体に貼付されている。この場合には、第２検出電極８４は、第１出力電極８１とは分離された独立の電極であり、第１の変形性物体３５Ａは、第２検出電極８４上に存在する。本実施例でも、実施例５と同様に、変形性物体の変形又は変位に応答して、検出信号Ｓ_R の位相θ_R が変化して、位相差Δθ_R （＝θ_R −θ₀ ）が零となるように、励振信号Ｓ_E の周波数ｆ₀ 領域での位相θ_S が制御される。これにより、位相差Δθ_S （＝θ_S −θ₀ ）が変化し、位相差Δθ_S から作業者が入力装置１０５に入力した操作指令を検出することができる。本装置では、位相が同期した電磁場空間での変調を利用しているので、正確な位相差Δθ_S を得ることができ、操作指令の検出精度を向上させることができる。

本発明は、操作者の操作入力に疲労感を与えることなく、電子装置を制御するための指令を入力するための入力装置に用いることができる。

１０Ａ…第１検出電極
１０Ｂ…第２検出電極
３５…変形性物体
４０…励振装置
４１…励振電極
５０…樹脂板
１５０…動作検出装置

Claims (4)

1. 操作者の特定部の動作により、電子装置に対する操作指令を入力する入力装置であって、
   前記操作者の少なくとも前記特定部を励振信号により励振する励振装置と、
   前記特定部から形成される電磁場を検出する少なくとも一つの検出電極と、
   前記検出電極と前記操作者の前記特定部との間に存在し、前記特定部の接触による動作に応じて形状が変化し、前記検出電極から見た容量が変化する変形性物体と、
   前記検出電極により検出された検出信号と、前記励振信号との振幅の和と振幅の差に応じて、前記特定部の前記動作を検出する動作検出装置と、
   を有することを特徴とする入力装置。
2. 操作者の特定部の動作により、電子装置に対する操作指令を入力する入力装置であって、
   励振信号を出力する励振装置と、
   前記励振装置の出力する前記励振信号を入力して、前記励振信号により電磁場を形成する励振電極と、
   前記励振電極により形成された前記電磁場を検出する少なくとも一つの検出電極と、
   前記励振電極又は前記検出電極と前記操作者の前記特定部との間に存在し、前記特定部の接触による動作に応じて形状が変化し、前記検出電極から見た容量が変化する変形性物体と、
   前記検出電極により検出された検出信号と、前記励振信号との振幅の和と振幅の差に応じて、前記特定部の前記動作を検出する動作検出装置と、
   を有することを特徴とする入力装置。
3. 前記検出電極は、複数の検出電極を有し、任意の２つの検出電極により検出された２つの検出信号の振幅の和と振幅の差に応じて、前記特定部の前記動作を検出する動作検出装置を有す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. 前記変形性物体は、液体、ゲル、又は、ゾルを柔軟性部材で内包した物体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の入力装置。