JPWO2008093682A1 - 静電容量式モーション検出装置及びそれを用いた入力装置 - Google Patents

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敏幸 大木
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Abstract

切り替えスイッチを用いてモーション検出のモードに切り替える場合には、切り替えスイッチ(31)を押してモーション検出モードにする。このモードにおいては、操作対象領域で手(2)を動かすことにより、モーション検出を行う。モーション検出モードから通常モードに切り替えるときには、手(2)を操作対象領域から離したり、切り替えスイッチ(31)を再度押す。また、手(2)が容量センサから離れている場合には、モーション入力操作を行っているとし、手(2)が容量センサに近づいている場合には、モーション入力操作を行っていないとして、モーション検出のモードを切り替える。

Description

本発明は、静電容量により操作対象領域における被検出体のモーション検出を行う静電容量式モーション検出装置及びそれを用いた入力装置に関する。
人体などの被検出体のモーション検出を行う方法としては、例えば少なくとも一つのカメラと、画像処理部とを用い、カメラによる撮像により人の動きを検出し、その動きをPC(パーソナルコンピュータ)内の制御部に出力する方法がある(例えば、特許文献1)。また、加速度センサなどを機器に内蔵し、機器を特定方向に動かすことによって、その動きをPC内の制御部に出力する方法もある。
特開2001−87549号公報
しかしながら、カメラと画像処理を用いた方法では、ハードウェアやソフトウェアのコストが高くなると共に、カメラ映像を取り込むための特定の空間をあらかじめ準備する必要があり、使用場所が限られてしまう。また、加速度センサを利用した方法では、ハードウェアを直接動かす必要があり、ハードウェア本体を動かす場合には、機器に振動による影響を及ぼす恐れがある。また、加速度センサ内蔵の小型入力装置を使用する場合でも、小型入力装置を手にとって動作させる必要がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、使用環境に制限が少なく、機器に振動による影響を及ぼすこともなく、また特定の入力装置を持つ必要もない、簡単な構成の静電容量式モーション検出装置及びそれを用いた入力装置を提供することを目的とする。
本発明の静電容量式モーション検出装置は、2以上の方向から操作可能な操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、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前記操作対象領域における被検出体のモーション検出を行うモーション検出手段と、前記モーション検出のモードに切り替える切り替え手段と、を具備することを特徴とする。
この構成によれば、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から操作対象領域における被検出体のモーション検出を行うので、使用環境に制限が少なく、機器に振動による影響を及ぼす恐れもなく、また特定の入力装置も持つ必要もない簡単な構成の静電容量式モーション検出装置を実現することができる。
本発明の静電容量式モーション検出装置においては、前記切り替え手段が容量センサであり、前記容量センサで検出する静電容量の変化量が所定の閾値未満であるときに前記モーション検出のモードに切り替えることが好ましい。この場合において、前記容量センサが、位置入力装置としても動作することが好ましい。
本発明の静電容量式モーション検出装置においては、前記切り替え手段が切り替えスイッチであり、前記切り替えスイッチを操作した後又は操作中に前記モーション検出のモードに切り替えることが好ましい。
本発明の入力装置は、上記静電容量式モーション検出装置を搭載した装置本体と、前記装置本体に内蔵されており、前記静電容量式モーション検出装置による前記被検出体のモーション検出に基づいて前記装置本体の操作を行う制御手段と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、2以上の方向から操作可能な操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、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前記操作対象領域における被検出体のモーション検出を行うモーション検出手段と、前記モーション検出のモードに切り替える切り替え手段と、を具備するので、使用環境に制限が少なく、機器に振動による影響を及ぼす恐れもなく、また特定の入力装置も持つ必要もない簡単な構成の静電容量式モーション検出装置及びそれを用いた入力装置を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置を用いた入力装置を示す図である。 (a),(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出の原理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出の原理を説明するための図である。 (a),(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出におけるモード切り替えを説明するための図である。 (a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出におけるモード切り替えを説明するための図である。 (a)〜(c)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置を用いた入力装置の他の例を示す図である。 (a),(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出におけるモード切り替えを説明するための図である。 (a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出におけるモード切り替えを説明するための図である。 (a),(b)は、本発明の実施の形態に係る静電容量式モーション検出装置を用いた入力装置の他の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明に係る入力装置であるノート型パーソナルコンピュータ(ノートPC)を示す図である。ノートPC1は、モニタ13の周囲に形成された電極12a,12b,12c,12dと、キーボード15を挟んで電極12dの反対側に形成された電極12eと、グライドポイント14を挟んで電極12eの反対側に形成された電極12fとを有する。これらの電極は、2以上の方向から操作可能な操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられており、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/駆動電極対を構成する。なお、ここでは、被検出体である手2の検出基準となる操作対象領域をモニタ13の前方の領域とし、モニタ領域の左右方向(破線矢印a)をX軸とし、モニタ領域の上下方向(破線矢印b)をY軸とし、モニタ領域の手前−奥行き方向(破線矢印c)をZ軸とする。
静電容量を用いて被検出体、例えば人体の位置を検出する場合には、図2(a)に示すように、駆動電極21を中央に配置し、その両側にそれぞれ検出電極22a,22bを配置した構成を採る。これにより、駆動電極21と検出電極22aとの間に静電容量C1が形成され、駆動電極21と検出電極22aとの間に静電容量C2が形成される。この静電容量C1,C2の差分をとることにより手2の位置を検出することができる。
ノートPC1のようにモニタ13の中央に電極を配置することが難しい場合には、図2(b)に示すような電極配置にしても手2の位置を検出することができる。すなわち、モニタ13の上下に設けられた電極12a,12dを駆動電極とし、モニタ13の左右に設けられた電極12b,12cを検出電極とすることにより、手2の位置を検出することができる。なお、図2(b)は、手2がX軸方向に移動する場合の手2の位置を検出する場合について示している。
本実施の形態においては、駆動電極12a,12dを上下に分離してそれぞれ設けており、駆動電極12b,12cを左右に設けているが、操作対象領域における被検出体を検出可能な位置に検出電極と駆動電極とが配置されていれば(検出電極/駆動電極対があれば)、電極の数や配置位置について特に制限はない。
これらの検出電極/駆動電極対でそれぞれ求められた静電容量から操作対象領域における手2のモーション検出を行うことができる。検出電極12b,12cと駆動電極12a,12dとの間には、常に静電容量が形成されている。ここでは、検出電極12bと駆動電極12a,12dとの間に静電容量Cx1が形成されており、検出電極12cと駆動電極12a,12dとの間に静電容量Cx2が形成されている。このような構成において、手2がX軸方向(左右方向)のいずれかの方向に動くと、手2との間の静電容量により、検出電極と駆動電極との間の静電容量に変化が生じる。例えば、手2が右側に動くと、静電容量Cx1が増加して、静電容量Cx2が減少する。したがって、これらの静電容量値の差分(Cx1−Cx2)をとることにより、図3に示すように、X軸方向(左右方向)の手2の動き(モーション)を検出することが可能となる。
また、モニタ13の上下の電極12a,12dを検出電極とし、モニタ13の左右の電極12b,12cを駆動電極として、上記と同様の検出方法を用いることにより、Y軸方向(上下方向)の手2の動き(モーション)を検出することが可能となる。さらに、モニタ13の周囲の電極12a,12b,12c,12dのいずれかとキーボード15やグライドポイント14付近の電極12e,12fとを検出電極とし、決定した検出電極間の中央部付近の電極を駆動電極とすることにより、例えば、電極12aと電極12fを検出電極とし、電極12dを駆動電極とすることにより、Z軸方向(手前−奥行き方向)の手2の動き(モーション)を検出することが可能となる。このようにして、3軸方向の手2の動き(モーション)を検出することが可能となる。
このように、入力装置であるノートPC1は、上記のような検出電極/駆動電極対と、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操作対象領域における被検出体のモーション検出を行うモーション検出回路と、を備えた装置本体11と、装置本体11に内蔵されており、モーション検出に基づいて装置本体11の操作を行う制御部と、で構成されている。
本発明に係る静電容量式モーション検出装置を搭載したノートPC1においては、キーボード操作中は手が静電容量式モーション検出装置に接近して、キーボードに対する入力の動作がモーションとして検出されてしまうことが想定される。そこで、本発明においては、キーボード入力操作とモーション入力操作を同時に行うことは稀であることを前提として、ユーザ(操作者)が意図してモーション入力操作を行うモードと、モーション入力操作以外の入力操作(ここではキーボード入力操作)を行うモード(通常モード)とを切り替える構成を採る。すなわち、静電容量式モーション検出装置がモーション検出のモードに切り替える切り替え部を備える。
切り替え部については、例えば、キーボード入力操作検知用として、別途の容量センサ、あるいは既存の容量センサを流用したキーボード入力検知処理を設けて、容量センサで検出する静電容量が所定の閾値未満であるときにモーション検出のモードに切り替えるようにしても良く、切り替えスイッチを設けて、切り替えスイッチを操作した後又は操作中にモーション検出のモードに切り替えるようにしても良い。
容量センサを用いてモーション検出(モーション入力操作)のモードに切り替える場合には、図4(a),(b)に示すようにして切り替えを行う。この場合、電極12e,12fが容量センサを構成する。図4(a)に示すように、手2が容量センサから離れている場合には、モーション入力操作を行っているとし、図4(b)に示すように、手2が容量センサに近づいている場合には、モーション入力操作を行っていない(キーボード入力操作を行っている)として、モーション検出(モーション入力操作)のモードを切り替える。この場合においては、容量センサと手2との間の静電容量Chが閾値未満であると、手2が容量センサから離れているとしてモーション検出モードに切り替わり、容量センサと手2との間の静電容量Chが閾値以上であると、手2が容量センサに近づいているとして通常モードに切り替わる。なお、グライドポイント14も容量センサであり、通常の位置入力装置としての用途の他にモーション検出モードへの切り替えに用いることも出来る。位置入力としての操作を検知する場合よりも小さい容量を閾値として、キーボード近傍に手2が存在するかどうかを検知することにより、既存の位置入力装置を流量して容量式の切り替えスイッチを設けることが出来る。これにより、ノートPCなどにおいては、別途センサを設ける必要がなくなり、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
切り替えスイッチを用いてモーション検出(モーション入力操作)のモードに切り替える場合には、図5(a)〜(d)に示すようにして切り替えを行う。この場合、まず図5(a)に示すように、切り替えスイッチ31を押してモーション検出モードにする。このモードにおいては、図5(b)に示すように、操作対象領域で手2を動かすことにより、上述したようにしてモーション検出を行う。モーション検出モードから通常モードに切り替えるときには、図5(c)に示すように、手2を操作対象領域から離したり、図5(d)に示すように、切り替えスイッチ31を再度押す。
なお、切り替えスイッチ31の位置、大きさ、形状は図5に示すものに限定されない。例えば、キーボードの特定のキー操作やグライドポイントでの特定の操作によりモーション検出モードと通常モードとの間の切り替えを行うようにしても良い。また、切り替えスイッチと容量センサを組み合わせて動作をすることも出来る。例えば、切り替えスイッチでモーション検出モードで動作をしている際に、片手をキーボード近傍に置いてもう一方の手2でモーション入力を行う場合に、容量センサと手2の間の静電容量Chが閾値以上である場合にはZ軸方向の検知を行わず2次元でのみモーション検知を行うことも可能である。この方法により、キーボード近傍にある手2のかすかな動きでもZ軸方向の容量変化が過大になって他の軸方向のモーションが検知されなくなることを防止できる。
上記説明においては、被検出体である手2の検出基準となる操作対象領域をモニタ13の前方の領域としているが、図6(a)に示すように、被検出体である手2の検出基準となる操作対象領域をキーボード15の面の上方の領域とし、キーボード領域の左右方向をX軸とし、キーボード領域の上下方向をY軸とし、キーボード領域の手前−奥行き方向をZ軸としても良い。この場合には、キーボード15を有する面に電極32を設けて検出電極及び駆動電極を構成する。
また、図6(b)に示すように、モニタ13内に電極33設けて検出電極及び駆動電極を構成するようにしても良い。あるいは、複数の電極で構成された電極ユニット(複数の検出電極/駆動電極対)34を装置本体11の他の部分に設けても良い。例えば、図6(c)に示すように、電極ユニット34をグライドポイント14に並べて設けても良い。このようにすることにより、操作者の手が通常位置する領域でモーション検出を行うことができ、操作者が楽に、しかも少ない手の動きでモーション検出を行うことができる。
図6(c)に示すような小型の電極ユニット34において、X軸方向(左右方向)のモーション検出は、検出電極を電極34d,34fとし、駆動電極を電極34eとすることにより行い、Z軸方向(手前−奥行き方向)のモーション検出は、検出電極を電極34a,34cとし、駆動電極を電極34bとすることにより行う。なお、モーション検出の原理については上述した通りである(図2(a))。
図6(c)に示すような小型の電極ユニット34を用いる場合においても容量センサを設けて、容量センサで検出する静電容量が所定の閾値未満であるときにモーション検出のモードに切り替えるようにしても良く、切り替えスイッチを設けて、切り替えスイッチを操作した後又は操作中にモーション検出のモードに切り替えるようにしても良い。
容量センサを用いてモーション検出(モーション入力操作)のモードに切り替える場合には、図7(a),(b)に示すようにして切り替えを行う。この場合、電極ユニットの2つの電極が容量センサを構成する。図7(a)に示すように、手2が容量センサから離れている場合には、モーション入力操作を行っているとし、図7(b)に示すように、手2が容量センサに近づいている場合には、モーション入力操作を行っていない(キーボード入力操作を行っている)として、モーション検出(モーション入力操作)のモードを切り替える。この場合においては、容量センサと手2との間の静電容量Chが閾値未満であると、手2が容量センサから離れているとしてモーション検出モードに切り替わり、容量センサと手2との間の静電容量Chが閾値以上であると、手2が容量センサに近づいているとして通常モードに切り替わる。
また、切り替えスイッチを用いてモーション検出(モーション入力操作)のモードに切り替える場合には、図8(a)〜(d)に示すようにして切り替えを行う。この場合、まず図8(a)に示すように、切り替えスイッチ31を押してモーション検出モードにする。このモードにおいては、図8(b)に示すように、操作対象領域で手2を動かすことにより、上述したようにしてモーション検出を行う。モーション検出モードから通常モードに切り替えるときには、図8(c)に示すように、手2を操作対象領域から離したり、図8(d)に示すように、切り替えスイッチ31を再度押す。図8に示すように、電極ユニット34と切り替えスイッチ31とを離しておくことにより(両側にそれぞれ設けることにより)、一方の手(ここでは左手)でモード切り替えを行って、他方の手(ここでは右手)でモーション入力操作を行うことができる。また、電極ユニット34と切り替えスイッチ31とを離しておくことにより、切り替えスイッチ31を操作する手の静電容量がモーション検出に影響することを防止できる。
なお、切り替えスイッチ31の位置、大きさ、形状は図8に示すものに限定されない。例えば、キーボードの特定のキー操作やグライドポイントでの特定の操作によりモーション検出モードと通常モードとの間の切り替えを行うようにしても良い。
このような電極ユニット34は、図9(a)に示すように、グライドポイント14の両側に設けても良く、図9(b)に示すように、電極数を少なくすることもできる。図9(b)に示す電極ユニット34の場合においては、図2(b)の場合と同様の原理でモーション検出を行うことができる。
このように、本実施の形態によれば、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から操作対象領域における被検出体のモーション検出を行うので、使用環境に制限が少なく、機器に振動による影響を及ぼす恐れもなく、また特定の入力装置を持つ必要もない、簡単な構成の静電容量式モーション検出装置を実現することができる。このような静電容量式モーション検出装置を搭載した入力装置においては、当該静電容量式モーション検出によりアプリケーションのページの階層を変える、ページをめくる、画面のスクロールを行う、特定の部位の操作を行う、などの種々の操作を行うことが可能である。
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態における、左右、上下、手前−奥行きの別、部材の数値、位置、大きさ、形状については適宜変更することが可能である。また、装置本体が容量センサで構成されているので、人間の接近を検知する機能として利用することも可能である。例えば、この静電容量式モーション検出装置を搭載した装置に人間が接近しているかどうかを判別し、人間が遠ざかっている場合には、自動的に省電力モードに移行し、人間が装置に接近した場合に、自動的に省電力モードを解除するようにしても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
本発明の静電容量式モーション検出装置は、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前記操作対象領域における被検出体の2軸以上のモーション検出を非接触で行うモーション検出手段と、前記モーション検出のモードに切り替える切り替え手段と、を具備することを特徴とする。
本発明の静電容量式モーション検出装置においては、前記切り替え手段が容量センサであり、前記容量センサで検出する静電容量の変化量が所定の閾値未満であるときに前記モーション検出のモードに切り替えることが好ましい。また、本発明の静電容量式モーション検出装置においては、前記切り替え手段が容量センサであり、前記容量センサで検出する静電容量が所定の閾値以上であるときに前記モーション検出を行わないモードに切り替えることが好ましい。この場合において、被検出体によって操作される入力手段をさらに備え、前記容量センサは前記入力手段の近傍に配置されていることが好ましい。また、前記閾値が、前記入力手段の操作中には前記容量センサで検出する静電容量が前記閾値を越えるよう設定されていることが好ましい。この場合において、前記入力手段が静電容量式の位置入力装置であり、前記容量センサとしても動作することが好ましい。また、本発明の静電容量式モーション検出装置においては、前記入力手段がキーボードであり、前記容量センサの電極のうち少なくとも一つが、キーボードの手前側に配置されていることが好ましい。また、本発明の静電容量式モーション検出装置においては、前記検出電極/駆動電極対のうちの少なくとも一つの電極が、一軸のモーション検出時には駆動電極として、他の一軸のモーション検出時には検出電極とされることが好ましい。
本発明によれば、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前記操作対象領域における被検出体の2軸以上のモーション検出を非接触で行うモーション検出手段と、前記モーション検出のモードに切り替える切り替え手段と、を具備するので、使用環境に制限が少なく、機器に振動による影響を及ぼす恐れもなく、また特定の入力装置も持つ必要もない簡単な構成の静電容量式モーション検出装置及びそれを用いた入力装置を提供することができる。

Claims (5)

  1. 2以上の方向から操作可能な操作対象領域の方向検出位置にそれぞれ設けられ、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前記操作対象領域における被検出体のモーション検出を行うモーション検出手段と、前記モーション検出のモードに切り替える切り替え手段と、を具備することを特徴とする静電容量式モーション検出装置。
  2. 前記切り替え手段が容量センサであり、前記容量センサで検出する静電容量が所定の閾値未満であるときに前記モーション検出のモードに切り替えることを特徴とする請求項1記載の静電容量式モーション検出装置。
  3. 前記容量センサが、位置入力装置としても動作することを特徴とする請求項2記載の静電容量式モーション検出装置。
  4. 前記切り替え手段が切り替えスイッチであり、前記切り替えスイッチを操作した後又は前記切り替えスイッチを操作している間に前記モーション検出のモードに切り替えることを特徴とする請求項1記載の静電容量式モーション検出装置。
  5. 請求項1記載の静電容量式モーション検出装置を搭載した装置本体と、前記装置本体に内蔵されており、前記静電容量式モーション検出装置による前記被検出体のモーション検出に基づいて前記装置本体の操作を行う制御手段と、を具備することを特徴とする入力装置。
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