KR20120010128A - 접촉압 검지 장치 및 입력 장치 - Google Patents

Abstract

임의의 형상을 갖는 기체와; 상기 기체의 표면의 적어도 일부의 영역을 구획하는 복수의 영역마다 설정된, 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 3 이상의 감압 센서와; 상기 기체의 개개의 영역에 대응하여, 상기 3 이상의 감압 센서를 끼우고 상기 기체의 면을 덮도록 배치된 복수의 플레이트를 구비하는 접촉압 검지 장치를 제공한다.

Description

접촉압 검지 장치 및 입력 장치{CONTACT-PRESSURE DETECTING APPARATUS AND INPUT APPARATUS}

본 발명은, 접촉물의 접촉압을 검지하는 접촉압 검지 장치와, 이 접촉압 검지 장치를 이용하여 제어 대상의 디바이스에 제어 정보를 입력하는 입력 장치에 관한 것이다.

머니퓰레이터에서는, 팔이나 손의 표면 또는 워크의 표면에 마련된 감압(感壓) 센서, 온/오프 스위치, 근접 센서 등의 감지(感知) 수단의 출력으로부터 워크의 위치나 형상이 인식되어 동작에 반영된다.

한편, 요즘 전자 기기 디바이스의 진보에 수반하여, 마우스나 리모트 콘트롤을 대표로 하는 맨머신 인터페이스 디바이스에서도, 단지 인터페이스 디바이스상에 배치된 유한 개수의 스위치를 온/오프 하는 것뿐만 아니라, 조작한 손이나 손가락의 위치나 동작?파지력(把持力)을 컨트롤 신호로서 검지하는 수단이 요망되게 되어 있다.

예를 들면 일본 특허 제4065618호(특허 문헌 1)에는, 물체 표면에 다수의 센서가 메시(어레이)형상으로 배열되고, 물체 표면이 변형할 때에 발생하는 압력?변위 등을 검지함에 의해 물체 표면에 가하여지는 외력을 검출하는 장치가 개시되어 있다.

그러나 이와 같이 다수의 센서를 메시형상으로 배치한 검지 장치에서는, 검출 정밀도를 향상시키기 위해 극히 다수의 메시 분할과 그에 대응한 수의 센서를 배치할 필요가 있다.

그 이유는 다음과 같다.

1. 가압력을 효율적으로 받을 수 있는 센서는, 그 힘의 작용점의 직하(直下) 또는 그 극히 부근에 있는 센서로 한정되기 때문에, 힘의 작용점과 이 힘을 감지하는 센서와의 위치 관계에 의해 센서의 출력에 편차가 생겨, 가압력을 정밀도 좋게 검출하는 것이 곤란하다.

2. 작용점의 위치를 검출하는 경우의 검출의 분해 성능은 센서의 배치의 밀도에 의존하기 때문에, 결과적으로 다수의 센서가 필요해진다.

센서 수가 증대하면, 비용의 상승은 물론, 각 센서에 대한 전기적인 배선수도 증대한다. 이와 같은 대량의 배선은 포토리소그래피 프로세스에 의해 용이하게 얻어지는 것이지만, 포토리소그래피 프로세스의 특성에 의해 센서 배치면의 형태에 제약이 생기게 된다. 예를 들면, 포토리소그래피 프로세스에서는, 평탄한 검지면을 얻는 것은 용이하지만, 입체적으로 구부러진 검지면, 특히 목적하는 곡면 형상의 검지면을 얻는 것은 곤란하다.

이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 적은 수의 감압 센서로, 접촉물로부터의 가압 위치 및 가압력을 양호하게 검출할 수 있는 접촉압 검지 장치 및 입력 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 형태에 관한 접촉압 검지 장치는, 임의의 형상을 갖는 기체(基體)와, 상기 기체의 표면의 적어도 일부의 영역을 구획하는 복수의 영역마다 설정된, 적어도 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점(頂点) 위치에 마련된 적어도 3 이상의 감압 센서와, 상기 기체의 개개의 영역에 대응하여, 상기 3 이상의 감압 센서를 끼우고 상기 기체의 면을 덮도록 배치된 복수의 플레이트를 구비한다.

본 발명에서는, 영역마다 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 3개 이상의 감압 센서에 의해, 당해 영역에 대응하는 플레이트 상에서의 유저의 손가락 등의 접촉물의 접촉을 검지할 수 있다. 따라서 비교적 적은 센서 수로, 임의의 형상을 갖는 기체의 표면을 검출면으로서 갖는 접촉압 검지 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은, 상기 영역마다 마련된 상기 적어도 3 이상의 감압 센서의 검출 결과를 기초로 당해 영역에 대응하는 상기 플레이트에 가하여진 압력 및 가압 위치를 산출하는 산출부를 또한 구비하는 것으로 하여도 좋다. 이에 의해, 영역마다 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 3개 이상의 감압 센서의 검출 결과를 기초로, 당해 영역에 대응하는 플레이트상에서 유저의 손가락 등의 접촉물이 접촉한 위치 및 압력을 산출할 수 있다. 따라서 비교적 적은 센서 수로, 임의의 형상을 갖는 기체의 표면을, 가압 위치와 가압력의 검출면으로서 갖는 접촉압 검지 장치를 제공할 수 있다.

본 발명은, 상기 영역의 상기 다각형의 각각의 정점 위치가, 다른 적어도 하나의 영역의 상기 다각형의 어느 하나의 정점 위치와 일치하고, 상기 감압 센서는, 복수의 영역의 정점 위치가 일치하는 개소마다, 당해 복수의 영역에 각각 대응하는 복수의 플레이트에 가하여진 압력을 검지 가능하게 마련된다. 이에 의해, 하나의 감압 센서로 복수의 영역에 각각 대응하는 플레이트에 가하여진 압력의 일부를 각각 검출할 수 있기 때문에, 기체의 표면을 보다 미세한 영역으로 구획하여 검출 정밀도를 높였던 경우에 수반하는 감압 센서의 수의 증대가 억제된다.

본 발명은, 상기 기체가 임의의 입체 형상을 가지며, 상기 기체가 3차원적으로 상기 복수의 플레이트에 의해 덮여 있는 것으로 하여도 좋다. 이에 의해, 비교적 적은 센서 수로, 임의의 입체 형상을 갖는 기체의 표면을, 가압 위치와 가압력의 검출면으로서 갖는 접촉압 검지 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 관한 접촉압 검지 장치는, 3차원 공간 내에서의 움직임을 검출하는 움직임 검출부를 또한 구비하는 것이라도 좋다.

본 발명의 다른 관점에 의거한 입력 장치는, 임의의 형상을 갖는 기체와, 상기 기체의 표면의 적어도 일부의 영역을 구분하는 복수의 영역마다 설정된, 적어도 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 적어도 3 이상의 감압 센서와, 상기 기체의 면의 개개의 영역에 대응하여, 상기 적어도 3 이상의 감압 센서를 끼우고 상기 기체의 면을 덮도록 배치된 복수의 플레이트와, 상기 각 감압 센서에 의해 검출된 결과로부터 제어 대상인 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하는 제어부를 구비한다.

본 발명의 입력 장치에서는, 영역마다 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 3개 이상의 감압 센서에 의해, 당해 영역에 대응하는 플레이트상에서의 유저의 손가락 등의 접촉물의 접촉을 검지하고, 이 결과를 기초로 제어 대상인 디바이스를 제어할 수 있다.

본 발명의 입력 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 영역마다 마련된 상기 3 이상의 감압 센서의 검출 결과를 기초로 당해 영역에 대응하는 상기 플레이트에 가하여진 압력 및 가압 위치를 산출하고, 이 산출 결과를 기초로 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하는 것이라도 좋다. 이에 의해, 유저의 손가락을 대는 위치와 가압력에 의해 유저가 의도하는 정보를 입력할 수 있는 등, 직감적인 조작으로 제어 대상의 디바이스에 제어 정보를 입력할 수 있다.

본 발명의 입력 장치는, 3차원 공간 내에서의 움직임을 검출하는 움직임 검출부를 또한 구비하고, 상기 제어부는, 상기 각 감압 센서에 의해 검출된 결과와 상기 움직임 검출부에 의해 검출된 결과를 기초로 상기 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하는 것이라도 좋다. 이에 의해, 제어부는 3차원 공간 내에서의 이동 변위, 이동 속도, 이동 가속도, 회전 변위, 회전 속도, 회전 가속도 등의 움직임 정보와, 감압 센서에 의해 검출된 가압 위치, 가압력 등의 정보와의 조합을 기초로, 가상(假想) 3차원 공간 내에 표시된 제어 대상에 대한 다양한 제어가 가능해진다.

본 발명의 입력 장치는, 상기 제어부에 의해 생성된 상기 디바이스를 제어하기 위한 정보를 무선으로 송신하는 무선 통신부를 또한 구비하는 것이라도 좋다. 이에 의해, 원격 조작이 가능한 입력 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 입력 장치는, 유저에 의한 가압 조작에 대해 리얼타임으로 응답을 돌려주는 수단을 또한 구비하는 것이라도 좋다.

본 발명의 입력 장치에 있어서, 상기 제어부는, 산출된 적어도 가압 위치의 시계열의 정보를 필적(筆跡) 정보로서 생성하도록 하여도 좋다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 적은 수의 감압 센서로, 접촉물로부터의 가압 위치 및 가압력을 양호하게 검출할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점 등은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 더욱 명확히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한 접촉압 검지 장치를 이용한 입력 장치의 외관과 사용 형태를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 입력 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 3은 도 2의 입력 장치의 기체 표면을 화살표(X) 방향에서 도시하는 도면.
도 4의 A는 제 1의 실시 형태의 입력 장치에서의 가압 위치와 가압력의 검출 원리를 설명하기 위한 평면도.
도 4의 B는 도 4의 측면도.
도 5는 정부의 압력에 대응한 감압 센서를 이용한 경우의 검출 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 가압 위치를 산출하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 기체가 구체 등의 입체 형상을 갖는 경우의 가압 위치를 산출하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 제 1의 실시 형태의 입력 장치의 조작 방법을 도시하는 도면.
도 9의 A는 본 발명의 제 2의 실시 형태의 입력 장치를 도시하는 측면도.
도 9의 B는 도 9의 A를 화살표(X) 방향에서 본 측면도.
도 10은 제 1의 실시 형태의 입력 장치의 파지 형태를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명에 관한 변형예 1을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명에 관한 변형예 2를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명에 관한 변형예 3을 도시하는 도면.
도 14는 본 발명에 관한 변형예 4를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명에 관한 변형예 5를 도시하는 도면.
도 16은 본 발명에 관한 변형예 6을 도시하는 도면.
도 17은 본 발명에 관한 변형예 7을 도시하는 도면.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

본 실시 형태는, 감압 센서를 이용하여 유저의 손가락 등의 접촉물의 접촉을 접촉시의 압력의 검출에 의해 검지하는 접촉압 검지 장치와, 이 접촉압 검지 장치를 이용한 맨머신 인터페이스 디바이스인 입력 장치에 관한 것이다. 접촉압 검지 장치는, 입체적인 외형을 가지며, 그 입체 표면에서 접촉물이 접촉된 위치(가압 위치)와 압력(가압력)을 검지하는 것을 목적으로 한 장치이다. 접촉압 검지 장치를 이용한 입력 장치는, 외부의 전자 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하여 전자 디바이스에 출력한 장치이다. 즉, 입력 장치는, 접촉압 검지 장치에 의해 검지된 입체 표면상의 가압 위치와 가압력으로부터, 전자 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하고, 전자 디바이스에 공급하는 장치이다.

<제 1의 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관한, 접촉압 검지 장치를 이용한 입력 장치(10)의 외관과 사용 형태를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 입력 장치(10)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3은 도 2의 입력 장치(10)의 기체 표면을 화살표(X) 방향에서 도시하는 도면이다.

이들의 도면에 도시하는 바와 같이, 이 입력 장치(10)는, 임의의 입체 형상을 갖는 기체(11)와, 기체(11)의 표면에 분산되어 마련된 3 이상의 감압 센서(12)와, 각 감압 센서(12)를 끼우고 기체(11)의 표면 전체를 덮도록 마련된 복수의 플레이트(13)를 구비한다.

여기서 기체(11)의 임의의 입체 형상이란, 구체(球體), 다면체, 원주체(원통체), 원추체, 타원구, 준정다면체(準正多面體) 등이다. 본 실시 형태는, 구체형상의 기체(11)가 채용되어 있다. 기체(11)의 표면은, 그 전체 또는 일부가 복수의 영역으로 구획되어 있다. 구획 수는 2 이상이면 좋다. 본 실시 형태에서는, 구체의 표면의 전체가 구획되어 있다. 구획된 각각의 영역의 사이즈는 동일하여도, 동일하지 않아도 좋지만, 본 실시 형태에서는 동일하게 되어 있다. 각각의 영역에는, 3 이상의 감압 센서(12)가 배치되어 있다. 이들의 감압 센서(12)는, 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각의 정점 위치에 배치되어 있다. 도 3은, 기체(11)의 하나의 영역을 나타내고 있고, 이와 같이 본 실시 형태에서는, 영역마다 3개의 감압 센서(12)가 배치되어 있다. 그리고, 기체(11)의 개개의 영역에 1대1로 대응하여, 각 감압 센서(12)를 끼우고 기체(11)의 표면을 전체적으로 덮도록 복수의 플레이트(13)가 배치되어 있다. 기체(11)가 구체인 경우, 2개의 영역 각각에 대응하여 마련되는 플레이트(13)는 각각 파라볼라형상이 된다. 감압 센서(12)는, 특히 기체(11)의 부착면이 구면이나 원주면인 경우, 그 면을 모방하여 부착하는 것이 용이하도록, 필름형상 또는 얇은 판형상의 것이 알맞다.

플레이트(13)는, 인위적인 범위의 가압력에 의해 플레이트(13)가 휨에 의해 플레이트(13)의 이면이 기체(11)의 표면에 맞닿아서 감압 센서(12)에의 힘의 전달이 저감하거나 하는 일이 없을 정도 이상의 강성을 갖도록, 그 재질이나 두께 등이 적절히 선정된다.

기체(11)는 내부에 공동부(14)를 갖는다. 공동부(14)에는, 각 감압 센서(12)의 출력을 받아들이고, 이들의 출력을 기초로 소정의 연산 처리를 실행하는 컨트롤러(15)(산출부, 제어부)를 포함하는 전자 부품이 실장된 기판(16)이 마련되어 있다. 컨트롤러(15)는, 보다 구체적으로는, 영역마다 마련된 3개 이상의 감압 센서(12)의 검출 결과를 기초로, 당해 영역에 대응하는 플레이트(13)상에서 유저의 손가락 등의 접촉물이 닿은 위치(가압 위치) 및 가압력을 구하기 위한 연산 처리를 행할 수 있다. 가압 위치와 가압력의 검출 방법에 관해서는 후에 설명한다. 또한, 컨트롤러(15)는, 검출된 가압 위치 및 가압력을 기초로, 제어 대상인 전자 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하여, 전자 디바이스에 공급하도록 제어를 행한다.

또한, 컨트롤러(15)가, 영역마다 마련된 3개 이상의 감압 센서(12)의 검출 결과를 기초로, 당해 영역에 대응하는 플레이트(13)상에서 유저의 손가락 등의 접촉물이 닿은 위치(가압 위치) 및 가압력을 구하기 위한 연산 처리를 행하고, 그 결과를 외부에 출력하도록 구성하여도 좋다. 이와 같은 구성을 채택한 경우, 본 장치는 접촉압 검지 장치가 된다.

다음에, 본 실시 형태에서, 영역마다 마련된 3개 이상의 감압 센서(12)의 출력으로부터 당해 영역에 대응하는 플레이트(13)상에서의 가압 위치와 가압력을 검출하는 방법을 설명한다.

설명의 간단함을 위해, 플레이트(13)는 파라볼라형상이 아니라 평판이라고 한다. 도 4의 A 및 도 4의 B는 그 검출 원리를 설명하기 위한 평면도 및 측면도이다.

3각형의 평판형상의 플레이트(13)의 각각의 모서리부의 위치에 대응하여, 당해 플레이트(13)에 가하여진 압력을 각각 3개의 분압으로서 검출 가능한 3개의 감압 센서(12)가 설치되어 있는 것이라고 한다. 여기서, 플레이트(13) 상의 임의의 위치를 가압 위치로 하여 P의 힘이 가하여진 것이라고 한다. 이 가압력(P)은 플레이트(13)에서 분산되어, 플레이트(13)의 3개의 모서리부에 대응하여 배치된 3개의 감압 센서(12)에 분할하고 주어진다. 즉, 3개의 감압 센서(12) 각각에 인가된 힘을 각각 P1, P2, P3이라고 한 경우, P=P1+P2+P3의 관계식이 성립된다. 즉 플레이트(13)의 어느 위치에 힘(P)을 가하여도, 그 힘(P)은 3개의 감압 센서(12)의 출력치(P1, P2, P3)의 합으로서 검출할 수 있다. 또한, 정부(正負)의 압력에 대응한 감압 센서(12)를 이용하면, 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 가압 위치가 3개의 센서 위치를 정점으로 하는 3각형의 영역(21)으로부터 벗어난 위치에 가해졌다고 하여도, 마찬가지 수법으로 플레이트(13)에 가하여진 힘(P)을 계산하는 것이 가능하다. 또한, 도 5에서, 감압 센서(12)의 출력중 P2는 부(負)의 출력이 된다.

다음에, 가압 위치를 산출하는 방법을 도 6을 이용하여 설명한다.

감압 센서(12)의 위치는 이미 알고 있기 때문에, 도 6에 도시하는 바와 같은 위치 벡터(P1, P2, P3)가 그릴 수 있다. 여기서, 3각형의 변(a)을 감압 센서(12)의 출력치[P3]:[P1]의 비로 분할하는 점의 위치 벡터(P4)는,

P4=(P1×[P3]+P3×[P1])/[P1]+[P3]… (1)

[P4]=[P1]+[P3]

로 표시할 수 있다.

여기서, 가압 위치(P)는, 점(P4)과 점(P2)을 잇는 선상(線上)에 존재하고, 또한, 이 선을 윗식의 계산으로 구한 [P4]와, 센서 출력[P2]의 비, 즉 [P4]:[P2]로 분할한 점이 된다. 따라서 윗식과 마찬가지로, 가압 위치의 위치 벡터(P)는,

P=(P2×[P4]+P4×[P2])/[P2]+[P4]… (2)

[P]=[P2]+[P4]=[P1]+[P2]+[P3]

로 표시된다.

즉 가압 위치에 걸리는 힘과 위치가, 3개의 감압 센서(12)로부터의 출력치에 의해 정확하게 산출할 수 있다.

여기서, 감압 센서(12)의 수 3개는, 하나의 평면상에 가하여진 힘의 위치와 크기를 벡터 계산으로 산출하기 위해 최저한 필요한 수이고, 이 수를 4개 이상으로 늘린 경우에도 마찬가지 계산 수법을 이용하는 것이 가능하다.

이상의 원리는, 구체 등의 입체 형상을 갖는 물체의 표면에 대해 응용할 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 구면 형상의 플레이트(13)인 경우, 벡터 계산에 도 7에 도시하는 바와 같은 극좌표를 이용할 수 있다.

상기한 벡터 식(2)을 극좌표 표시로 기술하면,

P=(([P3]×ψ1+[P1]×ψ3)/([P1]+[P3]), ([P3]×τ1+[P1]×τ3)/([P1]+[P3]), r) … (3)

[P]=[P2]+[P4]=[P1]+[P2]+[P3]

P=(([P4]×ψ2+[P2]×ψ4)/([P2]+[P4]), ([P4]×τ2+[P2]×τ4)/([P2]+[P4]), r) … (4)

[P]=[P2]+[P4]=[P1]+[P2]+[P3]

r=구(球)의 반경

가 된다.

이 수법을 이용함에 의해, 구면, 원주면 등의 임의의 표면 형상을 갖은 물체의 표면과, 표면을 몇개의 영역으로 구획하고, 각각의 영역에서의 표면 형상에 대응한 평면좌표, 극좌표, 원통좌표 등의 좌표식으로서 근사하면, 임의 형상의 물체 표면 전역(全域)에 대한 가압 위치와 가압력을 산출하는 것이 가능하다.

단, 임의 형상의 표면에 대해서는, 표면 전역에 걸쳐서 형상을 근사하는데 필요한 좌표계의 수만큼은 구획 영역을 마련하여야 한다.

본 실시 형태의 입력 장치(10)에서는, 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 기체(11)의 2개의 영역(11A, 11B)에 유저의 손가락으로부터의 압력이 각각 개별적으로 가하여지도록 파지된 때에, 컨트롤러(15)는, 각각의 영역마다, 유저의 복수의 손가락에 각각 대응하는 가압 위치와 가압력의 검출을 개별적으로 행할 수 있고, 그 검출 결과로부터, 전자 디바이스에 공급하는 제어 정보를 생성할 수 있다. 컨트롤러(15)에는, 영역마다의 가압 위치와 가압력의 조합과 전자 디바이스에 공급하는 제어 정보와의 대응을 관리하는 테이블이나, 가압 위치와 가압력을 변수로 하여 전자 디바이스에 공급하는 제어 정보를 생성하는 함수 등이 격납되어 있다. 그 구체적인 제어의 내용은 무수하게 생각된다.

<제 2의 실시 형태>

제 2의 실시 형태는, 구체의 기체(11)의 표면을 구획하는 2개의 영역 각각을 다시 3개 이상의 영역으로 구획하고, 각각의 영역마다 가압 위치 및 가압력을 검출함으로써 검출 정밀도의 향상을 도모함과 함께, 감압 센서(12)를 복수의 영역 사이에서 공유하도록 배치함으로써, 감압 센서(12)의 수의 증대를 억제한 것이다.

도 9의 A는 제 2의 실시 형태의 입력 장치(10A)를 도시하는 측면도, 도 9의 B는 도 9의 A를 화살표(X) 방향에서 본 측면도이다.

이 입력 장치(10A)에서는, 구체의 기체의 표면을 2등분으로 구획하는 2개의 영역 각각이 또한, 2개의 영역을 구획하는 방향에 대해 직교하는 방향으로 4개의 영역으로 구획되어 있다. 그 결과, 기체의 표면은 8개의 영역으로 구획된다. 개개의 영역은 3개의 모서리를 갖는 삼각형에 가까운 형상이 된다. 이와 같이 영역을 구획한 경우, 8개의 영역의 합계 24의 모서리는 6개소로 나뉘어져서 4개씩 집중한다. 그리고, 각각의 영역에 대응하여, 기체의 표면을 전체적으로 덮도록 8장의 플레이트(13A)가 배치되어 있다.

이 입력 장치(10A)에서는, 4개의 모서리가 집중한 상기 6개소에 각각 필름형상의 감압 센서(12A)가 배치되어 있다. 필름형상의 감압 센서(12A)로서는, 압력을 면(面)에서 받아 검지 가능하다, 예를 들면 압전 소자 등을 이용하는 것이 사용된다. 모서리가 1점에 집중한 4개의 영역에 각각 대응하는 4개의 플레이트(13A)에 가하여지는 압력의 일부를 하나의 감압 센서(12A)에서 검출할 수 있도록 하기 위해, 감압 센서(12A)는, 그 감압 영역의 중심을 4개의 영역의 모서리가 집중하는 점에 맞추도록 하여 배치되어 있다. 또한, 이 구성에서는, 영역의 하나의 모서리가, 상기 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 하나의 정점 위치에 상당한다.

본 실시 형태에 의하면, 기체의 표면을 보다 미세한 영역으로 분할하여 영역마다 가압 위치와 가압력의 검출을 행함으로써, 검출의 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 기체(11)의 표면을 2등분으로 구획한 제 1의 실시 형태의 입력 장치(10)에서는, 플레이트(13)의 경계선(영역의 경계선)상이 유저에 의해 파지되면, 파지력의 대부분이 플레이트(13)를 변형시킴으로써 지워져 버려 감압 센서(12)에 전하여지지 않는 것도 생각된다. 이에 대해, 제 2의 실시 형태의 입력 장치(10A)에서는, 입체 표면에서의 감압 센서(12A)의 배치가 보다 조밀하기 때문에, 플레이트(13A)의 변형에 의해 파지력이 지워지는 비율이 대폭적으로 저감하고, 쥐는 방식의 차이에 의한 감도에의 영향을 대폭적으로 경감할 수 있다.

예를 들면, 도 9의 A에서, 기체를 2등분한 경계선(22)상에 해당하는 A점과 B점이 양측에서 잡혀진 경우, A점에 가해진 힘은 경계선(22)을 끼우는 도면 중 상방의 2개의 플레이트(13A(a), 13A(b))에 분산되어 전해지고, B점에 가해진 힘은 경계선(22)을 끼우는 도면 중 하방의 2개의 플레이트(13A(c), 13A(d))에 분산되어 전해진다. 이 경우, 도면 중 상방의 2개의 플레이트(13A(a), 13A(b))가 합쳐진 4각형의 영역에서의 벡터 계산에 의해 가압 위치(A)의 검출을 행함과 함께, 도면 중 하방의 2개의 플레이트(13A(c), 13A(d))가 합쳐진 4각형의 영역에서의 벡터 계산에 의해 가압 위치(B)의 검출을 행하면 좋다.

또한, 제 2의 실시 형태의 입력 장치(10A)에서는, 4개의 영역의 모서리가 집중하는 점에 감압 영역의 중심을 맞추도록 하여 감압 센서(12A)를 배치하여, 하나의 감압 센서(12A)로 4개의 영역에 각각 대응하는 플레이트(13A)에 가하여진 압력의 일부를 각각 검출할 수 있도록 구성하였기 때문에, 기체의 표면을 보다 미세한 영역으로 구획하여 검출 정밀도를 높인 경우에 수반하는 감압 센서(12A)의 수의 증대가 억제된다.

그런데 제 2의 실시 형태에서는, 기체의 표면을 균등하게 8개의 영역으로 구획하였지만, 반드시 영역의 형상 및 사이즈는 동일할 필요는 없다. 또한, 8 이상의 영역으로 구획하여도 좋다. 예를 들면, 분할 수를 12 이상으로 하면, 완전 독립하여 각각 플레이트 내에서 가압 위치와 가압력의 검출을 행하는 것이 가능하다.

다음에, 상기 실시 형태의 변형예를 설명한다.

[변형예 1]

도 2에 도시한 바와 같이, 제 1의 실시 형태에서는, 기체(11)와 플레이트(13)의 사이에 필름형상의 감압 센서(12)가 배치된다. 이와 같이 필름형상의 감압 센서(12)를 이용함으로써 감압 영역을 비교적 넓은 면에서 확보할 수 있고, 모서리가 1점에 집중하는 4개의 영역에 각각 대응하는 4개의 플레이트(13A)에 가하여지는 압력의 일부를 하나의 감압 센서(12A)에서 검출하는 것이 가능해진다. 그러나 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 도 11은 감압 센서로서 필름형상이 아니라, 점(点)에서 압을 감지하는 것이 가능한 감압 센서(12B)를 이용하는 것을 가능하게 하기 위한 구성예이다. 즉, 서로 인접하는 플레이트(13B)의 모서리부끼리는 플레이트(13B)의 두께 방향으로 겹쳐져 있고, 그 겹침 부분(23)의 직하에 감압 센서(12B)가 배치되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 필름형상 이외의 감압 센서의 이용이 가능해진다.

[변형예 2]

본 변형예 2는, 유저의 손가락에 의한 가압 조작에 대해 리얼타임으로 응답을 되돌려 주도록 구성한 경우의 예이다. 도 12는, 응답으로서, 이른바 클릭감(感)을 돌려주기 위해, 스냅샷 스위치(24)를 이용한 것이다. 스냅샷 스위치(24)는, 마우스 등에서 버튼의 조작시에 클릭감을 발생하도록 구성된 전자 부품이고, 마이크로 스위치라고도 불린다. 스냅샷 스위치(24)는, 전기적인 전환 기구와, 판스프링 등의 탄성체를 이용한 클릭감 발생 기구를 구비한다. 스냅샷 스위치(24)는, 플레이트(13C)에 압력이 가하여지는 방향에 따라 동작하는 가동부(25)를 가지며, 이 가동부(25)의 이동에 의해 클릭감이 발생하도록 구성된다. 스냅샷 스위치(24)는, 필름형상의 감압 센서(12C)의 위에 제 1의 압력 분산판(26)을 통하여 배치되어 있다. 제 1의 압력 분산판(26)은, 스냅샷 스위치(24)에서 받은 압을 감압 센서(12C)의 특성상 필요한 면에 전달시키기 위해 사용된다. 한편, 스냅샷 스위치(24)의 가동부(25)의 선단에도 압력 분산판이 제 2의 압력 분산판(27)으로서 고정되어 있다. 그리고 이 제 2의 압력 분산판(27)의 위에, 복수의 플레이트(13C) 각각의 모서리부가 실려 있다.

이 변형예 2에 의하면, 입력 장치의 파지의 시작과 개방의 각 타이밍에서 클릭감을 얻을 수 있고, 조작에 대한 응답을 유저가 감각적으로 확인하면서 조작을 행할 수가 있다. 따라서, 조작성이 향상한다. 또한, 스냅샷 스위치(24)의 온/오프 신호는, 제어 대상의 전자 디바이스에 대해, 인간이 컨트롤을 시작하는 것을 전하는 트리거 신호로서도 사용할 수 있다.

[변형예 3]

본 발명에 관한 입력 장치를, 유저가 손으로 쥘 때의 힘의 강도로 전자 디바이스를 제어하도록 한 경우, 사람이 파지력을 바꾸어서 잡은 때의 감각을, 힘뿐만 아니라 변위로서도 인식할 수 있도록 하면, 유저에 있어서의 조작감을 보다 높이는 것을 기대할 수 있다.

도 13은, 이와 같은 기술 사상에 의거한 예를 도시하는 도면이다. 본 변형예 3의 입력 장치(10D)는, 합성 스펀지와 같은 탄성 재료(28)로 전체가 덮여 있다. 이 구성에 의하면, 쥐여진 때에 그 파지력에 응한 변형이 변위로 되고 손가락 끝에 전해짐으로써, 보다 정밀하고 미세한 조작 입력이 가능해진다.

또한, 유저에 대해, 클릭감이나 표면재의 변위에 대신하여, 또는, 그 어느 하나에 더하여, 소리나 진동(바이브레이션)을 응답하도록 구성하여도 좋다. 소리나 진동으로 응답하는 경우에는, 소리나 진동의 주파수나 진폭을 쥐는 힘에 응하여 변화시키도록 하여도 좋다.

[변형예 4]

도 14는, 본 변형예 4의 구성을 도시하는 도면이다. 본 변형예 4는, 구체인 입력 장치(10E)가 평평한 면에 마련된 때의 구름을 방지하기 위해, 기체(11E)의 공동부(14E)에 중심(重心)의 치우침을 증대시키기 위한 웨이트가 되는 전자 부품(29)을 배치한 것이다. 이 입력 장치(10E)는, 원격 조작 장치로서 사용할 수 있도록, 웨이트가 되는 전자 부품(29)으로서, 충전지 등의 전원부(29A)와 무선 통신 디바이스(29B)를 구비한다. 여기서, 특히 충전지 등의 전원부(29A)의 하중은 공동부(14E) 내의 컨트롤러(15) 등, 다른 전자 부품에 비하여 크기 때문에, 이 전원부(29A)를 기체(11E)의 중심의 치우침을 증대하기 위한 웨이트로서 유효하게 이용할 수 있다. 전원부(29A)와 무선 통신 디바이스(29B)의 양쪽을 웨이트로서 이용하기 때문에, 이들을 기체(11E)의 공동부(14E) 내의 중심부터 가능한 한 떨어진 장소에 배치시키고 있다. 또한, 컨트롤러(15) 등의 전자 부품을 탑재한 기판(16)에 대해서도, 가능한 한 전원부(29A)와 무선 통신 디바이스(29B)에 가까운 위치에 배치하면, 중심(重心)을 기체(11E)의 중심(中心)으로부터 보다 떨어진 위치에 설정할 수 있고, 안정성이 보다 향상한다.

그런데 상술한 각 실시 형태 및 각 변형예의 입력 장치의 기체 내에는, 예를 들면 가속도 센서나 자이로스코프 센서 등, 3차원 공간에서의 움직임을 검출하기 위한 센서가 탑재되어도 좋다. 이 경우, 컨트롤러는, 이들의 센서에 의해 검출된 3차원 공간 내에서의 이동 변위, 이동 속도, 이동 가속도, 회전 변위, 회전 속도, 회전 가속도 등의 움직임 정보와, 감압 센서에 의해 검출된 가압 위치, 가압력 등의 정보와의 조합을 기초로, 제어 대상에 대해 다양한 제어를 행할 수가 있다. 예를 들면, PC상에서 행하여지는 마우스의 드래그&드롭과 같은 조작을, 파지력을 다단계로 전환하는 제어를 가하면서 행할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어 대상물을 살짝 잡고서 이동하여 놓거나, 단단히 잡고 이동하여 놓거나 하는 등, 다양한 조작이 생각된다. 또한, 이 경우의 제어 대상은, 가상 3차원 공간 내에 표시된 가상적인 물체로 한하지 않고, 로봇의 마스터 슬레이브 동작과 같이 현실의 물체라도 좋다.

또한, 변형예 4와 같이, 무선 통신 디바이스(29B)를 탑재함에 의해, 제어 대상을 무선으로 원격 조정하는 것도 가능하다.

변형예 4의 전원부(29A)에 관해서는, 교환식의 배터리(1차 전지)를 이용하여도 좋고, 조작에 의한 움직임을 전력으로 변환하는 발전부와, 이 발전부의 전력에 의해 충전 가능한 배터리를 마련한 구성을 채용하여도 좋다.

[변형예 5]

본 발명에 관한 입력 장치가 갖는 가능성은, 물체 표면의 정적인 가압력의 검지에 그치지 않고, 동적인 가압력의 검지에도 미친다. 예를 들면, 도 15에 도시하는 바와 같이, 입력 장치(10F)의 플레이트(13F)의 표면에 문자를 손으로 적어서 입력하는 조작을 생각한다. 이 경우, 컨트롤러는, 산출된 가압 위치의 시계열의 정보를 필적(筆跡) 정보로서 생성하여 전자 디바이스에 공급함으로써, 손으로 적는(手書) 입력을 위한 수단으로서 본 입력 장치를 이용하는 것이 가능하다. 그때, 가압 위치의 정보와 가압력의 정보를 조합시켜서, 필압(筆壓)을 가미한 필적 정보를 생성하도록 하여도 좋다. 필압 정보에 의해, 필적의 선(線)의 굵기, 선분(線分)의 시점/종점의 인식 등, 다양한 제어를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 본 변형예 5에서는, 플레이트(13F)의 표면을 미끄러지기 쉬운 재질의 시트로 전체적으로 덮으면, 플레이트(13F)를 계합한 부분을 통과할 때의 걸려짐이 없어지고, 스무스하게 손으로 적는 입력 조작이 가능해진다.

[변형예 6]

도 16은, 입력 장치(10G)의 플레이트(13G)의 표면에, 스위치 입력이나 볼륨?채널의 변경 등의 기능이 할당된 복수의 영역을 버튼(30)으로서 마련한 것이다. 또한, 표면에 표시하고 유효하게 하는 기능을 전환 가능하게 하여도 좋다. 표면에 표시하여 유효하게 하는 기능을 전환하기 위한 수단으로서는, 표면에 항상 할당되는 전환 스위치의 영역을 버튼으로서 마련하여 두고, 이 버튼을 2번 누르는 등의 방법이 생각된다.

[변형예 7]

상기한 실시 형태의 입력 장치(10A)에서는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 입력 장치(10A)를 양손의 손가락으로 쥐고, 각각의 손을 서로 역방향에 비틀도록, 또한 양손의 각 손가락을 플레이트(13A)의 표면에서 미끄러지게 하는 조작이 가능해진다. 이와 같은 조작에 대해, 컨트롤러는, 좌우의 손의 손가락의 접촉 영역의 형태를 인식하고, 인식한 접촉 영역의 형상이 회전한 방향을 손을 비틀었던 방향으로서 검지하는 것이 가능하다. 이에 의해, 예를 들면 레이싱 게임의 핸들 조작과 같은 입력 조작이 가능해진다.

[변형예 8]

기체의 구획 수를 어느 정도 많게 함으로써 접촉물의 형상 인식도 가능하다. 예를 들면, 손으로 잡은 경우, 5개의 손가락의 위치를 검출하는 것이 가능하다. 5개의 손가락의 위치를 검출할 수 있다면, 인간의 손은 뼈에 의해 구성된 강체 링크 기구로 간주할 수 있기 때문에, 손의 자세를 산출하는 것이 가능하다. 여기서, 인간이 손의 자세를 의식하면서 본 발명에 관한 입력 장치를 3차원 공간 내에서 이동?회전시키면, 인간이 의식하는 3차원 공간 좌표와, 손의 자세를 산출하는 소프트웨어가 갖는 가상 3차원 공간 내의 좌표를 관련짓는 것이 가능해진다. 즉, 인간은, 소프트웨어 위의 가상 물체의 위치?자세를 직감적으로 컨트롤하는 것이 가능해진다.

[변형예 9]

본 발명에 관한 입력 장치를 쥔 손의 위치?자세를 산출하고, 응용예 2의 기능이 할당된 영역의 위치를, 손의 위치?자세에 대한 상대 위치로서 설정함으로써, 유저는 기능이 할당된 영역의 위치에 대해 잡는 위치를 선택할 필요가 없어지고, 조작성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 일본 특허출원 JP2010-163003(2010.07.20)의 우선권 주장 출원이다.

본 발명은 첨부된 청구범위와 동등한 범주 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 변경, 변형, 수정, 대체 등이 이루어질 수 있다.

10 : 입력 장치
11 : 기체
12 : 감압 센서
13 : 플레이트
15 : 컨트롤러
29B : 무선 통신 디바이스

Claims (13)

1. 임의의 형상을 갖는 기체와,
   상기 기체의 표면의 적어도 일부의 영역을 구획하는 복수의 영역마다 설정된, 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 3 이상의 감압 센서와,
   상기 기체의 개개의 영역에 대응하여, 상기 3 이상의 감압 센서를 끼우고 상기 기체의 면을 덮도록 배치된 복수의 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉압 검지 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 영역마다 마련된 상기 3 이상의 감압 센서의 검출 결과를 기초로 상기 영역에 대응하는 상기 플레이트에 가하여진 압력 및 가압 위치를 산출하는 산출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉압 검지 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 영역의 상기 다각형의 각각의 정점 위치가, 다른 적어도 하나의 영역의 상기 다각형의 어느 하나의 정점 위치와 일치하고,
   상기 감압 센서는, 복수의 영역의 정점 위치가 일치하는 개소마다, 당해 복수의 영역에 각각 대응하는 복수의 플레이트에 가하여진 압력을 검지 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 접촉압 검지 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 기체가 임의의 입체 형상을 가지며,
   상기 기체가 3차원적으로 상기 복수의 플레이트에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 접촉압 검지 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   3차원 공간 내에서의 움직임을 검출하는 움직임 검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉압 검지 장치.
6. 임의의 형상을 갖는 기체와,
   상기 기체의 표면의 적어도 일부의 영역을 구분하는 복수의 영역마다 설정된, 3 이상의 모서리 수를 갖는 다각형의 각각 다른 정점 위치에 마련된 3 이상의 감압 센서와,
   상기 기체의 면의 개개의 영역에 대응하여, 상기 3 이상의 감압 센서를 끼우고 상기 기체의 면을 덮도록 배치된 복수의 플레이트와,
   상기 각 감압 센서에 의해 검출된 결과로부터 제어 대상인 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 영역마다 마련된 상기 3 이상의 감압 센서의 검출 결과를 기초로 당해 영역에 대응하는 상기 플레이트에 가하여진 압력 및 가압 위치를 산출하고,
   이 산출 결과를 기초로 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 영역의 상기 다각형의 각각의 정점 위치가, 다른 적어도 하나의 영역의 상기 다각형의 어느 하나의 정점 위치와 일치하고,
   상기 감압 센서는, 복수의 영역의 정점 위치가 일치하는 개소마다, 당해 복수의 영역에 각각 대응하는 복수의 플레이트에 가하여진 압력을 검지 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 기체가 임의의 입체 형상을 가지며,
   상기 기체가 3차원적으로 상기 복수의 플레이트에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
10. 제 6항에 있어서,
    3차원 공간 내에서의 움직임을 검출하는 움직임 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 각 감압 센서에 의해 검출된 결과와 상기 움직임 검출부에 의해 검출된 결과를 기초로 상기 디바이스를 제어하기 위한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
11. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 생성된 상기 디바이스를 제어하기 위한 정보를 무선으로 송신하는 무선 통신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
12. 제 6항에 있어서,
    유저에 의한 가압 조작에 대해 리얼타임으로 응답을 되돌려 주는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.
13. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는, 산출된 적어도 가압 위치의 시계열의 정보를 필적 정보로서 생성하는 것을 특징으로 하는 입력 장치.

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