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明細書 :入力装置、入力方法及び検出装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2017-201447 (P2017-201447A)
公開日 平成29年11月9日(2017.11.9)
発明の名称または考案の名称 入力装置、入力方法及び検出装置
国際特許分類 G06F   3/0354      (2013.01)
G06F   3/0488      (2013.01)
G06F   3/044       (2006.01)
FI G06F 3/0354 450
G06F 3/0488 130
G06F 3/044 Z
請求項の数または発明の数 7
出願形態 OL
全頁数 10
出願番号 特願2016-092522 (P2016-092522)
出願日 平成28年5月2日(2016.5.2)
発明者または考案者 【氏名】志築 文太郎
【氏名】田中 二郎
【氏名】▲高▼田 崚介
出願人 【識別番号】504171134
【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学
個別代理人の代理人 【識別番号】100106909、【弁理士】、【氏名又は名称】棚井 澄雄
【識別番号】100188558、【弁理士】、【氏名又は名称】飯田 雅人
【識別番号】100169764、【弁理士】、【氏名又は名称】清水 雄一郎
審査請求 未請求
テーマコード 5B087
5E555
Fターム 5B087AA09
5B087CC16
5B087CC39
5B087DD03
5E555AA04
5E555BA02
5E555BA04
5E555BB02
5E555BB04
5E555BC01
5E555CA15
5E555CA27
5E555CB10
5E555CB16
5E555FA00
要約 【課題】簡単な構成で複数種類のジェスチャを精度良く認識することができる入力装置、入力方法及び検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の入力装置は、単一電極からなる検出部と、前記検出部の出力信号が含む交流成分を2値化する2値化部と、前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する判定部とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲 【請求項1】
単一電極からなる検出部と、
前記検出部の出力信号が含む交流成分を2値化する2値化部と、
前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する判定部と
を備える入力装置。
【請求項2】
前記検出部は、溝部を有し、前記単一電極を構成する形状が互いに異なる複数の部分電極を前記溝部に配列したものである
請求項1に記載の入力装置。
【請求項3】
前記溝部が、延伸方向が異なる複数の直線状の部分溝部を有し、前記各部分溝部に配列される部分電極の個数が互いに異なる
請求項2に記載の入力装置。
【請求項4】
前記溝部が、環状の形状を有している
請求項2に記載の入力装置。
【請求項5】
前記検出部の出力信号が、音響信号の入力端子から入力されてデジタル化された後、前記2値化部に対して供給される
請求項1から請求項4いずれか一項に記載の入力装置。
【請求項6】
単一電極からなる検出部を用いて、
2値化部によって、前記検出部の出力信号が含む交流成分を2値化し、
判定部によって、前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する
入力方法。
【請求項7】
単一電極からなり、
検出部の出力信号が含む交流成分を2値化する2値化部と、前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する判定部とを備える情報処理装置に対して、
前記検出部の出力信号を出力する検出装置。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、入力装置、入力方法及び検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、単一電極のセンサを用いて操作者による複数種類のジェスチャを識別して入力する入力装置の構成例を示す。特許文献1に記載されている入力装置では、ユーザの指の接触に応じた電極における静電容量の変化を検出することで、指のタッチ、1または複数の指によるスワイプ、スワイプの向きなどが識別される。その際、静電容量の変化は、電極における充電時間の変化に応じて検出される。
【0003】
なお、特許文献1に記載されているような静電容量方式のタッチセンサではセンサ出力に混入するノイズがセンサの検出性能に影響を与える(特許文献1の段落0054)。特に商用電源由来のノイズは、ジェスチャの動作周波数と周波数範囲が重なるため問題となる。この問題に対し、特許文献1には、次のような検出回路が示されている。すなわち、特許文献1に記載されている検出回路では、電極における充電時間に応じてだけでなく、さらに放電時間に応じて検出信号が変化させられる。これによって、この検出回路では、商用電源由来のノイズがキャンセルされる。しかしながら、この検出回路には、構成が複雑化してしまうという課題がある。
【先行技術文献】
【0004】

【特許文献1】特開2015-141669号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、簡単な構成で複数種類のジェスチャを精度良く認識することができる入力装置、入力方法及び検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、単一電極からなる検出部と、前記検出部の出力信号が含む交流成分を2値化する2値化部と、前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する判定部とを備える入力装置である。
【0007】
本発明の一態様は、上記入力装置であって、前記検出部は、溝部を有し、前記単一電極を構成する形状が互いに異なる複数の部分電極を前記溝部に配列したものである。
【0008】
本発明の一態様は、上記入力装置であって、前記溝部が、延伸方向が異なる複数の直線状の部分溝部を有し、前記各部分溝部に配列される部分電極の個数が互いに異なる。
【0009】
本発明の一態様は、上記入力装置であって、前記溝部が、環状の形状を有している。
【0010】
本発明の一態様は、上記入力装置であって、前記検出部の出力信号が、音響信号の入力端子から入力されてデジタル化された後、前記2値化部に対して供給される。
【0011】
本発明の一態様は、単一電極からなる検出部を用いて、2値化部によって、前記検出部の出力信号が含む交流成分を2値化し、判定部によって、前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する入力方法である。
【0012】
本発明の一態様は、単一電極からなり、検出部の出力信号が含む交流成分を2値化する2値化部と、前記2値化部が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、前記検出部に対する操作の種類を判定する判定部とを備える情報処理装置に対して、前記検出部の出力信号を出力する検出装置である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、判定部によって、単一電極からなる検出部の出力信号が含む交流成分を2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、検出部に対する操作の種類が判定される。したがって、簡単な構成で複数種類のジェスチャを精度良く認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態に係る入力装置100の構成例を示す図である。
【図2】図1に示す電極部2の構成例を示す斜視図である。
【図3】図1に示す入力装置100の動作例を説明するための図である。
【図4】本発明の実施形態に係る電極部2の他の構成例を示す平面図である。
【図5】図4に示す溝部22aを示す斜視図である。
【図6】図4に示す電極部2aによる検出結果の一例を示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係る電極部2の他の構成例を示す平面図である。
【図8】図7に示す電極部2bによる検出結果の一例を示す図である。
【図9】本発明の実施形態に係る電極部2cの応用例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る入力装置100の構成例を示す図である。また、図2は、図1に示す電極部2の構成例を示す斜視図である。図1に示す入力装置100は、検出部1と、情報処理装置7とを備える。検出部1は、単一電極からなる電極部2を備える。

【0016】
電極部2は、例えば図2に一例を示すように、導電素材から構成された単一電極3と、単一電極3を覆う非導電素材から構成された非導電部21とを備える。この場合、単一電極3は、電極基部30と、複数の部分電極31~34と、端子35とを有する。部分電極31~34は、電極基部30から突起した部分であり、部分電極31~34の各表面は、矩形形状を有していて、非導電部21の上面211から露出している。部分電極31~34は電極基部30を介して互いに電気的に導通状態にあり、各部分電極31~34の電気的な状態は単一の端子35から取り出すことができる。この場合、3個の部分電極31~33は、X方向に同一の長さを有し、Y方向に互いに異なる長さを有して等間隔で配列されている。また、部分電極34は、部分電極31~33に対してX方向に離間して配置されていて、部分電極31~33とは異なるX方向の長さを有している。これらの電極部2および非導電部21は、例えば3Dプリンタを使用して製作することができる。また、電極部2および非導電部21は、フレキシブル基板等を用いて製作した電極として構成できる。また、電極部2および非導電部21は、導電インクを印刷して製作した電極として構成することができる。あるいは、基板に絶縁部材のテープを貼って絶縁部を形成すること等が可能である。

【0017】
一方、図1に示す情報処理装置7は、例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末等のコンピュータや、スマートフォン、携帯電話機等の通信端末であり、内部にCPU(中央処理装置)、記憶装置、入力装置、表示装置等を備え、CPUで所定のプログラムを実行することで各種機能を提供する。この場合、情報処理装置7は、音響信号入力部4とジェスチャ認識部5とを備える。

【0018】
音響信号入力部4は、音響信号入力端子41と、フィルタ部42と、増幅部43と、A/D(アナログ/デジタル)変換部44とを備える。音響信号入力端子41は、例えば、マイクロフォン用の信号入力端子であり、検出部1の出力信号(図2の構成例では端子35の出力信号)が入力される。音響信号入力端子41は、例えば、ヘッドホン用の左右1対の音響信号出力端子とグランド端子とを含む4極の入出力端子に含まれていてもよいし、マイクロフォン用の入力端子とグランド端子とからなる2極の入力端子として構成されていてもよい。フィルタ部42は、音響信号入力端子41に入力された電気信号から可聴周波数帯域(例えば20Hz~20000Hz)以内の周波数の交流信号を通過させ、以外の周波数の交流および直流信号の通過を制限する。増幅部43は、フィルタ部42で帯域制限された信号を入力して増幅し、増幅した信号を出力する。A/D変換部44は、増幅部43で増幅されたアナログ信号を所定の周期で繰り返しデジタル信号に変換して出力する。

【0019】
ジェスチャ認識部5は、フィルタ部51と、2値化部52と、ジェスチャ判定部53とを備える。ジェスチャ認識部5は、操作者9が指等で図2に示すような電極部2に接触してタッチ、スワイプ等の複数種類の所定の入力操作を行った場合に、電極部2が出力した電気信号が含む所定の交流成分の継続時間や断続回数に応じてジェスチャの種類を認識する。ここで、電極部2が出力する電気信号が含む所定の交流成分とは、操作者9が空中線として機能して周辺環境の電磁波を電気信号に変換して電極部2へ入力した信号の交流成分である。例えば、交流成分は、商用電源の周波数の信号やその高調波成分であったり、無線信号や放送波の変調信号であったり、あるいは、電気機器等の動作に伴うインパルス状に発せられる電磁波信号であったりする。電極部2が出力する電気信号のレベルや継続状態あるいは断続状態(オンまたはオフ状態)は操作者9の指等と部分電極31~34との接触状態に応じて変化する。なお、操作者9と電極部2と音響信号入力部4とを含む電気信号の回路は、操作者9の接地点と音響信号入力部4の接地点とを介して閉成されている。

【0020】
フィルタ部51は、例えば、操作者9の指等と部分電極31~34との接触状態によらずに変化あるいは固定的に発生する信号の周波数成分を制限する。ただし、フィルタ部51は、省略してもよい。2値化部52は、音響信号入力部4が取得した検出部1の出力信号が含む交流成分を2値化する。2値化部52は、例えば、フィルタ部51の出力信号を操作者9の操作速度に対応するように平滑化し、所定の閾値と比較した結果に応じて2値化したり、微分して微分結果の正負の符号に応じて2値化したりすることができる。そして、ジェスチャ判定部(判定部)53は、2値化部52が2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、検出部1に対する操作者9による入力操作の種類を判定する。

【0021】
ここで、図3を参照して、ジェスチャ認識部5の動作例について説明する。図3は、5種類の入力操作と各入力操作に対応する2値化部52の出力例とを示す図である。図3において、2値化部52の出力例は、横軸を時間軸として「L」または「H」の応答として示す。操作入力の種類がタップの場合、応答の回数は1回であり、応答の継続時間は他の種類の操作と比べて長い。左右スワイプの場合、応答の回数は2回であり、左スワイプのとき1回目の応答が長く2回目の応答が短い。また、右スワイプのとき1回目の応答が短く2回目の応答が長い。上下スワイプの場合、応答の回数は3回であり、上スワイプのとき1回目の応答が長く2回目および3回目の応答が短い。また、下スワイプのとき1回目および2回目の応答が短く3回目の応答が長い。ジェスチャ判定部53は、2値化部52の出力信号の変化の回数(例えば「L」→「H」→「L」に変化した回数)と変化の幅(例えば「H」の幅)とに基づき、図3に示すような予め決められたパターンと比較して、検出部1に対する操作者9による入力操作の種類を判定する。

【0022】
以上のように、本実施形態によれば、ジェスチャ判定部53によって、単一電極3からなる検出部1の出力信号が含む交流成分を2値化した信号の変化の回数と変化の幅とに基づいて、検出部1に対する操作者9の操作の種類が判定される。したがって、簡単な構成で複数種類のジェスチャを精度良く認識することができる。

【0023】
また、検出部1の出力信号が、音響信号入力端子41から入力されてA/D変換部44でデジタル化された後、2値化部52に対してフィルタ部51を介して供給される。すなわち、情報処理装置7がマイク入力端子等のアナログ信号の入力端子を備えていれば、ジェスチャの種類を認識することができ、複雑なハードウェアによる検出回路等を必要とせず、情報処理装置7の構成を簡単化することができる。

【0024】
次に、図4~図6を参照して、図1および図2を参照して説明した電極部2の他の実施形態について説明する。図4は、図2の電極部2に対応する電極部2aの構成例を示す平面図である。図4に示す電極部2aは、導電素材から構成された単一電極300と、単一電極300を覆う非導電素材から構成された非導電部21aとを備える。この場合、単一電極300は、複数の部分電極301~311を有する。部分電極301の表面は円形形状を有していて、電極部2aの中央部に非導電部21aの上面から露出している。部分電極302~311の各表面は、矩形形状を有していて、非導電部21aの上面から露出している。部分電極301~311は互いに電気的に導通状態にある。また、電極部2aは、溝部22aを有していて、単一電極300を構成する形状が互いに異なる複数の部分電極301~311を溝部22aに配列したものである。図5は、溝部22aと部分電極302を側面からみた斜視図である。溝部22aは、延伸方向が異なる複数の直線状の部分溝部221~224を有し、各部分溝部221~224に配列される部分電極301~311の個数が互いに異なる。すなわち、部分溝部221には2個の部分電極301および302が配列されている。また、部分溝部222には4個の部分電極301、303、307および308が配列されている。また、部分溝部223には3個の部分電極301、304および309が配列されている。また、部分溝部224には5個の部分電極301、305、306、310および311が配列されている。部分溝部221に配列された2個の部分電極301および302はD1またはD5方向の長さが互いに異なる。部分溝部222に配列された4個の部分電極301、303、307および308はD2またはD6方向について部分電極301および303の長さが部分電極307および308より大きい。また、部分溝部223に配列された3個の部分電極301、304および309はD3またはD7方向について部分電極301および309の長さが部分電極304より大きい。また、部分溝部224に配列された5個の部分電極301、305、306、310および311はD4またはD8方向について部分電極301および306の長さが部分電極305、310および311より大きい。

【0025】
以上の構成において電極部2aは、8方向D1~D8のスワイプ操作に応じて応答回数と応答時間幅とが異なる電気信号を出力する。図6は、横軸を時間軸としてD6、D2、D5、D1、D4、D8、D3およびD7の方向へ、電極部2aの端部から端部へスワイプ操作を入力した場合の電極部2aが出力する電気信号の波形w1~w8を模式的に示す。例えば、D6方向へスワイプした場合の波形w1は、部分電極303と部分電極301による比較的幅の大きな山部m11と山部m12と、部分電極307と部分電極308による比較的幅の小さな山部m13と山部m14とを含んでいる。

【0026】
次に、図7および図8を参照して、図1および図2を参照して説明した電極部2の他の実施形態について説明する。図7は、図2の電極部2に対応する電極部2bの構成例を示す平面図である。図7に示す電極部2bは、導電素材から構成された単一電極320と、単一電極320を覆う非導電素材から構成された非導電部21bとを備える。この場合、単一電極320は、複数の部分電極321~323とを有する。部分電極321~323の各表面は、非導電部21bの上面から露出している。部分電極321~323は互いに電気的に導通状態にある。また、電極部2bは、環状の溝部22bを有していて、単一電極320を構成する形状が互いに異なる複数の部分電極321~323を溝部22bに配列したものである。溝部22bに配列された3個の部分電極321、322および323はD11またはD12回転方向について部分電極321、322および323の順に大きくなる。

【0027】
以上の構成において電極部2bは、回転方向D11またはD12のホイール操作(指の回転操作)に応じて応答波形が異なる電気信号を出力する。図8(a)および(b)は、横軸を時間軸としてD11およびD12の方向へ、電極部2bの溝部22bに沿って回転方向にホイール操作を入力した場合の電極部2bが出力する電気信号の波形を模式的に示す。例えば、D11方向へホイールした場合の応答波形は中、大および小の時間幅(あるいはレベル)で波形を変化させる。また、D12方向へホイールした場合の応答波形は小、大および中の時間幅(あるいはレベル)で波形を変化させる。また、電極部2bを用いた場合、応答波形の山の数をカウントすることで回転数や回転角を検知することができる。

【0028】
次に、図9を参照して上記実施形態の適用例について説明する。図9に示す例では、図1に示す電極部2に対応する電極部2cを玩具8に搭載している。すなわち、玩具8に電極部2cを搭載することで電極部2cの操作入力に応じて玩具8の動作や音響信号の出力等を制御することができる。この場合、電極部2cは、電極基部330aと、結線部330bと、部分電極331~334とを有する。

【0029】
なお、電極部2等は、例えばスマートフォンケースに設置して端末背面部での操作を可能としたり、ヘッドホンに設置してあるいはヘッドホンカバーに設置して曲送り(右スワイプ)、曲戻し(左スワイプ)、音量上げ(上スワイプ)、音量下げ(下スワイプ)、再生/一時停止(タップ)操作をヘッドホン側面で行ったりすることができる。

【0030】
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されない。例えば溝部に代えてあるいは加えて盛り上がり部を各部分電極間に設置してもよい。また、図1に示した構成において、音響信号入力部4とジェスチャ認識部5を電極部2と一体的に構成し、ジェスチャ認識部5による認識結果をシリアルインタフェースあるいは無線信号を用いて情報処理装置7へ入力する構成としてもよい。なお、本発明の入力装置が備えるコンピュータが実行するプログラムの一部または全部はコンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。
【符号の説明】
【0031】
100 入力装置
1 検出部(検出装置)
2、2a、2b、2c 電極部
21、21a、21b 非導電部
22a、22b 溝部
221~224 部分溝部
3 単一電極
4 音響信号入力部
41 音響信号入力端子
5 ジェスチャ認識部
52 2値化部
53 ジェスチャ判定部
7 情報処理装置
30、330a 電極基部
31~34、301~311、321~323 部分電極
35 端子
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8