JP2012027541A - 接触圧検知装置および入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない数の感圧センサで、接触物からの加圧位置および加圧力を良好に検出すること。
【解決手段】任意の立体形状を有する基体と、基体の表面の少なくとも一部の領域を区画する複数の領域ごとに設定された、３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧センサと、基体の個々の領域に対応して、３以上の感圧センサを挟んで前記基体の面を覆うように配置された複数のプレートとを具備し、領域毎に設けられた３以上の感圧センサの検出結果をもとに当該領域に対応するプレートに加えられた圧力および加圧位置を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、接触物の接触圧を検知する接触圧検知装置と、この接触圧検知装置を用いて制御対象のデバイスに制御情報を入力する入力装置に関する。

マニピュレータでは、アームやハンドの表面もしくはワークの表面に設けられた感圧センサ、オン／オフスイッチ、近接センサ等の感知手段の出力からワークの位置や形状が認識されて動作に反映される。

一方、昨今電子機器デバイスの進歩に伴い、マウスやリモコンを代表とするマンマシンインターフェイスデバイスにおいても、単にインターフェイスデバイス上に配置された有限個数のスイッチをオン/オフすることのみでなく、操作する手や指の位置や動作・把持力をコントロール信号として検知する手段が望まれようになっている。

例えば特許文献１には、物体表面に多数のセンサがメッシュ（アレイ）状に配列され、物体表面が変形する際に発生する圧力・変位等を検知することによって物体表面に加わる外力を検出する装置が開示されている。

特許第４０６５６１８号

しかし、このように多数のセンサをメッシュ状に配置した検知装置では、検出精度を向上させるために極めて多数のメッシュ分割とそれに対応した数のセンサを配置する必要がある。その理由は次の通りである。
１．加圧力を効率的に受けることのできるセンサは、その力の作用点の直下またはそのごく近傍にあるセンサに限られるため、力の作用点とこの力を感知するセンサとの位置関係によってセンサの出力にバラツキが生じ、加圧力を精度良く検出することが困難である。
２．作用点の位置を検出する場合の検出の分解能はセンサの配置の密度に依存するため、結果的に多数のセンサが必要となる。

センサ数が増大すると、コストの上昇はもちろん、各センサに対する電気的な配線数も増大する。このような大量の配線はフォトリソプロセスによって容易に得られるものの、フォトリソプロセスの特性によってセンサ配置面の形態に制約が生じることになる。例えば、フォトリソプロセスでは、平坦な検知面を得ることは容易であるが、立体的に曲がった検知面、特に目的の曲面形状の検知面を得ることは困難である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、少ない数の感圧センサで、接触物からの加圧位置および加圧力を良好に検出することのできる接触圧検知装置および入力装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る接触圧検知装置は、任意の形状を有する基体と、前記基体の表面の少なくとも一部の領域を区画する複数の領域ごとに設定された、３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧センサと、前記基体の個々の領域に対応して、前記３以上の感圧センサを挟んで前記基体の面を覆うように配置された複数のプレートとを具備する。

本発明では、領域毎に３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３つ以上の感圧センサにより、当該領域に対応するプレート上でのユーザの指などの接触物の接触を検知することができる。したがって、比較的少ないセンサ数で、任意の形状を有する基体の表面を検出面としてもつ接触圧検知装置を提供することができる。

本発明は、前記領域毎に設けられた前記３以上の感圧センサの検出結果をもとに当該領域に対応する前記プレートに加えられた圧力および加圧位置を算出する算出部をさらに具備するものとしてもよい。これにより、領域毎に３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３つ以上の感圧センサの検出結果をもとに、当該領域に対応するプレート上でユーザの指などの接触物が接触した位置および圧力を算出することができる。したがって、比較的少ないセンサ数で、任意の形状を有する基体の表面を、加圧位置と加圧力の検出面としてもつ接触圧検知装置を提供することができる。

本発明は、前記領域の前記多角形のそれぞれの頂点位置が、他の少なくとも１つの領域の前記多角形のいずれかの頂点位置と一致し、前記感圧センサは、複数の領域の頂点位置が一致する箇所毎に、当該複数の領域にそれぞれ対応する複数のプレートに加えられた圧力を検知可能なように設けられる。これにより、１つの感圧センサで複数の領域にそれぞれ対応するプレートに加わった圧力の一部をそれぞれ検出できるので、基体の表面をより細かい領域に区画して検出精度を高めた場合に伴う感圧センサの数の増大を抑えられる。

本発明は、前記基体が任意の立体形状を有し、前記基体が３次元的に前記複数のプレートによって覆われているものとしてもよい。これにより、比較的少ないセンサ数で、任意の立体形状を有する基体の表面を、加圧位置と加圧力の検出面としてもつ接触圧検知装置を提供することができる。

本発明に係る接触圧検知装置は、３次元空間内での動きを検出する動き検出部をさらに具備するものであってもよい。

本発明の別の観点に基づく入力装置は、任意の形状を有する基体と、前記基体の表面の少なくとも一部の領域を区分する複数の領域ごとに設定された、３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧センサと、前記基体の面の個々の領域に対応して、前記３以上の感圧センサを挟んで前記基体の面を覆うように配置された複数のプレートと、前記各感圧センサにより検出された結果から制御対象であるデバイスを制御するための情報を生成する制御部とを具備する。

本発明の入力装置では、領域毎に３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３つ以上の感圧センサにより、当該領域に対応するプレート上でのユーザの指などの接触物の接触を検知して、この結果をもとに制御対象であるデバイスを制御することができる。

本発明の入力装置において、前記制御部は、前記領域毎に設けられた前記３以上の感圧センサの検出結果をもとに当該領域に対応する前記プレートに加えられた圧力および加圧位置を算出し、この算出結果をもとにデバイスを制御するための情報を生成するものであってもよい。これにより、ユーザの指を当てる位置と加圧力によってユーザの意図する情報を入力できるなど、直感的な操作で制御対象のデバイスに制御情報を入力することができる。

本発明の入力装置は、３次元空間内での動きを検出する動き検出部をさらに具備し、前記制御部は、前記各感圧センサにより検出された結果と前記動き検出部により検出された結果をもとに前記デバイスを制御するための情報を生成するものであってもよい。これにより、３次元空間内での移動変位、移動速度、移動加速度、回転変位、回転速度、回転加速度などの動き情報と、感圧センサによって検出された加圧位置、加圧力などの情報との組み合わせをもとに、仮想３次元空間内に表示された制御対象に対する様々な制御が可能になる。

本発明の入力装置は、前記制御部により生成された前記デバイスを制御するための情報を無線で送信する無線通信部をさらに具備するものであってもよい。これにより、遠隔操作が可能な入力装置を提供することができる。
本発明の入力装置は、ユーザによる押圧操作に対してリアルタイムで応答を返す手段をさらに具備するものであってもよい。
本発明の入力装置において、前記制御部は、算出された少なくとも加圧位置の時系列の情報を筆跡情報として生成するようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、少ない数の感圧センサで、接触物からの加圧位置および加圧力を良好に検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る接触圧検知装置を用いた入力装置の外観と使用形態を示す図である。 図１の入力装置の構成を示す断面図である。 図２の入力装置の基体表面を矢印Ｘ方向から示す図である。 第１の実施形態の入力装置における加圧位置と加圧力の検出原理を説明するための平面図である。 図４の側面図である。 正負の圧力に対応した感圧センサを用いた場合の検出原理を説明するための図である。 加圧位置を算出するための方法を説明するための図である。 基体が球体などの立体形状をもつ場合の加圧位置を算出するための方法を説明するための図である。 第１の実施形態の入力装置の操作方法を示す図である。 本発明の第２の実施形態の入力装置を示す側面図である。 図９Ａを矢印Ｘ方向から見た側面図である。 第１の実施形態の入力装置の把持形態を示す図である。 本発明に係る変形例１を示す図である。 本発明に係る変形例２を示す図である。 本発明に係る変形例３を示す図である。 本発明に係る変形例４を示す図である。 本発明に係る変形例５を示す図である。 本発明に係る変形例６を示す図である。 本発明に係る変形例７を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態は、感圧センサを用いてユーザの指などの接触物の接触を接触時の圧力の検出により検知する接触圧検知装置と、この接触圧検知装置を用いたマンマシンインターフェイスデバイスである入力装置に関するものである。接触圧検知装置は、立体的な外形を有し、その立体表面において接触物の接触された位置（加圧位置）と圧力（加圧力）を検知することを目的とした装置である。接触圧検知装置を用いた入力装置は、外部の電子デバイスを制御するための情報を生成して電子デバイスに出力する装置である。すなわち、入力装置は、接触圧検知装置により検知された立体表面上の加圧位置と加圧力から、電子デバイスを制御するための情報を生成し、電子デバイスに供給する装置である。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る、接触圧検知装置を用いた入力装置１０の外観と使用形態を示す図である。図２は図１の入力装置１０の構成を示す断面図である。図３は図２の入力装置１０の基体表面を矢印Ｘ方向から示す図である。

これらの図に示すように、この入力装置１０は、任意の立体形状を有する基体１１と、基体１１の表面に分散して設けられた３以上の感圧センサ１２と、各感圧センサ１２を挟んで基体１１の表面全体を覆うように設けられた複数のプレート１３とを備える。

ここで基体１１の任意の立体形状とは、球体、多面体、円柱体（円筒体）、円錐体、楕円球、準正多面体などである。本実施形態は、球体形状の基体１１が採用されている。基体１１の表面は、その全体もしくは一部が複数の領域に区画されている。区画数は２以上であればよい。本実施形態では、球体の表面の全体が区画されている。区画されたそれぞれの領域のサイズは同一であってもなくてもよいが、本実施形態では同一とされている。それぞれの領域には、３以上の感圧センサ１２が配置されている。これらの感圧センサ１２は、３以上の角数を有する多角形のそれぞれの頂点位置に配置されている。図３は、基体１１の１つの領域を示しており、このように本実施形態では、領域毎に３つの感圧センサ１２が配置されている。そして、基体１１の個々の領域に一対一に対応して、各感圧センサ１２を挟んで基体１１の表面を全体的に覆うように複数のプレート１３が配置されている。基体１１が球体である場合、２つの領域それぞれに対応して設けられるプレート１３はそれぞれパラボラ形状となる。感圧センサ１２は、特に基体１１の取り付け面が球面や円柱面である場合、その面に倣って取り付けることが容易なように、フィルム状もしくは薄い板状のものが好適である。

プレート１３は、人為的な範囲の加圧力によりプレート１３が撓むことによってプレート１３の裏面が基体１１の表面に当接して感圧センサ１２への力の伝達が低減したりすることがない程度以上の剛性を有するように、その材質や厚さなどが適宜選定される。

基体１１は内部に空洞部１４を有する。空洞部１４には、各感圧センサ１２の出力を取り込み、これらの出力をもとに所定の演算処理を実行するコントローラ１５（算出部、制御部）を含む電子部品が実装された基板１６が設けられている。コントローラ１５は、より具体的には、領域毎に設けられた３つ以上の感圧センサ１２の検出結果をもとに、当該領域に対応するプレート１３上でユーザの指などの接触物が当たった位置（加圧位置）および加圧力を求めるための演算処理を行うことができる。加圧位置と加圧力の検出方法については後で説明する。また、コントローラ１５は、検出された加圧位置および加圧力をもとに、制御対象である電子デバイスを制御するための情報を生成して、電子デバイスに供給するように制御を行う。

なお、コントローラ１５が、領域毎に設けられた３つ以上の感圧センサ１２の検出結果をもとに、当該領域に対応するプレート１３上でユーザの指などの接触物が当たった位置（加圧位置）および加圧力を求めるための演算処理を行い、その結果を外部に出力するように構成してもよい。このような構成を採った場合、本装置は接触圧検知装置となる。

次に、本実施形態において、領域毎に設けられた３つ以上の感圧センサ１２の出力から当該領域に対応するプレート１３上での加圧位置と加圧力を検出する方法を説明する。
説明の簡単のため、プレート１３はパラボラ形状ではなく平板とする。
図４Ａおよび図４Ｂはその検出原理を説明するための平面図および側面図である。

３角形の平板状のプレート１３のそれぞれの角部の位置に対応して、当該プレート１３に加えられた圧をそれぞれ３つの分圧として検出可能な３つの感圧センサ１２が設置されていることとする。ここで、プレート１３上の任意な位置を加圧位置としてＰの力が加えられたこととする。この加圧力Ｐはプレート１３で分散され、プレート１３の３つの角部に対応して配置された３つの感圧センサ１２に分割して与えられる。すなわち、３つの感圧センサ１２それぞれに印加される力をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３とした場合、Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３の関係式が成り立つ。つまりプレート１３のどの位置に力Ｐを加えても、その力Ｐは３つの感圧センサ１２の出力値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の和として検出できる。また、正負の圧力に対応した感圧センサ１２を用いれば、例えば、図５に示すように、加圧位置が３つのセンサ位置を頂点とする３角形の領域２１から外れた位置に加わったとしても、同様な手法でプレート１３に加えられた力Ｐを計算することが可能である。なお、図５において、感圧センサ１２の出力のうちＰ２は負の出力となる。

次に、加圧位置を算出する方法を図６を用いて説明する。
感圧センサ１２の位置は既知であるので、図６に示すような位置ベクトルＰ１，Ｐ２，Ｐ３が描ける。ここで、３角形の辺aを感圧センサ１２の出力値［Ｐ３］：［Ｐ１］の比で分割する点の位置ベクトルＰ４は、
Ｐ４＝(Ｐ１×[Ｐ３]＋Ｐ３×[Ｐ１])/[Ｐ１]＋[Ｐ３] ・・・（１）
[Ｐ４]＝[Ｐ１]＋[Ｐ３]
で表せる。

ここで、加圧位置Ｐは、点Ｐ４と点Ｐ２を結ぶ線上に存在し、かつこの線を上式の計算で求めた[Ｐ４]と、センサ出力[Ｐ２]の比、すなわち[Ｐ４]：[Ｐ２]で分割した点になる。従って上式同様に、加圧位置の位置ベクトルＰは、
Ｐ＝(Ｐ２×[Ｐ４]＋Ｐ４×[Ｐ２])/[Ｐ２]＋[Ｐ４] ・・・（２）
[Ｐ]＝[Ｐ２]＋[Ｐ４]＝[Ｐ１]＋[Ｐ２]＋[Ｐ３]
で表される。つまり加圧位置にかかる力と位置が、３つの感圧センサ１２からの出力値によって正確に算出できる。

ここで、感圧センサ１２の数３個は、１つの平面上に加えられた力の位置と大きさをベクトル計算で算出するために最低限必要な数であり、この数を４つ以上に増やした場合でも同様の計算手法を用いることが可能である。

以上の原理は、球体などの立体形状をもつ物体の表面に対して応用することができる。本実施形態のように、球面形状のプレート１３の場合、ベクルト計算に図７に示すような極座標を用いることができる。

前記のベクトル式（２）を極座標表示で記述すると、
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＝球の半径
となる。

この手法を用いることによって、球面、円柱面などの任意の表面形状を持った物体の表面であっても、表面をいくつかの領域に区画し、各々の領域における表面形状に対応した平面座標、極座標、円筒座標等の座標式として近似すれば、任意形状の物体表面全域に対する加圧位置と加圧力を算出することが可能である。
但し、任意形状の表面に対しては、表面全域にわたって形状を近似するのに必要な座標系の数だけは区画領域を設けなければならない。

本実施形態の入力装置１０では、例えば、図８に示すように、基体１１の２つの領域１１Ａ，１１Ｂにユーザの指からの圧がそれぞれ個別に加わるように把持されたときに、コントローラ１５は、それぞれの領域毎に、ユーザの複数の指にそれぞれ対応する加圧位置と加圧力の検出を個別に行うことができ、その検出結果から、電子デバイスに供給する制御情報を生成することができる。コントローラ１５には、領域毎の加圧位置と加圧力との組み合わせと電子デバイスに供給する制御情報との対応を管理するテーブルや、加圧位置と加圧力を変数として電子デバイスに供給する制御情報を生成する関数などが格納されている。その具体的な制御の内容は無数に考えられる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、球体の基体１１の表面を区画する２つの領域それぞれをさらに３つ以上の領域に区画し、それぞれの領域毎に加圧位置および加圧力を検出することで検出精度の向上を図るとともに、感圧センサ１２を複数の領域間で共有するように配置したことで、感圧センサ１２の数の増大を抑えたものである。

図９Ａは第２の実施形態の入力装置１０Ａを示す側面図、図９Ｂは図９Ａを矢印Ｘ方向から見た側面図である。
この入力装置１０Ａでは、球体の基体の表面を２等分に区画する２つの領域それぞれがさらに、２つの領域を区画する向きに対して直交する向きで４つの領域に区画されている。その結果、基体の表面は８つの領域に区画される。個々の領域は３つの角を有する三角形に近い形状となる。このように領域を区画した場合、８つの領域の計２４の角は６箇所に分かれて４つずつ集中する。そして、それぞれの領域に対応して、基体の表面を全体的に覆うように８枚のプレート１３Ａが配置されている。

この入力装置１０Ａでは、４つの角が集中する上記６箇所にそれぞれフィルム状の感圧センサ１２Ａが配置されている。フィルム状の感圧センサ１２Ａとしては、圧力を面で受けて検知可能な、例えば圧電素子などを用いたものが用いられる。角が一点に集中する４つの領域にそれぞれ対応する４つのプレート１３Ａに加えられる圧力の一部を１つの感圧センサ１２Ａで検出できるようにするために、感圧センサ１２Ａは、その感圧領域の中心を４つの領域の角が集中する点に合わせるようにして配置されている。なお、この構成においては、領域の１つの角が、上記３以上の角数を有する多角形の１つの頂点位置に相当する。

本実施形態によれば、基体の表面をより細かい領域に分割して領域毎に加圧位置と加圧力の検出を行うことで、検出の精度を高めることができる。

また、図１０に示すように、基体１１の表面を２等分に区画した第１の実施形態の入力装置１０では、プレート１３の境界線（領域の境界線）上がユーザによって把持されると、把持力の殆どがプレート１３を変形させることで打ち消されてしまい感圧センサ１２に伝わらないことも考えられる。これに対し、第２の実施形態の入力装置１０Ａでは、立体表面における感圧センサ１２Ａの配置がより密であることから、プレート１３Ａの変形によって把持力が打ち消される割合が大幅に低減し、持ち方の違いによる感度への影響を大幅に軽減できる。

例えば、図９Ａにおいて、基体を２等分する境界線２２上にあたるＡ点とＢ点とが両側より掴まれた場合、Ａ点に加わった力は境界線２２を挟む図中上方の２つのプレート１３Ａ（ａ）、１３Ａ（ｂ）に分散して伝わり、Ｂ点に加わった力は境界線２２を挟む図中下方の２つのプレート１３Ａ（ｃ）、１３Ａ（ｄ）に分散して伝わる。この場合、図中上方の２つのプレート１３Ａ（ａ）、１３Ａ（ｂ）とが合わさった４角形の領域でのベクトル計算により加圧位置Ａの検出を行うとともに、図中下方の２つのプレート１３Ａ（ｃ）、１３Ａ（ｄ）とが合わさった４角形の領域でのベクトル計算により加圧位置Ｂの検出を行えばよい。

また、第２の実施形態の入力装置１０Ａでは、４つの領域の角が集中する点に感圧領域の中心を合わせるようにして感圧センサ１２Ａを配置して、１つの感圧センサ１２Ａで４つの領域にそれぞれ対応するプレート１３Ａに加わった圧力の一部をそれぞれ検出できるように構成したので、基体の表面をより細かい領域に区画して検出精度を高めた場合に伴う感圧センサ１２Ａの数の増大を抑えられる。

ところで、第２の実施形態では、基体の表面を均等に８つの領域に区画したが、必ずしも領域の形状およびサイズは同一である必要はない。また、８以上の領域に区画してもよい。例えば、分割数を１２以上にすれば、完全独立して各々プレート内で加圧位置と加圧力の検出を行うことが可能である。

次に、上記実施形態の変形例を説明する。
［変形例１］
図２に示したように、第１の実施形態では、基体１１とプレート１３との間にフィルム状の感圧センサ１２が配置される。このようにフィルム状の感圧センサ１２を用いることで感圧領域を比較広い面で確保することができ、角が一点に集中する４つの領域にそれぞれ対応する４つのプレート１３Ａに加えられる圧力の一部を１つの感圧センサ１２Ａで検出することが可能になる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。図１１は感圧センサとしてフィルム状ではなく、点で圧を感知することが可能な感圧センサ１２Ｂを用いることを可能とするための構成例である。すなわち、互いに隣接するプレート１３Ｂの角部どうしはプレート１３Ｂの厚み方向に重ね合わされており、その重ね合わせ部分２３の直下に感圧センサ１２Ｂが配置されている。このような構成により、フィルム状以外の感圧センサの利用が可能になる。

［変形例２］
本変形例２は、ユーザの指による押圧操作に対してリアルタイムで応答を返すように構成した場合の例である。図１２は、応答として、いわゆるクリック感を返すために、スナップショットスイッチ２４を用いたものである。スナップショットスイッチ２４は、マウスなどにおいてボタンの操作時にクリック感を発生するように構成された電子部品であり、マイクロスイッチとも呼ばれる。スナップショットスイッチ２４は、電気的な切り替え機構と、板バネなどの弾性体を用いたクリック感発生機構とを備える。スナップショットスイッチ２４は、プレート１３Ｃへ圧が加わる方向に沿って動作する可動部２５を有し、この可動部２５の移動によりクリック感が発生するように構成される。スナップショットスイッチ２４は、フィルム状の感圧センサ１２Ｃの上に第１の圧力分散板２６を介して配置されている。第１の圧力分散板２６は、スナップショットスイッチ２４で受けた圧を感圧センサ１２Ｃの特性上必要な面に伝達させるために用いられる。一方、スナップショットスイッチ２４の可動部２５の先端にも圧力分散板が第２の圧力分散板２７として固定されている。そしてこの第２の圧力分散板２７の上に、複数のプレート１３Ｃそれぞれの角部が載っている。

この変形例２によれば、入力装置の把持の開始と開放の各タイミングでクリック感が得られ、操作に対する応答をユーザが感覚的に確認しながら操作を行うことができる。よって、操作性が向上する。また、スナップショットスイッチ２４のオン／オフ信号は、制御対象の電子デバイスに対して、人間がコントロールを開始したことを伝えるトリガー信号としても使用できる。

［変形例３］
本発明に係る入力装置を、ユーザが手で握る際の力の強度で電子デバイスを制御するようにした場合、人が把持力を変えて掴んだ時の感覚を、力のみでなく変位としても認識できるようにすれば、ユーザにとっての操作感をより高めることが期待できる。

図１３は、このような技術思想に基づく例を示す図である。本変形例３の入力装置１０Ｄは、合成スポンジのような弾性材料２８で全体が覆われている。この構成によれば、握られたときにその把持力に応じた変形が変位となって指先に伝わることで、より精細な操作入力が可能となる。

また、ユーザに対し、クリック感や表面材の変位に代えて、あるいは、そのいずれかに加えて、音や振動（バイブレーション）を応答するように構成してもよい。音や振動で応答する場合には、音や振動の周波数や振幅を握り力に応じて変化させるようにしてもよい。

［変形例４］
図１４は、本変形例４の構成を示す図である。本変形例４は、球体である入力装置１０Ｅが平らな面に設置された際の転がりを防止するために、基体１１Ｅの空洞部１４Ｅに重心の偏りを増大させるためのウエイトとなる電子部品２９を配置したものである。この入力装置１０Ｅは、遠隔操作装置として使用できるように、ウエイトとなる電子部品２９として、充電池などの電源部２９Ａと無線通信デバイス２９Ｂを備える。ここで、特に充電池などの電源部２９Ａの荷重は空洞部１４Ｅ内のコントローラ１５など、他の電子部品に比べて大きいことから、この電源部２９Ａを基体１１Ｅの重心の偏りを増大するためのウエイトとして有効に利用できる。電源部２９Ａと無線通信デバイス２９Ｂの両方をウエイトとして利用するために、これらを基体１１Ｅの空洞部１４Ｅ内の中心からできだけ離れた場所に配置させてある。なお、コントローラ１５などの電子部品を搭載した基板１６についても、できるだけ電源部２９Ａと無線通信デバイス２９Ｂに近い位置に配置すれば、重心を基体１１Ｅの中心からより離れた位置に設定することができ、安定性がより向上する。

ところで、上述した各実施形態および各変形例の入力装置の基体内には、例えば加速度センサやジャイロセンサなど、三次元空間における動きを検出するためのセンサが搭載されてもよい。この場合、コントローラは、これらのセンサにより検出された３次元空間内での移動変位、移動速度、移動加速度、回転変位、回転速度、回転加速度などの動き情報と、感圧センサによって検出された加圧位置、加圧力などの情報との組み合わせをもとに、制御対象に対して様々な制御を行うことができる。例えば、ＰＣ上で行われるマウスのドラッグ＆ドロップのような操作を、把持力を多段階に切り替える制御を加えながら行うことができる。より具体的には、制御対象物をそっと掴んで移動して放したり、しっかり掴んで移動して放したりするなど、様々な操作が考えられる。なお、この場合の制御対象は、仮想３次元空間内に表示された仮想的な物体に限らず、ロボットのマスタースレーブ動作のように現実の物体であってもよい。

また、変形例４のように、無線通信デバイス２９Ｂを搭載することによって、制御対象を無線で遠隔制御することも可能である。

変形例４の電源部２９Ａに関しては、交換式のバッテリ（一次電池）を用いてもよいし、操作による動きを電力に変換する発電部と、この発電部の電力により充電可能なバッテリとを設けた構成を採用してもよい。

［変形例５］
本発明に係る入力装置が持つ可能性は、物体表面の静的な加圧力の検知にとどまらず、動的な加圧力の検知にも及ぶ。例えば、図１５に示すように、入力装置１０Ｆのプレート１３Ｆの表面に文字を手書き入力する操作を考える。この場合、コントローラは、算出された加圧位置の時系列の情報を筆跡情報として生成して電子デバイスに供給することで、手書き入力のための手段として本入力装置を用いることが可能である。その際、加圧位置の情報と加圧力の情報とを組み合わせて、筆圧を加味した筆跡情報を生成するようにしてもよい。筆圧情報により、筆跡の線の太さ、線分の始点／終点の認識など、様々な制御を行うことが可能になる。
さらに、本変形例５においては、プレート１３Ｆの表面を滑りやすい材質のシートで全体的に被えば、プレート１３Ｆを継ぎ合わせた箇所を通過する時の引っ掛かりが無くなり、スムーズな手書き入力操作が可能となる。

［変形例６］
図１６は、入力装置１０Ｇのプレート１３Ｇの表面に、スイッチ入力やボリューム・チャンネルの変更などの機能が割り当てられた複数の領域をボタン３０として設けたものである。さらに、表面に表示して有効にする機能を切り替え可能にしてもよい。表面に表示して有効にする機能を切り替えるための手段としては、表面に常に割り当てられる切り替えスイッチの領域をボタンとして設けておき、このボタンを２度押しするなどの方法が考えられる。

［変形例７］
上記の実施形態の入力装置１０Ａでは、図１７に示すように、入力装置１０Ａを両手の指で持ち、それぞれの手を互いに逆向きに捻るように、かつ両手の各指をプレート１３Ａの表面で滑らせるようか操作が可能になる。このような操作に対して、コントローラは、左右の手の指の接触領域の形を認識し、認識した接触領域の形状が回転する方向を手を捻った向きとして検知することが可能である。これにより、例えばレーシングゲームのハンドル操作のような入力操作が可能となる。

［変形例８］
基体の区画数をある程度多くすることで接触物の形状認識も可能である。例えば、手で握った場合、５本の指の位置を検出することが可能である。５本の指の位置が検出できれば、人間の手は骨によって構成された剛体リンク機構とみなせるので、手の姿勢を算出することが可能である。ここで、人間が手の姿勢を意識しながら本発明に係る入力装置を３次元空間内で移動・回転させれば、人間の意識する３次元空間座標と、手の姿勢を算出するソフトウェアが持つ仮想３次元空間内の座標を関連付けることが可能となる。つまり、人間は、ソフトウェア上の仮想物体の位置・姿勢を直感的にコントロールすることが可能となる。

［変形例９］
本発明に係る入力装置を持った手の位置・姿勢を算出し、応用例２の機能が割り当てられた領域の位置を、手の位置・姿勢に対する相対位置として設定することで、ユーザは機能が割り当てられた領域の位置に対して握りの位置を選択する必要がなくなり、操作性の向上させることができる。

１０…入力装置
１１…基体
１２…感圧センサ
１３…プレート
１５…コンローラ
２９Ｂ…無線通信デバイス

Claims (13)

1. 任意の形状を有する基体と、
   前記基体の表面の少なくとも一部の領域を区画する複数の領域ごとに設定された、３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧センサと、
   前記基体の個々の領域に対応して、前記３以上の感圧センサを挟んで前記基体の面を覆うように配置された複数のプレートと
   を具備する接触圧検知装置。
2. 請求項１に記載の接触圧検知装置であって、
   前記領域毎に設けられた前記３以上の感圧センサの検出結果をもとに当該領域に対応する前記プレートに加えられた圧力および加圧位置を算出する算出部を
   さらに具備する接触圧検知装置。
3. 請求項２に記載の接触圧検知装置であって、
   前記領域の前記多角形のそれぞれの頂点位置が、他の少なくとも１つの領域の前記多角形のいずれかの頂点位置と一致し、前記感圧センサは、複数の領域の頂点位置が一致する箇所毎に、当該複数の領域にそれぞれ対応する複数のプレートに加えられた圧力を検知可能なように設けられる
   接触圧検知装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の接触圧検知装置であって、
   前記基体が任意の立体形状を有し、
   前記基体が３次元的に前記複数のプレートによって覆われている
   接触圧検知装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の接触圧検知装置であって、
   ３次元空間内での動きを検出する動き検出部をさらに具備する
   接触圧検知装置。
6. 任意の形状を有する基体と、
   前記基体の表面の少なくとも一部の領域を区分する複数の領域ごとに設定された、３以上の角数を有する多角形のそれぞれ異なる頂点位置に設けられた３以上の感圧センサと、
   前記基体の面の個々の領域に対応して、前記３以上の感圧センサを挟んで前記基体の面を覆うように配置された複数のプレートと、
   前記各感圧センサにより検出された結果から制御対象であるデバイスを制御するための情報を生成する制御部と
   を具備する入力装置。
7. 請求項６に記載の入力装置であって、
   前記制御部は、前記領域毎に設けられた前記３以上の感圧センサの検出結果をもとに当該領域に対応する前記プレートに加えられた圧力および加圧位置を算出し、この算出結果をもとにデバイスを制御するための情報を生成する
   入力装置。
8. 請求項７に記載の入力装置であって、
   前記領域の前記多角形のそれぞれの頂点位置が、他の少なくとも１つの領域の前記多角形のいずれかの頂点位置と一致し、前記感圧センサは、複数の領域の頂点位置が一致する箇所毎に、当該複数の領域にそれぞれ対応する複数のプレートに加えられた圧力を検知可能なように設けられる
   入力装置。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の入力装置であって、
   前記基体が任意の立体形状を有し、
   前記基体が３次元的に前記複数のプレートによって覆われている
   入力装置。
10. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の入力装置であって、
    ３次元空間内での動きを検出する動き検出部をさらに具備し、
    前記制御部は、前記各感圧センサにより検出された結果と前記動き検出部により検出された結果をもとに前記デバイスを制御するための情報を生成する
    入力装置。
11. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の入力装置であって、
    前記制御部により生成された前記デバイスを制御するための情報を無線で送信する無線通信部を
    さらに具備する入力装置。
12. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の入力装置であって、
    ユーザによる押圧操作に対してリアルタイムで応答を返す手段をさらに具備する
    入力装置。
13. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の入力装置であって、
    前記制御部は、算出された少なくとも加圧位置の時系列の情報を筆跡情報として生成する
    入力装置。

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