JP2013003639A - 静電入力装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被検出体が接触又は近接する入力操作面105aとの間で静電容量を形成する検出電極110を備えた入力部100と、入力操作面105aと検出電極110の距離を検出電極110の法線方向であるz方向に変化させる駆動部であるアクチュエータ120と、このアクチュエータ120により所定のタイミングで入力操作面105aと検出電極110の距離を変化させ、変化の時のそれぞれの静電容量を検出し、検出された静電容量に基づいて、被検出体のz方向の座標を算出する制御部300と、を有して静電入力装置を構成する。
【選択図】図1
Description
(静電入力装置10の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る静電入力装置の入力部の構成、及び、全体ブロック構成図である。本発明の第1の実施の形態に係る静電入力装置10は、被検出体が接触又は近接する入力操作面105aとの間で静電容量を形成する検出電極110を備えた入力部100と、入力操作面105aと検出電極110の距離を検出電極110の法線方向であるz方向に変化させる駆動部であるアクチュエータ120と、このアクチュエータ120により所定のタイミングで入力操作面105aと検出電極110の距離を変化させ、変化の時のそれぞれの静電容量を検出し、検出された静電容量に基づいて、被検出体のz方向の座標を算出する制御部300と、を有して構成されている。
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る静電入力装置の入力部における被検出体である指と検出電極の距離rと静電容量Cとの関係を示す関係図である。高さ方向(z軸)の距離rに対する静電容量の変化の関数をC(r)とする。静電容量は、センサの電界を指で遮ることで変化し、その大きさはセンサから指70までの距離rの2乗に反比例する。従って、C(r)は、図2に示す様なグラフとなり、下記の式でモデル化して算出できる。
C(r)=a/r2・・・・・(A)
ここで、aは、被検出体(指)の容量の係数であり、人により変化する値である。
rは、検出電極110から指までの距離、とする。
検出電極が初期状態の位置において、被検出体と検出電極110の間の距離をr=r0とすると、
C(r0)=a/r0 2・・・・・(B)
また、初期状態から検出電極をΔrだけ変化させてr1とすると、
C(r1)=a/r1 2=a/(r0+Δr)2・・・・・(C)
この2式(B)と(C)を連立させてr0を消去すると、指の容量の係数aは、検出電極の初期位置において測定された静電容量C(r0)、初期状態から検出電極をΔrだけ変化させて測定された静電容量C(r1)による関数Fa{C(r0)、C(r1)、Δr}として算出される。
モデル決定後は、入力操作面105aから指までの距離(高さ)r2は、関数Fa{C(r0)、C(r1)、Δr}を用いて、
が求まる。
図3(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る静電入力装置において、検出電極が初期状態の位置で被検出体(指)がタッチされた状態を説明する断面図、図3(b)は、被検出体(指)がタッチされたままの状態で、入力操作面と検出電極の距離が変化した状態を説明する断面図、図3(c)は、検出電極が初期状態の位置に戻り、被検出体(指)が入力操作面に近接した状態でz座標の検出を行なう場合を説明する断面図である。
(静電入力装置11の構成)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る静電入力装置であって、x、y座標と、z方向の距離(座標)も検出できる静電入力装置の全体概略構成図である。第2の実施の形態は、入力操作面105aの面内方向への移動操作、すなわち、2次元(x、y方向)方向への移動操作によるx、y位置の検出も可能な静電入力装置11である。
図6(a)は、本発明の第3の実施の形態に係る静電入力装置であって、複数の可動部を有する触覚ディスプレイ装置への適用例を示す断面図、図6(b)は、可動部の拡大断面図である。
本発明の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
(1)第1の実施の形態では、入力操作面105aと検出電極110の距離を可変として構成し、入力操作面105aと検出電極110の異なる距離に対応してそれぞれ静電容量を検出する。検出電極110の変化量Δr、検出電極110の移動前の静電容量、および、検出電極110の移動後の静電容量に基づいて被検出体(指)の容量の係数aが算出できる。これにより、被検出体(指)により異なる容量の係数aの影響を受けることなく、正確なz座標を検出できる。
(2)また、上記説明した算出の途中で、検出電極110の初期状態におけるr0が消去されるので、製造誤差あるいは組立て誤差を含むr0を算出式に含める必要がなく、被検出体(指)のより正確なz座標を検出できる。
(3)被検出体(指)が入力操作面105aにタッチしている状態でも、タッチせずに入力操作面105aから離間した近接状態であっても、被検出体のz座標が検出可能である。
(4)第2の実施の形態では、第1の実施の形態による効果に加え、x、yの位置検出と独立に、第1の実施の形態で示したz方向の位置検出を行なうことにより、3次元の位置検出が可能となる。これにより、被検出体の3次元の位置検出値を3次元の入力値として入力可能な静電入力装置11が提供できる。
(5)第3の実施の形態では、第1の実施の形態による効果に加え、表示手段によって視覚的、触覚的に図形や操作メニュー等を把握することができると共に、z座標あるいは3次元の位置座標の入力が可能な触覚ディスプレイ装置が可能となる。
50…パネル
70…指
100…入力部
105…タッチパネル
105a…入力操作面
110…検出電極
111…センサワイヤ
115…電極ベース
116…電極ベース
120…アクチュエータ
125…接続アダプタ
150…可動部
200…検出部
210…検出部
220…ドライバ回路
300…制御部
500…触覚ディスプレイ
Claims (3)
- 被検出体が接触又は近接する入力操作面との間で静電容量を形成する検出電極を備えた入力部と、
前記入力操作面と前記検出電極の距離を前記検出電極の法線方向であるz方向に変化させる駆動部と、
前記駆動部により所定のタイミングで前記入力操作面と前記検出電極の距離を変化させ、前記変化の時のそれぞれの静電容量を検出し、前記検出された静電容量に基づいて、前記被検出体の前記z方向の座標を算出する制御部と、
を有することを特徴とする静電入力装置。 - 前記制御部は、前記入力操作面と前記検出電極の距離を所定量だけ前記駆動部により変化させ、その変化の前後におけるそれぞれの静電容量を検出し、前記所定量及び前記変化の前後におけるそれぞれの静電容量に基づいて、前記被検出体の前記z方向の座標を算出することを特徴とする請求項1に記載の静電入力装置。
- 前記入力部は、x、y位置の検出が可能な2次元入力機能を付加したことを特徴とする請求項1又は2に記載の静電入力装置。
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