JP5206433B2 - 入力装置及び入力方法 - Google Patents
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Description
上記の課題を解決するために、本発明の入力装置は、超音波を発信して検出対象により反射された超音波を受信する超音波センサーユニットと、前記超音波センサーユニットにより発信及び受信した前記超音波の情報を記録する記憶部と、前記超音波センサーユニット及び前記記憶部を制御して前記検出対象の位置、形状、速度を算出する制御演算部と、を備え、前記制御演算部は、前記超音波センサーユニットにより受信した開始音を前記記憶部に記録し、前記記憶部に予め記録された参照開始音と前記開始音とを比較して、両者が一致したときに前記超音波センサーユニットを作動させることを特徴とする。
また、操作者が予め例えば所定の音声や拍手音等を開始音として登録しておくことで、入力を開始したいときに開始音を発生させて入力装置の超音波センサーユニットを作動させることができ、常に超音波を発信しておく必要がない。したがって、比較的広い検出領域内の検出対象を検出する場合であっても、超音波情報の処理量を減少させ、検出対象を効率よく検出することができ、入力装置の小型化が可能となる。
図1は本実施形態のPDA(Personal Data Assistance)100の構成を模式的に表す斜視図である。図2は本実施形態のPDA100が備える入力装置10の構成を模式的に表す分解斜視図である。図3は本実施形態の入力装置10の制御回路部40のシステム構成を模式的に表すシステム構成図である。
具体的には、制御演算部41は、超音波センサー1によって超音波を発信した後、検出対象により反射された超音波が複数の超音波センサー1によって検出されるまでの時間から、各超音波センサー1と検出対象との距離を算出するようになっている。これにより、検出対象の3次元形状及び位置を算出するようになっている。
また、制御演算部41は、検出モードにおいて、超音波センサーユニット1Aによって所定時間連続して検出対象を検出して得られた情報を記憶部41aに検出対象の動作として記録し、記憶部42bに記録した動作と記憶部42aに記録した参照動作とを比較するようになっている。そして、両者が一致すれば、記憶部42bに記録された参照動作に対応する命令を出力してPDA100の制御・演算部に入力するようになっている。
ここで、図2では基部11に設けられた開口部11aの形状を平面視で矩形状に表したが、以下では開口部11aの形状が平面視で円形状である場合について説明する。
基部11に形成された開口部11aの深さdは、例えば約100μm程度である。
図5は、入力装置10に音や動作の情報を登録する登録工程のフローチャートである。
まず、PDA100及び入力装置10の操作者は、入力装置10の超音波センサーユニット1Aに検出を開始させるための開始音を入力装置10に登録する。
具体的には、例えば操作者が直接PDA100や入力装置10のキー操作を行うか、あるいは入力装置10の制御演算部41の初期状態におけるプログラム等により、入力装置10のモードを登録モードに切り替える(ステップR1)。
次に、PDA100の表示部20への表示や音声案内等により、操作者への発音を促す(ステップR2)。
次いで、記憶部42aに記録された超音波の情報からノイズ等を除去し、信号の特徴を抽出して参照開始音として記憶部42bに記録する(ステップR4)。
次いで、記憶部42bに記録された参照開始音が、所定の条件を満たしているか否かを確認し(ステップR5)、次の処理を決定する(ステップR6)。
確認の結果、基準を満たしていなければ、再度、操作者への発音を促す工程(ステップR2)に戻る。基準を満たしていれば登録工程を終了する(ステップR7)。
次に、操作者の手や指あるいは入力用のペン等の動作を入力装置10に対する入力として用いるために、入力装置10に操作用の動作を登録する。
具体的には、例えば操作者が直接PDA100や入力装置10のキー操作を行うか、あるいは入力装置10の制御演算部41の初期状態におけるプログラム等により、入力装置10のモードを操作用動作登録モードに切り替える(ステップR1)。
次に、PDA100の表示部20への表示や音声案内等により、操作者に動作を促すとともに、超音波センサーユニット1Aにより所定時間、超音波の発信及び受信を所定の周期で繰り返し行う(ステップR2)。
次に、登録工程において登録した開始音及び動作を入力装置10に入力し、PDA100に所定の処理を実行させる検出工程について説明する。
図6は、入力装置10によって検出対象を検出する検出工程のフローチャートである。
そして、超音波センサーユニット1Aによって超音波の受信を開始する(ステップD2)。
制御演算部41は、超音波センサーユニット1Aによって受信し、超音波検出部44の増幅部44a、切替スイッチ44b、A/D変換部44dを介して得られた超音波の波形等の情報を、記憶部42aに記録して所定の時間が経過するまで保存しておく(ステップD3)。
受信された開始音の波形や周波数等の情報は、超音波検出部44の増幅部44a、切替スイッチ44b、A/D変換部44dを介して記憶部42aに記録される(ステップD3)。
そして、記憶部42aに記録された開始音の情報と参照開始音の情報とが一致するか否かを判定する(ステップD5)。
判定の結果、両者が一致すれば、記憶部42aに記録された開始音の複数の周波数の情報を展開し、開始音が発せられた発音位置を算出する(ステップD6)。
具体的には、制御演算部41により図3に示す位相43bを制御し、図4に示す各々の超音波センサー1の下部電極4aに少しずつ位相をずらしたサイン波電圧を印加する。これにより、各々の超音波センサー1の振動領域Vの振動板2を、少しずつ位相がずれた状態で振動させる。各々の超音波センサー1の振動領域Vの振動板2が少しずつ位相のずれた状態で振動することで、各々の超音波センサー1から発せられる超音波が干渉する。
具体的には、検出対象によって反射した超音波が超音波センサーユニット1Aの超音波センサー1に到達すると、超音波センサー1の振動領域Vの振動板2が振動する。振動領域Vの振動板2が振動すると、圧電体3が振動板2の面方向の伸縮に伴って伸縮され、圧電体3に電位差が発生する。
また、超音波センサーユニット1Aから発信される超音波の周波数を200kHz以上とすることで、解像度をさらに向上させることができる。また、発信される周波数を1MHz以下とすることで検出領域をPDA100を用いる際に実用的な範囲とすることができる。
また、振動板の材料としては、シリコン酸化物以外にも、ニッケル、クロム、アルミニウムのような金属材料及び、それらの酸化物であるセラミック材料、シリコン、有機樹脂を用いた高分子有機物等を用いることができる。また、酸化膜は基板表面の熱酸化以外に、CVD、スパッタリング、蒸着、塗布等、或いはこれらの金属膜成膜と熱酸化の組み合わせにより形成してもよい。
また、基部に形成する開口部の平面形状は矩形状や円形状に限られない。
また、入力装置は複数の超音波センサーユニットを備えていてもよい。これにより、検出対象の複数の方向の速度をより正確に検出することが可能になる。
Claims (10)
- 超音波を発信するとともに検出対象により反射された超音波を受信する超音波センサーユニットと、受信した前記超音波の情報に基づき前記検出対象の位置、形状を算出する制御演算部と、を備え、
前記制御演算部は、前記超音波センサーユニットにより受信した音と予め記録された参照開始音とを比較した結果に従って、前記超音波センサーユニットにより受信した音の情報に基づいて当該音が発せられた発音位置を算出し、
前記超音波センサーユニットは、超音波を発信して前記発音位置の近傍を走査して前記検出対象の検出を行うことを特徴とする入力装置。 - 前記制御演算部は、前記超音波センサーユニットにより受信した音と前記参照開始音とを比較し一致した場合に、前記超音波センサーユニットにより受信した音の情報に基づいて当該音が発せられた発音位置を算出することを特徴とする請求項1記載の入力装置。
- 前記制御演算部は、前記超音波センサーユニットが備える複数の超音波センサーの各々に位相の異なる超音波を発信させ、前記超音波の発信方向を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の入力装置。
- 前記制御演算部は、前記超音波センサーユニットが発信する前記超音波の発信周波数を、前記超音波センサーユニットにより発信及び受信した前記超音波の情報を記録する記憶部に記録し、該発信周波数と前記検出対象によって反射された前記超音波の受信周波数とにより前記検出対象の速度を算出することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の入力装置。
- 前記制御演算部は、予め前記超音波センサーユニットによって所定時間連続して前記検出対象を検出して得られた情報を前記記憶部に前記検出対象の参照動作として記録し、前記発音位置の近傍を走査して前記検出対象の検出を行う際に、前記超音波センサーユニットによって所定時間連続して前記検出対象を検出して得られた情報を前記記憶部に前記検出対象の動作として記録し、該動作と前記参照動作とを比較し、検出対象の前記動作と前記参照動作とが一致すれば、前記参照動作に対応する命令を出力することを特徴とする請求項4記載の入力装置。
- 超音波を発信するとともに検出対象により反射された超音波を受信する超音波センサーユニットと、受信した前記超音波の情報に基づき前記検出対象の位置、形状を算出する制御演算部と、を備えた入力装置を用いた入力方法であって、
前記超音波センサーユニットによって音を受信可能な状態とし、
前記制御演算部によって前記超音波センサーユニットにより受信した音と予め記録された参照開始音とを比較した結果に従って、前記超音波センサーユニットにより受信した音の情報に基づいて当該音が発せられた発音位置を算出し、
前記超音波センサーユニットによって超音波を発信して前記発音位置の近傍を走査して前記検出対象の検出を行う検出工程
を有することを特徴とする入力方法。 - 前記超音波センサーユニットが受信した操作者の発した音波を、前記参照開始音として、前記超音波センサーユニットにより発信及び受信した前記超音波の情報を記録する記憶部に記録する登録工程
を有することを特徴とする請求項6記載の入力方法。 - 前記検出工程において、前記制御演算部によって前記超音波センサーユニットが備える複数の超音波センサーの各々に位相の異なる超音波を発信させ、前記超音波の発信方向を制御することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の入力方法。
- 前記検出工程において、前記制御演算部によって前記超音波センサーユニットが発信する前記超音波の発信周波数を前記記憶部に記録し、該発信周波数と前記検出対象によって反射された前記超音波の受信周波数とにより前記検出対象の速度を算出することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の入力方法。
- 前記登録工程において、前記制御演算部によって前記超音波センサーユニットにより所定時間連続して前記検出対象を検出して得られた情報を前記記憶部に前記検出対象の参照動作として記録し、
前記検出工程において、前記制御演算部によって前記超音波センサーユニットにより所定時間連続して前記検出対象を検出して得られた情報を前記記憶部に前記検出対象の動作として記録し、該動作と前記参照動作とを比較し、検出対象の前記動作と前記参照動作とが一致すれば、前記参照動作に対応する命令を出力することを特徴とする請求項9記載の入力方法。
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