JP6111470B2 - 送風機器の操作入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気を吹き出す送風口を有する送風機器を操作するために用いられる送風機器の操作入力装置に関し、更に詳しくは、送風口に対して入力操作体を所定の方向に移動し、移動方向に応じた操作内容で送風機器を操作する送風機器の操作入力装置に関する。

空気調和器や扇風機等送風口から空気を吹き出す送風機器の風向や風量の調整は、その送風機器の筐体に設けられたスイッチや回転摘み等の入力装置を操作したり、赤外信号を送信するリモートコントローラを操作して行っている。また、送風機器が車両の運転席周囲に取り付けられるカーエアコンである場合には、ダッシュボードなどに設置されたタッチパネルを入力操作したり、送風口にあるルーバーの向きを直接操作レバーを移動させて風向や風量の制御を行っているが、いずれであっても、車両走行中に運転者が一瞬目を離してタッチパネルやレバーを入力操作をすることとなり、運転の危険が生じていた。また、送風機器がルームエアコンや扇風機である場合には、リモートコントローラを用いて風向や風量の制御を行うが、ユーザーの手元にいつもリモートコントローラを置いておく煩わしさがあった。

そこで、スイッチや回転摘み、リモートコントローラ等の入力装置を用いずに、被制御機器に対する操作者の指や手の動きを検知し、指や手の移動方向に対応する操作内容で被制御機器の動作を制御するいわゆるジェスチャー入力で被制御機器を操作する操作入力装置が、特許文献１や特許文献２で提案されている。

特許文献１のインターフェース装置は、ステレオカメラが撮像した撮像画像から操作者のハンドサインを抽出し、抽出したハンドサインに基づいて予め登録された操作内容で被制御機器を制御するもので、被制御機器を送風機器とすれば、送風機器の風向や風量をハンドサインで制御できる。

又、特許文献２のコマンド入力装置は、車両に搭載されたカーエアコンの風向を制御するもので、赤外線センサを用いて操作者の手の形状や手の動きを抽出し、抽出した手の形状や手の動きに対応して風向を変化させるコマンドを送出している。

特許第４３０４３３７号公報

特許第４０２００３６号公報

しかしながら、特許文献１のインタフェース装置は、ステレオカメラと撮像した画像からハンドサインを抽出する為の高度な処理能力を有するマイクロコンピュータやファームウェアが必要となり、また、特許文献２のコマンド入力装置も、赤外線センサと赤外センサの検出結果から手の形状や動きを抽出する高度なデータ解析手段が必要となり、いずれも高価な部品を必要とするので、この種の操作入力装置として普及するには至っていない。

また、ハンドサインを撮像するステレオカメラや手の動きを抽出する赤外センサーは、送風機器の近傍に設置する必要があり、これらの取り付けスペースを確保できない場合には、送風機器の操作入力装置として用いることができない。特に、操作者が意図する操作内容を表す直感的な操作で送風機器を操作するためには、空気を吹き出す送風口の周囲に複数のステレオカメラや赤外センサを設置位置を設置しなければ、送風口近傍でのハンドサインや手の動きを検出できず、一方、送風口の周囲にステレオカメラや赤外センサを設置すると送風口から吹き出される空気の通気路の一部を遮り、送風性能が低下する恐れがあった。

更に、画角が限られたステレオカメラや一定の指向角を有する赤外線センサでは、これらによる画像からの抽出領域や検出領域が限られ、複数のステレオカメラや赤外線センサについて、その撮像方向や検出方向を正確に調整して設置しなければならず、抽出領域や検出領域からハンドサインや手が外れた場合には、ハンドサインや手の動きを検出できない。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、安価で簡単な構成で、操作者のジェスチャー入力により送風機器を操作する送風機器の操作入力装置を提供することを目的とする。

また、操作者のジェスチャー入力を検出する検出部品が送風口から吹き出される空気の通気路を遮ることなく、平板状の検出電極を送風口の周囲に貼り付けるだけで検出部品を設置可能な送風機器の操作入力装置を提供することを目的とする。

更に、ジェスチャー入力を検出する検出手段による検出領域を考慮することなく、送風機の送風口近傍での操作者のジェスチャー入力を確実に検出できる送風機器の操作入力装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の送風機器の操作入力装置は、空気を吹き出す送風口を有する送風機器を操作するために用いられる送風機器の操作入力装置であって、送風機器は、送風口が枠体で囲まれた扇風機であり、送風口の周囲に配設された一対の検出電極と、
入力操作体と検出電極との相対電位が変動する交流検出信号を発信する発信手段と、検出電極に接続し、検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段とを有し、信号検出手段が検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに操作者の入力操作体と検出電極との距離に依存して変化する静電容量値を検出する静電容量検知手段と、
一対の検出電極について静電容量検知手段が検出した静電容量値に基づいて、送風口に対する入力操作体の相対位置を特定し、特定した相対位置の経時変化から送風口に対する入力操作体の相対移動方向を検出するモーション検出手段と、
モーション検出手段が検出した相対移動方向に応じた操作内容の操作信号を扇風機へ出力する出力手段とを備え、
一対の検出電極は、モーション検出手段が検出する相対移動方向で対向する枠体の枠辺に配設され、
送風口に対して入力操作体を所定の方向に移動し、移動方向に応じた操作内容で扇風機を操作することを特徴とする。

操作者が手などの入力操作体を、扇風機の送風口で所定方向に移動させると、送風口の周囲に配設された検出電極の静電容量値が入力操作体との距離に依存して変化する。モーション検出手段は、静電容量検出手段が一対の検出電極について検出した静電容量値から、送風口に対する入力操作体の相対位置を特定し、その経時変化から入力操作体の送風口に対する相対移動方向を検出する。出力手段は、検出した相対移動方向に応じた操作内容の操作信号を扇風機へ出力するので、送風口周囲のジェスチャー入力に応じて扇風機の風向や風量が操作される。

検出電極と入力操作体の間の静電容量値Ｃｍは、検出電極と入力操作者の指との距離をｄ、その間の空気の誘電率をε、検出電極と入力操作体との対向面積をｓとして、Ｃｍ＝ε・ｓ／ｄで表される。検出電極と入力操作体間の空気の誘電率εは既知の値で、検出電極と入力操作体との対向面積ｓをほぼ一定値とすれば、信号検出手段が各検出電極毎に検出する交流検出信号の受信レベルＶｉは、検出電極と入力操作体間の距離ｄに反比例し、検出した受信レベルＶｉをもとに、入力操作体と検出電極との距離に依存して変化する静電容量値Ｃｍが得られる。

モーション検出手段が検出する相対移動方向に沿って入力操作体が移動すると、移動により遠ざかる側の枠辺に配設された検出電極について検出される静電容量値は減少し、移動により接近する側の枠辺に配設された検出電極について検出される静電容量値は増大する。従って、一対の検出電極について検出される静電容量値の比の経時変化から入力操作体の相対移動方向と移動速度が検出される。

請求項２の送風機器の操作入力装置は、操作内容が、送風口に対する入力操作体の移動方向に、送風口の風向を調整する操作であることを特徴とする。

送風口周囲の入力操作体の移動方向に、送風口の風向が調整される。

請求項３の送風機器の操作入力装置は、空気を吹き出す送風口を有する送風機器を操作するために用いられる送風機器の操作入力装置であって、
送風口の周囲に配設された検出電極と、
入力操作体と検出電極との相対電位が変動する交流検出信号を発信する発信手段と、検出電極に接続し、検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段とを有し、信号検出手段が検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに操作者の入力操作体と検出電極との距離に依存して変化する静電容量値を検出する静電容量検知手段と、
１又は２以上の検出電極について静電容量検知手段が検出した静電容量値の総和が所定速度で増加した場合に、入力操作体の送風口への接近する移動方向を検出するとともに、静電容量値の総和が所定速度で減少した場合に、入力操作体の送風口から遠ざかる移動方向を検出するモーション検出手段と、
モーション検出手段が検出した接近する移動方向に応じて送風口から吹き出す風量を減少させる操作信号を送風機器へ出力し、モーション検出手段が検出した遠ざかる移動方向に応じて送風口から吹き出す風量を増加させる操作信号を送風機器へ出力する出力手段とを備え、
送風口に対して入力操作体を所定の方向に移動し、移動方向に応じた操作内容で送風機器を操作することを特徴とする。

操作者が手などの入力操作体を、送風機器の送風口で所定方向に移動させると、送風口の周囲に配設された検出電極の静電容量値が入力操作体との距離に依存して変化する。検出電極と入力操作体の間の静電容量値Ｃｍは、検出電極と入力操作者の指との距離をｄ、その間の空気の誘電率をε、検出電極と入力操作体との対向面積をｓとして、Ｃｍ＝ε・ｓ／ｄで表される。検出電極と入力操作体間の空気の誘電率εは既知の値で、検出電極と入力操作体との対向面積ｓをほぼ一定値とすれば、信号検出手段が各検出電極毎に検出する交流検出信号の受信レベルＶｉは、検出電極と入力操作体間の距離ｄに反比例し、検出した受信レベルＶｉをもとに、入力操作体と検出電極との距離に依存して変化する静電容量値Ｃｍが得られる。

送風口周囲に入力操作体を接近させると、送風口の周囲に配設された１又は２以上の検出電極についての静電容量値の総和が一定速度で増加し、モーション検出手段は、入力操作体の送風口への接近する移動方向を検出し、出力手段から送風口から吹き出す風量を減少させる操作信号を出力する。また、送風口周囲から入力操作体を離間させると、送風口の周囲に配設された１又は２以上の検出電極についての静電容量値の総和が一定速度で減少し、モーション検出手段は、入力操作体の送風口から遠ざかる移動方向を検出し、出力手段から送風口から吹き出す風量を増加させる操作信号を出力する。出力手段は、検出した相対移動方向に応じた操作内容の操作信号を送風機器へ出力するので、送風口近傍での操作者によるジェスチャー入力に応じた操作内容で送風機器が操作される。

請求項４の送風機器の操作入力装置は、送風機器が空気調和器であることを特徴とする。

送風口周囲のジェスチャー入力に応じて空気調和器の風向や風量が操作される。

請求項５の送風機器の操作入力装置は、空気調和器が車両に搭載されていることを特徴とする。

車両の乗員が空気調和器の送風口の周囲でジェスチャー入力を行うと、そのジェスチャー入力に応じて空気調和器の風向や風量が操作される。

請求項６の送風機器の操作入力装置は、送風機器が扇風機であることを特徴とする。

送風口周囲のジェスチャー入力に応じて扇風機の風向や風量が操作される。

請求項１と請求項３の発明によれば、カメラや赤外センサ等の検出手段や複雑な解析手段を用いずに、安価で簡単な構成で入力操作体の入力操作方向を検出できる。

また、画角や指向角により入力操作体を検出する検出領域が限られたカメラや赤外線センサを用いずに、送風口に接近する入力操作体との距離に依存する静電容量値から入力操作体の移動方向を検出するので、吹き出し口の近傍で入力操作体を移動させるジェスチャー入力をもれなく確実に検出できる。

また、入力操作体の相対位置は、平板状に形成可能な検出電極で検出するので、送風口の周囲に大きな取り付けスペースを確保することなく、簡単に配置できる。

また、各検出電極と入力操作体との距離を、信号検出手段が検出した交流検出信号の受信レベルＶｉから定量的に検出できるので、各検出電極の配置位置とその検出電極について信号検出手段が検出した交流検出信号の受信レベルＶｉの経時変化から、送風口に対する入力操作体の相対移動方向を容易に検出できる。

更に、請求項１の発明によれば、送風口を囲う枠体に配設される一対の検出電極で入力操作体の移動方向を検出するので、送風口から吹き出される空気の気流を遮ることなく、送風口近傍での操作者によるジェスチャー入力を検出できる。

また、一対の検出電極について検出される静電容量値から入力操作体の具体的な位置を求めることなく、両者の静電容量値の比の経時変化から、入力操作体がモーション検出手段が検出する相対移動方向に移動しているかどうかを判別できる。

また、リモートコントローラを用いることなく、送風口周囲でジェスチャー入力を行うだけで扇風機の風向や風量を操作できる。

請求項２の発明によれば、操作者が操作しようとする送風口の風向の調整方向に一致する直感的なジェスチャー入力で、送風機器の風向を操作できる。

更に、請求項３の発明によれば、操作者が操作しようとする送風口から吹き出す風量の調整方向に一致する直感的なジェスチャー入力で、送風機器の風量を操作できる。

請求項４の発明によれば、リモートコントローラを用いることなく、送風口周囲でジェスチャー入力を行うだけで空気調和器の風向や風量を操作できる。

請求項５の発明によれば、車両走行中に、運転者は、車両に搭載された空気調和器の入力装置へ目を移すことなく、安全に空気調和器を操作できる。

請求項６の発明によれば、リモートコントローラを用いることなく、送風口周囲でジェスチャー入力を行うだけで扇風機の風量を操作できる。

本発明に係る送風機器の操作入力装置１により運転席周囲に配置される車両用空気調和器５０を操作する状態を示す斜視図である。 車両用空気調和器５０の送風口５１を示す平面図である。 送風機器の操作入力装置１のブロック図である。 操作入力装置１の電源回路の等価回路図である。 車両用空気調和器５０の送風口５１をＸ方向に沿って切断した縦断面図である。 操作入力装置１の検出電極１１周囲の等価回路図である。 本発明の他の実施の形態に係る送風機器の操作入力装置４０の各検出電極４０で検出される受信レベルＶｉを示す説明図である。 本発明の更に他の実施の形態に係る送風機器の操作入力装置４５により操作する羽根無し扇風機７０の斜視図である。 図８の要部拡大図である。

以下、本発明の第１実施の形態に係る送風機器の操作入力装置１を、図１乃至図６を用いて説明する。この操作入力装置１により操作される送風機器は、図１に示すように、運転席前方のダッシュボードに送風口５１を臨ませた空気調和器（以下、カーエアコンという）５０であり、送風口５１を囲う長方形の枠体５２内に複数の横ルーバ５３と複数の縦ルーバ５４が互いに交差して可動自在に取り付けられている。図３に示すように、横ルーバ５３と縦ルーバ５４は、それぞれカーエアコン５０に備えられた横ルーバ駆動機構５５と縦ルーバ駆動機構５６によって所望の角度で回転するように制御され、これにより、送風口５１から吹き出す空気の風向が所望の方向に変更される。横ルーバ５３と縦ルーバ５４が配置された更に内方には、送風口５１から所定温度に設定された空気を吹き出すファン（図示せず）が設置され、ファンの回転速度を制御することにより、送風口５１から吹き出される風量も調整できるようになっている。

操作入力装置１は、カーエアコン５０の送風口５１の近傍で、操作者（車両の乗員）が入力操作体である手を移動させる（以下、ジェスチャー入力という）手の移動方向に応じて、所定の操作内容の操作信号をカーエアコン５０へ出力して操作するものであり、送風口５１の近傍でのジェスチャー入力を検出する為に、送風口５１の周辺に沿った長方形の枠体５２の表面に４枚の帯状導電性金属板からなる検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）が貼り付けられている。

図２に示すように、カーエアコン５０の長方形の枠体５２の輪郭に沿った方向を互いに直交するＸ方向及びＹ方向とし、送風口５１に向かって水平方向のジェスチャー入力を検出する為に、Ｘ方向で対向する枠体５２上に検出電極１１（Ｘ０）、１１（Ｘ１）が、上下方向のジェスチャー入力を検出する為に、Ｙ方向で対向する枠体５２上に検出電極１１（Ｙ０）、１１（Ｙ１）がそれぞれ送風口５１の周辺に沿って配設され、これらの各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）は、引き出し配線パターン２２によって後述するマルチプレクサ１２の各入力端子に接続している。

本実施の形態では、各検出電極１１に表れる交流検出信号の受信レベルＶｉを、各検出電極１１と入力操作体である操作者の手３０との距離に依存する静電容量値Ｃｍを表すものとして、受信レベルＶｉから各検出電極１１と手３０の距離から手３０の送風口５１に対する相対位置を特定し、特定した相対位置の経時変化から手３０の相対移動方向、つまりジェスチャー入力を検出するものであり、以下、このジェスチャー入力を検出する為の操作入力装置１の回路構成を説明する。

図３に示すように、操作入力装置１を構成する主要回路部品は、２種類の非振動側回路基板２と振動側回路基板３に分けて搭載されている。非振動回路基板２には、接地電位とした低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣとからなる基準電源回路４が配線され、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間に直流電圧Ｖｃｃを印加するＤＣ電源５が接続されている。これにより、非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６等の各回路部品を基準電源回路４に接続し、ＤＣ電源５の出力電圧Ｖｃｃにより駆動させている。

また、振動側回路基板３には、低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣとからなる振動電源回路７が配線されている。低圧振動電源線ＳＧＮＤは低圧基準電源線ＧＮＤと、高圧振動電源線ＳＶＣＣは高圧基準電源線ＶＣＣと、それぞれコイル８、９を介して接続している。コイル８とコイル９のインダクタンスは、いずれも後述する固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧに対してハイインピーダンスとなる値に設定され、ここでは、同一のインダクタンスＬのコイル８、９を用いている。

交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆを発信する発信手段となる発振回路１５は、振動側回路基板３に搭載され、二股に分岐してそれぞれ直流電圧を遮断するキャパシタンスＣ’のコンデンサ１７、１８を介して交流検出信号ＳＧを基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣに接続している。これにより、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣへ、固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧを同期させて出力すると、基準電源回路４の低圧基準電源線ＧＮＤが接地されて安定した電位にあるので、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣの電位が同期して固有周波数ｆで変動し、両者間の電圧は、基準電源回路４と同じ直流出力電圧Ｖｃｃとなる。交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆは、任意に調整することができるが、ここでは、１８７ｋＨｚの固有発振周波数の交流検出信号ＳＧを出力する。

固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧが基準電源回路４と振動電源回路７に流れる場合に、低圧基準電源線ＧＮＤと高圧基準電源線ＶＣＣ間及び低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣ間が近接して配線され、固有周波数ｆの帯域でこれらの電源線間は短絡しているとすれば、基準電源回路４と振動電源回路７は、図４の等価回路図で示される。

図４に示すように、振動電源回路７側の発振回路１５の出力と基準電源回路４間には、並列にキャパシタンスＣ’のコンデンサ１７、１８が接続されているので、その合成キャパシタンスは、２Ｃ’であり、また、基準電源回路４と振動電源回路７間に並列に接続されるコイル８、９の合成インダクタンスは、Ｌ／２となる。これらのキャパシタとインダクタは、固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧが流れる閉回路において直列に接続され、交流検出信号ＳＧの振幅（レベル）をＶｓｇ、コイル８、９両端の基準電源回路４と振動電源回路７間の電圧をＶｓ、２πｆで表される角速度をω（ｒａｄ／ｓｅｃ）とすれば、
Ｖｓ＝［ω^２ＬＣ’／（ω^２ＬＣ’−１）］Ｖｓｇ・・・（１）式
で表される。
ここで、図４に示す回路は、ω^２ＬＣ’＝１で直列共振し、そのときの周波数ｆ_０は、
ｆ_０＝１／［２π（ＬＣ’）^１／２］・・・（２）式
となる。

つまり、（２）式関係から得られる共振周波数ｆ_０を、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆとすれば、交流検出信号ＳＧのレベルに対して、（１）式から理論上振動電源回路７の電位が無限大で振動し、振動電源回路７に接続する各検出電極１１の電位も無限大に振動させることができる。実際の操作入力装置１では、基準電源回路４と振動電源回路７のインダクタンス、浮遊容量などの影響から、（２）式から得る周波数ｆ_０で共振せず、また、基準電源回路４と振動電源回路７に交流検出信号ＳＧが流れる際のエネルギーロス、特にコイル８、９の内部抵抗による電力消費により、振動電源回路７は、交流検出信号ＳＧのレベルＶｓｇに対して有限倍率に拡大された振幅Ｖｓで振動する。

一方、操作者の手３０が触れる可能性のある各検出電極１１に高い電圧を加えることはできないので、発振回路１５の出力とコンデンサ１７、１８との間に図示しない抵抗を接続して、各検出電極１１が相対的に振動する交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓをここでは５Ｖとしている。

また、交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆについても、任意の周波数とすることができるが、車載用の他の電子機器や通信機器で使用される周波数と識別して、固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧを検出する必要があり、これらの使用済み周波数とその高調波を避けた周波数としている。

上述の各検出電極１１は、振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣのいずれかの、ここでは高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続している。全ての各検出電極１１が高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続することによって、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで固有周波数ｆで振動する一方、電源回路４、７に非接触の操作者の手３０の電位は定電位であるので、両者の間には、交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓの電圧が発生し、これを、固有周波数ｆで振動する振動電源回路７からみれば、定電位の検出電極１１に対して、入力操作体である手３０が交流検出信号ＳＧの固有周波数ｆで振動する信号発生源となる。従って、手３０が接近して手３０との静電容量値Ｃｍが増大する検出電極１１には、静電容量値Ｃｍを介して固有周波数ｆの交流検出信号ＳＧが表れる。このように、検出電極１１を交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで振動させるので、入力操作体３０を、固有の交流検出信号ＳＧを発信させる専用入力ペンとする必要がなく、定電位の操作者の手３０とすることができる。

各検出電極１１と手３０間の静電容量値Ｃｍは、図５に示すように、手３０と検出電極１１間が比誘電率εｒの空気で隔てられ、検出電極１１と手３０間の距離をｄ、真空の誘電率をε０、手３０と検出電極１１の対向面積をｓとすると、検出電極１１と手３０間の静電容量値Ｃｍは、Ｃｍ＝ε０・εｒ・ｓ／ｄで表され、交流検出信号ＳＧの固有周波数がｆであるので、この静電容量値Ｃｍの交流検出信号に対するリアクタンスＸｃは、Ｘｃ＝１／（２π・ｆ・Ｃｍ）から、Ｘｃ＝ｄ／（ω・ε０・εｒ・ｓ）となる。

図６は、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを検出する信号検出回路部全体の等価回路図であり、図中、Ｃｐは、検出電極１１と低圧振動電源線ＳＧＮＤ間の浮遊容量、ｒｐは、検出電極１１の内部抵抗値、Ｒ４は、出力抵抗の抵抗値である。 図中の等価回路図では、
ｉ１＝ｉ２＋ｉ３ ・・・（３）式
Ｖｓ＝ｉ１／（ｊω・Ｃｍ）＋ｉ２／（ｊω・Ｃｐ） ・・・（４）式
−ｉ２／（ｊω・Ｃｐ）＋ｉ３・ｒｐ＋ｉ３・Ｒ４＝０ ・・・（５）式
ｉ３・Ｒ４＝Ｖｉ ・・・（６）式
の関係が成り立ち、（３）式乃至（６）式から、
Ｖｉ＝［ｊω・Ｃｍ／｛１／Ｒ４＋ｊω（Ｃｍ＋Ｃｐ）（ｒｐ／Ｒ４＋１）｝］・Ｖｓ ・・・（７）式
の関係が得られる。

内部抵抗ｒｐを０とし、Ｒ４がマルチプレクサ１２を介して後述する積分処理回路１４のオペアンプＡ／Ｄに接続されるので無限大とすれば、（７）式は、
Ｖｉ＝Ｃｍ／（Ｃｐ＋Ｃｍ）・Ｖｓ
と置き換えられ、更に
浮遊容量Ｃｐに比べて静電容量値Ｃｍは極めて小さいので、（７）式は、更に
Ｖｉ＝（Ｃｍ／Ｃｐ）・Ｖｓ ・・・（８）式
で表される。

（８）式において、検出電極１１についての浮遊容量Ｃｐや交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓは、一定値であるので、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、その検出電極１１と手３０との間の静電容量値Ｃｍに比例する。

上述の通り、入力操作体３０と検出電極１１の静電容量値Ｃｍは、Ｃｍ＝ε０・εｒ・ｓ／ｄで表されるので、これを（８）式に代入して変形すれば、
Ｖｉ＝［ε０・εｒ・ｓ／（ｄ・Ｃｐ）］・Ｖｓ ・・・（９）式
となり、（９）式中の（ε０・εｒ・ｓ／Ｃｐ）は、定数であるので、これを１／ｋとおけば、検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉは、
Ｖｉ＝Ｖｓ／（ｄ・ｋ） ・・・（１０）式
で表され、手３０との距離ｄが近い検出電極１１ほど、受信レベルＶｉが交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓに近づく大きな値となる。ただし、手３０が検出電極１１に近接し、その間の静電容量値Ｃｍが浮遊容量Ｃｐに比べて無視できない程度に大きくなった場合には（１０）式を適用できず、受信レベルＶｉは最大で出力レベルＶｓとなる。

（１０）式は、複数の各検出電極１１と手３０との静電容量値Ｃｍを表す各検出電極１１に表れる交流検出信号の受信レベルＶｉが、手３０との距離ｄに反比例することを示している。図５において、静電容量値Ｃｍ_０、Ｃｍ_１によって検出電極１１（Ｘ０）と検出電極（Ｘ１）に表れる受信レベルＶｉの比Ｖｉ０／Ｖｉ１は、手３０と検出電極１１（Ｘ０）及び検出電極１１（Ｘ１）との距離ｄ１／ｄ０に等しく、送風口５１近くに手３０があるとすれば、ｄ１／ｄ０は、Ｘ方向の距離の比Ｘ１／Ｘ０に近似できるので、受信レベルＶｉの比Ｖｉ０／Ｖｉ１からＸ方向の手３０の位置（ｘ）を特定できる。Ｙ方向についても同様であり、Ｙ方向で対向する枠体５２に配設された一対の検出電極１１（Ｙ０）と検出電極（Ｙ１）に表れる受信レベルＶｉの比Ｖｉ０／Ｖｉ１から、Ｙ方向の手３０の位置（ｙ）を特定できる。

各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）に表れる受信レベルＶｉを検出して、手３０の位置（ｘ、ｙ）を特定するために、振動側回路基板３には、アナログマルチプレクサ１２、信号処理回路１３、積分処理回路１４、Ａ／Ｄコンバータ１９、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１０、発振回路１５及び記憶部２１の各回路素子が搭載され、いずれも振動電源回路７の低圧振動電源線ＳＧＮＤと高圧振動電源線ＳＶＣＣに接続し、ＤＣ電源５から出力電圧Ｖｃｃを受けて動作している。

アナログマルチプレクサ１２は、ＭＰＵ１０からの切り替え制御により、一定の周期、ここでは２００ｍｓｅｃ毎に、各検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）を信号処理回路１３へ切り換え接続し、各検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧを順に信号処理回路１３へ出力している。すなわち、Ｘ方向で対向する検出電極１１（Ｘ０）、１１（Ｘ１）、Ｙ方向で対向する検出電極１１（Ｙ０）、１１（Ｙ１）の順で、一走査周期内に４種類の検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）が信号処理回路１３に接続される。

信号処理回路１３は、アナログマルチプレクサ１２を介して接続する検出電極１１に表れる信号から、直流信号等の低周波成分とコモンモードノイズ等の高周波ノイズをカットし、インピーダンス変換素子を介してその後段の積分処理回路１４へ出力する。入力インピーダンスが無限大に近く、出力インピーダンスが微小値であるインピーダンス変換素子を介して積分処理回路１４へ出力することにより、各検出電極１１に表れる微弱な交流検出信号ＳＧであっても積分処理回路１４が動作する。

積分処理回路１４は、微小な交流検出信号ＳＧの電圧Ｖｉｎを積分用オペアンプで所定の積分動作期間に積分して拡大し、Ａ／Ｄコンバータ１９へ出力し、Ａ／Ｄコンバータ１９は、その出力を量子化してＭＰＵ１０へ出力する。Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される量子化データは、積分処理回路１４の積分動作期間中にアナログマルチプレクサ１２が選択接続した各検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを表している。

空気を隔てた検出電極１１と手３０の間の静電容量値Ｃｍは、ｆＦから数ｐＦ程度の極めて微小値であり、各検出電極１１に表れる交流検出信号ＳＧの電圧Ｖｉｎも微小であるが、積分処理回路１４において拡大され、Ａ／Ｄコンバータ１９から出力される量子化データ（受信レベルＶｉ）は、ＭＰＵ１０において、各検出電極１１から離れた手３０との距離を比較可能な受信レベルＶｉとなっている。一方、送風口５１から充分に離れた位置にある手３０等の他の物体の移動をジェスチャー入力とご認識しないように、ＭＰＵ１０では、一定のレベルに達しない受信レベルＶｉは、これを無視する。

受信レベルＶｉを表す量子化データが入力されるＭＰＵ１０は、送風口５１に接近する手３０の位置を特定する位置特定手段とその手３０の位置の経時変化から送風口５１に対する相対移動方向を検出するモーション検出手段としても動作する。ＭＰＵ１０は、２００ｍｓｅｃの周期で各検出電極１１に表れる受信レベルＶｉが入力されると、一周期内に入力される受信レベルＶｉの総和ＳＶｉを算定するとともに、一対の検出電極１１（Ｘ０）、１１（Ｘ１）について検出した受信レベルＶｉの比からＸ方向の手３０の位置（ｘ）を、一対の検出電極１１（Ｙ０）、１１（Ｙ１）について検出した受信レベルＶｉの比からＹ方向の手３０の位置（ｙ）を特定し、特定した手３０の位置（ｘ、ｙ）と一周期の受信レベルＶｉの総和ＳＶｉをＭＰＵ１０に接続する記憶部２１へ一次記憶する。

記憶部２１は、直列入力並列出力形のシフトレジスタで構成され、２００ｍｓｅｃ毎にＭＰＵ１０から出力される位置（ｘ、ｙ）と総和ＳＶｉを順次記憶し、手３０の移動を検出可能な例えば１秒間ほどの保持期間が経過すると新たにＭＰＵ１０から出力される位置（ｘ、ｙ）と総和ＳＶｉに置き換える。

モーション検出手段として動作するＭＰＵ１０は、異なる手３０の位置（ｘ、ｙ）が特定される毎に、記憶部２１に記憶されている全ての位置（ｘ、ｙ）を読み出し、その経時変化による位置（ｘ、ｙ）の変化から送風口５１に対する手３０のＸ方向若しくはＹ方向の相対移動方向を検出する。また、算定した総和ＳＶｉが、その前の一周期で算定した総和ＳＶｉに対して所定の大きさで変化する場合にも、記憶部２１に記憶されている全ての総和ＳＶｉを読み出し、総和ＳＶｉが増加する経時変化から送風口５１に対して手３０が接近し、総和ＳＶｉが減少する経時変化から送風口５１に対して手３０が遠ざかる相対移動方向を検出する。

記憶部２１には、更にこのモーション検出手段が検出する手３０の各相対移動方向に関連付けてカーエアコン５０を操作する所定の操作内容が記憶されている。ここでは、例えば、手３０のＸ方向の移動方向に対して、同方向に縦ルーバ５４による風向を変化させる操作内容が、手３０のＹ方向の移動方向に対して、同方向に横ルーバ５３による風向を変化させる操作内容が、送風口５１に対して手３０を接近させる移動方向に対して、ファンの回転速度を減速させる操作内容が、送風口５１に対して手３０を遠ざける移動方向に対して、ファンの回転速度を増速させる操作内容が、それぞれ関連付けて記憶されている。

ＭＰＵ１０は、直流が絶縁された信号線１６を介して非振動回路基板２に搭載されるインターフェース回路６に接続し、手３０の相対移動方向を検出すると、その移動方向に関連付けて記憶されている操作内容を記憶部２１から読み出し、その操作内容から生成したカーエアコン５０を制御する操作信号を、インターフェース回路６を介して、横ルーバ駆動機構５５、縦ルーバ駆動機構５６、ファン等、その操作信号で制御されるカーエアコン５０の各被制御部へ出力する。

以下、上述の操作入力装置１により、車両の乗員が送風口５１の前でその手３０を振り、カーエアコン５０を操作するカーエアコン５０の制御方法を説明する。例えば、送風口５１の前で図１に示すように、乗員が手３０をＸ方向に沿った右側から左側に振ると、検出電極（Ｘ１）との距離ｄ１が遠ざかり、手３０との静電容量Ｃｍ_１が減少すると共に、検出電極１１（Ｘ０）との距離ｄ０が接近して手３０との静電容量Ｃｍ_０が増加する。

その結果、検出電極１１（Ｘ０）と検出電極（Ｘ１）に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉの比Ｖｉ０／Ｖｉ１は、時間の経過と共に増加するので、ＭＰＵ１０は、この増加する経時変化から手３０を右側から左側へ移動させるジェスチャー入力を検出し、その相対移動方向に対応して記憶部２１に記憶される操作内容から、横ルーバ５３を左方へ回転させる操作信号を生成する。

ＭＰＵ１０は、この生成した操作信号をインターフェース６を介して縦ルーバ駆動機構５６へ出力し、縦ルーバ駆動機構５６は、この操作信号に従って送風口５１の内方に配置されている横ルーバ５３を左方へ回転させる。これにより、手３０の移動方向にカーエアコン５０の風向が助手席側に変化する。

同様に、手３０を送風口５１に向かってＸ方向の左側から右側に移動させれば、風向は右側に変化し、手３０を送風口５１に向かってＹ方向の上下いずれかの方向に移動させれば、風向は、手３０の移動と同一方向に上下に変化する。また、送風口５１から吹き出す空気を遮断するように、手３０を送風口５１へ接近させれば、ファンの回転が減速して、風量が減少し、逆に手３０を送風口５１から遠ざければ、ファンの回転が増速して、風量が増加する。このように、本実施の形態に係る操作入力装置１によれば、乗員がカーエアコン５０に対して意図する操作内容に一致する直感的なジェスチャー入力で、意図する方向や送風量にカーエアコン５０を操作できる。

上述の第１実施の形態にかかる操作入力装置１は、矩形状の枠体５２で対向する対向方向に一組の検出電極１１（Ｘ０）、１１（Ｘ１）若しくは一組の検出電極１１（Ｙ０）、１１（Ｙ１）を配置し、対向方向の手３０の相対移動方向を検出したが、図７に示すように、ジェスチャー入力を検出する検出方向に沿って複数の分割検出電極４１を配置し、各分割検出電極４１について同様に検出する交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを比較して入力操作体である手３０の相対移動方向を検出してもよい。

図７は、図１のフロントガラスの下方に沿って配置されたカーエアコン５０の送風口５７を示す平面図であり、送風口１から吹き出す空気の風向や風量は、４種類の検出電極１１（Ｘ０、Ｘ１、Ｙ０、Ｙ１）をそれぞれ複数の分割検出電極４１で構成した第２の実施の形態にかかる操作入力装置４０により操作される。すなわち、操作入力装置４０では、検出電極１１（Ｘ０）に代えて、複数の分割検出電極４１（Ｘ０_１、Ｘ０_２・・Ｘ０_ｎ）が、検出電極１１（Ｘ１）に代えて、複数の分割検出電極４１（Ｘ１_１、Ｘ１_２・・Ｘ１_ｎ）が、検出電極１１（Ｙ０）に代えて、複数の分割検出電極４１（Ｙ０_１、Ｙ０_２・・Ｙ０_ｎ）が、検出電極１１（Ｙ１）に代えて、複数の分割検出電極４１（Ｙ１_１、Ｙ１_２・・Ｙ１_ｎ）がそれぞれ各検出電極１１の配置位置に沿って配置される。第２の実施の形態にかかる操作入力装置４０では、この検出電極４１の構成のみが異なるので、第１実施の形態に共通する構成は同一番号を用いてその説明を省略する。

ＭＰＵ１０は、マルチプレクサ１２を制御し、全ての分割検出電極４１を順に信号処理回路１３へ接続し、各接続期間中に接続した分割検出電極４１に表れる交流検出信号ＳＧの受信レベルＶｉを検出する。送風口５７前方の図示する位置に手３０があるとすると、同方向に一列に配置された複数の分割検出電極４１のうち、入力操作位置のＸＹ方向に配置された分割検出電極４１（Ｘ０ｍａｘ、Ｘ１ｍａｘ、Ｙ０ｍａｘ、Ｙ１ｍａｘ）の受信レベルＶｉが最大となるので、一列に配置された分割検出電極４１の受信レベルＶｉを相対比較して手３０の相対位置（ｘ、ｙ）を特定できる。

また、同方向に一列に配列され複数の分割検出電極４１の受信レベルＶｉの総和は、同位置に配置された第１実施の形態にかかる一種類の検出電極１１の受信レベルＶｉに相当し、分割検出電極４１の受信レベルＶｉの総和を矩形の送風口５７で対向して配置された分割検出電極４１の受信レベルＶｉの総和と比較して、対向方向の手３０の位置を特定することもできる。また、全ての分割検出電極４１の受信レベルＶｉの総和から、送風口５７に直交するＺ方向の送風口５７からの距離を特定することもできる。

第１実施の形態と同様に、一定周期毎に特定した手３０の位置（ｘ、ｙ）と受信レベルＶｉの総和ＳＶｉは、記憶部２１に順次記憶され、ＭＰＵ１０は、異なる位置（ｘ、ｙ）や受信レベルＶｉの総和ＳＶｉが特定されると、記憶部２１に記憶されたこれらの記録情報の経時変化から手３０の相対移動方向を検出し、検出した相対移動方向に対応する操作内容の操作信号をインタフェース６を介してカーエアコン５０の被制御部へ出力する。これにより、第１実施の形態と同様に、ジェスチャー入力に応じてカーエアコン５０の風向や風量を調整する操作が行われる。

この第２の実施の形態に係る操作入力装置４０では、手３０の移動方向を検出する検出方向で対向する枠体５２に沿って配置する一対の検出電極をそれぞれ複数の分割検出電極４１に分割するので、精度良く送風口５７に対する手３０の位置（ｘ、ｙ）を特定できる。従って、特定した位置（ｘ、ｙ）の経時変化から手３０のＸＹ方向の相対移動方向を検出することなく、直接、特定した位置（ｘ、ｙ）をその位置（ｘ、ｙ）に手３０を接近させる相対移動方向とみなし、位置（ｘ、ｙ）に向かう相対移動方向に応じた操作内容の操作信号をカーエアコン５０へ出力してもよい。

また、矩形の枠体５２に沿って配置する４種類の検出電極４１の一部は、必ずしも複数の分割検出電極４１から構成しなくても、送風口５７周辺の手３０の相対移動方向を検出できる。更に、一方向に沿って配置する複数の分割検出電極４１に表れる受信レベルＶｉを比較すれば、その配置方向の手３０の位置（ｘ、ｙ）を検出できるので、その配置方向で対向する枠体５２に配置する一対の検出電極４１を省略できる。

図８、図９は、本発明の第３の実施の形態に係る操作入力装置４５を、羽根無し送風機７０を操作する操作入力装置に用いた一例を示し、羽根無し送風機７０は、基台７１上に回転自在に起立して支持された円筒ダクト７２の上端に円環状のノズル７４が載置された構造となっている。この羽根無し送風機７０は、円筒ダクト７２内の下方に配置されたファンを回転させることにより、吸気口７５から吸気した空気をノズル７４の内壁面の後方に沿ってリング状に開口する送風口７３から内壁面に沿った前方に吹き出し、その付近の空気の粘性を利用してノズル７４の円環内に後方から前方に向かう気流を発生させている。また、基台７１内には、図示しない首振り機構が配置され、首振り機構を駆動制御することによって、基台７１に対して円筒ダクト７２を軸回りに所望の角度で回転し、ノズル７４内を流れる空気の送風方向を変更可能としている。

この実施の形態に係る操作入力装置４５は、多数の検出電極４６をノズル７４の前面７４ａに沿って配設したものであり、各検出電極４７は、平板状の導電性金属板で前面７４ａに沿って貼り付けられるので、ノズル７４内を通過する気流を乱さない。その他の構成は、第１実施の形態と同一若しくは同様であるので、その説明を省略する。

この操作入力装置４５によれば、円環状のノズル７４の前方で手３０を水平に移動させることにより、移動方向に配置された検出電極４６の受信レベルＶｉが他側に比べて相対的に上昇し、ＭＰＵ１０は、その移動方向を検出してノズル７４を回転させる操作信号を首振り機構へ出力して、送風方向は手３０の移動方向に変更する。また、ノズル７４の前方に手３０を接近させて、ファンの回転を減速させて送風量を低下させたり、ノズル７４から手３０を遠ざけてファンの回転を増速させ、送風量を増加させることができる。

この実施の形態で操作する扇風機は、羽根無し扇風機７０で説明したが、羽根の回転で空気流を発生させる扇風機であってもよく、送風機器が羽根付きの扇風機である場合には、回転する羽根の周囲に取り付けられる枠体に検出電極を配設する。

上述の各実施の形態では、検出電極１１、４１、４６を入力操作者の手３０に対して交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで振動させ、両者の間に出力レベルＶｓの相対電位を発生させたが、検出電極１１、４１、４６側を定電位として、入力操作体３０の電位を交流検出信号ＳＧの出力レベルＶｓで変動させてもよい。

また、入力操作体３０は、操作者が入力操作を行う手３０で説明したが、操作者が握る専用入力ペンなど操作者と別の操作体であってもよい。

また、送風口５１、５７、７３の周囲に配置される各検出電極１１、４１、４６で検出される受信レベルＶｉは、入力操作体３０に対向する検出電極１１、４１、４６の表面積に比例するので、各検出電極１１、４１、４６の大きさは等しい表面積とするのが望ましい。しかしながら、入力操作体の相対移動方向は、移動方向で対向する一対の検出電極で検出される受信レベルＶｉの比の経時変化から検出できるので、必ずしも検出電極１１、４１、４６の形状や大きさを同一とする必要はない。

また、モーション検出手段として動作するＭＰＵ１０が検出する入力操作体３０の相対移動方向は、直線的な一方向に限らず、複数の直線や曲線を任意に組み合わせた線図に沿って入力操作体が移動する相対移動方向であってもよい。従って、円や四角形の線図に沿って入力操作体を移動させるジェスチャー入力に応じた操作内容の操作信号を出力することも可能であり、この場合には、記憶部２１に、操作内容と関連付けて記憶される相対移動方向として、ジェスチャー入力の移動軌跡を表すパターンが記憶される。このように、操作内容と関連付けて記憶される相対移動方向を複数方向の組み合わせとすれば、ジェスチャー入力を意図しない物体が送風口前を横切ることによる誤検出を防止できる。

一方、ＭＰＵ１０が検出する相対移動方向が単純な一方向（例えばＸ方向）である場合には、その相対移動方向に操作内容を関連付けて記憶しておくことなく、ＭＰＵ１０は、その方向に配置される一対の検出電極の受信レベルＶｉの比の経時変化から直接特定操作内容の操作信号を生成して出力してもよい。

本発明は、送風口を有する送風機器の風向や風量を操作する操作入力装置に適している。

１ 操作入力装置（第１実施の形態）
１０ ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）
１１ 検出電極１１（ｘ０）、１１（ｙ０）、１１（ｘ１）、１１（ｙ１）
３０ 手（入力操作体）
４０ 操作入力装置（第２実施の形態）
４１ 検出電極
４５ 操作入力装置（第３実施の形態）
４６ 検出電極
５０ 車両用空気調和器（カーエアコン）
５１ 送風口
５２ 枠体
５７ 送風口
７０ 羽根無し扇風機

Claims (6)

1. 空気を吹き出す送風口を有する送風機器を操作するために用いられる送風機器の操作入力装置であって、
   前記送風機器は、送風口が枠体で囲まれた扇風機であり、
   前記送風口の周囲に配設された一対の検出電極と、
   入力操作体と前記検出電極との相対電位が変動する交流検出信号を発信する発信手段と、前記検出電極に接続し、前記検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、前記検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段とを有し、前記信号検出手段が前記検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに操作者の入力操作体と前記検出電極との距離に依存して変化する静電容量値を検出する静電容量検知手段と、
   前記一対の前記検出電極について前記静電容量検知手段が検出した静電容量値に基づいて、前記送風口に対する入力操作体の相対位置を特定し、特定した相対位置の経時変化から前記送風口に対する入力操作体の相対移動方向を検出するモーション検出手段と、
   モーション検出手段が検出した相対移動方向に応じた操作内容の操作信号を扇風機へ出力する出力手段とを備え、
   前記一対の検出電極は、モーション検出手段が検出する相対移動方向で対向する前記枠体の枠辺に配設され、
   送風口に対して入力操作体を所定の方向に移動し、移動方向に応じた操作内容で扇風機を操作することを特徴とする送風機器の操作入力装置。
2. 前記操作内容は、送風口に対する入力操作体の移動方向に、送風口の風向を調整する操作であることを特徴とする請求項１に記載の送風機器の操作入力装置。
3. 空気を吹き出す送風口を有する送風機器を操作するために用いられる送風機器の操作入力装置であって、
   送風口の周囲に配設された検出電極と、
   入力操作体と前記検出電極との相対電位が変動する交流検出信号を発信する発信手段と、前記検出電極に接続し、前記検出電極と入力操作体間の静電容量を介して、前記検出電極に表れる交流検出信号の受信レベルを検出する信号検出手段とを有し、前記信号検出手段が前記検出電極毎に検出した交流検出信号の受信レベルをもとに操作者の入力操作体と前記検出電極との距離に依存して変化する静電容量値を検出する静電容量検知手段と、
   １又は２以上の前記検出電極について前記静電容量検知手段が検出した静電容量値の総和が所定速度で増加した場合に、入力操作体の送風口への接近する移動方向を検出するとともに、前記静電容量値の総和が所定速度で減少した場合に、入力操作体の送風口から遠ざかる移動方向を検出するモーション検出手段と、
   モーション検出手段が検出した前記接近する移動方向に応じて送風口から吹き出す風量を減少させる操作信号を送風機器へ出力し、モーション検出手段が検出した前記遠ざかる移動方向に応じて送風口から吹き出す風量を増加させる操作信号を送風機器へ出力する出力手段とを備え、
   送風口に対して入力操作体を所定の方向に移動し、移動方向に応じた操作内容で送風機器を操作することを特徴とする送風機器の操作入力装置。
4. 前記送風機器が空気調和器であることを特徴とする請求項３に記載の送風機器の操作入力装置。
5. 前記空気調和器は、車両に搭載されていることを特徴とする請求項４に記載の送風機器の操作入力装置。
6. 前記送風機器が扇風機であることを特徴とする請求項３に記載の送風機器の操作入力装置。

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