JP6189760B2 - Input device - Google Patents
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Description
本発明は、ジェスチャを認識する入力装置に関する。 The present invention relates to an input device that recognizes a gesture.
近年、タッチパネルやタッチパッドを備えたPC(パーソナルコンピュータ)やスマートフォンが普及してきている。タッチパネルやタッチパッドは、指のポインティングにより入力が可能な入力機能を備えている。そして、近年のタッチパネルやタッチパッドは複数の指を認識するマルチタッチ機能を備えていることが多く、マルチタッチ機能を利用した複数指のジェスチャによる入力も広く行われている。例えば、指を素早く滑らせるスワイプや、2本の指を接近させるピンチインなどの複数のジェスチャを認識する機能がよく用いられている。 In recent years, PCs (personal computers) and smartphones equipped with touch panels and touch pads have become widespread. The touch panel and the touch pad have an input function that allows input by finger pointing. In recent years, touch panels and touch pads often have a multi-touch function for recognizing a plurality of fingers, and input using a multi-finger gesture using the multi-touch function is also widely performed. For example, a function of recognizing a plurality of gestures such as a swipe for quickly sliding a finger and a pinch-in for bringing two fingers closer is often used.
また、指によるジェスチャ入力の機能を、腕時計型デバイスや眼鏡型デバイス等の小型デバイスに持たせることも検討されている。例えば、眼鏡のツルの部分をスワイプするジェスチャを認識する機能は、目視で確認せずに入力ができるという点で便利である。このような小型のデバイスに搭載するタッチセンサには、必然的に小型化が要求される。しかし、従来のタッチパネルやタッチパッドは、タッチセンサが2次元的に多数配置された構成が一般的であり、小型化には限界がある。 In addition, it has been studied to give a gesture input function with a finger to a small device such as a wristwatch device or a spectacle device. For example, the function of recognizing a gesture for swiping the vine portion of glasses is convenient in that input can be made without visual confirmation. A touch sensor mounted on such a small device is inevitably required to be downsized. However, conventional touch panels and touch pads generally have a configuration in which a large number of two-dimensional touch sensors are arranged, and there is a limit to downsizing.
一方で、小型化の要求に応えるためには、タッチセンサの数が削減された入力装置の構成が有利である。例えば、特許文献1,2に記載された入力装置は、単一組等の最小限のタッチセンサの電極により、ユーザの指のタッチを検出することができる。 On the other hand, in order to meet the demand for downsizing, an input device configuration with a reduced number of touch sensors is advantageous. For example, the input devices described in Patent Documents 1 and 2 can detect the touch of a user's finger with the electrodes of a minimum touch sensor such as a single set.
しかしながら、上記の従来の入力装置においては、ユーザの指のタッチを検出することはできるが、電極数が削減されているため複数種類のユーザの指によるジェスチャを認識することは困難である。一方、タッチセンサが2次元的に多数配置された構成を採用することにより複数種類のユーザのジェスチャを認識することはできるが、その場合は入力装置の小型化に支障をきたす。 However, although the above-described conventional input device can detect the touch of the user's finger, since the number of electrodes is reduced, it is difficult to recognize gestures by a plurality of types of user's fingers. On the other hand, by adopting a configuration in which a large number of touch sensors are arranged two-dimensionally, it is possible to recognize a plurality of types of user gestures, but in that case, it hinders downsizing of the input device.
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数種類のジェスチャ入力を可能とし、かつ装置の小型化をも実現する入力装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an input device capable of inputting a plurality of types of gestures and realizing downsizing of the device.
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る入力装置は、ユーザのジェスチャを認識する入力装置であって、ユーザの指の接触を検出するタッチセンサと、タッチセンサの生成した信号を基にジェスチャを認識するジェスチャ認識手段と、ジェスチャ認識手段が認識したジェスチャに対応する操作信号を他のデバイスに通知する通知手段とを備え、タッチセンサは、接触の検出用のセンシング電極部を1つのみ有し、センシング電極部における接触に応じた静電容量の変化を検出することにより信号を生成し、ジェスチャ認識手段は、信号を基に、指のタッチ、指のスワイプ、及びスワイプの指の本数を認識する。 In order to achieve the above object, an input device according to an embodiment of the present invention is an input device that recognizes a user's gesture, and includes a touch sensor that detects contact of a user's finger, and a signal generated by the touch sensor. The touch sensor includes a sensing electrode unit for detecting contact, and a gesture recognizing unit for recognizing a gesture based on the gesture recognition unit and a notification unit for notifying another device of an operation signal corresponding to the gesture recognized by the gesture recognizing unit. A signal is generated by detecting a change in capacitance according to the contact in the sensing electrode unit, and the gesture recognition means performs finger touch, finger swipe, and swipe finger based on the signal. Recognize the number of
上記一形態によれば、ユーザが指のタッチの動作、又は1本或いは複数の指のスワイプの動作をすると、タッチセンサが、1つのセンシング電極におけるその動作に対応した静電容量の変化を信号として検出する。ジェスチャ認識手段は、発生した信号により、信号に対応するタッチ動作及びスワイプ動作のジェスチャを認識する。通知手段は、ジェスチャ認識手段が認識したジェスチャに対応する操作信号を他のデバイスへ通知する。このような構成により、ユーザによる複数種類のジェスチャ入力を可能にするとともに、1つのセンシング電極の構成を採用することにより装置の小型化も容易に実現することができる。 According to the above aspect, when the user performs a finger touch operation or one or more finger swipe operations, the touch sensor signals a change in capacitance corresponding to the operation of one sensing electrode. Detect as. The gesture recognition means recognizes a gesture of a touch operation and a swipe operation corresponding to the signal based on the generated signal. The notifying unit notifies an operation signal corresponding to the gesture recognized by the gesture recognizing unit to another device. With such a configuration, it is possible to input a plurality of types of gestures by the user, and the size of the device can be easily reduced by adopting the configuration of one sensing electrode.
上記一形態においては、センシング電極部は、一方向に伸びる長尺状の形状を有することが好ましい。この場合、ユーザの複数の指によるスワイプ動作を対象にした場合でも、指の本数を精度よく検出することができる。 In the said one form, it is preferable that a sensing electrode part has an elongate shape extended to one direction. In this case, the number of fingers can be detected with high accuracy even when the user swipes with a plurality of fingers.
また、タッチセンサは、一方向に交差する方向に伸びる長尺状の接地電極部をさらに有することも好ましい。上記構成によれば、ユーザの指のタッチ動作のみならず、ユーザの指のスワイプ動作を検出する際に、信号に重畳するノイズを低減することにより、ジェスチャの認識の精度を向上させることができる。 The touch sensor preferably further includes a long ground electrode portion extending in a direction crossing one direction. According to the above configuration, when detecting not only the touch operation of the user's finger but also the swipe operation of the user's finger, the accuracy of gesture recognition can be improved by reducing the noise superimposed on the signal. .
さらに、センシング電極は、一方向に沿って非対称な形状を有するも好ましい。かかる構成により、ユーザの指のスワイプ動作の方向により、タッチセンサが検出する信号の変化に差を生じさせることができる。その結果、スワイプの方向を効果的に判別することができる。 Furthermore, the sensing electrode preferably has an asymmetric shape along one direction. With this configuration, it is possible to cause a difference in the change in the signal detected by the touch sensor depending on the direction of the swipe operation of the user's finger. As a result, the direction of swipe can be determined effectively.
またさらに、センシング電極は、幅の異なる分岐部が複数一体化された形状を有することが好ましい。かかる構成によれば、ユーザの指のスワイプ動作の方向により、タッチセンサが検出する信号の変化に差を生じさせることができる。その結果、スワイプの方向を効果的に判別することができる。 Furthermore, the sensing electrode preferably has a shape in which a plurality of branch portions having different widths are integrated. According to this configuration, it is possible to cause a difference in the change in the signal detected by the touch sensor depending on the direction of the swipe operation of the user's finger. As a result, the direction of swipe can be determined effectively.
さらにまた、センシング電極は、幅が一方向に沿って変化した形状を有することも好ましい。この場合、ユーザの指のスワイプ動作の方向により、タッチセンサが検出する信号の変化に差を生じさせることができる。その結果、スワイプの方向を効果的に判別することができる。 Furthermore, the sensing electrode preferably has a shape whose width changes along one direction. In this case, a difference can be caused in the change in the signal detected by the touch sensor depending on the direction of the swipe operation of the user's finger. As a result, the direction of swipe can be determined effectively.
また、センシング電極は、一方向の幅と一方向に垂直な方向の幅とが異なるように形成されていることも好ましい。こうすれば、ユーザの指のスワイプ動作の方向が一方向である場合と一方向に垂直な方向である場合とで、タッチセンサが検出する信号の変化に差を生じさせることができる。その結果、スワイプの方向を2つの方向で効果的に判別することができる。 In addition, the sensing electrode is preferably formed so that the width in one direction is different from the width in a direction perpendicular to the one direction. In this way, it is possible to make a difference in the change in the signal detected by the touch sensor between the case where the direction of the swipe operation of the user's finger is one direction and the direction perpendicular to the one direction. As a result, the direction of swipe can be determined effectively in two directions.
さらに、タッチセンサは、矩形波で駆動されており、センシング電極における静電容量を充電時間によって検出することが好ましい。このようにすれば、ユーザのジェスチャを充電時間によって精度よく検出することができる。 Furthermore, the touch sensor is driven by a rectangular wave, and it is preferable to detect the capacitance of the sensing electrode based on the charging time. If it does in this way, a user's gesture can be detected accurately by charge time.
またさらに、タッチセンサは、矩形波で駆動されており、センシング電極における静電容量を充電時間及び放電時間の2つによって検出することも好ましい。このようにすれば、ユーザのジェスチャを充電時間及び放電時間によって精度よく検出することができるとともに、信号におけるノイズの重畳による検出精度の低下を防止できる。 Furthermore, the touch sensor is driven by a rectangular wave, and it is also preferable to detect the electrostatic capacitance at the sensing electrode based on two of a charging time and a discharging time. In this way, it is possible to accurately detect the user's gesture based on the charging time and the discharging time, and it is possible to prevent a decrease in detection accuracy due to noise superposition in the signal.
本発明によれば、複数種類のジェスチャ入力を可能とし、かつ装置の小型化をも実現することができる。 According to the present invention, it is possible to input a plurality of types of gestures and to reduce the size of the apparatus.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図1は、本発明の実施形態に係る入力装置100の概略構成を示す図である。同図に示す入力装置100はユーザによる指Fの動きを基にユーザの行ったジェスチャを判断することにより、他のデバイスへの操作入力を可能とする装置である。同図に示すように、入力装置100は、タッチセンサ13と、ICチップ20とがケース1の表面上或いは内部に配置されて構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an input device 100 according to an embodiment of the present invention. An input device 100 shown in the figure is a device that enables an operation input to another device by determining a gesture made by the user based on the movement of the finger F by the user. As shown in the figure, the input device 100 is configured by arranging a touch sensor 13 and an IC chip 20 on or inside the case 1.
タッチセンサ13及びICチップ20が配置されたケース1は、例えば長方形等の長尺状の平板形状をなしており、樹脂材料等の電気絶縁性を有する材料で構成されている。 The case 1 in which the touch sensor 13 and the IC chip 20 are arranged has a long flat plate shape such as a rectangle, and is made of a material having electrical insulation properties such as a resin material.
以下の説明では、ケース1の表面1aの長手方向に沿った方向をX軸方向とし、ケース1の表面1aの短手方向に沿った方向、すなわちX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。 In the following description, the direction along the longitudinal direction of the surface 1a of the case 1 is defined as the X-axis direction, and the direction along the short direction of the surface 1a of the case 1, that is, the direction perpendicular to the X-axis direction is defined as the Y-axis. The direction.
タッチセンサ13は、1つのセンシング電極部11と1つのアース電極部(接地電極部)12と検出回路部14とを、相互に電気的に接続された状態で備え、ユーザの指Fの接触を静電容量方式で検出する回路ユニットである。詳細には、センシング電極部11は、Y軸方向に伸びる長尺状の導電性を有する電極部材であり、ケース1の表面1a上に露出するように設けられている。このセンシング電極部11は、X軸方向の幅が、スワイプ動作を行う際のユーザの2つの指Fとの間隔に比較して十分小さい値に設定されている。また、アース電極部12は、X軸方向に沿ってセンシング電極部11と電気的に分離されて伸びる長尺状の導電性を有する電極部材であり、ケース1の表面1a上において、X軸方向のスワイプ動作の際にユーザの指Fが接触する範囲にわたって露出して設けられている。すなわち、アース電極部12は、ケース1の長手方向に沿って表面1a上の両端近傍の間を伸びており、その長さはセンシング電極部11の長さよりも長い。このようなアース電極部12の構造により、ユーザが指Fによるタッチ動作及びスワイプ動作を含むジェスチャを行っている間に、その指Fをアース電極部12に極力接触させることができる。なお、センシング電極部11は、絶縁材料で被覆されていてもよい。 The touch sensor 13 includes one sensing electrode unit 11, one earth electrode unit (ground electrode unit) 12, and a detection circuit unit 14 in a state of being electrically connected to each other, and touching the user's finger F. It is a circuit unit that detects the capacitance method. Specifically, the sensing electrode portion 11 is a long conductive electrode member extending in the Y-axis direction, and is provided so as to be exposed on the surface 1 a of the case 1. The width of the sensing electrode unit 11 in the X-axis direction is set to a sufficiently small value as compared with the interval between the user's two fingers F when performing the swipe operation. The ground electrode portion 12 is a long conductive electrode member that extends electrically separated from the sensing electrode portion 11 along the X-axis direction. On the surface 1 a of the case 1, the X-axis direction It is exposed and provided over the range in which the user's finger F contacts during the swipe operation. That is, the ground electrode portion 12 extends between both ends on the surface 1 a along the longitudinal direction of the case 1, and the length thereof is longer than the length of the sensing electrode portion 11. With such a structure of the ground electrode portion 12, the finger F can be brought into contact with the ground electrode portion 12 as much as possible while the user performs a gesture including a touch operation and a swipe operation with the finger F. The sensing electrode unit 11 may be covered with an insulating material.
上記のセンシング電極部11及びアース電極部12を含むタッチセンサ13では、ユーザの指によるタッチ動作及びスワイプ動作が検出可能とされる。ここでいうタッチ動作とは、指Fを表面1a上で滑らせることなく直接センシング電極部11に触れる動作であり、スワイプ動作とは、指Fを表面1aのX軸方向の端部側からセンシング電極部11を通過させて表面1a上を滑らせる動作である。 The touch sensor 13 including the sensing electrode unit 11 and the ground electrode unit 12 can detect a touch operation and a swipe operation by a user's finger. The touch operation here refers to an operation of directly touching the sensing electrode unit 11 without sliding the finger F on the surface 1a, and the swipe operation refers to sensing the finger F from the end side in the X-axis direction of the surface 1a. This is an operation of allowing the electrode portion 11 to pass and sliding on the surface 1a.
検出回路部14は、センシング電極部11及びアース電極部12に対して配線部を介して電気的に接続されており、指Fのセンシング電極部11に対する接触度合いに応じたセンシング電極部11とアース電極部12との間に生じる静電容量の変化を検出し、その検出結果を検出信号として出力する。この検出回路部14は、ケース1の内部に埋め込まれている。 The detection circuit unit 14 is electrically connected to the sensing electrode unit 11 and the earth electrode unit 12 via a wiring unit, and the sensing electrode unit 11 and the earth according to the degree of contact of the finger F with the sensing electrode unit 11 A change in capacitance generated between the electrode portion 12 and the electrode portion 12 is detected, and the detection result is output as a detection signal. The detection circuit unit 14 is embedded in the case 1.
図2には、検出回路部14の回路構成の一例を示している。同図に示すように、検出回路部14は、絶縁材料15で覆われたセンシング電極部11及びアース電極部12と電気的に接続されており、抵抗素子31、可変抵抗素子32、コンパレータ33、及び抵抗素子34とキャパシタ35とで構成されるローパスフィルタ36を含んで構成されており、センシング電極部11とアース電極部12との間に生じる静電容量の変化を検出することにより、指Fのセンシング電極部11に対する接触状態を検出する。一般には、タッチセンサとしては、静電容量の変化を、充電時間の変化として検出する方式や、周波数の変化として検出する方式が存在するが、本実施形態のタッチセンサ13は、前者の方式を採用している。 FIG. 2 shows an example of the circuit configuration of the detection circuit unit 14. As shown in the figure, the detection circuit unit 14 is electrically connected to the sensing electrode unit 11 and the ground electrode unit 12 covered with the insulating material 15, and includes a resistance element 31, a variable resistance element 32, a comparator 33, And a low-pass filter 36 composed of a resistance element 34 and a capacitor 35, and by detecting a change in capacitance generated between the sensing electrode portion 11 and the ground electrode portion 12, the finger F The contact state with respect to the sensing electrode unit 11 is detected. In general, as a touch sensor, there are a method for detecting a change in capacitance as a change in charging time and a method for detecting as a change in frequency. However, the touch sensor 13 of the present embodiment uses the former method. Adopted.
詳細には、抵抗素子31の一端には、入力端子37を介して、例えば10KHzの周波数の矩形波電圧信号PAが印加されており、抵抗素子31の他端はセンシング電極部11及びコンパレータ33の非反転入力が接続されている。可変抵抗素子32の一端にはバイアス電圧VCCが印加され、他端はアース電極部12に接続され、可変抵抗素子32にはコンパレータ33の反転入力が接続されている。そして、コンパレータ33の出力とアース電極部12との間には、抵抗素子34とキャパシタ35とからなるローパスフィルタ36が接続され、その抵抗素子34とキャパシタ35との間に出力端子38が接続されている。 Specifically, a rectangular wave voltage signal PA having a frequency of, for example, 10 KHz is applied to one end of the resistive element 31 via the input terminal 37, and the other end of the resistive element 31 is connected to the sensing electrode unit 11 and the comparator 33. Non-inverting input is connected. A bias voltage VCC is applied to one end of the variable resistance element 32, the other end is connected to the ground electrode portion 12, and the inverting input of the comparator 33 is connected to the variable resistance element 32. A low-pass filter 36 composed of a resistance element 34 and a capacitor 35 is connected between the output of the comparator 33 and the ground electrode portion 12, and an output terminal 38 is connected between the resistance element 34 and the capacitor 35. ing.
上記構成の検出回路部14においては、抵抗素子31を介してセンシング電極部11が矩形波によって駆動される。この際、センシング電極部11とアース電極部12との間の静電容量の存在により、センシング電極部11の電位VSは矩形波電圧信号PAの電位とは一致しない。コンパレータ33においては、非反転入力にセンシング電極部11の電位VSが入力され、反転入力には可変抵抗素子32によって調整された閾値電位TH1が入力される。これにより、センシング電極部11の電位VSと閾値電位TH1との比較結果である電位VCがローパスフィルタ36を介して平滑化され、平滑化された電位VCが出力端子38から検出信号Voutとして出力される。 In the detection circuit unit 14 configured as described above, the sensing electrode unit 11 is driven by a rectangular wave via the resistance element 31. At this time, due to the presence of capacitance between the sensing electrode unit 11 and the ground electrode unit 12, the potential VS of the sensing electrode unit 11 does not match the potential of the rectangular wave voltage signal PA. In the comparator 33, the potential VS of the sensing electrode unit 11 is input to the non-inverting input, and the threshold potential TH1 adjusted by the variable resistance element 32 is input to the inverting input. Thereby, the potential VC, which is a comparison result between the potential VS of the sensing electrode unit 11 and the threshold potential TH1, is smoothed through the low-pass filter 36, and the smoothed potential VC is output from the output terminal 38 as the detection signal Vout. The
ここで、指Fがセンシング電極部11に触れていないときには、センシング電極部11とアース電極部12との間の静電容量は小さいため充電時間が短くなり、センシング電極部11の電位VSが閾値電位TH1に到達する時間が短くなる。そのため、コンパレータ33の電位VCがハイである時間が長くなり、その結果として出力端子38から出力される検出信号Voutの電位が高くなる。その一方で、指Fがセンシング電極部11に触れているときには、センシング電極部11とアース電極部12との間の静電容量は大きいため充電時間が長くなり、センシング電極部11の電位VSが閾値電位TH1に到達する時間が長くなる。そのため、コンパレータ33の電位VCがハイである時間が短くなり、その結果として検出信号Voutの電位が低くなる。指Fの接触状態に応じた静電容量の変化量が大きい場合には、このような簡易な構成の検出回路部14により、ユーザの指Fの接触状態を検出可能である。 Here, when the finger F is not touching the sensing electrode unit 11, the capacitance between the sensing electrode unit 11 and the earth electrode unit 12 is small, so the charging time is shortened, and the potential VS of the sensing electrode unit 11 is set to the threshold value. The time to reach the potential TH1 is shortened. Therefore, the time during which the potential VC of the comparator 33 is high is lengthened, and as a result, the potential of the detection signal Vout output from the output terminal 38 is increased. On the other hand, when the finger F is touching the sensing electrode unit 11, the charging time is increased because the capacitance between the sensing electrode unit 11 and the ground electrode unit 12 is large, and the potential VS of the sensing electrode unit 11 is increased. The time to reach the threshold potential TH1 becomes longer. For this reason, the time during which the potential VC of the comparator 33 is high is shortened, and as a result, the potential of the detection signal Vout is lowered. When the amount of change in capacitance according to the contact state of the finger F is large, the contact state of the user's finger F can be detected by the detection circuit unit 14 having such a simple configuration.
また、検出回路部14は、指Fの接触状態に応じた静電容量の変化量が小さい場合には、図3に示すような構成を採ることもできる。図3には、検出回路部14の回路構成の別の例を示している。同図に示す構成では、図2に示した構成に比較してANDゲート39が付加されている。このANDゲート39の第1の入力には入力端子40を介して矩形波電圧信号PAと同一の周波数の矩形波電圧信号PBが印加され、ANDゲート39の第2の入力にはコンパレータ33の出力である電位VCが入力され、ANDゲート39の出力Vandとアース電極部12との間にローパスフィルタ36が接続されている。 Moreover, the detection circuit unit 14 can also employ a configuration as shown in FIG. 3 when the amount of change in capacitance according to the contact state of the finger F is small. FIG. 3 shows another example of the circuit configuration of the detection circuit unit 14. In the configuration shown in the figure, an AND gate 39 is added as compared with the configuration shown in FIG. A rectangular wave voltage signal PB having the same frequency as the rectangular wave voltage signal PA is applied to the first input of the AND gate 39 via the input terminal 40, and the output of the comparator 33 is applied to the second input of the AND gate 39. The low-pass filter 36 is connected between the output Vand of the AND gate 39 and the ground electrode portion 12.
このような構成の検出回路部14によれば、後段にアンプを接続した場合であってもアンプの駆動電圧を低く抑えることができる。つまり、静電容量の変化量が小さい場合には、検出精度を高めるために後段にアンプを接続する場合がある。その場合、指Fが接触している場合でも検出信号Voutの出力レベルが高くなってしまうため、アンプの駆動電圧を高くする必要が出てくる。図3に示したような構成によれば、コンパレータ33の電位VCにおけるハイレベルの期間を短縮することができ、検出信号Voutの直流レベルを抑えることができる。その結果、図2の構成の場合と比較して、指Fの接触状態に応じた検出信号Voutの出力レベルの差には違いはない一方、検出信号Voutの直流レベルを低く抑えることができるため、後段のアンプを高電圧で駆動する必要が無くなる。 According to the detection circuit unit 14 having such a configuration, the driving voltage of the amplifier can be kept low even when the amplifier is connected to the subsequent stage. That is, when the amount of change in capacitance is small, an amplifier may be connected to the subsequent stage in order to increase detection accuracy. In that case, since the output level of the detection signal Vout becomes high even when the finger F is in contact, it is necessary to increase the drive voltage of the amplifier. According to the configuration shown in FIG. 3, the high level period of the potential VC of the comparator 33 can be shortened, and the DC level of the detection signal Vout can be suppressed. As a result, compared to the configuration of FIG. 2, there is no difference in the output level of the detection signal Vout according to the contact state of the finger F, while the DC level of the detection signal Vout can be kept low. Therefore, it is not necessary to drive the subsequent amplifier with a high voltage.
図4は、図3の検出回路部14で処理される信号の波形の一例を示すタイミングチャートであり、(a)は矩形波電圧信号PAの波形、(b)はセンシング電極部11の電位VSの波形、(c)は電位VCの波形、(d)は矩形波電圧信号PBの波形、(e)はANDゲート39の出力信号Vandの波形、(f)は検出信号Voutの波形をそれぞれ示す。このように、センシング電極部11の電位VSと閾値電位TH1とが比較されて生成された電位VCのハイレベルの期間(オン期間)は、静電容量の充電時間に対応している。従って、この電位VCが平滑化された検出信号Voutの出力レベルは、この充電時間に対応して変化する。また、矩形波電圧信号PAに比較してオン期間が短縮化された矩形波電圧信号PBと電位VCとがANDゲート39によって処理された後に、ANDゲート39の出力信号Vandが平滑化されることにより、検出信号Voutの直流レベルを低くすることができる。また、検出信号Voutの直流レベルの低下の程度は、矩形波電圧信号PBの波形(例えば、オン期間の長さ)の調整によって変更することができる。 FIG. 4 is a timing chart showing an example of a waveform of a signal processed by the detection circuit unit 14 of FIG. 3, (a) is a waveform of the rectangular wave voltage signal PA, and (b) is a potential VS of the sensing electrode unit 11. (C) shows the waveform of the potential VC, (d) shows the waveform of the rectangular wave voltage signal PB, (e) shows the waveform of the output signal Vand of the AND gate 39, and (f) shows the waveform of the detection signal Vout. . As described above, the high level period (on period) of the potential VC generated by comparing the potential VS of the sensing electrode unit 11 and the threshold potential TH1 corresponds to the charging time of the capacitance. Therefore, the output level of the detection signal Vout obtained by smoothing the potential VC changes corresponding to the charging time. Further, after the rectangular wave voltage signal PB and the potential VC whose ON period is shortened compared to the rectangular wave voltage signal PA are processed by the AND gate 39, the output signal Vand of the AND gate 39 is smoothed. Thus, the DC level of the detection signal Vout can be lowered. Further, the degree of decrease in the direct current level of the detection signal Vout can be changed by adjusting the waveform (for example, the length of the on period) of the rectangular wave voltage signal PB.
さらに、図5には、ユーザの様々なジェスチャに対応した図3の検出回路部14の出力信号の例を示している。この結果から、ユーザの指Fによりセンシング電極部11に触れるタッチ動作が行われた場合は、検出信号Voutが低下した状態が長時間継続することがわかる。また、ユーザの指FによりX軸方向(図1)に沿ったスワイプ動作が行われた場合には、検出信号Voutが低下している時間は短く、出力信号Voutにスワイプ動作の指Fの本数に応じた谷が現れる。この検出信号Voutを基に、出力低下によってジェスチャが開始されたことが認識可能であり、出力低下の期間が長ければタッチ動作と判別可能であり、出力低下の期間が短ければスワイプ動作と判別可能である。さらに、検出信号Voutを基に、谷の数をカウントすることにより、スワイプ動作の指Fの本数も認識可能である。後述するICチップ20のジェスチャ認識部22は、上記の判定ロジックを用いてユーザの指Fによるジェスチャを認識する。 Further, FIG. 5 shows an example of an output signal of the detection circuit unit 14 in FIG. 3 corresponding to various gestures of the user. From this result, it is understood that when the touch operation of touching the sensing electrode unit 11 with the user's finger F is performed, the state where the detection signal Vout is lowered continues for a long time. In addition, when the swipe operation along the X-axis direction (FIG. 1) is performed by the user's finger F, the time during which the detection signal Vout is decreasing is short, and the number of fingers F performing the swipe operation on the output signal Vout A trough corresponding to will appear. Based on this detection signal Vout, it can be recognized that a gesture has been started due to a decrease in output, and can be determined as a touch operation if the output decrease period is long, and can be determined as a swipe operation if the output decrease period is short. It is. Furthermore, by counting the number of valleys based on the detection signal Vout, the number of fingers F in the swipe operation can be recognized. A gesture recognition unit 22 of the IC chip 20 described later recognizes a gesture with the user's finger F using the above determination logic.
ICチップ20は、ケース1の内部に収容され、ケース1の内部で検出回路部14に電気的に接続されている。このICチップ20は、検出回路部14からの検出信号Voutを信号処理する。図6に示すように、ICチップ20は、物理的には、1又は複数のCPU201、主記憶装置であるRAM202及びROM203、有線或いは無線により外部と信号を送受信するデータ送受信デバイスである通信モジュール204、半導体メモリ等の補助記憶装置205などを含むコンピュータシステムとして構成されている。ICチップ20の各機能は、図6に示されるCPU201、RAM202等のハードウェア上に1又は複数の所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、CPU201の制御のもとで通信モジュール204を動作させるとともに、RAM202や補助記憶装置205におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。 The IC chip 20 is housed inside the case 1 and is electrically connected to the detection circuit unit 14 inside the case 1. The IC chip 20 processes the detection signal Vout from the detection circuit unit 14. As shown in FIG. 6, the IC chip 20 physically includes one or a plurality of CPUs 201, a RAM 202 and a ROM 203 that are main storage devices, and a communication module 204 that is a data transmission / reception device that transmits and receives signals to and from the outside by wired or wireless. The computer system includes an auxiliary storage device 205 such as a semiconductor memory. Each function of the IC chip 20 causes the communication module 204 to operate under the control of the CPU 201 by reading one or more predetermined computer software on the hardware such as the CPU 201 and the RAM 202 shown in FIG. This is realized by reading and writing data in the RAM 202 and the auxiliary storage device 205.
次に、ICチップ20の機能構成について詳述する。図7は、ICチップ20の機能構成を示すブロック図である。図7に示すように、ICチップ20は、信号受信部21と、ジェスチャ認識部(ジェスチャ認識手段)22と、通知部(通知手段)23とを含んで構成されている。 Next, the functional configuration of the IC chip 20 will be described in detail. FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the IC chip 20. As shown in FIG. 7, the IC chip 20 includes a signal reception unit 21, a gesture recognition unit (gesture recognition unit) 22, and a notification unit (notification unit) 23.
信号受信部21は、タッチセンサ13が生成した検出信号Voutを受信する手段である。さらに、信号受信部21は、受信した検出信号Voutをジェスチャ認識部22に通知する。 The signal receiving unit 21 is a unit that receives the detection signal Vout generated by the touch sensor 13. Furthermore, the signal reception unit 21 notifies the gesture recognition unit 22 of the received detection signal Vout.
ジェスチャ認識部22は、信号受信部21が受信した検出信号Voutに対応するジェスチャを認識する。ジェスチャ認識部22は、タッチセンサ13が出力した検出信号Voutを信号受信部21から受信して解析する。具体的には、検出信号Voutが複数のジェスチャに対応した波形であるかどうかを判定することによって、特定のジェスチャとして認識できるかどうかを判断する。例えば、ジェスチャ認識部22は、上述した判定ロジックを用いて、ユーザの指のジェスチャとして、タッチ動作及びスワイプ動作を認識し、スワイプ動作の場合はさらにスワイプ動作の指Fの本数も判定する。さらに、ジェスチャ認識部22は判断したユーザのジェスチャに対応する操作信号を通知部23に通知する。通知部23は、入力装置100の外部の他のデバイス200に、有線通信或いは無線通信を利用して、操作信号を通知する。 The gesture recognition unit 22 recognizes a gesture corresponding to the detection signal Vout received by the signal reception unit 21. The gesture recognition unit 22 receives the detection signal Vout output from the touch sensor 13 from the signal reception unit 21 and analyzes it. Specifically, whether or not the detection signal Vout can be recognized as a specific gesture is determined by determining whether or not the detection signal Vout has a waveform corresponding to a plurality of gestures. For example, the gesture recognition unit 22 recognizes the touch operation and the swipe operation as the gesture of the user's finger using the determination logic described above, and further determines the number of fingers F of the swipe operation in the case of the swipe operation. Furthermore, the gesture recognition unit 22 notifies the notification unit 23 of an operation signal corresponding to the determined user gesture. The notification unit 23 notifies an operation signal to another device 200 outside the input device 100 using wired communication or wireless communication.
以上説明した入力装置100によれば、ユーザが指Fのタッチの動作、又は1本或いは複数の指のスワイプの動作をすると、タッチセンサ13が、1つのセンシング電極部11とアース電極部12との間におけるその動作に対応した静電容量の変化を検出信号Voutとして検出する。そして、ジェスチャ認識部22は、検出信号Voutにより、検出信号Voutに対応するタッチ動作及びスワイプ動作のジェスチャを認識する。通知部23は、ジェスチャ認識部22が認識したジェスチャに対応する操作信号を他のデバイスへ通知する。このような構成により、ユーザによる複数種類のジェスチャ入力を可能にするとともに、1つのセンシング電極部11の構成を採用することにより装置の小型化も容易に実現することができる。 According to the input device 100 described above, when the user performs the operation of touching the finger F or the operation of swiping one or more fingers, the touch sensor 13 includes one sensing electrode unit 11, the earth electrode unit 12, and the like. A change in capacitance corresponding to the operation during the period is detected as a detection signal Vout. Then, the gesture recognition unit 22 recognizes the gesture of the touch operation and the swipe operation corresponding to the detection signal Vout based on the detection signal Vout. The notification unit 23 notifies an operation signal corresponding to the gesture recognized by the gesture recognition unit 22 to another device. With such a configuration, it is possible to input a plurality of types of gestures by the user, and it is also possible to easily reduce the size of the apparatus by adopting the configuration of one sensing electrode unit 11.
従来のタッチパネルやタッチパッドなどを用いれば複数種類のジェスチャの検出が可能となるが、多数のセンサを平面上に密に配置する構成が必要であり、大型化、製造コストの上昇、及び複雑な制御機能の搭載を招くこととなっていた。一方で、少数のタッチセンサを用いて多様なジェスチャ入力を実現することも想定されるが、この場合は定常的な状態を検出する必要があるため、短時間で行われる非定常的なジェスチャを正確に検出することは困難である。本実施形態の入力装置100によれば、1つのタッチセンサで複雑な機能を必要とせずに、非定常的な状態を伴う様々なジェスチャ入力を実現することができる。従って、入力装置100によれば、小型化及び製造コストの削減が容易である。 If a conventional touch panel or touch pad is used, multiple types of gestures can be detected. However, a configuration in which a large number of sensors are densely arranged on a plane is required, which increases the size, the manufacturing cost, and the complexity. It was supposed to invite the control function. On the other hand, it is assumed that a variety of gesture inputs can be realized using a small number of touch sensors. In this case, however, it is necessary to detect a steady state. It is difficult to detect accurately. According to the input device 100 of the present embodiment, various gesture inputs with unsteady states can be realized without requiring a complicated function with a single touch sensor. Therefore, according to the input device 100, it is easy to reduce the size and the manufacturing cost.
また、センシング電極部11は、その幅がユーザの2つの指Fとの間隔に比較して十分小さい値に設定されているので、ユーザの複数の指Fによるスワイプ動作を対象にした場合でも、指の本数を精度よく検出することができる。さらに、タッチセンサ13は、X軸方向に伸びるアース電極部12をさらに有する。これにより、ユーザの指Fのタッチ動作のみならず、ユーザの指Fのスワイプ動作を検出する際に指Fが常にアース電極部12に触れることになるので、検出信号Voutに重畳するノイズを低減することにより、ジェスチャの認識の精度を向上させることができる。 In addition, since the sensing electrode unit 11 is set to a value that is sufficiently small compared to the distance between the user's two fingers F, even when the swipe operation by the plurality of fingers F of the user is targeted, The number of fingers can be detected with high accuracy. Furthermore, the touch sensor 13 further includes a ground electrode portion 12 extending in the X-axis direction. As a result, not only the touch operation of the user's finger F but also the finger F always touches the ground electrode portion 12 when detecting the swipe operation of the user's finger F, so that noise superimposed on the detection signal Vout is reduced. By doing so, the accuracy of gesture recognition can be improved.
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment.
例えば、図8には、本発明の変形例に係る入力装置100Aの概略構成を示している。この入力装置100Aの入力装置100との相違点は、アース電極部12を備えていない点である。このような入力装置100Aによっても、複数種類のジェスチャ入力を可能とする装置において小型化及び製造コストの削減を実現可能である。 For example, FIG. 8 shows a schematic configuration of an input device 100A according to a modification of the present invention. The difference between the input device 100A and the input device 100 is that the ground electrode portion 12 is not provided. Even with such an input device 100A, it is possible to achieve downsizing and reduction in manufacturing cost in an apparatus capable of inputting a plurality of types of gestures.
また、図9には、本発明の別の変形例に係る入力装置100Bの概略構成を示している。この入力装置100Bは、センシング電極部11Bを含むタッチセンサ13Bを、ケーブル等の長軸状の本体部1Bの外周に配置された状態で備える。具体的には、センシング電極部11Bは本体部1Bの外周面にリング状に巻きつけられて配置されている。なお、同図においては、検出回路部14及びICチップ20の図示は省略している。このような構成によれば、指Fを本体部1Bの一方の側面から触れるような動作のみならず、2本の指Fで本体部1Bの両側面からつまんだ状態で滑らせるような動作も認識可能となる。従って、本体部1Bに柔軟性があってたるみが生じた場合でも精度の良いジェスチャ入力が可能となる。このような変形例は、ヘッドホンのケーブル上でのジェスチャ入力に適用可能である。 FIG. 9 shows a schematic configuration of an input device 100B according to another modification of the present invention. This input device 100B includes a touch sensor 13B including a sensing electrode portion 11B in a state of being arranged on the outer periphery of a long-axis main body portion 1B such as a cable. Specifically, the sensing electrode part 11B is arranged in a ring shape around the outer peripheral surface of the main body part 1B. In addition, in the same figure, illustration of the detection circuit unit 14 and the IC chip 20 is omitted. According to such a configuration, not only the operation of touching the finger F from one side surface of the main body 1B, but also the operation of sliding with the two fingers F pinched from both side surfaces of the main body 1B. It becomes possible to recognize. Therefore, even when the main body 1B is flexible and sags, a highly accurate gesture input can be performed. Such a modification is applicable to gesture input on a headphone cable.
さらに、本発明に対してはセンシング電極部11の形状の様々な変形例を採用することができる。 Furthermore, various modifications of the shape of the sensing electrode unit 11 can be employed for the present invention.
例えば、図10には、本発明の変形例に係るセンシング電極部11Cの構成を示している。同図に示すセンシング電極部11Cは、ケース1の表面1a上に沿ってY軸に対して非対称な形状を有している。すなわち、センシング電極部11Cは、Y軸方向に沿って形成された幅が異なる長尺状の2つの分岐部51,52を含み、2つの分岐部51,52が連結部53により一体化された構造を有する。+X方向寄りに配置された分岐部52のX軸方向及びY軸方向の幅は、−X方向寄りに配置された分岐部51のX軸方向及びY軸方向の幅より小さい。 For example, FIG. 10 shows a configuration of a sensing electrode unit 11C according to a modification of the present invention. The sensing electrode portion 11 </ b> C shown in the figure has an asymmetric shape with respect to the Y axis along the surface 1 a of the case 1. That is, the sensing electrode portion 11C includes two long branch portions 51 and 52 having different widths formed along the Y-axis direction, and the two branch portions 51 and 52 are integrated by the connecting portion 53. It has a structure. The width in the X-axis direction and the Y-axis direction of the branch part 52 arranged closer to the + X direction is smaller than the width in the X-axis direction and the Y-axis direction of the branch part 51 arranged closer to the −X direction.
このような構造により、スワイプ動作の方向によりタッチセンサ13の検出信号Voutの変化が異なるようになる。例えば、+X方向にスワイプ動作をする場合には、指Fは最初に太い分岐部51に触れることになるため、静電容量は急激に増加する結果、検出信号Voutは急激に低下する。逆に、−X方向にスワイプをする場合には、指Fは最初に細い分岐部52に触れることになるため、静電容量は比較的緩やかに増加する結果、検出信号Voutは比較的緩やかに低下する。つまり、スワイプ動作の方向によって検出信号Voutの低下の急峻さが変化する。このような性質を利用することにより、ジェスチャ認識部22は、Voutの低下の急峻さを観測することでスワイプ動作の方向を認識することが可能となる。 With such a structure, the change in the detection signal Vout of the touch sensor 13 differs depending on the direction of the swipe operation. For example, when the swipe operation is performed in the + X direction, the finger F first touches the thick branch portion 51. Therefore, as a result of the electrostatic capacitance increasing rapidly, the detection signal Vout rapidly decreases. On the contrary, when swiping in the −X direction, the finger F first touches the thin branch portion 52, so that the capacitance increases relatively slowly, and as a result, the detection signal Vout becomes relatively gentle. descend. That is, the steepness of the decrease in the detection signal Vout varies depending on the direction of the swipe operation. By utilizing such a property, the gesture recognition unit 22 can recognize the direction of the swipe operation by observing the steepness of the decrease in Vout.
また、図11には、本発明の別の変形例に係るセンシング電極部11Dの構成を示している。同図に示すセンシング電極部11Dは、ケース1の表面1a上でX軸及びY軸のいずれの軸に対しても非対称な形状を有している。すなわち、センシング電極部11Dは、+X方向に沿って徐々に幅が減少するように変化するとともに、+Y軸方向に沿って幅が徐々に減少するように変化するような直角三角形の形状を有している。このセンシング電極部11DのX軸方向の底辺の幅はY軸方向の底辺の幅より小さくされている。 FIG. 11 shows the configuration of a sensing electrode portion 11D according to another modification of the present invention. The sensing electrode portion 11D shown in the figure has an asymmetric shape with respect to both the X axis and the Y axis on the surface 1a of the case 1. That is, the sensing electrode portion 11D has a right triangle shape that changes so that the width gradually decreases along the + X direction and also changes so that the width gradually decreases along the + Y axis direction. ing. The width of the bottom side in the X-axis direction of the sensing electrode portion 11D is made smaller than the width of the bottom side in the Y-axis direction.
このような構造により、スワイプ動作の4つの方向により、検出信号Voutの変化が異なるようになる。例えば、ジェスチャ認識部22は、X軸方向にスワイプ動作が行われた場合には、+X方向にスワイプ動作が行われたか、−X方向にスワイプ動作が行われたかを、上述したように検出信号Voutの低下の急峻さを判定することにより判別することができる。同様に、ジェスチャ認識部22は、Y軸方向にスワイプ動作が行われた場合には、+Y方向にスワイプ動作が行われたか、−Y方向にスワイプ動作が行われたかを、判別することができる。さらに、ジェスチャ認識部22は、スワイプ動作がX軸方向であるのかY軸方向であるのかも、センシング電極部11DのX軸方向及びY軸方向の幅の差を利用することで判別することができる。つまり、スワイプ動作がX軸方向で行われた場合には、指Fがセンシング電極部11Dに触れている時間が短くなるため、検出信号Voutが低下している時間も短くなる。逆に、スワイプ動作がY軸方向で行われた場合には、指Fがセンシング電極部11Dに触れている時間が長くなるため、検出信号Voutが低下している時間も長くなる。ジェスチャ認識部22は、スワイプ動作の指Fの移動速度がある程度一定であるとみなされる場合には、検出信号Voutの出力低下の期間の長さを判定することにより、スワイプ動作がX軸方向で行われたか、Y軸方向で行われたかを判別する。 With such a structure, the change in the detection signal Vout varies depending on the four directions of the swipe operation. For example, when the swipe operation is performed in the X axis direction, the gesture recognition unit 22 detects whether the swipe operation is performed in the + X direction or the swipe operation in the −X direction as described above. This can be determined by determining the steepness of the decrease in Vout. Similarly, when the swipe operation is performed in the Y-axis direction, the gesture recognition unit 22 can determine whether the swipe operation is performed in the + Y direction or the swipe operation is performed in the −Y direction. . Furthermore, the gesture recognition unit 22 can determine whether the swipe operation is in the X-axis direction or the Y-axis direction by using the difference between the widths of the sensing electrode unit 11D in the X-axis direction and the Y-axis direction. it can. That is, when the swipe operation is performed in the X-axis direction, the time during which the finger F is in contact with the sensing electrode unit 11D is shortened, and thus the time during which the detection signal Vout is decreased is also shortened. On the contrary, when the swipe operation is performed in the Y-axis direction, the time during which the finger F is in contact with the sensing electrode unit 11D becomes longer, and thus the time during which the detection signal Vout is lowered becomes longer. When the movement speed of the finger F in the swipe operation is considered to be constant to some extent, the gesture recognition unit 22 determines the length of the output decrease period of the detection signal Vout so that the swipe operation can be performed in the X-axis direction. It is determined whether it has been performed or performed in the Y-axis direction.
また、図12には、本発明の別の変形例に係るセンシング電極部11Eの構成を示している。同図に示すセンシング電極部11Eも、ケース1の表面1a上でX軸及びY軸のいずれの軸に対しても非対称な形状を有している。すなわち、センシング電極部11Eは、+X方向に沿って2段階でステップ状にY軸方向の幅が減少するように変化するとともに、+Y方向に沿って2段階でX軸方向の幅がステップ状に減少するように変化するようなL字型の形状を有している。詳細には、このセンシング電極部11EのX方向の最大幅はY方向の最大幅より小さくされ、X軸方向においてはセンシング電極部11Eの中央で幅がステップ状に変化し、Y軸方向においてはセンシング電極部11Eの中央より−Y方向寄りの位置で幅がステップ状に変化している。 FIG. 12 shows the configuration of a sensing electrode unit 11E according to another modification of the present invention. The sensing electrode portion 11E shown in the figure also has an asymmetric shape on the surface 1a of the case 1 with respect to both the X axis and the Y axis. In other words, the sensing electrode portion 11E changes so that the width in the Y-axis direction decreases in two steps along the + X direction, and the width in the X-axis direction in two steps along the + Y direction. It has an L-shaped shape that changes so as to decrease. Specifically, the maximum width in the X direction of the sensing electrode portion 11E is made smaller than the maximum width in the Y direction. In the X axis direction, the width changes stepwise at the center of the sensing electrode portion 11E, and in the Y axis direction. The width changes stepwise at a position closer to the −Y direction than the center of the sensing electrode portion 11E.
このような構造により、スワイプ動作の指Fの移動速度が一定であるとみなされない場合でも、スワイプ動作の4つの方向により、検出信号Voutの変化が異なるようになる。例えば、スワイプ動作がX軸方向とY軸方向とで、スワイプ動作期間中における指Fに触れている電極の大きさが変化する時刻が異なってくる。例えば、X軸方向にスワイプ動作が行われた場合には、スワイプ動作の方向に沿ったセンシング電極部11Eの中央で指Fに触れる電極のサイズが変化するため、検出信号Voutにおける出力低下の期間の中央付近の時点で電極サイズの切り替わりに伴うレベル変化が観測される。一方、Y軸方向にスワイプ動作が行われた場合には、スワイプ動作の方向に沿ったセンシング電極部11Eの中央より端に寄った部分で指Fに触れる電極のサイズが変化するため、検出信号Voutにおける出力低下の期間の中央よりも立下り或いは立ち上がりに寄った時点付近で電極サイズの切り替わりに伴うレベル変化が観測される。ジェスチャ認識部22は、スワイプ動作がX軸方向であるのかY軸方向であるのかを、検出信号Voutにおける出力低下の期間中のレベル変化が中央からずれているか否かを判断することで、判別することができる。さらに、ジェスチャ認識部22は、スワイプ動作をX軸方向或いはY軸方向に判別した後に、センシング電極部11Dの場合と同様にして、スワイプ動作が残った2方向のうちのいずれであるかを判別することができる。 With such a structure, even when the movement speed of the finger F during the swipe operation is not considered to be constant, the change in the detection signal Vout varies depending on the four directions of the swipe operation. For example, the time when the size of the electrode touching the finger F during the swipe operation period varies between the X-axis direction and the Y-axis direction. For example, when the swipe operation is performed in the X-axis direction, the size of the electrode touching the finger F at the center of the sensing electrode portion 11E along the swipe operation direction changes, and therefore the output decrease period in the detection signal Vout A level change accompanying the switching of the electrode size is observed near the center of. On the other hand, when the swipe operation is performed in the Y-axis direction, the size of the electrode that touches the finger F changes at the portion closer to the end from the center of the sensing electrode portion 11E along the direction of the swipe operation. A level change accompanying the switching of the electrode size is observed near the time of falling or rising from the center of the output decrease period at Vout. The gesture recognition unit 22 determines whether the swipe operation is in the X-axis direction or the Y-axis direction by determining whether the level change during the output decrease period in the detection signal Vout is deviated from the center. can do. Further, after the gesture recognition unit 22 determines the swipe operation in the X-axis direction or the Y-axis direction, the gesture recognition unit 22 determines which of the two remaining directions the swipe operation remains in the same manner as the sensing electrode unit 11D. can do.
また、図13には、本発明の別の変形例に係るセンシング電極部11Fの構成を示している。同図に示すセンシング電極部11Fは、ケース1の表面1a上でY軸に対して非対称な形状を有している。すなわち、センシング電極部11Fは、X方向に沿ってY軸方向の幅が異なる2つの電極部材54,55が配置され、それらの2つの電極部材54,55は、ケース1の裏面或いは内部に配置された電極線材56により電気的に一体化されている。詳細には、この電極部材54は、円形状をなし、電極部材55は、電極部材54よりもY軸方向の幅が大きい矩形状を成している。 FIG. 13 shows a configuration of a sensing electrode portion 11F according to another modification of the present invention. The sensing electrode portion 11F shown in the figure has an asymmetric shape with respect to the Y axis on the surface 1a of the case 1. That is, in the sensing electrode portion 11F, two electrode members 54 and 55 having different widths in the Y-axis direction are arranged along the X direction, and the two electrode members 54 and 55 are arranged on the back surface or inside of the case 1. The electrode wire 56 is electrically integrated. Specifically, the electrode member 54 has a circular shape, and the electrode member 55 has a rectangular shape having a width in the Y-axis direction larger than that of the electrode member 54.
このような構造により、スワイプ動作の2つの方向により、検出信号Voutの変化が異なるようになる。すなわち、スワイプ動作が+X方向と−X方向とで、スワイプ動作期間中における信号の谷の波形の時間的関係が異なってくる。例えば、+X方向にスワイプ動作が行われた場合には、スワイプ動作において最初に幅の小さな電極部材54に指Fが触れ、その後に幅の大きな電極部材55に指Fが触れる。そのため、検出信号Voutにおいて最初に小さな谷が生じ、その後に大きな谷が生じる。一方、―X方向にスワイプ動作が行われた場合には、スワイプ動作において最初に幅の大きな電極部材55に指Fが触れ、その後に幅の小さな電極部材54に指Fが触れる。そのため、検出信号Voutにおいて最初に大きな谷が生じ、その後に小さな谷が生じる。ジェスチャ認識部22は、スワイプ動作が+X方向であるのか−Y方向であるのかを、検出信号Voutにおける小さな谷と大きな谷との時間的な関係を判断することで、判別することができる。なお、センシング電極部11Fは、電極部材54のような比較的幅の小さい電極部材を複数設けて、それぞれをケース1の裏面或いは内部で電気的に一体化するように構成されてもよい。また、センシング電極部11Fは、複数設けた電極部材の大きさを互いに異なるものとしてもよい。この場合、検出可能なスワイプの方向を増加させることができる。 With such a structure, the change in the detection signal Vout differs depending on the two directions of the swipe operation. That is, the temporal relationship of the waveform of the signal trough during the swipe operation period differs between the + X direction and the −X direction. For example, when the swipe operation is performed in the + X direction, the finger F first touches the electrode member 54 having a small width, and then the finger F touches the electrode member 55 having a large width. Therefore, a small valley first occurs in the detection signal Vout, and then a large valley occurs. On the other hand, when the swipe operation is performed in the −X direction, the finger F first touches the electrode member 55 having a large width, and then the finger F touches the electrode member 54 having a small width. For this reason, a large valley first occurs in the detection signal Vout, and then a small valley occurs. The gesture recognition unit 22 can determine whether the swipe operation is in the + X direction or the −Y direction by determining the temporal relationship between the small valley and the large valley in the detection signal Vout. Note that the sensing electrode portion 11F may be configured such that a plurality of electrode members having a relatively small width such as the electrode member 54 are provided, and each of them is electrically integrated on the back surface or inside of the case 1. Moreover, the sensing electrode part 11F is good also as what mutually differs in the magnitude | size of the electrode member provided. In this case, the detectable swipe direction can be increased.
また、検出回路部14の構成も様々変更することができる。静電容量方式のタッチセンサでは、混入するノイズがセンサの検出性能に影響を与える。このノイズには、駆動パルス由来のノイズや商用電源由来のノイズなどが存在する。センシング電極部を駆動する矩形波電圧信号PA由来の高周波ノイズは、ジェスチャを認識するために必要な周波数レンジとは異なるため、大きな問題とはならない。一方、商用電源由来のノイズ(50Hzや60Hzの交流ノイズ)は、ジェスチャを認識するための周波数レンジと重なるため問題となる。図5に示した検出信号の波形では、出力が低下していない領域で商用電源由来のノイズ(50Hz)が観測されると同時に、センシング電極部を駆動する矩形波電圧信号PA由来の高周波のノイズも常時観測されている。図14は、このような商用電源由来のノイズへの対策が施された本発明の変形例に係る検出回路部14の構成を示す回路図である。 In addition, the configuration of the detection circuit unit 14 can be variously changed. In a capacitive touch sensor, mixed noise affects the detection performance of the sensor. This noise includes noise derived from drive pulses, noise derived from commercial power supply, and the like. The high-frequency noise derived from the rectangular wave voltage signal PA that drives the sensing electrode unit is not a big problem because it is different from the frequency range necessary for recognizing the gesture. On the other hand, noise derived from commercial power (50 Hz or 60 Hz AC noise) is problematic because it overlaps the frequency range for recognizing gestures. In the waveform of the detection signal shown in FIG. 5, noise (50 Hz) derived from commercial power is observed in a region where the output does not decrease, and at the same time, high-frequency noise derived from the rectangular wave voltage signal PA that drives the sensing electrode unit. Is always observed. FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a detection circuit unit 14 according to a modified example of the present invention in which measures against such noise derived from a commercial power source are taken.
同図に示す検出回路部14では、図3に示した構成に比較して、アース電極部12が削減され、可変抵抗素子32a、コンパレータ33a、及びANDゲート39aからなる充電時間を検出する回路部に加えて、可変抵抗素子32b、コンパレータ33b、及びANDゲート39bからなる放電時間を検出する回路部、及びORゲート41が設けられ、2つの回路部の出力がORゲート41で結合されてローパスフィルタ36に出力される構成を有する。詳細には、可変抵抗素子32bの一端にはバイアス電圧VCCが印加され、その他端は可変抵抗素子32aの他端と接続され、ANDゲート39a及びANDゲート39bの出力がORゲート41の2つの入力に接続されている。また、ANDゲート39bの第1の入力には、入力端子40bを介して矩形波電圧信号PAと同一周波数の矩形波電圧信号PCが印加され、ANDゲート39bの第2の入力にはコンパレータ33bの比較結果である電位VCbが入力される。 In the detection circuit unit 14 shown in the figure, the ground electrode unit 12 is reduced as compared with the configuration shown in FIG. 3, and the circuit unit for detecting the charging time including the variable resistance element 32a, the comparator 33a, and the AND gate 39a. In addition, a circuit unit for detecting a discharge time including a variable resistance element 32b, a comparator 33b, and an AND gate 39b, and an OR gate 41 are provided, and outputs of the two circuit units are combined by the OR gate 41 to be a low-pass filter. 36. Specifically, the bias voltage VCC is applied to one end of the variable resistance element 32b, the other end is connected to the other end of the variable resistance element 32a, and the outputs of the AND gate 39a and the AND gate 39b are two inputs of the OR gate 41. It is connected to the. Further, a rectangular wave voltage signal PC having the same frequency as the rectangular wave voltage signal PA is applied to the first input of the AND gate 39b via the input terminal 40b, and the second input of the AND gate 39b is applied to the comparator 33b. A potential VCb as a comparison result is input.
このような構成の検出回路部14によれば、ANDゲート39aからはセンシング電極部11での静電容量の充電時間に対応したオン期間を有する出力が得られ、ANDゲート39bからはセンシング電極部11での静電容量の放電時間に対応したオン期間を有する出力が得られる。さらに、ORゲート41からはそれらのオン期間を合せた出力が得られ、検出信号Voutとして静電容量を充電時間及び放電時間の2つによって検出した信号が得られる。 According to the detection circuit unit 14 configured as described above, an output having an ON period corresponding to the charging time of the capacitance in the sensing electrode unit 11 is obtained from the AND gate 39a, and the sensing electrode unit is obtained from the AND gate 39b. An output having an ON period corresponding to the electrostatic discharge time at 11 is obtained. Further, the OR gate 41 obtains an output in which those ON periods are combined, and as the detection signal Vout, a signal in which the capacitance is detected by two of the charging time and the discharging time is obtained.
図15は、図14の検出回路部14で処理される信号の波形の一例を示すタイミングチャートであり、(a)は矩形波電圧信号PAの波形、(b)はセンシング電極部11の電位VSの波形、(c)はコンパレータ33aの出力である電位VCaの波形、(d)はコンパレータ33bの出力である電位VCbの波形、(e)は矩形波電圧信号PBの波形、(f)は矩形波電圧信号PCの波形、(g)はANDゲート39aの出力信号Vandaの波形、(h)はANDゲート39bの出力信号Vandbの波形、(i)は検出信号Voutの波形をそれぞれ示す。このように、センシング電極部11の電位VSと閾値電位TH1とが比較されて生成された電位VCaのオン期間は、静電容量の充電時間に対応し、センシング電極部11の電位VSと閾値電位TH2とが比較されて生成された電位VCbのオン期間は、静電容量の放電時間に対応している。従って、これら電位VCa,VCbが合わされて平滑化された検出信号Voutの出力レベルは、この充電時間及び放電時間に対応して変化する。また、矩形波電圧信号PB,PCと電位VCa,VCbとがそれぞれANDゲート39a,39bによって処理された後に平滑化されることにより、検出信号Voutの直流レベルを低くすることができる。充電時間のみを利用した場合に混入する商用電源由来のノイズは、放電時間のみを利用した場合に混入する商用電源由来のノイズと逆相になっている。検出回路部14では、両者を足し合わせることにより、商用電源由来のノイズをキャンセルすることができる。これにより、アース電極を設ける必要が無く、精度良いジェスチャ認識を実現することができるようになる。 15 is a timing chart showing an example of a waveform of a signal processed by the detection circuit unit 14 of FIG. 14, (a) is a waveform of the rectangular wave voltage signal PA, and (b) is a potential VS of the sensing electrode unit 11. (C) is the waveform of the potential VCa that is the output of the comparator 33a, (d) is the waveform of the potential VCb that is the output of the comparator 33b, (e) is the waveform of the rectangular wave voltage signal PB, and (f) is the rectangle. The waveform of the wave voltage signal PC, (g) shows the waveform of the output signal Vanda of the AND gate 39a, (h) shows the waveform of the output signal Vandb of the AND gate 39b, and (i) shows the waveform of the detection signal Vout. Thus, the on period of the potential VCa generated by comparing the potential VS of the sensing electrode unit 11 and the threshold potential TH1 corresponds to the charging time of the capacitance, and the potential VS of the sensing electrode unit 11 and the threshold potential. The ON period of the potential VCb generated by comparing with TH2 corresponds to the discharge time of the capacitance. Therefore, the output level of the detection signal Vout smoothed by combining the potentials VCa and VCb changes corresponding to the charging time and discharging time. Further, the rectangular wave voltage signals PB and PC and the potentials VCa and VCb are smoothed after being processed by the AND gates 39a and 39b, respectively, so that the DC level of the detection signal Vout can be lowered. The noise derived from the commercial power source mixed when only the charging time is used is in reverse phase to the noise derived from the commercial power source mixed when only the discharging time is used. In the detection circuit unit 14, noise derived from the commercial power supply can be canceled by adding both together. Thereby, there is no need to provide a ground electrode, and accurate gesture recognition can be realized.
上述した実施形態の検出回路部14は、ケース1の内部に設けられているが、ケース1の外部に設けられていてもよく、ICチップ20と一体化されたものであってもよい。また、ICチップ20もケース1の外部に設けられていてもよい。 The detection circuit unit 14 of the embodiment described above is provided inside the case 1, but may be provided outside the case 1, or may be integrated with the IC chip 20. The IC chip 20 may also be provided outside the case 1.
また、入力装置100で認識するジェスチャは指Fによるものには限定されず、タッチペン等の他の種類の操作子によるものであってもよい。 In addition, the gesture recognized by the input device 100 is not limited to that using the finger F, and may be that using another type of operator such as a touch pen.
本発明の実施形態の入力装置の応用の1つに、腕時計型デバイスや眼鏡型デバイスなどの小型のデバイスへの適用がある。このようなデバイスにおいて、例えば眼鏡のツルの部分に本実施形態の入力装置を埋め込めば、様々な種類のジェスチャ入力を実現することができる。 One application of the input apparatus according to the embodiment of the present invention is application to a small device such as a wristwatch type device or a spectacle type device. In such a device, for example, if the input device according to the present embodiment is embedded in the vine portion of the glasses, various types of gesture input can be realized.
11,11B,11C,11D,11E…センシング電極部、12…アース電極部、13,13B…タッチセンサ、14…検出回路部、20…ICチップ、22…ジェスチャ認識部(ジェスチャ認識手段)、23…通知部(通知手段)、100,100A,100B…入力装置、F…指。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 11B, 11C, 11D, 11E ... Sensing electrode part, 12 ... Ground electrode part, 13, 13B ... Touch sensor, 14 ... Detection circuit part, 20 ... IC chip, 22 ... Gesture recognition part (gesture recognition means), 23 ... notification part (notification means), 100, 100A, 100B ... input device, F ... finger.
Claims (7)
前記ユーザの指の接触を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサの生成した信号を基にジェスチャを認識するジェスチャ認識手段と、
前記ジェスチャ認識手段が認識したジェスチャに対応する操作信号を他のデバイスに通知する通知手段とを備え、
前記タッチセンサは、前記接触の検出用であって一方向に伸びる長尺状の形状を有するセンシング電極部を1つのみ有するとともに、前記一方向に交差する方向に伸びる長尺状の接地電極部を有し、前記センシング電極部の電位と閾値電位との比較信号である検出信号を検出することにより、前記センシング電極部における前記接触に応じた静電容量の変化を検出し、
前記ジェスチャ認識手段は、前記検出信号がそれぞれの動作に対応した時間波形であるかを判別することによって、前記ジェスチャの動作における前記指のタッチ、前記指のスワイプ、及び前記スワイプの指の本数を認識する、入力装置。 An input device that recognizes a user's gesture,
A touch sensor for detecting contact of the user's finger;
Gesture recognition means for recognizing a gesture based on a signal generated by the touch sensor;
Notification means for notifying other devices of an operation signal corresponding to the gesture recognized by the gesture recognition means;
The touch sensor, the sensing electrode portions while only one chromatic having an elongated shape extending in one direction to a detection of the contact, the elongated ground electrode extending in a direction intersecting the one direction It has a section, by detecting a detection signal which is a comparison signal between the potential and the threshold potential of the sensing electrode unit detects a change in capacitance corresponding to the contact at the sensing electrode part,
The gesture recognition means determines the touch of the finger, the swipe of the finger, and the number of fingers of the swipe in the gesture operation by determining whether the detection signal is a time waveform corresponding to each operation. Recognize input device.
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