JP6399192B2 - 保持状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、人が検出対象の物体を保持していることを検出する保持状態検出装置に関する。

現在、各種の電子筆記具（デジタルペン）が実用化されている。例えば、特許文献１に記載の電子筆記具は、筐体内に配置されたタクトスイッチと、筐体の外部に突出する操作ボタンを備える。操作者が操作ボタンを押し込むと、操作ボタンの底面がタクトスイッチを押し込む。タクトスイッチは、この押し込みによってオン状態となる。これによって、操作者が電子筆記具を操作したことを検出する。

特開２００９−２１１５５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電子筆記具では、機械的スイッチ（メカニカルスイッチ）を利用しているため、破損、経時劣化による接触不良の故障が生じてしまう。また、操作ボタンを確実に押し込んでタクトスイッチに接触させなければ、保持状態を検出できない。

したがって、本発明の目的は、操作者に意識させることなく保持状態を検出できる信頼性の高い保持状態検出装置を提供することにある。

この発明の保持状態検出装置は、操作者が保持可能な形状からなる筐体と、筐体に装着された圧電センサと、圧電センサの出力電圧の変動量を用いて筐体の保持状態を検出する検出部と、を備えることを特徴としている。

この構成では、操作者が筐体を保持した時に筐体に加わる力の変動が、圧電センサの出力電圧の変動として直接的且つ瞬時的に現れる。したがって、この出力電圧の変動を検出することによって、筐体の保持状態を直接的且つ瞬時的に検出することができる。また、圧電フィルムによる検出のため、機構的な動作部を必要としない。

また、この発明の保持状態検出装置では、圧電センサは、平膜の圧電フィルムと、圧電フィルムの発生する電荷を取り出す導体膜と、を備えることが好ましい。

この構成では、圧電センサを薄型にでき、筐体に容易に装着することができる。

また、この発明の保持状態検出装置では、圧電フィルムは、ポリ乳酸を主成分として含んでおり、一軸方向に延伸されていることが好ましい。

この構成では、焦電性の影響を受けず、保持状態を正確に検出することができる。

また、この発明の保持状態検出装置では、筐体は筒状または箱状であり、圧電センサは、筐体の内壁面に装着されていることが好ましい。

この構成では、圧電センサを操作者が直接に触れることが無く、且つ、保持状態を正確に検出することができる。

また、この発明の保持状態検出装置では、検出部は、変動量が予め設定した閾値よりも大きいことを検出すると、筐体が保持されていると識別することが好ましい。

この構成では、筐体が保持されていることを正確に検出することができる。

また、この発明の保持状態検出装置では、検出部は、変動量が閾値よりも大きくなった後に、変動量が閾値以下になったことを検出すると、筐体の保持が解除されたと識別することが好ましい。

この構成では、筐体の保持が解除されたことを正確に検出することができる。

また、この発明の保持状態検出装置では、検出部は、出力電圧が予め設定した動作制御用閾値よりも大きいことを検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行ってもよい。

この構成では、保持状態の検出とともに、保持状態検出装置に対する保持状態検出とは別の操作入力を受け付けることができる。

また、この発明の保持状態検出装置では、検出部は、出力電圧が予め設定した第１動作制御用閾値よりも大きいことを検出し、その後の出力電圧が予め設定した第２動作制御用閾値よりも小さいことを検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行うようにしてもよい。

この構成では、保持状態の検出とともに、保持状態検出装置に対する保持状態検出とは別の操作入力を受け付けることができる。

また、この発明の保持状態検出装置は、次の構成であってもよい。検出部は、出力電圧が極大になった時間を検出し、その後の出力電圧が極小になった時間を検出し、これらの時間間隔を算出する。検出部は、時間間隔が動作制御用の時間閾値よりも長いことを検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行う。

この構成では、保持状態の検出とともに、保持状態検出装置に対する保持状態検出とは別の操作入力を受け付けることができる。

この発明によれば、操作者に意識させることなく保持状態を検出できる信頼性の高い保持状態検出装置を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図および断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の圧電センサの出力電圧を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置における保持の検出フローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置における保持状態の検出フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る保持状態検出装置に用いる圧電フィルム装着治具に圧電フィルムを装着した状態を示す側面図である。 本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置における圧電センサと検出部の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置における圧電センサと検出部の構成を示す分解状態での側面断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置の部品配置状態を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る保持状態検出装置の検出概念を説明するための電圧波形図である。 本実施形態に係る保持状態検出装置の検出部における第１の操作入力検出フローを示すフローチャートである。 本実施形態に係る保持状態検出装置の検出部における第２の操作入力検出フローを示すフローチャートである。 本実施形態に係る保持状態検出装置の検出部における第３の操作入力検出フローを示すフローチャートである。 本発明の第８の実施形態に係る保持状態検出装置の機能ブロック図である。 本発明の第９の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。 本発明の第１０の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。 本発明の第１１の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。 本発明の第１２の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。 本発明の第１３の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。

本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の断面図である。図１（Ｂ）は、保持状態検出装置における圧電センサが装着された領域の断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の機能ブロック図である。本実施形態では、電子筆記具の形状からなる保持状態検出装置を例に説明する。

図１に示すように、保持状態検出装置１０は、圧電センサ２０および筐体１０１を備える。また、図２に示すように、保持状態検出装置１０は、圧電センサ２０と検出部３０とを備える。圧電センサ２０と検出部３０は接続されている。検出部３０は、圧電センサ２０の出力電圧を検出し、筐体１０１が操作者によって保持されているか否かを検出する。なお、検出部３０は、図１に図示していないが、筐体１０１の内部に装着されていてもよく、筐体１０１の外部に配置していてもよい。筐体１０１の外部に配置する態様では、圧電センサ２０と検出部３０を有線または無線で接続すればよい。

筐体１０１は、円筒状であり、中空を有する。筐体１０１は、絶縁性材料からなる。筐体１０１の長尺方向（円周方向に直交する方向）の一方端には先細り形状の端部１０２を備える。

この保持状態検出装置１０を電子筆記具として利用する場合、操作者は、保持状態検出装置１０に対して次のような取り扱いをする。操作者は、筐体１０１の円筒部分を保持して、先細り形状の端部１０２を他の電子機器（例えば電子黒板等）に接触させる。操作者が保持状態検出装置１０を移動させると、先細り形状の端部１０２の先端部も移動する。他の電子機器は、この動きをセンシングすることによって、操作者の操作入力を受け付ける。

圧電センサ２０は可撓性を有する平膜であり、図１（Ｂ）に示すように、筐体１０１の内面壁に配置されている。この際、圧電センサ２０は、内壁面において、円周方向に沿うように配置されている。

圧電センサ２０は、平膜の圧電フィルムと検出用導体とを備える。検出用導体は、圧電フィルムの対向する二面の平膜面に形成されている。検出用導体は、検出部３０に接続されている。

圧電フィルムは、伸縮によって対向する平膜面に電荷を発生する圧電材料である。例えば、圧電フィルムは、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、より具体的にはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）である。ポリ乳酸の一軸延伸方向は、圧電フィルムの長手方向に対して略４５°を成す方向である。なお、この成す角は４５°であることが最も好ましいが、±１０°程度の範囲内であればよい。なお、ここで、圧電フィルムの長手方向は、図１の例では、筐体１０１の内面壁に沿った円周方向である。

ここで、圧電性シート２１を形成するＰＬＬＡの特性について説明する。

ＰＬＬＡはキラル高分子からなる。ＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸された方向に分子が配向し、当該分子の配向によって圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電フィルムが伸長することによって、電荷を発生する。発生する電荷量は、圧電フィルムの伸長量によって決まる。一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。例えば、ＰＬＬＡの圧電歪み定数ｄ_１４は、延伸条件、熱処理条件、添加物の配合等の条件を整えることにより１０〜２０ｐＣ／Ｎという高い値が得られる。

そして、圧電フィルムが伸長する方向と、一軸延伸方向が４５°の角度をなす態様において、効果的に電荷を発生することができる。

なお、圧電フィルムの延伸倍率は３〜８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。尚、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えばある方向をＸ軸としてその方向に８倍、その軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合とほぼ同等の効果が得られる。単純に一軸延伸した圧電フィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことができる。

また、ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じるので、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないＰＬＬＡの圧電性は、ＰＶＤＦやＰＺＴ等の強誘電体のようにイオンの分極によって発現するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。このため、ＰＬＬＡには、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じない。さらに、ＰＶＤＦ等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に極めて安定している。したがって、出力電荷量が使用時間の長さや周囲環境に影響されない。

このように圧電フィルムに、一軸延伸したＰＬＬＡを用いることによって、操作者が筐体１０１を持った際に生じる温度変化の影響を受けず、信頼性の高い圧電センサ２０を実現できる。また、操作者が筐体１０１を保持したことによる筐体１０１の少しの変位であっても電荷を発生するので、操作者による筐体１０１の保持、すなわち筐体１０１の保持状態を高感度に検出することができる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置の圧電センサの出力電圧を示すグラフである。図３に示すように、筐体１０１を保持していない期間では、電圧の変動は殆ど無く、変動量は極小さい。一方、筐体１０１を保持している期間では、電圧の変動が激しく、変動量は大きい。

したがって、検出部３０は、次に示すフローを実行することによって、筐体１０１が保持されたことを検出することができる。図４は、本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置における保持の検出フローを示すフローチャートである。

検出部３０は、圧電センサ２０の出力電圧を観測する（Ｓ１０１）。検出部３０は、予め設定した計測単位時間当たりの出力電圧の変動量を算出する（Ｓ１０２）。変動量は、例えば、計測単位時間内での最大電圧と最小電圧との差である。

検出部３０は、変動量と閾値電圧（保持検出用閾値）Ｖｗとを比較する。検出部３０は、変動量が閾値電圧Ｖｗよりも大きいことを検出すると（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、筐体１０１が保持されていること（持ち上げられていること）を識別する（Ｓ１０４）。検出部３０は、変動量が閾値電圧Ｖｗ以下であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、筐体１０１が保持されていないと識別する。そして、検出部３０は、継続して出力電圧を計測し、単位時間毎に変動量を算出して、閾値と比較する。

これにより、保持状態検出装置１０は、筐体１０１が保持されていることを検出することができる。

また、検出部３０は、次に示すフローを実行することによって、筐体１０１の保持状態を検出することができる。図５は、本発明の第１の実施形態に係る保持状態検出装置における保持状態の検出フローを示すフローチャートである。なお、図５における保持の検出のステップＳ１０４までは同じであり、説明は省略する。

検出部３０は、変動量と閾値Ｖｗとの比較を継続し、変動量が閾値Ｖｗ以下にならない期間（Ｓ１０５：ＮＯ）では、筐体１０１が保持されていると識別し続ける。

検出部３０は、変動量が閾値Ｖｗ以下であることを検出すると（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、計時を開始する。検出部３０は、変動量が閾値Ｖｗ以下であることを検出したタイミングを基準として変動量が閾値Ｖｗ以下である状態が継続する時間を経過時間として計測する。検出部３０は、経過時間が閾値時間よりも短い期間（Ｓ１０６：ＮＯ）では、筐体１０１が保持されていると識別し続ける。

検出部３０は、経過時間が閾値時間に達すると、筐体１０１の保持（持ち上げ）が解除されたと識別する（Ｓ１０７）。

これにより、検出部３０は、筐体１０１の保持状態（保持されているか否か）を検出することができる。

なお、検出部３０は、保持していない期間（初期状態）における平均電圧を基準電圧として、計測単位時間内における最大電圧もしくは最小電圧と基準電圧との差を、変動量に設定してもよい。この場合、基準電圧からの電位差で規定される図３閾値Ｖａを用いればよい。

このような構成とすることで、操作者によって筐体１０１が保持されたことを正確且つ確実に検出することができる。また、圧電センサ２０の変位に対する感度が高いため、筐体１０１が保持されたことを瞬時的に検出することができる。また、機械的なスイッチを用いないため、破損や経年劣化による接触不良が発生せず、信頼性が高い。

また、このような構成および処理を用いることによって、保持されているか保持されていないかを正確且つ確実に検出することができる。また、保持状態の変化を、タイムラグを生じることなく検出することができる。

また、このような構成を用いることで、操作者がスイッチ等の操作を行わなくても、単に筐体１０１を保持しただけで、筐体１０１を保持していることを検出することができる。すなわち、操作者に意識させることなく保持状態を検出することができる。

なお、本実施形態では、筐体１０１における先細り形状の端部１０２との接続部付近に圧電センサ２０を装着する態様を示した。しかしながら、筐体１０１の他の位置に圧電センサ２０を装着してもよい。ただし、本実施形態に示すように、操作者が最も把持しやすい位置に圧電センサ２０を装着することによって、より正確且つ確実に保持状態を検出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置１０Ａは、第１の実施形態に係る保持状態検出装置１０に対して、圧電センサ２０Ａの形状および筐体１０１に対する装着態様が異なるものである。他の構成は、第１の実施形態に係る保持状態検出装置１０と同じである。

圧電センサ２０Ａは、筐体１０１の円周方向の全周に亘るだけでなく、筐体１０１の長手方向にも広がる形状である。このような構成とすることで、筐体１０１の把持位置に影響されることなく、保持状態を正確且つ確実に検出することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る保持状態検出装置１０に対して、圧電センサ２０Ｂの形状および筐体１０１に対する装着態様が異なるものである。他の構成は、第１の実施形態に係る保持状態検出装置１０と同じである。

圧電センサ２０Ｂは、筐体１０１の長手方向と圧電センサ２０Ｂの長手方向とが平行になるように、筐体１０１に装着されている。このような構成であっても、第１、第２の実施形態と同様に、保持状態を正確且つ確実に検出することができる。さらに、本実施形態の構成を用いることによって、把持位置に影響されることなく保持状態を検出し、且つ、圧電フィルムの面積を小さくすることができる。これにより、安価で且つ圧電センサ２０Ｂを筐体１０１に貼り付けやすい。

次に、本発明の第４の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第４の実施形態に係る保持状態検出装置の斜視図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置１０Ｃは、第１の実施形態に係る保持状態検出装置１０に対して、圧電センサ２０Ｃの形状および筐体１０１に対する装着態様が異なるものである。他の構成は、第１の実施形態に係る保持状態検出装置１０と同じである。

圧電センサ２０Ｃは長尺状である。圧電センサ２０Ｃは、筐体１０１の円周面に沿って螺旋状に装着されている。この場合、圧電フィルムの一軸延伸方向は、圧電センサ２０Ｃの長尺方向または長尺方向に直交する短尺に平行であるとよい。

このような構成であっても、第２の実施形態と同様に、把持位置に影響されることなく、保持状態を正確且つ確実に検出することができる。さらに、本実施形態の構成では、圧電フィルムの面積を小さくすることができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図９は、本発明の第５の実施形態に係る保持状態検出装置に用いる圧電フィルム装着治具に圧電フィルムを装着した状態を示す側面図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置の基本構造は、第１の実施形態に係る保持状態検出装置と同じであり、圧電センサ２０の取り付け構造が異なる。

圧電センサ２０は、高い弾性を有する装着治具４０の表面に貼り付けられている。装着治具４０は、筐体１０１の内壁面の形状に応じて湾曲した形状である。圧電センサ２０は、装着治具４０の外周面に貼り付けられている。

圧電センサ２０を筐体１０１の内部に装着する際には、装着治具４０を定常状態よりも湾曲させた状態で、筐体１０１内に挿嵌する。挿嵌された装着治具４０は定常状態に戻ろうとして、筐体１０１の内壁面に向かう方向へ圧電センサ２０押しつける。これにより、圧電センサ２０を筐体１０１の内壁面に当接させた状態で保持することができる。

このような構成を用いることで、圧電センサ２０を筐体１０１の内壁面に接着剤等を用いて直接貼り付けるよりも、圧電センサ２０を筐体１０１の内壁面に容易に装着することができる。

次に、本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置における圧電センサと検出部の構成を示す分解斜視図である。図１１は、本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置における圧電センサと検出部の構成を示す分解状態での側面断面図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置１０Ｄは、圧電センサ２０Ｄおよび検出部３０Ｄを備える。圧電センサ２０Ｄの機能は、第１の実施形態に係る圧電センサ２０の機能と同じである。検出部３０Ｄの機能は、第１の実施形態に係る検出部３０と同じである。

圧電センサ２０Ｄは、ベースフィルム２０１、検出用導体２０２、圧電性シート２０３、第１グランド導体２０４、第２グランド導体２０５、および保護膜２０６，２０７を備える。

ベースフィルム２０１は、絶縁性を有し、例えばＰＥＴからなる。ベースフィルム２０１は、平面視して略矩形で長尺状である。ベースフィルム２０１の表面には、検出用導体２０２が形成されている。検出用導体２０２は、ベースフィルム２０１の長手方向における一方端側の所定範囲に形成されている。ベースフィルム２０１の表面には、端子導体２０８１，２０８２、グランド用導体２０９、配線導体２１０１，２１０２が形成されている。端子導体２０８１，２０８２は、ベースフィルム２０１の長手方向における他方端付近に形成されている。グランド用導体２０９は、ベースフィルム２０１の長手方向において端子導体２０８２と検出用導体２０２との間に配置されている。配線導体２１０１は、端子導体２０８１と検出用導体２０２とを接続している。配線導体２１０２は、端子導体２０８２とグランド用導体２０９とを接続している。ベースフィルム２０１における検出用導体２０２の形成領域と、端子導体２０８１，２０８２およびグランド用導体２０９の形成領域と間には、切り欠き２１１が形成されている。

圧電性シート２０３は、検出用導体２０２の表面に配置されている。圧電性シート２０３の平面形状は、検出用導体２０２の平面形状と略同じである。

第１グランド導体２０４は、ベースフィルム２０１の表面側に配置されている。これにより、圧電性シート２０３は、検出用導体２０２と第１グランド導体２０４の長手方向の一方端側の領域とに挟みこまれる。第１グランド導体２０４の長手方向の他方端側の領域は、グランド用導体２０９に当接している。なお、第１グランド導体２０４と配線導体２１０１が重なり合う部分には、絶縁性フィルムが配置されている。図１１に示すように、第１グランド導体２０４は、導体膜２０４１と、導体膜２０４１の両面に配置された導電性粘着材２０４２とからなる。

保護膜２０６は、第１グランド導体２０４の表面側に配置されている。保護膜２０６は、絶縁性フィルムであり、例えばＰＥＴからなる。保護膜２０６は、ベースフィルム２０１と略同じ形状である。

第２グランド導体２０５は、ベースフィルム２０２の表面に配置されている。図１１に示すように、第２グランド導体２０５は、導体膜２０５１と、導体膜２０５１の両面に配置された導電性粘着材２０５２とからなる。第２グランド導体２０５は、切り欠き２１１の領域において、第１グランド導体２０４と導通されている。

保護膜２０７は、第２グランド導体２０５の裏面側に配置されている。保護膜２０７は、絶縁性フィルムであり、例えばＰＥＴからなる。保護膜２０７は、ベースフィルム２０１よりも長さが短い。保護膜２０７は、第２グランド導体２０５の長手方向における他方端側の領域に重なっており、他方端側の領域には重なっていない。

検出部３０Ｄは、ベース基板３０１と電子部品３０２とを備える。ベース基板３０１には回路パターンが形成されている。電子部品３０２は、ベース基板３０１に実装されている。ベース基板３０１の回路パターンにおける外部接続用端子は、異方性導電膜３１０を介して、端子導体２０８１，２０８２に接続されている。

このような構成からなる圧電センサ２０Ｄと検出部３０Ｄとの複合モジュールは、図１２に示すように、筐体１０１に実装される。図１２は、本発明の第６の実施形態に係る保持状態検出装置の部品配置状態を示す断面図である。

筐体１０１は、円筒形であり、筐体１０１内には、電子部品ＡＳＳＹｂｉが実装されている。圧電センサ２０Ｄは、筐体１０１の内壁面に沿って配置されている。圧電センサ２０Ｄの長手方向における検出部３０Ｄが接続する端部を除く略全面は、筐体１０１の内壁面に当接している。この際、図１０、図１１に示すように、第２グランド導体２０５の一部が保護膜２０７に覆われることなく露出しているので、この露出部における導電性粘着材２０５２によって、圧電センサ２０Ｄは、筐体１０１の内壁面に粘着している。これにより、圧電センサ２０Ｄは、筐体１０１に固定されている。

圧電センサ２０Ｄの長手方向における検出部３０Ｄ側の端部は、筐体１０１の内側に湾曲している。これにより、検出部３０Ｄは、筐体１０１の内部空間の略中央に配置されている。検出部３０Ｄは、電子部品ＡＳＳＹｂｉに固定されている。

このような構成とすることによって、圧電センサ２０Ｄと検出部３０Ｄを一体化でき、筐体１０１内に配置することができる。

次に、本発明の第７の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第７の実施形態に係る保持状態検出装置の検出概念を説明するための電圧波形図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置の構造は、上述の各実施形態に示したいずれかの構造を用いている。本実施形態に係る保持状態検出装置は、圧電センサの出力電圧によって実行する動作が異なる。

図１３は、筐体を保持した後に筐体を長押しした状態の出力電圧波形を示している。なお、長押しとは、筐体に対して外部から所定時間に亘って連続的に押圧力をかける状態をいう。

上述のように、筐体が保持されている期間では、保持していない期間よりも電圧の変動量が大きくなる。そして、筐体に押圧力を加えると、単に保持している状態よりも、電圧が大きく変動する。また、筐体を長押しした場合、押し始めで電圧値が基準電圧よりも高くなり、押し終わりで電圧値が基準電圧よりも低くなる。

検出部は、動作検出用の高電圧側閾値ＴＨＨと、低電圧側閾値ＴＨＬを予め記憶している。高電圧側閾値ＴＨＨは、単なる保持状態での電圧値よりも高く設定されている。高電圧側閾値ＴＨＨは、意図的に押圧が加えられたときに出力電圧が高電圧側閾値ＴＨＨを上回るように設定されている。低電圧側閾値ＴＨＬは、単なる保持状態での電圧値よりも低く設定されている。高電圧側閾値ＴＨＨは、本発明の動作制御用閾値および第１動作制御用閾値である。低電圧側閾値ＴＨＬは、意図的に長押しが行われて押圧が解放されたときに出力電圧が低電圧側閾値ＴＨＬを下回るように設定されている。低電圧側閾値ＴＨＬは、本発明の第２動作制御用閾値である。

図１４は、本実施形態に係る保持状態検出装置の検出部における第１の操作入力検出フローを示すフローチャートである。

検出部は、上述の実施形態の方法を用いて、保持状態を検出する（Ｓ２０１）。検出部は、出力電圧を経時的に計測する（Ｓ２０２）。検出部は、出力電圧と高電圧側閾値ＴＨＨを逐次比較し、出力電圧が高電圧側閾値ＴＨＨよりも大きくなったことを検出すると（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、動作開始制御（Ｓ２０４）を行う。動作開始制御とは、予め設定した動作を開始する制御であり、例えば、電子筆記具の場合、描ける線の太さを変更する、描ける線の色を変更する等の動作を開始する制御である。また、複数の動作モードが予め設定されている場合には、動作開始制御によってモードの切り替えを行うこともできる。

なお、検出部は、出力電圧が高電圧側閾値ＴＨＨ以下であれば（Ｓ２０３：ＮＯ）、出力電圧の計測、および、出力電圧と高電圧側閾値ＴＨＨとの比較を継続する。

このような処理を行うことによって、単なる保持検出だけでなく、意図的な押圧による保持状態における別の動作の操作入力を検出して、この動作制御を実行することができる。この際、別の動作を実行させるためのスイッチや操作子を別途必要としない。

図１５は、本実施形態に係る保持状態検出装置の検出部における第２の操作入力検出フローを示すフローチャートである。

検出部は、上述の実施形態の方法を用いて、保持状態を検出する（Ｓ２１１）。検出部は、出力電圧を経時的に計測する（Ｓ２１２）。検出部は、出力電圧と高電圧側閾値ＴＨＨを逐次比較し、出力電圧が高電圧側閾値ＴＨＨよりも大きくなったことを検出すると（Ｓ２１３：ＹＥＳ）、これを記憶する。次に、検出部は、出力電圧と低電圧側閾値ＴＨＬを逐次比較し、出力電圧が低電圧側閾値ＴＨＬよりも小さくなったことを検出すると（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、動作開始制御（Ｓ２１５）を行う。

なお、検出部は、出力電圧が高電圧側閾値ＴＨＨ以下の場合（Ｓ２１３：ＮＯ）、および、出力電圧が低電圧側閾値ＴＨＬ以上の場合（Ｓ２１４：ＮＯ）、出力電圧の計測、および、出力電圧と高電圧側閾値ＴＨＨおよび低電圧側閾値ＴＨＬとの比較を継続する。

このような処理を行うことによって、単なる保持検出だけでなく、意図的な長押しによる保持状態における別の動作の操作入力を検出して、この動作制御を実行することができる。この際、別の動作を実行させるためのスイッチや操作子を別途必要としない。

なお、上述の方法では、出力電圧値によって長押しを検出する態様を示した。しかしながら、時間によって長押しを検出することも可能である。図１６は、本実施形態に係る保持状態検出装置の検出部における第３の操作入力検出フローを示すフローチャートである。

検出部は、上述の実施形態の方法を用いて、保持状態を検出する（Ｓ２２１）。検出部は、出力電圧を経時的に計測する（Ｓ２２２）。検出部は、出力電圧のピーク検出を行って、極大値の時間ｔ（ＭＸ）を検出する（Ｓ２２３）。検出部は、極大値の検出後、引き続き出力電圧のピーク検出を行って、極小値の時間ｔ（ＭＮ）を検出する（Ｓ２２４）。

長押しが行われた場合、上述のように、押し始めで電圧が基準電圧よりも高く極大になり、押し終わりで電圧が基準電圧よりも低く極小になる。したがって、これら極大の時間と極小の時間の差は、押圧されている時間に比例する。

検出部は、極大値の時間ｔ（ＭＸ）と極小値の時間ｔ（ＭＮ）との時間間隔Ｔを算出する（Ｓ２２５）。検出部は、長押し検出用の閾値時間ＴＨｔを予め記憶している。長押し検出用の閾値時間ＴＨｔは、本発明の動作制御用の時間閾値に相当する。検出部は、時間間隔Ｔと閾値時間ＴＨｔを比較し、時間間隔Ｔが閾値時間ＴＨｔよりも長いことを検出すると（Ｓ２２６：ＹＥＳ）、動作開始制御（Ｓ２２７）を行う。

なお、検出部は、時間間隔Ｔが閾値時間ＴＨｔよりも長くなければ（Ｓ２２６：ＮＯ）、出力電圧の計測、時間間隔Ｔ、時間間隔Ｔと閾値時間ＴＨｔとの比較を継続する。

なお、図１６では、極大値および極小値を用いる態様を示したが、上述の出力電圧が押圧検出用の閾値を超えた時間を、時間間隔の算出に用いてもよい。

このような処理であっても、単なる保持検出だけでなく、意図的な長押しによる保持状態における別の動作の操作入力を検出することができる。

なお、上述の単発の押圧の検出と長押しの検出とを組み合わせて実行することができる。これにより、複数の動作に対する制御を、専用のスイッチを用いることなく開始することができる。

次に、本発明の第８の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図１７は、本発明の第８の実施形態に係る保持状態検出装置の機能ブロック図である。

本実施形態に係る保持状態検出装置１０Ｅは、上述の実施形態に係る保持状態検出装置に対してローパスフィルタ５０を追加した点で異なる。他の構成は、実施形態に係る保持状態検出装置と同じである。

ローパスフィルタ５０は、圧電センサ２０と検出部３０との間に接続されている。ローパスフィルタ５０は、約１００［ｋＨｚ］を遮断周波数とする低域通過フィルタである。

人の押圧によって発生する圧電センサの変位の周波数は、数［Ｈｚ］から数十［Ｈｚ］である。一方、外部からの振動、衝撃による周波数は、数百［Ｈｚ］から数千［Ｈｚ］である。したがって、このローパスフィルタ５０を用いることによって、検出部３０には、押圧による変位を起因とする周波数の出力信号のみが入力される。

これにより、保持状態および押圧を、より正確に検出することができる。

上述の実施形態では、円筒形の筐体である態様、すなわち、保持状態検出装置が電子筆記具のようなものである態様を示したが、マウス、タブレット端末、携帯型電話器等の他の形状の筐体に適用することができる。この際、本発明に係る保持状態検出装置が装着される機器は、操作者が装置の一部を把持して利用するものであることが好ましい。以下に、各種の態様の一部を図示して説明する。

本発明の第９の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図１８は、本発明の第９の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。

保持状態検出装置１０Ｆは、シャワー装置である。保持状態検出装置１０Ｆは、シャワーヘッド１１１Ｆと、把持部１１２Ｆとを備える。把持部１１２Ｆは筒状であり、シャワーヘッド１１１Ｆに物理的に接続されている。把持部１１２Ｆには、圧電センサ２０が装着されている。圧電センサ２０は、把持部１１２Ｆの内部の表面付近に配置されていても、表面に貼り付けられていてもよい。ただし、表面に貼り付ける場合には、防水フィルム等によって覆われている。

使用者が把持部１１２Ｆを把持すると、圧電センサ２０および検出部３０（図示せず）によって、把持状態（保持状態）が検出される。この把持状態の検出をトリガとして、シャワーヘッド１１１Ｆに水、湯を供給することができる。この際、上述のように、押圧力や長押しを検出できるようにすることで、押圧力や長押し時間を用いて、水量（湯量）の調整、水温の調整、供給の停止等を制御することもできる。

なお、ＰＬＬＡは、上述のように圧電特性の温度依存性が低いので、このような態様では、より有効である。

本発明の第１０の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図１９は、本発明の第１０の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。

保持状態検出装置１０Ｇは、懐中電灯である。保持状態検出装置１０Ｇは、ライト部１２１Ｇと、把持部１２２Ｇとを備える。把持部１２２Ｇは筒状であり、ライト部１２１Ｇに物理的に接続されている。把持部１２２Ｇには、圧電センサ２０が装着されている。圧電センサ２０は、把持部１２２Ｇの内部の表面付近に配置されていても、表面に貼り付けられていてもよい。

使用者が把持部１２２Ｇを把持すると、圧電センサ２０および検出部３０（図示せず）によって、把持状態（保持状態）が検出される。この把持状態の検出をトリガとして、ライト部１２１Ｇを点灯させることができる。この際、上述のように、押圧力や長押しを検出できるようにすることで、押圧力や長押し時間を用いて、調光や、ライトの消灯を制御することもできる。

本発明の第１１の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図２０は、本発明の第１１の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。

保持状態検出装置１０Ｈは、コンピュータ用の無線式マウスである。保持状態検出装置１０Ｈは、筐体１３１Ｈを備える。筐体１３１Ｈは楕円球体を半分に切断した形状である。筐体１３１Ｈには、圧電センサ２０が装着されている。圧電センサ２０は、筐体１３１Ｈの内部の表面付近に配置されていても、表面に貼り付けられていてもよい。この際、圧電センサ２０は、通常のクリック処理では用いない領域に配置されており、使用者が把持時に押圧が加わる位置に配置されている。

使用者が筐体１３１Ｈを把持すると、圧電センサ２０および検出部３０（図示せず）によって、把持状態（保持状態）が検出される。この把持状態の検出をトリガとして、マウスの電源をオン状態にすることができる。逆に、把持の解放が検出されると、この把持の解放状態の検出をトリガとして、マウスの電源をオフ状態にすることができる。この際、上述のように、押圧力や長押しを検出できるようにすることで、他の各種の制御（ファンクション制御等）を行うこともできる。

なお、ここでは、コンピュータ用の無線式マウスを例にしたが、卓上ゲームの無線式コントローラ、携帯型のゲーム機等、電池で駆動する機器にも適用することができる。

本発明の第１２の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図２１は、本発明の第１２の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。

保持状態検出装置１０Ｊは、タブレット式端末である。保持状態検出装置１０Ｊは、筐体１４１Ｊを備える。筐体１４１Ｊは平板形状である。筐体１４１Ｊには、圧電センサ２０が装着されている。圧電センサ２０は、筐体１４１Ｊの内部の表面付近に配置されていても、表面に貼り付けられていてもよい。この際、圧電センサ２０は、使用者がタブレット式端末を把持する位置に配置されている。

使用者が筐体１４１Ｊを把持すると、圧電センサ２０および検出部３０（図示せず）によって、把持状態（保持状態）が検出される。この把持状態の検出をトリガとして、ディスプレイの画像表示をオン状態にすることができる。逆に、把持の解放が検出されると、この把持の解放状態の検出をトリガとして、ディスプレイの画像表示をオフ状態にすることができる。これにより、タブレット式端末の電池の不要な消耗を抑制することができる。また、上述のように、押圧力や長押しを検出できるようにすることで、他の各種の制御（特定の操作入力制御等）を行うこともできる。

本発明の第１３の実施形態に係る保持状態検出装置について、図を参照して説明する。図２２は、本発明の第１３の実施形態に係る保持状態検出装置の外観斜視図である。

保持状態検出装置１０Ｋは、台車である。保持状態検出装置１０Ｋは、台座部１５１Ｋと、把持部（アーム）１５２Ｋと、車輪１５３Ｋとを備える。把持部１５２Ｋは筒状であり、台座部１５１Ｋに物理的に接続されている。把持部１５２Ｋには、圧電センサ２０が装着されている。圧電センサ２０は、把持部１５２Ｋの内部の表面付近に配置されていても、表面に貼り付けられていてもよい。

使用者が把持部１５２Ｋを把持すると、圧電センサ２０および検出部３０（図示せず）によって、把持状態（保持状態）が検出される。この把持状態の検出をトリガとして、車輪１５３Ｋにかけられたブレーキを解除することができる。逆に、把持の解放が検出されると、この把持の解放状態の検出をトリガとして、ブレーキをかけることができる。これにより、使用者がいない間に、台車が勝手に移動することを防止でき、且つ、ブレーキ解除だけのためのスイッチ等を用いることなく、ブレーキを解除することができる。

また、上述のように、押圧力や長押しを検出できるようにすることで、押圧力や長押し時間を用いて、ブレーキの効き等を制御することもできる。これにより、使用状況に応じたブレーキの効きを調整することができる。例えば、坂道を下る場合にブレーキの効きを適宜強くする等の調整を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、圧電センサに、ポリ乳酸の圧電フィルムを用いる例を示したが、状況に応じてＰＶＤＦ等の他の圧電フィルムを用いることも可能である。但し、ポリ乳酸を用いることで、上述のように焦電性が無く信頼性の高い保持状態検出装置を実現できる。また、ポリ乳酸の圧電センサとＰＶＤＦ等の焦電性を有する圧電センサとを組み合わせてもよい。これにより、人による保持をさらに正確に検出することができる。また、圧電センサには、圧電セラミックスを用いることも可能である。しかしながら、圧電センサに可撓性の高いポリ乳酸の圧電フィルムを用いることによって、筐体への配置が容易であり、破損が生じ難く信頼性を向上させることができる。

また、上述の実施形態では、筐体に係る押圧を検出する圧電センサを用いる態様を示したが、筋電信号を検出する圧電センサを用いることも可能である。この場合、押圧を加えなくても、把持時に生じる筋電信号を検出して、保持状態を検出できるので、より自然な動作に対する保持状態を検出することもできる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｊ，１０Ｋ：保持状態検出装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ：圧電センサ
３０，３０Ｄ：検出部
４０：装着部材
５０：ローパスフィルタ
１０１：筐体
１０２：先細り形状の端部
１１１Ｆ：シャワーヘッド
１１２Ｆ：把持部
１２１Ｇ：ライト部
１２２Ｇ：把持部
１３１Ｈ，１４１Ｊ：筐体
１５１Ｋ：台座部
１５２Ｋ：把持部（アーム）
１５３Ｋ：車輪
２０１：ベースフィルム
２０２：検出用導体
２０３：圧電性シート
２０４：第１グランド導体
２０５：第２グランド導体
２０６，２０７：保護膜
３０１：ベース基板
３０２：電子部品
２０４１，２０５１：導体膜
２０４２，２０５２：導電性粘着材

Claims (10)

1. 操作者が保持可能な中空形状からなる筐体と、
   前記筐体の内壁面に沿って装着された圧電センサと、
   前記筐体の内部に配置され、前記圧電センサに連結された検出部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記圧電センサの出力電圧の変動量を用いて前記筐体が保持されているか否かを示す保持状態を検出する、
   保持状態検出装置。
2. 前記筐体とともに前記圧電センサを挟み込む、装着治具を備えた、
   請求項１に記載の保持状体検出装置。
3. 前記圧電センサは、
   平膜の圧電フィルムと、
   該圧電フィルムの発生する電荷を取り出す導体膜と、を備える、
   請求項１または請求項２に記載の保持状態検出装置。
4. 前記圧電フィルムは、ポリ乳酸を主成分として含んでおり、一軸方向に延伸されている、
   請求項３に記載の保持状態検出装置。
5. 前記検出部は、保持状態を検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行う、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の保持状態検出装置。
6. 前記検出部は、
   前記変動量が予め設定した保持検出用閾値よりも大きいことを検出すると、前記筐体が保持されていると識別する、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の保持状態検出装置。
7. 前記検出部は、
   前記変動量が前記保持検出用閾値よりも大きくなった後に、前記変動量が前記保持検出用閾値以下になったことを検出すると、前記筐体の保持が解除されたと識別する、
   請求項６に記載の保持状態検出装置。
8. 前記検出部は、前記出力電圧が予め設定した動作制御用閾値よりも大きいことを検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行う、
   請求項６または請求項７に記載の保持状態検出装置。
9. 前記検出部は、
   前記出力電圧が予め設定した第１動作制御用閾値よりも大きいことを検出し、その後の前記出力電圧が予め設定した第２動作制御用閾値よりも小さいことを検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行う、
   請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の保持状態検出装置。
10. 前記検出部は、
    前記出力電圧が極大になった時間を検出し、その後の前記出力電圧が極小になった時間を検出し、これらの時間間隔を算出し、
    前記時間間隔が動作制御用の時間閾値よりも長いことを検出すると、保持状態検出装置で実行する動作の開始制御を行う、
    請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の保持状態検出装置。

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