モーション検出装置及びモーション検出方法
【課題】使用環境に制限が少なく、簡素な構成の静電容量式モーション検出装置及びそれを用いた入力装置を提供すること。
【解決手段】駆動電圧を印加する第１の駆動電極５と第１の駆動電極５の両側に第１の駆動電極５との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１の検出電極対６、７とからなる第１センサ部３と、第１の駆動電極５と略直交して配置される第２の駆動電極８と第２の駆動電極８の両側に第２の駆動電極８との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２の検出電極対９、１０からなる第２センサ部４と、第１のセンサ部３の静電容量の変化で検出される第１差分値と前記第２センサ部４の静電容量の変化で検出される第２差分値とを用いて被検出体の各種モーションを検出する。
【解決手段】駆動電圧を印加する第１の駆動電極５と第１の駆動電極５の両側に第１の駆動電極５との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１の検出電極対６、７とからなる第１センサ部３と、第１の駆動電極５と略直交して配置される第２の駆動電極８と第２の駆動電極８の両側に第２の駆動電極８との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２の検出電極対９、１０からなる第２センサ部４と、第１のセンサ部３の静電容量の変化で検出される第１差分値と前記第２センサ部４の静電容量の変化で検出される第２差分値とを用いて被検出体の各種モーションを検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出体のモーション検出を行うモーション検出装置及びモーション検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体などの被検出体の動作を検出する装置としては、例えば、モーション検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかるモーション検出装置は、少なくとも一つのカメラを用いて構成される。被検出体のモーションを検出する際には、被検出体が視認できる程度に照度が確保された空間にカメラを設置する。また、装置の使用前には、事前にカメラのキャリブレーションを実施する。人などの被検出体を検出する際には、カメラで被検出体のモーションを撮像する。撮像した映像をＰＣ（パーソナルコンピュータ）に送出し、被検出体の動きを認証することにより被検出体のモーションが検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８７５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のモーション検出装置では、ハードウェアやソフトウェアのコストが高くなると共に、カメラを視認できる位置に設置する必要がある。また、被検出体が視認できる程度の照度とモーションを入力するための空間も必要となり、使用環境が制限されていた。また、装置の使用環境に応じてカメラを使用前にキャリブレーションする必要もあった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、使用環境に制限が少なく、簡素な構成の静電容量式のモーション検出装置及びモーション検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモーション検出装置は、駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部と、前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する第２センサ部と、前記第１検出電極対の出力信号の差分を第１差分値として検出し、前記第２検出電極対の出力信号の差分を第２差分値として検出する検出回路と、前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから被検出体のモーションを検出するモーション演算手段と、前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから前記第１センサ部および前記第２センサ部のオフセット値を更新する必要性を判定し、必要に応じてオフセット値を更新するオフセット補正手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、略直交に配置された２本の駆動電極とそれぞれの駆動電極の両側に配置される検出電極対との間に形成される静電容量の変化を出力信号として各検出電極対で検出し、各検出電極対の出力信号の差分値を基に被検出体の各種モーションを検出することにより、カメラなどを用いて被検出体を視認する必要がなく、使用環境に制限が少なく、簡素な構成で被検出体の各種モーションを検出することができる。
【０００８】
上記モーション検出装置において、前記被検出体のモーションの検出と前記第１センサ部及び前記第２センサ部のオフセット値の更新の必要性の判定とを同時に並行して行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、オフセット値の更新のためのオペレータの操作を伴うことなく、オフセット値の更新とモーション入力操作とを行うことができる。例えば、動作中にオペレータがモーション検出装置を移動したり、モーション検出装置の近傍に静電容量を検出する物を置いたりした場合でも、オペレータが数秒間静止した際などにモーション検出動作を停止することなくオフセットを更新することが可能になる。また、モーション入力前に一定時間静置し、オフセット値を更新した後にモーション入力動作に入るなどの方法によっても必要に応じて随時オフセット値を更新することができる。
【００１０】
上記モーション検出装置において、前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第１差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第１センサ部のオフセット値を更新する必要があると判定することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、Ｘ軸側センサ部のオフセット値を更新する際に、時定数の異なる第１のフィルタ及び第２のフィルタで処理されたＸ軸側差分値を検出してそれぞれ比較することにより、周囲環境の変化によるオフセット値の変化と被検出体の動きによる静電容量の変化とを分離して検出することが可能となり、Ｘ軸側センサ部に形成される静電容量の安定度を確認することができる。また、第１のフィルタで処理されたＸ軸側差分値と第２のフィルタで処理されたＸ軸側差分値との変化の幅を検出し、所定の範囲に入ってから一定時間経過後にオフセット値を更新することにより、オフセット値を自動的に更新することもできる。
【００１２】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値についての正側の第１閾値と前記第１差分値の負側の第２閾値とを予め設定し、前記第１差分値が先に前記第１閾値より大きい値となり、その後に前記第２閾値より小さい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、または前記第１差分値が先に前記第２閾値より小さい値となり、その後に前記第１閾値より大きい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、を判定し、その判定結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第１差分値の正側と負側の連続的な変化を、第１差分値と正側の第１閾値及び負側の第２閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出することができる。また、第１差分値の第１閾値と第２閾値との間への収束を検出することにより、被検出体のモーションの終点を検出することができる。
【００１４】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ１を計測し、または前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ２を計測し、Ｔ１又はＴ２の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第１差分値の正側と負側の連続的な変化を第１差分値と正側の第１閾値及び負側の第２閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出できる。また、Ｔ１及びＴ２と予め設定された時間とを比較することにより、被検出体の一方向の連続移動によって生じる第１差分値の変化を検出対象にすることができるので、それ以外のモーションを移動方向の演算処理から除外することができる。
【００１６】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、被検出体の各検出点での前記第１差分値と前記第２差分値とを極座標変換し、基準点と前記各検出点との間の距離が予め設定した一定値より大きく、かつ連続する前記各検出点間のなす角度が予め設定した一定値より大きい前記各検出点が少なくとも３点連続で検出された際に被検出体の回転運動を検出することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、被検出体の回転運動によって検出される第１差分値及び第２差分値を極座標変換することで、被検出体と基準点との間の空間内での座標を検出することができるので、被検出体の回転運動を検出することができる。また、被検出体の各検出点と基準点との間の距離及び各検出点間のなす角度が一定値以上であるか否かを検出し、検出点をカウントすることにより、被検出体のモーションが回転運動か否かを検出することができる。
【００１８】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より長い場合には、長時間の接触又は長時間の近接動作であると判定することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、被検出体の接触又は近接によって得られる正側または負側の第１差分値及び正側または負側の第２差分値の２乗和をとることにより、他のモーションと独立して演算処理できるので、被検出体の接触または接触動作を検出することができる。また、接触または近接時間と一定時間とを比較することにより、短時間の接触または近接動作か長時間の接触または近接動作かを判定することができる。
【００２０】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第２差分値についての正側の第３閾値と前記第２差分値の負側の第４閾値とを予め設定し、前記第２差分値が先に第３閾値より大きい値となり、その後に第４閾値より小さい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、または前記第２差分値が先に前記第４閾値より小さい値となり、その後に前記第３閾値より大きい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、を判定し、結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第２差分値の正側と負側の連続的な変化を、第２差分値と正側の第３閾値及び負側の第４閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出することができる。また、第２差分値の第３閾値と第４閾値との間への収束を検出することにより、各種モーションの終点を検出することができる。
【００２２】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より短い場合には、短時間の接触又は短時間の近接動作であると判定することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、被検出体の接触又は近接によって得られる正側または負側の第１差分値及び正側または負側の第２差分値の２乗和をとることにより、他のモーショントは独立して演算処理できるので、被検出体の接触または接触動作を検出することができる。また、接触または近接時間と一定時間とを比較することにより、短時間の接触または近接動作か長時間の接触または近接動作かを判定することができる。
【００２４】
上記モーション検出装置において、前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第２差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第２センサ部のオフセット値を前記範囲内に更新することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、Ｙ軸側センサ部のオフセット値を更新する際に、時定数の異なる第１のフィルタと第２のフィルタで処理されたＹ軸側差分値を検出して比較することにより、周囲環境の変化によるオフセット値の変化と被検出体の動きによる静電容量の変化とを分離して検出することが可能となり、Ｙ軸側センサ部に形成される静電容量の安定度を確認することができる。また、第１のフィルタで処理されたＹ軸側差分値と第２のフィルタで処理されたＹ軸側差分値との変化の幅を検出し、所定の範囲に入ってから一定時間経過後にオフセット値を更新することにより、オフセット値を自動的に更新することもできる。
【００２６】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ３を計測し、または前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ４を計測し、Ｔ３又はＴ４の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第２差分値の正側と負側の変化を、第２差分値と正側の第３閾値と負側の第４閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出できる。また、Ｔ３及びＴ４と予め設定された時間とを比較することにより、被検出体の一方向の連続移動によって生じる第２差分値の変化のみを検出対象とすることができ、それ以外のモーションを移動方向の演算処理の対象から除外することができる。
【００２８】
本発明のモーション検出方法は、駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部から、前記第１検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第１差分値として検出し、前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する前記第２センサ部から、前記第２検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第２差分値として検出し、前記第１差分値と前記第２差分値とから、前記第１センサ部と前記第２センサ部のオフセット値の変更の必要性の検出と被検出体のモーションの検出とを行うことを特徴とする。
【００２９】
この方法によれば、略直交して配置された２本の駆動電極とそれぞれの駆動電極の両側に配置される検出電極対との間に形成される静電容量の変化を出力信号として各検出電極対で検出し、各検出電極対の出力信号の差分値を基に被検出体の各種モーションを検出することにより、カメラなどを用いて被検出体を視認する必要がなく、使用環境に制限が少なく、簡素な構成で被検出体の各種モーションを検出することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、使用環境に制限が少なく、簡素な構成のモーション検出装置及びモーション検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置の構成を示す図である。
【図２】(a)本発明の実施の形態に係るモーション検出装置のセンサ部の電極配置を示す図、(b)Ｘ軸センサ部の電極配置を示す図、(c)Ｙ軸センサ部の電極配置を示す図、(d)同一平面内に配置したセンサ部の電極配置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置の制御ＩＣ内での演算処理を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置のキャリブレーション時のフィルタ値の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の移動方向を検出する際の原理を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の移動方向を検出する際の差分値の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の移動方向の演算処理を示すステートマシーン図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の回転運動を検出する際の差分値の変化を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の回転運動を検出する際の原理を示す概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の回転運動を演算処理する際のステートマシーン図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での短時間の近接動作と長時間の近接動作とを検出する際の原理を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での短時間の近接動作と長時間の近接動作とを演算処理する際のステートマシーン図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係るモーション検出装置の構成図である。本実施の形態に係るモーション検出装置は、被検出体のモーションを検出するセンサ部１と、センサ部１からの出力信号を処理する制御部２とを備えて構成される。センサ部１は、被検出体のＸ軸上のモーションを検出するＸ軸側センサ部３と、Ｘ軸と直交する方向である被検出体のＹ軸上のモーションを検出するＹ軸側センサ部４とを備えて構成される。Ｘ軸側センサ部３は、駆動電圧が印加される駆動電極５と、駆動電極５との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される検出電極６及び７とを備えて構成される。Ｙ軸側センサ部４は、Ｘ軸側センサ部３と同様に構成され、駆動電圧が印加される駆動電極８と、駆動電極８との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される検出電極９及び１０とを備えて構成される。
【００３３】
Ｘ軸側センサ部３の一方の検出電極６の出力信号は、増幅回路１１へ入力される。増幅回路１１は、負極端子に検出電極６の出力信号が入力され、正極端子にはアナログ処理回路１２から基準電圧が印加される。増幅回路１１で増幅された出力信号は、正極端子と負極端子とを有する差動増幅回路１３の正極端子へ入力される。他方の検出電極７の出力信号は、増幅回路１４へ入力される。増幅回路１４は負極端子に検出電極７の出力信号が入力され、正極端子にはアナログ処理回路１２から基準電圧が印加される。増幅回路１４で増幅された出力信号は、差動増幅回路１３の負極端子へ入力される。
【００３４】
差動増幅回路１３で増幅されたＸ軸側センサ部３の出力信号は、アナログ処理回路１２でフィルタリング処理及びＡ／Ｄ変換され、制御ＩＣ１５へ入力される。制御ＩＣ１５に入力された出力信号は、検出回路としての制御ＩＣ１５でそれぞれの出力信号の差分値が検出される。尚、出力信号の差分値の検出は、アナログ処理回路１２で行ってもよい。駆動電極５には、制御ＩＣ１５よりタイミング回路１６に指示が与えられ、増幅回路１７によって増幅された駆動電圧が印加される。駆動電圧の印加は、タイミング回路１６によりタイミング制御される。
【００３５】
Ｙ軸側センサ部４の検出電極９及び１０の出力信号は、Ｘ軸側センサ部３の検出電極６及び７と同様に処理され、増幅回路１８、１９、差動増幅回路２０及びアナログ処理回路２１を経て制御ＩＣ１５に入力される。制御ＩＣ１５に入力された出力信号は、検出回路としての制御ＩＣ１５でそれぞれの出力信号の差分値が検出される。尚、Ｘ軸側センサ部３と同様に出力信号の差分値の検出は、アナログ処理回路２１で行ってもよい。駆動電極８には、タイミング回路２２によりタイミング制御された駆動電圧が増幅回路２３を介して印加される。
【００３６】
制御ＩＣ１５では、Ｘ軸側センサ部３によって検出されたＸ軸側の出力信号の差分値とＹ軸側センサ部４で検出されたＹ軸側の出力信号の差分値とを用いて、各Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４のキャリブレーション及び被検出体の各種モーションの演算処理が行われる。演算処理された被検出体の各種モーションに関するデータは、インターフェース２４を通じて外部に送出される。
【００３７】
図２(a)〜(d)は、本実施の形態に係るモーション検出装置の電極配置を示す図である。図２(a)に示すようにセンサ部１は、被検出体のＸ軸上のモーションを検出する駆動電極５、検出電極６及び７と、被検出体のＹ軸上のモーションを検出する駆動電極８、検出電極９及び１０と、から構成される。センサ部１は、絶縁体を挟んで一方の面には、駆動電極５、検出電極６及び７が配置され、他方の面には駆動電極８、検出電極９及び１０が配置される。センサ部１の一方の面の電極群（駆動電極５、検出電極６及び７）と他方の面の電極群（駆動電極８、検出電極９及び１０）とは互いに絶縁して直交して配置される。センサ部１の各電極の長さは、例えば１００ｍｍであり、電極間の間隔は、たとえば６０ｍｍである。
【００３８】
図２(b)は、被検出体のＸ軸上のモーションを検出するＸ軸側センサ部３の電極配置を示す図である。駆動電圧を印加する駆動電極５は、Ｘ軸と直交して配置される。検出電極６、７は、駆動電極５を挟んで両側に駆動電極５との間にそれぞれ静電容量が形成されるように、駆動電極５と平行に配置される。このように配置することで、Ｘ軸センサ部３を一組配置するだけで被検出体のＸ軸方向の数ｍｍ〜数１００ｍｍの動作を検出でき、またセンサ部１のＸ軸側センサ部３が形成された面方向は、検出電極６と検出電極７との間隔の数倍程度まで（数１００ｍｍ程度）離れた被検出体の動作を検出することができる。
【００３９】
図２(c)は、被検出体のＹ軸上のモーションを検出するＹ軸側センサ部４の電極配置を示す図である。駆動電圧を印加する駆動電極８は、Ｙ軸と直交して配置される。検出電極９、１０は、駆動電極８を挟んで両側に駆動電極８との間にそれぞれ静電容量が形成されるように、駆動電極８と平行に配置される。このように配置することで、Ｙ軸側センサ部４を一組配置するだけで被検出体のＹ軸方向の数ｍｍ〜数１００ｍｍの動作を検出でき、またセンサ部１のＹ軸側センサ部４が形成された面方向は、検出電極９と検出電極１０との間隔の数倍程度まで（数１００ｍｍ程度）離れた被検出体の動作を検出することができる。
【００４０】
尚、電極の配置は、図２（ｄ）のようであってもよい。図２（ｄ）は、センサ部１の別の電極配置例を示す図である。本配置例においては、電極１０６、１０７は、Ｘ軸と略直交に配置され、電極１０９、１１０は、Ｙ軸と略直交に配置される。また、全ての電極１０６、１０７、１０９及び１１０が同一面に形成される。各電極１０６、１０７、１０９及び１１０は、検出対象方向に応じて駆動電極または検出電極として切り換えて駆動されることにより４つの電極でＸ軸、Ｙ軸それぞれのセンサ部として動作させる。Ｘ軸上のモーションを検出する際には電極１０９、１１０が駆動電極として、電極１０６、１０７が検出電極として動作する。Ｙ軸上のモーションを検出する際には電極１０６、１０７が駆動電極として、電極１０９、１１０が検出電極として動作する。このように配置することで、４つの電極１０６、１０７、１０９及び１１０を配置するだけで被検出体のＸ、Ｙ軸方向の数ｍｍ〜数１００ｍｍの動作を検出でき、またセンサ部１の電極が形成された面と検出電極１０６及び１０７の間隔の数倍程度まで（例えば電極間距離が６０ｍｍであれば数１００ｍｍ程度まで）離れた被検出体の動作を検出することができる。同様に、センサ部１の電極が形成された面方向は、検出電極１０９と検出電極１１０の間隔の数倍程度まで（例えば電極間距離が６０ｍｍであれば数１００ｍｍ程度まで）離れた被検出体の動作を検出することができる。
【００４１】
図３は、制御ＩＣ１５内でのＸ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２の演算処理の概念図である。Ｘ軸側センサ部３で検出されたＸ軸側差分値３１は、切替えスイッチ３３を介して小さい時定数の移動平均フィルタ３４で処理される差分値（以下、Ｘ軸側フィルタ値小とする）と、相対的に大きい時定数の移動平均フィルタ３５で処理される差分値（以下、Ｘ軸側フィルタ値大とする）と、演算処理回路３６に直接入力されるＸ軸側差分値３１とに分配される。Ｘ軸側フィルタ値小、Ｘ軸側フィルタ値大及びＸ軸側差分値３１は並行して演算処理回路３６に入力される。
【００４２】
Ｙ軸側差分値３２は、Ｘ軸側差分値３１と同様に処理され、切替えスイッチ３７を介して小さい時定数の移動平均フィルタ３８で処理される差分値（以下、Ｙ軸側フィルタ値小とする）と大きい時定数の移動平均フィルタ３９で処理される差分値（以下、Ｙ軸側フィルタ値大とする）と演算処理回路３７に直接入力されるＹ軸側差分値３２とに分配される。Ｙ軸側フィルタ値小、Ｙ軸側フィルタ値大及びＹ軸側差分値３２は並行して演算処理回路３６に入力される。
【００４３】
演算処理回路３６では、Ｘ軸側フィルタ値小及びＸ軸側フィルタ値大を用いるＸ軸側センサ部３のキャリブレーションと、Ｙ軸側フィルタ値小及びＹ軸側フィルタ値大を用いるＹ軸側センサ部４のキャリブレーションとが行われる。また、被検出体の各種モーションの演算処理は、Ｘ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２を用いて行われ、演算の種類によっては、Ｘ軸側フィルタ値小、Ｘ軸側フィルタ値大、Ｙ軸側フィルタ値小及びＹ軸側フィルタ値大を組み合わせて演算処理が行われる。Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４のキャリブレーションと、被検出体の各種モーションの演算処理とは並行して行われる。
【００４４】
本実施の形態に係るモーション検出装置においては、センサ部１のＸ軸側センサ部３のＸ軸側差分値３１及びＹ軸側センサ部４のＹ軸側差分値３２に基準点（以下オフセット値とする）を設定し、このオフセット値を基準として各Ｘ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２の変化を検出することにより、被検出体のモーションを検出する。被検出体のモーション検出は、微小な静電容量の変化を検出するため、例えば、センサ部１の周辺環境が変化した場合、Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４に形成される静電容量がセンサ部１の周辺環境に応じて変化する。Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４に形成される静電容量の変化に伴い、Ｘ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２のオフセット値もセンサ部１の周辺環境に応じて変化する。本実施の形態に係るモーション検出装置では、Ｘ軸側センサ３及びＹ軸側センサ部のキャリブレーションを適時行い、センサ部１の周辺環境に応じたオフセット値に更新する。
【００４５】
図４を参照して演算処理回路３６でのＸ軸側センサ部３のキャリブレーションについて説明する。図４のキャリブレーション開始点Ｐ１は、Ｘ軸側センサ部３のセンサの周辺環境が変化した直後の状態を示している。キャリブレーション開始点Ｐ１では、破線４１に示されるキャリブレーション前のオフセット値が既定されている。開始点Ｐ１からキャリブレーション開始後、Ｘ軸側センサ部３の駆動電極５と検出電極６及び７との間には、Ｘ軸側センサ部３の周辺環境に応じてそれぞれ一定の静電容量値が形成されるように推移する。このため、Ｘ軸側差分値３１も共に現在のＸ軸側センサ部３の周辺環境に応じた一定の値に向かって収束する。
【００４６】
図中の実線の曲線４２に示されるＸ軸側フィルタ値小は、Ｘ軸側差分値３１の変化に対して速い応答速度で変化する。一方、図中の一点鎖線の曲線４３に示されるＸ軸側フィルタ値大は、Ｘ軸側差分値３１の変化に対して遅い応答速度で変化する。Ｘ軸側差分値３１が安定するにつれ、曲線４２と曲線４３との差が小さくなる。キャリブレーションの終点Ｐ２付近では、曲線４２と曲線４３との差がほぼ零となり、Ｘ軸側フィルタ値小の変化量とＸ軸側フィルタ値大の変化量とが共に一定の安定範囲内に収束する。
【００４７】
Ｘ軸側フィルタ値小の変化量と、Ｘ軸側フィルタ値大の変化量とが共に予め定めた許容範囲（以下、安定範囲とする）内に収束してから時間のカウントを開始する。Ｘ軸側フィルタ値小の変化量とＸ軸側フィルタ値大の変化量とが共に安定範囲内に収束している状態でカウントされた時間と、予め定めた所定時間（以下、安定時間とする）と、を比較し、カウントされた時間が安定時間より長くなった場合に、オフセット値をＸ軸フィルタ値小及びＸ軸側フィルタ値大の安定範囲内の破線４４に自動的に更新する。
【００４８】
安定範囲は、任意の値に設定することができる。本実施の形態においては、Ｘ軸側センサ部３に作用するノイズの影響分と、モーション検出時に検出されるＸ軸側差分値３１の大きさとを考量し、Ｘ軸側センサ部３に作用するノイズの影響分に被検出体のモーション検出時に検出される出力信号の差分値の１割を加算して設定する。
【００４９】
安定時間は、ノイズの大きさと測定条件に応じて任意に設定することができる。本実施の形態では、安定時間をキャリブレーションの初回のみ約８０ミリ秒に設定し、キャリブレーションの２回目以降は、センサ部１の周辺環境に応じて約５秒又は約１０秒に設定する。１回目のキャリブレーションの安定時間を８０ミリ秒とすることで、キャリブレーションを迅速に実施することができる。また、キャリブレーションの２回目以降の安定時間を約５秒以上とすることにより、被検出体がモーション検出装置の検出領域内で停止した場合、被検出体の停止時間が約５秒以内であれば、被検出体が検出領域内に停止した状態でオフセットが更新されることを防ぐことができる。また、ノイズの影響の大きい環境下では、２回目以降の安定時間を約１０秒に設定することにより、ノイズによってオフセットが更新されにくくなり、モーション検出を安定して行うことができる。
【００５０】
安定時間の計測は、任意のタイミングで開始することができる。例えば、Ｘ軸側フィルタ値小の振れ幅が上述した安定範囲に収束後、一定時間経過してから計測を開始してもよいし、安定範囲に入った直後に時間の計測をしてもよい。また、Ｘ軸側フィルタ値小とＸ軸側フィルタ値大との差分値を検出し、差分値が一定範囲に入ってから計測を開始してもよい。
【００５１】
キャリブレーションの条件は、移動平均フィルタ３４、３５の時定数を変更することで、任意に調整できる。相対的に小さい時定数を有する移動平均フィルタ３４の時定数をより小さく設定した場合、微小な出力信号の変化に対しても敏感に変化し、キャリブレーションの精度を上げることができる。一方、移動平均フィルタ３４の時定数をより大きく設定した場合、ノイズなどにより瞬時に作用した差分値の変動に左右されず、安定してキャリブレーションを行うことができる。相対的に大きい時定数を有する他方の移動平均フィルタ３５の時定数を大きく設定した場合、出力信号の急峻な変動に対してキャリブレーションがかかりにくくなり、キャリブレーションを確実に行うことができる。本実施の形態では、移動平均フィルタ３４の時定数を約２０ミリ秒、移動平均フィルタ３５の時定数を約１６０ミリ秒に設定する。また、ノイズの大きい環境では、移動平均フィルタ３４の時定数を約４０ミリ毎秒に設定する。
【００５２】
図５(a)〜(d)は、被検出体のＸ軸上のモーション検出原理を示す概念図である。図５(a)は、被検出体がセンサ部１に影響しない状態を示している。センサ部１の一方の面に配置された駆動電極５、検出電極６及び検出電極７は、背面の検出電極９と絶縁して配置される。駆動電極５と検出電極６との間には、電気力線５１及び静電容量Ｃａが形成され、駆動電極５と検出電極７との間には、電気力線５２及び静電容量Ｃｂが形成されていることを示している。
【００５３】
図５(b)は、被検出体５０が駆動電極５と検出電極６との間に接近した状態を示している。この状態では、被検出体６によって電気力線５１の一部が吸収されるため、駆動電極５と検出電極６との間に形成される静電容量Ｃａが低下する。一方、被検出体５０ともう一方の検出電極７との間の距離は大きく、被検出体５０によって吸収される電気力線５２の量は少なく、静電容量Ｃｂはほとんど低下しない。
【００５４】
図５(c)は、被検出体５０が駆動電極５と検出電極７との間に接近した状態を示している。この状態では、被検出体５０によって駆動電極５と検出電極７との間の電気力線５２の一部が吸収されるため静電容量Ｃｂが低下する。一方、被検出体５０ともう一方の検出電極６との間の距離差は大きく、被検出体５０によって吸収される電気力線５１の量は少なく、静電容量Ｃａはほとんど低下しない。
【００５５】
図５(d)は、被検出体５０が駆動電極５の上部に接近した状態で検出電極６と検出電極７との中間付近に存在する状態を示している。この状態では、被検出体５０が電気力線５１及び５２の双方を共に吸収するため、静電容量Ｃａ、Ｃｂは共に低下する。
【００５６】
次に図６(a)、(b)を参照して被検出体５０の一方向のモーションを検出する際のＸ軸側差分値３１の変化について説明する。図６(a)は、被検出体５０が一方向に移動する際のセンサ部１に対する被検出体５０の座標を示している。図中でのＡ点及びＥ点は、被検出体５０が静電容量Ｃａ、Ｃｂに影響を及ぼさない遠方の地点とする。またＢ点は静電容量Ｃａが最も減少する点、Ｃ点は静電容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなる点、Ｄ点は静電容量Ｃｂが最も減少する点とする。また、図中のセンサ１は被検出体５０が電気力線５１及び５２に影響しないＡ点またはＥ点でキャリブレーションしたものとする。
【００５７】
図６(b)は、被検出体５０の各位置に対応する静電容量Ｃａ、ＣｂのＸ軸側差分値３１（Ｃａ−Ｃｂ）の変化を実線の曲線として示している。曲線上の各Ａ点〜Ｅ点は、被検出体５０が図４(a)の各Ａ点〜Ｅ点に位置する時のＸ軸側差分値３１を示している。被検出体５０が基準点となるＡ点からＢ点に向けて移動すると静電容量Ｃａが減少し、Ｘ軸側差分値３１（Ｃａ−Ｃｂ）が負の方向に増大する。静電容量Ｃａが最も減少するＢ点でＸ軸側差分値３１は負側の最大値となる。
【００５８】
被検出体５０がＢ点からＣ点に向けて移動した場合、Ｘ軸側差分値３１は正側に増大し、静電容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなるＣ点でＸ軸側差分値３１が零となる。被検出体５０がＣ点からＤ点に向けて移動すると、静電容量Ｃｂの値がＣａの値より小さくなり、静電容量Ｃｂが最も減少するＤ点でＸ軸側差分値３１は正側の最大値となる。被検出体５０がＤ点からＥ点に向けて移動すると、静電容量Ｃｂが増大してＸ軸側差分値３１は減少し、Ｅ点でＸ軸側差分値３１は零となる。矢印６１の方向の被検出体５０のモーションを検出する場合のＸ軸側差分値３１の正負の変化は上述したように変化するが、矢印６１の逆方向となる矢印６２の方向の被検出体５０のモーションを検出する場合は正負の変化が逆転する。
【００５９】
本実施の形態に係るモーション検出装置においては、Ｘ軸側差分値３１が被検出体５０の一方向のモーションによって、正側の値と負側の値とが交互にあらわれ、被検出体５０の逆方向のモーションでは負側の値と正側の値とが交互にあらわれる。このため、Ｘ軸側差分値３１の正側に閾値Ｓ１（以下、第１閾値とする）を設定し、負側に差分値の閾値Ｓ２（以下、第２閾値とする）を設定することにより、被検出体５０のモーションの方向を検出できる。
【００６０】
本実施の形態に係るモーション検出装置では、被検出体５０のモーションの検出とともに、キャリブレーションも並行して実施する。このため、仮に被検出体５０が矢印６１の方向から進行してＤ点で静止し、被検出体５０がＤ点にいる状態でＸ軸側差分値３１が安定し、Ｘ軸側差分値３１が安定した時間がキャリブレーションの安定時間以上となった場合、被検出体５０がＤ点に存在した状態でキャリブレーションされ、オフセット値が更新される。
【００６１】
本実施の形態では、Ｘ軸側差分値３１が第１閾値以上または第２閾値以下の何れか一方となった時点で時間の計測を開始し、Ｘ軸側差分値３１が第１閾値以上の値と第２閾値以下の値とを交互に取った後、Ｘ軸側差分値３１が第１閾値以下かつ第２閾値以上となるまでの時間を計測する。計測した時間と図中の矢印Ｓ３に示されるように予め設定した一定の時間幅とを比較し、計測した時間が一定の時間幅より短い場合に、被検出体５０の一方向のモーションを検出する。
【００６２】
図７に示すステートマシーン図を参照して本実施の形態に係るモーション検出装置において、被検出体５０が図６(ａ)のＥ点から矢印６２の方向に移動する場合の演算処理の詳細を説明する。
【００６３】
モーション検出装置起動後、キャリブレーションが行われ、待機状態となる（ステップＳ１）。待機状態のモーション検出装置の一方の検出電極７に被検出体５０が接近し、第１閾値以上のＸ軸側差分値３１が検出されることにより、被検出体のモーションの検出が開始されると共に時間の計測が開始される（ステップＳ２）。被検出体５０が同一方向に移動し、検出電極６に接近することにより、Ｘ軸側差分値３１の正負が反転し、第２閾値以下のＸ軸側差分値３１が検出される（ステップＳ３）。更に被検出体５０が同一方向に移動すると、検出電極６から離れ、Ｘ軸側差分値３１は第１閾値以下かつ第２閾値以上となる（ステップＳ４）。ステップＳ２からステップＳ４までに予め定めた一定時間が経過した際には、待機状態に戻る。
【００６４】
図６(ａ)のＡ点から矢印６１の方向に移動する際には、下記のように演算処理される。
待機状態から第２閾値以下のＸ軸側差分値３１が検出された場合もステップＳ２と同様に
待機状態のモーション検出装置の一方の検出電極６に被検出体５０が接近し、第２閾値以下のＸ軸側差分値３１を検出されることにより、被検出体のモーションの検出が開始されると共に時間の計測が開始される（ステップＳ５）。被検出体５０が同一方向に移動し、検出電極７に接近することにより、Ｘ軸側差分値３１の正負が反転し、第１閾値以上のＸ軸側差分値３１が検出される（ステップＳ６）。更に被検出体５０が同一方向に移動すると、検出電極７から離れ、Ｘ軸側差分値３１は第１閾値以下かつ第２閾値以上となる（ステップＳ７）。ステップＳ２からステップＳ４までに予め定めた一定時間が経過した際には、待機状態に戻る。
【００６５】
以上、Ｘ軸センサ部３のキャリブレーションと、被検出体５０のＸ軸上の一方向の検出原理及び演算処理について説明した。Ｙ軸センサ部４のキャリブレーションと、被検出体５０のＹ軸上のモーション検出原理及び演算処理は、Ｙ軸センサ部４で検出されたＹ軸側差分値３２を用いることによりＸ軸側センサ部３と同様に行われる。また、Ｙ軸上のモーション検出及び演算処理には、Ｙ軸側差分値３２の正側に閾値（第３閾値）を設定し、負側に閾値（第４閾値）を設定することによりＸ軸上と同様の処理で行われる。
【００６６】
次に本実施の形態に係るモーション検出装置の回転運動の検出原理を説明する。図８(a)、(b)は被検出体５０の回転運動の検出原理を示している。図８(a)は、基準点Ｏを中心に、図示されない被検出体５０がＨ点〜Ｋ点の順に回転運動する移動順序を示している。図８(b)の実線の曲線は、図８(a)の各Ｈ〜Ｋ点におけるＸ軸側差分値３１を示し、図８(b)の一点鎖線の曲線は、図８(a)の各Ｈ〜Ｋ点におけるＹ軸側差分値３２を示している。
【００６７】
基準点ＯからＨ点に被検出体５０が移動することにより、Ｘ軸側センサ部３においては、被検出体５０が駆動電極５と検出電極６との間が最も検出電極６側に接近するため、Ｘ軸側差分値３１は負側の最大値Ｈｘ点をとる。一方、Ｙ軸側センサ部４においては、被検出体５０が駆動電極１５の直上に位置するため、Ｙ軸側差分値３２は零に近い値Ｈｙ点をとる。被検出体５０が回転運動してI点まで移動する際には、Ｘ軸側センサ部３においては、被検出体５０が駆動電極５の直上点に位置するため、Ｘ軸側差分値３１は零に近い値Ｉｘ点をとる。一方、Ｙ軸側センサ部４においては、被検出体５０が駆動電極８と検出電極９との間が最も検出電極９側に接近するため、Ｙ軸側差分値３２は、負側の最大値Ｉｙ点をとる。
【００６８】
Ｊ点からＫ点にかけても同様の原理で、Ｘ軸側差分値３１はＪ点で正側の最大値Ｊｘ点となり、Ｋ点で零に近い値Ｋｘ点となる。一方、Ｙ軸側差分値３２はＪ点で零に近い値Ｊｙ点となり、Ｋ点で正側の最大値Ｋｙ点となる。以上のように検出されたＸ軸側差分値３１とＹ軸側差分値３２とを下記の式（１）及び（２）に従って極座標変換し、極座標変換した座標を検出点としてカウントすることにより回転運動を検出する。
ｒ＝（Ｘ２＋Ｙ２）１/２ （１）
θ＝arctan（Ｙ/Ｘ） （２）
【００６９】
図９は、極座標変換されたｒ及びθを用いた回転運動の検出原理の概念図である。図中の白丸は、被検出体５０の回転運動を極座標変換した検出点を示し、矢印は極座標におけるｒの大きさを示している。本実施の形態に係るモーション検出装置は、ｒの大きさに一定の値Ｓ４、Δθの大きさに一定の値Ｓ５を設け、ｒがＳ４以下となる検出点と、ΔθがＳ５以下となる検出点とを回転運動の演算から除外する。また、図中の破線の矢印のように被検出体５０が回転運動をした際には、白丸９１〜９４の順に検出点が描かれる。回転運動の検出には少なくとも３点の検出点が必要であることから、検出点数に対して一定の値を設け、一定の値以上の検出点数をカウントすることによって回転運動を検出する。
【００７０】
次に図１０に示すステートマシーン図を参照して本実施の形態に係るモーション検出装置において、被検出体５０が図９の白丸９１、９２、９３、９４の順に回転運動する際の演算処理の詳細を説明する。
【００７１】
待機状態（ステップＳ１１）から被検出体５０が白丸９１に移動することにより、一定の値以上のｒが検出され、演算が開始される（ステップＳ１２）。ｒが一定値以上、かつΔθが正側の一定値以上の白丸９２へ被検出体５０が移動すると、回転運動の演算が開始され、検出点がカウントされる（ステップＳ１３）。次に、被検出体５０が一定値以上のｒと一定値以上のΔθとが検出される白丸９３、９４の順に移動すると、検出点が連続してカウントされる。検出点数が一定値以上となることにより、一方向の回転運動として検出される（ステップＳ１５）。
【００７２】
被検出体５０が図９の白丸９４、９３、９２、９１の順に回転運動する際の演算処理は以下のようになる。待機状態（ステップＳ１１）から被検出体が白丸９４に移動することにより、一定値以上のｒのプロット点が検出され、演算が開始される（ステップＳ１２）。ｒが一定値以上のｒ、かつΔθが負側の一定値以上の白丸９３へ被検出体が移動すると、回転運動の演算が開始され、検出点がカウントされる（ステップＳ１４）。次に、被検出体５０が一定値以上のｒと一定値以上のΔθとが検出される白丸９２、９１の順に移動すると、検出点が連続してカウントされる。カウントされた検出点数が一定値以上となることにより、ステップＳ１５とは逆方向の回転運動として検出される（ステップＳ１６）。
【００７３】
ステップＳ１２以降の演算で一定値以上のｒが連続して検出されなかった場合は待機状態へ戻る。また、ステップＳ１３において、Δθが負側の検出点が検出された場合及びステップＳ１４において、Δθが正側の検出点が検出された場合は再度ステップＳ１２から演算を行う。
【００７４】
回転運動の演算処理においては、角度補正処理を行うことにより、演算処理を簡素にすることができる。例えば、被検出体５０がＸ軸上近辺に存在する場合、極座標変換した後のθが０度と３６０度の間で大きく変動し、計算が煩雑となる。このため、ｒが第４閾値以上である場合に、被検出体のＹ軸座標が正側の領域から負側の領域に移動した際にはθに−３６０度を加算し、被検出体のＹ軸座標が負側の領域から正側の領域に移動した際には、θに３６０度を加算することにより回転運動の演算時の計算負荷を低減できる。
【００７５】
また、回転運動の演算処理においては、移動平均フィルタを用いることで、演算処理の精度を向上させることができる。図１０のステートマシーン図のステップＳ１３及びＳ１４では、Δθの正負を連続的に検出し、Δθの正負が反転した次点で演算処理を中止する。このため、一連の回転運動が入力されているのにもかかわらず、ノイズ等の影響で正負が反転したΔθが検出された場合、演算処理が中止される。このため、一定の時定数を有する移動平均フィルタで処理されたＸ軸側フィルタ値小またはＹ軸側フィルタ値小を用いて演算処理することにより、安定して回転運動を検出することができる。
【００７６】
次に図１１(a)、(b)を参照して被検出体５０の近接動作を検出する検出原理を説明する。近接操作の演算処理においては、Ｘ軸側差分値３１とＹ軸側差分値３２との２乗和（以下Ｒとする）を下記の式（３）により算出する。Ｒと予め設定した一定の値とを比較し、一定の値以上のＲが検出されている時間と予め設定した一定の時間とを比較することにより、短時間の接触又は短時間の近接動作か、長時間の接触又は長時間の近接動作か、を判定する。
【００７７】
近接動作の演算処理では、一定値以上のＲが検出されることによりキャリブレーションが停止し、オフセットが更新されることを防いでいる。図１１(a)はタッピング（短時間の接触又は短時間の近接動作）を示したもので、Ｒが図中の一定の値Ｓ７以上検出されている時間が、一定の時間Ｓ８以内のため短時間の近接動作と判定する。図１１(b)は長時間の近接動作を示したもので、一定の値Ｓ７を超えている時間が一定の時間Ｓ８以上であるため、長時間の近接動作と判別される。
Ｒ＝（Ｘ２＋Ｙ２） （３）
【００７８】
図１２に示すステートマシーン図を参照して短時間の接触又は近接動作と長時間の接触又は近接動作の演算処理を説明する。待機状態（ステップＳ２１）から被検出体５０がセンサ部１に接近し、一定値以上のＲを検出すると時間の計測が開始されると共にキャリブレーションが停止する（ステップＳ２２）。Ｒが一定値以上検出されている時間が一定時間以上となった場合は、長時間の接触又は長時間の近接動作として判定する（ステップＳ２３）。一方、Ｒが一定値以上検出されている時間が一定時間以下であった場合はタッピング（短時間の接触又は近接動作）として判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２３及びステップＳ２４で短時間の接触または近接動作か、長時間の接触又は長時間の近接動作か、を判定した後、再び待機状態（ステップＳ２１）に戻り、キャリブレーションが再開される。
【００７９】
図１３に本実施の形態に係るモーション検出装置の応用例を示す。図１３の例は、ディスプレイの背面にセンサ部１を配置した例で、横方向のモーションはＸ軸側センサ部３で検出し、縦方向のモーションＹ軸側センサ部４で検出する。このように構成することにより、例えば、ディスプレイの中央からオペレータが手を任意の区域に動かすことにより、ディスプレイに４種類の異なる画面を立ち上げることができ、更に短時間の近接動作及び長時間の近接動作を組み合わせることにより、入力装置として使用することができる。
【００８０】
本発明は上述した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向及び、Ｙ軸方向に向けて配置された一対の検出電極の一方の出力信号を反転させて差分値を検出するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、モーション検出を利用した各種入力装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ センサ部
２ 制御部
３ Ｘ軸側センサ部
４ Ｙ軸側センサ部
５，８ 駆動電極
６，７，９，１０ 検出電極
１１、１４、１８，１９ 増幅回路
１２、２１ アナログ処理回路
１３、２０ 差動増幅回路
１５ 制御ＩＣ
１６、２２ タイミング回路
２４ インターフェース
３３、３７ 切替回路
３４，３５，３８，３９ 移動平均フィルタ
３６ 演算処理回路
１０６、１０７、１０９、１１０ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出体のモーション検出を行うモーション検出装置及びモーション検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体などの被検出体の動作を検出する装置としては、例えば、モーション検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかるモーション検出装置は、少なくとも一つのカメラを用いて構成される。被検出体のモーションを検出する際には、被検出体が視認できる程度に照度が確保された空間にカメラを設置する。また、装置の使用前には、事前にカメラのキャリブレーションを実施する。人などの被検出体を検出する際には、カメラで被検出体のモーションを撮像する。撮像した映像をＰＣ（パーソナルコンピュータ）に送出し、被検出体の動きを認証することにより被検出体のモーションが検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８７５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のモーション検出装置では、ハードウェアやソフトウェアのコストが高くなると共に、カメラを視認できる位置に設置する必要がある。また、被検出体が視認できる程度の照度とモーションを入力するための空間も必要となり、使用環境が制限されていた。また、装置の使用環境に応じてカメラを使用前にキャリブレーションする必要もあった。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、使用環境に制限が少なく、簡素な構成の静電容量式のモーション検出装置及びモーション検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモーション検出装置は、駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部と、前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する第２センサ部と、前記第１検出電極対の出力信号の差分を第１差分値として検出し、前記第２検出電極対の出力信号の差分を第２差分値として検出する検出回路と、前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから被検出体のモーションを検出するモーション演算手段と、前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから前記第１センサ部および前記第２センサ部のオフセット値を更新する必要性を判定し、必要に応じてオフセット値を更新するオフセット補正手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、略直交に配置された２本の駆動電極とそれぞれの駆動電極の両側に配置される検出電極対との間に形成される静電容量の変化を出力信号として各検出電極対で検出し、各検出電極対の出力信号の差分値を基に被検出体の各種モーションを検出することにより、カメラなどを用いて被検出体を視認する必要がなく、使用環境に制限が少なく、簡素な構成で被検出体の各種モーションを検出することができる。
【０００８】
上記モーション検出装置において、前記被検出体のモーションの検出と前記第１センサ部及び前記第２センサ部のオフセット値の更新の必要性の判定とを同時に並行して行うことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、オフセット値の更新のためのオペレータの操作を伴うことなく、オフセット値の更新とモーション入力操作とを行うことができる。例えば、動作中にオペレータがモーション検出装置を移動したり、モーション検出装置の近傍に静電容量を検出する物を置いたりした場合でも、オペレータが数秒間静止した際などにモーション検出動作を停止することなくオフセットを更新することが可能になる。また、モーション入力前に一定時間静置し、オフセット値を更新した後にモーション入力動作に入るなどの方法によっても必要に応じて随時オフセット値を更新することができる。
【００１０】
上記モーション検出装置において、前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第１差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第１センサ部のオフセット値を更新する必要があると判定することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、Ｘ軸側センサ部のオフセット値を更新する際に、時定数の異なる第１のフィルタ及び第２のフィルタで処理されたＸ軸側差分値を検出してそれぞれ比較することにより、周囲環境の変化によるオフセット値の変化と被検出体の動きによる静電容量の変化とを分離して検出することが可能となり、Ｘ軸側センサ部に形成される静電容量の安定度を確認することができる。また、第１のフィルタで処理されたＸ軸側差分値と第２のフィルタで処理されたＸ軸側差分値との変化の幅を検出し、所定の範囲に入ってから一定時間経過後にオフセット値を更新することにより、オフセット値を自動的に更新することもできる。
【００１２】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値についての正側の第１閾値と前記第１差分値の負側の第２閾値とを予め設定し、前記第１差分値が先に前記第１閾値より大きい値となり、その後に前記第２閾値より小さい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、または前記第１差分値が先に前記第２閾値より小さい値となり、その後に前記第１閾値より大きい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、を判定し、その判定結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第１差分値の正側と負側の連続的な変化を、第１差分値と正側の第１閾値及び負側の第２閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出することができる。また、第１差分値の第１閾値と第２閾値との間への収束を検出することにより、被検出体のモーションの終点を検出することができる。
【００１４】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ１を計測し、または前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ２を計測し、Ｔ１又はＴ２の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第１差分値の正側と負側の連続的な変化を第１差分値と正側の第１閾値及び負側の第２閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出できる。また、Ｔ１及びＴ２と予め設定された時間とを比較することにより、被検出体の一方向の連続移動によって生じる第１差分値の変化を検出対象にすることができるので、それ以外のモーションを移動方向の演算処理から除外することができる。
【００１６】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、被検出体の各検出点での前記第１差分値と前記第２差分値とを極座標変換し、基準点と前記各検出点との間の距離が予め設定した一定値より大きく、かつ連続する前記各検出点間のなす角度が予め設定した一定値より大きい前記各検出点が少なくとも３点連続で検出された際に被検出体の回転運動を検出することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、被検出体の回転運動によって検出される第１差分値及び第２差分値を極座標変換することで、被検出体と基準点との間の空間内での座標を検出することができるので、被検出体の回転運動を検出することができる。また、被検出体の各検出点と基準点との間の距離及び各検出点間のなす角度が一定値以上であるか否かを検出し、検出点をカウントすることにより、被検出体のモーションが回転運動か否かを検出することができる。
【００１８】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より長い場合には、長時間の接触又は長時間の近接動作であると判定することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、被検出体の接触又は近接によって得られる正側または負側の第１差分値及び正側または負側の第２差分値の２乗和をとることにより、他のモーションと独立して演算処理できるので、被検出体の接触または接触動作を検出することができる。また、接触または近接時間と一定時間とを比較することにより、短時間の接触または近接動作か長時間の接触または近接動作かを判定することができる。
【００２０】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第２差分値についての正側の第３閾値と前記第２差分値の負側の第４閾値とを予め設定し、前記第２差分値が先に第３閾値より大きい値となり、その後に第４閾値より小さい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、または前記第２差分値が先に前記第４閾値より小さい値となり、その後に前記第３閾値より大きい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、を判定し、結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第２差分値の正側と負側の連続的な変化を、第２差分値と正側の第３閾値及び負側の第４閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出することができる。また、第２差分値の第３閾値と第４閾値との間への収束を検出することにより、各種モーションの終点を検出することができる。
【００２２】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より短い場合には、短時間の接触又は短時間の近接動作であると判定することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、被検出体の接触又は近接によって得られる正側または負側の第１差分値及び正側または負側の第２差分値の２乗和をとることにより、他のモーショントは独立して演算処理できるので、被検出体の接触または接触動作を検出することができる。また、接触または近接時間と一定時間とを比較することにより、短時間の接触または近接動作か長時間の接触または近接動作かを判定することができる。
【００２４】
上記モーション検出装置において、前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第２差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第２センサ部のオフセット値を前記範囲内に更新することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、Ｙ軸側センサ部のオフセット値を更新する際に、時定数の異なる第１のフィルタと第２のフィルタで処理されたＹ軸側差分値を検出して比較することにより、周囲環境の変化によるオフセット値の変化と被検出体の動きによる静電容量の変化とを分離して検出することが可能となり、Ｙ軸側センサ部に形成される静電容量の安定度を確認することができる。また、第１のフィルタで処理されたＹ軸側差分値と第２のフィルタで処理されたＹ軸側差分値との変化の幅を検出し、所定の範囲に入ってから一定時間経過後にオフセット値を更新することにより、オフセット値を自動的に更新することもできる。
【００２６】
上記モーション検出装置において、前記モーション演算手段は、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ３を計測し、または前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ４を計測し、Ｔ３又はＴ４の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、被検出体の一方向のモーションを検出して生じる第２差分値の正側と負側の変化を、第２差分値と正側の第３閾値と負側の第４閾値との双方と比較することにより、精度よく被検出体のモーションを検出できる。また、Ｔ３及びＴ４と予め設定された時間とを比較することにより、被検出体の一方向の連続移動によって生じる第２差分値の変化のみを検出対象とすることができ、それ以外のモーションを移動方向の演算処理の対象から除外することができる。
【００２８】
本発明のモーション検出方法は、駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部から、前記第１検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第１差分値として検出し、前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する前記第２センサ部から、前記第２検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第２差分値として検出し、前記第１差分値と前記第２差分値とから、前記第１センサ部と前記第２センサ部のオフセット値の変更の必要性の検出と被検出体のモーションの検出とを行うことを特徴とする。
【００２９】
この方法によれば、略直交して配置された２本の駆動電極とそれぞれの駆動電極の両側に配置される検出電極対との間に形成される静電容量の変化を出力信号として各検出電極対で検出し、各検出電極対の出力信号の差分値を基に被検出体の各種モーションを検出することにより、カメラなどを用いて被検出体を視認する必要がなく、使用環境に制限が少なく、簡素な構成で被検出体の各種モーションを検出することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、使用環境に制限が少なく、簡素な構成のモーション検出装置及びモーション検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置の構成を示す図である。
【図２】(a)本発明の実施の形態に係るモーション検出装置のセンサ部の電極配置を示す図、(b)Ｘ軸センサ部の電極配置を示す図、(c)Ｙ軸センサ部の電極配置を示す図、(d)同一平面内に配置したセンサ部の電極配置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置の制御ＩＣ内での演算処理を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置のキャリブレーション時のフィルタ値の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の移動方向を検出する際の原理を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の移動方向を検出する際の差分値の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の移動方向の演算処理を示すステートマシーン図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の回転運動を検出する際の差分値の変化を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の回転運動を検出する際の原理を示す概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での被検出体の回転運動を演算処理する際のステートマシーン図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での短時間の近接動作と長時間の近接動作とを検出する際の原理を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置での短時間の近接動作と長時間の近接動作とを演算処理する際のステートマシーン図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るモーション検出装置の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係るモーション検出装置の構成図である。本実施の形態に係るモーション検出装置は、被検出体のモーションを検出するセンサ部１と、センサ部１からの出力信号を処理する制御部２とを備えて構成される。センサ部１は、被検出体のＸ軸上のモーションを検出するＸ軸側センサ部３と、Ｘ軸と直交する方向である被検出体のＹ軸上のモーションを検出するＹ軸側センサ部４とを備えて構成される。Ｘ軸側センサ部３は、駆動電圧が印加される駆動電極５と、駆動電極５との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される検出電極６及び７とを備えて構成される。Ｙ軸側センサ部４は、Ｘ軸側センサ部３と同様に構成され、駆動電圧が印加される駆動電極８と、駆動電極８との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される検出電極９及び１０とを備えて構成される。
【００３３】
Ｘ軸側センサ部３の一方の検出電極６の出力信号は、増幅回路１１へ入力される。増幅回路１１は、負極端子に検出電極６の出力信号が入力され、正極端子にはアナログ処理回路１２から基準電圧が印加される。増幅回路１１で増幅された出力信号は、正極端子と負極端子とを有する差動増幅回路１３の正極端子へ入力される。他方の検出電極７の出力信号は、増幅回路１４へ入力される。増幅回路１４は負極端子に検出電極７の出力信号が入力され、正極端子にはアナログ処理回路１２から基準電圧が印加される。増幅回路１４で増幅された出力信号は、差動増幅回路１３の負極端子へ入力される。
【００３４】
差動増幅回路１３で増幅されたＸ軸側センサ部３の出力信号は、アナログ処理回路１２でフィルタリング処理及びＡ／Ｄ変換され、制御ＩＣ１５へ入力される。制御ＩＣ１５に入力された出力信号は、検出回路としての制御ＩＣ１５でそれぞれの出力信号の差分値が検出される。尚、出力信号の差分値の検出は、アナログ処理回路１２で行ってもよい。駆動電極５には、制御ＩＣ１５よりタイミング回路１６に指示が与えられ、増幅回路１７によって増幅された駆動電圧が印加される。駆動電圧の印加は、タイミング回路１６によりタイミング制御される。
【００３５】
Ｙ軸側センサ部４の検出電極９及び１０の出力信号は、Ｘ軸側センサ部３の検出電極６及び７と同様に処理され、増幅回路１８、１９、差動増幅回路２０及びアナログ処理回路２１を経て制御ＩＣ１５に入力される。制御ＩＣ１５に入力された出力信号は、検出回路としての制御ＩＣ１５でそれぞれの出力信号の差分値が検出される。尚、Ｘ軸側センサ部３と同様に出力信号の差分値の検出は、アナログ処理回路２１で行ってもよい。駆動電極８には、タイミング回路２２によりタイミング制御された駆動電圧が増幅回路２３を介して印加される。
【００３６】
制御ＩＣ１５では、Ｘ軸側センサ部３によって検出されたＸ軸側の出力信号の差分値とＹ軸側センサ部４で検出されたＹ軸側の出力信号の差分値とを用いて、各Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４のキャリブレーション及び被検出体の各種モーションの演算処理が行われる。演算処理された被検出体の各種モーションに関するデータは、インターフェース２４を通じて外部に送出される。
【００３７】
図２(a)〜(d)は、本実施の形態に係るモーション検出装置の電極配置を示す図である。図２(a)に示すようにセンサ部１は、被検出体のＸ軸上のモーションを検出する駆動電極５、検出電極６及び７と、被検出体のＹ軸上のモーションを検出する駆動電極８、検出電極９及び１０と、から構成される。センサ部１は、絶縁体を挟んで一方の面には、駆動電極５、検出電極６及び７が配置され、他方の面には駆動電極８、検出電極９及び１０が配置される。センサ部１の一方の面の電極群（駆動電極５、検出電極６及び７）と他方の面の電極群（駆動電極８、検出電極９及び１０）とは互いに絶縁して直交して配置される。センサ部１の各電極の長さは、例えば１００ｍｍであり、電極間の間隔は、たとえば６０ｍｍである。
【００３８】
図２(b)は、被検出体のＸ軸上のモーションを検出するＸ軸側センサ部３の電極配置を示す図である。駆動電圧を印加する駆動電極５は、Ｘ軸と直交して配置される。検出電極６、７は、駆動電極５を挟んで両側に駆動電極５との間にそれぞれ静電容量が形成されるように、駆動電極５と平行に配置される。このように配置することで、Ｘ軸センサ部３を一組配置するだけで被検出体のＸ軸方向の数ｍｍ〜数１００ｍｍの動作を検出でき、またセンサ部１のＸ軸側センサ部３が形成された面方向は、検出電極６と検出電極７との間隔の数倍程度まで（数１００ｍｍ程度）離れた被検出体の動作を検出することができる。
【００３９】
図２(c)は、被検出体のＹ軸上のモーションを検出するＹ軸側センサ部４の電極配置を示す図である。駆動電圧を印加する駆動電極８は、Ｙ軸と直交して配置される。検出電極９、１０は、駆動電極８を挟んで両側に駆動電極８との間にそれぞれ静電容量が形成されるように、駆動電極８と平行に配置される。このように配置することで、Ｙ軸側センサ部４を一組配置するだけで被検出体のＹ軸方向の数ｍｍ〜数１００ｍｍの動作を検出でき、またセンサ部１のＹ軸側センサ部４が形成された面方向は、検出電極９と検出電極１０との間隔の数倍程度まで（数１００ｍｍ程度）離れた被検出体の動作を検出することができる。
【００４０】
尚、電極の配置は、図２（ｄ）のようであってもよい。図２（ｄ）は、センサ部１の別の電極配置例を示す図である。本配置例においては、電極１０６、１０７は、Ｘ軸と略直交に配置され、電極１０９、１１０は、Ｙ軸と略直交に配置される。また、全ての電極１０６、１０７、１０９及び１１０が同一面に形成される。各電極１０６、１０７、１０９及び１１０は、検出対象方向に応じて駆動電極または検出電極として切り換えて駆動されることにより４つの電極でＸ軸、Ｙ軸それぞれのセンサ部として動作させる。Ｘ軸上のモーションを検出する際には電極１０９、１１０が駆動電極として、電極１０６、１０７が検出電極として動作する。Ｙ軸上のモーションを検出する際には電極１０６、１０７が駆動電極として、電極１０９、１１０が検出電極として動作する。このように配置することで、４つの電極１０６、１０７、１０９及び１１０を配置するだけで被検出体のＸ、Ｙ軸方向の数ｍｍ〜数１００ｍｍの動作を検出でき、またセンサ部１の電極が形成された面と検出電極１０６及び１０７の間隔の数倍程度まで（例えば電極間距離が６０ｍｍであれば数１００ｍｍ程度まで）離れた被検出体の動作を検出することができる。同様に、センサ部１の電極が形成された面方向は、検出電極１０９と検出電極１１０の間隔の数倍程度まで（例えば電極間距離が６０ｍｍであれば数１００ｍｍ程度まで）離れた被検出体の動作を検出することができる。
【００４１】
図３は、制御ＩＣ１５内でのＸ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２の演算処理の概念図である。Ｘ軸側センサ部３で検出されたＸ軸側差分値３１は、切替えスイッチ３３を介して小さい時定数の移動平均フィルタ３４で処理される差分値（以下、Ｘ軸側フィルタ値小とする）と、相対的に大きい時定数の移動平均フィルタ３５で処理される差分値（以下、Ｘ軸側フィルタ値大とする）と、演算処理回路３６に直接入力されるＸ軸側差分値３１とに分配される。Ｘ軸側フィルタ値小、Ｘ軸側フィルタ値大及びＸ軸側差分値３１は並行して演算処理回路３６に入力される。
【００４２】
Ｙ軸側差分値３２は、Ｘ軸側差分値３１と同様に処理され、切替えスイッチ３７を介して小さい時定数の移動平均フィルタ３８で処理される差分値（以下、Ｙ軸側フィルタ値小とする）と大きい時定数の移動平均フィルタ３９で処理される差分値（以下、Ｙ軸側フィルタ値大とする）と演算処理回路３７に直接入力されるＹ軸側差分値３２とに分配される。Ｙ軸側フィルタ値小、Ｙ軸側フィルタ値大及びＹ軸側差分値３２は並行して演算処理回路３６に入力される。
【００４３】
演算処理回路３６では、Ｘ軸側フィルタ値小及びＸ軸側フィルタ値大を用いるＸ軸側センサ部３のキャリブレーションと、Ｙ軸側フィルタ値小及びＹ軸側フィルタ値大を用いるＹ軸側センサ部４のキャリブレーションとが行われる。また、被検出体の各種モーションの演算処理は、Ｘ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２を用いて行われ、演算の種類によっては、Ｘ軸側フィルタ値小、Ｘ軸側フィルタ値大、Ｙ軸側フィルタ値小及びＹ軸側フィルタ値大を組み合わせて演算処理が行われる。Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４のキャリブレーションと、被検出体の各種モーションの演算処理とは並行して行われる。
【００４４】
本実施の形態に係るモーション検出装置においては、センサ部１のＸ軸側センサ部３のＸ軸側差分値３１及びＹ軸側センサ部４のＹ軸側差分値３２に基準点（以下オフセット値とする）を設定し、このオフセット値を基準として各Ｘ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２の変化を検出することにより、被検出体のモーションを検出する。被検出体のモーション検出は、微小な静電容量の変化を検出するため、例えば、センサ部１の周辺環境が変化した場合、Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４に形成される静電容量がセンサ部１の周辺環境に応じて変化する。Ｘ軸側センサ部３及びＹ軸側センサ部４に形成される静電容量の変化に伴い、Ｘ軸側差分値３１及びＹ軸側差分値３２のオフセット値もセンサ部１の周辺環境に応じて変化する。本実施の形態に係るモーション検出装置では、Ｘ軸側センサ３及びＹ軸側センサ部のキャリブレーションを適時行い、センサ部１の周辺環境に応じたオフセット値に更新する。
【００４５】
図４を参照して演算処理回路３６でのＸ軸側センサ部３のキャリブレーションについて説明する。図４のキャリブレーション開始点Ｐ１は、Ｘ軸側センサ部３のセンサの周辺環境が変化した直後の状態を示している。キャリブレーション開始点Ｐ１では、破線４１に示されるキャリブレーション前のオフセット値が既定されている。開始点Ｐ１からキャリブレーション開始後、Ｘ軸側センサ部３の駆動電極５と検出電極６及び７との間には、Ｘ軸側センサ部３の周辺環境に応じてそれぞれ一定の静電容量値が形成されるように推移する。このため、Ｘ軸側差分値３１も共に現在のＸ軸側センサ部３の周辺環境に応じた一定の値に向かって収束する。
【００４６】
図中の実線の曲線４２に示されるＸ軸側フィルタ値小は、Ｘ軸側差分値３１の変化に対して速い応答速度で変化する。一方、図中の一点鎖線の曲線４３に示されるＸ軸側フィルタ値大は、Ｘ軸側差分値３１の変化に対して遅い応答速度で変化する。Ｘ軸側差分値３１が安定するにつれ、曲線４２と曲線４３との差が小さくなる。キャリブレーションの終点Ｐ２付近では、曲線４２と曲線４３との差がほぼ零となり、Ｘ軸側フィルタ値小の変化量とＸ軸側フィルタ値大の変化量とが共に一定の安定範囲内に収束する。
【００４７】
Ｘ軸側フィルタ値小の変化量と、Ｘ軸側フィルタ値大の変化量とが共に予め定めた許容範囲（以下、安定範囲とする）内に収束してから時間のカウントを開始する。Ｘ軸側フィルタ値小の変化量とＸ軸側フィルタ値大の変化量とが共に安定範囲内に収束している状態でカウントされた時間と、予め定めた所定時間（以下、安定時間とする）と、を比較し、カウントされた時間が安定時間より長くなった場合に、オフセット値をＸ軸フィルタ値小及びＸ軸側フィルタ値大の安定範囲内の破線４４に自動的に更新する。
【００４８】
安定範囲は、任意の値に設定することができる。本実施の形態においては、Ｘ軸側センサ部３に作用するノイズの影響分と、モーション検出時に検出されるＸ軸側差分値３１の大きさとを考量し、Ｘ軸側センサ部３に作用するノイズの影響分に被検出体のモーション検出時に検出される出力信号の差分値の１割を加算して設定する。
【００４９】
安定時間は、ノイズの大きさと測定条件に応じて任意に設定することができる。本実施の形態では、安定時間をキャリブレーションの初回のみ約８０ミリ秒に設定し、キャリブレーションの２回目以降は、センサ部１の周辺環境に応じて約５秒又は約１０秒に設定する。１回目のキャリブレーションの安定時間を８０ミリ秒とすることで、キャリブレーションを迅速に実施することができる。また、キャリブレーションの２回目以降の安定時間を約５秒以上とすることにより、被検出体がモーション検出装置の検出領域内で停止した場合、被検出体の停止時間が約５秒以内であれば、被検出体が検出領域内に停止した状態でオフセットが更新されることを防ぐことができる。また、ノイズの影響の大きい環境下では、２回目以降の安定時間を約１０秒に設定することにより、ノイズによってオフセットが更新されにくくなり、モーション検出を安定して行うことができる。
【００５０】
安定時間の計測は、任意のタイミングで開始することができる。例えば、Ｘ軸側フィルタ値小の振れ幅が上述した安定範囲に収束後、一定時間経過してから計測を開始してもよいし、安定範囲に入った直後に時間の計測をしてもよい。また、Ｘ軸側フィルタ値小とＸ軸側フィルタ値大との差分値を検出し、差分値が一定範囲に入ってから計測を開始してもよい。
【００５１】
キャリブレーションの条件は、移動平均フィルタ３４、３５の時定数を変更することで、任意に調整できる。相対的に小さい時定数を有する移動平均フィルタ３４の時定数をより小さく設定した場合、微小な出力信号の変化に対しても敏感に変化し、キャリブレーションの精度を上げることができる。一方、移動平均フィルタ３４の時定数をより大きく設定した場合、ノイズなどにより瞬時に作用した差分値の変動に左右されず、安定してキャリブレーションを行うことができる。相対的に大きい時定数を有する他方の移動平均フィルタ３５の時定数を大きく設定した場合、出力信号の急峻な変動に対してキャリブレーションがかかりにくくなり、キャリブレーションを確実に行うことができる。本実施の形態では、移動平均フィルタ３４の時定数を約２０ミリ秒、移動平均フィルタ３５の時定数を約１６０ミリ秒に設定する。また、ノイズの大きい環境では、移動平均フィルタ３４の時定数を約４０ミリ毎秒に設定する。
【００５２】
図５(a)〜(d)は、被検出体のＸ軸上のモーション検出原理を示す概念図である。図５(a)は、被検出体がセンサ部１に影響しない状態を示している。センサ部１の一方の面に配置された駆動電極５、検出電極６及び検出電極７は、背面の検出電極９と絶縁して配置される。駆動電極５と検出電極６との間には、電気力線５１及び静電容量Ｃａが形成され、駆動電極５と検出電極７との間には、電気力線５２及び静電容量Ｃｂが形成されていることを示している。
【００５３】
図５(b)は、被検出体５０が駆動電極５と検出電極６との間に接近した状態を示している。この状態では、被検出体６によって電気力線５１の一部が吸収されるため、駆動電極５と検出電極６との間に形成される静電容量Ｃａが低下する。一方、被検出体５０ともう一方の検出電極７との間の距離は大きく、被検出体５０によって吸収される電気力線５２の量は少なく、静電容量Ｃｂはほとんど低下しない。
【００５４】
図５(c)は、被検出体５０が駆動電極５と検出電極７との間に接近した状態を示している。この状態では、被検出体５０によって駆動電極５と検出電極７との間の電気力線５２の一部が吸収されるため静電容量Ｃｂが低下する。一方、被検出体５０ともう一方の検出電極６との間の距離差は大きく、被検出体５０によって吸収される電気力線５１の量は少なく、静電容量Ｃａはほとんど低下しない。
【００５５】
図５(d)は、被検出体５０が駆動電極５の上部に接近した状態で検出電極６と検出電極７との中間付近に存在する状態を示している。この状態では、被検出体５０が電気力線５１及び５２の双方を共に吸収するため、静電容量Ｃａ、Ｃｂは共に低下する。
【００５６】
次に図６(a)、(b)を参照して被検出体５０の一方向のモーションを検出する際のＸ軸側差分値３１の変化について説明する。図６(a)は、被検出体５０が一方向に移動する際のセンサ部１に対する被検出体５０の座標を示している。図中でのＡ点及びＥ点は、被検出体５０が静電容量Ｃａ、Ｃｂに影響を及ぼさない遠方の地点とする。またＢ点は静電容量Ｃａが最も減少する点、Ｃ点は静電容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなる点、Ｄ点は静電容量Ｃｂが最も減少する点とする。また、図中のセンサ１は被検出体５０が電気力線５１及び５２に影響しないＡ点またはＥ点でキャリブレーションしたものとする。
【００５７】
図６(b)は、被検出体５０の各位置に対応する静電容量Ｃａ、ＣｂのＸ軸側差分値３１（Ｃａ−Ｃｂ）の変化を実線の曲線として示している。曲線上の各Ａ点〜Ｅ点は、被検出体５０が図４(a)の各Ａ点〜Ｅ点に位置する時のＸ軸側差分値３１を示している。被検出体５０が基準点となるＡ点からＢ点に向けて移動すると静電容量Ｃａが減少し、Ｘ軸側差分値３１（Ｃａ−Ｃｂ）が負の方向に増大する。静電容量Ｃａが最も減少するＢ点でＸ軸側差分値３１は負側の最大値となる。
【００５８】
被検出体５０がＢ点からＣ点に向けて移動した場合、Ｘ軸側差分値３１は正側に増大し、静電容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなるＣ点でＸ軸側差分値３１が零となる。被検出体５０がＣ点からＤ点に向けて移動すると、静電容量Ｃｂの値がＣａの値より小さくなり、静電容量Ｃｂが最も減少するＤ点でＸ軸側差分値３１は正側の最大値となる。被検出体５０がＤ点からＥ点に向けて移動すると、静電容量Ｃｂが増大してＸ軸側差分値３１は減少し、Ｅ点でＸ軸側差分値３１は零となる。矢印６１の方向の被検出体５０のモーションを検出する場合のＸ軸側差分値３１の正負の変化は上述したように変化するが、矢印６１の逆方向となる矢印６２の方向の被検出体５０のモーションを検出する場合は正負の変化が逆転する。
【００５９】
本実施の形態に係るモーション検出装置においては、Ｘ軸側差分値３１が被検出体５０の一方向のモーションによって、正側の値と負側の値とが交互にあらわれ、被検出体５０の逆方向のモーションでは負側の値と正側の値とが交互にあらわれる。このため、Ｘ軸側差分値３１の正側に閾値Ｓ１（以下、第１閾値とする）を設定し、負側に差分値の閾値Ｓ２（以下、第２閾値とする）を設定することにより、被検出体５０のモーションの方向を検出できる。
【００６０】
本実施の形態に係るモーション検出装置では、被検出体５０のモーションの検出とともに、キャリブレーションも並行して実施する。このため、仮に被検出体５０が矢印６１の方向から進行してＤ点で静止し、被検出体５０がＤ点にいる状態でＸ軸側差分値３１が安定し、Ｘ軸側差分値３１が安定した時間がキャリブレーションの安定時間以上となった場合、被検出体５０がＤ点に存在した状態でキャリブレーションされ、オフセット値が更新される。
【００６１】
本実施の形態では、Ｘ軸側差分値３１が第１閾値以上または第２閾値以下の何れか一方となった時点で時間の計測を開始し、Ｘ軸側差分値３１が第１閾値以上の値と第２閾値以下の値とを交互に取った後、Ｘ軸側差分値３１が第１閾値以下かつ第２閾値以上となるまでの時間を計測する。計測した時間と図中の矢印Ｓ３に示されるように予め設定した一定の時間幅とを比較し、計測した時間が一定の時間幅より短い場合に、被検出体５０の一方向のモーションを検出する。
【００６２】
図７に示すステートマシーン図を参照して本実施の形態に係るモーション検出装置において、被検出体５０が図６(ａ)のＥ点から矢印６２の方向に移動する場合の演算処理の詳細を説明する。
【００６３】
モーション検出装置起動後、キャリブレーションが行われ、待機状態となる（ステップＳ１）。待機状態のモーション検出装置の一方の検出電極７に被検出体５０が接近し、第１閾値以上のＸ軸側差分値３１が検出されることにより、被検出体のモーションの検出が開始されると共に時間の計測が開始される（ステップＳ２）。被検出体５０が同一方向に移動し、検出電極６に接近することにより、Ｘ軸側差分値３１の正負が反転し、第２閾値以下のＸ軸側差分値３１が検出される（ステップＳ３）。更に被検出体５０が同一方向に移動すると、検出電極６から離れ、Ｘ軸側差分値３１は第１閾値以下かつ第２閾値以上となる（ステップＳ４）。ステップＳ２からステップＳ４までに予め定めた一定時間が経過した際には、待機状態に戻る。
【００６４】
図６(ａ)のＡ点から矢印６１の方向に移動する際には、下記のように演算処理される。
待機状態から第２閾値以下のＸ軸側差分値３１が検出された場合もステップＳ２と同様に
待機状態のモーション検出装置の一方の検出電極６に被検出体５０が接近し、第２閾値以下のＸ軸側差分値３１を検出されることにより、被検出体のモーションの検出が開始されると共に時間の計測が開始される（ステップＳ５）。被検出体５０が同一方向に移動し、検出電極７に接近することにより、Ｘ軸側差分値３１の正負が反転し、第１閾値以上のＸ軸側差分値３１が検出される（ステップＳ６）。更に被検出体５０が同一方向に移動すると、検出電極７から離れ、Ｘ軸側差分値３１は第１閾値以下かつ第２閾値以上となる（ステップＳ７）。ステップＳ２からステップＳ４までに予め定めた一定時間が経過した際には、待機状態に戻る。
【００６５】
以上、Ｘ軸センサ部３のキャリブレーションと、被検出体５０のＸ軸上の一方向の検出原理及び演算処理について説明した。Ｙ軸センサ部４のキャリブレーションと、被検出体５０のＹ軸上のモーション検出原理及び演算処理は、Ｙ軸センサ部４で検出されたＹ軸側差分値３２を用いることによりＸ軸側センサ部３と同様に行われる。また、Ｙ軸上のモーション検出及び演算処理には、Ｙ軸側差分値３２の正側に閾値（第３閾値）を設定し、負側に閾値（第４閾値）を設定することによりＸ軸上と同様の処理で行われる。
【００６６】
次に本実施の形態に係るモーション検出装置の回転運動の検出原理を説明する。図８(a)、(b)は被検出体５０の回転運動の検出原理を示している。図８(a)は、基準点Ｏを中心に、図示されない被検出体５０がＨ点〜Ｋ点の順に回転運動する移動順序を示している。図８(b)の実線の曲線は、図８(a)の各Ｈ〜Ｋ点におけるＸ軸側差分値３１を示し、図８(b)の一点鎖線の曲線は、図８(a)の各Ｈ〜Ｋ点におけるＹ軸側差分値３２を示している。
【００６７】
基準点ＯからＨ点に被検出体５０が移動することにより、Ｘ軸側センサ部３においては、被検出体５０が駆動電極５と検出電極６との間が最も検出電極６側に接近するため、Ｘ軸側差分値３１は負側の最大値Ｈｘ点をとる。一方、Ｙ軸側センサ部４においては、被検出体５０が駆動電極１５の直上に位置するため、Ｙ軸側差分値３２は零に近い値Ｈｙ点をとる。被検出体５０が回転運動してI点まで移動する際には、Ｘ軸側センサ部３においては、被検出体５０が駆動電極５の直上点に位置するため、Ｘ軸側差分値３１は零に近い値Ｉｘ点をとる。一方、Ｙ軸側センサ部４においては、被検出体５０が駆動電極８と検出電極９との間が最も検出電極９側に接近するため、Ｙ軸側差分値３２は、負側の最大値Ｉｙ点をとる。
【００６８】
Ｊ点からＫ点にかけても同様の原理で、Ｘ軸側差分値３１はＪ点で正側の最大値Ｊｘ点となり、Ｋ点で零に近い値Ｋｘ点となる。一方、Ｙ軸側差分値３２はＪ点で零に近い値Ｊｙ点となり、Ｋ点で正側の最大値Ｋｙ点となる。以上のように検出されたＸ軸側差分値３１とＹ軸側差分値３２とを下記の式（１）及び（２）に従って極座標変換し、極座標変換した座標を検出点としてカウントすることにより回転運動を検出する。
ｒ＝（Ｘ２＋Ｙ２）１/２ （１）
θ＝arctan（Ｙ/Ｘ） （２）
【００６９】
図９は、極座標変換されたｒ及びθを用いた回転運動の検出原理の概念図である。図中の白丸は、被検出体５０の回転運動を極座標変換した検出点を示し、矢印は極座標におけるｒの大きさを示している。本実施の形態に係るモーション検出装置は、ｒの大きさに一定の値Ｓ４、Δθの大きさに一定の値Ｓ５を設け、ｒがＳ４以下となる検出点と、ΔθがＳ５以下となる検出点とを回転運動の演算から除外する。また、図中の破線の矢印のように被検出体５０が回転運動をした際には、白丸９１〜９４の順に検出点が描かれる。回転運動の検出には少なくとも３点の検出点が必要であることから、検出点数に対して一定の値を設け、一定の値以上の検出点数をカウントすることによって回転運動を検出する。
【００７０】
次に図１０に示すステートマシーン図を参照して本実施の形態に係るモーション検出装置において、被検出体５０が図９の白丸９１、９２、９３、９４の順に回転運動する際の演算処理の詳細を説明する。
【００７１】
待機状態（ステップＳ１１）から被検出体５０が白丸９１に移動することにより、一定の値以上のｒが検出され、演算が開始される（ステップＳ１２）。ｒが一定値以上、かつΔθが正側の一定値以上の白丸９２へ被検出体５０が移動すると、回転運動の演算が開始され、検出点がカウントされる（ステップＳ１３）。次に、被検出体５０が一定値以上のｒと一定値以上のΔθとが検出される白丸９３、９４の順に移動すると、検出点が連続してカウントされる。検出点数が一定値以上となることにより、一方向の回転運動として検出される（ステップＳ１５）。
【００７２】
被検出体５０が図９の白丸９４、９３、９２、９１の順に回転運動する際の演算処理は以下のようになる。待機状態（ステップＳ１１）から被検出体が白丸９４に移動することにより、一定値以上のｒのプロット点が検出され、演算が開始される（ステップＳ１２）。ｒが一定値以上のｒ、かつΔθが負側の一定値以上の白丸９３へ被検出体が移動すると、回転運動の演算が開始され、検出点がカウントされる（ステップＳ１４）。次に、被検出体５０が一定値以上のｒと一定値以上のΔθとが検出される白丸９２、９１の順に移動すると、検出点が連続してカウントされる。カウントされた検出点数が一定値以上となることにより、ステップＳ１５とは逆方向の回転運動として検出される（ステップＳ１６）。
【００７３】
ステップＳ１２以降の演算で一定値以上のｒが連続して検出されなかった場合は待機状態へ戻る。また、ステップＳ１３において、Δθが負側の検出点が検出された場合及びステップＳ１４において、Δθが正側の検出点が検出された場合は再度ステップＳ１２から演算を行う。
【００７４】
回転運動の演算処理においては、角度補正処理を行うことにより、演算処理を簡素にすることができる。例えば、被検出体５０がＸ軸上近辺に存在する場合、極座標変換した後のθが０度と３６０度の間で大きく変動し、計算が煩雑となる。このため、ｒが第４閾値以上である場合に、被検出体のＹ軸座標が正側の領域から負側の領域に移動した際にはθに−３６０度を加算し、被検出体のＹ軸座標が負側の領域から正側の領域に移動した際には、θに３６０度を加算することにより回転運動の演算時の計算負荷を低減できる。
【００７５】
また、回転運動の演算処理においては、移動平均フィルタを用いることで、演算処理の精度を向上させることができる。図１０のステートマシーン図のステップＳ１３及びＳ１４では、Δθの正負を連続的に検出し、Δθの正負が反転した次点で演算処理を中止する。このため、一連の回転運動が入力されているのにもかかわらず、ノイズ等の影響で正負が反転したΔθが検出された場合、演算処理が中止される。このため、一定の時定数を有する移動平均フィルタで処理されたＸ軸側フィルタ値小またはＹ軸側フィルタ値小を用いて演算処理することにより、安定して回転運動を検出することができる。
【００７６】
次に図１１(a)、(b)を参照して被検出体５０の近接動作を検出する検出原理を説明する。近接操作の演算処理においては、Ｘ軸側差分値３１とＹ軸側差分値３２との２乗和（以下Ｒとする）を下記の式（３）により算出する。Ｒと予め設定した一定の値とを比較し、一定の値以上のＲが検出されている時間と予め設定した一定の時間とを比較することにより、短時間の接触又は短時間の近接動作か、長時間の接触又は長時間の近接動作か、を判定する。
【００７７】
近接動作の演算処理では、一定値以上のＲが検出されることによりキャリブレーションが停止し、オフセットが更新されることを防いでいる。図１１(a)はタッピング（短時間の接触又は短時間の近接動作）を示したもので、Ｒが図中の一定の値Ｓ７以上検出されている時間が、一定の時間Ｓ８以内のため短時間の近接動作と判定する。図１１(b)は長時間の近接動作を示したもので、一定の値Ｓ７を超えている時間が一定の時間Ｓ８以上であるため、長時間の近接動作と判別される。
Ｒ＝（Ｘ２＋Ｙ２） （３）
【００７８】
図１２に示すステートマシーン図を参照して短時間の接触又は近接動作と長時間の接触又は近接動作の演算処理を説明する。待機状態（ステップＳ２１）から被検出体５０がセンサ部１に接近し、一定値以上のＲを検出すると時間の計測が開始されると共にキャリブレーションが停止する（ステップＳ２２）。Ｒが一定値以上検出されている時間が一定時間以上となった場合は、長時間の接触又は長時間の近接動作として判定する（ステップＳ２３）。一方、Ｒが一定値以上検出されている時間が一定時間以下であった場合はタッピング（短時間の接触又は近接動作）として判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２３及びステップＳ２４で短時間の接触または近接動作か、長時間の接触又は長時間の近接動作か、を判定した後、再び待機状態（ステップＳ２１）に戻り、キャリブレーションが再開される。
【００７９】
図１３に本実施の形態に係るモーション検出装置の応用例を示す。図１３の例は、ディスプレイの背面にセンサ部１を配置した例で、横方向のモーションはＸ軸側センサ部３で検出し、縦方向のモーションＹ軸側センサ部４で検出する。このように構成することにより、例えば、ディスプレイの中央からオペレータが手を任意の区域に動かすことにより、ディスプレイに４種類の異なる画面を立ち上げることができ、更に短時間の近接動作及び長時間の近接動作を組み合わせることにより、入力装置として使用することができる。
【００８０】
本発明は上述した実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸方向及び、Ｙ軸方向に向けて配置された一対の検出電極の一方の出力信号を反転させて差分値を検出するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、モーション検出を利用した各種入力装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ センサ部
２ 制御部
３ Ｘ軸側センサ部
４ Ｙ軸側センサ部
５，８ 駆動電極
６，７，９，１０ 検出電極
１１、１４、１８，１９ 増幅回路
１２、２１ アナログ処理回路
１３、２０ 差動増幅回路
１５ 制御ＩＣ
１６、２２ タイミング回路
２４ インターフェース
３３、３７ 切替回路
３４，３５，３８，３９ 移動平均フィルタ
３６ 演算処理回路
１０６、１０７、１０９、１１０ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部と、
前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する第２センサ部と、
前記第１検出電極対の出力信号の差分を第１差分値として検出し、前記第２検出電極対の出力信号の差分を第２差分値として検出する検出回路と、
前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから被検出体のモーションを検出するモーション演算手段と、
前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから前記第１センサ部および前記第２センサ部のオフセット値を更新する必要性を判定し、必要に応じてオフセット値を更新するオフセット補正手段と、を具備することを特徴とするモーション検出装置。
【請求項２】
前記被検出体のモーションの検出と前記第１センサ部及び前記第２センサ部のオフセット値の更新の必要性の判定とを同時に並行して行うことを特徴とする請求項１記載のモーション検出装置。
【請求項３】
前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第１差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第１センサ部のオフセット値を更新する必要があると判定することを特徴とする請求項２記載のモーション検出装置。
【請求項４】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値についての正側の第１閾値と前記第１差分値の負側の第２閾値とを予め設定し、前記第１差分値が先に前記第１閾値より大きい値となり、その後に前記第２閾値より小さい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、または前記第１差分値が先に前記第２閾値より小さい値となり、その後に前記第１閾値より大きい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、を判定し、その判定結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする請求項３記載のモーション検出装置。
【請求項５】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ１を計測し、または前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ２を計測し、Ｔ１又はＴ２の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする請求項４記載のモーション検出装置。
【請求項６】
前記モーション演算手段は、被検出体の各検出点での前記第１差分値と前記第２差分値とを極座標変換し、基準点と前記各検出点との間の距離が予め設定した一定値より大きく、かつ連続する前記各検出点間のなす角度が予め設定した一定値より大きい前記各検出点が少なくとも３点連続で検出された際に被検出体の回転運動を検出することを特徴とする請求項５記載のモーション検出装置。
【請求項７】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より長い場合には、長時間の接触又は長時間の近接動作であると判定することを特徴とする請求項６記載のモーション検出装置。
【請求項８】
前記モーション演算手段は、前記第２差分値についての正側の第３閾値と前記第２差分値の負側の第４閾値とを予め設定し、前記第２差分値が先に第３閾値より大きい値となり、その後に第４閾値より小さい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、または前記第２差分値が先に前記第４閾値より小さい値となり、その後に前記第３閾値より大きい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、を判定し、結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項９】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より短い場合には、短時間の接触又は短時間の近接動作であると判定することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項１０】
前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第２差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第２センサ部のオフセット値を前記範囲内に更新することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項１１】
前記モーション演算手段は、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ３を計測し、または前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ４を計測し、Ｔ３又はＴ４の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項１２】
駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部から、前記第１検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第１差分値として検出し、前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する前記第２センサ部から、前記第２検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第２差分値として検出し、前記第１差分値と前記第２差分値とから、前記第１センサ部と前記第２センサ部のオフセット値の変更の必要性の検出と被検出体のモーションの検出とを行うことを特徴とするモーション検出方法。
【請求項１】
駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部と、
前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する第２センサ部と、
前記第１検出電極対の出力信号の差分を第１差分値として検出し、前記第２検出電極対の出力信号の差分を第２差分値として検出する検出回路と、
前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから被検出体のモーションを検出するモーション演算手段と、
前記検出回路で検出された前記第１差分値と前記第２差分値とから前記第１センサ部および前記第２センサ部のオフセット値を更新する必要性を判定し、必要に応じてオフセット値を更新するオフセット補正手段と、を具備することを特徴とするモーション検出装置。
【請求項２】
前記被検出体のモーションの検出と前記第１センサ部及び前記第２センサ部のオフセット値の更新の必要性の判定とを同時に並行して行うことを特徴とする請求項１記載のモーション検出装置。
【請求項３】
前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第１差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第１差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第１差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第１センサ部のオフセット値を更新する必要があると判定することを特徴とする請求項２記載のモーション検出装置。
【請求項４】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値についての正側の第１閾値と前記第１差分値の負側の第２閾値とを予め設定し、前記第１差分値が先に前記第１閾値より大きい値となり、その後に前記第２閾値より小さい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、または前記第１差分値が先に前記第２閾値より小さい値となり、その後に前記第１閾値より大きい値となった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間に収束したか、を判定し、その判定結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする請求項３記載のモーション検出装置。
【請求項５】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ１を計測し、または前記第１差分値が前記第２閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第１差分値が前記第１閾値より大きくなった後、前記第１差分値が前記第１閾値と前記第２閾値との間の値になるまでの時間Ｔ２を計測し、Ｔ１又はＴ２の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする請求項４記載のモーション検出装置。
【請求項６】
前記モーション演算手段は、被検出体の各検出点での前記第１差分値と前記第２差分値とを極座標変換し、基準点と前記各検出点との間の距離が予め設定した一定値より大きく、かつ連続する前記各検出点間のなす角度が予め設定した一定値より大きい前記各検出点が少なくとも３点連続で検出された際に被検出体の回転運動を検出することを特徴とする請求項５記載のモーション検出装置。
【請求項７】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より長い場合には、長時間の接触又は長時間の近接動作であると判定することを特徴とする請求項６記載のモーション検出装置。
【請求項８】
前記モーション演算手段は、前記第２差分値についての正側の第３閾値と前記第２差分値の負側の第４閾値とを予め設定し、前記第２差分値が先に第３閾値より大きい値となり、その後に第４閾値より小さい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、または前記第２差分値が先に前記第４閾値より小さい値となり、その後に前記第３閾値より大きい値となった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間に収束したか、を判定し、結果に基づいて被検出体の移動方向を特定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項９】
前記モーション演算手段は、前記第１差分値と前記第２差分値との２乗和を算出し、前記２乗和が予め定めた一定値より大きい場合には、時間の計測を開始し、前記２乗和が前記一定値以下となるまでの時間が予め定めた一定時間より短い場合には、短時間の接触又は短時間の近接動作であると判定することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項１０】
前記オフセット補正手段は、小さい時定数の第１のフィルタと相対的に大きい時定数の第２のフィルタとを用いて前記第２差分値を処理し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値の処理値との差が予め設定した範囲に入ってから時間の計測を開始し、前記第１のフィルタを通して処理した前記第２差分値と前記第２のフィルタを通して処理した前記第２差分値とが前記範囲に入ってからの経過時間が予め設定した時間以上となった場合に前記第２センサ部のオフセット値を前記範囲内に更新することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項１１】
前記モーション演算手段は、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ３を計測し、または前記第２差分値が前記第４閾値より小さくなった時点で計測を開始し、前記第２差分値が前記第３閾値より大きくなった後、前記第２差分値が前記第３閾値と前記第４閾値との間の値になるまでの時間Ｔ４を計測し、Ｔ３又はＴ４の何れかが予め設定された時間以内であった場合には、被検出体の移動及び移動方向を特定することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のモーション検出装置。
【請求項１２】
駆動電圧を印加する第１駆動電極と前記第１駆動電極の両側に前記第１駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第１検出電極対とを有する第１センサ部から、前記第１検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第１差分値として検出し、前記第１駆動電極と略直交して配置される第２駆動電極と前記第２駆動電極の両側に前記第２駆動電極との間にそれぞれ静電容量を形成するように配置される第２検出電極対とを有する前記第２センサ部から、前記第２検出電極対の出力信号を取り込んでその差分を第２差分値として検出し、前記第１差分値と前記第２差分値とから、前記第１センサ部と前記第２センサ部のオフセット値の変更の必要性の検出と被検出体のモーションの検出とを行うことを特徴とするモーション検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１６４５３３（Ｐ２０１０−１６４５３３Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９１５４（Ｐ２００９−９１５４）
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１９日（２００９．１．１９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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