操作入力装置

【課題】静電容量センサを採用した操作入力装置であって、誤検出が少なく万人が確実性高く操作可能な優れた操作性を備えた操作入力装置を提供すること。
【解決手段】内周面５２に囲まれた凹み部５０の底部５１に配設された第１電極３１と、第１電極３１の周囲に配設された第２電極３２と、の間の静電容量の変化を検出する静電容量センサ３を含む操作スイッチ５を備えたリモコン１において、第２電極３２は、少なくとも凹み部５０の内周面５２に沿って配設された部分を有し、第１電極３１は、凹み部５０に面する表面積が第２電極３２よりも小さく形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象機器を動作させるための操作を入力する操作入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対象機器に対する各種の操作を入力するための操作入力装置として、人体を検出可能な静電容量センサを採用した装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。静電容量センサによれば、電位差が設けられた一対の電極間の静電容量の変化に応じて人体を検出可能である。
【０００３】
このような静電容量センサを採用した操作入力装置であれば、操作面に対するタッチ操作はもちろん、操作面へのタッチを必要としない非接触操作の検出も可能である。一般に、静電容量センサにおいては、電極間に形成される電界の電束密度が高密度であるほど、人体が近づいたときの静電容量の変化が大きくなり高感度になる傾向がある。
【０００４】
しかしながら、前記従来の静電容量センサを採用した操作入力装置では、次のような問題がある。すなわち、老若男女、多様な操作者が確実性高く操作できる操作入力装置を実現するためには、操作位置のばらつき等をある程度吸収できるように検出領域を広く形成する必要がある一方、検出領域を広く形成すると誤検出が誘発され易くなり、操作者が意図しない対象機器の誤作動が発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２９１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、静電容量センサを採用した操作入力装置であって、誤検出が少なく万人が確実性高く操作可能な優れた操作性を備えた操作入力装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、操作を検出する静電容量センサを備えた操作スイッチを含む操作入力装置であって、
前記静電容量センサは、操作面から窪むように設けられた凹み部の底部に配設された第１電極と、
少なくとも前記凹み部の内周面に沿って配設された部分を含むように前記第１電極の周囲に配設された第２電極と、を有し、
前記第１電極の前記凹み部に面する表面積が、前記操作面及び前記凹み部に面する前記第２電極の表面積よりも小さい操作入力装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の操作入力装置では、前記第１電極の方が前記第２電極よりも表面積が小さく設定されている。そのため、前記第１電極と前記第２電極との間（以下、適宜、電極間という。）では、大面積の前記第２電極から小面積の前記第１電極に向かって次第に電束が収束していくような電界が形成され、前記第１電極周辺の電束密度が高密度になっている。さらに、周辺の電束密度が高くなる前記第１電極は、前記凹み部の底部に奥まって配設されている。それ故、前記操作入力装置では、電束密度が高く高感度な検出領域が前記凹み部の内部を中心として形成されることになる。
【０００９】
前記操作面から窪むように設けられた凹み部であれば、操作する側の意図しない動作により手や指先等が入り込むおそれが少ない。それ故、前記凹み部の内部を中心に形成された検出領域においては、上記のような動作が誤って検出されるおそれが少なくなっている。一方、操作する側からすれば、窪んだ前記凹み部が操作する際の目標となり得る。操作の目標があれば、操作する側の操作位置のばらつきを低減でき、操作する指先等を前記凹み部に向けて確実性高く誘導できる。
【００１０】
このように、本発明の操作入力装置は、前記凹み部に向けて操作を確実性高く誘導できると共に、該凹み部に向けて行われた操作を確実性高く検出できる優れた操作入力装置である。
【００１１】
本発明における静電容量センサの検出対象としては、例えば、指先や手の平や拳や頭や足先などの人体がある。
また、本発明の操作入力装置における凹み部は、底部に対向して位置する開口部を介してのみ外部に連通し、全周に渡って内周面に取り囲まれた完全な凹み部であっても良いが、内周面の一部が欠落した不完全な凹み部であっても良い。また、深さ方向に直交する断面形状は、どのような断面形状（開口部では開口形状）であっても良い。丸形状であっても矩形状であっても三角形状であっても良い。さらに、深さ方向に次第に窄まる錐形状であっても良く、深さによらず略一定の断面形状を呈する筒状であっても良い。開口部の大きさとしては、操作する指先等、被検出対象を収容できる程度の大きさであることが好ましく、さらに好ましくは、被検出対象よりもひと回り大きい程度で大き過ぎないサイズが好ましい。例えば、指先の大きさに適当なサイズで指を差し入れたくなるような凹み部であれば、操作する指先の位置的なばらつきを一層低減できる。
【００１２】
また、上記のごとく全周に渡って内周面に取り囲まれた凹み部の場合、前記凹み部の周囲を隙間無く全周に渡って取り囲むように前記第２電極を配設しても良く、周方向において飛び飛びに配置された前記第２電極を配設しても良い。さらに、前記内周面において、深さ方向の全域に渡って前記第２電極を配設することも良いが、前記第２電極の配設範囲を深さ方向の一部に制限することも良い。さらに、前記第２電極としては、前記凹み部の内周面に沿う部分のみによって形成された電極であっても良い。なお、この場合、前記操作面に面する表面積はほぼゼロになる。
【００１３】
また、前記操作スイッチを複数備えており、
少なくとも何れか２つの操作スイッチの間で前記第２電極の一部が共有されているか、あるいは少なくとも何れか２つの操作スイッチに対応する前記第２電極が一体的に形成されていることが好ましい（請求項２）。
【００１４】
前記操作スイッチを複数備えた操作入力装置では、操作スイッチ間の干渉を回避する必要がある。したがって、操作を確実性高く検出できるという本発明の作用効果が一層有効となる。さらに、上記のように２つの操作スイッチの間で前記第２電極の一部を共有したり、一体的に形成すれば、複数の操作スイッチの配置効率を向上でき、操作スイッチのサイズを十分に確保しつつ装置全体の小型化を実現できる。
【００１５】
また、前記凹み部の底部から浮き上がって目視される操作マークを立体的に表示する立体表示手段を備えていることが好ましい（請求項３）。
前記凹み部の底部から浮き上がって目視される操作マークは、上記のごとく凹み部の内部を中心として形成された検出領域を指し示すのに好適である。さらに、前記操作マークを表示すれば、操作する際の目標が一層明確になり操作する側の位置的なばらつきを一層低減できる。なお、前記凹み部の開口部に略一致して前記操作マークを立体表示することも良い。この場合には、操作面にタッチするのと同様の操作感を非接触で実現できるようになる。特に、トイレや台所や洗面台などタッチ操作が敬遠されるような環境に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１における、リモコンを示す斜視図。
【図２】実施例１における、操作スイッチの断面構造を示す断面図（図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図。）。
【図３】実施例１における、リモコンのシステム構成を示すブロック図。
【図４】実施例１における、操作スイッチの検出領域を説明する説明図。
【図５】実施例１における、電極の配設構造を示す説明図。
【図６】実施例１における、その他の電極構造を示す説明図。
【図７】実施例１における、その他の電極構造を示す説明図。
【図８】実施例２における、操作スイッチの断面構造を示す断面図（図１におけるＡ−Ａ線矢視断面に相当する断面図。）。
【図９】実施例２における、リモコンを示す斜視図。
【図１０】実施例３における、リモコンを示す斜視図。
【図１１】実施例３における、その他の電極構造を示す説明図。
【図１２】実施例３における、その他の操作スイッチを示す斜視図。
【図１３】実施例４における、リモコンを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、操作検出用のセンサとして静電容量センサ３を採用したリモコン１に関する例である。内容について、図１〜図７を用いて説明する。
本例のリモコン１は、図示しないシャワー機能付きの便器を操作するための操作入力装置である。このリモコン１は、例えば、トイレルームの壁等、便座に着座する使用者が操作し易い位置に設置される。
【００１８】
浅底箱状を呈するリモコン１のおもて面に当たる操作面１０には、図１及び図２のごとく、臀部シャワーのスタートスイッチ５Ｂや停止スイッチ５Ａなど６個の操作スイッチ５Ａ〜Ｆが配置されている。それぞれの操作スイッチ５Ａ〜Ｆは、操作面１０に設けられた凹み部５０を利用して形成されている。凹み部５０は、直径約２５ｍｍの開口部５５を介して操作面１０に開口すると共に、底部５１に向かって次第に内径が小さくなる末窄まりの内部形状を有している。底部５１には、直径約１５ｍｍの底面が形成されている。
【００１９】
各操作スイッチ５Ａ〜Ｆは、第１電極３１と第２電極３２との間（以下、適宜、電極間と記載する。）の静電容量の変化を検出する静電容量センサ３を含んで構成されている。
第１電極３１は、凹み部５０の底部５１の略中央に配置されている。凹み部５０に面する第１電極３１の表面形状は、直径１〜５ｍｍの円形状である。第２電極３２は、凹み部５０を全周に渡って取り囲むように配設されている。この第２電極３２は、底部５１に向かって次第に窄まる錐形状部３２１と、その後端から外周側に延設されたつば状（フランジ状）の縁部３２２と、を組み合わせた立体形状を有している。第２電極３２における錐形状部３２１が凹み部５０の内周面５２に沿って配設され、つば状の縁部３２２が操作面１０に沿って配設されている。
【００２０】
リモコン１の内部には、図１及び図３のごとく、各操作スイッチ５Ａ〜Ｆ及び赤外線送信器３８が電気的に接続された制御基板２が収容されている。制御基板２には、各操作スイッチ５Ａ〜Ｆに対する操作を検出する検出部２１、赤外線送信器３８を制御する制御部２２が配設されている。
【００２１】
検出部２１は、各操作スイッチ５Ａ〜Ｆの静電容量センサ３の電極間の静電容量の変化に基づき、操作の有無を検出する。検出部２１は、凹み部５０に差し入れられた指先等に起因した静電容量の変化を検出し、これにより操作の有無を判断する。このとき、静電容量の変化を検出する際の閾値に応じて検出領域の形成範囲が決定され、閾値が小さいほど検出領域が広範囲となり、閾値が大きいほど検出領域が狭い範囲となる。
【００２２】
制御部２２は、検出部２１により操作が検出された操作スイッチ５に対応する赤外線信号を出力させるように赤外線送信機３８を制御する。例えば、臀部シャワーのスタートスイッチ５Ｂが操作された場合であれば、臀部シャワーのスタート信号が赤外線送信器３８から出力される。
【００２３】
以上のような構成の本例のリモコン１では、各操作スイッチ５Ａ〜Ｆの第１電極３１が正電位に保持され、第２電極３２が基準電位であるゼロボルトに保持されている。上記のごとく、本例では、第２電極３２が凹み部５０の内周面５２から外周に渡って配設されている一方、第１電極３１は、凹み部５０の底部５１に配設されている。このように配設された電極間の電界では、図４のごとく、第１電極３１に向けて収束するように電束が形成されている。これにより、各操作スイッチ５Ａ〜Ｅでは、凹み部５０の底部５１周辺に電束密度の高い領域が形成されることになる。さらに、本例の静電容量センサ３では、第１電極３１の凹み部５０に面する表面積が、第２電極３２の凹み部５０及び操作面１０に面する表面積に比べて格段に小さくなっている。そのため、第１電極３１周辺で電束がさらに集約されて一層、高密度になっている。
【００２４】
加えて、本例の静電容量センサ３では、第１電極３１が凹み部５０の底部５１に奥まって配置されている。そのため、第１電極３１周辺の電束の拡がり度合いが抑制されて平行に近くなり、電束密度の高密度領域が底部５１の垂直方向、すなわち凹み部５０の深さ方向に沿って長細く形成されることになる。これにより、本例の各操作スイッチ５Ａ〜Ｅでは、図４中のハッチング領域で示すごとく、底部５１から開口部５５に向けて立設されるような長細く横方向の拡がりを抑えたシャープな検出領域３１０が形成される。
【００２５】
本例のリモコン１の操作スイッチ５Ａ〜Ｅの横方向の拡がりを抑えた検出領域３１０によれば、隣り合う他の操作スイッチ５が操作される際に起こり得る、例えば、操作の指とは異なる指を検出してしまったり等の誤検出を未然に抑制できる。また、操作面１０から窪んだ凹み部５０であれば、操作する側の意図しない動作により手や指先等が入り込むおそれも少ない。
一方、操作する側にとっては、凹み部５０が操作する際の目標となり得る。操作の目標があれば、操作位置のばらつきを低減でき、凹み部５０に向けて操作の指先等を位置精度高く確実に誘導できる。
【００２６】
このように本例のリモコン１は、操作スイッチ５の凹み部５０に向けて操作を確実性高く誘導できると共に、その操作を確実性高く検出できる優れた特性の操作入力装置である。
なお、本例では、図５（ａ）のごとく第１電極３１の周囲に全周に渡って第２電極３２を配設したが、これに代えて、同図（ｂ）のごとく第１電極３１を取り囲むように飛び飛びに離散的に第２電極３２を配設したり、同図（ｃ）のごとく第１電極３１を挟み込むように第２電極３２を対向して配設することも良い。なお、同図では、凹み部５０の図示を省略してある。
【００２７】
また、本例の第２電極３２に代えて、図６（ａ）のごとく、つば状の縁部３２２（図２参照）を省いた第２電極３２を採用することもできる。さらに、本例では、凹み部５０の内周面５２において、深さ方向の全域に渡って第２電極３２を配設したが、これに代えて、同図（ｂ）のごとく、第２電極３２の配設範囲を内周面５２の深さ方向の一部に制限しても良い。さらに、本例の凹み部５０に代えて、同図（ｃ）のごとく、一定の円形断面を有する凹み部５０を採用することも良い。この場合には、円筒形状の第２電極３２を採用することができる。
【００２８】
さらに、図７に示すごとく、隣り合う操作スイッチ５を近づけて配置すると共に、各操作スイッチ５の第２電極３２を一体的に形成することも良い。図７（ａ）は、つば状の縁部３２２を介して第２電極３２を連結した例である。図７（ｂ）及び（ｃ）は、図６（ａ）あるいは（ｃ）の操作スイッチ５を近づけて配置すると共に、隣り合う操作スイッチ５の第２電極３２を外接させて一体化した例である。
【００２９】
なお、本例は、シャワー機能付きの便器を操作するためのリモコン１に関する例であるが、操作対象としては、給湯装置や、空調設備や、給水装置等であっても良い。さらに、本例の操作入力装置を操作対象の機器に組み込むことも可能である。
また、本例の操作入力装置は、６個の操作スイッチ５Ａ〜Ｆを含むリモコン１であるが、操作スイッチを１個だけ備えた操作入力装置であっても良い。さらに、操作スイッチが１個だけの操作入力装置を水栓等の操作対象に組み込むことも良い。水栓の吐止水スイッチや、流量や温度等を調整するスイッチとして利用可能である。このような操作入力装置を水栓等に組み込む個数は、１個であっても複数であっても良い。必要な数の操作スイッチが予め配設された操作入力装置をユニットとして水栓等に組み込むことも可能である。
【００３０】
（実施例２）
本例は、実施例１に基づいて、凹み部５０の底部５１から立体的に浮き上がって目視される操作マーク４００を表示するレンチキュラーシート（立体表示手段）４を追加した例である。この内容について、図８及び図９を参照して説明する。
本例のレンチキュラーシート４は、図８に示すごとく、凹み部５０の底部５１に配設されている。第１電極３１は、レンチキュラーシート４の裏面側に配設されている。
【００３１】
レンチキュラーシート４は、立体的に浮き上がって目視される虚像を観者に提示するシート状部材である。レンチキュラーシート４は、レンチキュラーレンズ４１と、３Ｄ画像シート４２と、の２層構造を有している。３Ｄ画像シート４２は、操作マーク４００の元絵の３Ｄ画像が透明シートの表面に印刷された画像シートである。３Ｄ画像シート４２では、左目用の像が印刷された短冊状の左像エリア４２１と、右目用の像が印刷された短冊状の右像エリア４２２と、が交互に配置されている。
【００３２】
レンチキュラーレンズ４１は、１組の左像エリア４２１及び右像エリア４２２を覆う畝状の凸部４１１を、エリア４２１・４２２の組毎に複数設けた透明シートである。畝状の凸部４１１の１本１本は、３Ｄ画像シート４２の左目用の像を観者の左目の網膜に結像させ、右目用の像を右目の網膜に結像させるレンズ機能を備えている。
【００３３】
レンチキュラーレンズ４１を介して３Ｄ画像シート４２を見込んだとき、観者の右目で右目用の像が視認され、左目で左目用の像が視認される。本例の３Ｄ画像シート４２では、右目用の像、左目用の像として、いわゆる立体視効果を生じるステレオ画像が設定されており、立体的に浮かび上がる操作マーク４００を目視させることが可能である。本例では、図９のごとく、各操作スイッチ５の凹み部５０の開口部５５に操作マーク４００が浮かび上がって見えるように立体表示効果の度合いが設定されている。
【００３４】
本例のリモコン１では、操作面１０と略面一に浮かび上がって目視される操作マーク４００に対する非接触操作によって、シャワー機能付きの便器を操作可能である。このリモコン１によれば、平滑な操作面１０に対してタッチ操作を行う従来のリモコンとほぼ同様の操作感を非接触操作で実現できる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００３５】
なお、浮かび上がり量としては、凹み部５０の内側に操作マーク４００が立体表示される程度であっても良く、凹み部５０から若干飛び出すように操作マーク４００が立体表示される程度であっても良い。
また、本例では、レンチキュラーレンズ４１を利用して操作マーク４００の立体表示を実現したが、立体表示の方法としては、本例のレンチキュラー方式に代えて、スリットや液晶等を利用して左右の目に異なる画像が見えるようにして立体表示を可能とするパララックスバリア（視差バリア）方式や、ホログラムによる立体表示を可能とするホログラフィー方式や、マイクロレンズアレイ等、他の立体表示方法を採用することもできる。
【００３６】
（実施例３）
本例は、実施例１のリモコンに基づいて、操作スイッチ５を構成する凹み部５０の形状を変更した例である。この内容について、図１０〜図１２を参照して説明する。
本例のリモコン１では、図１０のごとく、その上側面に当たる操作面１０に操作スイッチ５Ａ〜Ｅが配置されている。各操作スイッチ５Ａ〜Ｅの断面正方形状の凹み部５０は、操作面１０に開口しているほか、リモコンのおもて面１１側の内周面が欠落している。
【００３７】
操作スイッチ５Ａ〜Ｅでは、同図中の破線円内に拡大して示すように、操作面１０と平行をなす底面５１に沿って第１電極３１が配設されている。また、第２電極３２は、凹み部５０に面する３面の内周面５２に沿って配設され、凹み部５０を取り囲むように断面略コの字状に形成されている。なお、破線円内の拡大図では、電極構造の理解を容易にするため、リモコン１の外形状を破線で、各電極３１、３２を実線により図示してある。
【００３８】
本例のリモコン１の各操作スイッチ５Ａ〜Ｅは、操作面１０の上方から凹み部５０に向けて指先等を近づけて操作しても良いし、内周面が途切れたおもて面１１側から凹み部５０に向けて指を差し入れて操作することもできる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００３９】
なお、図１１のごとく、隣り合う操作スイッチ５を近づけて配置することもできる。このとき、隣り合う凹み部５０を区画する内周壁５２０の内部に配設される第２電極３２を隣り合う操作スイッチ５の間で共有することも良い。さらに、図１２のごとく、本例の凹み部５０の形状を図１２のごとく変更しても良い。同図（ａ）は、操作面１０における開口形状が半円形状、同図（ｂ）は、同形状が三角形状の例である。なお、図１１及び図１２では、図１０中の破線円内の拡大図と同様、リモコン１の外形状を破線で、各電極３１、３２を実線により図示してある。さらに、実施例２のような操作マークを立体表示することも良い。この場合、操作面１０と略面一をなす操作マークの他に、おもて面１１と略面一をなす操作マークを立体表示させることも良い。
【００４０】
（実施例４）
本例は、実施例１のリモコンを基にして、操作スイッチ５Ａ〜Ｃの配設構造を変更した例である。この内容について、図１３を参照して説明する。
本例のリモコン１では、トイレルーム側のおもて面に当たる操作面１０に溝状の凹み部５０が形成されている。断面半円形状の凹み部５０は、横方向全域に渡って延設され、その両端においてリモコン１の側面に開口している。本例のリモコン１では、この凹み部５０を利用して操作スイッチ５Ａ〜Ｃが形成されている。
【００４１】
凹み部５０の底部５１には、溝方向における略等間隔の３箇所に第１電極３１が配設されている。また、平板を湾曲させたごとき断面半円状の第２電極３２が、凹み部５０の内周面５２に沿うように配設されている。第２電極３２には、第１電極３１の配設領域を回避するための丸穴３２０が３箇所、穿孔されている。
【００４２】
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
なお、凹み部５０の断面形状としては、本例の半円形に代えて、三角形状、台形状、四角形状等であっても良い。
【００４３】
以上、実施例１〜４のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形あるいは変更した技術を包含している。
【符号の説明】
【００４４】
１…リモコン（操作入力装置）、１０…操作面、２…制御基板、２１…検出部、２２…制御部、３…静電容量センサ、３１…第１電極、３２…第２電極、３８…赤外線送信器、４…レンチキュラーシート（立体表示手段）、４００…操作マーク、５…操作スイッチ、５０…凹み部、５１…底部、５２…内周面、５５…開口部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作を検出する静電容量センサを備えた操作スイッチを含む操作入力装置であって、
前記静電容量センサは、操作面から窪むように設けられた凹み部の底部に配設された第１電極と、
少なくとも前記凹み部の内周面に沿って配設された部分を含むように前記第１電極の周囲に配設された第２電極と、を有し、
前記第１電極の前記凹み部に面する表面積が、前記操作面及び前記凹み部に面する前記第２電極の表面積よりも小さい操作入力装置。
【請求項２】
請求項１において、前記操作スイッチを複数備えており、
少なくとも何れか２つの操作スイッチの間で前記第２電極の一部が共有されているか、あるいは少なくとも何れか２つの操作スイッチに対応する前記第２電極が一体的に形成されている操作入力装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記凹み部の底部から浮き上がって目視される操作マークを立体的に表示する立体表示手段を備えた操作入力装置。

【図１】