專利名稱：帶有觸摸傳感器的電子器具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及與例如機器人玩具、PDA、移動電話機、攝像機等電子器具相關的、特別是備有檢測出與手或手指等人體的一部分接近或接觸的觸摸傳感器的電子器具。
背景技術：
現(xiàn)有技術例如專利文獻1所述的發(fā)明作為帶有這種觸摸傳感器的電子器具。
在上述專利文獻1中公開了在頭部的上表面設有可往下按的外殼構件并在該外殼構件的下部配置了觸摸傳感器(接觸式傳感器)的機器人玩具。
在專利文獻1中所述的機器人玩具，當按下上述外殼構件時，使上述接觸開關被設定為ON。此時，根據(jù)上述接觸開關所檢測的是否有對頭部的壓按操作以及壓按操作的方式等對情緒值計數(shù)器進行遞增計數(shù)、遞減計數(shù)，并根據(jù)上述情緒值計數(shù)器的計數(shù)值設定感情程度。然后，可以根據(jù)該感情程度控制聲音輸出單元、感情表達單元、動作單元，并通過聲音、眼睛、動作等表達玩具的感情和情緒。
(專利文獻1)特開2002-66155號公報發(fā)明內(nèi)容(發(fā)明要解決的問題)但是，在上述專利文獻1所述的機器人玩具中，由于采用了機械式的接觸開關作為觸摸傳感器，為了隱蔽上述接觸開關并改善其操作性，在頭部設有外殼構件，因此，會有如下問題增加構成機器人玩具的部件數(shù)并導致成本的激增。
還有，這樣的外殼構件是在作為模型的原型動物中不存在的，因此，在機器人玩具的設計性上有欠缺。而且，如果要更加豐富地進行機器人玩具的感情表達，就需要增加觸摸傳感器的數(shù)目，但如果隨便在機器人玩具主體上設置上述那樣的接觸開關，則有損于機器人玩具的設計性。
本發(fā)明就是為了解決上述以往的問題，其目的在于提供帶有不能從機器人玩具等電子器具的外部直接看到、并在人體接近或接觸到形成電子器具外觀的框體時可以檢測其狀態(tài)的觸摸傳感器的電子器具。
(解決問題的手段)本發(fā)明其特征在于在設有可以檢測人體接近或接觸到了框體的觸摸傳感器的電子器具中、上述觸摸傳感器設有從上述框體的外表面向框體內(nèi)側(cè)方向隔著距離所設的規(guī)定面積的電極、從上述電極檢測出在人體接近或接觸到了上述框體的外表面時的電容變化的檢測單元。
在本發(fā)明的電子器具中，可以把觸摸傳感器的主體安裝在形成電子器具外形的框體的內(nèi)部，因此，從外部看可以隱藏觸摸傳感器的存在。還有，在電子器具的框體的表面沒有多余的凸起物或變色部分等形成，因此，可以提高框體表面的設計自由度，還可以改善操作性。由此，模擬比如動物的機器人玩具等可以忠實地再現(xiàn)該動物，可以提供仿真性高的動物型機器人玩具。但是，也可以在電子器具的框體的表面形成上述凸起物或上述變色部分等，是否設置上述凸起物或上述變色部分等可以根據(jù)各電子器具的設計需要而定。
在上述內(nèi)容中，上述檢測單元可以構成為帶有產(chǎn)生時鐘信號的時鐘信號生成單元、在人體接近或接觸到了上述框體的外表面時根據(jù)由上述電極所檢測的電容對上述時鐘信號進行起始的延遲的延遲單元、以未經(jīng)過上述延遲單元的上述時鐘信號為基準生成隨所加延遲的延遲量而變的信號的單元、對隨上述變化量而變化的信號進行A/D轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換單元。
借助于上述單元，可以用少數(shù)的部件簡單地構成觸摸傳感器。由此可以促進電子器具的成本降低。
借助于上述檢測單元可以檢測出上述電極和上述人體之間的相向面積的變化。
還有，借助于上述檢測單元可以檢測出上述電極和上述人體相向的時間。
還設有多個上述電極，設有分別被設在各個電極上的上述延遲單元、以公用的時鐘信號為基準在各個電極上分別生成隨經(jīng)過了各延遲單元的信號的延遲量而變的信號的上述單元。
借助于上述單元，即便在框體的內(nèi)表面是復雜的形狀的情況下也可以細分相向電極并進行安裝，同時，在不進行細分的情況下同樣可以檢測出手或手指的移動。
還有，上述電極可以被配設成模仿上述外表面的形狀，使其各部分和框體的外表面成等距離。
還有，本發(fā)明的電子器具在上述框體形成玩具的外形、設有上述電極的部分的上述框體的外表面作為人體的接觸部方面特別有用。


圖1表示作為帶有本發(fā)明的觸摸傳感器的電子器具的實施方式1的玩偶型的機器人玩具的頭部，圖1A為機器人玩具的立體圖，圖1B為機器人玩具的剖視圖。
圖2是表示觸摸傳感器的具體構成的電路構成圖。
圖3表示在圖2的電路圖的各部上的信號，A表示被輸入到AND電路(與電路)的一端的輸入部的時鐘信號，B表示被輸入到AND電路的另一端的輸入部的來自信號延遲單元的輸出信號，C表示AND電路的輸出信號(邏輯積)，D表示平滑單元的輸出信號。
圖4是表示作為觸摸傳感器的實施方式2的機器人玩具的頭部的俯視圖。
圖5為設有多個觸摸傳感器的情形的電路構成圖。
圖中符號說明
1-觸摸傳感器；2-機器人玩具(電子器具)；2A-框體；3-相向電極；4-手或手指等人體(電極)；5-可變電容部；6-時鐘信號生成單元；7-信號延遲單元；8-延遲信號檢測單元；8-AND電路；8B-平滑單元；9-A/D轉(zhuǎn)換單元；10-控制部；13、13a、13b、13c、13d、13e、13f-相向電極。
具體實施例方式
圖1表示作為帶有本發(fā)明的觸摸傳感器的電子器具的實施方式1的玩偶型的機器人玩具的頭部，圖1A為機器人玩具的立體圖，圖1B為機器人玩具的剖視圖。圖2是表示上述觸摸傳感器的具體構成的電路構成圖。圖3表示在圖2的電路圖的各部上的信號，A表示被輸入到AND電路的一端的輸入部的時鐘信號，B表示被輸入到AND電路的另一端的輸入部的來自信號延遲單元的輸出信號，C表示AND電路的輸出信號，D表示平滑單元的輸出信號。還有，實線表示靜電容量C大的情形，虛線表示靜電容量C小的情形。
如圖1A、圖1B所示，作為本發(fā)明的電子器具的一例的機器人玩具2在前頭部備有觸摸傳感器1。上述觸摸傳感器1帶有規(guī)定面積的相向電極3，此相向電極3被固定在形成機器人玩具2的外形的框體2A的內(nèi)表面上。上述相向電極3是由例如片狀的薄銅板等導電的金屬板形成的，在圖1中被設在沿著前頭部的框體2A的內(nèi)表面的較大的面積上。上述相向電極3最好形成為極薄的片狀電極，在此情況下，可以使該電極與框體2A的各種各樣的曲線形狀對應，并把相向電極3可靠地固定在框體2A的內(nèi)部。
還有，上述框體2A最好是由除金屬以外介電常數(shù)ε高的材料形成的，比如塑料等合成樹脂。
還有，上述電子器具的種類有比如人物型或人以外的動物型機器人玩具、PDA(Personal Digital Assitants移動信息終端)、移動電話機、攝像機等。還有，在上述實施方式1中，安裝觸摸傳感器1的地方可以是這些機器人玩具的前頭部、后頭部、臉、背部、腹部、手腕部、腳部等任何地方。還可以只被設在一處，也可以被設在多處。
還有，上述相向電極3不出現(xiàn)在框體2A的外表面，從外部看不到。但是，上述相向電極3只要從框體2A的外表面到內(nèi)側(cè)隔著間隔配置即可，例如，相向電極也可以被嵌入框體2A的內(nèi)部，使之不露在外表面?？傊鲜鱿嘞螂姌O3最好被配置成模仿外表面的曲面形狀，使其面積內(nèi)的各部分和框體2A的外表面成等距離。
上述相向電極3構成圖2所示的電路的一部分，當人的手或手指等人體4的一部分接近或接觸到和上述相向電極3相向的框體2A的表面時，在上述人體4和上述相向電極3之間形成靜電容量C。也就是說，在本發(fā)明中，上述手或手指等人體4的一部分起到和上述相向電極3之間形成靜電容量C的電極的作用。
上述靜電容量C隨著相向電極3和人體4之間的相向面積S和相向距離d而變化，因此，在此實施方式中，上述相向電極3和人體4形成可變電容部5。
如圖2所示，在上述機器人玩具2的內(nèi)部設有由時鐘信號生成單元6、信號延遲單元7及延遲信號檢測單元8構成的檢測電容變化的檢測單元。
上述時鐘信號生成單元6連續(xù)輸出由規(guī)定頻率構成的規(guī)則的脈沖信號。上述信號延遲單元7是由上述可變電容部5和被連接在上述可變電容部5和上述時鐘信號生成單元6之間的電阻R構成的。還有，延遲信號檢測單元8是由AND電路8A和被設在其后段的由電阻和電容組成的平滑單元8B形成。作為上述時鐘信號生成單元6的輸出的時鐘信號CK(未經(jīng)過信號延遲單元7的時鐘信號)和經(jīng)由了上述信號延遲單元7的輸出被輸入到上述AND電路8A的輸入部8a、8b，此AND電路8A的輸出被輸入到上述平滑單元8B。
然后，在上述檢測單元的最末段即延遲信號檢測單元8的平滑單元8B的后段連接有例如8位的A/D轉(zhuǎn)換單元9。上述A/D轉(zhuǎn)換單元9以規(guī)定的取樣周期檢測上述平滑單元8B的輸出電壓Vo并輸出為數(shù)字輸出D0～D7，然后把該輸出送到被設在機器人玩具2的內(nèi)部的控制部10。
上述控制部10是以CPU為主體構成的，被設計成當從觸摸傳感器1以及除此之外的比如視覺傳感器(CCD攝像機等)、聽覺傳感器(麥克風)、嗅覺傳感器等(未圖示)獲得各種信息時可以根據(jù)該信息進行相應的規(guī)定響應。作為上述響應動作，例如，可以是通過驅(qū)動被設在機器人玩具2內(nèi)的未圖示的馬達或螺線管使機器人玩具2眨眼、發(fā)出哭聲或笑聲、使其手腳動等。
在上述觸摸傳感器1中，當進行使人的手或手指等人體4接近或觸摸機器人玩具2的前頭部等動作時，上述可變電容部5的靜電容量C被改變。
這里，可變電容部5的靜電容量C可以用式1的通常公式表示。
式1C=ϵSd---[F]]]>其中，ε為框體的介電常數(shù)、S為相向電極和人體之間的相向面積、d為電極間的相向距離。還有，上述介電常數(shù)ε在這里為恒定的。
在由圖3A所示那樣的規(guī)定頻率的振幅電壓Vcc組成的時鐘信號CK從上述時鐘信號生成單元6被輸出到上述AND電路8A及信號延遲單元7的狀態(tài)下，例如如果把整個手心放到上述機器人玩具2的前頭部等以加大了人體4和相向電極3之間的相向面積S的狀態(tài)接近或接觸該前頭部，則上述相向距離d變小且相向面積S變大，因此，根據(jù)上式1可變電容部5的靜電容量C增大。由此，由信號延遲單元7的電阻R和靜電容量C的積所規(guī)定的時間常數(shù)CR增大，因此，上述信號延遲單元7的輸出變成如圖3B中實線所示那樣的三角波狀的信號Sa。由此，上述AND電路8A的輸出(邏輯積)變成如圖3C中實線所示那樣的脈沖寬度ta的脈沖波形。還有，這里以Vcc/2為AND電路8A中的H電平和L電平的閾值SL。
另一方面，如果使手指尖等接近或接觸機器人玩具2的前頭部、使得對該前頭部的相向面積S變小，則上述相向距離d及相向面積S都變小，因此，根據(jù)上式1可變電容部5的靜電容量C與在上述增大了相向面積S的狀態(tài)相比變小。由此，上述時間常數(shù)CR也減小，上述信號延遲單元7的輸出變成如圖3B中虛線所示那樣的波形Sb。由此，上述AND電路8A的輸出(邏輯積)如圖3C中虛線所示那樣變成脈沖寬度tb的脈沖波形。
這里，上述靜電容量C小的情形的脈沖寬度ta和靜電容量C大的情形的脈沖寬度tb存在ta＜tb的關系。由此，平滑單元8B的輸出電壓Vo被輸出成在減小相向面積S接觸的情況(靜電容量C小的情形)下的輸出電壓Vb比在增大相向面積S接觸的情況(靜電容量C大的情形)下的輸出電壓Va大(Va＜Vb)。
上述平滑單元8B的輸出電壓Va或Vb通過上述A/D轉(zhuǎn)換單元9被轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出D0～D7并被送到上述控制部10。在上述控制部10中，通過監(jiān)視上述數(shù)字輸出D0～D7可以判斷所給予機器人玩具2的操作的狀態(tài)、即是以手心整體接觸還是以手指尖等接觸。還有，也可以從數(shù)字輸出D0～D7在時間上的變化檢測出人體的一部分接近或接觸的時間。
然后，例如在上述控制部10判斷相向面積S小、接觸時間短的情況下，認為機器人玩具2的前頭部被拍打，例如可以使機器人玩具2進行發(fā)出哭聲等響應動作。
象這樣控制部10可以檢測出對前頭部所進行的操作時間，這意味著上述觸摸傳感器具有ON/OFF的開關功能。由此，比如控制部10在輸出電壓Vo顯示了規(guī)定時間以上的某一定電平的情況下判斷為用戶想用機器人玩具2進行玩耍，可以進行使被裝到內(nèi)部的程序被執(zhí)行等動作。
還有，當使人體4沿著前頭部左右或上下方向移動時，上述相向面積S發(fā)生變化，因此，使可變電容部5的靜電容量C被增加或減少。此時，使上述信號延遲單元7的輸出從圖3B的實線的三角波狀的信號Sa向虛線的波形Sb的方向變化或從虛線的波形Sb向?qū)嵕€的三角波狀的信號Sa的方向變化，因此，也使圖3C所示的脈沖波形的脈沖寬度增加或減少。由此，使平滑單元8B的輸出電壓Vo向增加的方向或減少的方向變化，因此，通過檢測控制部10或A/D轉(zhuǎn)換單元9的數(shù)字輸出D0～D7在時間上的變動可以檢測出人體4移動了。在此情況下，控制部10判斷為頭被進行了撫摸的操作，例如可以使機器人玩具2進行發(fā)出笑聲等響應動作。
在上述實施方式1中，在作為電子器具的機器人玩具2的前頭部的幾乎整個區(qū)域上大面積配設相向電極3，但并不限于總是可以這樣大面積配設相向電極的情形。也就是說，安裝相向電極的框體2A的內(nèi)表面因電子器具的形狀不同而具有復雜的形狀，還因有在電子器具的表面上設置其他部件的必要性等空間上的因素，可以想象在大面積的狀態(tài)下直接安裝上述相向電極3的困難的情形。在此情況下，相向面積S減小，因此，上述時間常數(shù)CR減小，無法得到所要求的波形，因此，容易使觸摸傳感器1的檢測精度降低。于是，以下把在這樣的情況下也可以應付的觸摸傳感器作為實施方式2進行說明。
圖4是表示作為觸摸傳感器的實施方式2的機器人玩具的頭部的俯視圖。圖5為設有多個觸摸傳感器的情形的電路構成圖。
如圖4所示，在機器人玩具2的頭部的內(nèi)表面上，多個相向電極13(將各相向電極用13a、13b、13c、13d、13e、13f表示)以一定的間距被并排在同一圓周上。上述多個相向電極13a、13b、13c、13d、13e、13f的總面積被設定為和實施方式1中的相向電極3的面積相同或在其之上。這樣，當細分相向電極13時，可以減小各相向電極的面積，因此，可以安裝各相向電極13a至13f，以應付框體2A的內(nèi)部具有一些復雜的形狀及電子器具表面的空間上的因素。
上述相向電極13a、13b、13c、13d、13e、13f構成圖5所示的電路的一部分。圖5所示的電路是通過并排多個上述圖2所示的電路構成的。也就是說，在各相向電極13a至13f的每個電極上都配設有延遲信號檢測單元8(AND電路8A和平滑單元8B)和A/D轉(zhuǎn)換單元9(用9a、9b、9c、9d、9e、9f表示各A/D轉(zhuǎn)換單元)。但時鐘信號生成單元6只有1個。
在實施方式2的機器人玩具所示的觸摸傳感器中，當使人體4接近或接觸上述相向電極13a至13f的任一個時，上述那樣的數(shù)字輸出D0～D7分別從與其相對應的A/D轉(zhuǎn)換單元9a至9f被輸出。
因此，例如如果把分別從A/D轉(zhuǎn)換單元9a至9f輸出的數(shù)字輸出D0～D7相加，則可以檢測出人體4和相向電極13a至13f的總面積之中的多少面積相對。還有，如果使手或手指等人體4在相向于頭部的狀態(tài)下在左右方向或前后方向移動，則隨著人體4的移動可以使各相向電極13a至13f的相向面積S隨時間而變化。因此，控制部10可以通過分析各A/D轉(zhuǎn)換單元9a至9f的數(shù)字輸出D0～D7的變化狀況類推人體4對機器人玩具2的頭部所進行的操作狀況。
例如，如果使接觸到機器人玩具2的頭部的手或手指等人體4沿著相向電極13所并排的圓周朝相向電極13a→相向電極13b→相向電極13c→相向電極13d→相向電極13e→相向電極13f→相向電極13a…那樣逆時針方向或朝著與此相反的順時針方向移動，則可以使各信號延遲單元7的可變電容部5的靜電容量C隨著該旋轉(zhuǎn)方向依次變化。
因此，控制部10可以通過依次檢測各A/D轉(zhuǎn)換單元9a至9f的各數(shù)字輸出D0～D7來檢測各靜電容量C的變動，這樣可以判斷機器人玩具2的頭部被操作過。而且，還可以從各靜電容量C變動的順序檢測出是沿順時針方向被操作還是沿逆時針方向被操作。
這樣，借助于把由小面積組成的相向電極配置在框體的內(nèi)表面的構成可以發(fā)揮和上述實施方式1同樣的功能。
還有，在上述內(nèi)容中可以假設成凸起等障礙物不露出機器人玩具2的頭部表面的構成。因此，在使人體4朝順時針方向或逆時針方向移動時，該移動不會被上述障礙物妨礙，因此，可以改善操作性。
還有，在上述實施方式2中對把多個相向電極13配置在同一圓周上的情形進行了說明，但本發(fā)明并不限于此，例如，可以是隔著規(guī)定的間隔配置在直線上的、或沿著S形曲線配置的等各種各樣的配置方式。因此，例如，可以把觸摸傳感器的相向電極配置在上述機器人玩具2的背部、腹部或腳部等上。
還有，也可以把觸摸傳感器1設在除機器人玩具之外的其他電子器具例如PDA、移動電話機、攝像機等電子器具的內(nèi)部。在此情況下，在上述PDA或移動電話機等電子器具中，可以根據(jù)上述觸摸傳感器的輸出對顯示畫面進行滾動操作或菜單操作，還可以在攝像機中進行攝像機的縮放操作等。
(發(fā)明的效果)如上所述，在本發(fā)明中，從外部看電子器具時可以隱藏設在內(nèi)部的觸摸傳感器的存在。因此，可以提高對形成電子器具的外形的框體的表面的設計性。
還有，可以用少數(shù)部件簡單地構成觸摸傳感器，因此，可以降低電子器具整體的成本。
還有，由于可以把相向電極細分著配置，可以應付框體內(nèi)表面的安裝部的形狀復雜及電子器具表面的空間上的因素。
權利要求
1.一種電子器具，其特征在于在設有可以檢測人體接近或接觸到了框體的觸摸傳感器的電子器具中、所述觸摸傳感器設有從所述框體的外表面向框體內(nèi)側(cè)方向隔著距離所設的規(guī)定面積的電極、從所述電極檢測出在人體接近或接觸到了所述框體的外表面時的電容變化的檢測單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子器具，其特征在于所述檢測單元帶有產(chǎn)生時鐘信號的時鐘信號生成單元、在人體接近或接觸到了所述框體的外表面時根據(jù)由所述電極所檢測的電容對所述時鐘信號進行起始的延遲的延遲單元、以未經(jīng)過所述延遲單元的所述時鐘信號為基準，生成隨所加延遲的延遲量而變的信號的單元、對隨上述變化量而變化的信號進行A/D轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權利要求2所述的電子器具，其特征在于借助于所述檢測單元可以檢測出所述電極和所述人體之間的相向面積的變化。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的電子器具，其特征在于借助于所述檢測單元可以檢測出所述電極和所述人體相向的時間。
5.根據(jù)權利要求2至4中任一權利要求所述的電子器具，其特征在于設有多個所述電極，設有分別被設在各個電極上的所述延遲單元、以公用的時鐘信號為基準，在各個電極上分別生成隨經(jīng)過了各延遲單元的信號的延遲量而變的信號的所述單元。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一權利要求所述的電子器具，其特征在于所述電極可以被配置成模仿所述外表面的形狀，使其各部分和框體的外表面成等距離。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一權利要求所述的電子器具，其特征在于所述框體形成玩具的外形、設有所述電極的部分的所述框體的外表面作為人體的接觸部。
全文摘要
本發(fā)明提供帶有不能從框體的外部直接看到、并在人體接近或接觸到框體時可以檢測其狀態(tài)的觸摸傳感器的電子器具。當使手或手指等人體的一部分接近機器人玩具(電子器具)(2)的框體(2A)的表面時，在人體的一部分和通過框體(2A)與之相向的相向電極(3)之間形成可變電容部。上述可變電容部的靜電容量隨著人體的一部分和相向電極(3)之間的相向面積及相向距離而變化，因此，通過檢測出此變化可以檢測出人體的一部分接近了或接觸了機器人玩具(2)。由于可以把構成觸摸傳感器的相向電極(3)設在框體(2A)的內(nèi)部，直接從機器人玩具(2)的外部看不到觸摸傳感器。
文檔編號G01D5/24GK1497852SQ20031010149
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權日2002年10月22日
發(fā)明者佐藤邦生, 遠藤芳久, 相馬正博, 久, 博 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社