JP2012103852A

JP2012103852A - タッチ式入力装置

Info

Publication number: JP2012103852A
Application number: JP2010250923A
Authority: JP
Inventors: Yoshi Abe; 喜阿部
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】操作者に不快な操作感を与えることなく車両振動ノイズの影響を排除して、タッチ操作入力時の提示振動を確実に認識させることができるタッチ式入力装置を提供する。
【解決手段】タッチパネルユニット１０は、複数のタッチセンサ１２が配置される操作表示パネル１３と、操作表示パネル１３を振動させる振動アクチュエータ１７とを備える。提示振動制御手段は、タッチセンサ１２へのタッチ操作入力がされたとき、振動アクチュエータ１７を駆動して操作表示パネル１３に提示振動を生じさせる。また、車両振動検出回路１９が検出する車両振動ノイズの大きさに応じて、操作表示パネル１３への提示振動の大きさを変更する。これにより、操作者は車両振動ノイズの影響を受けずに提示振動を確実に認識できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、タッチ式入力装置に関し、特に操作パネルを振動させてタッチ操作入力の受け付けを操作者に認識させるタッチ式入力装置に関する。

近年の車両においては、運転席のセンタークラスタに画像ディスプレイ装置とともに、例えばカーナビゲーション、オーディオ及びエアコン等の各種車載機器を操作するためのタッチ式入力装置が設けられている。タッチ式入力装置の操作パネルは、小さい操作力で操作入力ができる一方で、プッシュ式のスイッチと比較して操作者が受ける操作感触も小さいといえる。このため操作者は、タッチ操作入力がされたかどうかを画像ディスプレイ装置に表示されたアイコン等の変化で確認する必要があり、とりわけ運転中の際のブラインドタッチ操作ができなかった。

そこで、最近ではタッチ式の操作パネルでも十分な操作感触が得られるように、操作パネルを圧電素子等による振動板で構成し、タッチ操作入力がされたときに操作パネルを振動させて操作入力の受け付けを振動で提示するタッチ式入力装置が提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開２００２−３６７４６６号公報特開２００４−３９４２４号公報

しかし、上述した従来のタッチ式入力装置を車両に搭載する場合、走行中の路面やエンジン等からの振動ノイズの影響により、タッチ操作入力確認のための提示振動（操作入力が受け付けされた時に操作パネルを介して提示される振動）と車両振動ノイズとの区別がつき難いという課題があった。これに対し、単に操作パネルに発生させる提示振動の強さを増しただけでは、操作者に不快な操作感を与えてしまうおそれもあった。

そこで、本発明の目的は、操作者に不快な操作感を与えることなく車両振動ノイズの影響を排除して、タッチ操作入力時の提示振動を操作者に確実に認識させることができる、タッチ式入力装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため本発明に係るタッチ式入力装置は、タッチセンサが配置され振動可能に支持される操作パネルと、前記操作パネルに振動を生じさせる振動アクチュエータと、車両の振動を検出する車両振動検出手段と、前記車両振動検出手段が検出する車両振動の大きさに応じて前記振動アクチュエータの振幅を制御して、前記操作パネルを介して提示する振動の大きさを変更する提示振動制御手段と、を備える。

［２］また、本発明に係るタッチ式入力装置は、タッチセンサが配置され振動可能に支持される操作パネルと、前記操作パネルに振動を生じさせる振動アクチュエータと、車両の振動を検出する車両振動検出手段と、前記車両振動検出手段が検出する車両振動の周波数とは異なる振動周波数に前記振動アクチュエータを制御して、前記操作パネルを介して提示する振動の周波数を変更する提示振動制御手段と、を備える。

［３］また、本発明に係るタッチ式入力装置は、前記車両振動検出手段が検出して出力する車両振動信号のうち、前記操作パネルに提示される基準の振動周波数を中心とするバンド幅に含まれる信号のみを通過させるフィルタを更に備え、前記提示振動制御手段は前記フィルタを通過した車両振動信号に基づいて前記操作パネルを介して提示する振動を変更する。

本発明のタッチ式入力装置によれば、車両振動ノイズの影響を排除して、タッチ操作入力時の提示振動を操作者に確実に認識させることができる。また、車両振動に応じて提示振動が適宜調節されるので、操作者に不快な操作感を与えることもない。

図１は、車両の前部座席前方部の全体構成を例示する図である。図２は、本発明の実施の形態によるタッチパネルユニットのシステム構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態によるタッチパネルユニットにおいて、ユニット基板と操作表示パネルの構成を模式的に示す断面図である。図４は、第１の実施の形態による提示振動制御手段の制御ブロック線図である。図５は、第１の実施の形態の提示振動制御手段による車両振動と提示振動との関連をグラフで例示する図であり、図５（ａ）は車両振動が小さいとき、図５（ｂ）は車両振動が大きいときを示している。図６は、第２の実施の形態による提示振動制御手段の制御ブロック線図である。図７は、第２の実施の形態の提示振動制御手段による車両振動と提示振動との関連をグラフで例示する図であり、図７（ａ）は車両振動が小さいとき、図７（ｂ）は車両振動が大きいときを示している。

以下、本発明に係るタッチ式入力装置の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（車両の前部座席前方部の構成）
図１は、車両において運転席がある前部座席前方部の全体構成を例示する図である。車両１の前部座席の前方部には、計器類や助手席用エアバックなどが装着された合成樹脂製のインストルメントパネル２が車幅方向に配置されている。このインストルメントパネル２の中央部付近にはセンタークラスタ３が配置されている。このセンタークラスタ３の意匠面側に、選択メニュー等の各種画像を表示するディスプレイ４が設けられている。センタークラスタ３のディスプレイ４の周辺部には、本発明に係るタッチ式入力装置の実施の形態であるタッチパネルユニット１０が設けられている。

（タッチパネルユニットの構成）
図２は、本発明の実施の形態によるタッチパネルユニット１０のシステム構成を示すブロック図である。タッチパネルユニット１０は、複数のタッチセンサ１２を配した操作表示パネル１３と、操作表示パネル１３の背面に対向して配置されるユニット基板１６と、タッチパネルユニット１０を電子制御するタッチパネル制御部２０と、車両の振動を検出する車両振動検出回路１９とを備えて構成されている。

操作表示パネル１３は、例えばアクリル系またはポリカーボネート系の透明な樹脂材料により板状に形成され、タッチ式のスイッチ操作部を構成する複数のタッチセンサ１２が所定箇所に設けられている。また、操作表示パネル１３の中央部は、ディスプレイ４を嵌合させるための開口部１３ａが形成されている。

タッチセンサ１２は、静電容量検出型のセンサからなり、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明な電極が印刷された透明なフィルムシートが操作表示パネル１３の所定位置に貼り付けられることにより形成される。なお、タッチセンサ１２としては、本実施の形態の静電容量検出型に限らず、感圧式等の他のタイプのセンサスイッチであってもよい。

ここで、図３は、ユニット基板１６と操作表示パネル１３の構成を模式的に示す断面図である。なお、図３では、ユニット基板１６と操作表示パネル１３との間に介在する支持部１８の動的なモデル要素も併せて示されている。

操作表示パネル１３において、各タッチセンサ１２が形成される箇所には、スイッチ操作部の位置を示す目印として対応する例えばエアコン装置３２、カーナビゲーション装置３３、オーディオ装置３４等の文字、記号または絵柄等を縁取った中抜き部分が、光を透過または拡散させる半透明部として形成されている。更にこれら文字等を中抜きした半透明部を除く操作表示パネル１３の全体が、遮光性のパターンでシルク印刷されている。なお、タッチセンサ１２の位置（スイッチ操作部）をより視認し易くするために、半透明部の表面に蛍光剤等を塗布してもよい。

ユニット基板１６には、各タッチセンサ１２の位置（半透明部）に対応してＬＥＤ１５が複数配置されている。各ＬＥＤ１５は、対向する各タッチセンサ１２の半透明部を背後から照明することにより、スイッチ操作部の視認性を向上させるとともに視覚的な演出効果をも高めている。また、ＬＥＤ１５が点灯または点滅することにより、対応するタッチセンサ１２の操作対象機器の状態（操作入力が可能か否か等）を操作者に視覚的に認識させることもできる。更には、ＬＥＤ１５を消灯させることで、タッチ操作入力の目印となる半透明部の文字等をブラックアウトさせることもできる。これにより、操作者はブラックアウトされた機能していない機器への操作を選択肢から外すことができる。

また、ユニット基板１６には、操作表示パネル１３を支持する支持部１８と、操作表示パネル１３を振動させる振動アクチュエータ１７とが設けられている。支持部１８は、具体的には弾性を有する合成ゴムからなり、図３に示されるように動的にはバネ要素１８ａとダンパ要素１８ｂとを有して構成されている。また、支持部１８は、ユニット基板１６の隅部である４箇所において（図１参照）、操作表示パネル１３を一定の距離だけ離間させて振動可能に支持している。振動アクチュエータ１７は、例えばソレノイドからなり、先端の振動子が操作表示パネル１３に接続されている。振動アクチュエータ１７の他の手段としては、ソレノイド以外にも電動制御される振動モータであってもよい。また、振動アクチュエータ１７として圧電素子からなる振動部材を用い、ユニット基板１６と操作表示パネル１３との間に振動部材を介装する実施の形態であってもよい。

タッチパネル制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、信号入出力部等を備えてなるマイクロコンピュータと、車内ＬＡＮインタフェースや後述する駆動回路２５等とを実装してユニット化した電子制御手段として構成されている。図２に示されるように、タッチパネル制御部２０には、車内ＬＡＮ３１を介してエアコン装置３２、カーナビゲーション装置３３及びオーディオ装置３４等の操作対象機器が通信可能に接続されている。

また、タッチパネル制御部２０に接続される車両振動検出回路１９は、車両の少なくとも上下方向の振動加速度を検出する加速度センサ（Ｇセンサ）により構成される。車両振動検出回路１９は、検出した車両の振動加速度を車両振動信号に変換して出力する。

タッチパネル制御部２０は、タッチセンサ１２を構成する電極の静電容量変化を検出したとき、当該タッチセンサ１２に対するタッチ操作入力されたと判断し、対応する操作対象機器に操作入力受付信号を送信する。また、ＬＥＤ１５の点灯及び消灯の制御を行うことで、対応する操作対象機器の状態等を表示制御する。また、タッチパネル制御部２０のＣＰＵがＤＳＰと連携しながらＲＯＭに記憶された所定のプログラムに従って演算処理を行うことにより、次に説明する本発明に関わる提示振動制御手段が実現される。

（提示振動制御手段の第１の実施の形態）
図４は、第１の実施の形態による提示振動制御手段の制御ブロック線図である。第１の実施の形態による提示振動制御手段は、車両が走行中に生じる路面振動やエンジン等の振動が合成された車両振動の大きさに応じて、操作表示パネル１３の提示振動の大きさを変更する制御を行う。ここで「提示振動」とは、タッチセンサ１２へのタッチ操作入力が受け付けられた時に操作表示パネル１３を介して操作者に提示される振動のことをいう。操作者はタッチセンサ１２にタッチした反応として操作表示パネル１３からの提示振動を指などの体の一部で受けることで、タッチ操作入力の受け付けを触覚で認識することができる。

第１の実施の形態による提示振動制御手段は、タッチパネル制御部２０に搭載された発振器２１、振動レベル検出器２２、可変増幅器２３、振幅可算器２４、及び駆動回路２５を備えて構成される。発振器２１は、一定周期、一定振幅の基準提示振動信号を出力する。この基準提示振動信号は、車両振動ノイズが全くない環境下での提示振動の目標値を示す信号として位置付けられる。振動レベル検出器２２は、車両振動検出回路１９からの車両振動信号（加速度信号）に基づいてその信号レベルを検出する。可変増幅器２３は、車両振動の信号レベルが大きいほど、ゲインＫを大きくして発振器２１からの基準提示振動信号を増幅する。振幅可算器２４は、発振器２１からの基準提示振動信号と、可変増幅器２３が出力する基準提示振動信号の増幅信号を同位相で振幅可算し、加算した補正後の提示振動目標信号を駆動回路２５に出力する。

駆動回路２５は、何れかのタッチセンサ１２がタッチ操作入力されている間、提示振動目標信号に従って振動アクチュエータ１７を駆動する。これにより、図５（ａ）及び図５（ｂ）に例示されるように、車両振動の大きさに応じた提示振動が操作表示パネル１３に生じることとなる。

なお、上述の振動レベル検出器２２は、車両振動検出回路１９からの車両振動信号である加速度信号を２回積分して車両振動の振幅レベルに変換するものでもよい。この場合には、車両振動の振幅に応じた大きさの提示振動が操作表示パネル１３に生じることとなる。また、車両振動検出回路１９からの車両振動信号を図示しないバンドパスフィルタに通過させ、上述の基準提示振動信号の周波数に近い周波数の車両振動信号のみに応じて提示振動の大きさを変更するようにしてもよい。車両振動ノイズの周波数が提示振動の周波数と明らかに区別できるときは提示振動を敢えて補正する必要がなく、不快と感じられる提示振動の発生をできるだけ減らすためである。また、タッチパネル制御部２０のＤＳＰが車両振動信号をデジタルフィルタリング処理して、基準提示振動信号の周波数に近い車両振動ノイズのみを抽出してもよい。

（第１の実施の形態の提示振動制御手段による効果）
第１の実施の形態の提示振動制御手段によれば、車両振動の大きさに応じて操作表示パネル１３に生じさせる提示振動の大きさを変化させるようにした。これにより、車両振動が存在する環境下であっても、操作者は提示振動を明確に認識でき、タッチ操作入力の受け付けを確実に知ることができる。

（提示振動制御手段の第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態による提示振動制御手段の制御ブロック線図である。第２の実施の形態による提示振動制御手段は、車両振動が大きいときに、車両の振動スペクトル分析に基づいて、操作表示パネル１３の提示振動の周波数を車両振動とは異なる周波数に変更する制御を行う。

第２の実施の形態による提示振動制御手段は、タッチパネル制御部２０に搭載された発振器２９１〜２９３、フィルタ２６、車両振動周波数判定部２７、選択スイッチ２８、及び駆動回路２５等を備えて構成される。

フィルタ２６は、車両振動信号の大きさが一定以上の場合に、所定のバンド幅内の周波数の信号のみを通過させるバンドパスフィルタとして構成される。

車両振動周波数判定部２７は、サンプリング装置２７１、離散フーリエ変換部２７２、振動周波数検索部２７３等の機能を有して構成される。フィルタ２６を介して入力される車両振動検出回路１９の信号は、サンプリング装置２７１により所定の周期でサンプリングされ時系列データとされた後、離散フーリエ変換部２７２により周波数スペクトルのデータとして出力される。このサンプリング装置２７１及び離散フーリエ変換部２７２は、例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザ等を使用することができる。車両振動から得られた周波数スペクトルに基づいて、振動周波数検索部２７３により、車両振動の最も大きい振動スペクトルの周波数等が検索される。この検索結果に基づいて、後述する選択スイッチ２８に対して周波数選択のための信号を出力する。

選択スイッチ２８は、車両振動周波数判定部２７からの判定信号（周波数選択信号）に基づいて、複数の発振器から特定の発振器を選択するスイッチング回路で構成されている。例えば、トランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ等によるスイッチング回路を使用することができる。これにより、複数の発振器から任意の周波数の信号を選択的に出力することができる。

発振器２９１〜２９３は、互いに異なる周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の信号を出力するもので、本実施の形態では、３種類の発振器を用いた。なお、互いに異なる周波数は３種類に限られず、より多くの周波数を選択スイッチ２８により選択できることがタッチ操作入力時の操作性の向上には好ましい。

駆動回路２５は、何れかのタッチセンサ１２がタッチ操作入力されている間、発振器２９１〜２９３から選択された振動周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３のいずれか１つ）に従って振動アクチュエータ１７を駆動する。これにより、図７に例示されるように、車両振動が小さいときには提示振動に変更はないが（図７（ａ）参照）、車両振動が大きいときにはその車両振動の周波数とは異なる振動周波数の提示振動が操作表示パネル１３に生じることとなる（図７（ｂ）参照）。

なお、フィルタ２６のパラメータ定数、及び車両振動周波数判定部２７により選択される振動周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３のいずれか１つ）等は、操作表示パネル１３の固有振動数を考慮し、実際に車両を様々な路面で走行して行われる官能試験等を通して実用に耐え得る適正な値が決定される。

（第２の実施の形態の提示振動制御手段による効果）
第２の実施の形態の提示振動制御手段によれば、車両振動が大きいときにその車両振動の周波数に応じて基準提示振動の周波数を変更することで、車両振動とは異なる振動周波数の提示振動を操作表示パネル１３に生じさせるようにした。これにより、車両振動ノイズが大きい場合でも、操作者は提示振動を明確に認識でき、タッチ操作入力の受け付けを確実に知ることができる。また、提示振動の振幅を小さく抑えることができ、操作者に不快な操作感を与えることもない。

以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。

１…車両、２…インストルメントパネル、３…センタークラスタ、４…ディスプレイ、５…ステアリングホイール、
１０…タッチパネルユニット、１２…タッチスイッチ、１３…操作表示パネル、１３ａ…開口部、１５…ＬＥＤ、１６…ユニット基板、１７…振動アクチュエータ、１８…支持部、１８ａ…バネ要素、１８ｂ…ダンパ要素、１９…車両振動検出回路、２０…タッチパネル制御部、２１…発振器、２２…振動レベル検出器、２３…可変増幅器、２４…振幅可算器、２５…駆動回路、２６…フィルタ、２７…車両振動周波数判定部、２８…選択スイッチ、
３１…車内ＬＡＮ、３２…エアコン装置、３３…カーナビゲーション装置、３４…オーディオ装置、
２７１…サンプリング装置、２７２…離散フーリエ変換部、２７３…振動周波数検索部、２９１、２９２、２９３…発振器

Claims

タッチセンサが配置され振動可能に支持される操作パネルと、
前記操作パネルに振動を生じさせる振動アクチュエータと、
車両の振動を検出する車両振動検出手段と、
前記車両振動検出手段が検出する車両振動の大きさに応じて前記振動アクチュエータの振幅を制御して、前記操作パネルを介して提示する振動の大きさを変更する提示振動制御手段と、を備えるタッチ式入力装置。
タッチセンサが配置され振動可能に支持される操作パネルと、
前記操作パネルに振動を生じさせる振動アクチュエータと、
車両の振動を検出する車両振動検出手段と、
前記車両振動検出手段が検出する車両振動の周波数とは異なる振動周波数に前記振動アクチュエータを制御して、前記操作パネルを介して提示する振動の周波数を変更する提示振動制御手段と、を備えるタッチ式入力装置。
前記車両振動検出手段が検出して出力する車両振動信号のうち、前記操作パネルに提示される基準の振動周波数を中心とするバンド幅に含まれる信号のみを通過させるフィルタを更に備え、前記提示振動制御手段は前記フィルタを通過した車両振動信号に基づいて前記操作パネルを介して提示する振動を変更する、請求項１又は２に記載のタッチ式入力装置。