JP2014044586A

JP2014044586A - 操作入力装置

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Publication number: JP2014044586A
Application number: JP2012186954A
Authority: JP
Inventors: Seiya Murase; 誠也村瀬; Osamu Yoshikawa; 治吉川
Original assignee: SMK Corp; Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: SMK Corp; Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: JP6038547B2

Abstract

【課題】操作範囲を規制する枠部を備え絶対位置入力を行なう装置において、入力位置精度又は表示精度に優れる操作入力装置を提供する。
【解決手段】操作面１４の周囲に設けられた操作範囲を規制する枠部１２を有し、枠部１２の内側に並べて配置された電極Ｅ_ｉ：ｉ＝０〜Ｎ(整数)、すなわち、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎにより操作面１４に対する指等の検出対象物の接触を検出して検出信号を出力する検出部としてのタッチ検出デバイス１０と、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの検出信号に基づいて検出対象物の操作面１４上での太さを判別する判別部３０と、判別部３０により判別された検出対象物の太さに基づいて枠部１２の内側の操作面に対応した絶対値入力の座標を算出する座標処理部４０と、を有して操作入力装置１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、操作入力装置に関する。

従来の技術としてタッチパネルを使用する操作入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この入力装置は、ディスプレイ等の表示装置と、タッチパネルを有するタッチ操作部とを備えている。タッチ操作部は、例えば車両においてはセンターコンソール等の操作者が容易に操作することができる場所に配置される。表示装置には、エアコンやオーディオ、カーナビゲーションシステム等、操作対象となる車載機器に応じた選択画面が表示される。操作入力装置は、タッチ操作部の操作範囲枠内におけるタッチ位置の絶対位置座標を、画面上の位置座標に変換し、表示装置に出力する。

この入力装置は、タッチ操作部の操作範囲枠内におけるタッチ位置の絶対位置座標と、画面上における操作対象の位置座標とが対応するため、タッチ位置に対応する機能項目を直感的に把握することができ、また、これにより、画面上に機能項目が規則的に配置されていなくても所望の機能項目を容易に選択することができるので、画面上に機能項目を自由に配置することができるとされている。

特開２００２−１０８５４４号公報

しかし、タッチ操作部の操作範囲枠内の絶対位置を画面上の位置として直接入力するいわゆる絶対位置入力操作が可能な従来の入力装置では、操作者の指の太さにより操作範囲を規制する枠部付近のタッチ可能な範囲が異なることになる。すなわち、枠部付近では操作者の指が枠部に当たるのでタッチ可能な操作範囲が操作者により異なることになり、絶対位置入力の位置誤差、及びそれによる表示器への表示誤差が生じるという問題がある。

従って、本発明の目的は、操作範囲を規制する枠部を備えた絶対位置入力を行なう装置において、入力位置精度又は表示精度に優れる操作入力装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するため、操作面の周囲に設けられた枠部を有し、前記枠部の内側に並べて配置された電極により前記操作面に対する検出対象物の接触を検出して検出信号を出力する検出部と、前記電極の検出信号に基づいて前記検出対象物の前記操作面上での太さを判別する判別部と、前記判別部により判別された前記検出対象物の太さに基づいて前記枠部の内側の操作面に対応した絶対値入力の座標を算出する座標処理部と、を有することを特徴とする操作入力装置を提供する。

［２］前記座標処理部は、前記検出部の接触を検出した電極の本数により前記検出対象物の太さを算出することを特徴とする上記［１］に記載の操作入力装置であってもよい。

［３］また、前記絶対値入力の座標は、表示部の表示範囲と１対１に対応したものであることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の操作入力装置であってもよい。

本発明によれば、操作範囲を規制する枠部を備え絶対位置入力を行なう装置において、入力位置精度又は表示精度に優れる操作入力装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の斜視図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の上平面図、図２（ｂ）は、正面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施の形態に係るフローチャートである。

[本発明の実施の形態]
（操作入力装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置のタッチ検出デバイス１０の斜視図である。図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置のタッチ検出デバイス１０の上平面図、図２（ｂ）は、正面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の構成を示すブロック図である。

操作入力装置１は、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、タッチ検出デバイス１０の表面にある操作パネル１１に、操作範囲を規制する枠部１２が操作面１４を囲む（挟む）ように設けられている。

操作入力装置１は、例えば、接続された電子機器の操作を行うことができるものである。操作入力装置１は、例えば、操作者の体の一部（例えば、指）や専用のペン等の検出対象物で操作面１４に接触する、又は検出される程度に近接することにより操作を検出し、この操作に応じて電子機器に表示された表示器６０上のカーソルの移動や選択、表示されたアイコンのドラッグ、ドロップ等の指示を行うことができるように構成されている。操作者は、例えば、操作面１４に操作を行うことにより、接続された電子機器の操作を行うことが可能となる。本実施の形態では、検出対象物としての指による操作について説明する。

本発明の実施の形態に係る操作入力装置１は、操作面１４の周囲に設けられた操作範囲を規制する枠部１２を有し、枠部１２の内側に並べて配置された電極Ｅ_ｉ：ｉ＝０〜Ｎ(整数)、すなわち、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎにより操作面１４に対する指等の検出対象物の接触を検出して検出信号を出力する検出部としてのタッチ検出デバイス１０と、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの検出信号に基づいて検出対象物の操作面１４上での太さを判別する判別部３０と、判別部３０により判別された検出対象物の太さに基づいて枠部１２の内側の操作面に対応した絶対値入力の座標を算出する座標処理部４０と、を有する。

なお、操作面１４に対する指等の検出対象物の接触を検出するとは、電極と指等の検出対象物との接触または近接により、両者により形成される静電容量が所定の閾値を超えた場合に接触が検出されたとすることができる。

（タッチ検出デバイス１０の構成）
本実施の形態に係る検出部としてのタッチ検出デバイス１０は、例えば、操作面１４に指が近づくことによる、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎと指との距離に反比例した電流の変化を検出信号として出力する静電容量方式のタッチセンサである。なおタッチ検出デバイス１０は、例えば、周知の抵抗膜方式、赤外線方式、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）方式等のタッチパネルを用いることが可能である。

このタッチ検出デバイス１０は、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の間隔Ｘ_Ｌで立設された枠部１２の内側に並べて配置された複数の電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎを有する操作パネル１１と、タッチパネル制御部２０と、を有して概略構成されている。タッチ電極基板１３の上に、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎが等しいピッチＰで並べて配置され、その上に、両端部に枠部１２が立設された操作パネル１１が設けられている。操作パネル１１は、所定の誘電率を有する例えば樹脂製であり、図２（ｂ）に示すように、指７０が操作面１４に接触または近接すると、指７０と電極間に所定の静電容量を形成する。

電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎは、例えば、銅箔パターン、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム：Indium Tin Oxide）等を用いて形成される。この電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎは、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の間隔Ｘ_Ｌで立設された枠部１２の内側に並べて配置されている。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、タッチ検出デバイス１０の枠部１２の内側の寸法をＸ_Ｌとし、左端を基準位置Ｘ０としてＸ軸を規定する。枠部１２の内側の寸法Ｘ_Ｌの領域は、タッチ可能な範囲であるが、指７０の太さを考慮すると、図２（ｂ）で示すように、枠部１２の壁面１２ａ、１２ｂからそれぞれｄの距離までの領域はタッチできない領域となっている。このタッチできない非検出領域は、タッチ操作する指の太さにより変化する。

タッチパネル制御部２０は、図２（ａ）、（ｂ）の紙面左のＸ_０から右のＸ軸方向の電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの順番に静電容量を読み出すように構成されている。タッチパネル制御部２０は、制御部５０から出力される制御信号に基づいて静電容量を読み出すように構成されている。

またタッチパネル制御部２０は、例えば、読み出した各電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの静電容量の値（静電容量値）を静電容量情報として判別部３０及び制御部５０に出力するように構成されている。

このタッチ検出デバイス１０は、一例として、図３に示す表示器６０の表示領域６２と、操作面１４とが１：１となる絶対操作系を構成する。従って、図２（ａ）、（ｂ）で示すタッチ検出デバイス１０のＸ軸方向の（Ｘ_Ｌ―２ｄ）と、図３に示す表示器６０のＬとは、１対１に対応する。すなわち、絶対値入力の座標は、表示部の表示範囲と１対１に対応したものである。

（判別部３０の構成）
図３は、本発明の実施の形態に係る操作入力装置の構成を示すブロック図である。判別部３０は、取得した静電容量情報に基づく静電容量が、予め定められた閾値Ｆ_ｔｈ以上である場合、指の接触を判定するように構成されている。この接触とは、上述したように、閾値Ｆ_ｔｈ以上の静電容量となる程度に、指が操作面１４に近接した場合を含んでいる。つまり接触の判定は、指が操作面１４に接していなくてもなされる可能性がある。

静電容量情報は、図３に示すように、制御部５０から出力される制御信号に基づいて、図２（ａ）、（ｂ）の紙面左のＸ_０から右のＸ軸方向の電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの順番に、タッチパネル制御部２０により静電容量として読み出される。

判別部３０は、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの各静電容量のうちで、閾値Ｆ_ｔｈ以上の静電容量となるものがあれば指の接触があったものと判定する。判別部３０は、この判定をした後、指幅数Ｗ_Ｆを算出するように構成されている。

指幅数Ｗ_Ｆの算出は、判別部３０による操作者の指の太さの判別である。すなわち、判別部３０は、順次入力される電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの各静電容量が、それぞれ閾値Ｆ_ｔｈ以上の静電容量であるかどうかを比較し、電極容量Ｃ_Ｅ ^ｉ＞基準値（閾値）Ｆ_ｔｈとなる電極数を算出する。これにより、操作者の指の太さは、指幅数Ｗ_Ｆに比例したものと規定することができる。なお、基準値（閾値）Ｆ_ｔｈは、例えば、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの各静電容量Ｃ_Ｅ ^ｉの最大値の０．８倍等とすることができる。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、操作面１４への指のタッチ操作は、枠部１２の壁面１２ａと壁面１２ｂで挟まれた距離Ｘ_Ｌの領域である。しかし、指７０の太さを考慮すると、タッチ操作可能な領域は、壁面１２ａ、１２ｂからそれぞれｄの距離の領域を除いた領域である。この壁面１２ａ、１２ｂからの距離ｄは、指７０の太さに応じて変化する。

上記の壁面１２ａ、１２ｂから距離ｄの領域は、指７０によりタッチできない非検出領域である。この非検出領域は、後述するように、指幅数Ｗ_Ｆを使用した表示位置Ｄ_ＰＯＳの算出結果から、図３で示す表示器６０の表示領域６２において、Ｄ_ＰＯＳ＜０のときはＤ_ＰＯＳ＝０とされ、また、Ｄ_ＰＯＳ＞ＬのときはＤ_ＰＯＳ＝Ｌとされる。したがって、指７０の太さに応じて変化する非検出領域（壁面１２ａ、１２ｂから距離ｄの領域）は、図３で示す表示器６０の表示領域６２内には表示されないことになる。

なお、上記のタッチ操作は、操作者の指によるものとしたが、例えばタッチペンの場合には、タッチペンによりタッチされた電極数に基づいて指幅数Ｗ_Ｆが算出される。

（座標処理部４０の構成）
座標処理部４０は、判別部３０により判別された検出対象物である指７０の太さに基づいて枠部１２の内側の操作面１４に対応した絶対値入力の座標を算出する。座標処理部４０は、判別部３０によって算出された指幅数Ｗ_Ｆに基づいて、タッチ検出デバイス１０のタッチ位置Ｘに１対１に対応して表示器６０に表示する表示位置Ｄ_ＰＯＳを算出するように構成されている。また座標処理部４０は、算出した表示位置Ｄ_ＰＯＳを座標変換情報として制御部５０に出力するように構成されている。

前述の指幅数Ｗ_Ｆを用いて、重み付け関数Ｗ_Ｔ ^ｉを定義する。すなわち、
Ｗ_Ｔ ^ｉ＝（Ｌ／（Ｎ−Ｗ_Ｆ＋１））×ｉ−（Ｗ_Ｆ−１）／２×Ｌ／（Ｎ−Ｗ_Ｆ＋１）
とする。
ここで、ｉは、電極ナンバーであり、電極Ｅ_ｉ：ｉ＝０〜Ｎ(整数)を規定する整数である。Ｌは、図３で示す表示器６０の表示領域６２の長さである。Ｗ_Ｆは、前述の指幅数である。また、電極ｉの電極容量をＣ_Ｅ ^ｉとする。
この重み付け関数Ｗ_Ｔ ^ｉを用いて、表示位置Ｄ_ＰＯＳは次のように算出される。

重み付け関数Ｗ_Ｔ ^ｉを用いて算出された表示位置Ｄ_ＰＯＳにより、タッチ操作する指の太さに応じた表示位置算出が可能となる。
この算出される表示位置Ｄ_ＰＯＳは、図３で示す表示器６０の表示領域６２の長さＬに対応して算出されたもので、タッチ検出デバイス１０のタッチ位置Ｘに１対１に対応した表示位置である。

上記算出された表示位置Ｄ_ＰＯＳが、Ｄ_ＰＯＳ＜０のときは、Ｄ_ＰＯＳ＝０とされ、Ｄ_ＰＯＳ＞ＬのときはＤ_ＰＯＳ＝Ｌとされる。このように算出された表示位置Ｄ_ＰＯＳは、座標変換情報として制御部５０に出力される。

（制御部５０の構成）
制御部５０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部５０が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。また制御部５０は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。

制御部５０は、タッチ検出デバイス１０への制御信号送出、タッチ検出デバイス１０からの静電容量情報取得を行なうと共に、座標処理部４０から指幅数Ｗ_Ｆに基づいて算出された表示位置Ｄ_ＰＯＳを取得する。制御部５０は、これらの情報を操作情報として接続された電子機器に出力するように構成されている。

また、制御部５０は、座標処理部４０から取得した表示位置Ｄ_ＰＯＳを図３に示す表示器６０に出力して、タッチ検出デバイス１０にタッチされた位置Ｘを、表示基準位置６１から距離Ｌの区間に形成される表示領域６２上に表示する。すなわち、制御部５０は、タッチ検出デバイス１０のタッチ位置（操作位置）Ｘに１対１に対応して、表示器６０の表示領域６２に表示位置Ｄ_ＰＯＳを表示マーク等として表示する。

なお、表示位置Ｄ_ＰＯＳが、Ｄ_ＰＯＳ＜０のときは、Ｄ_ＰＯＳ＝０とされ、Ｄ_ＰＯＳ＞ＬのときはＤ_ＰＯＳ＝Ｌとされる。したがって、図２（ａ）、（ｂ）に示す非検出領域（壁面１２ａ、１２ｂから距離ｄの領域）は、図３で示す表示器６０の表示領域６２内には表示されず、図２（ａ）、（ｂ）に示す非検出領域（壁面１２ａ、１２ｂから距離ｄの領域）を除いた領域のタッチ位置Ｘが、表示領域６２の表示基準位置６１から距離Ｌの区間に１対１に絶対値入力されることになる。

図４は、本発明の実施の形態に係るフローチャートである。以下に、本実施の形態に係る操作入力装置１の動作を、各図を参照しながら図４のフローチャートに従って説明する。

（操作入力装置１の動作）
制御部５０は、タッチ検出デバイス１０の各電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの静電容量を順次読み出す制御信号を生成してタッチパネル制御部２０に出力する。タッチパネル制御部２０は、取得した制御信号に基づいて静電容量を読み出して静電容量情報を生成し、判別部３０に出力する（Ｓ１）。

判別部３０は、取得した静電容量情報に基づいて接触の有無を判定する。判別部３０は、指の接触が有ったと判定した場合は、ステップ３（Ｓ３）へ進み、指の接触が有ったと判定しない場合は、Ｓ１へ戻り、指の接触判定を繰り返して行なう（Ｓ２）。

判別部３０は、指幅数Ｗ_Ｆを算出する（Ｓ３）。すなわち、判別部３０は、順次入力される電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎの各静電容量が、それぞれ閾値Ｆ_ｔｈ以上の静電容量であるかどうかを比較し、電極容量Ｃ_Ｅ ^ｉ＞基準値（閾値）Ｆ_ｔｈとなる電極数を算出する。

座標処理部４０は、表示位置Ｄ_ＰＯＳを算出する（Ｓ４）。すなわち、座標処理部４０は、指幅数Ｗ_Ｆを用いて、重み付け関数Ｗ_Ｔ ^ｉを定義し、これを用いて、表示位置Ｄ_ＰＯＳを算出する。

制御部５０は、表示器６０に表示位置を表示する（Ｓ５）。すなわち、制御部５０は、タッチ検出デバイス１０のタッチ位置（操作位置）Ｘに１対１に対応して、表示器６０の表示領域６２に表示位置Ｄ_ＰＯＳを表示マーク等として表示する。

また、制御部５０は、静電容量情報と座標処理情報に基づいて、操作情報を生成して電子機器に出力する（Ｓ６）。

（本発明の実施の形態の効果）
タッチ検出デバイス１０は、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の間隔Ｘ_Ｌで立設された枠部１２の内側に並べて配置された複数の電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎを有する操作パネル１１と、タッチパネル制御部２０と、を有して概略構成されている。タッチ電極基板１３の上に、電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎが等しいピッチＰで並べて配置され、その上に、両端部に枠部１２が立設された操作パネル１１が設けられている。このような操作パネル１１であるため、図２（ｂ）で示すように、枠部１２の壁面１２ａ、１２ｂからそれぞれｄの距離までの領域はタッチできない領域となっている。このタッチできない非検出領域は、タッチ操作する指の太さにより変化する。

しかし、本実施の形態に係る操作入力装置１は、閾値Ｆ_ｔｈ以上の静電容量である電極数をカウントして、その電極数を指幅数Ｗ_Ｆとして算出し、この指幅数Ｗ_Ｆを用いた重み付け関数Ｗ_Ｔ ^ｉにより、表示位置Ｄ_ＰＯＳを表示器６０の表示領域６２に表示する。この指幅数Ｗ_Ｆ及び重み付け関数Ｗ_Ｔ ^ｉを用いて算出された表示位置Ｄ_ＰＯＳにより、タッチ操作する指の太さに応じた表示位置算出が可能となる。よって、タッチ検出デバイス１０のタッチ位置（操作位置）Ｘに１対１に対応して、表示器６０の表示領域６２に表示位置Ｄ_ＰＯＳを表示マーク等として表示することが可能である。

また、表示位置Ｄ_ＰＯＳの算出結果から、図３で示す表示器６０の表示領域６２において、Ｄ_ＰＯＳ＜０のときはＤ_ＰＯＳ＝０とされ、また、Ｄ_ＰＯＳ＞ＬのときはＤ_ＰＯＳ＝Ｌとされる。これにより、指７０の太さに応じて変化する非検出領域（壁面１２ａ、１２ｂから距離ｄの領域）は、図３で示す表示器６０の表示領域６２内には表示されない。したがって、操作パネル１１が、所定の間隔Ｘ_Ｌで立設された枠部１２の内側に並べて配置された複数の電極Ｅ_０〜Ｅ_Ｎを有する構造のもの、すなわち、ヘコ形状の指座標検出デバイスにおいて、指の太さの異なるユーザが操作しても、表示領域の端点を選択できる。

以上から、操作範囲を規制する枠部を備え絶対位置入力を行なう装置において、入力位置精度又は表示精度に優れる操作入力装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…操作入力装置、
１０…タッチ検出デバイス、１１…操作パネル、１２…枠部、１３…タッチ電極基板、１４…操作面
２０…タッチパネル制御部
３０…判別部
４０…座標処理部
５０…制御部
６０…表示部、６１…表示基準位置、６２…表示領域
７０…指
Ｅ_０、Ｅ_１、〜、Ｅ_Ｎ…電極

Claims

操作面の周囲に設けられた枠部を有し、前記枠部の内側に並べて配置された電極により前記操作面に対する検出対象物の接触を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記電極の検出信号に基づいて前記検出対象物の前記操作面上での太さを判別する判別部と、
前記判別部により判別された前記検出対象物の太さに基づいて前記枠部の内側の操作面に対応した絶対値入力の座標を算出する座標処理部と、
を有することを特徴とする操作入力装置。
前記座標処理部は、前記検出部の接触を検出した電極の本数により前記検出対象物の太さを算出することを特徴とする請求項１に記載の操作入力装置。
前記絶対値入力の座標は、表示部の表示範囲と１対１に対応したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の操作入力装置。