JP2014228939A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低信号検出のアルゴリズムを改良して、従来に比べて誤入力を抑制できるようにした静電容量式の入力装置を提供する。【解決手段】操作面に接触あるいは近接させた状態での操作を静電容量変化に基づいて検出することが可能な入力装置であって、信号強度に対する第１閾値と、前記第１閾値よりも低い第２閾値と、所定時間内での座標変動に対する第３閾値と、を有する制御部を備え、前記第３閾値は所定の範囲を有しており、前記制御部では、第１閾値ＬＶ１を超えた前記信号強度Ｚ１が得られたとき、及び、信号強度Ｚ２が第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２の間であって座標変動が第３閾値ＬＶ３の範囲内にあるとき、操作面に対する前記操作と認識する。【選択図】図４

Description

本発明は、手袋をして操作をした場合等の低信号検出のアルゴリズムを用いた静電容量式の入力装置に関する。

特許文献１には、タッチ操作の有無を判定する第１閾値と、第１閾値よりも低い第２閾値と、を設定し、第１閾値を超えた場合、及び第１閾値は超えないものの第２閾値を超えたときであって検出値の特性値が高い場合のそれぞれを、タッチ操作であると判断するタッチスイッチに関する発明が開示されている。ここで検出値の特性値とはタッチ操作時間である。

素手でタッチ操作を行う場合のみならず、例えば手袋をしてタッチ操作をした場合では、素手の場合に比べて静電容量変化に基づいて出力される信号強度は小さくなってしまう。

このため、第１閾値のみならず第１閾値よりも低い第２閾値を設けて、第１閾値を下回るが第２閾値を超えた信号強度が得られ、しかもその信号強度が所定のタッチ操作時間、得られた場合には、手袋等をしたままでの操作状態であるとみなしている。

特開２００９−１８１２３２号公報

しかしながら特許文献１では、信号強度と閾値との比較だけでタッチ操作か否かを判定しているので、操作者が意図せずに指がタッチスイッチの近くに存在し、そのとき、第１閾値と第２閾値との間の弱い信号強度が所定時間得られれば、手袋をしたままでの操作状態と同様のタッチ操作であると判断される問題があった。すなわち特許文献１の低信号検出のアルゴリズムでは、手袋等をしたままの操作と、たまたま指がタッチセンサ近くに操作の意図なく存在している場合とを区別できないことがあり、誤入力を生じる恐れがあった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、低信号検出のアルゴリズムを改良して、従来に比べて誤入力を抑制できるようにした静電容量式の入力装置を提供することを目的とする。

本発明における入力装置は、
操作面に接触あるいは近接させた状態での操作を静電容量変化に基づいて検出することが可能な入力装置であって、
信号強度に対する第１閾値と、前記第１閾値よりも低い第２閾値と、所定時間内での座標変動に対する第３閾値と、を有する制御部を備え、
前記第３閾値は所定の範囲を有しており、
前記制御部では、前記第１閾値を超えた前記信号強度が得られたとき、及び、前記信号強度が前記第１閾値と前記第２閾値の間であって前記座標変動が前記第３閾値の範囲内にあるとき、前記操作面に対する前記操作と認識することを特徴とするものである。

本発明では、信号強度のみならず座標データも操作面に対する操作判定のアルゴリズムに組み込んだ。

すなわち本発明ではまず信号強度に対する第１閾値と、第１閾値よりも低い第２閾値とが設定されており、素手で操作面上を接触操作した場合には、第１閾値よりも高い信号強度が得られ、操作面に対する操作と判定することができる。

また信号強度が第１閾値を下回っても第２閾値を超えた場合には、座標データを用いて操作面に対する操作であるか否かを判定する。

座標データについては所定時間内での座標変動を用い、座標変動が第３閾値の範囲内にあるか否かを判定する。

例えば、操作者が操作を意図せずに指を操作面に近づけた場合、安定した座標データが得られないので、座標変動は第３閾値の範囲外になり、操作面に対する操作でないと判定できる。

一方、手袋をしたままの操作や、意図して指を操作面に近接させた状態での操作（ホバー操作）では、座標データが安定しており、座標変動は第３閾値の範囲内になり、したがって操作面に対する操作と判断することができる。

このように、操作者が意図せず指を操作面に近づけた場合でも、信号強度が第１閾値と第２閾値との間に存在することがあるが、本発明では信号強度のみならず座標データも用いることで、操作の意図なく指を操作面に近づけた場合を操作面に対する操作として認識してしまう不具合を抑制でき、手袋をしたままの操作や、意図して指を操作面に近接させた状態での操作（ホバー操作）を安定して検出することができる。

このように本発明では、信号強度と座標データとを用いて、低信号検出（信号強度が第１閾値と第２閾値との間に存在）のアルゴリズムを改良したことで、従来に比べて誤入力を抑制することが可能である。

また本発明では、前記操作面内にて直交するＸ座標及びＹ座標を検知可能とされており、
前記制御部では、前記信号強度が前記第１閾値と前記第２閾値の間であって前記Ｘ座標及び前記Ｙ座標の少なくとも一方の前記座標変動が前記第３閾値の範囲内にあるとき、前記操作面に対する前記操作と認識することが好ましい。これにより、ＸＹ座標を検知可能な入力装置において、効果的に手袋をしたままの操作や、意図して指を操作面に近接させた状態での操作（ホバー操作）を安定して検出ことができる。

本発明では、信号強度と座標データとを用いて、低信号検出のアルゴリズムを改良したことで、従来に比べて誤入力を抑制することが可能である。

図１は、本実施形態における入力装置の平面図である。 図２（ａ）は、指を入力装置の操作面に接触させた状態を示す部分縦断面図であり、図２（ｂ）は、手袋をした状態で入力装置の操作面を操作した状態を示す部分縦断面図であり、図２（ｃ）は、指を入力装置の操作面に近接させた状態を示す部分縦断面図である。 図３は、本実施形態における入力装置のブロック図である。 図４（ａ）は、信号強度が第１閾値を超えた状態を示し、図４（ｂ）は、信号強度が、第１閾値と第２閾値との間にある状態を示し、図４（ｃ）は、座標変動が第３閾値との関係を示す概念図である。 図５は、本実施形態における入力装置を用いて操作の有無を判断するフローチャート図である。 図６は、信号強度と時間との関係を示す概念図である。

図１は、本実施形態における入力装置の平面図であり、図２は、入力装置の部分縦断面であり、図３は、入力装置のブロック図である。

本実施形態に示す入力装置１は、図１，図２，図３に示すように、例えば透明な操作面２と、操作面２の裏面側に位置するセンサ部（検知部）３と、制御部４と、を有して構成される。また図示しないが、操作面２及びセンサ部３の裏面側に液晶ディスプレイ等の表示装置が配置されており、操作面２を表示画面として操作に対応した画像を表示させることも可能である。
操作面２は、透明な樹脂シートやガラス、プラスチック等で構成される。

センサ部３は、静電容量式センサであり、多数本の第１電極６と多数本の第２電極７とが互いに交差するように配置される。各電極６，７はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等で形成されている。各第１電極６は、Ｙ方向に向けて直線状に形成されるとともにＸ方向に等間隔にて配置されている。また各第２電極７は、Ｘ方向に向けて直線状に形成されるとともにＹ方向に等間隔にて配置されている。

図１に示すように指Ｆ（操作体）で操作面２の表面を操作すると、指Ｆと各電極６，７との間の静電容量が変化する。この静電容量変化に基づき指Ｆの操作位置を検出することが可能である。各操作位置の検出には、第１電極６または第２電極７のうち一方の電極に駆動電圧を印加し、他方の電極により指Ｆとの間の静電容量の変化を検知して指Ｆの操作位置を検知する相互容量検出型や、指Ｆと第１電極６との間の静電容量変化、及び指Ｆと第２電極７との間の静電容量変化に基づいて指Ｆの位置座標を検知する自己容量検出型などがあるが、どのようにして指Ｆの位置座標を検知するかは特に限定する事項ではない。
図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は、いずれも操作面２に対する操作状態を示している。

図２（ａ）は指Ｆを操作面２に接触させながら操作している。また図２（ｂ）では、手に手袋１５をし、指Ｆを覆う手袋１５の先端１５ａを操作面２に接触させながら操作している。また図２（ｃ）では、指Ｆを操作面２に近接させた状態（指Ｆは操作面２に接していない）で操作している。

図２（ａ）に示すように指Ｆを操作面２に接触させて操作した場合、指Ｆとセンサ部３との距離が、図２（ｂ）（ｃ）の操作状態の場合に比べて近くなるため、図２（ａ）の操作にて得られる信号強度は、図２（ｂ）（ｃ）の操作にて得られる信号強度よりも大きくなる。

図３に示すように制御部４には保管部１０、閾値記憶部１１、算出部１２及び比較部１３が設けられる。

保管部１０では、センサ部３から得られる信号強度や座標データを保管する。閾値記憶部１１では、信号強度と比較するための第１閾値ＬＶ１及び第２閾値ＬＶ２が記憶されている。また座標変動値と比較するための第３閾値ＬＶ３が記憶されている。なお第１閾値ＬＶ１は第２閾値ＬＶ２よりも大きい値に調整されている。

また算出部１２では、保管した座標データに基づいて分散σ等を算出する。比較部１３では、信号強度と第１閾値ＬＶ１及び第２閾値ＬＶ２とを比較し、また座標変動値と第３閾値ＬＶ３とを比較する。

図５に示すフローチャートを用いて図２（ａ）（ｂ）（ｃ）における各操作の判定を行う。

まず図５に示すステップＳＴ１では得られた信号強度Ｚが第１閾値ＬＶ１より大きいか否かを判断する。図４（ａ）に示すように信号強度Ｚ１が第１閾値ＬＶ１よりも大きい場合、図２（ａ）に示すように指Ｆを操作面２上に接触させながら操作したものと判定し（ステップＳＴ２）、静電容量変化に基づいて指Ｆの位置座標（座標データ）を算出部１２にて算出する。

次に、ステップＳＴ１の条件を満たさないとき、図６に示すステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３では、信号強度Ｚが第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間であるか否かを判断する。図４（ｂ）に示すように信号強度Ｚ２が第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間にある場合、ステップＳＴ４に移行する。一方、信号強度Ｚが、第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間にない場合、すなわち信号強度Ｚが、第２閾値ＬＶ２を下回る場合、操作面２に対する操作ではないと判定する（ステップＳＴ５）。

図２（ｂ）（ｃ）の操作を行った場合に得られる信号強度Ｚは、図２（ａ）に示すように指Ｆを操作面２に接触させながら操作した場合に比べて低くなり、図４（ｂ）に示すように、第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間に位置する。しかしながら図２（ｂ）（ｃ）の操作の場合のみならず、操作者が操作を意図せずに指Ｆを操作面２に近づけた場合に得られる信号強度Ｚも第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間に入る場合がある。したがって、ステップＳＴ４以降では、信号強度Ｚ２が第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間にある場合に、図２（ｂ）（ｃ）の操作であるか否かを判定する。

図６に示すステップＳＴ４では、所定時間ｔの間、Ｘ座標及びＹ座標の各座標データを制御部４の算出部１２で算出し、保管部１０にて保管する。続いて、ステップＳＴ６に移行し、座標データの分散σを算出部１２にて算出する。

図４（ｃ）に示すようにＸ座標及びＹ座標の分散が所定時間ｔ（測定時間ｔ）内で収束した場合（ステップＳＴ７）、図２（ｂ）（ｃ）に示す操作面２に対する操作と判定する（ステップＳＴ８）。

一方、Ｘ座標及びＹ座標の分散σが所定時間ｔ内で収束しない場合には、操作面２に対する操作でないと判定する（ステップＳＴ９）。

図６のステップＳＴ６に示すように、Ｘ座標の分散σｘは、ｄｘ/ｄｔで算出でき、Ｙ座標の分散σｙは、ｄｙ/ｄｔで算出できる。そして、これらの分散σｘ，σｙが、図４（ｃ）に示す第３閾値ＬＶ３の範囲内にあるか否かをステップＳＴ７で判断する。

あるいは、座標変動を分散σで算出せず、所定時間ｔ内での座標の変動量（移動距離）を算出し、その変動量が第３閾値ＬＶ３（ここでの第３閾値ＬＶ３は分散σを比較する際の第３閾値と異なる）の範囲内にあるか否かを判断してもよい。

操作者が意図しないで指Ｆを操作面２に近づけた場合には、指Ｆの動きは不安定であり、座標変動は第３閾値ＬＶ３の範囲を外れる。よって座標変動に基づいて、図２（ｂ）（ｃ）の操作か、そうでないかを判定することが可能になる。

このように本実施形態では、信号強度のみならず座標データも操作面に対する操作判定のアルゴリズムに組み込んだのである。

例えば図６に示すように、信号強度を時間で測定し、短い測定時間ｔ１では第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間に得られた信号強度Ｚ３でも、長い測定時間ｔ２になると第２閾値ＬＶ２を下回るような時間帯がある場合、図２（ｂ）（ｃ）による操作でなく、操作を意図しない指の動きであると判断してもよいが、それだけでは不十分である。すなわち信号強度Ｚ２が、測定時間ｔ２、第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間に存在しても、操作の意図がなく単に指Ｆが操作面２に近接した状態もあるため、本実施形態では、信号強度だけでなく、座標データを用いて操作面２に対する操作であるか否かを判定することとしたのである。

例えば、操作者が意図せず指Ｆを操作面に近づけた場合等は、座標データが不安定になるので、座標変動は第３閾値ＬＶ３の範囲から外れ、操作面２に対する操作ではないと判断することが可能になる。

このように、操作者が意図せず指Ｆを操作面２に近づけた場合でも、信号強度Ｚが第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間に存在することがあるが、本実施形態では座標データの安定を条件に用いることで、操作者が意図せず指Ｆを操作面２に近づけた場合を操作面に対する操作として認識してしまう不具合を抑制でき、手袋１５をしたままの操作（図２（ｂ））や、意図して指を操作面に近接させた状態での操作（ホバー操作）（図２（ｃ））を安定して検出ことができる。

以上のように本実施形態では、信号強度と座標データとを用いて、低信号検出（信号強度が第１閾値と第２閾値との間に存在）のアルゴリズムを改良したことで、従来に比べて入力装置１の誤入力を抑制することが可能である。

なお図５のステップＳＴ１では、図４（ａ）に示す信号強度Ｚ１が、図６に示すように測定時間ｔ１内にて常に第１閾値ＬＶ１を超えている場合に操作面２に対する操作として判断することができる。

また、図４（ｂ）に示す信号強度Ｚ２は、図６に示すように測定時間ｔ２、計測してもよいし、測定時間ｔ２よりも短い時間Ｔ１だけ計測してもよい。例えば、測定時間ｔ２内にて、信号強度が第１閾値ＬＶ１と第２閾値ＬＶ２との間に得られる時間帯もあれば、第２閾値ＬＶ２を下回る時間帯もある場合には、図５に示すステップＳＴ３の条件を満たさず、操作面２に対する操作でないと判断することができる。

なお本実施形態では、Ｘ座標とＹ座標の検出が可能な入力装置１としたが、例えば一方の座標しか検知できない構成であってもよい。その場合には検知可能な座標データを用いて、操作面２に対する操作であるか否かを判断する。

またＸ座標とＹ座標の検出が可能な入力装置１の場合であって、図２（ｂ）（ｃ）の操作判定に使用される座標データを、Ｘ座標及びＹ座標の少なくとも一方だけを使用することもできる。ただし、Ｘ座標及びＹ座標の双方の座標データを用いることが、より効果的に図２（ｂ）（ｃ）の操作を安定して検出することができ好適である。

なお各閾値ＬＶ１，ＬＶ２，ＬＶ３については、求められる入力感度や、搭載される機種等によって種々変更可能である。

本実施形態における入力装置１は、パーソナルコンピュータなどの電子機器や携帯機器、ゲーム機等に組み込むことができるが、特に車両用機器として有効に適用できる。

例えばドライビンググローブをつけて運転している場合でも、入力装置への入力操作を行うことが可能である。

Ｆ 指
ＬＶ１ 第１閾値
ＬＶ２ 第２閾値
ＬＶ３ 第３閾値
Ｚ、Ｚ１、Ｚ２ 信号強度
１ 入力装置
２ 操作面
３ センサ部
４ 制御部
６、７ 電極
１０ 保管部
１１ 閾値記憶部
１２ 算出部
１３ 比較部
１５ 手袋

Claims (2)

1. 操作面に接触あるいは近接させた状態での操作を静電容量変化に基づいて検出することが可能な入力装置であって、
   信号強度に対する第１閾値と、前記第１閾値よりも低い第２閾値と、所定時間内での座標変動に対する第３閾値と、を有する制御部を備え、
   前記第３閾値は所定の範囲を有しており、
   前記制御部では、前記第１閾値を超えた前記信号強度が得られたとき、及び、前記信号強度が前記第１閾値と前記第２閾値の間であって前記座標変動が前記第３閾値の範囲内にあるとき、前記操作面に対する前記操作と認識することを特徴とする入力装置。
2. 前記操作面内にて直交するＸ座標及びＹ座標を検知可能とされており、
   前記制御部では、前記信号強度が前記第１閾値と前記第２閾値の間であって前記Ｘ座標及び前記Ｙ座標の少なくとも一方の前記座標変動が前記第３閾値の範囲内にあるとき、前記操作面に対する前記操作と認識する請求項１記載の入力装置。