JP2016009463A

JP2016009463A - タッチ式入力装置

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Publication number: JP2016009463A
Application number: JP2014131711A
Authority: JP
Inventors: 貴夫今井; Takao Imai; 吉川　治; Osamu Yoshikawa; 治吉川
Original assignee: SMK Corp; Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: SMK Corp; Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: US9721493B2; CN105320379A; CN105320379B; JP6284838B2; EP2960756A1; US20150379913A1

Abstract

【課題】外来ノイズの影響を考慮しつつ、タッチ操作を的確に検出することができるタッチ式入力装置を提供する。【解決手段】タッチ式入力装置のコントローラの制御部は、コンデンサ毎の基準値に対する静電容量の変化量を示すデータ群に基づいてタッチ操作の有無を判定するものであり、データ群に基づいて人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量を検出した場合には、外来ノイズの影響による変化であると判定してタッチ操作の検出を停止し、人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されながら異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、外来ノイズの影響による変化ではないと判定してタッチ操作を検出する。【選択図】図５

Description

本発明は、タッチ操作を検出するタッチ式入力装置に関する。

従来、タッチパネルをタッチ操作することで、ディスプレイに表示されたマウスポインタ等の操作を行うタッチ式入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このタッチ式入力装置では、ユーザがタッチパネルの操作面に触れることで、例えばディスプレイに表示された複数の機能項目の中から一つを選択して、所望の画面を表示させたり付帯機器を作動させたりすることが可能になっている。また、近年では、タッチ操作として、単に操作面に接触する操作だけでなく、例えばタッチパネルの操作面をある一方向へなぞったり払ったりするなぞり操作（フリック操作）を検出するようにしたタッチ式入力装置が提案されている。なお、こうしたなぞり操作は、例えばディスプレイに表示する画面をそのなぞり方向へスクロールするといった特定の機能と対応付けられる。

さて、こうしたタッチ式入力装置としては、複数の駆動電極と複数のセンサ電極とを格子状に配置してなるセンサパターンに形成されるコンデンサの静電容量に基づいてタッチ操作を検出する投影型静電容量方式のものがある。このうち、駆動電極とセンサ電極との交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量の変化を検出する相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出することが可能になるといった利点がある。

特開２０１０−９３２１号公報

ところが、電磁波等の外来ノイズが存在すると、外来ノイズの影響を受けたコンデンサの静電容量が両方の極性が入り乱れて変化する。このような場合には、タッチ操作であるか外来ノイズであるか区別することができないため、タッチ操作を適切に検出することが困難になる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、外来ノイズの影響を考慮しつつ、タッチ操作を的確に検出す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。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決するタッチ式入力装置は、複数の駆動電極と複数のセンサ電極とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターンを有するタッチパネルと、前記各駆動電極に駆動信号を印加するとともに、前記駆動電極と前記センサ電極との交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量変化に基づいて前記タッチパネルの操作面に対するタッチ操作を検出するコントローラと、を備えるタッチ式入力装置において、前記コントローラは、前記コンデンサ毎の基準値に対する静電容量の変化量を示すデータ群に基づいてタッチ操作の有無を判定するものであり、前記データ群に基づいて人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量を検出した場合には、外来ノイズの影響による変化であると判定してタッチ操作の検出を停止し、人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されながら異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、外来ノイズの影響による変化ではないと判定してタッチ操作を検出することをその要旨としている。

上記構成によれば、指等の人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されるということは、人体以外のものが操作面に接触しているか、外来ノイズによる影響が考えられるので、外来ノイズの影響と判定してこの検出値を使用しないようタッチ操作の検出を停止する。このため、外来ノイズの影響による誤ったタッチ操作の検出を抑制することで耐ノイズ性を確保することができる。また、外来ノイズであれば異なる極性の静電容量の検出位置が移動するので、異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、外来ノイズの影響でなく、異物や操作面の変化によるものである。このため、濡れた指等によるタッチ操作が行われて、人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されたとしても、タッチ操作として検出することができる。

上記タッチ式入力装置について、前記コントローラは、タッチ操作がない場合には、温度変化に基づいて前記基準値の補正を行い、外来ノイズの影響による変化を検出した場合には、温度変化に基づく前記基準値の補正を停止することが好ましい。

上記構成によれば、温度変化に基づく基準値の補正を行うことで、タッチ操作を的確に検出することができるようになる。また、外来ノイズの影響によって静電容量の変化量を検出した場合には、基準値の補正を停止することで、基準値が変化することで静電容量の変化量が変更してしまうことを防ぐことができる。

本発明によれば、外来ノイズの影響を考慮しつつ、タッチ操作を的確に検出することができる。

タッチ式入力装置の第１の実施形態における車両に搭載した状態を示す図。同タッチ式入力装置のタッチパネルの操作面及びその近傍を示す平面図。同タッチ式入力装置のタッチパネルの図２の３−３断面図。同タッチ式入力装置の概略構成を示すブロック図。同タッチ式入力装置の状態遷移を示す図。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図５を参照して、タッチ式入力装置の第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、ダッシュボード１の中央部（センタークラスタ）にはディスプレイ２が設けられている。センターコンソール４には、シフトレバー５が設けられており、その手前側には、タッチ式入力装置１０のタッチパネル１１がその操作面１１ａを露出させる態様で埋設されている。すなわち、本実施形態のタッチ式入力装置１０は車両に搭載されている。そして、ユーザは、指やスタイラス等の導電体を用いてタッチパネル１１をタッチ操作することにより、ディスプレイ２に表示された所望の機能項目の選択及び決定を行い、エアコンディショナやカーナビゲーション等の車載機器に所望の動作を実行させることが可能となっている。なお、タッチ操作には、単に操作面１１ａに接触する操作だけでなく、例えばタッチパネル１１の操作面１１ａをある一方向へなぞったり払ったりするなぞり操作（フリック操作）も含まれる。

図２及び図３に示すように、タッチパネル１１には、複数の駆動電極１２と複数のセンサ電極１３とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターン１４が設けられている。なお、図２では、説明の便宜上、駆動電極１２を７本、センサ電極１３を５本だけ示している。

具体的には、タッチパネル１１は、駆動電極１２が配置される駆動基板１５と、駆動基板１５上に設けられるとともにセンサ電極１３が配置されるセンサ基板１６と、センサ基板１６上に設けられるカバー１７とを備えている。駆動基板１５、センサ基板１６及びカバー１７は、それぞれ絶縁性材料からなる。そして、カバー１７の上面の一部がタッチパネル１１の操作面１１ａを構成している。

駆動電極１２及びセンサ電極１３は、それぞれ導電性材料からなり、帯状に形成されている。そして、駆動電極１２は、駆動基板１５における操作面１１ａと対向する範囲内で互いに平行になるように一方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。一方、センサ電極１３は、センサ基板１６における操作面１１ａと対向する範囲内で互いに平行になるように上記一方向と直交する方向（Ｙ方向）に沿って配置されている。これにより、駆動電極１２及びセンサ電極１３によって格子状のセンサパターン１４が操作面１１ａ内に形成されるとともに、図３において二点鎖線で示すように、駆動電極１２とセンサ電極１３との交点部分にはコンデンサＣが形成されている。なお、本実施形態では、駆動電極１２及びセンサ電極１３は、それぞれ接着剤１８により駆動基板１５及びセンサ基板１６に固定されている。

図４に示すように、タッチ式入力装置１０は、上記タッチパネル１１と、そのセンサパターン１４に駆動信号（パルス信号）を印加してタッチ操作を検出するコントローラ２１とを備えている。なお、本実施形態のコントローラ２１は、上記交点部分に形成されたコンデンサＣ毎の静電容量が変化することにより生じる充放電電流に基づいてタッチ位置を検出する相互容量方式を採用している。

具体的には、コントローラ２１は、各駆動電極１２に接続される駆動部２２と、各センサ電極１３に接続される検出部２３と、駆動部２２及び検出部２３の動作を制御する制御部２４とを有している。駆動部２２は、制御部２４からの制御信号に基づいて、駆動信号を生成するとともに、駆動電極１２を少なくとも１本ずつ選択して生成した駆動信号を印加する。検出部２３は、制御部２４からの制御信号に基づいて、センサ電極１３を少なくとも１本ずつ選択し、駆動電極１２に印加された駆動信号に応じて該センサ電極１３に流れる充放電電流を出力信号として受信する。また、検出部２３は、センサ電極１３のそれぞれから出力される出力信号に基づいてコンデンサＣ毎の静電容量を検出し、これらコンデンサＣ毎の静電容量を示す検出信号を制御部２４に出力する。そして、制御部２４は、検出信号に基づいてタッチ操作及びその座標を検出し、その検出結果をディスプレイ２に出力する。

ここで、制御部２４は、例えば水滴や硬貨等の導電性の異物が操作面１１ａに接触したままの状態でも、タッチ操作を検出可能に構成されている。なお、本実施形態では、指等が接触した場合に静電容量が変化する極性をプラスとし、導電性の異物が接触した場合に静電容量が変化する極性をマイナスとする。

詳述すると、制御部２４にはメモリ２４ａが設けられている。メモリ２４ａには、センサパターン１４の交点部分に形成されるコンデンサＣ毎に予め設定された初期基準値が記憶されている。なお、本実施形態では、初期基準値は、操作面１１ａ上に物体が何も接触していない状態での静電容量の値（ゼロ）に設定されている。また、メモリ２４ａには、コンデンサＣ毎に異物の有無によって変更される制御基準値が記憶されている。

制御部２４は、検出部２３から検出信号が入力されると、初期基準値に対するコンデンサＣ毎の静電容量の変化量を示す素データ群に基づいて導電性の異物の有無、すなわち操作面１１ａに異物が接触したか否かを判定する。具体的には、素データ群の少なくとも１つのデータ（初期基準値に対する各コンデンサＣのうちの少なくとも１つの静電容量）の変化量が所定のマイナスの値に設定された異物判定閾値以下となった場合に異物が有ると判定する。また、制御部２４は、素データ群に基づいて異物が有ると判定された場合には、制御基準値に対するコンデンサＣ毎の静電容量の変化量を示す制御データ群に基づいて導電性の異物の有無、すなわち操作面１１ａに別の異物が接触したか否かを判定する。具体的には、制御データ群の少なくとも１つが異物判定閾値以下となった場合に異物が有ると判定する。そして、制御部２４は、制御データ群に基づいてタッチ操作の有無を判定する。具体的には、制御データ群の少なくとも１つが所定のプラスの値に設定されたタッチ判定閾値以上となった場合に、タッチ操作が有った、すなわちタッチ操作が行われたと判定する。

コンデンサＣ毎の制御基準値は、素データ群に基づいて操作面１１ａに異物が有ると判定された場合には、このときの素データ群の対応する交点のデータ（コンデンサＣの静電容量）と同一の値（以下、素データ基準値）にそれぞれ設定される。つまり、制御基準値が素データ基準値に設定されると、制御データは、操作面１１ａに異物が接触した状態をゼロ点にしたコンデンサＣ毎の静電容量を示すことになる。一方、コンデンサＣ毎の制御基準値は、素データ群に基づいて操作面１１ａに異物が無いと判定された場合には、初期基準値にそれぞれ設定される。また、コンデンサＣ毎の制御基準値は、制御データ群に基づいて操作面１１ａに異物が有ると判定された場合には、このときの制御データ群の対応する交点のデータ（コンデンサＣの静電容量）と同一の値（以下、制御データ基準値）にそれぞれ設定される。つまり、制御基準値が制御データ基準値とされると、制御データは、操作面１１ａに別の異物が接触した状態をゼロ点にしたコンデンサＣ毎の静電容量を示すことになる。一方、コンデンサＣ毎の制御基準値は、制御データ群に基づいて操作面１１ａに異物が無いと判定された場合には、素データ基準値にそれぞれ設定される。

次に、図５を参照して、タッチ式入力装置１０の状態遷移について説明する。
図５に示すように、タッチ式入力装置１０のコントローラ２１は、電源がＯＮされて起動されると、タッチ操作の検出を待つ検出待機状態（ステップＳ１０１）となる。

制御部２４は、タッチ操作がない（タッチＯＦＦ）状態（ステップＳ１０２）においては、温度変化によって基準値が変化するので、制御基準値を温度変化に対応する基準値に更新する。制御部２４は、制御データ群に基づいてノイズ又は異物が有ると判定された場合には、ノイズ検出・異物検出中状態（ステップＳ１０３）に移行する。すなわち、制御部２４は、制御データ群に基づいて人体が接触したときと異なる極性（例えばマイナス）の静電容量の変化量を検出すると、ノイズが存在すると判定して、ノイズ検出・異物検出中状態（ステップＳ１０３）に移行する。制御部２４は、ノイズ検出・異物検出中状態（ステップＳ１０３）において、人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されながら異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、ノイズの影響による変化ではない（ノイズ印加中でない）と判定して、制御データ群に基づいてタッチ操作があると判定すると、タッチ操作を検出するタッチＯＮ状態（ステップＳ１０４）に移行する。すなわち、導電性の異物が操作面１１ａに有る場合や操作面１１ａのシートが変化したときでも、コンデンサＣの寄生容量が変化するので、タッチ操作を検出するタッチＯＮ状態に移行することができる。

制御部２４は、ノイズ検出・異物検出中状態（ステップＳ１０３）において、制御基準値に対するコンデンサＣ毎の静電容量の変化量を示す制御データ群に基づいて人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量の検出がなくなると、ノイズが存在しないと判定して、タッチ操作がない（タッチＯＦＦ）状態に移行する（ステップＳ１０２）。ここで、制御部２４は、ノイズ検出・異物検出中状態（ステップＳ１０３）において、制御基準値が変わってしまうと、静電容量の変化量が変化してしまうので、制御基準値を温度変化に対応する基準値への更新を停止する。

制御部２４は、タッチＯＦＦ状態（ステップＳ１０２）において、制御データ群に基づいてタッチ操作が有ると判定すると、指の検出ありとしてタッチ操作がある（タッチＯＮ）状態（ステップＳ１０４）に移行する。制御部２４は、タッチＯＮ状態において、タッチ操作の座標位置を演算し、その検出結果をディスプレイ２に出力する。

制御部２４は、ノイズ検出・異物検出中状態（ステップＳ１０３）において、異物がありながら、制御データ群に基づいてタッチ操作が有ると判定すると、指の検出ありとしてタッチ操作があるタッチＯＮ状態（ステップＳ１０４）に移行する。ここで、制御部２４は、タッチＯＮ状態（ステップＳ１０４）においても、制御基準値が変わってしまうと、静電容量の変化量が変化してしまうので、制御基準値を温度変化に対応する基準値への更新を停止する。

このように、本実施形態のタッチ式入力装置１０は、外来ノイズが存在するときにはタッチ操作の検出を停止することで、誤った操作の検出を抑制している。また、人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されながら異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、外来ノイズの影響ではないので、タッチ操作を検出することで、ノイズによる影響を考慮しながら、タッチ操作を検出することができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）指等の人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されるということは、人体以外のものが操作面に接触しているか、外来ノイズによる影響が考えられるので、外来ノイズの影響と判定してこの検出値を使用しないようタッチ操作の検出を停止する。このため、外来ノイズの影響による誤ったタッチ操作の検出を抑制することで耐ノイズ性を確保することができる。また、外来ノイズであれば異なる極性の静電容量の検出位置が移動するので、異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、外来ノイズの影響でなく、異物や操作面の変化によるものである。このため、濡れた指等によるタッチ操作が行われて、人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されたとしても、タッチ操作として検出することができる。

（２）温度変化に基づく制御基準値の補正を行うことで、タッチ操作を的確に検出することができるようになる。また、外来ノイズの影響によって静電容量の変化量を検出した場合には、制御基準値の補正を停止することで、制御基準値が変化することで静電容量の変化量が変更してしまうことを防ぐことができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもができる。
・上記実施形態では、制御部２４は、素データ群に基づいてその少なくとも１つのデータが異物判定閾値以下となった場合に異物が接触したと判定した。しかし、これに限らず、例えば素データ群の少なくとも１つのデータが異物判定閾値以下になるとともに、他の少なくとも１つのデータがプラス側に設定された閾値以上となった場合等、他の条件で素データ群に基づく異物判定を行ってもよい。同様に、他の条件で制御データ群に基づく異物判定を行ってもよい。また、タッチ操作の検出も、制御データ群の少なくとも１つがタッチ判定閾値以上となる以外の条件で行ってもよい。

・上記実施形態では、素データ基準値を、操作面１１ａに異物が接触したと判定されたときの素データ群の各データと同一の値としたが、このときの素データに応じた値であれば完全に同一でなくてもよい。同様に、制御データ基準値は、操作面１１ａに異物が接触したと判定されたときの制御データ群の各データと完全に同一の値でなくてもよい。また、初期基準値は、操作面１１ａ上に物体が何も接触していない状態での静電容量の値と完全に同一の値でなくてもよい。

・上記実施形態では、素データ群に基づいて異物の有無の判定を行い、制御データ群に基づいてタッチ操作の有無の判定を行ったが、異物の有無による基準値の変更を行わず、コンデンサＣ毎の基準値（初期基準値）に対する静電容量の変化量を示すデータ群（素データ群）に基づいてタッチ操作の有無を判定してもよい。

１…ダッシュボード、２…ディスプレイ、４…センターコンソール、５…シフトレバー、１０…タッチ式入力装置、１１…タッチパネル、１１ａ…操作面、１２…駆動電極、１３…センサ電極、１４…センサパターン、１５…駆動基板、１６…センサ基板、１７…カバー、２１…コントローラ、２２…駆動部、２３…検出部、２４…制御部、２４ａ…メモリ、Ｃ…コンデンサ。

Claims

複数の駆動電極と複数のセンサ電極とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターンを有するタッチパネルと、
前記各駆動電極に駆動信号を印加するとともに、前記駆動電極と前記センサ電極との交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量変化に基づいて前記タッチパネルの操作面に対するタッチ操作を検出するコントローラと、を備えるタッチ式入力装置において、
前記コントローラは、
前記コンデンサ毎の基準値に対する静電容量の変化量を示すデータ群に基づいてタッチ操作の有無を判定するものであり、
前記データ群に基づいて人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量を検出した場合には、外来ノイズの影響による変化であると判定してタッチ操作の検出を停止し、
人体が接触したときと異なる極性の静電容量の変化量が検出されながら異なる極性の静電容量の検出位置が移動しない場合には、外来ノイズの影響による変化ではないと判定してタッチ操作を検出する
ことを特徴とするタッチ式入力装置。
請求項１に記載のタッチ式入力装置において、
前記コントローラは、
タッチ操作がない場合には、温度変化に基づいて前記基準値の補正を行い、
外来ノイズの影響による変化を検出した場合には、温度変化に基づく前記基準値の補正を停止する
ことを特徴とするタッチ式入力装置。