JP2017126196A - 操作装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】操作装置の前面においてスイッチ列の周囲からの近接検出が可能な静電検出センサを備えた操作装置を提供する。
【解決手段】操作スイッチ(21、22、23,24)が配置されたスイッチ列20と、スイッチ列20の上側又は下側に配置され、操作者の指等の検出対象物が近接した2次元座標値を検出する静電検出センサ(第1静電検出センサ12、第1静電検出センサ14)と、静電検出センサの検出結果に基づいて、検出対象物がスイッチ列20のいずれの操作スイッチへ近接したかを判断する判断部を備えた制御部300と、を有して操作装置を構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、操作装置に関する。
従来の技術として、制御対象を覆う透光保護カバーに設けられた透明電極と、この透明電極の対接地容量の変化を検出して検出信号を出力して制御手段を駆動する検出回路とを備えた静電容量式スイッチが提案されている。このような静電容量式スイッチを備えた操作装置(車両用計器)として、車両運行情報を表示する表示部と、表示部の前面に配置されて表示部を保護する透光保護カバーと、透光保護カバーの表示部と対応する位置に配置された透明電極を含み、透明電極の対接地容量の変化を検出して検出信号を出力する静電容量式スイッチと、静電容量式スイッチからの検出信号に基づいて表示部の表示を制御する制御部とを備えたものが知られている(特許文献1参照)。
特許文献1の操作装置によれば、透明保護パネルの裏側に設置された透明電極は、指などの被検知物体が透明保護パネルに近接するに従い増加する静電容量を検知して静電容量検出回路に出力する。これにより、透明電極の対接地容量の変化を検知する静電容量式のスイッチを用い、これを透光保護カバーに設置することによって、透光保護カバーに押圧などの応力を加えることなく操作を行うことができる。また、スイッチ部が外部から見えず意匠性を向上させることができると共に、スイッチ部の小型化を実現することができる、とされている。
特開2007−80808号公報
特許文献1の操作装置は、透明電極により指等の近接検知ができ、これに基づいて操作装置の操作、例えば、表示の更新、照明のオンオフ等が可能になる。しかし、透明電極は、装置本体の一部に装着される構成であって、電極配置位置が限られ、周囲からの近接方向、座標検出が必要な場合に対応できないという問題があった。
従って、本発明の目的は、操作装置の前面においてスイッチ列の周囲からの近接検出が可能な静電検出センサを備えた操作装置を提供することにある。
[1]上記目的を達成するため、操作スイッチが配置されたスイッチ列と、前記スイッチ列の上側又は下側に配置され、検出対象物が近接した2次元座標値を検出する静電検出センサと、前記静電検出センサの検出結果に基づいて、前記検出対象物が前記スイッチ列のいずれの操作スイッチへ近接したかを判断する判断部を備えた制御部と、を有する操作装置を提供する。
[2]前記制御部は、前記静電検出センサによる2次元座標値の時間的変化により、前記検出対象物が前記スイッチ列のいずれの操作スイッチに近接したかを判断することを特徴とする上記[1]に記載の操作装置であってもよい。
[3]また、前記静電検出センサは、前記スイッチ列の上側及び下側に、第1静電検出センサ及び第2静電検出センサとして配置され、前記制御部は、前記第1静電検出センサ及び第2静電検出センサの検出結果に基づいて、前記検出対象物が前記スイッチ列のいずれの操作スイッチへ近接したかを判断することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の操作装置であってもよい。
[4]また、前記静電検出センサは、相互容量方式の検出センサであることを特徴とする上記[1]から[3]のいずれか1に記載の操作装置であってもよい。
本発明によれば、操作装置の前面においてスイッチ列の周囲からの近接検出が可能な静電検出センサを備えた操作装置を提供することができる。
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図であり、図1(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置のセンサパネルの構成を示す平面図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の第1検出電極、第2検出電極、絶縁層の分解斜視図である。 図3(a)は、第1検出電極の配線パターンを示す平面図であり、図3(b)は、第2検出電極の配線パターンを示す平面図である。 図4は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の動作状態を示すもので、指が近接した状態における静電容量分布の状態を示すセンサパネルの平面図である。 図5(a)、(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の変形例を示すセンサパネルの構成を示す平面図である。 図6(a)は、本発明の第2の実施の形態に係る操作装置のセンサパネルの構成を示す平面図であり、図6(b)は、近接する指が操作スイッチに向けて移動した状態を示す平面図である。 図7は、本発明の第3の実施の形態に係る操作装置のセンサパネルの構成を示す平面図である。
(本発明の第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック図であり、図1(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置のセンサパネルの構成を示す平面図である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の第1検出電極、第2検出電極、絶縁層の分解斜視図である。また、図3(a)は、第1検出電極の配線パターンを示す平面図であり、図3(b)は、第2検出電極の配線パターンを示す平面図である。
(操作装置1の構成)
本願発明に係る操作装置1は、複数の操作スイッチ(21、22、23,24)が配置されたスイッチ列20と、スイッチ列20の上側又は下側に配置され、操作者の指等の検出対象物が近接した2次元座標値を検出する静電検出センサ(第1静電検出センサ12、第2静電検出センサ14)と、静電検出センサの検出結果に基づいて、検出対象物がスイッチ列20のいずれの操作スイッチへ近接したかを判断する判断部を備えた制御部300と、を有して構成されている。
上記において、操作スイッチ(21、22、23,24)は並置されてスイッチ列20を構成している。第1静電検出センサ12、第2静電検出センサ14は、スイッチ列20の両側(図2の紙面において、上側と下側)に配置されている。この第1静電検出センサ12、第2静電検出センサ14は、図2の紙面内の2次元座標値を検出することができる。また、操作者の指等の検出対象物が近接した2次元座標値と、その座標における静電容量値、又はそれに相当する電圧値等を検出することができる。
図1(a)、図2において、センサパネル10を制御する制御部300は、Y電極部210(第2検出電極200)を駆動する駆動部310と、X電極部110(第1検出電極100)から静電容量を読み出す読出部320と、を備えている。
駆動部310は、制御部300から出力される駆動信号Sに基づいた周期的な電流をY電極部210(第2検出電極200)に、順次、電圧供給するように構成されている。
読出部320は、1つのY電極部210(第2検出電極200)が駆動されている間に、X電極部110(第1検出電極100)との接続を順次切り替えて静電容量を読み出すように構成されている。読出部320は、閾値330を有し、読み出した静電容量と閾値330とを比較して近接検出を行ない、近接検出点の座標の情報を含む検出点情報Sである座標(X、Y)を出力するように構成されている。この検出点の座標の算出は、一例として、加重平均により行われる。
(制御部300)
制御部300は、例えば、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。制御部300は、上記したように、電極駆動のために駆動部310へ駆動信号Sを出力すると共に、検出点の検出点情報Sである座標(X、Y)を取得する。
また、制御部300は、LIN、CAN等の車載LAN400を介して、空調装置510、オーディオ装置520等に接続されている。
実施の形態に係る操作装置におけるセンサパネル10は、相互容量方式により検出点の検出点情報Sである座標(X、Y)を取得する。相互容量方式は、Y電極部210(第2検出電極200)とX電極部110(第1検出電極100)の各交点位置に発生する相互容量が、指等を近接させることにより変化する。この変化を、Y電極部210(第2検出電極200)とX電極部110(第1検出電極100)を順次駆動して検出することにより、近接位置あるいはタッチ位置を検出する方式である。
(ベースフィルム50)
図2、3に示すように、ベースフィルム50は、第1検出電極100及び第2検出電極200がその上に形成されるベースとなるものであって、第1検出電極100と第2検出電極200を厚さ方向に略一定の間隔で保持して絶縁する絶縁層として機能する。ベースフィルム50は、フィルム状の絶縁体である厚さ(一般的には、厚さ12μmから50μm程度)で形成されたベースフィルム50の両側に、第1検出電極100と第2検出電極200が導電材料により形成されたフレキシブルプリント基板FPC(Flexible printed circuits)である。第1検出電極100及び第2検出電極200から引き出された配線部120、220は、読出部320、駆動部310に電気的に接続される。なお、ベースフィルム50は、例えば、ポリイミド等の樹脂であり、所定の誘電率を有し、後述する第1検出電極100と第2検出電極200に挟まれた状態で、第1検出電極100と第2検出電極200の各交点において所定の静電容量を有するコンデンサとして機能する。
ベースフィルム50は、図2、3に示すように、ループ形状に形成されている。すなわち、ベースフィルム50は、外形が矩形状(長方形、正方形等)であって、中心部に中心穴領域52を有する中心部が抜けた形状とされている。このループ形状は、装着する対象機器への配置、サイズの制約に対応して決められる。このベースフィルム50の形状に合わせて、後述する第1検出電極100及び第2検出電極200の形状が決まることになる。
(第1検出電極100)
第1検出電極100は、ベースフィルム50の上に導電材料により形成され、第1の方向に複数の検出電極が配置され、第2検出電極200との交点に形成される静電容量値の変化により、第1の方向の座標を検出するものである。図2、3に示すように、互いに交差する第1の方向であるX方向と第2の方向であるY方向をとると、第1検出電極100は、X方向に等間隔に複数の電極が形成され、X方向の座標を検出することができる。
第1検出電極100は、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム・スズ)等の透明電極を使用する。なお、設置位置により、銅箔等の導電材料も使用できる。
図2、3に示すように、第1検出電極100は、ベースフィルム50の矩形形状に従って形成されたX電極部110と、X電極部110から制御部へ配線するための配線部120から構成されている。図2、3に示すように、X電極部110のうち、ベースフィルム50の下部131、右部132、左部133からは、そのまま下方向へ配線される。一方、上部134は、一旦上方向へ配線され、右部132、左部133のそれぞれ脇部を経由して下方向へ配線される。これにより、ベースフィルム50の中心穴領域52がある配置、サイズの制約にも対応が可能となる。なお、上記示した配線方法は、ベースフィルム50の配置、サイズの制約等に応じて変更することが可能である。
(第2検出電極200)
第2検出電極200は、ベースフィルム50の上に導電材料により形成され、第1の方向に複数の検出電極が配置され、第1検出電極100との交点に形成される静電容量値の変化により、第2の方向の座標を検出するものである。図2、3に示すように、互いに交差する第1の方向であるX方向と第2の方向であるY方向をとると、第2検出電極200は、Y方向に等間隔に複数の電極が形成され、Y方向の座標を検出することができる。
第2検出電極200は、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム・スズ)等の透明電極を使用する。なお、設置位置により、銅箔等の導電材料も使用できる。
図2、3に示すように、第2検出電極200は、ベースフィルム50の矩形形状に従って形成されたY電極部210と、Y電極部210から制御部へ配線するための配線部220から構成されている。図2、3に示すように、Y電極部210のうち、ベースフィルム50の下部231、右部232からは、右部232の脇部を経由して下方向へ配線される。また、左部233、上部234は、左部233の脇部を経由して下方向へ配線される。これにより、ベースフィルム50の中心穴領域52がある配置、サイズの制約にも対応が可能となる。なお、上記示した配線方法は、ベースフィルム50の配置、サイズの制約等に応じて変更することが可能である。
(第1の実施の形態の適用例)
図1(b)に示したように、本実施の形態に係る操作装置を車載用の空調装置に適用する。図4は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の動作状態を示すもので、指が近接した状態における静電容量分布の状態を示すセンサパネルの平面図である。
図4に示すように、センサパネル10は、例えば、車両に搭載された空調装置510を操作するための操作装置の前面に装着される。図2〜4に示すように、センサパネル10は、前述したように、第1検出電極100、第2検出電極200、及びベースフィルム50を積層して一体化したパネル状のものである。このセンサパネル10のベースフィルム50の中心穴領域52には、前記したスイッチ列20(操作スイッチ21、22、23,24)が配置されている。センサパネル10は、操作者が操作意図をもってこの操作装置の前面に指500を近接させた場合に、その指500の近接位置をX、Yの座標値、及び、その座標における静電容量値(静電容量値に対応する電圧等の出力値)として検出することができる。これにより、どの操作スイッチ21、22、23,24を操作しようとしているのか、すなわち、操作者の操作意図を判断することができる。
(検出動作)
制御部300は、以下に示すような処理をアルゴリズムとする判断部により検出動作を行なう。まず、制御部300は、閾値330を超えた第1検出電極100、第2検出電極200上のX、Yにおける静電容量値のカウント値を検出する。すなわち、センサパネル10に対して下方向から指500が近接すると、図4に示すように、例えば、操作スイッチ22に近接する領域の静電容量値のカウント値の分布が得られる。この閾値330を超えた静電容量値のカウント値の分布は、指先の近接操作に応じて形成されたものである。
制御部300は、図4に示すように、静電容量値のカウント値の分布から、近接点Pを中心点(あるいは重心)として検出座標(X、Y)として算出する。
一方、各操作スイッチ(21、22、23,24)の中心位置座標は、それぞれ、(Xa、Ya)、(Xb、Yb)、(Xc、Yc)、(Xd、Yd)として、制御部300内の記憶部に記憶されている。したがって、制御部300は、検出座標(X、Y)と各中心位置座標(Xa、Ya)、(Xb、Yb)、(Xc、Yc)、(Xd、Yd)との距離を算出することにより、近接点P(X、Y)が、どの操作スイッチ(21、22、23,24)に近いかを判断することができる。
上記の検出動作は、制御部300による駆動部310、読出部320の駆動時間を適切に設定することにより、リアルタイムで近接操作による指先の位置を判断できる。これにより、操作者がどの操作スイッチ(21、22、23,24)を操作しようとしているのかの近接検出が可能となる。
図4は、操作者が下方向から指500を操作スイッチに向かって近接させた例であるが、操作者が上方向から指500を操作スイッチに向かって近接させた場合は、第2静電検出センサ14が近接点P(X、Y)を検出することになる。したがって、スイッチ列20の上側又は下側に静電検出センサ(第1静電検出センサ12、第2静電検出センサ14)を配置した構成では、どの方向からスイッチ列20に指500が近接しても、近接検出が可能である。
(変形例)
図5(a)、(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る操作装置の変形例を示すセンサパネルの構成を示す平面図である。図5(a)は、スイッチ列20(操作スイッチ21、22、23,24)の下側のみに静電検出センサ(第1静電検出センサ12)を配置した例である。また、図5(b)は、スイッチ列20(操作スイッチ21、22、23,24)の上側のみに静電検出センサ(第2静電検出センサ14)を配置した例である。例えば、車両内のインストルメントパネル内にセンサパネル10が配置される場合等は、操作者がどちらの方向から指を近接させて操作するかが決まる場合がある。そのような場合は、この変形例のように、下側のみ、上側のみに静電検出センサを配置する構成も可能である。
(第1の実施の形態の効果)
第1の実施の形態によれば、各操作スイッチへ指の近接操作を行なう場合、操作スイッチ内に電極配置がなくても操作スイッチ周辺に位置、座標検出可能な静電検出センサを配置することで、近接検出が可能となる。これにより、操作装置の前面においてスイッチ列の周囲からの近接検出が可能な静電検出センサを備えた操作装置を提供することができる。特に、車両に適用する場合は、操作スイッチが左右に並列してスイッチ列を構成する場合がある。また、運転席と助手席から操作される場合が多いので、横に並置されたスイッチ列20の下側、上側に静電検出センサを配置する本実施の形態に係る構成は有効である。
(本発明の第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、制御部300が、静電検出センサによる2次元座標値の時間的変化により、検出対象物がスイッチ列のいずれの操作スイッチに近接したかを判断する構成としたものである。
図6(a)は、本発明の第2の実施の形態に係る操作装置のセンサパネルの構成を示す平面図であり、図6(b)は、近接する指が操作スイッチに向けて移動した状態を示す平面図である。
第2の実施の形態は、静電検出センサによる2次元座標値の時間的変化を検出し、これに基づいてどの操作スイッチに近接するかを判断する。この判断手法は種々の方法が考えられるが、以下に、判断手法の一例を示す。
(検出動作)
制御部300は、閾値330を超えた第1検出電極100、第2検出電極200上のX、Yにおける静電容量値のカウント値を検出する。すなわち、センサパネル10に対して下方向から指が近接すると、図6(a)に示すように、例えば、操作スイッチ23に近接する領域の静電容量値のカウント値の分布が得られる。この閾値330を超えた静電容量値のカウント値の分布は、指先の近接操作に応じて形成されたものである。
制御部300は、図6(a)に示すように、静電容量値のカウント値の分布から、近接点P1を中心点(あるいは重心)として検出座標P1(X1、Y1)として算出する。
一定の時間間隔をおいて、同様の検出動作を行なう。制御部300は、閾値330を超えた第1検出電極100、第2検出電極200上のX、Yにおける静電容量値のカウント値を検出する。すなわち、センサパネル10に対して下方向から指が近接すると、図6(b)に示すように、例えば、操作スイッチ22に近接する領域の静電容量値のカウント値の分布が得られる。この閾値330を超えた静電容量値のカウント値の分布は、指先の近接操作に応じて形成されたものである。
制御部300は、図6(b)に示すように、静電容量値のカウント値の分布から、近接点P2を中心点(あるいは重心)として検出座標P2(X2、Y2)として算出する。
制御部300は、検出座標P1(X1、Y1)と検出座標P2(X2、Y2)から、図6(b)に示すように、2次元座標上の直線Lを算出する。すなわち、検出座標P1(X1、Y1)、P2(X2、Y2)から、直線Lの方向ベクトルを算出し、これと、P1(X1、Y1)とから直線Lが算出できる。
制御部300は、図6(b)に示す各操作スイッチ(21、22、23,24)の中心位置座標(Xa、Ya)、(Xb、Yb)、(Xc、Yc)、(Xd、Yd)から、それぞれ、直線Lへの垂線の距離を求める。この垂線の距離が最も小さい値である操作スイッチ(21、22、23,24)に指が向かって近接していると判断することができる。
上記の近接検出は、繰り返して実行することにより、リアルタイムで近接検出が可能である。
図6(a)、(b)は、操作者が下方向から指を操作スイッチに向かって近接させた例であるが、操作者が上方向から指を操作スイッチに向かって近接させた場合は、第2静電検出センサ14が近接点P1、P2を検出することになる。したがって、スイッチ列20の上側又は下側に静電検出センサ(第1静電検出センサ12、第2静電検出センサ14)を配置した構成では、どの方向からスイッチ列20に指が近接しても、近接検出が可能である。
(第2の実施の形態の効果)
第2の実施の形態によれば、静電検出センサによる2次元座標値の時間的変化により、検出対象物がスイッチ列のいずれの操作スイッチに近接したかを判断するので、第1の実施の形態以上の検出精度で指の近接判断が可能となる。
(本発明の第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態は、スイッチ列が2段に配列された構成である。
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る操作装置のセンサパネルの構成を示す平面図である。上側のスイッチ列20(21、22、23,24)は、例えば、車両の空調装置の操作スイッチとされ、下側のスイッチ列30(31、32、33,34)は、例えば、車両のオーディオ機器の操作スイッチとされている。
2段のスイッチ列20、30の下側に第1静電検出センサ12、上側に第2静電検出センサ14が配置されている。第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様に、静電容量値のカウント値の分布から、近接点Pを検出する。あるいは、一定の時間間隔をおいて近接点P1、P2を検出する。これにより、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様に、リアルタイムで近接検出が可能である。
(第3の実施の形態の効果)
第3の実施の形態によれば、2段のスイッチ列20、30を有する構成でも、上側及び下側に、第1静電検出センサ12及び第2静電検出センサ14を配置しているので、精度よく指の近接判断が可能である。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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…操作装置
10…センサパネル
12…第1静電検出センサ
14…第2静電検出センサ
20、30…スイッチ列
21、22、23、24、31,32、33、34…操作スイッチ
50…ベースフィルム
52…中心穴領域
100…第1検出電極
110…X電極部
120…配線部
131…下部
132…右部
133…左部
134…上部
200…第2検出電極
210…Y電極部
220…配線部
231…下部
232…右部
233…左部
234…上部
300…制御部
310…駆動部
320…読出部
330…閾値
400…車両LAN
500…指
510…空調装置
520…オーディオ装置
…駆動信号
…検出点情報

Claims (4)

  1. 操作スイッチが配置されたスイッチ列と、
    前記スイッチ列の上側又は下側に配置され、検出対象物が近接した2次元座標値を検出する静電検出センサと、
    前記静電検出センサの検出結果に基づいて、前記検出対象物が前記スイッチ列のいずれの操作スイッチへ近接したかを判断する判断部を備えた制御部と、
    を有する操作装置。
  2. 前記制御部は、前記静電検出センサによる2次元座標値の時間的変化により、前記検出対象物が前記スイッチ列のいずれの操作スイッチに近接したかを判断することを特徴とする請求項1に記載の操作装置。
  3. 前記静電検出センサは、前記スイッチ列の上側及び下側に、第1静電検出センサ及び第2静電検出センサとして配置され、
    前記制御部は、前記第1静電検出センサ及び第2静電検出センサの検出結果に基づいて、前記検出対象物が前記スイッチ列のいずれの操作スイッチへ近接したかを判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の操作装置。
  4. 前記静電検出センサは、相互容量方式の検出センサであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の操作装置。
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