JP2017187893A - 操作検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモスタットを省略して温度制御が可能なヒータ部を備えた操作検出装置を提供する。【解決手段】ヒータ部１０と、ヒータ部１０による熱的影響を受ける場所に検出電極２０ａが配置された静電容量式のタッチセンサ部２０と、ヒータ部１０及びタッチセンサ部２０の動作制御を行なう制御部３０と、有し、制御部３０は、タッチセンサ部２０の検出容量の変化量に基づいて、ヒータ部１０の温度制御を行なうように操作検出装置を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、操作検出装置に関し、特に、ヒータ部を備えた操作検出装置に関する。

従来の技術として、ヒータ部と接触検出を備えた操作検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この操作検出装置は、操舵ハンドルに備えられた電熱線と、電熱線と直列に接続され、電熱線に電力を供給するためのスイッチと、電熱線を構成する配線パターンの途中に接続された引き出し線により配線パターンに電気的に接続されるセンス回路とを備え、センス回路は、スイッチがオフである時に引き出し線を介した配線パターンの静電容量の大きさに基づいて操舵ハンドルと人の手との接触の有無を判定するようにハンドルヒータ装置を構成する。

この操作検出装置は、ヒータ動作と接触検出回路の動作とが択一的に切り替えられて、それぞれを間欠動作しているので、切り替え動作を人が感じない程度の速さにすれば、操舵ハンドルを暖めながら手の接触を検知することができるとされている。

特開２０１５−１２８９９３号公報

特許文献１の操作検出装置は、ハンドルヒータとして、可撓性を有する面状発熱体が形成され、ハンドルの握り部に沿うように丸められた状態で操舵ハンドルに内蔵または付加される。面状発熱体は、支持体、電熱線、引き出し線、接続部材、リード線、サーモスタットを有する。このサーモスタットは、温度調整用として必要である。

従って、本発明の目的は、サーモスタットを省略して温度制御が可能なヒータ部を備えた操作検出装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため、ヒータ部と、前記ヒータ部による熱的影響を受ける場所に検出電極が配置された静電容量式のタッチセンサ部と、前記ヒータ部及び前記タッチセンサ部の動作制御を行なう制御部と、有し、前記制御部は、前記タッチセンサ部の検出容量の変化量に基づいて、前記ヒータ部の温度制御を行なうことを特徴とする操作検出装置を提供する。

［２］前記制御部は、前記タッチセンサ部の検出容量の変化速度に基づいて、前記タッチセンサ部のタッチ時の静電容量変化か前記ヒータ部の熱的影響による静電容量変化かを判断することを特徴とする上記［１］に記載の操作検出装置であってもよい。

［３］また、前記制御部は、前記ヒータ部の熱的影響による検出容量変化量と前記ヒータ部の推定温度との対応関係表（ルックアップテーブル）を有し、この対応関係表に基づいて前記ヒータ部の温度制御を行なうことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の操作検出装置であってもよい。

［４］また、前記ヒータ部と前記検出電極の間に、前記ヒータ部と前記検出電極の間の寄生容量の影響を低減するキャンセル電極を有し、前記制御部は、前記タッチセンサ部と前記キャンセル電極を同電位で駆動することを特徴とする上記［１］から［３］のいずれか１に記載の操作検出装置であってもよい。

［５］また、前記制御部は、前記ヒータ部の前記温度制御を行なう時に、前記キャンセル電極の駆動を停止させることを特徴とする上記［４］に記載の操作検出装置であってもよい。

本発明によれば、サーモスタットを省略して温度制御が可能なヒータ部を備えた操作検出装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第1の形態に係る操作検出装置の全体概略構成を示すブロック構成図である。 図２（ａ）は、タッチ操作時の検出容量を示す検出容量Ｓｃと時間ｔとの関係を示す図、図２（ｂ）は、非タッチ操作時の検出容量を示す検出容量Ｓｃと時間ｔとの関係を示す図である。 図３は、操作検出装置の動作を示すフローチャートである。 図４は、ルックアップテーブルの一例を示す対応関係表である。 図５は、本発明の第２の形態に係る操作検出装置の全体概略構成を示すブロック構成図である。 図６（ａ）は駆動信号Ｓｄ、図６（ｂ）は、キャンセル信号Ｓcan、オンオフ制御信号Ｓedの例、図６（ｃ）は、キャンセル信号Ｓcan、オンオフ制御信号Ｓedの他の例を示す図である。

（本発明の第1の実施の形態）
図１は、本発明の第1の形態に係る操作検出装置の全体概略構成を示すブロック構成図である。図２（ａ）は、タッチ操作時の検出容量を示す検出容量Ｓｃと時間ｔとの関係を示す図、図２（ｂ）は、非タッチ操作時の検出容量を示す検出容量Ｓｃと時間ｔとの関係を示す図である。図３は、操作検出装置の動作を示すフローチャートである。また、図４は、ルックアップテーブルの一例を示すテーブル表である。以下、これらの図に基づいて、本発明の第1の実施の形態について説明する。

本発明の第1の実施の形態に係る操作検出装置１は、ヒータ部１０と、ヒータ部１０による熱的影響を受ける場所に検出電極２０ａが配置された静電容量式のタッチセンサ部２０と、ヒータ部１０及びタッチセンサ部２０の動作制御を行なう制御部３０と、有し、制御部３０は、タッチセンサ部２０の検出容量の変化量に基づいて、ヒータ部１０の温度制御を行なう構成とされている。

静電容量式のタッチセンサ部２０は、１又は２以上の検出電極２０ａから構成されている。この検出電極２０ａは、操作検出装置１の中で、ヒータ部１０による熱的影響を受ける場所に配置されて構成されている。熱的影響を受けるとは、ヒータ部１０により加熱されて検出電極２０ａ、検出電極２０ａの周辺部材が膨張あるいは収縮し、また、検出電極２０ａの周辺の比誘電率が変化する等により、寄生容量が変化することである。

（ヒータ部１０）
ヒータ部１０は、通電による発熱作用を利用した抵抗ヒータ、金属セラミックヒータ、また、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するペルティエ効果を利用したＴＥＣ素子（ペルティエ素子、ペルチエ素子）等が使用可能である。いずれのものを使用する場合でも、サーモスタット等の温度制御素子を備えないでヒータ部を構成する。

ヒータ部１０は、制御部３０に接続され、ヒータ制御信号Ｓｈにより通電制御がされることにより、所定の温度に温度制御される。

（タッチセンサ部２０）
タッチセンサ部２０は、１又は２以上の検出電極２０ａから構成されているが、本実施の形態では、図１に示すように、１つの検出電極２０ａを図示して説明する。タッチセンサ部２０を構成する検出電極２０ａは、図１に示すように、ヒータ部１０による熱的影響を受ける場所に配置されている。検出電極２０ａは、図示省略するベース部に銅板、銅箔等の導電体により形成されている。検出電極２０ａは、電極表面に所定の誘電率を有する樹脂等により表面層が形成されている。操作者の指１００（検出対象）が、検出電極２０ａをタッチすると、操作者の指１００が表面層を介して検出電極２０ａとの間にコンデンサを形成する。これにより、検出電極２０ａへのタッチの有無を、その静電容量値の変化により判断することが可能となる。

（制御部３０）
図１で本発明の形態に係る操作検出装置の概略構成を示すように、制御部３０は、例えば、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)及び記憶部としての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。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３０は、駆動信号の駆動回路部、信号の入出力処理のためのインターフェース部等を有する。

記憶部には、温度変化による容量変化か、タッチ時の容量変化かを識別するための第１閾値３１（検出容量値の変化速度の基準値）と、検出電極２０ａへのタッチの有無の判断に使用する第２閾値３２（検出容量値の基準値）を有する。また、記憶部には、タッチセンサ部２０の検出容量の変化量に基づいて、ヒータ部１０の温度推定を行なうことによりヒータ部１０の温度制御を行なうための対応関係表（以下、ルックアップテーブル３３という）を有する。

（静電容量の検出動作）
操作者の指１００が検出電極２０ａにタッチすると、指１００と検出電極２０ａとの間にコンデンサが形成される。検出電極２０ａは、操作者がタッチしていない状態では、寄生容量のみである。操作者の指１００がタッチした状態では、静電容量値が変化する。制御部３０は、検出電極２０ａへ、所定の周期で電圧を印加するチャージ動作を行なうと共に、所定の周期で各電極の電圧をサンプリングする。これらの動作により、検出電極２０ａの静電容量値を随時算出する。検出電極２０ａの検出容量（静電容量値）は、静電容量値、静電容量に対応した電圧値、あるいは、これらアナログ値をカウンタにより積算して量子化したデジタル値として算出される。

ここで、図２（ａ）は、タッチ操作時の検出容量を示す検出容量Ｓｃと時間ｔとの関係を示す図、図２（ｂ）は、非タッチ操作時の検出容量を示す検出容量Ｓｃと時間ｔとの関係を示す図である。

図２（ａ）に示すように、操作者が指１００（検出対象）で検出電極２０ａをタッチすると、例えば、時間ｔ１からｔ２の間で、検出容量Ｓｃが大きく変化する。したがって、検出容量Ｓｃの変化速度が大きく変化する。また、操作者の指１００（検出対象）が検出電極２０ａに近接した場合でも、検出感度を大きく設定している場合は、検出容量Ｓｃの変化速度が大きく変化する。よって、操作者が指１００（検出対象）で検出電極２０ａをタッチする場合には、操作者の指１００（検出対象）が検出電極２０ａに近接する場合も含むものとする。

また、図２（ｂ）に示すように、操作者が指１００（検出対象）で検出電極２０ａをタッチ、又は近接させてない場合は、検出容量Ｓｃは大きくは変化しない。図２（ｂ）に示す時間と共に検出容量Ｓｃが漸次増加しているのは、ヒータ部１０を駆動していることによる。すなわち、ヒータ部１０の駆動による検出容量Ｓｃの変化は、タッチ時と比較して、時間的にゆるやかである。

上記のことから、図２（ａ）に示すように検出容量Ｓｃの変化速度が大きい場合はタッチ検出と判定できる。一方、図２（ｂ）に示すように検出容量Ｓｃの変化速度が小さい場合はヒータ部１０による熱的影響であると判定できる。

（操作検出装置１の動作）
図３は、操作検出装置の動作を示すフローチャートである。以下、図３に基づいて操作検出装置の動作を説明する。

操作検出装置１の動作がスタートすると、制御部３０は、検出容量Ｓｃの速度変化が第１閾値３１（検出容量値の変化速度の基準値）を超えたかどうかを判定する（Ｓｔｅｐ１）。検出容量Ｓｃの速度変化が第１閾値３１を超えたと判定する場合はＳｔｅｐ２へ進み（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、検出容量Ｓｃの速度変化が第１閾値３１を超えないと判定する場合はＳｔｅｐ３へ進む（Ｓｔｅｐ１：Ｎｏ）。

制御部３０は、記憶部に記憶された第１閾値３１を参照して、図２（ａ）あるいは図２（ｂ）のような検出容量Ｓｃの速度変化ΔＣを判断することにより、検出容量Ｓｃの速度変化が閾値３１を超えたかどうかを判定する。これにより、検出容量Ｓｃの変化が、温度変化による容量変化か、タッチ時の容量変化かを識別することができる。

制御部３０は、タッチ検出の判定動作を行なう（Ｓｔｅｐ２）。制御部３０は、検出電極２０ａへのタッチの有無の判断に使用する第２閾値３２（タッチ検出の基準値）に基づいて、検出容量Ｓｃの変化が検出電極２０ａへのタッチによるものかどうかを判定する。第２閾値３２は、検出容量値の基準値であって、検出容量Ｓｃが所定の検出容量値以上になった場合には、指１００が検出電極２０ａへタッチされたものと判定する。

制御部３０は、記憶部に記憶されたルックアップテーブル３３を参照して、図２（ｂ）のような検出容量Ｓｃの速度変化ΔＣに対応するヒータ部１０のヒータ温度Ｔを推定する。

図４は、ルックアップテーブル３３の一例を示す対応関係表である。検出容量Ｓｃの速度変化である検出容量変化量ΔＣに対応したヒータ温度Ｔが対応関係表として予め設定されている。これは、実際の測定値に基づいて求められ、あるいは、計算又はシミュレーシンにより求めることもできる。

制御部３０は、所定の周期で検出容量変化量ΔＣを求め、これに基づいて、ヒータ制御信号Ｓｈによりヒータ部１０の温度制御を行なうことができる。

以上、一連の動作フローにより、操作検出装置の動作が実行される。

（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、ヒータ部１０と検出電極２０ａの間にキャンセル電極５０を備え、制御部３０は、検出電極２０ａの駆動と同期してキャンセル電極５０を同電位で駆動する構成とされている。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、ヒータ部１０と検出電極２０ａの間に、ヒータ部１０と検出電極２０ａの間の寄生容量の影響を低減するキャンセル電極５０を有し、制御部３０は、タッチセンサ部２０とキャンセル電極５０を同電位で駆動することを特徴とする。

また、制御部３０は、ヒータ部１０の温度制御を行なう時に、キャンセル電極５０の駆動を停止させることを特徴とする。

図５は、本発明の第２の形態に係る操作検出装置の全体概略構成を示すブロック構成図である。以下において、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略し、異なる構成及び動作について説明する。

（キャンセル電極５０）
キャンセル電極５０は、基本的に、検出電極２０ａと同電位で通電駆動される。これにより、検出電極２０ａの寄生容量が大きく低減され、検出電極２０ａのタッチ検出の精度が向上する。

キャンセル電極５０は、キャンセル電極制御部５２を介して、制御部３０により制御される。

キャンセル電極制御部５２は、例えば、オペアンプ５３で構成される。オペアンプ５３の出力端子５３ａは、キャンセル電極５０に接続されている。オペアンプ５３の非反転入力端子５３ｂは、制御部３０の検出電極駆動端子３０ａに接続されている。また、オペアンプ５３の反転入力端子５３ｃは、出力端子５３ａに接続されている。したがって、オペアンプ５３は、図５に示すように、ユニティゲインアンプとして動作し、検出電極２０ａの駆動信号Ｓｄと同位相、同電位のキャンセル信号Ｓcanにより、キャンセル電極５０を駆動する。

また、オペアンプ５３の制御端子５３ｄは、出力端子５３ａからの出力をオンオフする、Enable/Disable端子とされている。この制御端子５３ｄには、制御部３０から、出力端子５３ａの出力のオンオフ制御信号Ｓedが入力される。これにより、所定のタイミングで、オペアンプ５３の出力端子５３ａから出力されるキャンセル信号Ｓcanをオフにすることが可能になる。ここで、所定のタイミングは、第１の実施の形態で説明した検出電極２０ａの検出容量Ｓｃの速度変化を検出する時である。

（操作検出装置１の動作）
図６（ａ）は駆動信号Ｓｄであり、例えば、時間ｔ１〜ｔ２で検出電極２０ａを駆動し、時間ｔ２〜ｔ３で電流オフとされる。このような周期により検出電極２０ａが駆動される。

図６（ｂ）は、キャンセル信号Ｓcan、オンオフ制御信号Ｓedの例である。図６（ａ）で示した駆動信号Ｓｄにより、キャンセル電極５０は、同位相、同電位で駆動される。また、例えば、オンオフ制御信号Ｓedを駆動信号Ｓｄと同じとすることにより、時間ｔ１〜ｔ２でオペアンプ５３はEnable（オン）、時間ｔ２〜ｔ３でオペアンプ５３はDisable（オフ）となる。

上記の動作により、時間ｔ１〜ｔ２で通常のタッチ検出動作を行なう時には、キャンセル電極５０が駆動されている。これにより、検出電極２０ａの寄生容量が大きく低減されて、検出電極２０ａのタッチ検出の精度が向上する。

一方、時間ｔ２〜ｔ３でオペアンプ５３がDisable（オフ）の場合は、キャンセル電極５０の駆動が停止する。これにより、第１の実施の形態と同様に、タッチセンサ部２０の検出容量の変化量に基づいてヒータ部１０の温度推定を行なうことにより、ヒータ部１０の温度制御を行なうことができる。

図６（ｃ）は、キャンセル信号Ｓcan、オンオフ制御信号Ｓedの他の例を示す図である。図６（ｃ）では、時間ｔ１〜ｔ４で通常のタッチ検出動作を行ない、時間ｔ４〜ｔ５でヒータ部１０の温度制御を行なうことができる。このように、オンオフ制御信号Ｓedのデューティ比を変えることによってヒータ部１０の温度制御のインターバルを変えることが可能である。これにより、タッチ検出の動作時間とヒータ部の温度制御時間の割合を任意に設定できる。

（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る操作検出装置１は以下のような効果を有する。
（１）第１の実施の形態によれば、検出電極２０ａの検出容量値の変化速度に基づいて、ヒータ部１０の温度制御を行なうので、サーモスタット等の温度制御素子を備える必要がない。これにより、構成の簡略化、省スペース化、低コスト化が可能になる。
（２）第２の実施の形態によれば、検出電極２０ａの寄生容量の影響を低減するキャンセル電極５０を有する構成でも、キャンセル電極５０の駆動停止時にヒータ部１０の温度制御を行なうことにより、第１の実施の形態と同様の作用効果を有する。
（３）第１、２の実施の形態に係る操作検出装置１は、例えば、車両のステアリングに装着されるヒータ部を備えたステアリングセンサ、あるいは、ヒータ部を備えた着座シート、等に適用可能である。

以上、本発明のいくつか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…操作検出装置
１０…ヒータ部
２０…タッチセンサ部、２０ａ…検出電極
３０…制御部
３０ａ検出電極駆動端子、３１…第１閾値（検出容量値の変化速度の基準値）
３２…第２閾値（タッチ検出の基準値）
３３…ルックアップテーブル（対応関係表）
５０…キャンセル電極
５２…キャンセル電極制御部
５３…オペアンプ、５３ａ…出力端子、５３ｂ…非反転入力端子、５３ｃ…反転入力端子、５３ｄ…制御端子
１００…指（検出対象）
Ｓｃ…検出容量
Ｓｈ…ヒータ制御信号
Ｓcan…キャンセル信号
Ｓｄ…駆動信号
Ｓed…オンオフ制御信号
ΔＣ…速度変化
Ｔ…ヒータ温度

Claims (5)

1. ヒータ部と、
   前記ヒータ部による熱的影響を受ける場所に検出電極が配置された静電容量式のタッチセンサ部と、
   前記ヒータ部及び前記タッチセンサ部の動作制御を行なう制御部と、有し、
   前記制御部は、前記タッチセンサ部の検出容量の変化量に基づいて、前記ヒータ部の温度制御を行なうことを特徴とする操作検出装置。
2. 前記制御部は、前記タッチセンサ部の検出容量の変化速度に基づいて、前記タッチセンサ部のタッチ時の静電容量変化か前記ヒータ部の熱的影響による静電容量変化かを判断することを特徴とする請求項１に記載の操作検出装置。
3. 前記制御部は、前記ヒータ部の熱的影響による検出容量変化量と前記ヒータ部の推定温度との対応関係表（ルックアップテーブル）を有し、この対応関係表に基づいて前記ヒータ部の温度制御を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の操作検出装置。
4. 前記ヒータ部と前記検出電極の間に、前記ヒータ部と前記検出電極の間の寄生容量の影響を低減するキャンセル電極を有し、
   前記制御部は、前記タッチセンサ部と前記キャンセル電極を同電位で駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の操作検出装置。
5. 前記制御部は、前記ヒータ部の前記温度制御を行なう時に、前記キャンセル電極の駆動を停止させることを特徴とする請求項４に記載の操作検出装置。

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