JP2018005781A

JP2018005781A - 操作装置

Info

Publication number: JP2018005781A
Application number: JP2016135236A
Authority: JP
Inventors: 昌尚洞江; Masanao Doue
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】振動環境下において操作者の意図したタッチ操作を確実に検出する操作装置を提供する。【解決手段】振動体１００上に載置されるベース部５０と、ベース部５０に対して弾性体４０を介して支持される操作面１１を備えた操作部であるタッチパッド１０と、タッチパッド１０に取付けられ、操作面１１の動きを検出する荷重検出部である荷重センサ２０と、操作面１１へのタッチ操作の荷重信号と振動体１００から伝達される荷重信号とを判定し、タッチ操作の有無を検出する制御部と、を有して操作装置１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、操作装置に関し、特に、振動環境下に置かれる操作装置に関する。

従来の技術に係る操作装置として、タッチパネルが筐体に弾性体を介して支持された構成の操作装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の操作装置は、タッチパネルと、筐体と、感圧センサとを具備する。タッチパネルは、入力操作面を有し、該入力操作面に直接又は間接的に操作子が触れた位置を検出する。筐体は、タッチパネルを収容する。感圧センサは、タッチパネルに固定された第１の電極と、上記筐体に固定された第２の電極と、タッチパネルと筐体との間に配置され筐体に対してタッチパネルを弾性的に支持する弾性体とを有する。感圧センサは、入力操作面に入力される押圧力を第１及び第２の電極間の静電容量の変化として検出するものとして構成されている。

特許文献１の操作装置によれば、トッププレートを介して入力操作面を間接的に指で押すことにより、感圧センサによってｘｙ平面と垂直な方向（ｚ軸方向）に向かって加わる押圧力が検出され、入力決定が判定される。これにより、単に指がトッププレートを介して入力操作面に間接的に触れているだけでは、決定とは判定されないので、誤入力を減少させることができる。更に、トッププレートを介して指を間接的に入力操作面に触れた状態で入力操作面上を移動させることができるので操作性がよいとされている。

特開２０１０−２４４５１４号公報

しかし、特許文献１の操作装置は、タッチパネルが筐体に弾性体を介して支持された構成とされているので、筐体が車両等の振動体上に載置された状態で使用する場合には、振動体の振動が弾性体を介して感圧センサに伝達される。これにより、振動体の振動によって感圧センサの出力値が変化するため、センサ出力が指の接触によるセンサ出力の変化より大きい場合は、指の接触の検出が困難という問題があった。

従って、本発明の目的は、振動環境下において操作者の意図したタッチ操作を確実に検出する操作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に、振動体上に載置されるベース部と、前記ベース部に対して弾性体を介して支持される操作面を備えた操作部と、前記操作部に取付けられ、前記操作面の動きを検出する荷重検出部と、前記操作面へのタッチ操作の荷重信号と前記振動体から伝達される荷重信号とを判定し、前記タッチ操作の有無を検出する制御部と、を有することを特徴とする操作装置を提供する。

［２］前記制御部は、前記振動体から伝達される荷重信号の振幅値を検出することにより、前記判定を行なう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、前記操作部は、前記操作面に前記タッチ操作がされない状態において前記ベース部側から伝達される前記操作面における振動は減衰し、前記タッチ操作がされた状態において前記ベース部側から伝達される前記操作面における振動の減衰はより小さい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、前記振動体は、車両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、振動環境下において操作者の意図したタッチ操作を確実に検出する操作装置を提供することができる。

図１（ａ）は、本発明の形態に係る操作装置の上平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）で示す操作装置の正面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック構成図である。図３は、本発明の実施の形態に係る操作装置において、操作装置を車両に搭載されたタッチパッドに適用した場合の車両内の概略構成を示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る操作装置の、非タッチ時とタッチ時の荷重信号の出力波形の一例を示す、荷重信号と時間の関係図である。図５は、本発明の実施の形態に係る操作装置の、非タッチ時とタッチ時の荷重信号のゲインの変化を示す、荷重信号のゲインと周波数との関係を示す周波数特性図である。図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る操作装置と比較するための従来例であって、従来例に係る操作装置の図１（ａ）に相当する正面図であり、図６（ｂ）は、図４に相当する荷重信号と時間の関係図である。

（本発明の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の形態に係る操作装置の上平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）で示す操作装置の正面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る操作装置の構成を示すブロック構成図である。また、図３は、本発明の実施の形態に係る操作装置において、操作装置を車両に搭載されたタッチパッドに適用した場合の車両内の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態では、振動体としての車両に本操作装置が搭載された場合について説明する。

本発明の実施の形態に係る操作装置１は、振動体１００上に載置されるベース部５０と、ベース部５０に対して弾性体４０を介して支持される操作面１１を備えた操作部であるタッチパッド１０と、タッチパッド１０に取付けられ、操作面１１の動きを検出する荷重検出部である荷重センサ２０と、操作面１１へのタッチ操作の荷重信号と振動体１００から伝達される荷重信号とを判定し、タッチ操作の有無を検出する制御部３０と、を有して構成されている。

操作装置１は、振動体１００として、図３に示すように、車両８に搭載されている。操作装置１は、図３において、車両８の例えば、センターコンソール８０に搭載され、タッチパッド１０の操作面１１がＤ席またはＰ席から指等によってタッチ操作、なぞり操作等ができるように載置されている。

（タッチパッド１０）
タッチパッド１０は、車両８のセンターコンソール８０上に載置され、タッチ操作のタッチ検出を行なうタッチ検出部として機能し、例えば、操作指で触れた操作面１１上の位置を検出するタッチセンサである。操作者は、例えば、操作面１１に操作を行うことにより、接続された制御機器２００の遠隔操作を行うことが可能となる。タッチパッド１０としては、例えば、抵抗膜方式、赤外線方式、ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）方式、静電容量方式などのタッチパッド、操作面１１を撮像することにより接触位置を検出する検出装置などを用いることが可能である。本実施の形態では、タッチパッド１０は、一例として、静電容量方式のタッチパッドであるものとする。

タッチパッド１０は、一例として、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、表面が操作面１１となるパネル１０ａを有すると共に、絶縁状態を保ちながら交差する複数の駆動電極及び検出電極（図示省略）がパネル１０ａに配置されている。タッチパッド１０は、この複数の駆動電極及び検出電極を走査し、駆動電極と検出電極の組み合わせで得られる静電容量を検出する。タッチパッド１０は、例えば、予め定められた閾値と静電容量とを比較し、操作指が検出された検出点の座標を１周期分算出して検出情報Ｓ_１として周期的に制御部３０に出力する。この座標は、例えば、操作面１１に設定された直交座標系における座標である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、タッチパッド１０のパネル１０ａは、ベース部５０に対して弾性体４０を介して支持部５１に両端あるいは周囲が指示されている。すなわち、ベース部５０の例えば四隅の支持部５１に設けられた弾性体４０の上にタッチパッド１０のパネル１０ａが載置されている。ベース部５０は、振動体１００の上に載置される。振動体１００は、例えば、エンジンを内部に備えた自動車、モータを内部に備えた機器等、運転中又は稼働中に振動を伴うものであれば適用が可能である。

（荷重センサ２０）
荷重センサ２０は、タッチパッド１０のパネル１０ａへのタッチ操作に基づく荷重を検出して、制御部３０へ荷重信号Ｆを出力するものである。タッチ操作のタッチ荷重を検出する荷重検出部である荷重センサは、盤面へのタッチ操作による操作荷重を検出できるものであればよく、例えば、ひずみゲージが使用可能である。ひずみゲージは、薄い絶縁体上にジグザグ形状にレイアウトされた金属の抵抗体（金属箔）が取り付けられた構造をしており、変形による電気抵抗の変化を測定することによりひずみ量を検出するものである。このひずみゲージは、１００万分の１のひずみを容易に検出できるもので、検出されたひずみ量から盤面の応力が算出でき、これにより操作荷重を算出することができる。なお、ひずみ量と操作荷重の関係は、予めキャリブレーション等により求めておく。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、荷重センサ２０は、タッチパッド１０の一部に取り付けられている。図１（ａ）では、例えば、パネル１０ａの中央部に装着されている。この取り付け位置は、任意に設定可能である。

なお、荷重センサの代わりに、加速度センサを使用してもよい。加速度センサは、加速度の測定を目的とした慣性センサである。加速度を測定し、適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。加速度センサには多くの種類があるが、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を応用したＭＥＭＳ加速度センサが使用できる。ＭＥＭＳ型加速度センサは、加速度を検出する検出素子部と、検出素子からの信号を増幅、調整して出力する信号処理回路で構成されている。例えば、静電容量検出方式の加速度センサは、センサ素子可動部と固定部の間の静電容量変化を検出するものである。

（制御部３０）
制御部３０は、図２に示すように、タッチパッド１０、荷重センサ２０と接続され、ＬＩＮ、ＣＡＮ等の車載ＬＡＮ９０を介して、タッチパッド１０で操作した操作情報Ｓ_３による遠隔操作の対象とされる制御機器２００等に接続されている。

制御部３０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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、半導体メモリであるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）などから構成されるマイクロコンピュータである。ＲＯＭには、例えば、制御部３０が動作するためのプログラム、閾値等が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部３０は、記憶されたプログラムに従って、タッチパッド１０へのタッチ操作がされたかどうかの判定を行なう判定部３１を有している。判定部３１は、荷重センサ２０の検出信号Ｆ、閾値３３等によりタッチパッド１０へのタッチ操作がされたかどうかの判定動作を行なう。

制御部３０には、タッチパッド１０から検出情報Ｓ_１が入力される。制御部３０は、表示装置８５に接続され、タッチパッド１０からの検出情報Ｓ_１は、この表示装置８５のターゲット情報Ｓ_２に対応した位置情報である。したがって、表示装置８５のターゲット情報Ｓ_２に対応した例えばメニューアイコンを見ながら、タッチパッド１０上でタッチ操作、なぞり操作等ができ、これに基づいて、制御機器２００等を制御できる。

（弾性体４０）
弾性体４０は、一例として、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム等の弾性ゴムが使用される。この弾性体４０は、ベース部５０とタッチパッド１０のパネル１０ａとの間に配置され、振動体１００、すなわち、車両８の振動がベース部５０からタッチパッド１０へ伝達される振動を減衰させる、いわゆる防振ゴムとして機能する。弾性体４０は、例えば、ベース部５０、パネル１０ａに粘性材、接着材等により固定される。

タッチパッド１０のパネル１０ａは、弾性体４０を介してベース部５０に支持されているので、この構造のタッチパッド１０に車両８の走行振動が加わった場合、パネル１０ａに対して指等がタッチしていない時（非タッチ時）は、操作面１１（パネル１０ａ）が上方向に動くことができるため、走行振動の一部のみが荷重センサ２０に伝達される。一方、パネル１０ａに対して指等がタッチしている時（タッチ時）は、操作面１１（パネル１０ａ）が上方向に動くことができないため、車両８の走行振動がより強く荷重センサ２０に伝達される。すなわち、操作面１１（パネル１０ａ）に指が触れている場合はそうでない場合と比較して、常に大きなセンサ出力（荷重信号Ｆ）が得られる。

（本実施の形態に係る操作装置の動作）
図４は、本発明の実施の形態に係る操作装置の、非タッチ時とタッチ時の荷重信号を出力波形の一例を示す、荷重信号と時間の関係図である。また、図５は、本発明の実施の形態に係る操作装置の、非タッチ時とタッチ時の荷重信号のゲインの変化を示す、荷重信号のゲインと周波数との関係を示す周波数特性図である。

図４に示すように、パネル１０ａに対して指等がタッチしていない時（非タッチ時）の荷重センサ２０の荷重信号Ｆ_１に対して、パネル１０ａに対して指等がタッチしている時（タッチ時）の荷重センサ２０の荷重信号Ｆ_２は、増大する。すなわち、タッチ時の荷重センサ２０の荷重信号Ｆ_２は、増大した走行振動と、タッチによる荷重変化ΔＦだけ大きな値となる。

制御部３０は、判定部３１において、非タッチ時の荷重信号Ｆ_１とタッチ時の荷重信号Ｆ_２とを比較する。すなわち、制御部３０は、非タッチ時の荷重信号Ｆ_１、タッチ時の荷重信号Ｆ_２の振幅を検出し、これらの差分が、閾値３３（判定基準Ｆｔｈ）を超えているかどうかを判定することによりタッチの有無を検出することができる。

また、図５に示すように、非タッチ時の荷重信号Ｆ_１、タッチ時の荷重信号Ｆ_２を所定周期でサンプリングし、ＦＦＴ等により周波数軸上のゲイン信号にする。一般的に車両走行の振動数ｆ_０は１０〜２０Ｈｚ程度であり、弾性体４０は、減衰機能を発揮する。すなわち、図５に示すように、非タッチ時の点Ｐ_１のゲインＧ_１は、減衰曲線上にあるが、タッチ時の点Ｐ_２のゲインＧ_２は、弾性体４０による減衰作用を受けない。これにより、非タッチ時とタッチ時の荷重信号に基づくゲイン差を検出でき、タッチの有無を検出することができる。なお、特定周波数ｆ_０におけるゲイン差を検出して判定することにより、他の振動（外乱）環境下においてもタッチの有無を検出することができる。

（比較例）
上記説明した本実施の形態に係る操作装置１と対比するため、従来例を示す。図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る操作装置と比較するための従来例であって、従来例に係る操作装置の図１（ａ）に相当する正面図であり、図６（ｂ）は、図４に相当する荷重信号と時間の関係図である。

図６（ａ）に示すように、タッチパッド１０のパネル１０ａは、ベース部５０の支持部５２の先端部に形成された爪部５３により固定された構成とされている。したがって、振動体１００の振動は、ベース部５０からすべてパネル１０ａ側に伝達される。

図６（ｂ）に示すように、パネル１０ａに対して指等がタッチしていない時（非タッチ時）の荷重センサ２０の荷重信号Ｆ_３に対して、パネル１０ａに対して指等がタッチしている時（タッチ時）の荷重センサ２０の荷重信号Ｆ_４は、その振幅は変化せず、タッチによる荷重変化ΔＦが重畳されただけである。したがって、微小なタッチによる荷重変化ΔＦを検出することによりタッチの有無を判定する必要があり、判定精度が悪い。

（本発明の実施の形態の効果）
（１）本発明の実施の形態に係る操作装置１は、振動体１００上に載置されるベース部５０と、ベース部５０に対して弾性体４０を介して支持される操作面１１を備えた操作部であるタッチパッド１０と、タッチパッド１０に取付けられ、操作面１１の動きを検出する荷重検出部である荷重センサ２０と、操作面１１へのタッチ操作の荷重信号と振動体１００から伝達される荷重信号とを判定し、タッチ操作の有無を検出する制御部３０と、を有して構成されている。これにより、タッチパッド１０のパネル１０ａは、弾性体４０を介してベース部５０に支持されているので、この構造のタッチパッド１０に車両８の走行振動が加わった場合、パネル１０ａに対して指等がタッチしていない時（非タッチ時）は、操作面１１（パネル１０ａ）が上方向に動くことができるため、走行振動の一部のみが荷重センサ２０に伝達される。一方、パネル１０ａに対して指等がタッチしている時（タッチ時）は、操作面１１（パネル１０ａ）が上方向に動くことができないため、車両８の走行振動がより強く荷重センサ２０に伝達される。すなわち、操作面１１（パネル１０ａ）に指が触れている場合はそうでない場合と比較して、常に大きなセンサ出力（荷重信号）が得られる。したがって、制御部３０は、非タッチ時の荷重信号Ｆ_１、タッチ時の荷重信号Ｆ_２の振幅を検出し、これらの差分が、閾値３３（判定基準Ｆｔｈ）を超えているかどうかを判定することによりタッチの有無を検出することができる。
（２）比較例をあげて説明したように、タッチパッド１０のパネル１０ａとベース部５０が弾性体を介さずに固定されている場合は、微小なタッチによる荷重変化ΔＦを検出することによりタッチの有無を判定する必要があり、判定精度が悪い。これに対して、本発明の実施の形態に係る操作装置１では、タッチによる荷重変化ΔＦを検出するのではなく、タッチの有無による車両８の走行振動（振動体１００の振動）の増加分を検出するものである。したがって、車両の走行振動によるセンサ出力が指の接触によるセンサ出力の変化より大きい場合であってもタッチ検出できる。これにより、車両の走行中であっても確実に指の接触を検出できるため、操作者の意図しない操作の発生を防止し、操作性が向上する効果を有する。

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。また、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、この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、この実施の形態は、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…タッチパッド
１０ａ…パネル
１１…操作面
２０…荷重センサ
３０…制御部
３１…判定部
５０…ベース部
５１、５２…支持部
５３爪部
８０…センターコンソール
８５…表示装置
１００…振動体
２００…制御機器

Claims

振動体上に載置されるベース部と、
前記ベース部に対して弾性体を介して支持される操作面を備えた操作部と、
前記操作部に取付けられ、前記操作面の動きを検出する荷重検出部と、
前記操作面へのタッチ操作の荷重信号と前記振動体から伝達される荷重信号とを判定し、前記タッチ操作の有無を検出する制御部と、
を有することを特徴とする操作装置。
前記制御部は、前記振動体から伝達される荷重信号の振幅値を検出することにより、前記判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
前記操作部は、前記操作面に前記タッチ操作がされない状態において前記ベース部側から伝達される前記操作面における振動は減衰し、前記タッチ操作がされた状態において前記ベース部側から伝達される前記操作面における振動の減衰はより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の操作装置。
前記振動体は、車両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。