JP2018115871A - タッチ検出装置及びタッチ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寄生抵抗成分に起因するタッチ操作の誤判定を抑制することができるタッチ検出装置及びタッチ検出方法を提供する。【解決手段】タッチ検出装置１の制御部８は、例えば、タッチ電極４に対して予め定められた期間、電流Ｉが供給されて充電が終了した時に測定された第１の電圧Ｖ１と充電終了から一定時間経過後に測定された第２の電圧Ｖ２を取得し、取得した第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の電圧差△Ｖに基づいてタッチ操作の判定期間に測定された電圧Ｖのオフセットを行って寄生抵抗成分Ｒの変動の影響が抑制されたオフセット電圧Ｖｂを算出し、オフセット電圧Ｖｂに基づいてタッチ操作を判定するように概略構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、タッチ検出装置及びタッチ検出方法に関する。

従来の技術として、電極と接地端との間の第１の容量の充電電圧の変化を検出する第１の充電電圧検出部と、複数の電極間の第２の容量の充電電圧の変化を検出する第２の充電電圧検出部と、第１の充電電圧検出部と第２の充電電圧検出部からそれぞれ出力される検出電圧に基づいて判定信号を生成する判定部と、を備えた容量センサーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この容量センサーは、電極と接地端との間の第１の容量の充電電圧の変化をラフに検出し、次いで高精度の検出が容易な複数の電極間の第２の容量の充電電圧の変化を検出し、その検出結果に基づいて電極間に操作指が接触したか否かを容易に判定することができる。

特開２００９−２１６５０６号公報

しかし従来の容量センサーは、電極と接地端との間に形成されるコンデンサの寄生抵抗成分が温度変動により変動し、その結果、検出される容量が変動して操作指の誤判定が発生する可能性がある。

従って本発明の目的は、寄生抵抗成分に起因するタッチ操作の誤判定を抑制することができるタッチ検出装置及びタッチ検出方法を提供することにある。

本発明の一態様は、タッチ電極に対して予め定められた期間電流が供給されて充電が終了した時に測定された第１の電圧と充電終了から一定時間経過後に測定された第２の電圧を取得し、取得した第１の電圧と第２の電圧の電圧差に基づいてタッチ操作の判定期間に測定された電圧のオフセットを行って寄生抵抗成分の変動の影響が抑制されたオフセット電圧を算出し、オフセット電圧に基づいてタッチ操作を判定する判定部を備えたタッチ検出装置を提供する。

本発明によれば、寄生抵抗成分に起因するタッチ操作の誤判定を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係るタッチ検出装置の一例を示す模式図であり、図１（ｂ）は、タッチ検出装置の一例を示すブロック図である。 図２は、実施の形態に係るタッチ検出装置が実施するオフセットの一例について説明するためのグラフである。 図３は、実施の形態に係るタッチ検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るタッチ検出装置は、タッチ電極に対して予め定められた期間電流が供給されて充電が終了した時に測定された第１の電圧と充電終了から一定時間経過後に測定された第２の電圧を取得し、取得した第１の電圧と第２の電圧の電圧差に基づいてタッチ操作の判定期間に測定された電圧のオフセットを行って寄生抵抗成分の変動の影響が抑制されたオフセット電圧を算出し、オフセット電圧に基づいてタッチ操作を判定する判定部を備えて概略構成されている。

このタッチ検出装置は、寄生抵抗成分の変動の影響が抑制されたオフセット電圧に基づいてタッチ操作を判定するので、この構成を採用しない場合と比べて、寄生抵抗成分に起因するタッチ操作の誤判定を抑制することができる。

[実施の形態]
（タッチ検出装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るタッチ検出装置の一例を示す模式図であり、図１（ｂ）は、タッチ検出装置の一例を示すブロック図である。図２は、実施の形態に係るタッチ検出装置が実施するオフセットの一例について説明するためのグラフである。図２は、横軸が時間ｔであり、縦軸が測定された電圧Ｖである。また図２に二点鎖線で示す理想充放電曲線１００は、絶縁劣化による電荷のもれなどによって生じる寄生抵抗成分がない場合の理想的な充放電曲線の一例を示している。また図２に実線で示す充放電曲線１０１は、操作指９が操作面２０に接触した状態における充放電曲線の一例を示している。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｂ）では、主な信号の流れを矢印で示している。

タッチ検出装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、パネル２の操作面２０になされたタッチ操作を検出するように構成されている。このパネル２は、一例として、操作対象の電子機器の操作パネルであり、樹脂材料を用いて板形状に形成されている。この操作対象の電子機器は、一例として、車両に搭載される空調装置、ナビゲーション装置などである。

タッチ検出装置１は、例えば、タッチ操作が検出されたことを示す操作信号Ｓ_３を操作対象の電子機器の制御部などに出力する。この操作信号Ｓ_３は、例えば、タッチ操作の検出を示すＨｉ、又はタッチ操作の非検出を示すＬｏの信号である。

このタッチ検出装置１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、タッチ電極４と、測定部６と、判定部としての制御部８と、電源部１０と、を備えて概略構成されている。

この制御部８は、例えば、図１（ａ）〜図２に示すように、タッチ電極４に対して予め定められた期間、電流Ｉが供給されて充電が終了した時に測定された第１の電圧Ｖ_１と充電終了から一定時間経過後に測定された第２の電圧Ｖ_２を取得し、取得した第１の電圧Ｖ_１と第２の電圧Ｖ_２の電圧差△Ｖに基づいてタッチ操作の判定期間に測定された電圧Ｖのオフセットを行って寄生抵抗成分Ｒの変動の影響が抑制されたオフセット電圧Ｖ_ｂを算出し、オフセット電圧Ｖ_ｂに基づいてタッチ操作を判定するように概略構成されている。

なお予め定められた期間とは、例えば、図２に示す時間ｔ_１〜時間ｔ_２の充電期間Ｔ_１である。第１の電圧Ｖ_１は、充電終了時である時間ｔ_２において測定された電圧である。第２の電圧Ｖ_２は、充電終了時（時間ｔ_２）から一定時間Ｔ_４経過した時間ｔ_３において測定された電圧である。タッチ操作の判定期間とは、例えば、図２に示す時間ｔ_２〜時間ｔ_４の判定期間Ｔ_２である。

なお一定時間Ｔ_４は、一例として、充電期間Ｔ_１よりも短い時間であることが好ましい。この一定時間Ｔ_４は、例えば、シミュレーションや実験によって適切な値が定められる。

また図２に示す時間ｔ_４〜時間ｔ_５は、放電期間Ｔ_３である。タッチ検出装置１は、充電期間Ｔ_１、判定期間Ｔ_２及び放電期間Ｔ_３を１サイクルとして周期的にタッチ操作の検出を行う。

（タッチ電極４の構成）
タッチ電極４は、例えば、パネル２の裏面２１に配置されている。このタッチ電極４は、例えば、電源部１０及び測定部６に電気的に接続され、電源部１０から電流Ｉが供給される。この電流Ｉは、例えば、電源部１０によって生成された定電流である。この電源部１０は、制御部８から出力される指示信号Ｓ_１に基づいて定電流Ｉをタッチ電極４に供給すると共に、制御部８などが動作するための電流を生成及び供給するように構成されている。

（測定部６の構成）
測定部６は、例えば、充電期間Ｔ_１の間、電流Ｉがタッチ電極４に流された結果生じる電圧Ｖを測定するように構成されている。測定部６は、例えば、測定した結果を測定情報Ｓ_２として制御部８に出力する。

（制御部８の構成）
制御部８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、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部８が動作するためのプログラムと、静電しきい値８０と、規定値８１と、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。また制御部８は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。

静電しきい値８０は、測定された電圧Ｖから算出された静電容量Ｃと比較されるしきい値である。この静電容量Ｃは、例えば、図１（ａ）に示すように、操作指９とタッチ電極４との間に生じるコンデンサの静電容量である。制御部８は、算出した静電容量Ｃが静電しきい値８０以上である場合、操作面２０にタッチ操作がなされたと判定する。

この静電容量Ｃは、以下の式（１）に基づいて算出される。
Ｃ＝Ｉ・ｔ／Ｖ・・・（１）
上述のように、タッチ検出装置１は、タッチ電極４に対して一定時間（充電期間Ｔ_１）間、電流Ｉを供給する。従って電流Ｉと時間ｔは、定数となるので、静電容量Ｃは、電圧Ｖに反比例する。

制御部８は、測定された電圧Ｖを得ると式（１）によって静電容量Ｃを算出し、算出した静電容量Ｃと静電しきい値８０とを比較してタッチ操作の有無を判定する。

ここでタッチ電極４には、一例として、図１（ａ）に示すように、ＧＮＤとの間に寄生容量Ｃ_ａが生じる。そしてこの寄生容量Ｃ_ａには、寄生抵抗成分Ｒがあり、温度変動によって抵抗値が変動する。例えば、タッチ操作中に温度変動があった場合、その変動がタッチ操作による人の容量の変動なのか材料特性の変動なのかを切り分けることは、困難である。

図２の理想充放電曲線１００は、この寄生抵抗成分Ｒがない場合に測定される理想的な電圧Ｖを示している。この理想充放電曲線１００は、充電期間Ｔ_１が終了した後、電荷のもれがないため、電圧Ｖが安定している。しかし実際には寄生抵抗成分Ｒが存在し、また温度によってその抵抗値が変動するため、充電が終了した時間ｔ_２における電圧（第１の電圧Ｖ_１）は、理想的な電圧Ｖ_ａからドロップする。

測定された電圧Ｖが理想的な電圧Ｖ_ａからドロップすると、上述の式（１）に従って算出される静電容量Ｃが理想的な電圧Ｖ_ａから算出される静電容量よりも大きくなり、タッチ操作の誤判定が生じる可能性がある。

そこで制御部８は、充電終了後の時間ｔ_２において電圧（第１の電圧Ｖ_１）を測定させると共に、時間ｔ_２から一定時間Ｔ_４経過した後の時間ｔ_３における電圧（第１の電圧Ｖ_２）を測定させる。そして制御部８は、時間ｔ_２において測定された第１の電圧Ｖ_１と、時間ｔ_３において測定された第２の電圧Ｖ_２と、に基づいて電圧差△Ｖを算出し、算出した電圧差△Ｖを用いて判定期間Ｔ_２に測定された電圧をオフセットする。このオフセットされた電圧がオフセット電圧Ｖ_ｂである。図２に示す時間ｔ_２における第３の電圧Ｖ_３は、測定された第１の電圧Ｖ_１に電圧差△Ｖを加えた電圧である。

このオフセット電圧Ｖ_ｂは、一例として、図２に示すように、測定された電圧の充放電曲線１０１よりも高い電圧となっている。従って算出される静電容量Ｃは、充放電曲線１０１から得られる静電容量よりも低い容量値となり、タッチ操作がなされていないにも拘らず算出された静電容量Ｃが温度変動により大きくなって静電しきい値８０を超える誤判定を抑制することができる。

また制御部８は、外来ノイズの影響で変動する場合を想定して、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）分の電圧差△Ｖの平均が予め定められた第１の規定値（規定値８１）を超えた場合、オフセットを無効にするように構成される。制御部８は、少なくともＮ回分の電圧差△Ｖを記憶するように構成されている。

なお変形例として制御部８は、外来ノイズの影響で変動する場合を想定して、電圧差△Ｖが予め定められた第２の規定値を超えた場合、オフセットを無効にするように構成されても良い。また他の変形例として制御部８は、Ｎ回の平均が第１の規定値を超えるか、電圧差△Ｖが予め定められた第２の規定値を超えるかの少なくとも一方の条件が満たされた場合、オフセットを無効にするように構成されても良い。

以下に本実施の形態のタッチ検出装置１の動作の一例について図３のフローチャートに従って説明する。なお制御部８は、予めＮ回分の電圧差△Ｖの平均から規定値８１を生成しているものとする。

（動作）
タッチ検出装置１の制御部８は、指示信号Ｓ_１を電源部１０に出力し、電源部１０を介してタッチ電極４に対して予め定められた期間Ｔ_１、電流Ｉを供給してタッチ電極４を充電する。次に制御部８は、測定部６から出力された測定情報Ｓ_２に基づいて充電終了時の第１の電圧Ｖ_１を取得する（Ｓｔｅｐ１）。

次に制御部８は、測定部６から出力された測定情報Ｓ_２に基づいて充電終了時から一定時間Ｔ_４経過した後の第２の電圧Ｖ_２を取得する（Ｓｔｅｐ２）。

次に制御部８は、取得した第１の電圧Ｖ_１と第２の電圧Ｖ_２の電圧差△Ｖを算出する（Ｓｔｅｐ３）。次に制御部８は、電圧差△Ｖが電圧差△ＶのＮ回平均である規定値８１以下であるか確認する。制御部８は、電圧差△Ｖが規定値８１以下である場合（Ｓｔｅｐ４：Ｙｅｓ）、判定期間Ｔ_２に測定された電圧Ｖを電圧差△Ｖを用いてオフセットしてオフセット電圧Ｖ_ｂを生成する（Ｓｔｅｐ５）。

制御部８は、オフセット電圧Ｖ_ｂと静電しきい値８０を比較してタッチ操作を判定し（Ｓｔｅｐ６）、判定するまでの処理を終了する。

ここでステップ４において制御部８は、電圧差△Ｖが規定値８１より大きい場合、判定期間Ｔ_２に測定された電圧Ｖをオフセットせずにタッチ操作の判定を行う（Ｓｔｅｐ７）。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るタッチ検出装置１は、寄生抵抗成分Ｒに起因する誤判定を抑制することができる。このタッチ検出装置１は、寄生抵抗成分Ｒの変動の影響が抑制されたオフセット電圧Ｖ_ｂに基づいてタッチ操作を判定するので、この構成を採用しない場合と比べて、タッチ操作中に材料特性が変化して寄生抵抗成分Ｒが変動する影響を抑制し、寄生抵抗成分Ｒに起因するタッチ操作の誤判定を抑制することができる。

タッチ検出装置１は、搭載される場所や仕様、環境などが変わって寄生抵抗成分Ｒが変化してもこの変化にリアルタイムに対応するようにオフセット電圧Ｖ_ｂを生成するので、この構成を採用しない場合と比べて、環境などの変化に柔軟に対応することができ、また静電しきい値８０の再設定などが必要なくてコストが抑制される。

タッチ検出装置１は、電圧差△Ｖに基づいてオフセット電圧Ｖ_ｂを生成するので、この構成を採用しない場合と比べて、高度な処理能力を必要とせず、コストを抑制することができる。

タッチ検出装置１は、電圧差△ＶのＮ回平均である規定値８１よりも電圧差△Ｖが大きい場合、測定された電圧Ｖのオフセットを行わないので、この構成を採用しない場合と比べて、外来ノイズの影響で電圧Ｖのオフセットが行われることを抑制することができる。

他の実施の形態としてタッチ検出装置１は、タッチ電極４に対して予め定められた期間電流Ｉを供給して充電し、充電終了時の電圧を測定し、充電終了から一定時間経過した後の電圧を測定し、充電終了時に測定された第１の電圧Ｖ_１と一定時間経過後に測定された第２の電圧Ｖ_２の電圧差△Ｖを算出し、算出した電圧差△Ｖを用いてタッチ操作の判定期間に測定された電圧のオフセットを行って寄生抵抗成分の変動の影響が抑制されたオフセット電圧Ｖ_ｂを算出し、オフセット電圧Ｖ_ｂに基づいてタッチ操作を判定するタッチ検出方法を実施する装置として構成されても良い。

上述の実施の形態及び変形例に係るタッチ検出装置１は、例えば、用途に応じて、その一部が、コンピュータが実行するプログラム、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などによって実現されても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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及び変形例は、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、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例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、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、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…タッチ検出装置、２…パネル、４…タッチ電極、６…測定部、８…制御部、９…操作指、１０…電源部、２０…操作面、２１…裏面、８０…静電しきい値、８１…規定値、１００…理想充放電曲線、１０１…充放電曲線

Claims (4)

1. タッチ電極に対して予め定められた期間電流が供給されて充電が終了した時に測定された第１の電圧と充電終了から一定時間経過後に測定された第２の電圧を取得し、取得した前記第１の電圧と前記第２の電圧の電圧差に基づいてタッチ操作の判定期間に測定された電圧のオフセットを行って寄生抵抗成分の変動の影響が抑制されたオフセット電圧を算出し、前記オフセット電圧に基づいてタッチ操作を判定する判定部を備えたタッチ検出装置。
2. 前記判定部は、Ｎ回（Ｎは２以上の整数）分の前記電圧差の平均が予め定められた第１の規定値を超えた場合、前記オフセットを無効にする、
   請求項１に記載のタッチ検出装置。
3. 前記判定部は、前記電圧差が予め定められた第２の規定値を超えた場合、前記オフセットを無効にする、
   請求項１又は２に記載のタッチ検出装置。
4. タッチ電極に対して予め定められた期間電流を供給して充電し、
   充電終了時の電圧を測定し、
   充電終了から一定時間経過した後の電圧を測定し、
   充電終了時に測定された第１の電圧と前記一定時間経過後に測定された第２の電圧の電圧差を算出し、
   算出した前記電圧差を用いてタッチ操作の判定期間に測定された電圧のオフセットを行って寄生抵抗成分の変動の影響が抑制されたオフセット電圧を算出し、
   前記オフセット電圧に基づいてタッチ操作を判定する、
   タッチ検出方法。

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