JP2019220410A - 操作判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作感のばらつきを抑制することができる操作判定装置を提供する。【解決手段】操作判定装置１は、圧電素子５から出力された出力値Ｓ１と判定しきい値Ｔｈ１とを比較して操作面１２０になされたプッシュ操作を判定するように構成され、自然放電による出力値Ｓ１の変化量に応じて出力値Ｓ１及び判定しきい値Ｔｈ１の少なくとも一方を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行う制御部７を備えて概略構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、操作判定装置に関する。

従来の技術として、ステアリングへの荷重のかけ方により、制御対象を任意に制御可能なステアリング入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このステアリング入力装置は、荷重を検出するためステアリングに配設された圧電センサからなる荷重検出手段と、圧電センサの出力に基づき制御対象を制御する制御手段と、を備えている。制御手段は、基準の出力以上の出力が生じた時、制御信号をＨｉとし、出力が基準の出力未満ならば制御信号をＬｏとする。制御対象がクラクションである場合、制御信号がＨｉならば警報を発生する。

特開２０００−２２８１２６号公報

従来のステアリング入力装置は、荷重を付加した後に再度荷重を付加した場合、圧電センサの出力が自然放電によって下がったところから出力が上昇するので、同じ荷重をかけたつもりでも基準の出力を超えず、操作感がばらつく可能性がある。

従って本発明の目的は、操作感のばらつきを抑制することができる操作判定装置を提供することにある。

本発明の一態様は、圧電素子から出力された出力値と予め定められたしきい値とを比較して操作面になされたプッシュ操作を判定するように構成され、自然放電による出力値の変化量に応じて出力値及び予め定められたしきい値の少なくとも一方を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行う判定部を備えた操作判定装置を提供する。

本発明によれば、操作感のばらつきを抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る操作判定装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、操作判定装置の図１（ａ）に示すI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例であり、図１（ｃ）は、操作判定装置のブロック図の一例である。 図２は、実施の形態に係る操作判定装置の圧電素子の出力値の時間変化の一例を示すグラフである。 図３は、実施の形態に係る操作判定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）
実施の形態に係る操作判定装置は、圧電素子から出力された出力値と予め定められたしきい値とを比較して操作面になされたプッシュ操作を判定するように構成され、自然放電による出力値の変化量に応じて出力値及び予め定められたしきい値の少なくとも一方を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行う判定部を備えて概略構成されている。

この操作判定装置は、自然放電による出力値の変化量に応じて出力値及び予め定められたしきい値の少なくとも一方を補正するので、しきい値が一定である場合と比べて、プッシュ操作が判定される荷重のばらつきが抑制され、その結果、操作感のばらつきを抑制することができる。

[実施の形態]
（操作判定装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る操作判定装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、操作判定装置の図１（ａ）に示すI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例であり、図１（ｃ）は、操作判定装置のブロック図の一例である。図２は、実施の形態に係る操作判定装置の圧電素子の出力値の時間変化の一例を示すグラフである。図２は、横軸が時間ｔであり、縦軸が電圧Ｖである。

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（ｃ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

操作判定装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、操作面１２０に設定された操作領域１３になされたプッシュ操作を検出するスイッチ装置として構成されている。そして操作判定装置１は、例えば、操作対象の電子機器と電気的に接続されている。この電子機器は、プッシュ操作がなされた操作領域１３に設定された機能を実行する。この電子機器は、一例として、車両に搭載された空調装置、ナビゲーション装置などである。

この操作判定装置１は、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、圧電素子５から出力された出力値Ｓ_１と予め定められたしきい値としての判定しきい値Ｔｈ_１とを比較して操作面１２０になされたプッシュ操作を判定するように構成され、自然放電による出力値Ｓ_１の変化量に応じて出力値Ｓ_１及び判定しきい値Ｔｈ_１の少なくとも一方を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行う判定部としての制御部７を備えて概略構成されている。

本実施の形態の制御部７は、自然放電による出力値Ｓ_１の変化量を利用して判定しきい値Ｔｈ_１を補正する。具体的には、制御部７は、最初のプッシュ操作が終了して最小となる出力値Ｓ_１と、続くプッシュ操作が開始された際の出力値Ｓ_１と、の差分を自然放電による出力値Ｓ_１の変化量とする。そして制御部７は、さらに最小となる出力値Ｓ_１と変化量との差分を判定しきい値Ｔｈ_１から減算して判定しきい値Ｔｈ_１を補正するように構成されている。

本実施の形態の出力値Ｓ_１は、例えば、電圧Ｖである。制御部７は、例えば、図２に示すように、最初のプッシュ操作が終了して最小となる出力値Ｓ_１（−Ｖ_３）と、続くプッシュ操作が開始された際の出力値Ｓ_１（−Ｖ_４）と、の差分（△Ｖ_２）を自然放電による出力値Ｓ_１の変化量とする。

そして制御部７は、例えば、図２に示すように、最小となる出力値Ｓ_１（−Ｖ_３）と変化量（△Ｖ_２）との差分（△Ｖ_３）を判定しきい値Ｔｈ_１から減算して補正しきい値Ｔｈ_２とする。

また操作判定装置１は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、プッシュ操作に伴う荷重Ｆを検出する圧電素子５と、圧電素子５が配置されるベース１０と、プッシュ操作がなされる操作面１２０を有するパネル１２と、パネル１２と圧電素子の間に設けられ、操作面１２０に付加された荷重Ｆを圧電素子５に伝達する押子１４と、を備えて概略構成されている。

ベース１０は、例えば、樹脂材料を用いて形成されている。またパネル１２は、例えば、樹脂材料を用いて形成されている。このベース１０とパネル１２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、一体となり、ベース１０とパネル１２の間に圧電素子５が配置されている。

押子１４は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、樹脂材料を用いて円柱形状に形成されている。この押子１４は、圧電素子５の中心に接触してパネル１２に付加された荷重Ｆを伝達するように構成されている。

本実施の形態の操作判定装置１は、一例として、１つの圧電素子５を備えているがこれに限定されず、複数であっても良い。また変形例として操作判定装置１は、例えば、タッチ操作を検出するタッチセンサを備え、タッチセンサによってタッチ位置を検出すると共に圧電素子５によって操作面１２０に対する接触を検出するように構成されても良い。さらに他の変形例として操作判定装置１は、操作を受け付けたことを示す振動によるフィードバックを呈示するように構成されても良い。この場合、圧電素子５によって荷重の検出と振動の付加とを行う。

（圧電素子５の構成）
圧電素子５は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、円板形状を有する金属シム５０と、金属シム５０よりも半径が小さい円板形状を有する圧電体５１と、を備えたユニモルフ型の圧電素子である。この圧電素子５には、圧電体５１と電気的に接続する上部配線と、金属シム５０と電気的に接続される下部配線と、が接続されている。

この圧電素子５は、例えば、ベース１０の底面１００に配置されている。このベース１０の底面１００には、円形の凹部１０２が形成されている。圧電素子５は、この凹部１０２の上に配置されている。この凹部１０２によって圧電素子５は、凹部１０２のない底面１００に配置される場合と比べて、変形し易くなる。

金属シム５０は、例えば、導電性を有するリン青銅やステンレスなどによって形成されている。

圧電体５１の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが用いられる。圧電体５１は、例えば、これらの材料を用いて形成された膜を積層して形成された積層ユニモルフ型の圧電素子である。

圧電素子５は、操作面１２０に荷重Ｆが付加されると、パネル１２及び押子１４を介して圧電体５１に荷重Ｆが付加されて変形する。圧電体５１は、この荷重Ｆによる変形に応じた電圧を、上部配線及び下部配線を介して出力値Ｓ_１として制御部７に出力する。この出力値Ｓ_１は、例えば、荷重Ｆを検出していない場合、基準値（例えば、０Ｖ）となる。

（制御部７の構成）
制御部７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７が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、判定しきい値Ｔｈ_１及び生成された補正しきい値Ｔｈ_２を記憶すると共に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７は、その内部に電圧を測定する手段を有している。なお変形例として電圧を測定する手段は、制御部７と別に構成されても良い。

制御部７は、圧電素子５から出力された出力値Ｓ_１が判定しきい値Ｔｈ_１以上であった場合、又は補正が行われて補正しきい値Ｔｈ_２以上であった場合、プッシュ操作がなされたと判定するように構成されている。そして制御部７は、プッシュ操作が検出されたことを示す操作情報Ｓ_２を生成して接続された電子機器に出力する。

・判定しきい値Ｔｈ_１の補正について
図２は、一例として、最初に長めにプッシュ操作を行った後、続いてプッシュ操作を行った場合の出力値Ｓ_１の一例を示している。図２では、最初のプッシュ操作が時間ｔ_０において行われ、続くプッシュ操作が時間ｔ_５において行われている。

時間ｔ_０〜時間ｔ_２は、プッシュ操作によって操作面１２０に荷重Ｆが付加され、この荷重Ｆが最大値Ｆ_ｍａｘとなるまでの期間である。出力値Ｓ_１は、この期間中の時間ｔ_１に判定しきい値Ｔｈ_１以上となり、制御部７によってプッシュ操作が判定される。

時間ｔ_２〜時間ｔ_３は、プッシュ操作に伴って操作面１２０に荷重Ｆを付加し続けている期間、言い換えるなら長押ししている期間である。そしてこの期間は、例えば、圧電素子５の形状が変形した状態で保たれているものの自然放電によって電圧Ｖが低下する。その電圧Ｖの変化量は、一例として、図２に示すように、△Ｖ_１（＝Ｖ_ｍａｘ−Ｖ_２）である。

時間ｔ_３〜時間ｔ_４は、操作面１２０に対する接触を解除する（リリースする）ため、荷重Ｆが小さくなって圧電素子５が変形した状態から元の状態に戻る期間である。時間ｔ_３は、操作面１２０から操作指９が離れ始める時間、つまり荷重が大きく減少に転じる時間である。また時間ｔ_４は、操作指９が操作面１２０から離れた時間、つまり荷重が検出されなくなる時間である。この期間では、操作指９が離れて荷重Ｆが付加されなくなるので、出力値Ｓ_１が基準値（ゼロ）に戻るのが理想である。しかし実際には、時間ｔ_２〜時間ｔ_３において自然放電した変化量（△Ｖ_１）分、基準値から下がる。

言い換えるなら出力値Ｓ_１は、基準値から荷重の最大値Ｆ_ｍａｘまでの変化量（Ｖ_１）分、時間ｔ_３における電圧Ｖ_２から下がった電圧（−Ｖ_３）となる。つまり圧電素子５は、変形で生じた電圧と、変形した状態から元の状態に戻る際に生じる逆向きの電圧と、が等しい。従って圧電素子５は、変形後に自然放電して電圧が減少しても、変形の際に生じた電圧と同じ量の電圧が逆向きに生じるので、上記のように自然放電した分、基準値から下がる。

具体的には、圧電素子５における電圧の時間変化は、以下の式によって表されることが知られている。
ｄＶ／ｄｔ＝Ａ・ｄＦ／ｄｔ−ＢＶ
ただし、Ｖは、電圧である。またＡ、Ｂは、正の比例定数である。

この式の右辺第１項は、荷重Ｆによって生じる電圧の項である。比例定数Ａは、検出された荷重を電圧に変換する定数である。また右辺第２項は、自然放電によって減少する電圧の項である。

理想的には、変形によって電圧Ｖ_ｍａｘが生じた場合、変形した状態から元の状態に戻る際に逆向きの電圧Ｖ_ｍａｘが生じて基準値となる。しかし上述の式より、自然放電が生じるので、自然放電後の時間ｔ_３の電圧Ｖ_２から電圧Ｖ_ｍａｘ下降した電圧（−Ｖ_３）まで出力値Ｓ_１が変化する。

この下降した電圧（−Ｖ_３）から時間ｔ_２の際のＶ_ｍａｘを生成した荷重Ｆを印加した場合、例えば、図２に示すように、始点が電圧（−Ｖ_３）であるので、判定しきい値Ｔｈ_１よりも小さくなり、プッシュ操作と判定されず、操作感がばらつくこととなる。本実施の形態の制御部７は、この操作感のばらつきを抑制するために、判定しきい値Ｔｈ_１を補正するものである。

時間ｔ_４〜時間ｔ_５は、一度操作面１２０から離れた操作指９が再度操作面１２０に接触する、つまり最初のプッシュ操作が終了して続くプッシュ操作が開始されるまでの期間である。この期間では、時間ｔ_２〜時間ｔ_３と同様に、自然放電によって電圧が低下する、言い換えるなら基準値に近づく。この期間における電圧の変化量は、例えば、△Ｖ_２である。

操作者は、時間ｔ_５においてプッシュ操作を開始した場合、補正前の判定しきい値Ｔｈ_１以上の荷重Ｆを印加するためには、時間ｔ_５における基準値までの電圧△Ｖ_３を生成する荷重を余計に付加しなければならない。この変化量△Ｖ_３は、荷重の最大値Ｆ_ｍａｘと、時間ｔ_４〜時間ｔ_５までの期間と、に依存して変わる量である。従って操作者は、最初のプッシュ操作が判定された際の荷重と、連続して行ったプッシュ操作が判定される荷重と、が異なると共に、連続して行ったプッシュ操作が判定される荷重も操作の度に異なることとなる。

そこで本実施の形態の制御部７は、最初のプッシュ操作が終了して最小となる出力値Ｓ_１（時間ｔ_４における電圧（−Ｖ_３））と、続くプッシュ操作が開始された際の出力値Ｓ_１（時間ｔ_５における電圧（−Ｖ_４））と、の差分△Ｖ_２を自然放電による出力値Ｓ_１の変化量とし、さらに最小となる出力値Ｓ_１（時間ｔ_４における電圧（−Ｖ_３））と変化量△Ｖ_２との差分△Ｖ_３を判定しきい値Ｔｈ_１から減算して補正しきい値Ｔｈ_２を生成する。

この補正された補正しきい値Ｔｈ_２は、例えば、図２に示すように、再度プッシュ操作を開始した時間ｔ_５における電圧（−Ｖ_４）からの差がＶ_１であるので、最初のプッシュ操作と同じ荷重で判定されるようになり（時間ｔ_６）、連続してプッシュ操作を行っても操作感のばらつきが抑制される。

ここで変形例として制御部７は、判定しきい値Ｔｈ_１ではなく、差分△Ｖ_３を出力値Ｓ_１に加算する、つまり差分△Ｖ_３で出力値Ｓ_１をオフセットして補正しても良い。また制御部７は、判定しきい値Ｔｈ_１を下げると共に、出力値Ｓ_１をオフセットするように差分△Ｖ_３を配分しても良い。

また最初のプッシュ操作から次のプッシュ操作までの期間が長い場合、出力値Ｓ_１は、自然放電により、基準値に戻る。従って制御部７は、最初のプッシュ操作が終了して、差分△Ｖ_３がゼロではない場合、差分△Ｖ_３を用いて判定しきい値Ｔｈ_１を補正する。

以下に本実施の形態の操作判定装置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。

（動作）
操作判定装置１の制御部７は、圧電素子５から出力される出力値Ｓ_１を監視する。そして制御部７は、判定しきい値Ｔｈ_１を用いてプッシュ操作の判定を行う。制御部７は、ステップ１の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり出力値Ｓ_１が判定しきい値Ｔｈ_１以上となった場合（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、プッシュ操作がなされたことを示す操作情報Ｓ_２を出力する（Ｓｔｅｐ２）。

次に制御部７は、出力値Ｓ_１を監視し、出力値Ｓ_１が自然放電によって基準値に戻る前に荷重が検出された場合（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、補正しきい値Ｔｈ_２を生成する（Ｓｔｅｐ４）。

次に制御部７は、生成した補正しきい値Ｔｈ_２を用いてプッシュ操作の判定を行う。制御部７は、出力値Ｓ_１が補正しきい値Ｔｈ_２以上となった場合（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、プッシュ操作がなされたことを示す操作情報Ｓ_２を出力し（Ｓｔｅｐ６）、ステップ３に処理を進める。

ここでステップ３において制御部７は、出力値Ｓ_１が自然放電によって基準値に戻る前に荷重が検出されなかった場合、つまり出力値Ｓ_１が基準値に戻った場合（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）、ステップ１に処理を進める。

またステップ５において制御部７は、出力値Ｓ_１が補正しきい値Ｔｈ_２より小さい場合（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）、補正しきい値Ｔｈ_２から判定しきい値Ｔｈ_１に切り替えてステップ１に処理を進める。なお制御部７は、例えば、出力値Ｓ_１が基準値に戻った場合、補正しきい値Ｔｈ_２から判定しきい値Ｔｈ_１にしきい値を切り替える。

（実施の形態の効果）
本実施の形態の操作判定装置１は、操作感のばらつきを抑制することができる。具体的には、操作判定装置１は、最初のプッシュ操作の後、自然放電による最小の出力値Ｓ_１（−Ｖ_３）の変化量△Ｖ_２から得られる基準値との差分△Ｖ_３を判定しきい値Ｔｈ_１から減算することで補正しきい値Ｔｈ_２を生成する。この補正しきい値Ｔｈ_２は、自然放電して基準値から下がった電圧に基づいて判定しきい値Ｔｈ_１を下げたしきい値である。従って操作判定装置１は、しきい値が一定である場合と比べて、プッシュ操作が判定される荷重のばらつきが抑制され、その結果、操作感のばらつきを抑制することができる。

操作判定装置１は、最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の直前に、自然放電によって変化した出力値Ｓ_１に基づいて補正しきい値Ｔｈ_２を生成するので、この構成を採用しない場合と比べて、最初のプッシュ操作が判定された荷重とより近い荷重でプッシュ操作が判定される。

なお他の実施の形態としての操作判定装置１は、制御部７が最初のプッシュ操作において圧電素子５から出力された出力値Ｓ_１の最大値（Ｖ_ｍａｘ）と、操作面１２０から操作指が離れ始める際の出力値Ｓ_１（Ｖ_２）と、の差分を自然放電による出力値Ｓ_１の変化量（△Ｖ_１）とし、判定しきい値Ｔｈ_１から変化量（△Ｖ_１）を減算することによって判定しきい値Ｔｈ_１を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行うように構成される。

また他の実施の形態の変形例として操作判定装置１は、制御部７が判定しきい値Ｔｈ_１ではなく、差分△Ｖ_１を出力値Ｓ_１に加算する、つまり差分△Ｖ_１で出力値Ｓ_１をオフセットして補正しても良い。また制御部７は、判定しきい値Ｔｈ_１を下げると共に、出力値Ｓ_１をオフセットするように差分△Ｖ_３を配分しても良い。

上述の実施の形態及び変形例に係る操作判定装置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…操作判定装置、５…圧電素子、７…制御部、９…操作指、１０…ベース、１２…パネル、１３…操作領域、１４…押子、５０…金属シム、５１…圧電体、１００…底面、１０２…凹部、１２０…操作面、Ｔｈ_１…判定しきい値、Ｔｈ_２…補正しきい値

Claims (3)

1. 圧電素子から出力された出力値と予め定められたしきい値とを比較して操作面になされたプッシュ操作を判定するように構成され、自然放電による前記出力値の変化量に応じて前記出力値及び前記予め定められたしきい値の少なくとも一方を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行う判定部を備えた操作判定装置。
2. 前記判定部は、前記最初のプッシュ操作が終了して最小となる前記出力値と、前記続くプッシュ操作が開始された際の前記出力値と、の差分を自然放電による前記出力値の前記変化量とし、
   さらに前記最小となる前記出力値と前記変化量との差分を前記予め定められたしきい値から減算して前記予め定められたしきい値を補正する、
   請求項１に記載の操作判定装置。
3. 前記判定部は、前記最初のプッシュ操作において前記圧電素子から出力された前記出力値の最大値と、前記操作面から操作指が離れ始める際の前記出力値と、の差分を自然放電による前記出力値の前記変化量とし、
   前記予め定められたしきい値から前記変化量を減算することによって前記予め定められたしきい値を補正して最初のプッシュ操作に続くプッシュ操作の判定を行う、
   請求項１に記載の操作判定装置。

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