JP2020004046A - 操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作面に対する指の位置や手の大きさによらず、操作性に優れる操作装置を提供することにある。【解決手段】操作者の指Ｆによる指操作を行うための操作面１１１と、操作面に対する指の複数の接触位置を検出可能とする操作位置検出部１１２と、複数の接触位置に基づき、操作面に設定された所定の座標系を基準として、指操作の状態を判定する操作判定部１２１と、を備える操作装置において、操作判定部は、複数の接触位置から指の操作面に対する接触形状を算出し、算出した接触形状から指の長手側に対応する指方向を検出するようになっている。そして、検出された指方向に応じて、所定の座標系の向き、あるいは、所定の座標系の形態を補正する補正部（１２２）を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、タッチパッドやタッチパネルのように、操作者の指による入力操作を可能とする操作装置に関するものである。

従来の操作装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の操作装置（車両用操作装置）は、操作面を有する操作部がステアリングハンドルに設けられており、ユーザは、ステアリングハンドルを握ったまま、操作面への指操作が可能となっている。操作面には、指の操作に対応する座標系（Ｘ方向、およびＹ方向）が設定されている。そして、運転時のステアリングハンドルの操舵角に応じて、操作面における座標系が、例えば、操舵される方向とは逆方向に回転補正されるようになっている。

これにより、ステアリングハンドルに対する操舵が実行されていない場合と、実行された場合とで、操作面の座標系（Ｘ方向、およびＹ方向）は、一致し、容易に指操作が行えるようになっている。

特許第５５７２７６１号公報

しかしながら、ステアリングに対する操舵の実行ありなしに関わらず、ステアリングを把持する際の手の位置（操作面に対する手の位置）や手の大きさ等によって、操作に使用する指にとっては、動かしやすい方向、例えば、指の長手方向、および指の長手方向に交差する揺動方向等が自ずと決まる。よって、ユーザにとって、操作面に対する上下、左右方向の認識と、実際の操作方向とのずれが発生しやすく、使いにくい面があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、操作面に対する手の位置や手の大きさ等によらず、操作性に優れる操作装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、操作者の指（Ｆ）による指操作を行うための操作面（１１１）と、
操作面に対する指の複数の接触位置を検出可能とする操作位置検出部（１１２）と、
複数の接触位置に基づき、操作面に設定された所定の座標系を基準として、指操作の状態を判定する操作判定部（１２１）と、を備える操作装置において、
操作判定部は、複数の接触位置から指の操作面に対する接触形状を算出し、算出した接触形状から指の長手側に対応する指方向を検出するようになっており、
検出された指方向に応じて、所定の座標系の向き、あるいは、所定の座標系の形態を補正する補正部（１２２）を備えることを特徴としている。

操作面（１１１）に対する手の位置や手の大きさ等によって、指操作に使用する指（Ｆ）においては、動かしやすい方向、例えば、操作面（１１１）に延ばした指の長手方向、および長手方向に交差する揺動方向等が自ずと決まる。本発明では、補正部（１２２）は、操作判定部（１２１）によって算出された指方向に応じて、操作面（１１１）における所定の座標系の向き、あるいは、座標系の定義を補正するので、指の動きに沿った座標系とすることができる。つまり、操作者にとっては、指操作中の指（Ｆ）の上下、左右方向と、操作面（１１１）において補正された座標系の上下、左右方向と、が一致しやすくなり、操作面（１１１）に対する手の位置や手の大きさ等によらず、操作性に優れる操作装置とすることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

車両のステアリングに設けられた操作面を示す説明図である。 操作装置の全体構成を示すブロック図である。 タッチセンサの構造を示す説明図である。 第１実施形態における指の接触形状と、座標系の回転補正の要領とを示す説明図である。 手の関節構造を示す説明図である。 第２実施形態における極座標への補正の要領を示す説明図である。 第３実施形態の操作装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態における極座標への補正の要領を示す説明図である。 第４実施形態における補正エリアを示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の操作装置１００を図１〜図４に示す。本実施形態の操作装置１００は、例えば、ナビゲーション装置５０を操作するための遠隔操作デバイスに適用したものである。操作装置１００は、ナビゲーション装置５０と共に、車両１０に搭載されている。

ナビゲーション装置５０は、地図上における自車の現在位置情報、進行方向情報、あるいは操作者の希望する目的地への案内情報等を表示する航路誘導システムである。図２に示すように、ナビゲーション装置５０は、表示部としての液晶ディスプレイ５１を有している。液晶ディスプレイ５１は、車両１０のインストルメントパネルの車両幅方向の中央部に配置されて、表示画面５２が操作者によって視認されるようになっている。

ナビゲーション装置５０は、操作装置１００に対して別体で形成されており、操作装置１００から離れた位置に設定されている。ナビゲーション装置５０と操作装置１００とは、例えば、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋバス（ＣＡＮバス（登録商標））によって接続されている。

液晶ディスプレイ５１の表示画面５２には、地図上における自車位置が表示されると共に、地図の拡大表示、縮小表示、および目的地案内等の設定等のための各種操作ボタン５２ａが表示されるようになっている。操作ボタン５２ａは、いわゆる操作アイコンと呼ばれるものである。また、表示画面５２には、後述する操作部１１０（操作面１１１）における操作者の指Ｆの位置に対応するように、例えば、矢印状にデザインされたポインタ５２ｂが表示されるようになっている。

操作装置１００は、図１〜図３に示すように、車両１０のステアリング１１の水平スポーク部１１ａに設けられ、例えば、操作者がステアリング１１を握った状態で、所定の指Ｆを操作部１１０（操作面１１１）に延ばすことで、指操作が可能となるようになっている。本実施形態では、操作部１１０（操作面１１１）は、水平スポーク部１１ａの右端側に配置され、操作者は、主に、右手の親指Ｆを用いて指操作するものとして説明する。操作装置１００は、操作部１１０、および制御部１２０等を備えている。

操作部１１０は、いわゆるタッチパッドを形成するものであり、操作者の親指Ｆによって、ナビゲーション装置５０に対する入力操作を行う部位となっている。操作部１１０は、操作面１１１、およびタッチセンサ１１２等を有している。

操作面１１１は、水平スポーク部１１ａの右端側で操作者側に露出して、操作者が指操作を行う平面部となっており、例えば、表面全体にわたって指の滑りを良くする素材等が設けられることで形成されている。操作面１１１上における操作者の指操作により、表示画面５２に表示される各種操作ボタン５２ａに対する指操作（選択、押込み決定等）のための入力ができるように設定されている。

尚、操作面１１１には、所定の座標系として、Ｘ軸とＹ軸とから成る基準（初期）の直交座標（直交座標系）が設定されている。基準（初期）の直交座標としては、ここでは、ステアリング１１が操舵されていない状態、つまり、水平スポーク部１１ａが水平方向を向いている状態（図１）で、Ｘ軸方向は水平方向を向く軸線となっており、また、Ｙ軸方向は、垂直方向を向く軸線となっている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１の裏面側に設けられた、例えば、静電容量式で、相互容量方式を採用した検出部となっている。タッチセンサ１１２は、本発明の操作位置検出部に対応する。タッチセンサ１１２は、矩形の平板状に形成されており、タッチセンサ１１２表面に対する操作者の親指Ｆによる操作状態（接触位置）を検出可能としている。相互容量方式のタッチセンサ１１２では、複数の接触位置の検出が可能となっている。

タッチセンサ１１２は、操作面１１１上のＸ−Ｙ座標におけるＹ軸方向（図４）に沿って延びる受信電極１１２ａと、Ｘ軸方向（図４）に沿って延びる送信電極１１２ｂとが格子状に配列されることにより形成されている。これら各電極１１２ａ、１１２ｂは、後述する制御部１２０と接続されている。

各電極１１２ａ、１１２ｂは、両者間において電界を発生させるようになっている。そして、タッチセンサ１１２に近接する操作者の親指Ｆの位置に応じて、電界における静電容量が変化するようになっている。静電容量の変化信号（感度値）は、制御部１２０に出力されるようになっている。静電容量の変化信号は、主に、親指Ｆが操作面１１１に接触している領域で相対的に大きく発生されるが、親指Ｆが操作面１１１から離れている領域（ホバー領域）でも、親指Ｆと操作面１１１との距離に応じて静電容量の変化信号が発生される。

制御部１２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、および記憶媒体等を有しており、操作面１１１に対する親指Ｆによる指操作に基づいて、液晶ディスプレイ５１に対する表示制御、およびナビゲーション装置５０に対する作動指示等を行うようになっている。制御部１２０は、操作判定部１２１、および補正部１２２を有している。 操作判定部１２１は、操作面１１１に対する親指Ｆの複数の接触位置に基づき、操作面１１１に設定されたＸ−Ｙ座標（あるいは補正されたｘ−ｙ座標）を基準として、指操作の状態を判定する部位となっている。操作判定部１２１は、親指Ｆの複数の接触位置から、親指Ｆの操作面１１１に対する接触形状を算出し、算出した接触形状から指先の向く方向を検出するようになっている（詳細後述）。

補正部１２２は、操作判定部１２１で検出された指方向に応じて、Ｘ−Ｙ座標の向きを補正する部位となっている（詳細後述）。

本実施形態の操作装置１００の構成は以上のようになっており、以下、作動および作用効果について説明する。

操作者によって、操作面１１１に対して指操作が行われると、タッチセンサ１１２からの静電容量の変化信号が、制御部１２０の操作判定部１２１に入力される。図４に示すように、操作判定部１２１は、静電容量の変化信号から、操作面１１１に対する親指Ｆの複数の接触位置を確認し、親指Ｆの接触形状を算出する。更に、操作判定部１２１は、親指Ｆの接触形状から、指方向を検出する。

操作判定部１２１によって算出される操作面１１１に対する親指Ｆの接触形状は、図４に示すように、主に、指の長手方向の一方側が円形、他方側が方形となる砲弾のような形状となる。そして、操作判定部１２１は、砲弾形状の長手方向のうち、円形側が指先の向く方向（以下、指方向）として検出するようになっている。図４の例では、親指Ｆは、Ｙ軸に対して、左側に傾いた方向を向いている状態を示している。

そして、補正部１２２は、操作判定部１２１で検出された指方向に応じて、Ｘ−Ｙ座標の向きを補正する。具体的には、補正部１２２は、基準（初期）のＸ−Ｙ座標のＹ軸（一方の軸）を指方向に合せるようにして、座標原点を中心にしてＸ−Ｙ座標を回転させて、図４中の破線で示すｘ−ｙ座標に補正する。

そして、制御部１２０は、補正されたｘ−ｙ座標における指位置と、表示画面５２におけるポインタ５２ｂとの位置を対応させて、各種操作ボタン５２ａに対する指操作（選択、押込み決定等）があると、液晶ディスプレイ５１に対する表示制御、およびナビゲーション装置５０に対する作動指示等を行う。尚、制御部１２０は、操作者の指操作の繰り返しによって、指方向が変わるたびに（例えば、１フリックごとに）、上記座標の補正を繰り返す。

通常、操作面１１１に対する手の位置や手の大きさ等によって、指操作に使用される親指Ｆにおいては、動かしやすい方向、例えば、操作面１１１に延ばした指の長手方向、および長手方向に交差する揺動方向（指の付け根となる関節を中心とした揺動方向）等が自ずと決まる。本実施形態では、補正部１２２は、操作判定部１２１によって算出された指方向に応じて、Ｙ軸を指方向に合せるようにして操作面１１１におけるＸ−Ｙ座標を回転補正している。

これにより、指の動きに沿った座標系とすることができる。つまり、操作者にとっては、指操作中の指方向に基づく親指Ｆの上下（指の長手方向）、左右方向（揺動方向）と、操作面１１１において補正された座標の上下、左右方向と、が一致しやすくなり、操作面１１１に対する手の位置や手の大きさ等によらず操作性に優れる操作装置１００とすることができる。

尚、ステアリング１１が操舵された場合、非操舵時に比べて、指方向が相対的に変化するが、あくまでも指方向をもとに座標が補正されるので、指方向に基づく親指Ｆの上下、左右方向の把握がしやすいものとなる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図５、図６に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、操作装置１００の構成は同一として、基準（初期）となるＸ−Ｙ座標の補正要領を変更したものである。補正部１２２は、上記第１実施形態の直交座標の向きの補正に代えて、座標系の定義を補正するようにしている。補正部１２２は、座標系の定義の補正として、Ｘ−Ｙ座標（直交座標系）から極座標（極座標系）に置き換えるようにしている。 一般的に、人の手Ｈにおいて、親指Ｆは、図５に示すように、ＣＭ関節Ｆ１（親指Ｆの付け根の関節位置）を回動中心として、親指Ｆの長手方向に対して交差する方向に回動される構造となっている。親指Ｆの長さは、Ｌとして予め設定されて、補正部１２２に記憶されている。親指Ｆの長さＬは、例えば、親指Ｆの指先における腹の中心からＣＭ関節Ｆ１までの長さである。

そして、図６に示すように、補正部１２２は、Ｘ−Ｙ座標（直交座標）を、親指ＦのＣＭ関節Ｆ１を回動中心として、親指Ｆの接触位置を定義する極座標に置き換える。このとき、補正部１２２は、指方向と、設定された親指Ｆの長さＬとから指の回動中心を算出するようにしている。このように設定された極座標においては、回動中心と、指長さＬ（半径ｒ）と、回動角θとによって座標位置（親指Ｆの接触位置）が定義されるものとなる。

尚、指操作において、指方向が基準（初期）のＹ軸方向（上方向）を向いたときは、操作面１１１の座標は、Ｘ−Ｙ直交座標に補正される。指の向きの変化に応じて、直交座標と極座標との間での補正が繰り返されるのである。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、指操作中の指方向に基づく親指Ｆの上下、左右方向が認識しやすく、操作面１１１に対する手の位置や手の大きさ等によらず、操作性に優れる操作装置１００とすることができる。特に、本実施形態では、ＣＭ関節Ｆ１を中心とした曲座標に補正するので、操作が容易となる。

（第３実施形態）
第３実施形態の操作装置１００Ａを図７、図８に示す。第３実施形態は、上記第２実施形態に対して、直交座標を極座標に置き換える際の要領を変更したものである。

操作装置１００Ａの制御部１２０Ａには、上記第１、第２実施形態に対して、更に、操作位置記憶部１２３と、算出部１２４とが設けられている。操作位置記憶部１２３は、操作面１１１における親指Ｆの接触位置のデータを時系列的に記憶するようになっている。また、算出部１２４は、接触位置の時系列データを用いて、親指Ｆがたどる移動軌跡（円弧軌跡）を算出して、この円弧から円の中心位置、つまり、親指Ｆの回動中心を算出するようになっている。

接触位置のデータは、例えば、図８に示すように、直近の最低３つのデータが使用される。算出部１２４は、３つの接触位置（接触形状における中心位置）を用いて、親指Ｆの移動軌跡（円弧軌跡）、つまり円の方程式（（ｘ−ｘ１）^２＋（ｙ−ｙ１）^２＝ｒ^２）を導き、半径ｒ、および回動中心座標（ｘ１、ｙ２）を算出するようになっている。

これにより、直交座標から極座標への置き換えを精度良く行うことが可能となる。尚、使用する接触位置のデータ数は、上記の３つに限定されるものではない。

（第４実施形態）
第４実施形態を図９に示す。第４実施形態は、上記第１実施形態に対して、直交座標を補正する際に補正する対象エリアを限定するようにしたものである。

操作面１１１が、上記のように水平スポーク部１１ａの右端側に設けられて、操作者は右手の親指Ｆで指操作をする場合は、親指Ｆは、自ずと、直交座標の正側のＹ座標と負側のＸ座標との間の方向を向く形となる。よって、座標系を回転させるエリア（角度範囲）として、上記範囲に絞ることで、親指Ｆの指方向の検出精度を高めることができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、タッチセンサ１１２としては、静電容量式のものに限らず、他の感圧式等、各種タイプのものを使用することができる。

また、操作部１１０はステアリング１１に設定されるものに限らず、例えば、センターコンソール等に設定されるものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、操作部１１０として、いわゆるタッチパッド式のもとしたが、これに限らず、液晶ディスプレイ５１の表示画面５２が透過されて操作面１１１に視認されるいわゆるタッチパネル式のものにも適用可能である。例えば、携帯機器（スマートフォン）等に用いて好適である。

また、上記各実施形態では、操作装置１００、１００Ａによる入力制御の対象（所定の機器）として、ナビゲーション装置５０としたが、これに限定されることなく、車両用の空調装置、あるいは車両用オーディオ装置、オートクルーズコントロール装置等の他の機器にも適用することができる。

１００、１００Ａ 操作装置
１１１ 操作面
１１２ タッチセンサ（操作位置検出部）
１２０ 制御部
１２１ 操作判定部
１２２ 補正部
Ｆ 親指（操作者の指）
Ｌ 親指の長さ（指の長さ）

Claims (6)

1. 操作者の指（Ｆ）による指操作を行うための操作面（１１１）と、
   前記操作面に対する前記指の複数の接触位置を検出可能とする操作位置検出部（１１２）と、
   複数の前記接触位置に基づき、前記操作面に設定された所定の座標系を基準として、前記指操作の状態を判定する操作判定部（１２１）と、を備える操作装置において、
   前記操作判定部は、複数の前記接触位置から前記指の前記操作面に対する接触形状を算出し、算出した前記接触形状から前記指の長手側に対応する指方向を検出するようになっており、
   検出された前記指方向に応じて、前記所定の座標系の向き、あるいは、前記所定の座標系の形態を補正する補正部（１２２）を備える操作装置。
2. 前記所定の座標系は、直交座標系であり、
   前記補正部は、前記所定の座標系の向きを補正するにあたって、前記直交座標系の一方の軸を前記指方向に合せるようにして前記直交座標系を回転させる請求項１に記載の操作装置。
3. 前記所定の座標系は、直交座標系であり、
   前記補正部は、前記所定の座標系の形態を補正するにあたって、前記直交座標系を、前記指の付け根の関節位置を前記指の回動中心として、前記指の前記接触位置を定義する極座標系に置き換える請求項１に記載の操作装置。
4. 前記補正部は、前記指方向と、予め設定された前記指の長さ（Ｌ）とから前記指の回動中心を算出する請求項３に記載の操作装置。
5. 前記補正部は、複数の前記接触位置の時系列データを用いて前記指の移動軌跡を算出して、前記移動軌跡から前記指の回動中心を算出する請求項３に記載の操作装置。
6. 車両（１０）に搭載され、
   前記操作面は、ステアリング（１１）に設けられた請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の操作装置。

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