JP2020085536A - タッチ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを設けることなく、温度変化による誤検出を抑制してタッチ検出を行うことが可能なタッチ検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】タッチ検出装置１０は、それぞれ比誘電率の温度特性が各々異なり、静電容量を検出する２つの静電容量センサ１４、１６と、２つの静電容量センサ１４、１６のうち一方の検出結果、または２つの静電容量センサ１４、１６の検出結果の合計が、予め定めた閾値以上の場合にタッチ状態と判定し、閾値未満の場合に非タッチ状態と判定し、２つの静電容量センサ１４、１６の検出結果から求めた検出容量比を用いて、閾値を変更する制御部１２と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量の変化を検出することによってタッチ検出するタッチ検出装置に関する。

タッチ検出装置の一例としては、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。特許文献１に記載の技術では、ステアリングホイールに対する運転者の把持状態に応じて変化する静電容量の測定結果に基づいて、第１保舵状態、第２保舵状態、及び手放し状態の何れかの状態が生じたかを判定する把持状態検出装置が提案されている。

詳細には、特許文献１では、手放し状態が生じていると判定している場合に、静電容量が第１閾値静電容量以上となったとき、第１保舵状態が生じたと判定する。また、第１保舵状態が生じていると判定している場合に、静電容量が、温度が高いほど大きくなる第２閾値静電容量よりも小さくなったとき、第２保舵状態が生じたと判定する。そして、第２保舵状態が生じていると判定している場合に、静電容量の単位経過時間当たりの変化である静電容量微分値が、第１閾値静電容量微分値以下となったとき、手放し状態が生じたと判定する。

特開２０１８−４７８１６号公報

しかしながら、静電容量は、温度変化によって変化するため、温度変化に応じてタッチ検出を行うためには、特許文献１に記載の技術のように、温度センサを設けて閾値を温度に応じて変化させる必要がある。温度センサを設けることなく温度変化に対応して正確にタッチ検出を行うためには改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、温度センサを設けることなく、温度変化による誤検出を抑制してタッチ検出を行うことが可能なタッチ検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の態様は、それぞれ比誘電率の温度特性が各々異なり、静電容量を検出する２つの静電容量検出部と、前記２つの静電容量検出部のうち一方の検出結果、または前記２つの静電容量検出部の検出結果の合計が、予め定めた閾値以上の場合にタッチ状態と判定し、前記閾値未満の場合に非タッチ状態と判定する判定部と、前記２つの静電容量検出部の検出結果から求めた検出容量比を用いて、前記閾値を変更する変更部と、を含む。

第１の態様によれば、２つの静電容量検出部は、それぞれ比誘電率の温度特性が各々異なり、静電容量を検出する。

判定部では、２つの静電容量検出部のうち一方の検出結果、または２つの静電容量検出部の検出結果の合計が、予め定めた閾値以上の場合にタッチ状態と判定され、閾値未満の場合に非タッチ状態と判定される。

ここで、静電容量検出部は、タッチ状態中に温度が上昇すると、比誘電率も温度上昇と共に上昇してしまい、非タッチ状態となっても判定部が、タッチ状態と誤判定してしまう。

そこで、変更部では、２つの静電容量検出部の検出結果から求めた検出容量比を用いて、閾値を変更する。これにより、温度センサを設けることなく、温度変化による誤検出を抑制してタッチ検出を行うことが可能となる。

なお、変更部は、検出容量比を用いて静電容量検出部の温度変化の有無を検出し、温度変化が検出された場合に、閾値を変更してもよい。

また、変更部は、検出容量比が予め定めた温度閾値を超えた場合に、温度上昇による温度変化を検出し、温度上昇による温度変化が検出された場合に、閾値に予め定めた値を加算して閾値を変更してもよい。

また、判定部は、非タッチ状態時の２つの静電容量検出部のうち一方の検出結果の予め定めた時間毎の平均値、または、非タッチ状態時の２つの静電容量検出部の検出結果を合成した値の予め定めた時間毎の平均値を基準値として、基準値に予め定めた値を加算して閾値を定めてもよい。

また、判定部は、非タッチ状態と判定した場合に、基準値を更新し、タッチ状態と判定した場合に、基準値の更新を停止してもよい。

さらに、変更部は、検出容量比毎に予め定めた閾値の中から、求めた検出容量比に対応する閾値に変更してもよい。

以上説明したように本発明によれば、温度センサを設けることなく、温度変化による誤検出を抑制してタッチ検出を行うことが可能なタッチ検出装置を提供できる、という効果がある。

本実施形態に係るタッチ検出装置の概略構成を示すブロック図である。 ２つの静電容量センサの比誘電率の温度特性の一例を示す図である。 温度上昇がない場合の時間経過に対する２つの静電容量センサの検出容量と、検出容量比を示す図である。 温度上昇が発生した場合の時間経過に対する２つの静電容量センサの検出容量と、検出容量比を示す図である。 タッチ中に温度上昇が発生した場合のタッチ検出の閾値の調整を説明するための図である。 本実施形態に係るタッチ検出装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係るタッチ検出装置の制御部で行われる処理の流れの変形例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るタッチ検出装置の一例を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るタッチ検出装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るタッチ検出装置１０は、静電容量検出部としての２つの静電容量センサ１４、１６、並びに、判定部及び変更部としての制御部１２を備えている。２つの静電容量センサ１４、１６はそれぞれ制御部１２に接続されている。

２つの静電容量センサ１４、１６は、それぞれ比誘電率の温度特性が既知で、かつそれぞれ異なる温度特性とされている。例えば、図２に示すように、一方の静電容量センサ１４の温度変化に対する比誘電率の変化より、他方の静電容量センサ１６の温度変化に対する比誘電率の変化の方が小さい特性とされている。具体的には、一方の静電容量センサ１４の比誘電率をεｒ１、他方の静電容量センサ１６の比誘電率をεｒ２（εｒ１＞εｒ２）、温度をＴとすると、一方の静電容量センサ１４の温度特性はεｒ１（Ｔ）で表される。一方、他方の静電容量センサ１６の温度特性はεｒ２（Ｔ）で表される。そして、同じ温度Ｔにおいては、εｒ１（Ｔ）＞εｒ２（Ｔ）となる。また、εｒ１（Ｔ）／εｒ２（Ｔ）＝α（固定値）の関係となる。

また、２つの静電容量センサ１４、１６は、タッチによる指の接触面積が略同程度となるように静電容量センサ１４、１６を近接して配置されている。なお、２つの静電容量センサ１４、１６は、例えば、ステアリングホイールや、車両用シート、車載用モニタなどの自動車内に設けてもよい。

制御部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含むコンピュータで構成されている。ＣＰＵは、メモリに予め記憶されたプログラムを実行することにより、静電容量センサ１４、１６の検出結果に基づいて、タッチ検出を判定する処理を実行する。

ここで、静電容量センサ１４、１６の検出結果に基づいて、制御部１２で行われるタッチ検出を判定する処理について説明する。

静電容量センサ１４、１６は、静電容量を検出するため、人の指等が近接または接触すると、静電容量が増加するため、タッチ検出することができる。従って、予め定めた閾値以上の静電容量を検出した場合にタッチ状態と判断し、閾値未満の静電容量を検出した場合に非タッチ状態と判断できる。なお、本実施形態では、閾値は、予め定めた時間毎に静電容量の平均値を算出し、算出した平均値を基準として、予め定めた値を加算した値を閾値とし、以下では、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値）と称する場合がある。

しかしながら、静電容量センサ１４、１６は、比誘電率の温度特性を有しており、温度上昇と共に、比誘電率が上昇してしまう。静電容量センサ１４、１６にタッチしている状態で温度が上昇すると、比誘電率も上昇し、非タッチ状態となっても閾値を下回らなくなってしまい、タッチ状態と誤判定してしまうことがある。

そこで、本実施形態では、上述したように、比誘電率の温度特性がそれぞれ異なる２つの静電容量センサ１４、１６を備え、それぞれの静電容量センサ１４、１６を、タッチによる指の接触面積が略同程度となるように近接して配置している。これにより、検出容量比が予め定めた温度閾値ＴＨ以上であるか否かを判定することで温度変化の有無を検出する。すなわち、比誘電率の温度特性が既知であることにより、温度閾値ＴＨを超えたか否かを判定することで、温度上昇による温度変化の有無を把握することが可能となる。

例えば、静電容量センサ１４、１６は、非タッチ状態で時間経過と共に温度上昇がない場合には、それぞれの検出容量は、図３に示すように、一方の静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１の方が他方の静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２より大きな検出容量となる。また、それぞれの検出容量は一定の値で、検出容量比（Ｃ１／Ｃ２）は温度変化がない場合は一定値（α）となるので、温度変化を判定するための温度閾値ＴＨをα＜ＴＨとすることで、温度変化なしを検出できる。なお、タッチ中、指の接触面積Ｓ、及びセンサ指間の距離ｄは、２つの静電容量センサ１４、１６で同一であるため、接触面積の増減があった場合でも、温度変化の有無の判定に影響しない。

これに対して、タッチ中に時間経過と共に温度上昇が発生すると、それぞれの検出容量Ｃ１、Ｃ２は、図４に示すように、それぞれ上昇し、一方の静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１の上昇率の方が他方の静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２の上昇率より大きくなる。温度変化によるそれぞれの静電容量センサ１４、１６の検出容量Ｃ１、Ｃ２の変動率が異なるため、検出容量比は、温度上昇が発生すると、温度上昇に伴って増加する。従って、検出容量比（Ｃ１／Ｃ２）＝比誘電率の比（εｒ１／εｒ２）＞αとなり、検出容量比が温度変化を判定するための温度閾値ＴＨ以上になったか否かを判定することで、温度変化の有無を検出することができる。ここで、温度変化がある場合に、制御部１２が、非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈを予め定めた値分引き上げる。これにより、温度上昇により非タッチ状態に変化したにも関わらず、タッチ判定してしまうことを抑制できる。

具体的には、制御部１２は、予め定めた時間毎に静電容量の平均値を算出し、算出した平均値を基準値に設定する。そして、図５に示すように、基準値に予め定めた値を加算した値をタッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）とし、検出容量が、閾値ＯＦＦｔｈを超えた場合にタッチ状態と判定する。なお、タッチ判定する際の検出容量は、静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１または静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２を用いて判定してもよい。或いは、静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１と静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２の合成容量（Ｃ１＋Ｃ２）を用いて判定してもよい。

また、タッチ中に温度上昇が発生して、静電容量が上昇した場合には、検出容量比が温度閾値ＴＨを超えるので、温度閾値ＴＨを超えた場合は、制御部１２が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）に予め定めた値を加算して引き上げる。これにより、図５に示すように、タッチ中に温度上昇が発生してもタッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）も上昇するため、非タッチ状態を判定することが可能となる。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係るタッチ検出装置１０の制御部１２で行われる具体的な処理について説明する。図６は、本実施形態に係るタッチ検出装置１０の制御部１２で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図６の処理は、例えば、タッチ検出の開始が指示された場合に開始する。

ステップ１００では、制御部１２が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）の算出を開始してステップ１０２へ移行する。本実施形態では、予め定めた時間毎の検出容量の平均値を算出することにより基準値を算出して、基準値に予め定めた値を加算した値をタッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）に設定する。なお、検出容量の平均値は、静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１の平均値若しくは静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２の平均値、または静電容量センサ１４、１６の合計の検出容量（Ｃ１＋Ｃ）の平均値を算出して基準値を算出する。

ステップ１０２では、制御部１２が、２つの静電容量センサ１４、１６の検出容量Ｃ１、Ｃ２から検出容量比（Ｃ１／Ｃ２）を算出してステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、制御部１２が、静電容量比（Ｃ１／Ｃ２）が予め定めた温度閾値ＴＨ以上であるか否かを判定する。該判定が肯定された場合には、温度変化ありと判断してステップ１０６へ移行する。一方、判定が否定された場合にはステップ１０８へ移行する。

ステップ１０６では、制御部１２が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）に予め定めた値を加算して閾値を一定値引き上げてステップ１０８へ移行する。

ステップ１０８では、制御部１２が、静電容量がタッチ検出の閾値以上であるか否かを判定する。該判定は、静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１若しくは静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２、または静電容量センサ１４、１６の合計の検出容量（Ｃ１＋Ｃ２）が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）以上であるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１１０へ移行し、肯定された場合にはステップ１１４へ移行する。

ステップ１１０では、制御部１２が、非タッチ状態と判定してステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、制御部１２が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）を更新してステップ１１８へ移行する。すなわち、ステップ１００と同様に、予め定めた時間毎の検出容量の平均値を算出して、新たなタッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）に設定する。

一方、ステップ１１４では、制御部１２が、タッチ状態と判定してステップ１１６へ移行する。

ステップ１１６では、制御部１２が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定のＯＦＦｔｈ）の更新を停止してステップ１１８へ移行する。これにより、温度変化によって温度閾値ＴＨの値を調整した後に、元の温度閾値ＴＨのレベルに戻ってしまうことによる誤判定を防止する。

ステップ１１８では、制御部１２が、タッチ検出の終了か否かを判定する。該判定は、例えば、タッチ検出を終了する指示を受け付けたか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１０２に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合には一連の処理を終了する。

このように、本実施形態では、２つの静電容量センサ１４、１６の検出容量比を用いて温度上昇を判定して、タッチ検出の閾値を変更するので、温度センサを設けることなく、温度変化による誤検出を抑制してタッチ検出を行うことが可能となる。

続いて、本実施形態に係るタッチ検出装置１０の制御部１２で行われる処理の変形例について説明する。

上記の実施形態では、検出容量比が温度閾値ＴＨ以上の場合に温度上昇が発生していると判定して、タッチ検出の閾値を引き上げたが、タッチ検出の閾値の設定はこれに限るものではない。例えば、検出容量比毎にタッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）を予め定めておき、検出容量比に応じてタッチ検出の閾値を設定してもよい。以下では、この場合の処理を変形例として説明する。図７は、本実施形態に係るタッチ検出装置１０の制御部１２で行われる処理の流れの変形例を示すフローチャートである。なお、図７の処理は、例えば、タッチ検出の開始が指示された場合に開始する。また、図６の処理と同一処理については同一符号を付して説明する。

ステップ１０２では、制御部１２が、２つの静電容量センサ１４、１６の検出容量Ｃ１、Ｃ２から検出容量比（Ｃ１／Ｃ２）を算出してステップ１０３へ移行する。

ステップ１０３では、制御部１２が、検出容量比に応じたタッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）を設定してステップ１０８へ移行する。すなわち、検出容量比毎に定めた閾値を読出して設定する。

ステップ１０８では、制御部１２が、静電容量がタッチ検出の閾値以上であるか否かを判定する。該判定は、静電容量センサ１４の検出容量Ｃ１若しくは静電容量センサ１６の検出容量Ｃ２、または静電容量センサ１４、１６の合計の検出容量（Ｃ１＋Ｃ２）が、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）以上であるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１１０へ移行し、肯定された場合にはステップ１１４へ移行する。

ステップ１１０では、制御部１２が、非タッチ状態と判定してステップ１１８へ移行する。

一方、ステップ１１４では、制御部１２が、タッチ状態と判定してステップ１１８へ移行する。

ステップ１１８では、制御部１２が、タッチ検出の終了か否かを判定する。該判定は、例えば、タッチ検出を終了する指示を受け付けたか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１０２に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合には一連の処理を終了する。

このように、検出容量比に応じて閾値を設定しても温度センサを設けることなく、温度変化による誤検出を抑制してタッチ検出を行うことが可能となる。

なお、上記の実施形態では、タッチ検出の閾値の設定は、予め定めた時間毎の検出容量の平均値を基準値として予め定めた値を基準値に加算して算出し、温度上昇が発生した場合に、閾値を一定値引き上げたが、閾値の設定はこれに限るものではない。例えば、ステップ１０６において基準値に加算する一定値を、検出容量比がＡ範囲の場合の値、Ｂ範囲の場合の値、Ｃ範囲の場合の値等のように、検出容量比（Ｃ１／Ｃ２）毎の値を予め定めて、検出容量比に応じて、基準値に加算する値を変更して閾値を設定してもよい。これにより、温度上昇に応じた閾値の設定が可能となる。

また、上記の実施形態では、温度上昇が検出された場合に、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）を一定値引き上げるようにしたが、逆に、温度下降が検出された場合に、タッチ検出の閾値を一定値引き下げてもよい。

また、上記の実施形態及び変形例では、タッチ検出の閾値（非タッチ判定の閾値ＯＦＦｔｈ）以上の場合にタッチ状態と判定し、閾値未満の場合に非タッチ状態と判定したが、タッチ判定の閾値と非タッチ判定の閾値とを設けてヒステリシスを設けてもよい。

また、上記の実施形態における制御部１２で行われる処理は、ソフトウエアの処理として説明したが、これに限るものではない。例えば、ハードウエアで行う処理としてもよいし、ハードウエアとソフトウエアの双方を組み合わせた処理としてもよい。

また、上記の実施形態における制御部１２で行われる処理は、プログラムとして記憶媒体に記憶して流通させるようにしてもよい。

さらに、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０・・・タッチ検出装置、１２・・・制御部、１４・・・静電容量センサ、１６・・・静電容量センサ

Claims (6)

1. それぞれ比誘電率の温度特性が各々異なり、静電容量を検出する２つの静電容量検出部と、
   前記２つの静電容量検出部のうち一方の検出結果、または前記２つの静電容量検出部の検出結果の合計が、予め定めた閾値以上の場合にタッチ状態と判定し、前記閾値未満の場合に非タッチ状態と判定する判定部と、
   前記２つの静電容量検出部の検出結果から求めた検出容量比を用いて、前記閾値を変更する変更部と、
   を含むタッチ検出装置。
2. 前記変更部は、前記検出容量比を用いて前記静電容量検出部の温度変化の有無を検出し、温度変化が検出された場合に、前記閾値を変更する請求項１に記載のタッチ検出装置。
3. 前記変更部は、前記検出容量比が予め定めた温度閾値を超えた場合に、温度上昇による温度変化を検出し、温度上昇による温度変化が検出された場合に、前記閾値に予め定めた値を加算して前記閾値を変更する請求項２に記載のタッチ検出装置。
4. 前記判定部は、前記非タッチ状態時の前記２つの静電容量検出部のうち一方の検出結果の予め定めた時間毎の平均値、または、前記非タッチ状態時の前記２つの静電容量検出部の検出結果を合成した値の予め定めた時間毎の平均値を基準値として、前記基準値に予め定めた値を加算して前記閾値を定める請求項１〜３の何れか１項に記載のタッチ検出装置。
5. 前記判定部は、前記非タッチ状態と判定した場合に、前記基準値を更新し、前記タッチ状態と判定した場合に、前記基準値の更新を停止する請求項４に記載のタッチ検出装置。
6. 前記変更部は、前記検出容量比毎に予め定めた閾値の中から、求めた前記検出容量比に対応する閾値に変更する請求項１に記載のタッチ検出装置。