JP2021165641A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤判定を抑制することができる検出装置を提供する。【解決手段】検出装置１は、ユーザが接触する加飾部８０３の下方に配置された第１の検出電極１１と、第１の検出電極１１の下方に配置されると共に第１の検出電極１１と絶縁され、第１の検出電極１１に投影した像が第１の検出電極１１と同じかそれ以下となる第２の検出電極１２と、第２の検出電極１２の対向する両端部に隣接して配置されると共に第１の検出電極１１及び第２の検出電極１２と絶縁され、一部が第１の検出電極１１の下方に絶縁体８０２を介して位置し、その他の部分が第１の検出電極１１の下方より外側に位置する第３の検出電極及び第４の検出電極と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、検出装置に関する。

従来の技術として、複数の上電極を有するシート状の上電極層、及び、上電極と絶縁され、上電極と交差して配設される複数の下電極を有するシート状の下電極層を含む第１検出手段と、第１検出手段の下方に配設され、対象物の接触又は圧力に応じて変形する中間層と、導電性シートの４隅に電極を有して中間層の下方に配設され、対象物の接触又は押圧力に応じた電気的な変化を検出する第２検出手段と、を備えた近接・接触センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この近接・接触センサは、対象物の接近を検出する際、第２検出手段をグランドに接続し、対象物の接触又は圧力を検出する際、第１の検出手段をグランドに接続するように切り替える切替手段と、第１検出手段に対象物が接近した場合に、上電極及び下電極間の電気的な変化に基づいて、対象物の接近を判定すると共に、対象物が第１検出手段に接触又は押圧力を加えた場合に、第２検出手段で検出された電気的な変化に基づいて、対象物の接触又は押圧力を加えた位置及びその圧力の値を特定する演算手段と、を備えている。

国際公開第２０１４／０８０９２４号

従来の近接・接触センサは、接触又は圧力を検出する際、第１検出手段及び中間層の変形による電気的な変化を検出する。しかし従来の近接・接触センサは、例えば、寄生容量を低減するため、４隅の電極の一部が上電極及び下電極の外に位置していた場合、この一部の上方に対象物が接近すると、対象物と電極の一部との間に変形を伴わなくても電気的な変化が生じてしまい、接近を接触又は圧力の付加と誤判定する可能性がある。

従って本発明の目的は、誤判定を抑制することができる検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、ユーザが接触する被接触部材の下方に配置された第１の検出電極と、第１の検出電極の下方に配置されると共に第１の検出電極と絶縁され、第１の検出電極に投影した像が第１の検出電極と同じかそれ以下となる第２の検出電極と、第２の検出電極の対向する両端部に隣接して配置されると共に第１の検出電極及び第２の検出電極と絶縁され、一部が第１の検出電極の下方に絶縁体を介して位置し、その他の部分が第１の検出電極の下方より外側に位置する第３の検出電極及び第４の検出電極と、被接触部材に対してユーザが接触又は接近した際、第１の検出電極に生じる静電容量の変化に応じた第１の電気信号を出力する接触検出部と、被接触部材に対してユーザが圧力を付加した際、第２の検出電極に生じる静電容量の変化に応じた第２の電気信号を出力する圧力検出部と、第１の検出電極乃至第４の検出電極と接触検出部及び圧力検出部との接続を切り替える切替部と、切替部を制御してユーザが被接触部材に接触又は接近したか否かの検出とユーザが被接触部材に圧力を付加したか否かの検出とで接続を切り替え、接触検出部から出力された第１の電気信号に基づいてユーザが被接触部材に接触又は接近したか否かを判定し、圧力検出部から出力された第２の電気信号に基づいてユーザが被接触部材に圧力を付加したか否かを判定する判定部と、を備えた検出装置を提供する。

本発明によれば、誤判定を抑制することができる。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る検出装置の一例が配置されたステアリングの図であり、図１（ｂ）は、検出装置のブロック図の一例である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る検出装置が配置されたステアリングを図１（ａ）のII（ａ）-II（ａ）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２（ｂ）は、図２（ａ）において丸で囲んだ部分を拡大した図であり、図２（ｃ）は、検出の切り替えに関する表の一例である。 図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る検出装置のタッチ検出の一例を説明するための図であり、図３（ｂ）は、自己容量方式による圧力検出の一例を説明するための図であり、図３（ｃ）は、相互容量方式による圧力検出の一例を説明するための図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１の実施の形態に係る検出装置のタッチ検出と圧力検出の検出パターンの一例を示す図である。 図５は、第１の実施の形態に係る検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図６（ａ）は、第２の実施の形態に係る検出装置の第１の検出電極〜第４の検出電極の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、検出装置のブロック図の一例であり、図６（ｃ）は、検出の切り替えに関する表の一例である。 図７（ａ）は、第２の実施の形態に係る検出装置のタッチ検出の一例を説明するための図であり、図７（ｂ）は、自己容量方式による圧力検出の一例を説明するための図であり、図７（ｃ）は、相互容量方式による圧力検出の一例を説明するための図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る検出装置は、ユーザが接触する被接触部材の下方に配置された第１の検出電極と、第１の検出電極の下方に配置されると共に第１の検出電極と絶縁され、第１の検出電極に投影した像が第１の検出電極と同じかそれ以下となる第２の検出電極と、第２の検出電極の対向する両端部に隣接して配置されると共に第１の検出電極及び第２の検出電極と絶縁され、一部が第１の検出電極の下方に絶縁体を介して位置し、その他の部分が第１の検出電極の下方より外側に位置する第３の検出電極及び第４の検出電極と、被接触部材に対してユーザが接触又は接近した際、第１の検出電極に生じる静電容量の変化に応じた第１の電気信号を出力する接触検出部と、被接触部材に対してユーザが圧力を付加した際、第２の検出電極に生じる静電容量の変化に応じた第２の電気信号を出力する圧力検出部と、第１の検出電極乃至第４の検出電極と接触検出部及び圧力検出部との接続を切り替える切替部と、切替部を制御してユーザが被接触部材に接触又は接近したか否かの検出とユーザが被接触部材に圧力を付加したか否かの検出とで接続を切り替え、接触検出部から出力された第１の電気信号に基づいてユーザが被接触部材に接触又は接近したか否かを判定し、圧力検出部から出力された第２の電気信号に基づいてユーザが被接触部材に圧力を付加したか否かを判定する判定部と、を備えて概略構成されている。

検出装置は、圧力の付加による静電容量の変化を検出する第２の検出電極が第１の検出電極により覆われると共に圧力検出に寄与しない第３の検出電極及び第４の検出電極によって寄生容量を抑制するので、寄生容量の抑制のために圧力を検出する検出電極が大きくされた場合と比べて、ユーザの接触又は接近を圧力検出とする誤判定を抑制することができる。

[第１の実施の形態]
（検出装置１の概要）
図１（ａ）は、検出装置の一例が配置されたステアリングの図であり、図１（ｂ）は、検出装置のブロック図の一例である。図２（ａ）は、図１（ａ）のII（ａ）-II（ａ）線で切断した断面を矢印方向から見たステアリングの断面図の一例であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）において丸で囲んだ部分を拡大した図であり、図２（ｃ）は、検出の切り替えに関する表の一例である。図２（ｂ）では、絶縁体に対するハッチングを省略している。なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率や形状は、実際の比率や形状とは異なる場合がある。また図１（ｂ）、及び後述する図６（ｂ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

検出装置１は、図１（ａ）に示すように、ユーザの両手（＝左手９０及び右手９１）による把持部８５に対する把持を検出するように構成されている。検出装置１は、把持の検出として、ユーザの両手が把持部８５に接触又は接近したかの検出と、ユーザが意識的に把持部８５を両手で把持していることの検出と、の二種類の検出を行う。検出装置１は、図１（ｂ）に示すように、この二種類の検出結果を車両に搭載された自動運転装置８７に出力する。なお検出装置１が電気的に接続される電子機器は、自動運転装置８７に限定されず、車両を制御する車両制御装置などの他の電子機器であっても良い。

自動運転装置８７は、ユーザが把持部８５を両手で意識的に把持している場合、自動運転から手動運転に切り替える。つまり自動運転装置８７は、ユーザが自動運転から手動運転に切り替わることを意識していないと自動運転から手動運転に切り替えない。把持部８５に対する接触を静電容量方式のタッチセンサで検出する場合、接触のみならず把持部８５に触っていなくても接触を検出する可能性がある。そのため、接触の検出だけではなく、ユーザが予め定められた圧力以上の圧力を把持部８５に付加していることの検出が意識的に把持していると判定するためには必要である。そこで、検出装置１は、以下の構成によって上記の二種類の検出を行う。

検出装置１は、図２（ａ）に示すように、ユーザが接触する被接触部材の下方に配置された第１の検出電極１１と、第１の検出電極１１の下方に配置されると共に第１の検出電極１１と絶縁され、第１の検出電極１１に投影した像が第１の検出電極１１と同じかそれ以下となる第２の検出電極１２と、第２の検出電極１２の対向する両端部（＝長手側端部１２ａ及び長手側端部１２ｂ）に隣接して配置されると共に第１の検出電極１１及び第２の検出電極１２と絶縁され、一部が第１の検出電極１１の下方に絶縁体を介して位置し、その他の部分が第１の検出電極１１の下方より外側に位置する第３の検出電極及び第４の検出電極と、を備えている。なお本実施の形態の第３の検出電極及び第４の検出電極は、１つの検出電極、つまり第３の検出電極１３として構成されている。

本実施の形態の被接触部材は、ステアリング８の把持部８５の表面に設けられた加飾部８０３である。この加飾部８０３は、一例として、ステアリング８の表面側に配置された皮革である。従って第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３は、ユーザが把持する車両のステアリング８の把持部８５に配置されている。

図２（ａ）は、紙面の右側が運転席に着座するユーザの方向であり、左側が車両の前方向である。また紙面の上側が当該ユーザから見て上側であり、下側が当該ユーザから見て下側である。図２（ａ）に示すように、把持部８５は、ステアリング８の径方向が短軸、車両の前後方向が長軸となる、つまり短手方向の断面が楕円形状を有している。

第１の検出電極１１に投影した第２の検出電極１２の像は、図２（ｂ）に点線で示す投影像１２０である。長手方向の投影像１２０の端部は、図２（ｂ）において矢印で示すように、楕円の中心を通って第２の検出電極１２の長手側端部１２ａ及び長手側端部１２ｂを通る２つの直線と第１の検出電極１１との交点である長手側端部１２０ａ及び長手側端部１２０ｂである。

投影像１２０は、図２（ｂ）に示すように、把持部８５の外から見て、長手側端部１２０ａ及び長手側端部１２０ｂが第１の検出電極１１の長手側端部１１ａ及び長手側端部１１ｂによって形成される開口１１０から露出しない。従って第２の検出電極１２は、当該開口１１０から露出しない。なお開口１１０は、図１（ａ）に示すように、把持部８５の内側８５０の周方向に沿って形成されている。また検出電極の端部が対向して形成される開口１１０、開口１３０及び開口１３１には、絶縁体が設けられても良いし、絶縁性が保たれるのであれば設けられなくても良い。この開口１３０は、第２の検出電極１２の長手側端部１２ａと第３の長手側端部１３ａとによって形成されている。また開口１３１は、第２の検出電極１２の長手側端部１２ｂと第３の長手側端部１３ｂとによって形成されている。

また投影像１２０は、一例として、図１（ａ）に示すように、短手側端部１２０ｃ及び短手側端部１２０ｄが第１の検出電極１１の短手側端部１１ｃ及び短手側端部１１ｄと一致するようにされている。なお短手側端部１２０ｃ及び短手側端部１２０ｄ、つまり第２の検出電極１２の短手側端部１２ｃ及び短手側端部１２ｄは、長手側端部１２ａ及び長手側端部１２ｂと同様に、第１の検出電極１１の短手側端部１１ｃ及び短手側端部１１ｄより内側であっても良い。

つまり第２の検出電極１２は、第１の検出電極１１に覆われている。そして第１の検出電極１１の長手側端部１１ａ及び長手側端部１１ｂにより形成される開口１１０には、第３の検出電極１３が露出している。

なお本実施の形態の第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３は、一例として、図１（ａ）に示すように、把持部８５の外から見て、短手方向の短手側端部１１ｃ、短手側端部１２ｃ及び短手側端部１３ｃが一致し、短手側端部１１ｄ、短手側端部１２ｄ及び短手側端部１３ｄが一致している。

検出装置１は、加飾部８０３に対してユーザが接触又は接近した際、第１の検出電極１１に生じる静電容量の変化に応じた第１の電気信号Ｓ_１を出力する接触検出部１６と、加飾部８０３に対してユーザが圧力を付加した際、第２の検出電極１２に生じる静電容量の変化に応じた第２の電気信号Ｓ_２を出力する圧力検出部１７と、を備えている。

検出装置１は、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と接触検出部１６及び圧力検出部１７との接続を切り替える切替部１５と、切替部１５を制御してユーザが加飾部８０３に接触又は接近したか否かの検出とユーザが加飾部８０３に圧力を付加したか否かの検出とで接続を切り替え、接触検出部１６から出力された第１の電気信号Ｓ_１に基づいてユーザが加飾部８０３に接触又は接近したか否かを判定し、圧力検出部１７から出力された第２の電気信号Ｓ_２に基づいてユーザが加飾部８０３に圧力を付加したか否かを判定する判定部としての制御部２０と、を備えている。さらに検出装置１は、記憶部１９を備えている。

ステアリング８は、図１（ａ）に示すように、ホーンパッド部８１と、スポーク部８２〜スポーク部８４と、把持部８５と、を備えている。ホーンパッド部８１は、ステアリングシャフト８６と連結されると共にエアバックや警報機などを備えている。スポーク部８２〜スポーク部８４は、ホーンパッド部８１と把持部８５とを連結している。把持部８５は、外形が円環形状を有している。なお把持部８５は、外形が円環形状に限定されず、円環ではない形状であっても良い。つまりステアリング８は、異形ステアリングであっても良い。

またステアリング８は、図２（ａ）に示すように、金属材料を用いて形成された芯金８００を有している。この芯金８００は、ステアリング８の骨格となるものである。この芯金８００の周囲には、基部８０１が形成されている。この基部８０１は、例えば、ウレタンなどの樹脂材料を用いて形成されている。

この基部８０１の外周には、第２の検出電極１２が設けられ、第３の検出電極１３が第２の検出電極１２の長手側端部１２ａと長手側端部１２ｂの間に設けられている。この第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３と第１の検出電極１１の間には、絶縁体８０２が設けられている。この絶縁体８０２は、例えば、シート状の絶縁体であり、第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３の外周に巻き回されている。このシート状の絶縁体とは、一例として、布である。

絶縁体８０２の外周には、第１の検出電極１１が設けられている。そして第１の検出電極１１の外周には、加飾部８０３が設けられている。加飾部８０３は、ステアリング８の操作時にユーザが直接接触する部材である。加飾部８０３は、例えば、絶縁性を有する樹脂材料や皮材料などを用いて形成されている。

（第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３の構成）
第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３は、シート形状の電極である。第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３は、図１（ａ）に示すように、ステアリング８の把持部８５のほぼ全周にわたって配置されているがこれに限定されず、スポーク部８２及びスポーク部８３の周囲などのように部分的に複数設けられても良いし、分割された複数の第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３が設けられても良い。

第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３は、電極部分が銅などの金属材料を用いて形成されても良いし、導電性を有する糸を用いて編まれた導電性布であっても良い。本実施の形態では、絶縁性を有する布において導電性を有する糸を用いて第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３の部分が形成されている。

（切替部１５の構成）
切替部１５は、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３を接触検出部１６又は圧力検出部１７に電気的に接続するように構成されている。切替部１５は、図１（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１５１〜第３のスイッチ１５３を備えている。この第１のスイッチ１５１〜第３のスイッチ１５３は、制御部２０によって制御される。

第１のスイッチ１５１は、端子ａ〜端子ｃを有している。第１のスイッチ１５１の端子ａは、第１の検出電極１１と電気的に接続されている。第１のスイッチ１５１の端子ｂは、接触検出部１６と電気的に接続されている。第１のスイッチ１５１の端子ｃは、圧力検出部１７と電気的に接続されている。

第２のスイッチ１５２は、端子ａ〜端子ｃを有している。第２のスイッチ１５２の端子ａは、第２の検出電極１２と電気的に接続されている。第２のスイッチ１５２の端子ｂは、接触検出部１６と電気的に接続されている。第２のスイッチ１５２の端子ｃは、圧力検出部１７と電気的に接続されている。

第３のスイッチ１５３は、端子ａ〜端子ｃを有している。第３のスイッチ１５３の端子ａは、第３の検出電極１３と電気的に接続されている。第３のスイッチ１５３の端子ｂは、接触検出部１６と電気的に接続されている。第３のスイッチ１５３の端子ｃは、圧力検出部１７と電気的に接続されている。

（接触検出部１６の構成）
接触検出部１６は、ユーザの把持部８５に対する接触又は接近を、自己容量方式を用いて検出するように構成されている。以下では、接触又は接近の検出をタッチの検出又はタッチ検出と記載する。

制御部２０は、ユーザが加飾部８０３に接触又は接近したか否かの判定を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３を接触検出部１６に接続する。そして接触検出部１６は、第１の検出電極１１と第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３を同電位とし、第１の検出電極１１から出力される第１の電気信号Ｓ_１を制御部２０に出力する。

具体的には、接触検出部１６は、図２（ｃ）に示すように、タッチ検出を行う際、第１の検出電極１１を、駆動信号Ｓ_３が入力すると共に第１の電気信号Ｓ_１を出力する検出電極とし、第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３を、シールド信号Ｓ_４が入力するシールド電極とする。

接触検出部１６は、切替部１５を介して第１の検出電極１１に駆動信号Ｓ_３を供給すると共に、第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３にシールド信号Ｓ_４を供給する。この駆動信号Ｓ_３とシールド信号Ｓ_４は、同じ信号であり、その結果、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３が同電位となる。なお駆動信号Ｓ_３及びシールド信号Ｓ_４は、定電流信号であっても良いし、パルス信号であっても良い。

接触検出部１６は、第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３に対してシールド信号Ｓ_４を供給して第１の検出電極１１と同電位とすることにより、芯金８００、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３などの間に形成される寄生容量を抑制することが可能となる。

（圧力検出部１７の構成）
圧力検出部１７は、ユーザが把持部８５を把持する際に付加した圧力を、自己容量方式又は相互容量方式を用いて検出するように構成されている。この圧力検出部１７は、接地回路１８と電気的に接続され、内部のスイッチにより、オン、オフ可能とされている。なお以下に記載するＧＮＤ（＝Ground）は、接地回路１８に接続されることを示している。

・自己容量方式により圧力検出を行う場合
制御部２０は、ユーザが加飾部８０３に圧力を付加したか否かの判定を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３を圧力検出部１７に接続する。そして圧力検出部１７は、第１の検出電極１１を接地回路１８に接続すると共に第３の検出電極１３を接地回路１８又はいずれの回路にも接続しない状態とし、第２の検出電極１２から出力される第２の電気信号Ｓ_２を制御部２０に出力する。なおいずれの回路にも接続しない状態とは、図２（ｃ）に示すＯＰ（＝オープン）である。

具体的には、圧力検出部１７は、図２（ｃ）に示すように、自己容量方式により圧力検出を行う際、第１の検出電極１１を接地回路１８に接続し、第２の検出電極１２を、駆動信号Ｓ_５が入力すると共に第２の電気信号Ｓ_２を出力する検出電極とし、第３の検出電極１３を、オープン、又は接地回路１８に接続する。本実施の形態の圧力検出部１７は、第３の検出電極１３を接地回路１８に接続する。

なお駆動信号Ｓ_５は、定電流信号であっても良いし、パルス信号であっても良い。また駆動信号Ｓ_５は、タッチ検出時の駆動信号Ｓ_３と異なる信号であっても良いし、同じ信号であっても良い。

・相互容量方式により圧力検出を行う場合
制御部２０は、ユーザが加飾部８０３に圧力を付加したか否かの判定を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３を圧力検出部１７に接続する。そして圧力検出部１７は、第１の検出電極１１に送信信号Ｓ_６を出力すると共に第３の検出電極１３を、送信信号Ｓ_６が入力する状態、接地回路１８に接続する状態、又はいずれの回路にも接続しない状態とし、第２の検出電極１２から出力される第２の電気信号Ｓ_２を制御部２０に出力する。

具体的には、圧力検出部１７は、図２（ｃ）に示すように、相互容量方式により圧力検出を行う際、第１の検出電極１１を送信信号Ｓ_６が入力する送信電極とし、第２の検出電極１２を、第２の電気信号Ｓ_２を出力する受信電極とし、第３の検出電極１３を、オープン、ＧＮＤ、又は送信信号Ｓ_６が入力する送信電極とする。本実施の形態の圧力検出部１７は、第３の検出電極１３を接地回路１８に接続する。

（記憶部１９の構成）
記憶部１９は、例えば、半導体メモリである。なお記憶部１９は、半導体メモリに限定されず、ＳＳＤ（＝Solid State Drive）などの記憶装置であっても良い。記憶部１９には、タッチしきい値１９０、圧力しきい値１９１及び検出パターン情報１９２が記憶されている。

タッチしきい値１９０は、タッチ検出に使用されるしきい値である。圧力しきい値１９１は、圧力検出に使用されるしきい値である。このタッチしきい値１９０と圧力しきい値１９１は、異なるしきい値である。検出パターン情報１９２は、タッチ検出と圧力検出の検出周期のパターンに関する情報である。

（制御部２０の構成）
制御部２０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２０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、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２０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。以下では、タッチ検出と圧力検出について説明する。

・タッチ検出について
図３（ａ）は、タッチ検出の一例を説明するための図である。なお図３（ａ）〜図３（ｃ）では、検出電極に入力した信号を括弧で囲んで示している。また「ＧＮＤ又はＯＰ」とは、接地回路１８に接続された状態、又はいずれの回路にも接続しない状態であることを示している。さらに「ＧＮＤ、ＯＰ又はＳ_６」とは、接地回路１８に接続された状態、いずれの回路にも接続しない状態、又は送信信号Ｓ_６の入力を示している。またさらに図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す手９は、両手を示している。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、タッチ検出及び圧力検出について説明するため、加飾部８０３や検出電極間の絶縁体８０２などを省略して模式的に図示している。

制御部２０は、タッチ検出を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と接触検出部１６とを接続する。

接触検出部１６は、第１の検出電極１１に駆動信号Ｓ_３を供給すると共に第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３にシールド信号Ｓ_４を供給する。次に接触検出部１６は、第１の検出電極１１から第１の電気信号Ｓ_１を読み出し、制御部２０に出力する。制御部２０は、第１の電気信号Ｓ_１に基づいてユーザの接近又は接触が検出されるか監視する。

ユーザが把持部８５に接触又は接近した場合、第１の電気信号Ｓ_１は、供給された駆動信号Ｓ_３と差が生じる。この差は、図３（ａ）に示すように、ユーザの手９との間に形成された静電容量Ｃ_Ｔに応じたものとなる。

制御部２０は、検出された静電容量Ｃ_Ｔとタッチしきい値１９０と比較し、タッチしきい値１９０以上の静電容量Ｃ_Ｔが検出された場合、両手（＝手９）による把持部８５への接触又は接近がなされたと判定する。制御部２０は、接触又は接近が検出されたことを示すタッチ検出情報Ｓ_７を生成して自動運転装置８７に出力する。

・圧力検出について
図３（ｂ）は、自己容量方式による圧力検出の一例を説明するための図であり、図３（ｃ）は、相互容量方式による圧力検出の一例を説明するための図である。以下では、先に自己容量方式による圧力検出について説明し、続いて相互容量方式による圧力検出について説明する。

（１）自己容量方式による圧力検出について
制御部２０は、圧力検出を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と圧力検出部１７とを接続する。

圧力検出部１７は、第１の検出電極１１を接地回路１８に接続し、第２の検出電極１２に駆動信号Ｓ_５を供給する。この際、第３の検出電極１３は、オープン又は接地回路１８に接続される。そして圧力検出部１７は、第２の検出電極１２から第２の電気信号Ｓ_２を読み出し、制御部２０に出力する。

ユーザが把持部８５を把持した場合、図３（ｂ）に示すように、加飾部８０３を介して第１の検出電極１１に圧力Ｐが付加される。第１の検出電極１１は、圧力Ｐによって変形し、第２の検出電極１２との距離が距離ｄから距離ｄ_１に変化する。なお距離ｄは、圧力Ｐが付加されてない場合の第１の検出電極１１と第２の検出電極１２との距離である。距離ｄ_１は、圧力Ｐが付加された場合の第１の検出電極１１と第２の検出電極１２との距離である。

第１の検出電極１１と第２の検出電極１２との距離が短くなると、圧力が付加される前と比べて、静電容量が増加する。圧力検出部１７は、検出電極間が短くなったことによって増加した静電容量Ｃ_Ｐに応じた第２の電気信号Ｓ_２を制御部２０に出力する。

制御部２０は、第２の電気信号Ｓ_２に基づく静電容量Ｃ_Ｐと圧力しきい値１９１と比較し、圧力しきい値１９１以上の静電容量Ｃ_Ｐが検出された場合、両手による把持部８５への把持がなされたと判定する。制御部２０は、把持が検出されたことを示す圧力検出情報Ｓ_８を生成して自動運転装置８７に出力する。

（２）相互容量方式による圧力検出について
圧力検出部１７は、第１の検出電極１１に送信信号Ｓ_６を供給する。この際、第３の検出電極１３は、接地回路１８に接続、オープン、又は送信信号Ｓ_６が供給される。そして圧力検出部１７は、受信側の検出電極である第２の検出電極１２から第２の電気信号Ｓ_２を読み出し、制御部２０に出力する。この送信信号Ｓ_６の供給から第２の電気信号Ｓ_２の読み出しまでは、周期的に行われる。

ユーザが把持部８５を把持した場合、図３（ｃ）に示すように、加飾部８０３を介して第１の検出電極１１に圧力Ｐが付加される。第１の検出電極１１は、圧力Ｐによって変形し、第２の検出電極１２との距離が距離ｄから距離ｄ_１に変化する。圧力検出部１７は、検出電極間が短くなったことによって増加した静電容量Ｃ_Ｐに応じた第２の電気信号Ｓ_２を制御部２０に出力する。

制御部２０は、第２の電気信号Ｓ_２に基づく検出された静電容量Ｃ_Ｐと圧力しきい値１９１と比較し、圧力しきい値１９１以上の静電容量Ｃ_Ｐが検出された場合、両手による把持部８５への把持がなされたと判定する。制御部２０は、把持が検出されたことを示す圧力検出情報Ｓ_８を生成して自動運転装置８７に出力する。

・検出パターン１９２ａについて
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、タッチ検出と圧力検出の検出パターンの一例を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、タッチ検出を行うタッチ検出期間２００を右肩上がりの斜線で示し、圧力検出を行う圧力検出期間２０１を右肩下がりの斜線で示している。また図４（ａ）〜図４（ｃ）は、横軸が時間ｔである。

検出パターン１９２ａ〜検出パターン１９２ｃは、検出パターン情報１９２として記憶部１９に記憶されている。タッチ検出は、タッチ検出期間２００の間、行われる。また圧力検出は、圧力検出期間２０１の間、行われる。

制御部２０は、ユーザが加飾部８０３、つまり把持部８５に接触又は接近したか否かの判定、及びユーザが把持部８５に圧力を付加したか否かの判定を予め定められた時間間隔で交互に行う。

図４（ａ）は、タッチ検出期間２００と圧力検出期間２０１とが同じ時間間隔で交互となる検出パターン１９２ａを示している。制御部２０は、検出パターン１９２ａに従って切替部１５を制御し、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と接触検出部１６及び圧力検出部１７との接続を切り替える。

図４（ｂ）は、タッチ検出期間２００が圧力検出期間２０１より長い時間間隔で交互となる検出パターン１９２ｂを示している。制御部２０は、検出パターン１９２ｂに従って切替部１５を制御し、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と接触検出部１６及び圧力検出部１７との接続を切り替える。

タッチ検出が優先される検出パターン１９２ｂは、一例として、自動運転装置８７による自動運転において、目的地まで自動で車両を走行させている場合などのように、必ずしもユーザが両手で把持部８５を把持する必要がない場合などで使用される。

図４（ｃ）は、圧力検出期間２０１がタッチ検出期間２００より長い時間間隔で交互となる検出パターン１９２ｃを示している。制御部２０は、検出パターン１９２ｃに従って切替部１５を制御し、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と接触検出部１６及び圧力検出部１７との接続を切り替える。

圧力検出が優先される検出パターン１９２ｃは、一例として、自動運転装置８７による自動運転中に、ユーザによる手動運転への強制的な切り替えが許されている場合などで使用される。このユーザによる手動運転への強制的な切り替えは、ユーザが意図してステアリング８を両手で把持することで行われる。

制御部２０は、例えば、タッチ検出が優先なのか、圧力検出が優先なのかの自動運転装置８７による指示によって検出パターン１９２ａ〜検出パターン１９２ｃを切り替える。なお検出パターン１９２ａ〜検出パターン１９２ｃは、一例であって他の検出パターンであっても良い。

以下に、本実施の形態の検出装置１の動作について図５のフローチャートに従って説明する。

（動作）
検出装置１の制御部２０は、記憶部１９に記憶する検出パターン情報１９２に基づく検出パターンに応じて切替部１５を制御し、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３を接触検出部１６に接続してタッチ検出を開始する（Ｓｔｅｐ１）。

制御部２０は、接触検出部１６から第１の電気信号Ｓ_１を取得すると、第１の電気信号Ｓ_１に基づく静電容量とタッチしきい値１９０とを比較してユーザが接近又は接触したか否か、つまりタッチが検出されたか否かを判定する。制御部２０は、タッチが検出された場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、タッチが検出されたことを示すタッチ検出情報Ｓ_７を自動運転装置８７に出力する（Ｓｔｅｐ３）。

制御部２０は、タッチ検出期間２００が終了すると（Ｓｔｅｐ４：Ｙｅｓ）、検出パターンに応じて切替部１５を制御し、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３を圧力検出部１７に接続して圧力検出を開始する（Ｓｔｅｐ５）。

制御部２０は、圧力検出部１７から第２の電気信号Ｓ_２を取得すると、第２の電気信号Ｓ_２に基づく静電容量と圧力しきい値１９１とを比較して圧力が検出されたか否かを判定する。制御部２０は、圧力が検出された場合（Ｓｔｅｐ６：Ｙｅｓ）、圧力が検出されたことを示す圧力検出情報Ｓ_８を自動運転装置８７に出力する（Ｓｔｅｐ７）。自動運転装置８７は、タッチが検出されたこと示すタッチ検出情報Ｓ_７と圧力が検出されたことを示す圧力検出情報Ｓ_８とを取得した場合、ユーザが意図して把持部８５を把持していると判定する。なおこの判定は、制御部２０が行って把持情報として出力しても良い。

制御部２０は、圧力検出期間２０１が終了し（Ｓｔｅｐ８：Ｙｅｓ）、この検出で検出動作の終了である場合（Ｓｔｅｐ９：Ｙｅｓ）、動作を終了する。

ここでステップ２において制御部２０は、タッチが検出されていない場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、ステップ４に処理を進める。

またステップ４において制御部２０は、タッチ検出期間２００が終了していない場合（Ｓｔｅｐ４：Ｎｏ）、ステップ２に処理を進めて次の周期のタッチ検出を行う。

またステップ６において制御部２０は、圧力が検出されていない場合（Ｓｔｅｐ６：Ｎｏ）、ステップ８に処理を進める。

またステップ８において制御部２０は、圧力検出期間２０１が終了していない場合（Ｓｔｅｐ８：Ｎｏ）、ステップ６に処理を進めて次の周期の圧力検出を行う。

またさらにステップ９において制御部２０は、検出動作が終了でない場合（Ｓｔｅｐ９：Ｎｏ）、ステップ１に進んでタッチ検出を行う。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る検出装置１は、誤判定を抑制することができる。具体的には、検出装置１は、外部電極である第１の検出電極１１に対し、寄生容量を抑制するための内部電極となる検出電極を第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３に分けている。検出装置１は、タッチ検出においては、第３の検出電極１３によって寄生容量を抑制し、圧力検出においては、第１の検出電極１１が検出電極となる第２の検出電極１２を覆っているので、把持部８５に対する接近や接触による自己容量の発生を排除することができる。従って検出装置１は、寄生容量の抑制のために圧力を検出する検出電極が大きくされた場合と比べて、圧力検出の精度が高く、ユーザの接触又は接近を圧力検出とする誤判定を抑制することができる。

検出装置１は、タッチ検出の際、第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３に対してシールド信号Ｓ_４を出力し、第１の検出電極１１と第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３とを同電位とするので、第２の検出電極１２及び第３の検出電極１３によって芯金８００側をシールドすることができる。従って検出装置１は、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３及び芯金８００などとの間の寄生容量を抑制することができるので、タッチ検出を精度良く行うことができる。

検出装置１は、圧力検出を自己容量方式で行う場合、ユーザ側である第１の検出電極１１を接地回路１８に接続し、ユーザと第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３のそれぞれとの間に生じる寄生容量などを抑制することができるので、圧力検出を精度良く行うことができる。

検出装置１は、圧力検出を相互容量方式で行う場合、把持部８５に液体などの寄生容量を有する異物が付着していても静電容量の検出に対する影響が小さいので、圧力検出を精度良く行うことができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、検出装置１が第１の検出電極１１〜第４の検出電極１４を備えている点で第１の実施の形態と異なっている。

図６（ａ）は、第１の検出電極〜第４の検出電極の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、検出装置のブロック図の一例であり、図６（ｃ）は、検出の切り替えに関する表の一例である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

本実施の形態の検出装置１は、図６（ａ）に示すように、ユーザが接触する被接触部材の下方に配置された第１の検出電極１１と、第１の検出電極１１の下方に配置されると共に第１の検出電極１１と絶縁され、第１の検出電極１１に投影した像（＝投影像１２０）が第１の検出電極１１と同じかそれ以下となる第２の検出電極１２と、第２の検出電極１２の対向する両端部（＝長手側端部１２ａ及び長手側端部１２ｂ）に隣接して配置されると共に第１の検出電極１１及び第２の検出電極１２と絶縁され、一部が第１の検出電極１１の下方に絶縁体を介して位置し、その他の部分が第１の検出電極１１の下方より外側に位置する第３の検出電極１３及び第４の検出電極１４と、を備えている。

投影像１２０は、図６（ａ）に示すように、上面視において点線で囲まれた部分であり、第２の検出電極１２の大きさと一致している。

被接触部材は、図６（ａ）において一点鎖線で示す保護部材１０である。この保護部材１０の表面が操作面となり、下方の第１の検出電極１１〜第４の検出電極１４を保護している。この保護部材１０は、一例として、樹脂材料又はガラスなどで形成された板形状を有している。従って検出装置１は、保護部材１０に対するタッチ操作とプッシュ操作を検出することができる。

切替部１５は、第１の検出電極１１〜第４の検出電極１４を接触検出部１６又は圧力検出部１７に電気的に接続するように構成されている。切替部１５は、図６（ｂ）に示すように、第１のスイッチ１５１〜第４のスイッチ１５４を備えている。この第１のスイッチ１５１〜第４のスイッチ１５４は、制御部２０によって制御される。

第１のスイッチ１５１〜第３のスイッチ１５３は、それぞれ端子ａ〜端子ｃを有している。第１のスイッチ１５１〜第３のスイッチ１５３のそれぞれの端子ａは、第１の検出電極１１〜第３の検出電極１３と電気的に接続されている。第１のスイッチ１５１〜第３のスイッチ１５３のそれぞれの端子ｂは、接触検出部１６と電気的に接続されている。第１のスイッチ１５１〜第３のスイッチ１５３のそれぞれの端子ｃは、圧力検出部１７と電気的に接続されている。

第４のスイッチ１５４は、端子ａ〜端子ｃを有している。第４のスイッチ１５４の端子ａは、第４の検出電極１４と電気的に接続されている。第４のスイッチ１５４の端子ｂは、接触検出部１６と電気的に接続されている。第１のスイッチ１５１の端子ｃは、圧力検出部１７と電気的に接続されている。

・タッチ検出について
図７（ａ）は、タッチ検出の一例を説明するための図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）では、ユーザが操作指９２を用いて保護部材１０に操作を行う場合を示している。なお図７（ａ）〜図７（ｃ）は、タッチ検出及び圧力検出について説明するため、保護部材１０や検出電極間の絶縁体などを省略して模式的に図示している。

制御部２０は、タッチ検出を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第４の検出電極１４と接触検出部１６とを接続する。

接触検出部１６は、図７（ａ）及び図６（ｃ）に示すように、第１の検出電極１１に駆動信号Ｓ_３を供給すると共に第２の検出電極１２〜第４の検出電極１４にシールド信号Ｓ_４を供給する。次に接触検出部１６は、第１の検出電極１１から第１の電気信号Ｓ_１を読み出し、制御部２０に出力する。制御部２０は、第１の電気信号Ｓ_１に基づいてユーザの接触又は接近が検出されるか監視する。

制御部２０は、検出された静電容量Ｃ_Ｔとタッチしきい値１９０と比較し、タッチしきい値１９０以上の静電容量Ｃ_Ｔが検出された場合、操作指９２による保護部材１０への接触又は接近がなされたと判定する。制御部２０は、接触又は接近が検出されたことを示すタッチ検出情報Ｓ_７を生成して電気的に接続された電子機器に出力する。

・圧力検出について
図７（ｂ）は、自己容量方式による圧力検出の一例を説明するための図であり、図７（ｃ）は、相互容量方式による圧力検出の一例を説明するための図である。以下では、先に自己容量方式による圧力検出について説明し、続いて相互容量方式による圧力検出について説明する。

（１）自己容量方式による圧力検出について
制御部２０は、圧力検出を行う際、切替部１５を制御して第１の検出電極１１〜第４の検出電極１４と圧力検出部１７とを接続する。

圧力検出部１７は、図６（ｃ）及び図７（ｂ）に示すように、第１の検出電極１１を接地回路１８に接続し、第２の検出電極１２に駆動信号Ｓ_５を供給する。この際、第３の検出電極１３及び第４の検出電極１４は、オープン又は接地回路１８に接続される。そして圧力検出部１７は、受信側の検出電極である第２の検出電極１２から第２の電気信号Ｓ_２を読み出し、制御部２０に出力する。

ユーザが保護部材１０を押し込んだ場合、図７（ｂ）に示すように、保護部材１０を介して第１の検出電極１１に圧力Ｐが付加される。第１の検出電極１１は、圧力Ｐによって移動し、第２の検出電極１２との距離が距離ｄから距離ｄ_１に変化する。

第１の検出電極１１と第２の検出電極１２との距離が短くなると、圧力が付加される前と比べて、静電容量が増加する。圧力検出部１７は、検出電極間が短くなったことによって増加した静電容量Ｃ_Ｐに応じた第２の電気信号Ｓ_２を制御部２０に出力する。

制御部２０は、第２の電気信号Ｓ_２に基づく静電容量Ｃ_Ｐと圧力しきい値１９１と比較し、圧力しきい値１９１以上の静電容量Ｃ_Ｐが検出された場合、操作指９２による保護部材１０に対する押し込み操作がなされたと判定する。制御部２０は、押し込み操作が検出されたことを示す圧力検出情報Ｓ_８を生成して電気的に接続された電子機器に出力する。

（２）相互容量方式による圧力検出について
圧力検出部１７は、図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示すように、第１の検出電極１１に送信信号Ｓ_６を供給する。この際、第３の検出電極１３及び第４の検出電極１４は、オープン、接地回路１８に接続、又は送信信号Ｓ_６が供給される。そして圧力検出部１７は、受信側の検出電極である第２の検出電極１２から第２の電気信号Ｓ_２を読み出し、制御部２０に出力する。

圧力検出部１７は、検出電極間が短くなったことによって増加した静電容量Ｃ_Ｐに応じた第２の電気信号Ｓ_２を制御部２０に出力する。

制御部２０は、第２の電気信号Ｓ_２に基づく検出された静電容量Ｃ_Ｐと圧力しきい値１９１と比較し、圧力しきい値１９１以上の静電容量Ｃ_Ｐが検出された場合、押し込み操作がなされたと判定する。制御部２０は、押し込み操作が検出されたことを示す圧力検出情報Ｓ_８を生成して電気的に接続された電子機器に出力する。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態の検出装置１は、タッチ検出と圧力検出を精度良く行うことができるので、タッチ操作と押し込み操作を受け付ける薄型のスイッチなどとして使用することができる。

以上述べた少なくとも１つの実施の形態の検出装置１によれば、誤判定を抑制することが可能となる。

上述の実施の形態に係る検出装置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を説明したが、これらの実施の形態は、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。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、変更などを行うことができる。また、これら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、これら実施の形態は、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…検出装置、８…ステアリング、１０…保護部材、１１〜１４…第１の検出電極〜第４の検出電極、１５…切替部、１６…接触検出部、１７…圧力検出部、１８…接地回路、２０…制御部、８５…把持部、１２０…投影像、８０２…絶縁体、８０３…加飾部

Claims (7)

1. ユーザが接触する被接触部材の下方に配置された第１の検出電極と、
   前記第１の検出電極の下方に配置されると共に前記第１の検出電極と絶縁され、前記第１の検出電極に投影した像が前記第１の検出電極と同じかそれ以下となる第２の検出電極と、
   前記第２の検出電極の対向する両端部に隣接して配置されると共に前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極と絶縁され、一部が前記第１の検出電極の下方に絶縁体を介して位置し、その他の部分が前記第１の検出電極の下方より外側に位置する第３の検出電極及び第４の検出電極と、
   前記被接触部材に対してユーザが接触又は接近した際、前記第１の検出電極に生じる静電容量の変化に応じた第１の電気信号を出力する接触検出部と、
   前記被接触部材に対してユーザが圧力を付加した際、前記第２の検出電極に生じる静電容量の変化に応じた第２の電気信号を出力する圧力検出部と、
   前記第１の検出電極乃至前記第４の検出電極と前記接触検出部及び前記圧力検出部との接続を切り替える切替部と、
   前記切替部を制御してユーザが前記被接触部材に接触又は接近したか否かの検出とユーザが前記被接触部材に圧力を付加したか否かの検出とで接続を切り替え、前記接触検出部から出力された前記第１の電気信号に基づいてユーザが前記被接触部材に接触又は接近したか否かを判定し、前記圧力検出部から出力された前記第２の電気信号に基づいてユーザが前記被接触部材に圧力を付加したか否かを判定する判定部と、
   を備えた検出装置。
2. 前記判定部は、ユーザが前記被接触部材に接触又は接近したか否かの判定を行う際、前記切替部を制御して前記第１の検出電極乃至前記第４の検出電極を前記接触検出部に接続し、
   前記接触検出部は、前記第１の検出電極と前記第２の検出電極乃至前記第４の検出電極を同電位とし、前記第１の検出電極から出力される前記第１の電気信号を前記判定部に出力する、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記判定部は、ユーザが前記被接触部材に圧力を付加したか否かの判定を行う際、前記切替部を制御して前記第１の検出電極乃至前記第４の検出電極を前記圧力検出部に接続し、
   前記圧力検出部は、前記第１の検出電極を接地回路に接続すると共に前記第３の検出電極及び前記第４の検出電極を前記接地回路又はいずれの回路にも接続しない状態とし、前記第２の検出電極から出力される前記第２の電気信号を前記判定部に出力する、
   請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記判定部は、ユーザが前記被接触部材に圧力を付加したか否かの判定を行う際、前記切替部を制御して前記第１の検出電極乃至前記第４の検出電極を前記圧力検出部に接続し、
   前記圧力検出部は、前記第１の検出電極に送信信号を出力すると共に前記第３の検出電極及び前記第４の検出電極を、前記送信信号が入力する状態、接地回路に接続する状態、又はいずれの回路にも接続しない状態とし、前記第２の検出電極から出力される前記第２の電気信号を前記判定部に出力する、
   請求項１又は２に記載の検出装置。
5. 前記第３の検出電極及び前記第４の検出電極は、１つの検出電極である、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記判定部は、ユーザが前記被接触部材に接触又は接近したか否かの判定、及びユーザが前記被接触部材に圧力を付加したか否かの判定を予め定められた時間間隔で交互に行う、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記第１の検出電極乃至前記第４の検出電極は、ユーザが把持する車両のステアリングの把持部に配置される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。

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