JP4987680B2 - タッチセンサ装置及びタッチセンサ用のプログラム - Google Patents

Description

本発明はタッチセンサ装置及びタッチセンサ用のプログラムに関し、特に車載用のタッチセンサ装置に適用して有用なものである。

タッチセンサ装置は各種機器のインターフェースである入力装置として各産業分野で汎用されている。かかるタッチセンサ装置は操作者がタッチセンサにおける任意の検出電極（タッチスイッチ）に触れるだけで機器の操作が可能である点で、容易に所定の操作を行うことができるという利点がある。反面、操作者が意図せずに検出電極に触れた場合でも機器は動作してしまう。したがって、誤動作を生起し易いという問題を有している。また、検出電極の位置を探るような、いわゆるブラインドタッチによっても意図しない作動を生起する。かかるブラインドタッチは、車両の運転中に車載用の機器を操作する場合に特に顕著な問題となる。

そこで、従来技術においては、検出電極に触れていると推測されるタッチセンサからの出力電圧が所定の閾値以上である期間をタイマでカウントし、この期間が所定時間以上である場合にＯＮ判定を行う（特許文献１参照）、或いは検出電極形状に凹凸を持たせてブラインド操作を行い易くする（特許文献２参照）等の方策が提案されている。

特開平０８−００５６５９号公報 特開２００５−０７８１０４号公報

しかしながら、タイマでカウントする場合に誤操作防止性能を向上させようとすると機器の応答時間の遅延が問題になる。また、大きな接触面積を有する検出電極をゆっくりと手探り操作をした場合や掃除等の接触操作では、容易にＯＮ判定のための閾値以上となって誤動作を生起してしまう。一方、検出電極の形状に凹凸を持せた場合は、凹凸面を手探り操作して所望の検出電極を探る場合に一定以下の押圧力で操作しなければ同様に手探り操作によって誤作動を生起するので、操作に慣れを必要とし、この点で実用性に問題がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、誤動作を低減でき、手探り操作であっても確実に操作に対応するＯＮ判定を行うことができるタッチセンサ装置及びタッチセンサ用のプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
操作の有無を電圧値に変換して前記電圧値を表す出力電圧信号を送出するタッチセンサと、
前記出力電圧信号が第１の閾値以上の場合に前記タッチセンサが操作状態であると判断する操作有無判断手段と、
前記出力電圧信号を微分して得る微分値を表わす微分信号が上限を規定する第２の閾値と下限を規定する第３の閾値とで規定される所定の範囲に収まっているか否かを検出する安定判断手段と、
前記出力電圧信号が前記第１の閾値以上であることを前提条件として前記微分信号が前記所定の範囲に収まっている期間を検出し、前記期間に基づく時間が第４の閾値以上になったときＯＮ判定信号を送出して外部の機器を動作させるカウントアップタイマ手段とを有することを特徴とするタッチセンサ装置にある。

本態様によれば、出力電圧信号が第１の閾値以上となっていることを前提条件として、前記出力電圧信号に基づく微分信号が予め定めた第２の閾値と第３の閾値で規定される所定の範囲内に、設定時間以上収まっていることが検出された場合にＯＮ判定を行うので、当該タッチセンサ装置の誤動作を飛躍的に低減させることができる。

本発明の第２の態様は、
上記第１の態様に記載するタッチセンサ装置において、
前記第１の閾値は、第５の閾値＞第６の閾値の関係を有する２種類が設定されており、前記出力電圧信号の増加時において前記出力電圧信号が前記第５の閾値以上となったとき前記操作状態であると判断するとともに、前記出力電圧信号の減少時において前記出力電圧信号が前記第６の閾値未満となったとき前記操作状態が解除されたと判断するように前記操作有無判断手段を構成したことを特徴とするタッチセンサ装置にある。

本態様によれば、出力電圧信号の増加時におけるタッチセンサの操作状態の判定条件が厳しく、前記出力電圧信号の減少時における前記タッチセンサの操作状態の判定条件が緩くなるように異なる２種類の第５及び第６の閾値を設定しているので、出力電圧信号が第５の閾値を跨いで変動することに起因するチャタリングを有効に防止することができるばかりでなく、誤動作防止のために最も適切なＯＮ判定信号を形成することができる。

本発明の第３の態様は、
上記第１の態様又は第２の態様に記載するタッチセンサ装置において、
前記安定判断手段における前記所定の範囲は前記出力電圧信号の変化量に応じて調整可能に構成したことを特徴とするタッチセンサ装置にある。

本態様によれば、タッチセンサを操作する場合における接触面積の違いを加味した前記所定範囲の調整を行うことができるので、前記接触面積に応じた最適な所定範囲を設定することができ、その分正確なＯＮ判定を行うことができる。前記接触面積が変われば出力電圧信号の変化やブレが大きく変化する場合があるからである。

本発明の第４の態様は、
上記第１の態様乃至第３の態様の何れか一つに記載するタッチセンサ装置において、
前記タッチセンサは、静電容量式のものであることを特徴とするタッチセンサ装置にある。

本態様によれば、素手でタッチセンサを操作した場合と、手袋をはめてタッチセンサを操作した場合等とで出力電圧信号が大きく異なっても上述の如き本発明の固有の顕著な作用により、有効に誤動作を防止することができる。

本発明の第５の態様は、
上記第１の態様乃至第４の態様の何れか一つに記載するタッチセンサ装置において、
前記ＯＮ判定信号は車載用の機器を動作させるものであることを特徴とするタッチセンサ装置にある。

本態様によれば、手探り操作の可能性が高い車載用のタッチセンサ装置としたので、上述の如き本発明の固有の効果を顕著に発揮させることができる。

本発明の第６の態様は、
タッチセンサに対する操作の有無を表す出力電圧信号が第１の閾値以上の場合に前記タッチセンサの操作状態であると判断する機能と、
前記出力電圧信号を微分して得る微分値を表わす微分信号が上限を規定する第２の閾値と下限を規定する第３の閾値とで規定される所定の範囲に収まっているか否かを検出する機能と、
前記出力電圧信号が前記第１の閾値以上であることを前提条件として前記微分信号が前記所定の範囲に収まっている期間を検出し、前記期間に基づく時間が第４の閾値以上になったときＯＮ判定信号を送出して外部の機器を動作させる機能とをコンピュータで実現させることを特徴とするタッチセンサ装置用のプログラムにある。

本態様によれば、上述の如き本発明の固有の顕著な効果をコンピュータプログラムで実現することができる。

本発明によればタッチセンサの出力電圧を表す出力電圧信号が所定の閾値以上となっていることを前提条件として、前記出力電圧信号の微分値を表す微分信号が予め定めた設定時間以上、所定の範囲に収まっていることが検出された場合にＯＮ判定を行うようになっており、前記出力電圧信号がＯＮ判定のための閾値以上となっただけではＯＮ判定を行わないので、当該タッチセンサ装置の誤動作を飛躍的に低減させることができる。特に、操作者がタッチセンサの検出電極の表面を手探りしている場合には前記出力電圧信号が時間的に変化して前記微分信号が所定の範囲外となる結果、ＯＮ判定は行われない。したがって、操作者の意思を反映した確実なＯＮ判定を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るタッチセンサ装置を示すブロック線図、図２はこのタッチセンサ装置の各部における信号の波形を示す波形図である。図１に示すように、本形態におけるタッチセンサ１は、静電容量式のもので、所定の操作のために操作者が指を接触させる検出電極１Ａと変換出力部１Ｂとを有している。ここで、検出電極１Ａは、操作者が指を接触させた場合の静電容量の変化を変換出力部１Ｂに出力する。変換出力部１Ｂは静電容量の変化を電圧値に変換してこの電圧値を表す出力電圧信号Ｓ１を操作有無判断部２及び微分回路３に送出する。

この場合の出力電圧信号Ｓ１の一例を図２（ａ）に示す。同図に示す２種類の出力電圧信号Ｓ１のうち、実線で示す波形が素手で操作した場合、点線で示す波形が手袋をはめて操作した場合をそれぞれ示している（この点については後に詳述する。）。

操作有無判断部２は出力電圧信号Ｓ１と所定の閾値Ｖｔｈ−ｏｎ、Ｖｔｈ−ｏｆｆとを比較し、出力電圧信号Ｓ１が増加時において所定の閾値Ｖｔｈ−ｏｎ以上となったことを検出するとともに、減少時において閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆ未満となったことを検出して、このことを表す出力信号Ｓ２をカウントアップタイマ４に送出する。ここで、Ｖｔｈ−ｏｎ＞Ｖｔｈ−ｏｆｆとなるように設定してある。したがって、図２（ｂ）に示すように、出力信号Ｓ２は閾値Ｖｔｈ−ｏｎとなった時点で立ち上がり、閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆ未満となった時点で立ち下がるパルス信号となる。本形態では閾値Ｖｔｈ−ｏｎと閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆとの２つの閾値を設定したが、このように設定することは必須ではない。ただ、本形態の如く２つの閾値Ｖｔｈ−ｏｎ、Ｖｔｈ−ｏｆｆを設定することにより、出力電圧信号Ｓ１が閾値Ｖｔｈ−ｏｎを跨いで変動することに起因するチャタリングを防止することができる。

微分回路３は出力電圧信号Ｓ１を微分してこのときの微分値を表わす微分信号Ｓ３を送出する。この場合の微分信号Ｓ３の一例を図２（ｂ）に示す。

安定判断部５は微分信号Ｓ３の変化が所定の範囲に収まっているか否かを検出し、収まっている場合には、操作者が操作の意思をもって検出電極１Ａに接触していると判断し、このことを表わす出力信号Ｓ４をカウントアップタイマ４に送出する。さらに詳言すると、レベルが異なる２種類の閾値ＵＬ−Ｄｓｖ、ＬＬ−Ｄｓｖ（ＵＬ−Ｄｓｖ＞ＬＬ−Ｄｓｖ）を設定しておき、ＵＬ−Ｄｓｖ≧Ｓ３≧ＬＬ−ＤｓｖのときＨ状態となるパルス信号である出力信号Ｓ４を送出するように構成してある。これは、ＵＬ−Ｄｓｖ、ＬＬ−Ｄｓｖを閾値とするウインドコンパレータ機能により容易に実現し得る。

カウントアップタイマ４は出力電圧信号Ｓ１が増加時において閾値Ｖｔｈ−ｏｎ以上又は減少時において閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆ以上であること、すなわち出力信号Ｓ２がＨ状態であることを前提条件として、所定時間Ｔ以上の期間において微分信号Ｓ３が前記所定の範囲内に収まっていることが検出された場合に、このことを表わすＯＮ判定信号Ｓ５を送出する。ここで、カウントアップタイマ４は、例えば次のような構成により実現し得る。すなわち、出力信号Ｓ２がＨ状態であることを条件としてカウントアップ可能なタイマにより出力信号Ｓ４がＨ状態である期間をカウントし、そのカウント値が所定のカウント値となった時点で図２（ｅ）に示すようなＯＮ判定信号Ｓ５を送出させるように構成すれば良い。

ＯＮ判定部６はＯＮ判定信号Ｓ５により操作者のＯＮ操作の意思を判断して所定の外部機器７を動作させるための動作信号Ｓ６を送出し、この動作信号Ｓ６で外部機器７を動作させる。

このように本形態によれば、出力電圧信号Ｓ１が増加時において閾値Ｖｔｈ−ｏｎ又は減少時においてＶｔｈ−ｏｆｆ以上であることを前提条件として、出力電圧信号Ｓ１の微分値を表わす微分信号Ｓ３が一定時間以上所定の範囲（ＵＬ−Ｄｓｖ≧Ｓ３≧ＬＬ−Ｄｓｖ）に収まっていることが検出された場合にＯＮ判定を行う。ここで、図２（ａ）に点線で示すように、手袋をはめてタッチセンサ１を操作した場合には素手で操作した場合に比べて出力電圧信号Ｓ１が小さくなる。かかる現象は、それぞれの場合で誘電率が異なることに起因する影響が大きい静電容量式のタッチセンサ１を用いた場合に顕著に問題となる。手袋装着時の操作も検出しようとすれば閾値を小さくせざるを得ず、反面このように閾値を小さくした場合には素手で操作する場合の検出感度が過剰になり簡単に誤動作を生起してしまう虞があるからである。この点に関し、本形態によれば出力電圧信号Ｓ１がＯＮ判定のための閾値Ｖｔｈ−ｏｎ以上となっただけではＯＮ判定を行わないので、閾値Ｖｔｈ−ｏｎは手袋をはめて操作する場合に合わせて小さい値に設定することが可能である反面、このような小さい値に設定された閾値Ｖｔｈ−ｏｎの下で素手で操作しても誤動作を生起することはない。すなわち、本形態においては素手で操作する場合及び手袋をはめて操作する場合の両方に良好に対応した誤動作防止を図ることができる。

さらに、タッチセンサ１の感度を高く設定、すなわち閾値Ｖｔｈ−ｏｎを小さく設定したことにより、操作者の指先が検出電極１Ａに接触する前に出力電圧信号Ｓ１が閾値Ｖｔｈ−ｏｎ以上となった場合でも、操作者の指先が空間を移動中である場合には、その位置が安定しない。したがって、この状態では微分信号Ｓ３が所定の範囲に収まらず、指先が検出電極１Ａに接触してその位置が安定した状態で初めてＯＮ判定が可能になる結果、その分確実に誤動作を防止することができる。

以上の説明で基にした図２（ａ）乃至図２（ｅ）は通常の操作態様、すなわち操作者が操作の意思をもって検出電極１Ａを操作した場合の波形図である。これに対し図２（ｆ）及び図２（ｇ）は手探り状態等、操作者が操作の意思を持たずに検出電極１Ａに偶発的に触れた場合の出力電圧信号Ｓ１（図２（ｆ））及びこの出力電圧信号Ｓ１に基づく微分電圧信号Ｓ３（図２（ｇ））を示す波形図である。両図に示すように、この場合には出力電圧信号Ｓ１が時間的に大きく変動する結果、その微分信号Ｓ３が前記所定の範囲（ＵＬ−Ｄｓｖ≧Ｓ３≧ＬＬ−Ｄｓｖ）を超える広い範囲で変動する。この結果、カウントアップタイマ４のタイマはカウントアップされないので、ＯＮ判定信号Ｓ５が送出されることはない。

図３は本形態に係るタッチセンサ装置における信号処理の手順を示すフローチャートである。同図に示すように、当該信号処理系においては、先ずタッチセンサ１（図１参照）が送出する出力電圧信号Ｓ１を入力する（ステップＳＴ１参照）。

次に、出力電圧信号Ｓ１≧閾値Ｖｔｈ−ｏｎであるか否かを判定する（ステップＳＴ２参照）とともに、出力電圧信号Ｓ１≧閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆであるか否かを判定する（ステップＳＴ３参照）。同時に、出力電圧信号Ｓ１の微分処理を行う（ステップＳＴ４参照）。

ステップＳＴ２における判定の結果、出力電圧信号Ｓ１≧閾値Ｖｔｈ−ｏｎである場合には、カウントアップタイマ４（図１参照）をスタンバイ状態とする。一方、出力電圧信号Ｓ１＜閾値Ｖｔｈ−ｏｎである場合には、最初に戻りステップＳＴ２乃至ステップＳＴ４の処理を繰り返す。

次に、出力電圧信号Ｓ１の微分処理（ステップＳＴ４参照）の結果を受けて微分信号Ｓ３が所定の範囲に収まっているか否か、すなわち閾値ＬＬ−Ｄｓｖ≦Ｓ３≦閾値ＵＬ−Ｄｓｖであるか否かを判定する（ステップＳＴ５参照）。

次に、ステップＳＴ５の判定結果によりカウントアップタイマ４がスタンバイ状態になっていることを条件として閾値ＬＬ−Ｄｓｖ≦Ｓ３≦閾値ＵＬ−Ｄｓｖである期間をカウントアップする（ステップＳＴ６参照）。すなわち、カウントアップタイマ４は、カウントアップ可能なスタンバイ状態においてのみ、閾値ＬＬ−Ｄｓｖ≦Ｓ３≦閾値ＵＬ−Ｄｓｖである期間ｔをカウントアップする。

次に、カウントアップした期間ｔが予め設定しておいた設定期間Ｔ以上となったか否かを判定する（ステップＳＴ７参照）。ステップＳＴ７の処理でｔ≧Ｔであることが検出された場合にはＯＮ判定を行い（ステップＳＴ８参照）、所定の外部機器７（図１参照）を動作させる。一方、ｔ＜Ｔである場合には最初に戻りステップＳＴ２乃至ステップＳＴ４の処理を繰り返す。

ステップＳＴ３の処理の結果、出力電圧信号Ｓ１≧閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆであると判定された場合は最初に戻りステップＳＴ２乃至ステップＳＴ４の処理を繰り返す。一方、ステップＳＴ３の処理の結果、出力電圧信号Ｓ１＜閾値Ｖｔｈ−ｏｆｆであると判定された場合にはカウントアップタイマ４をクリアする（ステップＳＴ６参照）。

ステップＳＴ５の処理の結果、微分信号Ｓ３＜閾値ＬＬ−Ｄｓｖ又は微分信号Ｓ３＞閾値ＵＬ−Ｄｓｖである場合にもカウントアップタイマ４をクリアし（ステップＳＴ９参照）、最初に戻りステップＳＴ２乃至ステップＳＴ４の処理を繰り返す。

なお、上記実施の形態の安定判断部５において設定した閾値ＵＬ−Ｄｓｖ、ＬＬ−Ｄｓｖは固定値として考えたが、出力電圧信号Ｓ１の変化量に応じて調整可能に構成しても良い。この場合には、タッチセンサ１を操作する場合における接触面積の違いを加味した最適な所定範囲（ＵＬ−Ｄｓｖ≧Ｓ３≧ＬＬ−Ｄｓｖ）を設定することができる。ちなみに、検出電極１Ａ（図１参照）を指の腹で触れた場合等、指と検出電極１Ａとの接触面積が大きくなると、これに比例して出力電圧信号Ｓ１やそのブレも大きく変化する結果、前記所定範囲（ＵＬ−Ｄｓｖ≧Ｓ３≧ＬＬ−Ｄｓｖ）を固定した場合には検出電極１Ａに接触しているにもかかわらずＯＮ判定が行われず、誤検出となる場合が発生する。

さらに、上記実施の形態におけるタッチセンサ１は静電容量式のものとして説明したが、これに限る必要はない。押圧式、圧電式等、操作者の意思をスイッチを介して伝えるためのタッチセンサであればその種類に特別な制限はない。ただ、静電容量式の場合には上述の如く特に顕著な作用・効果を発揮させることができる。

また、上記実施の形態に係るタッチセンサ装置の機能はコンピュータで実現させるためのプログラムとしても実現し得る。

本発明は各種産業分野で利用されているタッチスイッチ及びこれを利用する装置を製造販売する産業分野で利用することができる。

本発明の実施の形態に係るタッチセンサ装置を示すブロック線図である。 図１に示すタッチセンサ装置の各部における信号の波形を示す波形図である。 図１に示すタッチセンサ装置における信号処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ タッチセンサ
２ 操作有無判断部
３ 微分回路
４ カウントアップタイマ
５ 安定判断部
６ ＯＮ判定部
７ 外部機器
Ｓ１ 出力電圧信号
Ｓ３ 微分信号
Ｓ５ ＯＮ判定信号

Claims (6)

1. 操作の有無を電圧値に変換して前記電圧値を表す出力電圧信号を送出するタッチセンサと、
   前記出力電圧信号が第１の閾値以上の場合に前記タッチセンサが操作状態であると判断する操作有無判断手段と、
   前記出力電圧信号を微分して得る微分値を表わす微分信号が上限を規定する第２の閾値と下限を規定する第３の閾値とで規定される所定の範囲に収まっているか否かを検出する安定判断手段と、
   前記出力電圧信号が前記第１の閾値以上であることを前提条件として前記微分信号が前記所定の範囲に収まっている期間を検出し、前記期間に基づく時間が第４の閾値以上になったときＯＮ判定信号を送出して外部の機器を動作させるカウントアップタイマ手段とを有することを特徴とするタッチセンサ装置。
2. 請求項１に記載するタッチセンサ装置において、
   前記第１の閾値は、第５の閾値＞第６の閾値の関係を有する２種類が設定されており、前記出力電圧信号の増加時において前記出力電圧信号が前記第５の閾値以上となったとき前記操作状態であると判断するとともに、前記出力電圧信号の減少時において前記出力電圧信号が前記第６の閾値未満となったとき前記操作状態が解除されたと判断するように前記操作有無判断手段を構成したことを特徴とするタッチセンサ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載するタッチセンサ装置において、
   前記安定判断手段における前記所定の範囲は前記出力電圧信号の変化量に応じて調整可能に構成したことを特徴とするタッチセンサ装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載するタッチセンサ装置において、
   前記タッチセンサは、静電容量式のものであることを特徴とするタッチセンサ装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載するタッチセンサ装置において、
   前記ＯＮ判定信号は車載用の機器を動作させるものであることを特徴とするタッチセンサ装置。
6. タッチセンサに対する操作の有無を表す出力電圧信号が第１の閾値以上の場合に前記タッチセンサの操作状態であると判断する機能と、
   前記出力電圧信号を微分して得る微分値を表わす微分信号が上限を規定する第２の閾値と下限を規定する第３の閾値とで規定される所定の範囲に収まっているか否かを検出する機能と、
   前記出力電圧信号が前記第１の閾値以上であることを前提条件として前記微分信号が前記所定の範囲に収まっている期間を検出し、前記期間に基づく時間が第４の閾値以上になったときＯＮ判定信号を送出して外部の機器を動作させる機能とをコンピュータで実現させることを特徴とするタッチセンサ装置用のプログラム。

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