JP5234820B2 - 静電容量式タッチパッド入力装置 - Google Patents
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Description
静電容量式タッチパッド入力装置はパネル部材を有し、パネル部材の裏側には電極群が配置されている。電極群は、例えば、駆動電極としてのX電極及びY電極と、検出電極とからなり、駆動電極及び検出電極は、フィルム基板によって支持されている。
具体的には、指などの誘電体がパネル部材に触れると、駆動電極と検出電極の間の静電容量が変化し、静電容量の変化に応じた出力が検出電極から得られる。この出力に基づいて、制御回路は、パネル部材上の誘電体の接触位置を特定し、そして、この位置に応じた命令をパーソナルコンピュータ等の外部機器に入力する。
ただし、切抜孔に重なる操作面の文字等の領域では、他の領域に比べて物体の検出感度が低下してしまう。そこで、文字等の領域での検出感度の低下を抑えて操作面内での物体の検出感度のばらつきを抑制するために、駆動電極及び検出電極に補助電極を一体に形成することが行われている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、切抜孔の面積や形状によっては、充分な長さの補助電極を設けられないことがある。このような場合、切抜孔に重なる操作面の領域における検出感度の低下を補助電極のみでは補いきれない。
つまり、駆動電極及び検出電極の敷設密度にばらつきがある場合、駆動電極や検出電極の形状の設計変更のみでは、操作面内における検出感度の平均化を更に図ることは困難である。
タッチパッド入力装置10は、パネル部材14を有し、例えば、パネル部材14が表出した状態にて、インストルメントパネル12に埋め込まれる。乗員は、操作面としてのパネル部材14の表面に触ることによって、ナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等の外部機器を操作可能である。
なお、本明細書では、パネル部材14の表面に付与された塗装やシールも、パネル部材14の表面の一部とみなす。
また、周壁18のパネル部材14とは反対側には、複数の係合孔24が形成されている。
図3及び図4に示されるように、ハウジング15の内側には、フィルム基板30、ホルダ40、第1のプリント基板50、及び、第2のプリント基板60が収容されている。
また、フィルム基板30には、リード33が一体に連なっている。リード33は長方形形状を有し、フィルム基板30の外縁から第2のプリント基板60まで延びている。
なお、本発明において、パネル部材14の表面に接触するという表現には、現実に接触している場合のみならず、パネル部材14の表面近傍まで接近した場合も含まれる。
X電極37は、フィルム基板30において、検出電極35の直線部35a及びY電極36に対して直交する方向に延びている。従って、検出電極35の直線部35a及びY電極36は、X電極37の長手方向にて相互に離間している。X電極37は開口部32を避けて配列され、X電極37同士は、Y電極36の長手方向にて相互に離間している。
なお、以下では、検出電極35の直線部35a及びY電極36の長手方向をX方向ともいい、X電極37の長手方向をY方向ともいう。
開口部32,42は、フィルム基板30及びステージ41の積層方向にて相互に重なり合い、略同じ輪郭を有する。
LED51は、積層方向にて相互に連通する開口部42,32を通じて、パネル部材14の文字16に向けて光を出射する。パネル部材14は透明若しくは半透明であり、文字16の部分では、黒色塗装17が除去されているため、LED51が光を出射すると、文字16がパネル部材14の表面に浮かび上がる。
なお、LED51が消灯状態にあるときは、ハウジング15内は暗いため、パネル部材14において文字16は目立たない。
第2のプリント基板60の第1のプリント基板50とは反対側には、リード33が接続されるコネクタ61が搭載されている。そして、第2のプリント基板60には、駆動電極34と検出電極35の間の静電容量の変化に基づいて物体の位置を検出するための位置検出回路若しくは制御回路を構成するICチップ62等の電気部品が搭載されている。更に、第2のプリント基板60には、コネクタ61と同じ側に、タッチパッド入力装置10を外部機器と接続するための他のコネクタ63が搭載されている。
これらコネクタ55及びコネクタ64を介して、第2のプリント基板60は、第1のプリント基板50によって支持されるのみならず、位置検出回路と点灯回路とが接続される。
なお、ホルダ40のステージ41には、複数の支柱47が一体に設けられ、支柱47は、積層方向にて、パネル部材14とは反対方向に向けて延びている。各支柱47は、第2のプリント基板60の外縁に当接しており、支柱47によって、第1のプリント基板50に対する第2のプリント基板60の傾斜が防止される。
位置検出回路は、制御部70を備え、制御部70は、入力信号として駆動電極34に印加される電圧を走査する。
そして、制御部70は、検出電極35からの出力信号として、駆動電極34の各々と検出電極35の間の静電容量、則ち、駆動電極34の各々と検出電極35の間に蓄えられる電気エネルギーの量に対応する電圧を取得する。そして、制御部70は、取得した検出電極35からの出力に基づいて、パネル部材14における物体の接触位置を演算し、演算結果に基づいて、外部機器に向けて命令を出力する。
一方、制御部70は、必要に応じてLED51を点灯させる。
まず、制御部70は、Y電極36及びX電極37に順々に電圧を印加し、この間、Y電極36及びX電極37の各々と検出電極35との間の静電容量に対応する出力を取得する(ステップS10)。
なお、図8では、X電極37についてのみ例示されている。
例えば、座標(xe,ye)は、分布関数Vx(x)の関数値が最小となる座標であり、この場合、座標(xe,ye)及び関数値Vx(xe)が同時に求められることになる。
本実施形態では、制御部70は、検出電極35からの出力の最大値Vxmaxと関数値Vx(xe)との差を変化量ΔVx(xe)として演算する。最大値Vxmaxは、実際に測定された、X電極37に電圧が印加されたときの検出電極35の出力の最大値である。なお、検出電極35の出力の最大値は、分布関数Vx(x)の最大値に略等しい。また、物体の接触を判定するにあたり、変化量ΔVx(xe)が得られれば十分であるので、変化量ΔVy(ye)は求めない。
ステップS20の比較の結果、変化量ΔVx(xe)が閾値Th(xe,ye)よりも大きければ、制御部70は、推定接触位置に対し物体が接触していると判定し、当該位置に対応する命令を外部機器に送信し(ステップS22,S24,S26)、そして、ステップS10に戻る。
より詳しくは、開口部32に重なる検出領域80の区画及び当該区画に隣接する区画には、閾値Th(x,y)として5が割り当てられている。そして、各開口部32から遠い区画ほど、より大きな閾値Th(x,y)が割り当てられている。このため、検出領域80の中央の区画には、閾値Th(x,y)として9が割り当てられている。一方、検出領域80の周縁部の区画には、中央部の区画よりも小さい閾値Th(x,y)が割り当てられている。
なお、閾値Th(x,y)は、予め実験により求め、制御部70のメモリーに読み出し可能に記憶させておくことができる。
このように変化量ΔVx(xe)が的確に推定されることで、閾値Th(xe,ye)との比較による判定精度が向上し、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
一般に、操作面の周縁部では検出感度が低下し易く、関数値の変化量ΔVx(xe)が局所的に小さくなり易い。このように、関数値の変化量ΔVx(xe)が小さくなることに合わせて、周縁部の座標(x,y)に割り当てられる閾値Th(x,y)が相対的に小さく設定されることで、操作面の周縁部に対する物体の接触が的確に判定され、検出感度のばらつきが抑制される。
例えば、フィルム基板30における開口部32の数、形状、大きさ及び位置は、一実施形態に限定されることはなく、開口部32が形成されていなくてもよい。
具体的には、一実施形態では、X電極37及びY電極36とは別に、検出電極35が設けられていたが、X電極37に電圧を印加するときには、Y電極を36を検出電極として機能させ、Y電極36に電圧を印加するときには、X電極37を検出電極として機能させてもよい。つまり、X電極37及びY電極36が駆動電極及び検出電極を兼ねていてもよい。
また、駆動電極34及び検出電極35の数、形状、長さ及び位置も、上記一実施形態に限定されない。
更に、駆動電極34及び検出電極35は、1つのフィルム基板30に形成されていたが、2つ以上のフィルム基板に別々に形成されていてもよい。
14 パネル部材
15 ハウジング
16 文字(発光部)
17 黒色塗装
18 周壁
24 係合孔(係合部)
30 フィルム基板(電極基板)
32 フィルム基板の開口部
33 リード
34 駆動電極
35 検出電極
36 Y電極
37 X電極
40 ホルダ
41 ステージ
42 ステージの開口部
50 第1のプリント基板
51 LED(発光素子)
60 第2のプリント基板(制御基板)
Claims (3)
- 表側を操作面とするパネル部材と、
前記パネル部材の裏側に敷設され、入力信号が印加される駆動電極と、
前記パネル部材の裏側に前記駆動電極と静電的に結合可能なように敷設され、前記入力信号に基づいて、前記駆動電極との間の静電容量に対応する出力信号を出力する検出電極と、
前記入力信号及び前記出力信号に基づき、前記操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、前記検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して前記操作面上の前記検出物体の有無を判定する制御手段とを備える静電容量式タッチパッド入力装置であって、
前記閾値は座標毎に割り当てられ、
前記閾値のうち、前記駆動電極及び前記検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、前記敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さい
ことを特徴とする静電容量式タッチパッド入力装置。 - 前記駆動電極及び前記検出電極が敷設される少なくとも1つの電極基板と、
前記電極基板に対し前記パネル部材とは反対側に配設され、前記電極基板を通して前記パネル部材に向かって光を照射する発光体とを更に備え、
前記駆動電極及び前記検出電極は、前記発光体が発する光の光路を避けるように敷設され、
前記閾値のうち前記光路に相当する座標に割り当てられる閾値は、前記光路に相当しない座標に割り当てられる閾値よりも小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の静電容量式タッチパッド入力装置。 - 前記閾値のうち前記操作面の周縁部の座標に割り当てられる閾値は、前記操作面の中央部の座標に割り当てられる閾値よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の静電容量式タッチパッド入力装置。
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