JP5751195B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の指操作によって所定の機器への作動条件の入力を行う入力装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるような携帯電子機器が知られている。特許文献１の携帯電子機器では、平面状を成す本体部の表面に環状に並べられた複数のセンサ素子が設けられている。また、環状配置された複数のセンサ素子の内側領域には各種情報項目を表示する表示部が設けられている。そして、複数のセンサ素子に対応する領域の上側には平板リング状の操作パネルが設けられている。

使用者は、操作パネル上（複数のセンサ素子の位置に対応する領域）で、半周分に相当する領域を指でスライドさせると（半周内検出モード）、そのときの指の動きが時計回り方向か、あるいは反時計回り方向かによって、表示部に表示される各種情報項目の選択状態が移動されるようになっている。また、使用者は、操作パネル上で複数のセンサ素子の位置に対して、円を描くように指をスライドさせると（周回検出モード）、所定のアプリケーションの実行（例えばセキュリティロックの解除）が成されるようになっている。

特開２００８−５２５６７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、平面状の操作パネルの上で指が円弧状あるいは円形状を描くようにスライド操作するようになっているので、指の動きにブレが生ずると正確な入力がし難いという問題があった。

そこで、本願発明者は、上記のような入力のやり難さを解決するために、すでに特願２０１２−０２２１６８にて、非回転の張出し部の内周面にセンサを配置して、張出し部の外周となる壁部を指で摘むようにしてスライドさせることで入力操作を可能とする入力装置を提案した。しかしながら、このような入力装置では１本指によって操作される場合も考えられ、１本指操作において爪が壁部に接触した場合であると、感度が低下して、指のスライド状態がうまく検出できない可能性がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、１本指で操作した場合でも、違和感なく入力操作可能となる入力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、パネル（１１０）の表面に使用者が指操作を行うことで、所定の機器（１０）への作動条件を入力する入力装置であって、
パネル（１１０）の裏側から表側に向けて張出されて、パネル（１１０）に対して立設された壁部（１２１）を有する張出し部（１２０）と、
壁部（１２１）の内側で周方向に複数配置されて、壁部（１２１）の外側で周方向に指操作される際の指の位置を示す位置信号を生成するセンサ（１４０）と、
予め定められた初期の閾値を基に位置信号を検知し、検知した位置信号に応じて所定の機器（１０）に対する入力制御値を制御すると共に、位置信号の感度が低下していると判定すると、初期の閾値よりも小さな値を位置信号を検知するための閾値として設定する制御部（１６０）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、制御部（１６０）は、位置信号の感度が低下していると判定すると、初期の閾値よりも小さな値を位置信号を検知するための閾値として設定する。例えば、指操作時に１本の指で操作が行われて、爪が壁部（１２１）に触れて位置信号の感度が低下してしまうような場合であっても、上記の処理によって位置信号を確実に検知することができるので、入力制御値の制御が途中で滞ることがなく、違和感の無い入力操作が可能となる。

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。

空調装置と入力装置とを示すブロック図である。 第１実施形態における入力装置を示す分解斜視図である。 センサ、および配線部が設けられたフィルム部材の加工前状態を示す平面図である。 センサ、および配線部が設けられたフィルム部材の加工後状態を示す斜視図である。 張出し部における断面を示す断面図である。 張出し部に対する指操作の要領を示す説明図である。 各センサにおいて生成された指の位置信号と、指の移動量の信号とを示す説明図である。 指の腹側で操作した場合の各センサの感度を示す説明図である。 指の爪側で操作した場合の各センサの感度を示す説明図である。 感度変化に伴う閾値変更の制御要領を示すフローチャートである。

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実施形態の入力装置１００について図１〜図１０を用いて説明する。本実施形態の入力装置１００は、所定の機器に対する作動条件を入力するものであり、例えば、所定の機器として車両用の空調装置１０における吹出し空気温度（以下、設定温度）を入力設定するものとなっている。車両の乗員（本発明の使用者）は、自身の好みに応じた車室内温度となるように、入力装置１００を操作することで、設定温度を所定の温度範囲（例えば１８℃〜３２℃）の中で任意の値に設定できるようになっている。

図１に示すように、入力装置１００は、入力部１０１と制御部１６０とを備えており、両者１０１、１６０は配線部１５０によって接続されている。また、制御部１６０は、例えば通信手段等によって空調装置１０に接続されている。入力装置１００は、例えば、車両のインストルメントパネルの中央位置の前面等、乗員の操作し易い位置に配置されている。

図２〜図５に示すように、入力部１０１は、パネル１１０、張出し部１２０、フィルム部材１３０、センサ１４０、および配線部１５０等を備えている。

パネル１１０は、入力部１０１における外側の意匠面を形成する板部材であり、樹脂材から形成されている。パネル１１０は、インストルメントパネルの前面に沿うように配設されている。

張出し部１２０は、パネル１１０の内側から外側に向けて（図２中では右側から左側に向けて）一体的に張出すように形成されている。張出し部１２０は、例えば、扁平円筒状に張出すように形成されている。よって、張出し部１２０の内側は、中空となっている。張出し部１２０において、パネル１１０から立設された部位が扁平円筒状の周面を成す壁部１２１となっている。また、張出し部１２０の張出された先端側の面は、パネル１１０と平行となる天井部１２２となっている。このように形成された張出し部１２０の外観は、従来から一般的に使用されている回転式のスイッチのようになっている。

フィルム部材１３０は、可撓性を有する薄膜部材であり、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド等の樹脂材から形成されている。図３に示すように、フィルム部材１３０は、Ｌ字状に形成されたものが、Ｌ字状の一方の先端部１３０ａと曲がり部１３０ｂとが接合されて、図４に示すように、リング状部と１３１と、帯状部１３２とを有するように形成されている。リング状部１３１の外側の面には、後述する複数のセンサ１４０が接合されており、また、帯状部１３２には、後述する複数の配線部１５０が接合されている。そして、センサ１４０が接合されたリング状部１３１は、図５に示すように、張出し部１２０の内部に挿入されて、壁部１２１の内周面に両面テープあるいは接着剤等によって接合されている。

センサ１４０は、入力部１０１（張出し部１２０）に対して乗員が指操作を行ったときに、指がどの位置にあるのかを示す位置信号を生成するものであり、ここでは、静電容量式のセンサ１４０が使用されている。この静電容量式のセンサ１４０は、壁部１２１を介して乗員の指操作時の指との間でコンデンサを形成するようになっており、例えば、金属薄膜や導電性物質を含む印刷部材等から形成されており、リング状部１３１の外側の面に複数（例えば、１４個）配置されて、接合されている。センサ１４０は、リング状部１３１の周方向に沿って等間隔で並ぶように配置されている。そして、センサ１４０は、乗員の指操作による指先とセンサ１４０との間の静電容量の変化を、壁部１２１上における指の移動した軌跡、および移動停止したときの指の位置等を示す位置信号として生成することが可能となっている。

配線部１５０は、センサ１４０から出力される信号（静電容量の変化に基づく位置信号）を制御部１６０に伝送する配線であり、一端がセンサ１４０に接続され、他端が後述する制御部１６０に接続されている。配線部１５０は、各センサ１４０と同数だけ用意されて、各センサ１４０と対を成すように設けられている。そして、配線部１５０は、センサ１４０と同様に、例えば、金属薄膜や導電性物質を含む印刷部材等から形成されており、リング状部１３１から帯状部１３２に配置されて、接合されている。

制御部１６０は、センサ１４０から得られる位置信号に応じて、空調装置１０に対する入力制御値を制御する、つまり設定温度の入力の切替えを行うと共に、センサ１４０から得られる位置信号の感度が低下していると判定すると、位置信号を検知するための初期の閾値を小さく設定する制御手段である。制御部１６０は、例えば、制御回路がプリント基板上に設けられた制御回路基板として形成されている。制御部１６０は、インストルメントパネルの内部に配設される。

次に、上記構成に基づく入力装置１００の作動、および作用効果について説明する。

乗員は、空調装置１０を作動させた後に、空調装置１０の温度設定を行うにあたって、図６に示すように、壁部１２１を指で摘むようにして、時計回り方向、あるいは反時計回り方向に摘んだ指を壁部１２１の周方向に沿ってスライドさせる。張出し部１２０は、パネル１１０から一体的に張出されて形成されたものであるので、張出し部１２０自身は、回転しないものであるが、摘んだ指を時計回り方向、あるいは反時計回り方向にスライドさせる操作は、あたかも一般的な回転式のスイッチを操作するような感覚に似ている。

乗員によって壁部１２１に沿って指がスライドされると、張出し部１２０の内部に収容された複数のセンサ１４０においては、スライドされた指と、この指に近接するセンサ１４０との間に発生される静電容量が変化（例えば増加）し、この静電容量の変化によって指がどのセンサ１４０の位置近傍にあるかという位置信号が得られることになる。制御部１６０は、予め定められた所定時間毎（例えば数１０ｍＳ毎）に、配線部１５０を介してセンサ１４０によって得られた位置信号の取り込みを行う。

ここで、図７に示すように、複数のセンサ１４０のそれぞれを仮にセンサ１〜ｎとする。各センサ１〜ｎは、壁部１２１において例えば、時計回り方向にセンサ番号が大きくなっていくように並んでいる。制御部１６０は、所定時間前（前回）に静電容量が変化したセンサ１４０の位置を把握する（例えばセンサ２、３）。そして、前回から所定時間経過した今回において、制御部１６０は、再び静電容量が変化したセンサ１４０の位置を把握する（例えばセンサ２、３、４）。制御部１６０は、前回と今回との差（ここではセンサ４による位置信号が増えた分）をもって、移動量（図７中の１）として捉える。

更に、制御部１６０は、上記移動量がセンサ１〜ｎのうち、センサ番号の小さい側から大きい側に発生した場合は、設定温度変更の要求が大きい側に変更するものとし、逆に、移動量がセンサ１〜ｎのうち、センサ番号の大きい側から小さい側に発生した場合は、設定温度変更の要求が小さい側に変更するものとする。尚、センサｎとセンサ１との間においては、センサｎ側からセンサ１側に移動量が発生した場合は、設定温度変更の要求が大きい側に変更するものとし、逆に、センサ１側からセンサｎ側に移動量が発生した場合は、設定温度変更の要求が小さい側に変更するものとする。そして、制御部１６０は、移動量の大きさに応じて設定温度の変更量を調節する。つまり、移動量が大きいほど設定温度の変更量を大きくし、移動量が小さいほど設定温度の変更量を小さくする。移動量と変更量との関係は、例えば、移動量１に対して変更量を０．５℃と定めるといった対応が可能である。

このように、制御部１６０は、乗員の指のスライドが壁部１２１において時計回り方向に移動されれば、その移動量に応じて設定温度を増加させ、逆に乗員の指のスライドが壁部１２１において反時計回り方向に移動されれば、その移動量に応じて設定温度を減少させるのである。そして、制御部１６０は、所定時間毎に上記制御を繰り返していく。

そして、制御部１６０は、乗員の指のスライドが停止（移動量が検出されないとき）、あるいは指が壁部１２１から離れたとき（所定時間以上、位置信号が検出されないとき）には、設定温度増減のための制御を停止する。

ここで、乗員が壁部１２１に沿って指をスライドさせる際に、例えば、１本の指で操作した場合に、図８（ａ）に示すように、指の腹側が触れるようにすると、図６、図７で説明した場合と同様に、指とセンサ１４０との間の静電容量の変化が充分に得られ、図８（ｂ）に示すように、位置信号の感度（位置信号の大きさ）が大きく得られる。制御部１６０は、得られた位置信号の感度が予め定めた初期の閾値よりも大きいと、位置信号ありと検知する。尚、図８（ｂ）では、指とセンサ２とが最も近接しており、制御部１６０は、センサ２における位置信号を検知した状態を示している。

しかしながら、上記図８（ａ）の状態から、１本の指で壁部１２１に沿って下方向にスライドさせると、図９（ａ）に示すように、壁部１２１には指の爪側が触れるようになる。よって、爪とセンサ１４０との間では、静電容量の変化が充分に得られなくなり、図９（ｂ）に示すように、位置信号の感度が小さくなり、この位置信号の感度が初期の閾値よりも小さいと、位置信号ありと検知することができなくなる。尚、図９（ｂ）では、指操作において指とセンサ９とが最も近接しているにもかかわらず、制御部１６０は、センサ９における位置信号を検知できていない状態を示している。

本実施形態では、制御部１６０は、このような場合を想定して、図１０に示すようなフローチャートに基づいて、感度の変化に伴う閾値変更の制御を実施するようにしている。

まず、制御部１６０は、ステップＳ１００で、センサ１４０からの位置信号を取り込む。そして、ステップＳ１１０で、乗員の指操作における回転方向の動きがあるか否かを判定する。つまり、上記図７で説明したように、前回と今回との位置信号の差によって得られる移動量があるか否かを判定する。移動方向は、時計回り方向、あるいは反時計回り方向のいずれも含む。尚、ステップＳ１１０で、否、即ち回転方向の動きが無いと判定すると、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１１０で、回転方向の動きがあると判定すると、ステップＳ１２０で、位置信号の感度が徐々に低下しているか否かを判定する。位置信号の感度の低下を把握するためには、所定時間毎に取り込んだ位置信号の感度が、以下で説明する所定感度を下回ったか、否かで判定する。所定感度としては、例えば、所定時間毎にセンサ１４０から取り込む位置信号のうち、初期の位置信号の感度に対して、第１所定割合分だけ減らした低減感度として設定される。

第１所定割合は、乗員の指操作において爪側が壁部１２１に接触した場合に、腹側が壁部１２１に接触した場合に対して、どのくらい位置信号の感度が低下するかという理論上の予測結果、あるいは実際の確認結果等から決定されたものであって、本実施例では、例えば、２０％と設定されている。よって、低減感度としては、初期の位置信号の感度の８０％のレベルの値として設定される。このようにして、本ステップＳ１２０では、所定時間毎に取り込んだ位置信号の感度が、上記のように設定される低減感度を下回ったか、否かを判定するのである。尚、ステップＳ１２０で、否と判定するとステップＳ１２０を繰り返す。

そして、ステップＳ１２０で、肯定判定すると、ステップＳ１３０に移行する。ステップＳ１３０では、上記の位置信号の感度低下は、乗員の指操作において爪側が壁部１２１に接触しているために発生していると判断して、初期の閾値を小さくする。初期の閾値を小さくするにあたっては、例えば、初期の閾値から第２所定割合分だけ減らすことで設定される。新たに設定された閾値を、以下、新しい閾値と呼ぶことにする。

第２所定割合は、乗員の指操作において爪側が壁部１２１に接触した場合でも、腹側が壁部１２１に接触した場合と同様に位置信号として検知できるレベルの閾値として決定されたものであって、本実施例では、例えば、２０％と設定されている。よって、新しい閾値としては初期の閾値の８０％のレベルとして設定される。このようにして、指操作における爪側の接触が仮に発生して位置信号の感度が低下しても、低減された新しい閾値によって、継続して位置信号の検知が行われて、設定温度の制御が継続されるのである。

そして、ステップＳ１３０の後に、ステップＳ１４０で、位置信号の感度が低下以前の感度に戻っているか、否かを判定する。このステップＳ１４０では、上記ステップＳ１２０での判定と逆の判定を行う。即ち、所定時間毎に取り込んだ位置信号の感度が、所定感度として設定した低減感度よりも大きくなったか否かで、位置信号の感度が戻っているかを判定する。位置信号の感度が低減感度よりも大きくなったと判定すると、ステップＳ１５０に移行する。尚、ステップＳ１４０で否と判定すると、ステップＳ１４０を繰り返す。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１３０で設定した新しい閾値を、元の初期の閾値に戻し、初期の閾値に基づいて位置信号の検知を行い、設定温度の制御を継続する。

以上のように本実施形態によれば、乗員は指を壁部１２１の周方向にスライドさせることで、センサ１４０によって指の位置が位置信号として生成され、そのときの位置信号に基づいて、制御部１６０は空調装置１０に対する設定温度の制御を実行することができる。よって、乗員は、壁部１２１に指をスライドさせるにあたって、壁部１２１を指で摘み、摘んだ指をスライドさせることで、あたかも一般的な回転式のスイッチを操作するような感覚で入力操作が可能となり、従来技術のように平面上において単に円周方向に指をスライドさせる場合と比べて、常に安定した入力操作が可能となる。

加えて、上記のように複数の指で壁部１２１を摘むようにして入力操作する場合に対して、例えば、１本の指で入力操作が行われて、爪が壁部１２１に触れて位置信号の感度が低下してしまうような場合であっても、制御部１６０は、位置信号の感度が低下していると判定すると（ステップＳ１２０）、初期の閾値を小さくするようにしているので（ステップＳ１３０）、位置信号を確実に検知することができ、設定温度の制御が途中で滞ることがなく、違和感の無い入力操作が可能となる。

また、制御部１６０は、位置信号の感度が所定感度を下回ると、感度が低下していると判定するようにしているので、位置信号の感度の低下を確実に判定することができる。具体的には、位置信号の感度が、初期の感度から第１所定割合分だけ減らした低減感度を下回ると、感度が低下していると判定するようにしている。これにより、通常、乗員は指の腹側を壁部１２１に接触させて指操作を開始することから、その時の初期の感度を基に設定された低減感度を用いることで、信頼性の高い感度低下の判定を行うことができる。

また、制御部１６０は、位置信号の感度が低下していると判定した後に（ステップＳ１２０）、初期の閾値を小さくするにあたって（ステップＳ１３０）、初期の閾値から第２所定割合分だけ減らして、初期の閾値を小さくするようにしており、これにより、初期の閾値を小さくする設定を容易に行うことができる。

また、制御部１６０は、初期の閾値を小さくした後に（ステップＳ１３０）、位置信号の感度が低下以前の感度に戻っていると判定すると（ステップＳ１４０）、小さくした閾値を初期の閾値に戻すようにしており（ステップＳ１５０）、位置信号の感度が低下以前の感度に戻れば、本来の初期の閾値を用いた適切な位置信号の検知を行うことができる。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、位置信号の感度が低下しているか否かを判定する際の所定感度を、初期に検知された位置信号の感度から第１所定割合分だけ減らした低減感度としたが、これに代えて、初期の閾値を所定感度としても良い。つまり、位置信号の感度が初期の閾値を下回ったときに、感度が低下していると判定するようにしても良い。これにより、すでに設定された初期の閾値を流用して感度低下の判定を行うことができるので、制御演算を増やす必要が無く、制御が容易となる。

あるいは、位置信号の感度が低下しているか否かを判定する際に、所定感度を設けることなく、対応することも可能である。即ち、所定時間毎（時間経過と共に）得られる所定数の感度が、連続して低下していくときに感度が低下していると判定するようにしても良い。このように、所定数の感度を用いて感度低下の判定をすれば、信頼性の高い感度低下の判定を行うことができる。

また、上記第１実施形態では、初期の閾値を小さく設定するにあたって、初期の閾値から第２所定割合分だけ減らして新しい閾値を設定するようにしたが、これに代えて、初期の感度を元に設定される低減感度から第２所定割合分だけ減らして、新しい閾値とするようにしても良い。これにより、低減感度を基に初期の閾値を小さく設定するので、信頼性の高い閾値の設定を行うことができる。

また、上記第１実施形態において、張出し部１２０は、扁平円筒状に形成されるものとして説明したが、これに限定されることなく、張出し部１２０は、天井部１２２が楕円、あるいは多角形となるものとしても良い。一般的な回転式のスイッチでは、文字通り回転させる必要があったことから、ほぼ円筒状とすることが常識であったが、本発明においては、張出し部１２０自体は実質的に回転しないことから、特に上記のように楕円とすることで従来に無い斬新なデザインを持つ入力装置１００とすることができる。

更に、張出し部１２０において、指操作時のガイド用として、壁部１２１に周方向に延びる溝を設けるようにしても良い。また、天井部１２２は、パネル１１０と平行となる面とするということに限らず、ドーム型のような曲面としたり、単数あるいは複数の凹部、凸部等が形成された面としても良い。

また、センサ１４０は、静電容量式のセンサを用いるものとしたが、これに限らず、指操作時の押圧力をもって位置信号を発生する感圧式のセンサを用いても良い。

また、センサ１４０は、フィルム部材１３０のリング状部１３１の外側の面に接合されるようにしたが、内側の面に接合されるものとしても良い。更に、フィルム部材１３０を廃止して、センサ１４０を直接、張出し部１２０の壁部１２１の内周面に接合するようにしても良い。

また、本実施形態の入力装置１００においては、車両用空調装置１０の設定温度を入力するものとしたが、他にも、空調空気の車室内への吹出し量（送風量）を入力するもの、吹出しモード（フェイスモード、フットモード等）を入力するもの等としても良い。また、車両用オーディオにおけるボリューム、あるいはラジオ選局等を入力するものとしても良い。更に、車両用に限らず、家庭用の各種機器の入力部に適用することができる。

１０ 空調装置（所定の機器）
１００ 入力装置
１１０ パネル
１２０ 張出し部
１２１ 壁部
１４０ センサ
１６０ 制御部

Claims (8)

1. パネル（１１０）の表面に使用者が指操作を行うことで、所定の機器（１０）への作動条件を入力する入力装置であって、
   前記パネル（１１０）の裏側から表側に向けて張出されて、前記パネル（１１０）に対して立設された壁部（１２１）を有する張出し部（１２０）と、
   前記壁部（１２１）の内側で周方向に複数配置されて、前記壁部（１２１）の外側で周方向に指操作される際の指の位置を示す位置信号を生成するセンサ（１４０）と、
   予め定められた初期の閾値を基に前記位置信号を検知し、検知した前記位置信号に応じて前記所定の機器（１０）に対する入力制御値を制御すると共に、前記位置信号の感度が低下していると判定すると、前記初期の閾値よりも小さな値を前記位置信号を検知するための閾値として設定する制御部（１６０）とを備えることを特徴とする入力装置。
2. 前記制御部（１６０）は、前記感度が所定感度を下回ると、前記感度が低下していると判定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記所定感度は、前記入力制御値を制御するために検知された感度のうち、初期の感度から第１所定割合分だけ減らした低減感度としたことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
4. 前記所定感度は、前記初期の閾値とした場合に前記位置信号として検知される感度であることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
5. 前記制御部（１６０）は、時間経過と共に得られる所定数の前記感度が、連続して低下していくと、前記感度が低下していると判定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
6. 前記制御部（１６０）は、前記初期の閾値から第２所定割合分だけ減らして小さくした値を、前記位置信号を検知するための閾値として設定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の入力装置。
7. 前記制御部（１６０）は、前記低減感度から第２所定割合分だけ減らした値を新たな閾値として設定することを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
8. 前記制御部（１６０）は、前記閾値を小さく設定した後に、前記感度が低下以前の感度に戻っていると判定すると、小さく設定した閾値を前記初期の閾値に戻すことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の入力装置。

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