JP5761076B2 - タッチ式スイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに表示されているスイッチにユーザが指を接触させたことを検出して入力操作する、タッチ式スイッチ装置に関する。

近年、ユーザがボタンを押し下げ操作するメカ式スイッチに替わり、静電容量式スイッチや抵抗膜式スイッチ等のタッチ式スイッチが普及してきている。この種のタッチ式スイッチは、スイッチが表示されるタッチパネルと、タッチパネル上に指を接触させていることを検出するタッチセンサとを備える。そして、タッチパネル上のスイッチ表示部を指で触れると、タッチセンサにより指接触が検出され、該当するスイッチの入力が確定する。

特開２０１１−２０４１３６号公報

しかしながら、上記タッチ式スイッチでは、以下の理由によりブラインド操作が困難である。すなわち、メカ式スイッチの場合には指先の感触でスイッチの位置を確認でき、その確認後に押し下げ操作して入力を確定できる。これに対し、タッチ式スイッチの場合には、指先で触れるとすぐに指接触が検出されて入力確定するので、入力確定することなくスイッチ位置を確認するようにブラインド操作することが困難である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ブラインド操作性の向上を図ったタッチ式スイッチ装置を提供することにある。

上記目的を達成する発明は以下の点を特徴とする。すなわち、ユーザが指を触れて操作するスイッチが表示されたタッチパネルと、タッチパネル上に指を接触させていることを検出するタッチセンサと、タッチセンサが接触を検出している時に、音または振動を発生させてユーザに報知する報知手段と、タッチパネル上における指接触位置とスイッチの中央位置との離間距離に応じて、音または振動の発生態様を変化させるよう、報知手段の作動を制御する報知制御手段と、を備え、タッチセンサは、指接触位置の変化に伴い生じる静電容量の変化を検出する静電容量式のセンサであり、かつ、離間距離に応じて静電容量の検出感度が異なるように構成されていることを特徴とする。

上記発明によれば、タッチパネル上のスイッチ表示部とは別の部分に触れた場合とスイッチ表示部に触れた場合とで、音または振動が異なる態様で発生することになる。そのため、ブラインド操作しようとするユーザは、スイッチ表示部に指が触れているか否かを、音または振動で認識できる。換言すれば、タッチパネル上で指を動かす際に、音または振動の変化により指をスイッチ位置へ近づけるようにユーザは案内される。よって、上記発明によれば、タッチ式スイッチ装置におけるブラインド操作性を向上できる。

本発明の第１実施形態にかかる、タッチ式スイッチ装置の正面図。 第１実施形態にかかる電極の形状を示す正面図。 第１実施形態にかかるタッチ式スイッチ装置の電気ブロック図。 第１実施形態において、音源指令信号を生成して出力する処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態にかかる電極の形状を示す正面図。 図５の変形例を示す図。 本発明の第３実施形態にかかるタッチ式スイッチ装置の断面図。

以下、本発明にかかるタッチ式スイッチ装置の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中に同一符号を付すことで、その説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示す本実施形態のタッチ式スイッチ装置ＴＳは、車両の室内のうち前方に位置するインストルメントパネルに取り付けられており、前席（特に運転席）の乗員を、タッチ式スイッチ装置ＴＳを操作するユーザとして想定している。よって、これら乗員の手が届く範囲内にタッチ式スイッチ装置ＴＳは配置されている。また、乗員（特に車両運転者）が、タッチ式スイッチ装置ＴＳをブラインド操作することを想定している。

タッチ式スイッチ装置ＴＳが備えるタッチパネル１０は、車室内に露出する意匠面１０ａを形成する板状の部材である。なお、意匠面１０ａは凹凸を有していない平坦面に形成されている。また、タッチパネル１０には、液晶パネル３０（表示装置）を挿入配置させる開口部１０ｂが形成されている。

タッチパネル１０は、透光性を有する樹脂材料に遮光性塗料を印刷して形成されている。タッチパネル１０には、遮光性塗料が印刷されていない複数の透光部１１〜１８が形成されている。これらの透光部は、スイッチを表示させるスイッチ表示部１１〜１８として機能する。図１の例では、スイッチ表示部１１〜１８には、空調装置の各種運転内容を設定するスイッチが表示され、液晶パネル３０には、空調装置の運転状態および設定内容が表示される。

タッチパネル１０の裏側（図１の紙面奥側であって車室内の反対側）には、図２（ａ）に示すタッチセンサ２０が配置されている。タッチセンサ２０は、樹脂製シート２０ａに複数の電極２１〜２８を設けて構成されている。樹脂製シート２０ａおよび電極２１〜２８は透光性を有する。樹脂製シート２０ａには、液晶パネル３０を裏側から挿入配置させる開口部２０ｂが形成されている。

各々の電極２１〜２８は、透光部１１〜１８と対向する位置に配置されている。なお、正面視において、各々の電極２１〜２８の面積範囲内に、各々の透光部１１〜１８が位置するよう、電極２１〜２８の面積は透光部１１〜１８の面積よりも大きく設定されている。また、各々の電極２１〜２８の中央位置２１ｐ（図２（ｂ）参照）は、各々の透光部１１〜１８の中央位置１１ｐと一致する。なお、本実施形態での中央位置１１ｐ、２１ｐは、透光部１１〜１８または電極２１〜２８の面積重心のことである。

電極２１〜２８は、タッチパネル１０上に置かれたユーザの指先との間で形成される、静電容量の変化に応じた電圧の信号（検出値）を出力する。したがって、例えばスイッチ表示部１１にユーザが指先を触れている状態では、そのスイッチ表示部１１に対応して配置された電極２１の検出値は、他の電極２２〜２８の検出値よりも高くなる。

図２（ｂ）に示すように、各々の電極２１〜２８は、電極の中央位置２１ｐから離れるほど検出感度が低くなる形状に形成されている。詳細には、電極２１に複数の穴２１ａ、２１ｂを形成し、中央位置２１ｐから離れるほど電極の表面積密度を小さくする。図２（ｂ）の例では、中央位置２１ｐを含む中央部には穴２１ａ、２１ｂを形成せず、中央部の外側の領域に形成される穴２１ａの大きさを、さらにその外側の領域に形成される穴２１ｂよりも小さくしている。これにより、電極２１〜２８の表面積密度に勾配をつけることができ、ひいては検出感度に勾配をつけることが実現できる。

したがって、中央部に指先が触れている場合の検出値は、その外側の領域（穴２１ａが形成されている領域）に触れている場合よりも大きくなる。また、穴２１ａが形成されている領域に指先が触れている場合の検出値は、さらにその外側の領域（穴２１ｂが形成されている領域）に触れている場合よりも大きい。要するに、指接触位置が中央位置２１ｐから遠ざかるほど検出値は小さくなる。

タッチセンサ２０の裏側には、各々の電極２１〜２８と対向する位置に、発光ダイオード等の光源４０（図３参照）が配置されている。光源４０からの光は、タッチセンサ２０および透光部１１〜１８（スイッチ表示部）を透過する。したがって、光源４０を点灯させると、その光源に対応する位置のスイッチ表示部が点灯しているように視認される。

図３に示すように、タッチ式スイッチ装置ＴＳは、各種の異常を乗員に報知する警告音や、各種装置が作動している旨を報知する作動音、音声等を出力するスピーカ５０（音発生の報知手段）を備える。さらにタッチ式スイッチ装置ＴＳは、ＭＰＵ６０（マイクロ・プロセッシング・ユニット）、入力処理回路６１、音源生成回路６２、通信回路６３等を備える。

入力処理回路６１は、各々の電極２１〜２８から出力される信号（検出値）に、増幅、ノイズ除去、ＡＤ変換等の処理を施し、検出値をＭＰＵ６０へ出力する。通信回路６３は、ＣＡＮ等の通信プロトコルを用いて、タッチ式スイッチ装置ＴＳの外部に搭載された各種装置のＥＣＵ１００、１１０とＭＰＵ６０との間で双方向通信させる。

各種装置の具体例としては、空調装置、ナビゲーション機器、オーディオ機器、テレビ、ラジオ等が挙げられる。例えば、空調装置の作動を制御するＥＣＵ１００から、空調装置の運転状態および設定内容の信号（空調信号）がＭＰＵ６０に送信され、その空調信号に基づきＭＰＵ６０は液晶パネル３０の表示内容を制御する。

また、タッチパネル１０に指を触れて所望するスイッチ表示部１１〜１８に対する入力を確定させた場合には、その旨の信号（スイッチ操作信号）を、該当する装置のＥＣＵ１００、１１０へ送信する。例えば、空調装置の設定温度を上昇させるスイッチ表示部１７に指を触れて入力を確定させると、そのスイッチ操作信号が空調装置のＥＣＵ１００へ送信され、ＥＣＵ１００はその設定温度に基づき空調装置の作動を制御する。

ＭＰＵ６０（報知制御手段）は、入力処理回路６１から出力される信号（検出値）に基づき、タッチパネル１０上に置かれた指先の位置（指接触位置）を演算する。そして、演算した指接触位置に基づき、光源４０の作動を制御するとともに、音源生成回路６２へ音源指令信号（音色、音程、音量、音の間隔または音声を表した信号）を出力する。音源生成回路６２は、音源指令信号に基づき音源信号を生成してスピーカ５０へ出力する。

次に、図４を用いて、タッチパネル１０をユーザが操作した時に、ＭＰＵ６０が音源指令信号を生成して出力する処理等の手順を説明する。なお、図４は、ＭＰＵ６０が有するマイクロコンピュータにより繰り返し実行される処理である。

先ず、図４のステップＳ１０において、タッチセンサ２０のスキャン処理を実施する。すなわち、複数の電極２１〜２８から出力される検出値を取得する。続くステップＳ２０では、取得した検出値の各々について、その値の大きさ（入力レベル）が近接判定閾値より大きいか否かを判定する。いずれの入力レベルも閾値以下と判定されれば（Ｓ２０：ＮＯ）、ステップＳ３０に進み、複数のスイッチ表示部１１〜１８のいずれに対しても、その中央位置１１ｐの近傍に指接触位置が存在しない、或いは指が接触していない、とみなす。そして、入力状態をリセットするとともにスピーカ５０をオフにして音を発生させない。

一方、入力レベルが近接判定閾値より大きいと判定されれば（Ｓ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ４０に進み、その入力レベルに該当するスイッチ表示部（該当スイッチ）の上、或いはその近傍に指接触位置が存在するとみなす。そして、該当スイッチがいずれであるかと、その入力レベルに応じて、先述した音源指令信号を設定する。

例えば、入力レベルが大きいほど、該当スイッチの中央位置と指接触位置との離間距離が短いとみなして、音量を大きくしたり、音の間隔を短くしたり、音程を高くしたりする。或いは、前記離間距離を報知する内容の音声を設定する。また、スイッチ表示部毎に、音色、音程、音量、音の間隔を異なる態様に設定しておき、複数のスイッチ表示部１１〜１８のうち該当スイッチがいずれであるかに応じて、異なる態様の音に設定する。或いは、該当スイッチがいずれであるかを報知する内容の音声を設定する。

続くステップＳ５０では、ステップＳ４０で設定した音或いは音声（音源指令信号）を音源生成回路６２へ出力する。これにより、設定した音或いは音声がスピーカ５０から出力される。

続くステップＳ６０では、ステップＳ１０で取得した検出値の変化が、特定のパターンで変化しているか否かを判定する。つまり、検出値の変化に基づき、予め設定しておいた指の特定動作が為されたか否かを判定する。特定動作の具体例としては、入力レベルの強弱が２、３回繰り返されるタッピング動作、入力レベルの変化か所定範囲内で維持されている時間が所定時間以上継続する長押し動作、等が挙げられる。

特定パターンで変化していると判定された場合には（Ｓ６０：ＹＥＳ）、ユーザが該当スイッチの入力を確定させる意思があるとみなし、該当スイッチの入力を確定する。そして、入力確定した該当スイッチがいずれであるかの信号（スイッチ操作信号）を、該当する装置のＥＣＵ１００、１１０へ送信する。

一方、特定パターンで変化していないと判定された場合には（Ｓ６０：ＮＯ）、該当スイッチの入力確定を禁止する。例えば、特定パターンではないが検出値が逐次変化している時には、指先を動かして所望の表示スイッチを探している最中であるとみなして、該当スイッチの入力確定を禁止する。

次に、図４の制御を実施した場合の作動の一例を説明する。ユーザがタッチパネル１０上に指先を置くと、その指接触位置がスイッチ表示部１１〜１８から大きく離れていれば、入力レベルが閾値以下と判定されて（Ｓ２０：ＮＯ）、音は発生しない。

その後、タッチパネル１０上で指先をスイッチ表示部１１に近づけるように移動させると、入力レベルが閾値より大きいと判定されて（Ｓ２０：ＹＥＳ）音が発生する。その後さらに、スイッチ表示部１１の中央位置１１ｐに近づくように指先を移動させると、音の発生態様が変化する。例えば、音量が大きくなったり、音の間隔が短くなったり、音程が高くなったりする。

その後、所望するスイッチ表示部１１の上で指先をタッピング動作または長押し動作すると、該当スイッチの入力が確定する。そして、その入力内容（スイッチ操作信号）に応じて空調装置が作動する。

以上により、本実施形態によれば、タッチパネル１０上での指接触位置が所望するスイッチ表示部１１に近づくにつれ、音が変化していくので、ブラインド操作しようとするユーザは、所望するスイッチ表示部１１（特にその中央位置１１ｐ）に指が触れているか否かを認識できる。換言すれば、タッチパネル１０上で指を動かす際に、音の変化により指先を案内できる。よって、タッチ式スイッチ装置ＴＳにおけるブラインド操作性を向上できる。

しかも、複数のスイッチ表示部１１〜１８のいずれに最も近づいているかに応じて、音の発生態様を異ならせる。そのため、所望するスイッチ表示部１１に指先が位置しているか、換言すれば、他のスイッチ表示部１２〜１８に指先が位置していないかを、ユーザは認識できる。よって、ブラインド操作性をより一層向上できる。

また、特定動作が有ると判定されたことを条件として、該当スイッチの入力を確定させるので、タッチパネル１０に指先が触れただけではスイッチの入力が確定しない。よって、先述した音の変化を頼りに所望のスイッチをユーザがブラインドで探す途中で、所望のスイッチとは別のスイッチが入力確定される懸念を解消できる。さらに、特定パターンではないが検出値が逐次変化している時にも入力確定を禁止するので、前記懸念を確実に解消できる。

本実施形態によれば、スイッチ中央位置と指接触位置との離間距離に応じて、タッチセンサ２０の検出感度が異なるように構成されている。そのため、前記離間距離に応じて異なる音を発生させることを、簡素な構成で容易に実現できる。具体的には、前記離間距離が長いほど、電極２１〜２８の表面積密度が小さくなるように構成している。そのため、タッチセンサ２０の検出感度に勾配をつけることを容易に実現できる。

また、本実施形態に反して、タッチパネル１０のスイッチ表示部１１〜１８に凹凸を形成してブラインド操作性の向上を図ろうとすると、タッチパネル１０のデザイン性が損なわれることが懸念される。これに対し本実施形態では、音または振動の変化で指をスイッチ表示部へ案内するので、凹凸を最小限にする、或いは凹凸を無くすことができ、タッチパネル１０のデザイン性悪化を解消できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、複数の穴２１ａ、２１ｂを電極２１に形成することで、検出感度に勾配をつけている。これに対し本実施形態では、図５に示す形状に電極２１１を形成する。すなわち、電極２１１の中央位置２１１ｐを含む中央部２１１ａから、複数の延出部２１１ｂが延出する形状にする。この形状によっても、前記離間距離が長いほど電極２１１の表面積密度を小さくでき、検出感度に勾配をつけることを実現できる。

また、図６に示す形状に延出部２１２ｂ、２６２ｂ、２５２ｂを形成した場合、隣り合う電極２１２、２６２、２５２の延出部２１２ｂ、２６２ｂ、２５２ｂの各々を、隣り合うスイッチの表示領域境界Ｋ１、Ｋ２を跨ぐように配置することが望ましい。換言すれば、隣り合う電極の延出部を入れ子状に配置する。

具体的には、電極２５２に対応する表示スイッチと、電極２６２に対応する表示スイッチとの表示領域境界Ｋ１を、電極２５２の延出部２５２ｂと電極２６２の２６２ｂとの両方が跨ぐように配置する。同様に、電極２１２に対応する表示スイッチと、電極２６２に対応する表示スイッチとの表示領域境界Ｋ２を、電極２１２の延出部２１２ｂと電極２６２の２６２ｂとの両方が跨ぐように配置する。

これによれば、表示領域境界Ｋ１、Ｋ２の上に指先を置いた場合に、隣り合う複数の電極２１２、２６２、２５２から検出値が同時に取得される。そして、同時に取得した複数の検出値の入力レベルを比較すれば、現時点での指接触位置を推定でき、ひいては、推定した指接触位置に応じた音を発生させて、指先案内の内容を充実化できる。

（第３実施形態）
図７に示す本実施形態では、スイッチ表示部１１のうち、中央位置１１ｐから所定距離以上離れた外縁位置１１ａにおける厚み寸法を、中央位置１１ｐの厚み寸法よりも大きくする。図７の例では、中央位置１１ｐから外縁位置１１ａに向けて徐々に厚くなるすり鉢状に、スイッチ表示部１１を形成している。

これによれば、外縁位置１１ａに指先を置いた場合には、中央位置１１ｐに指先を置いた場合に比べて、電極２１と指先との距離が大きくなるので、検出値の入力レベルが小さくなる。

よって、上記各実施形態では、延出部２１１ｂ、２１２ｂ、２６２ｂ、２５２ｂまたは穴２１ａ、２１ｂを形成することで、検出感度に勾配をつけることを実現させているのに対し、本実施形態では、図７に示す断面形状にタッチパネル１０を形成することで、上述した延出部および穴の形成を不要にしつつ、実質的に検出感度勾配を実現できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、スピーカ（音発生の報知手段）を報知手段として採用し、指接触位置とスイッチ位置との離間距離に応じて音を変化させている。これに対し、図３中の一点鎖線に示す振動モータ７０（振動発生の報知手段）を報知手段として採用してもよい。この場合、指接触位置とスイッチ位置との離間距離に応じて振動モータ７０の出力を変化させればよい。

・上記各実施形態にかかるタッチセンサ２０は、静電容量の変化を検出して指先接触位置を検出する静電容量式センサであるが、以下に説明する抵抗膜式センサであってもよい。すなわち、一対の電極を積層配置し、指先の押し圧により一対の電極が部分的に接触することによって生じる電圧の変化を検出して、指先接触位置を検出するものである。

１０…タッチパネル、１１〜１８…スイッチ表示部（スイッチ）、２０…タッチセンサ、５０…スピーカ（報知手段）、６０…ＭＰＵ（報知制御手段）、７０…振動モータ（報知手段）、ＴＳ…タッチ式スイッチ装置。

Claims (6)

1. ユーザが指を触れて操作するスイッチが表示されたタッチパネル（１０）と、
   前記タッチパネル上に指を接触させていることを検出するタッチセンサ（２０）と、
   前記タッチセンサが接触を検出している時に、音または振動を発生させてユーザに報知する報知手段（５０、７０）と、
   前記タッチパネル上における指接触位置と前記スイッチの中央位置との離間距離に応じて、音または振動の発生態様を変化させるよう、前記報知手段の作動を制御する報知制御手段（６０）と、
   を備え、
   前記タッチセンサは、指接触位置の変化に伴い生じる静電容量の変化を検出する静電容量式のセンサであり、かつ、前記離間距離に応じて静電容量の検出感度が異なるように構成されていることを特徴とするタッチ式スイッチ装置。
2. 前記タッチパネルには前記スイッチが複数表示されており、
   前記報知制御手段は、指接触位置が前記複数のスイッチのいずれに最も近づいているかに応じて、音または振動の発生態様を変化させることを特徴とする請求項１に記載のタッチ式スイッチ装置。
3. 前記タッチセンサの検出結果に基づき、指の特定動作が為されたか否かを判定する特定動作判定手段（Ｓ６０）と、
   前記特定動作が為されたと判定されたことを条件として、前記スイッチの入力を確定させる確定手段（Ｓ７０）と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチ式スイッチ装置。
4. 前記タッチセンサによる検出値が変化している時には、前記スイッチの入力確定を禁止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のタッチ式スイッチ装置。
5. 前記タッチセンサは、電極（２１〜２８、２１１、２１２、２６２、２５２）と指先との間の静電容量を検出するよう構成されており、
   前記電極は、前記離間距離が長いほど表面積密度が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のタッチ式スイッチ装置。
6. 前記タッチパネルには前記スイッチが複数表示され、かつ、前記スイッチの各々に対応して前記電極が配置されており、
   前記電極は、前記中央位置を含む中央部（２１２ａ、２６２ａ、２５２ａ）、および前記中央部から延出する延出部（２１２ｂ、２６２ｂ、２５２ｂ）を有し、
   隣り合う前記電極の前記延出部の各々は、隣り合う前記スイッチの表示領域境界（Ｋ１、Ｋ２）を跨ぐように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のタッチ式スイッチ装置。

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