JP6027217B1 - タッチ式入力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】タッチ操作を適切に検出することを可能にしたタッチ式入力装置を提供すること。【解決手段】丸数字１のセンサと、そのセンサに隣接する丸数字２のセンサとに着目し、それら２つのセンサの各検出値が温度により変化している最中に丸数字１のセンサの形成された箇所に対して一時的に指の操作が行われた後、指が離されて一定時間が経過した場合を想定する。この場合、２つのセンサ検出値の差分が、指の操作中には規定値を超え、指が離されると規定値以内に収まり、その状態が一定時間継続される。全てのセンサの各検出値が一定範囲内にある状態が一定時間継続すると、制御部は、操作面上に指が置かれていないと判断し（条件成立）、基準値を更新する。【選択図】図７

Description

本発明は、タッチ操作を検出するタッチ式入力装置に関する。
従来、タッチパネルをタッチ操作することで、ディスプレイに表示されたマウスポインタ等の操作を行うタッチ式入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このタッチ式入力装置では、ユーザがタッチパネルの操作面に触れることで、例えばディスプレイに表示された複数の機能項目の中から一つを選択して、所望の画面を表示させたり付帯機器を作動させたりすることが可能になっている。また、近年では、タッチ操作として、単に操作面に接触する操作だけでなく、例えばタッチパネルの操作面をある一方向へなぞったり払ったりするなぞり操作（フリック操作）を検出するようにしたタッチ式入力装置が提案されている。なお、こうしたなぞり操作は、例えばディスプレイに表示する画面をそのなぞり方向へスクロールするといった特定の機能と対応付けられる。
さて、こうしたタッチ式入力装置としては、複数の駆動電極と複数のセンサ電極とを格子状に配置してなるセンサパターンに形成されるコンデンサの静電容量に基づいてタッチ操作を検出する投影型静電容量方式のものがある。このうち、駆動電極とセンサ電極との交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量の変化を検出する相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出することが可能になるといった利点がある。
ところで、静電容量方式のタッチ式入力装置は、指による静電容量検出と周囲環境（寄生容量や温度）による静電容量を区別するために基準値を持ち、指が近接することによる静電容量の変化量（基準値からの差分）が閾値を超えることでタッチ検出（近接検出）を行っている。
また、緩やかな温度或いは湿度の変化には徐々に基準値を更新することで対応している。
そして、車両で使用される環境下では、温度範囲が広いことや、表面のシート等の経年劣化による静電容量（寄生容量）の変化に対応するため、起動（ＡＣＣ ＯＮ）する度に基準値を取得している。
特開２０１０−９３２１号公報
上記の温度或いは湿度の変化による基準値の更新は、指の状態を誤って補正しないように指の操作中（タッチＯＮ時）には実施しない。ところが、周囲の温度或いは湿度の変化が急激に発生している最中にユーザが周囲のスイッチ等を操作している際に不意に盤面を触り続けた場合に、基準値を更新することができなくなり、盤面全体の検出値が上昇してタッチＯＮと誤検出してしまうことがある。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、タッチ操作を適切に検出することを可能にしたタッチ式入力装置を提供することにある。
上記課題を解決するタッチ式入力装置は、複数の駆動電極と複数のセンサ電極とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターンを有するタッチパネルと、前記各駆動電極に駆動信号を印加するとともに、前記駆動電極と前記センサ電極との交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量変化に基づいて前記タッチパネルの操作面に対するタッチ操作を検出するコントローラと、を備えたタッチ式入力装置において、前記コントローラは、前記コンデンサ毎に静電容量の基準値を持ち、全てのコンデンサの各静電容量が一定範囲内にある状態が一定時間継続したことを条件に、前記基準値を更新することをその要旨としている。
この構成によれば、全てのコンデンサの各静電容量が一定範囲内にある状態が一定時間継続したことで、温度或いは湿度の変化による影響がタッチパネルの操作面全体に及んでいる状態が示唆され、そうした状態で基準値が更新されることになる。これにより、更新後の基準値に基づいて、タッチ操作を適切に検出できる。
上記タッチ式入力装置について、前記コントローラは、全てのコンデンサを対象に、それぞれのコンデンサに隣接するコンデンサの静電容量との差分を検出し、それら差分の全てがいずれも規定値以内であるとき、全てのコンデンサの各静電容量が前記一定範囲内にあると判定することとしてもよい。
この構成によれば、隣接するコンデンサの静電容量との差分により判定することで、配線パターン長の影響を低減できる。
本発明によれば、タッチ操作を適切に検出できる。
タッチ式入力装置が搭載された車両の室内を示す斜視図。 タッチパネルを示す平面図。 タッチパネルにおける図２の３−３断面図。 タッチ式入力装置の構成を示すブロック図。 タッチ式入力装置の状態遷移図。 制御部による基準値更新条件成立判定処理を示すフローチャート。 基準値更新条件成立の判定条件詳細を説明する特性図であって、（ａ）は条件成立時の特性図、（ｂ）は条件成立せず時の特性図。
以下、タッチ式入力装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、ダッシュボード１の中央部（センタークラスタ）にはディスプレイ２が設けられている。センターコンソール４には、シフトレバー５が設けられており、その手前側には、タッチ式入力装置１０のタッチパネル１１がその操作面１１ａを露出させる態様で埋設されている。すなわち、本実施の形態のタッチ式入力装置１０は車両に搭載されている。そして、ユーザは、指やスタイラス等の導電体を用いてタッチパネル１１をタッチ操作することにより、ディスプレイ２に表示された所望の機能項目の選択及び決定を行い、エアコンディショナやカーナビゲーション等の車載機器に所望の動作を実行させることが可能となっている。なお、タッチ操作には、単に操作面１１ａに接触する操作だけでなく、例えばタッチパネル１１の操作面１１ａをある一方向へなぞったり払ったりするなぞり操作（フリック操作）も含まれる。
図２及び図３に示すように、タッチパネル１１には、複数の駆動電極１２と複数のセンサ電極１３とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターン１４が設けられている。なお、図２では、説明の便宜上、駆動電極１２を７本、センサ電極１３を５本だけ示している。
具体的には、タッチパネル１１は、駆動電極１２が配置される駆動基板１５と、駆動基板１５上に設けられるとともにセンサ電極１３が配置されるセンサ基板１６と、センサ基板１６上に設けられるカバー１７とを備えている。駆動基板１５、センサ基板１６及びカバー１７は、それぞれ絶縁性材料からなる。そして、カバー１７の上面の一部がタッチパネル１１の操作面１１ａを構成している。
駆動電極１２及びセンサ電極１３は、それぞれ導電性材料からなり、帯状に形成されている。そして、駆動電極１２は、駆動基板１５における操作面１１ａと対向する範囲内で互いに平行になるように一方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。一方、センサ電極１３は、センサ基板１６における操作面１１ａと対向する範囲内で互いに平行になるように上記一方向と直交する方向（Ｙ方向）に沿って配置されている。これにより、駆動電極１２及びセンサ電極１３によって格子状のセンサパターン１４が操作面１１ａ内に形成されるとともに、図３において二点鎖線で示すように、駆動電極１２とセンサ電極１３との交点部分にはコンデンサＣが形成されている。なお、本実施の形態では、駆動電極１２及びセンサ電極１３は、それぞれ接着剤１８により駆動基板１５及びセンサ基板１６に固定されている。
図４に示すように、タッチ式入力装置１０は、上記タッチパネル１１と、そのセンサパターン１４に駆動信号（パルス信号）を印加してタッチ操作を検出するコントローラ２１とを備えている。なお、本実施の形態のコントローラ２１は、上記交点部分に形成されたコンデンサＣ毎の静電容量が変化することにより生じる充放電電流に基づいてタッチ位置を検出する相互容量方式を採用している。
具体的には、コントローラ２１は、各駆動電極１２に接続される駆動部２２と、各センサ電極１３に接続される検出部２３と、駆動部２２及び検出部２３の動作を制御する制御部２４とを有している。駆動部２２は、制御部２４からの制御信号に基づいて、駆動信号を生成するとともに、駆動電極１２を少なくとも１本ずつ選択して生成した駆動信号を印加する。検出部２３は、制御部２４からの制御信号に基づいて、センサ電極１３を少なくとも１本ずつ選択し、駆動電極１２に印加された駆動信号に応じて該センサ電極１３に流れる充放電電流を出力信号として受信する。また、検出部２３は、センサ電極１３のそれぞれから出力される出力信号に基づいてコンデンサＣ毎の静電容量を検出し、これらコンデンサＣ毎の静電容量を示す検出信号を制御部２４に出力する。そして、制御部２４は、検出信号に基づいてタッチ操作及びその座標を検出し、その検出結果をディスプレイ２に出力する。
制御部２４にはメモリ２４ａが設けられている。メモリ２４ａには、センサパターン１４の交点部分に形成されるコンデンサＣ毎に予め設定された静電容量の基準値が記憶されている。なお、本実施の形態では、全てのコンデンサＣのそれぞれの初期の基準値がいずれも静電容量値０（ゼロ）に設定され、制御部２４は、基準値の更新条件が成立すると、全ての基準値を更新する。そして、制御部２４は、検出部２３から静電容量の検出信号が入力されると、該当する基準値からの差分（静電容量の変化量）を求め、当該差分が閾値を超えた場合に、該当するコンデンサＣが形成された箇所へのタッチ操作有りを検出する。
次に、タッチ式入力装置１０の作用について説明する。
まず、図５を参照して、タッチ式入力装置１０の状態遷移を説明する。
図５に示すように、タッチ式入力装置１０のコントローラ２１は、電源がＯＮされて起動されると、まず初期設定を行う初期設定状態（ステップＳ１００）に移行する。初期設定では、静電検出ＩＣの設定、及び寄生容量値の補正が行われる。コントローラ２１の制御部２４は、寄生容量値の補正として基準値を取得する。すなわち、制御部２４は、このとき検出部２３から入力された検出信号が示す静電容量値を新たな基準値とする。制御部２４は、基準値の取得が完了すると、タッチ操作の検出を待つ検出待機状態（ステップＳ１０１）となる。なお、初期設定の基準値の取得は、工場出荷時に行ってもよい。
制御部２４は、タッチ操作がない（タッチＯＦＦ）状態（ステップＳ１０２）においては、温度変化によって基準値が変化するので、基準値を温度変化に対応する基準値に更新する。
制御部２４は、タッチＯＦＦ状態（ステップＳ１０２）において、タッチ操作有りを検出すると、指の検出ありとしてタッチ操作がある（タッチＯＮ）状態（ステップＳ１０３）に移行する。制御部２４は、タッチＯＮ状態において、タッチ操作の座標位置を演算し、その検出結果をディスプレイ２に出力する。
制御部２４は、タッチＯＮ状態（ステップＳ１０３）において、基準値の更新条件が成立すると、初期設定状態（ステップＳ１００）に移行する。
次いで、図６を参照して、制御部２４による基準値更新条件成立判定処理を説明する。制御部２４は、タッチＯＮ状態（ステップＳ１０３）において、基準値の更新が必要であるか否かを判定している。
図６に示すように、制御部２４は、ステップＳ２１において初期設定状態（ステップＳ１００）に移行すると、ステップＳ２２において検出部２３により入力された検出信号から基準値を設定する（ステップＳ２３）。
制御部２４は、ステップＳ２４において検出部２３から新たに検出信号が入力されると、各センサ（全てのコンデンサＣ）の検出値（各静電容量）が一定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２５）。すなわち、制御部２４は、全てのコンデンサＣを対象に、それぞれのコンデンサＣに隣接するコンデンサＣの静電容量との差分を検出し、それら差分の全てがいずれも規定値以内であるとき、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内にあると判定する（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）。上記規定値は、指を検出するときの閾値よりも小さく、本例では、当該閾値の１／２以下である。操作面１１ａ上にユーザの操作がない（ユーザの指が置かれていない）場合には、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内に収まることになる。
制御部２４は、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内にあると判定した場合には（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、一定時間継続するか否かを判定するためにタイマーをカウントＵＰする（ステップＳ２６）。上記一定時間は、通常のタッチ操作で継続しないであろう時間であって、本例では、２０秒間である。そして、制御部２４は、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内にある状態で上記一定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２７）。
制御部２４は、ステップＳ２８での通常の制御を経て、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内にある状態で上記一定時間が経過したと判定した場合には（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、基準値の更新条件が成立し、ステップＳ２３において基準値を更新する。
一方、制御部２４は、上記一定時間が経過する前にいずれかのコンデンサＣの静電容量が上記一定範囲から外れた場合には（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２９においてタイマーをリセットする。この場合、基準値の更新条件が成立せず、基準値を更新しない。
次いで、図７を参照して、基準値更新条件成立の判定条件詳細を説明する。
図７（ａ）に示すように、全てのセンサ（コンデンサＣ）のうち、丸数字１のセンサと、そのセンサに隣接する丸数字２のセンサとに着目し、それら２つのセンサの各検出値（静電容量値）が温度により変化している最中に丸数字１のセンサの形成された箇所に対して一時的に指の操作が行われた後、指が離されて一定時間が経過した場合を想定する。この場合、２つのセンサ検出値の差分が、指の操作中には規定値を超え、指が離されると規定値以内に収まり、その状態が一定時間継続される。そして、丸数字１のセンサと丸数字２のセンサとの関係に限らず、他の隣接する２つのセンサにおいても同じことが言える。すなわち、全てのセンサを対象に、それぞれのセンサに隣接するセンサの検出値との差分を検出すると、それら差分の全てがいずれも規定値以内に収まり、そうした状態が一定時間継続されることになる。このように全てのセンサの各検出値が一定範囲内にある状態が一定時間継続すると、制御部２４は、操作面１１ａ上に指が置かれていないと判断し（条件成立）、基準値を更新する。
一方、図７（ｂ）に示すように、全てのセンサのうち、丸数字１のセンサと、そのセンサに隣接する丸数字２のセンサとに着目し、丸数字１のセンサの形成された箇所に指を置いたまま保持された場合を想定する。この場合、２つのセンサ検出値の差分が、指の保持に伴い規定値を超え続ける。なお、指の保持された箇所が丸数字１のセンサの形成された箇所に限定される場合、当該丸数字１のセンサを含まない隣接する２つのセンサにおいて、各検出値の差分がそれぞれ規定値以内に収まる。すなわち、全てのセンサを対象に、それぞれのセンサに隣接するセンサの検出値との差分を検出すると、丸数字１のセンサを含む隣接する２つのセンサの各検出値の差分だけが規定値を超えることになる。このように単数又は複数の差分が規定値を超えると、制御部２４は、全てのセンサの各検出値に一定範囲を超える幅があるため、操作面１１ａ上に指が有ると判定し（条件成立せず）、基準値を更新しない。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）全てのコンデンサＣの各静電容量が一定範囲内にある状態が一定時間継続したことで、温度或いは湿度の変化による影響がタッチパネル１１の操作面１１ａ全体に及んでいる状態が示唆され、そうした状態で基準値が更新されることになる。これにより、更新後の基準値に基づいて、タッチ操作を適切に検出できる。
（２）コントローラ２１は、全てのコンデンサＣを対象に、それぞれのコンデンサＣに隣接するコンデンサＣの静電容量との差分を検出し、それら差分の全てがいずれも規定値以内であるとき、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内にあると判定する。隣接するコンデンサＣの静電容量との差分により判定することで、配線パターン長の影響を低減できる。
（３）操作面１１ａ上にユーザの操作がないこと（ユーザの指が置かれていないこと）を検知し、正しい基準値を自動的に再取得することができるため、ユーザの利便性を向上させることができる。
尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・コントローラ２１は、全てのコンデンサＣの各静電容量のうち最大の静電容量と最小の静電容量との幅が一定値以内であるとき、全てのコンデンサＣの各静電容量が上記一定範囲内にあると判定してもよい。なお、上記一定値は、上記実施の形態の規定値と同様、例えば、指を検出するときの閾値の１／２以下であってもよい。
・図７（ａ）を参照して、温度によりセンサ検出値が指の操作とは逆に変化した時に対応し、タッチＯＦＦ状態（ステップＳ１０２）で基準値更新条件成立の有無を判定してもよい。この場合、各静電容量が一定範囲内にある状態が一定時間継続したか否かを判定するときの当該一定時間を、タッチＯＦＦ状態（ステップＳ１０２）で温度変化に対応して基準値を更新するか否かを判定するときの更新時間よりも短くすることで、正しい基準値を素早く再取得できる。
・コントローラ２１は、各センサ毎或いはセンサ群（１ライン又は一部のエリア）毎に独立して基準値の更新を実施してもよい。
次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）タッチ式入力装置において、前記規定値は、前記閾値の１／２以下であること。
（ロ）タッチ式入力装置において、前記コントローラは、全てのコンデンサの各静電容量のうち最大の静電容量と最小の静電容量との幅が一定値以内であるとき、全てのコンデンサの各静電容量が前記一定範囲内にあると判定すること。
（ハ）タッチ式入力装置において、前記一定値は、前記閾値の１／２以下であること。
１…ダッシュボード、２…ディスプレイ、４…センターコンソール、５…シフトレバー、１０…タッチ式入力装置、１１…タッチパネル、１１ａ…操作面、１２…駆動電極、１３…センサ電極、１４…センサパターン、１５…駆動基板、１６…センサ基板、１７…カバー、１８…接着剤、２１…コントローラ、２２…駆動部、２３…検出部、２４…制御部、２４ａ…メモリ、Ｃ…コンデンサ。

Claims (2)

  1. 複数の駆動電極と複数のセンサ電極とをこれらの間の絶縁を保ちつつ格子状に重ねたセンサパターンを有するタッチパネルと、
    前記各駆動電極に駆動信号を印加するとともに、前記駆動電極と前記センサ電極との交点部分に形成されたコンデンサ毎の静電容量変化に基づいて前記タッチパネルの操作面に対するタッチ操作を検出するコントローラと、を備えたタッチ式入力装置において、
    前記コントローラは、前記コンデンサ毎に静電容量の基準値を持ち、全てのコンデンサの各静電容量が一定範囲内にある状態が一定時間継続したことを条件に、前記基準値を更新する
    ことを特徴とするタッチ式入力装置。
  2. 前記コントローラは、全てのコンデンサを対象に、それぞれのコンデンサに隣接するコンデンサの静電容量との差分を検出し、それら差分の全てがいずれも規定値以内であるとき、全てのコンデンサの各静電容量が前記一定範囲内にあると判定する
    請求項１に記載のタッチ式入力装置。
JP2015243474A 2015-12-14 2015-12-14 タッチ式入力装置 Active JP6027217B1 (ja)

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JP2015243474A JP6027217B1 (ja) 2015-12-14 2015-12-14 タッチ式入力装置
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