JP6177627B2

JP6177627B2 - タッチ操作装置及びタッチ操作プログラム

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Publication number: JP6177627B2
Application number: JP2013178139A
Authority: JP
Inventors: 河村　大輔; 大輔河村; 明暁岩下; 佑記名和
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: JP2015046363A

Description

本発明は、タッチ操作を検出して種々の機器の操作が可能なタッチ操作装置及びタッチ操作プログラムに関する。

静電容量方式のタッチパネルなどのタッチ操作装置の検出方式としては、例えば、自己容量(Self capacitance type)と相互容量(Mutual capacitance type)の2種類が知られている。

自己容量検出方式は、非タッチからタッチへの移行時の静電容量の増加を測定することにより、指の接近を感知し、相互容量検出方式は、非タッチからタッチへの移行時の静電容量の減少に伴う電荷の減少を測定することにより、指の接近を検知する。

このような検出方式を用いたタッチ操作装置は、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１には、検知対象物との距離に応じて静電容量が変化する複数の検知電極と、検知電極と検知対象物間の静電容量値を検出する静電容量検出部と、静電容量検出部が検出した静電容量値とベースライン値とを用いて、検知対象物の検知電極への近接又は接触状態を判別する近接・接触検出部と、近接・接触検出部が用いるベースライン値を格納しておくベースライン格納部と、静電容量検出部が検出した静電容量値に基づいて、ベースライン格納部に格納されているベースライン値を更新するベースライン更新部とを備え、ベースライン更新部が、近接・接触検出部で検知対象物が近接又は接触状態にないと判別された場合にベースライン値の更新可否を判定し、更新可のときにベースライン格納部のベースライン値を更新する近接検知装置が提案されている。

また、特許文献２には、静電容量方式の静電スイッチ部を有する操作パネルと、静電スイッチ部における静電容量の変化量の測定値が閾値以上となった場合に操作者の指が操作パネルに接触したことを検出する接触検出部とを備えた車両用静電タッチパネルであって、操作者の肌水分量に関連する肌水分関連情報を取得する肌水分関連情報取得手段と、肌水分関連情報取得手段が取得した肌水分関連情報に応じて操作者の肌水分量を推定する肌水分量推定手段と、肌水分量推定手段が推定した肌水分量に応じて閾値を決定する閾値決定手段と、を備えた車両用静電タッチパネルが提案されている。

特開２０１０−２５７０４６号公報特開２０１２−１１８９０３号公報

ところで、自己容量検出方式と相互容量検出方式とでは、それぞれ一長一短があり、双方を組み合わせることが考えられる。

しかしながら、自己容量検出方式と相互容量検出方式の双方の検出方式を採用するためには、静電センサとなる電極数が増えるため改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、電極数が増えることなく、自己容量検出方式及び相互容量検出方式の双方の方式で操作検出が可能なタッチ操作装置及びタッチ操作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ために請求項１に記載の発明は、一対の電極を各々有する複数のスイッチ部と、前記一対の電極の各々に接続可能とされ、自己容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接近を検出する自己容量検出部と、前記一対の電極の各々に接続可能とされ、相互容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接触を検出する相互容量検出部と、前記一対の電極各々への接続を、前記自己容量検出部または前記相互容量検出部に切り換える切換部と、前記複数のスイッチ部に挟まれて配置され、前記自己容量検出部による前記手指の接近の検出結果に基づいて、一方側からの手指の接近が検出された場合は予め定めた操作を行い、他方側からの手指の接近が検出された場合は前記予め定めた操作を禁止する操作部と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、複数のスイッチ部には各々一対の電極が設けられ、自己容量検出部では、一対の電極の各々に接続可能とされて自己容量検出方式で複数のスイッチ部各々への手指の接近が検出される。

また、相互容量検出部では、一対の電極の各々に接続可能とされて相互容量検出方式で複数のスイッチ部各々への手指の接触が検出される。

そして、切換部では、一対の電極各々への接続が、自己容量検出部または相互容量検出部に切り換えられる。

すなわち、切換部が一対の電極の接続を、自己容量検出部または相互容量検出部に切り換えることができるので、電極数が増えることなく、自己容量検出方式及び相互容量検出方式の双方の方式で操作検出が可能なタッチ操作装置を提供することができる。

また、複数のスイッチ部に挟まれて配置され、自己容量検出部による手指の接近の検出結果に基づいて、一方側からの手指の接近が検出された場合に予め定めた操作を行い、他方側からの手指の接近が検出された場合は前記予め定めた操作を禁止する操作部を備えている。これによって、切換部が自己容量検出部に切り換えることで、操作部に対する手指の接近方向を特定することができると共に、切換部が相互容量検出部に切り換えることで、スイッチ部を予め定めた機能のスイッチとして機能させることが可能となる。

また、請求項２に記載の発明は、一対の電極を各々有する複数のスイッチ部と、前記一対の電極の各々に接続可能とされ、自己容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接近を検出する自己容量検出部と、前記一対の電極の各々に接続可能とされ、相互容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接触を検出する相互容量検出部と、前記一対の電極各々への接続を、前記自己容量検出部または前記相互容量検出部に切り換える切換部と、を備え、前記自己容量検出部が、前記一対の電極のうち一方の電極、または両方の電極を用いて自己容量検出方式で前記スイッチ部への手指の接近を検出する。

本発明は、請求項３に記載の発明のように、コンピュータを、請求項１又は請求項２に記載のタッチ操作装置における前記自己容量検出部、前記相互容量検出部、及び切換部として機能させるためのタッチ操作プログラムとしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、電極数が増えることなく、自己容量検出方式及び相互容量検出方式の双方の方式で操作検出が可能なタッチ操作装置及びタッチ操作プログラムを提供することができるという効果がある。

本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置における要部の構成を示すブロック図である。（Ａ）は相互容量検出部の概略構成を説明するための図であり、（Ｂ）は自己容量検出部の概略構成を説明するための図であり、（Ｃ）は自己容量検出部の他の概略構成を説明するための図である。（Ａ）は本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置の操作面の一例を示す図であり、（Ｂ）は本発明の実施の形態に係るタッチ操作入力装置の操作面に対応する電極構成例を示す図である。本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置の詳細な構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置の操作者の特定とタッチ操作の検出を説明するための図である。本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置のコントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置における要部の構成を示す図である。

タッチ操作装置は、図１に示すように、一対の電極１２、１４を有するタッチスイッチ１６を含んで構成される。

一対の電極１２、１４は、切換部１８に接続されている。切換部１８には、自己容量検出部２０と相互容量検出部２２とが接続されており、切換部１８によって一対の電極１２、１４の接続が、自己容量検出部２０と相互容量検出部２２とに切り換え可能とされている。自己容量検出部２０及び相互容量検出部２２は、一対の電極１２、１４を用いて異なる検出方式でタッチスイッチ１６への操作を検出する。

相互容量検出部２２は、相互容量検出方式でタッチスイッチ１６への手指の接触を検出するもので、図２（Ａ）に示すように、一方の電極１４から駆動電圧等を印加することにより駆動し、他方の電極１２から静電容量の変化を検出する。

自己容量検出部２０は、自己容量検出方式でタッチスイッチ１６への手指の接近を検出するもので、図２（Ｂ）に示すように、一方の電極１４のみを使用して、他方の電極１２をオープン状態として使用せずに、一方の電極１４から駆動電圧を印加したりすることにより駆動すると共に、静電容量の変化を検出する。或いは、図２（Ｃ）に示すように、双方の電極１２、１４を共に使用して、それぞれの電極１２、１４から駆動電圧を印加したりすることにより駆動すると共に、静電容量の変化を検出する。

すなわち、図１に示すタッチスイッチ１６は、切換部１８が一対の電極１２、１４に接続する検出部を自己容量検出部２０と相互容量検出部２２とに切り換えることにより、電極１２、１４を共用して２種類の検出方式でタッチ操作を検出可能にすることができる。具体的には、タッチスイッチ１６への接触を検出する場合に、切換部１８が相互容量検出部２２に切り換え、タッチスイッチ１６への手指の接近を検出する場合に、切換部１８が自己容量検出部２０に切り換える。これにより、タッチスイッチ１６への接触や近接を電極を共用して明瞭に検出することができる。

続いて、上記構成を含む本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置の詳細な構成例について説明する。図３（Ａ）は本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置１０の操作面の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置１０の操作面に対応する電極構成例を示す図であり、図４は、本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置１０の詳細な構成例を示すブロック図である。

タッチ操作装置１０は、例えば、インストルメントパネル中央部等に設けられ、車両に設けられた各種装置を操作する。本実施の形態では、一例として、上述のタッチスイッチ１６として機能する４つのスイッチＡ２４〜スイッチＤ３０と、スライダ操作部３２とを備えている。各スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０は、例えば、ナビゲーション装置、空調装置、オーディオ装置等の操作を行うためのスイッチとして機能させることができ、スライダ操作部３２は、例えば、音量調整や、空調装置の温度調整等を操作する操作部として機能させることができる。

本実施の形態では、スイッチＡ２４及びスイッチＢ２６と、スイッチＣ２８及びスイッチＤ３０との間にスライダ操作部３２が設けられている。

各スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０には、それぞれ２つの電極が設けられている。すなわち、スイッチＡ２４には、電極ＰＳ１と電極ＰＳａが設けられ、スイッチＢ２６には、電極ＰＳ２と電極Ｐｓｂが設けられている。また、スイッチＣ２８には、電極ＤＳ１と電極ＤＳａが設けられ、スイッチＤ３０には、電極ＤＳ２と電極ＤＳｂが設けられている。

また、スライダ操作部３２には、電極対が複数設けられている。なお、図３では、一対の電極が５組設けた例を示す。

各電極は、図４に示すようにコントローラ３４に接続されており、コントローラ３４によってタッチ操作の検出が行われる。

コントローラ３４は、ＣＰＵ３６、ＲＯＭ３８、ＲＡＭ４０、及びＩ／Ｏ（入出力インタフェース）４２がそれぞれバス４４に接続されたマイクロコンピュータを含んで構成されている。

ＲＯＭ３８には、各スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０へのタッチ操作やスライダ操作部３２へのタッチ操作を検出すると共に、操作者を特定するためのプログラムが記憶されている。ＲＯＭ３８に記憶されたプログラムをＲＡＭ４０に展開してＣＰＵ３６が実行することにより、タッチ操作の検出と、操作者の特定を行うようになっている。

Ｉ／Ｏ４２には、走査電極ドライバ４６及び選択電極ドライバ４８が接続され、コントローラ３４の指示によって、それぞれのドライバが制御される。

走査電極ドライバ４６には、スイッチＡ２４の電極ＰＳａ、スイッチＢ２６の電極ＰＳｂ、スライダ操作部３２の電極Ｍａ〜Ｍｂ、スイッチＣ２８の電極ＤＳａ、及びスイッチＤ３０の電極ＤＳｂがそれぞれ接続されている。

選択電極ドライバ４８には、スイッチＡの電極ＰＳ１、スイッチＢの電極ＰＳ２、スライダ操作部３２の電極Ｍ１〜Ｍ５、スイッチＣの電極ＤＳ１、及びスイッチＤの電極ＤＳ２が接続されていると共に、ＧＮＤ（グランド）がそれぞれ接続されている。

本実施の形態では、コントローラ３４が上述の自己容量検出部２０、相互容量検出部２２、及び切換部１８の機能を備えている。

すなわち、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０の検出方式をコントローラ３４が切り換えるようになっている。本実施の形態では、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０の検出方式を切り換えることにより、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０のそれぞれに予め割り当てた機能スイッチとして機能させると共に、操作者（運転者の操作なのか助手席からの操作なのか）を特定するようになっている。

具体的には、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０を相互容量検出方式に切り換えることにより、各スイッチを予め割り当てた機能スイッチとして動作させ、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０を自己容量検出方式に切り換えることにより、操作者が運転席からの操作なのか助手席からの操作なのかを特定する。

コントローラ３４によるスイッチＡ２４〜スイッチＤ３０の検出方式の切り換えは、相互容量検出方式で検出する場合には、一方の電極に走査電極ドライバ４６から駆動を与えて、他方の電極で容量変化を検出し、自己容量検出方式で検出する場合には、一方の電極を選択電極ドライバ４８がグランドに接続することによりオープン状態として、他方の電極で駆動及び検出を行う。これにより、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０を相互容量検出方式と自己容量検出方式に切り換えて使用することができる。

ここで、操作者の特定と、各スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０及びスライダ操作部３２のタッチ操作の具体的な検出方法について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置１０の操作者の特定とタッチ操作の検出を説明するための図である。

図５の例では、まず、コントローラ３４は、電極ＤＳａを選択してパルス信号等を出力するように走査電極ドライバ４６を制御すると共に、選択電極ドライバ４８がグランド（Ｇ）を選択するように制御する。これにより、スイッチＣ２８が自己容量検出方式として動作し、スイッチＣ２８への手指の接近が検出される。ここで、検出された静電容量が予め定めた閾値以上の場合に、スイッチＣ２８への手指の接近と判断する。

続いて、電極ＤＳｂを選択してパルス信号等を出力するように走査電極ドライバ４６を制御すると共に、選択電極ドライバ４８がグランド（Ｇ）を選択するように制御する。これにより、スイッチＤ３０が自己容量検出方式として動作し、スイッチＤ３０への手指の接近が検出される。ここで、上述したように検出された静電容量が予め定めた閾値以上の場合に、スイッチＤ３０への手指の接近と判断する。図５の例では、スイッチＣ２８及びスイッチＤ３０が閾値以上となるので、スイッチＣ２８及びスイッチＤ３０への手指の接近と判断される。従って、本実施の形態では、スイッチＣ２８及びスイッチＤ３０が運転席側にあるので、スライダ操作部３２に対する手指の接近方向が運転席側からとなり、運転席側からの操作であることを特定することができる。

次に、電極ＤＳａを選択してパルス信号等を出力するように走査電極ドライバ４６を制御すると共に、選択電極ドライバ４８が電極ＤＳ１を選択するように制御する。これにより、スイッチＣ２８が相互容量検出方式として動作し、スイッチＣ２８へのタッチ操作が検出される。

また、スイッチＤ３０、スイッチＡ２４、及びスイッチＢ２６についてもスイッチＣ２８と同じように、制御することにより、相互容量検出方式として動作し、各スイッチへのタッチ操作が検出される。

続いて、スライダ操作部３２の各電極を走査電極ドライバ４６及び選択電極ドライバ４８が選択するように制御して、スライダ操作部３２を相互容量検出方式で駆動して、スライダ操作部３２へのタッチ操作の検出が行われる。

そして、上記の検出処理を繰り返し行うことにより、操作者の特定と各スイッチへのタッチ操作、及びスライダ操作部３２へのタッチ操作の検出が行われる。

図５の例では、スライダ操作部３２の電極Ｍ３と電極Ｍｃとの間の静電容量変化が大きくなっているので、スライダ操作部３２の操作位置が電極Ｍ３と電極Ｍｃに対応する位置であることが分かる。

次に、本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置１０のコントローラ３４で行われる処理について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係るタッチ操作装置１０のコントローラ３４で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ステップ１００では、走行中か否か判定される。該判定は、例えば、車速センサやパーキングブレーキスイッチ等の信号に基づいて判定し、該判定が否定された場合にはステップ１０６へ移行し、肯定された場合にはステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、操作者の特定処理が行われてステップ１０４へ移行する。操作者の特定は、上述したように、コントローラ３４がスイッチＡ２４〜スイッチＤ３０を自己容量検出方式で駆動することにより、手指の接近が運転席側からの接近なのか助手席側からの接近なのかを特定する。

ステップ１０４では、運転者の操作か否か判定される。該判定は、自己容量検出方式でスイッチＡ２４〜スイッチＤ３０を駆動した結果に基づいて判定し、該判定が肯定された場合にはステップ１０６へ移行し、否定された場合にはステップ１０８へ移行する。

ステップ１０６では、操作が禁止されて一連の処理がリターンされ、ステップ１００からの処理または他の処理が行われる。すなわち、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０やスライダ操作部３２が操作されても操作が無効となり、走行中の運転者による操作が禁止される。

一方、ステップ１０８では、各スイッチに対応する機能制御が行われて一連の処理がリターンされて、ステップ１００からの処理または他の処理が行われる。

本実施の形態に係るタッチ操作装置１０では、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０の電極を自己容量様式と相互容量検出方式に切り換えることにより、各スイッチへのタッチ操作の検出と、各スイッチへの手指の接近の検出とを切り換えて行うことができる。これによって、上述した図６の処理における操作者の特定と各スイッチへのタッチ操作の検出とを電極を共用して行うことが可能となる。また、電極を共用することにより電極数を増加させることなく自己容量検出方式と相互容量検出方式を切り換えてタッチ操作を検出することができ、複数の機能を実現させることができる。

なお、上記の実施の形態では、スライダ操作部３２は相互容量検出方式でタッチ操作の検出を行うようにしたが、自己容量検出方式でスライダ操作部３２への操作を検出するようにしてもよい。或いは、スライダ操作部３２の代わりに、ダイヤルスイッチ等の機械的なスイッチ等の操作手段を設けるようにしてもよいし、スライダ操作部３２の代わりに他の操作手段を設けるようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、スイッチＡ２４〜スイッチＤ３０を自己容量検出方式で駆動して操作者を特定してから相互容量検出方式に切り換えて、各スイッチへの操作及びスライダ操作部３２への操作を検出するようにしたが、最初に相互容量検出方式で各スイッチを駆動してタッチ操作を検出するまで自己容量検出方式による操作者の特定を実行しないようにしてもよいし、最初に操作者が特定されるまで、相互容量検出方式によるタッチ操作の検出を実行しないようにしてもよい。

１０タッチ操作装置
１２、１４電極
１６タッチスイッチ
１８切換部
２０自己容量検出部
２２相互容量検出部
２４スイッチＡ
２６スイッチＢ
２８スイッチＣ
３０スイッチＤ
３２スライダ操作部

Claims

一対の電極を各々有する複数のスイッチ部と、
前記一対の電極の各々に接続可能とされ、自己容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接近を検出する自己容量検出部と、
前記一対の電極の各々に接続可能とされ、相互容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接触を検出する相互容量検出部と、
前記一対の電極各々への接続を、前記自己容量検出部または前記相互容量検出部に切り換える切換部と、
前記複数のスイッチ部に挟まれて配置され、前記自己容量検出部による前記手指の接近の検出結果に基づいて、一方側からの手指の接近が検出された場合は予め定めた操作を行い、他方側からの手指の接近が検出された場合は前記予め定めた操作を禁止する操作部と、
を備えたタッチ操作装置。
一対の電極を各々有する複数のスイッチ部と、
前記一対の電極の各々に接続可能とされ、自己容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接近を検出する自己容量検出部と、
前記一対の電極の各々に接続可能とされ、相互容量検出方式で前記複数のスイッチ部各々への手指の接触を検出する相互容量検出部と、
前記一対の電極各々への接続を、前記自己容量検出部または前記相互容量検出部に切り換える切換部と、
を備え、
前記自己容量検出部が、前記一対の電極のうち一方の電極、または両方の電極を用いて自己容量検出方式で前記スイッチ部への手指の接近を検出するタッチ操作装置。
コンピュータを、請求項１又は請求項２に記載のタッチ操作装置における前記自己容量検出部、前記相互容量検出部、及び切換部として機能させるためのタッチ操作プログラム。