JP6908544B2 - タッチセンサ装置及び静電容量較正プログラム - Google Patents

タッチセンサ装置及び静電容量較正プログラム Download PDF

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Description

本発明は、ユーザによるタッチ操作を検出するタッチセンサ装置及び静電容量較正プログラムに関する。
従来、ユーザによるタッチ操作を検出するタッチセンサ装置が周知である。タッチセンサ装置には、例えば静電容量変化を基にタッチ操作を検出する静電容量式がある。静電容量式のタッチセンサ装置の場合、その原理上、タッチ操作による静電容量の増減と、温湿度変動等を要因とする寄生容量の増減とを区別することができない。そこで、非タッチ状態であると判定されたときの静電容量を寄生容量であると定義し、その寄生容量の変動分を静電容量からオフセットする技術が周知となっている(特許文献1等参照)。
特開2010−257046号公報
ところで、この種のタッチセンサ装置では、タッチ状態中に寄生容量が発生することがあり、この場合、非タッチ状態となったとき、静電容量に寄生容量が残ってしまう。この対処策としては、例えばタッチ状態と判定された際の静電容量と非タッチ状態と判定された際の静電容量とを比較し、差がある場合に、その値を静電容量から差し引く較正を行うことが想定される。しかし、タッチ操作には、例えば非タッチ操作後も指等が少しだけ触れている状態(不完全タッチ)があり、この場合に前述の較正を実行してしまうと、必要な静電容量を差し引いてしまう。よって、タッチ感度が低下してしまう問題があった。
本発明の目的は、静電容量の較正の精度確保を可能にしたタッチセンサ装置及び静電容量較正プログラムを提供することにある。
前記問題点を解決するタッチセンサ装置は、タッチ操作面をタッチして離す一連の操作時、非タッチ状態と判定された後の静電容量の較正を、一定時間に亘って待機させる待機処理部と、前記較正の待機中から待機後に亘り前記静電容量を確認することにより、非タッチ判定後の残存容量が寄生容量又はタッチ容量のいずれであるかを判定する残存容量判定部と、前記残存容量判定部によって残存容量が寄生容量と判定された場合に、前記静電容量を較正する較正処理部とを備えた。
本構成によれば、静電容量に残存容量が存在している場合、残存容量が不完全タッチによるものであれば、較正の待機中、再タッチ操作された時点で静電容量が増加する変化をとる。そして、この静電容量の変化を較正の待機中に検出できれば、残存容量がタッチ容量であると判定することが可能である。一方、再タッチ操作が検出できずに較正の待機が終了した場合、ある程度の大きさの残存容量が残っていれば、これは寄生容量であると判定することが可能である。このように、残存容量において寄生容量又はタッチ容量を区別し、残存容量が寄生容量の場合にのみ較正を実行する。よって、静電容量の較正の精度を確保することが可能となる。
前記タッチセンサ装置において、前記一定時間は、前記タッチ操作面が断続的なタッチ操作となっているもののユーザにタッチ操作を止める意志がないと判断可能な時間幅に設定されていることが好ましい。この構成によれば、待機時間を最適な時間幅に設定することが可能となる。
前記タッチセンサ装置において、前記残存容量判定部は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の静電容量と、非タッチ状態と判定されてから一定時間待機後に取得した静電容量とを比較し、その比較結果を基に、残存容量が寄生容量か否かを判定することが好ましい。この構成によれば、静電容量を比較するという簡素な処理により、残存容量が寄生容量か否かを判定することが可能となる。
前記タッチセンサ装置において、前記残存容量判定部は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の静電容量と、非タッチ状態と判定されてから一定時間待機後に取得した静電容量との差を算出し、当該差の絶対値と、規定の下限閾値とを比較することにより、残存容量が寄生容量か否かを判定することが好ましい。この構成によれば、静電容量の差の絶対値を下限閾値と比較して判定を行うので、寄生容量が増加する場合に限らず、減少する変化をとっても、静電容量が寄生容量か否かを識別することが可能となる。
前記タッチセンサ装置において、前記較正処理部は、前記残存容量判定部によって残存容量が寄生容量ではないと判定された場合に、前記静電容量の較正を実行しないことが好ましい。この構成によれば、必要なときのみ較正を実施するので、無駄な較正を行わずに済む。
前記タッチセンサ装置において、前記較正処理部は、前記較正を一定時間待機している間に、当該静電容量が再タッチ判定閾値を超える変化をとれば、残存容量は不完全タッチの静電容量であるとして、前記静電容量の較正を実行しないことが好ましい。この構成によれば、残存容量がタッチ容量のときに静電容量の較正を行わずに済むので、誤較正の回避に一層有利となる。
前記問題点を解決する静電容量較正プログラムは、静電容量センサの静電容量を基にタッチ判定を実行するタッチセンサ装置に使用されるプログラムであって、タッチ操作面をタッチして離す一連の操作時、非タッチ状態と判定された後の静電容量の較正を、一定時間に亘って待機させるステップと、前記較正の待機中から待機後に亘り前記静電容量を確認することにより、非タッチ判定後の残存容量が寄生容量又はタッチ容量のいずれであるかを判定するステップと、残存容量が寄生容量と判定された場合に、前記静電容量を較正するステップとをコンピュータに実行させる。
本発明によれば、静電容量の較正の精度を確保することができる。
一実施形態のタッチセンサ装置の構成図。 正常較正を示す静電容量の波形図。 不完全タッチによる異常較正を示す静電容量の波形図。 静電容量の再較正時に実行されるフローチャート。 再較正時の静電容量の波形図。 不完全タッチ時の静電容量の波形図。 別例の静電容量の波形図。
以下、タッチセンサ装置及び静電容量較正プログラムの一実施形態を図1〜図6に従って説明する。
図1に示すように、車両1は、例えば車両電源のIGオン後にユーザのタッチ操作を検出した場合に車両1の運転操作を許可する車載システム2を備える。この場合、車両1は、ユーザによるタッチ操作面3のタッチ操作を検出するタッチセンサ装置4を備える。タッチセンサ装置4は、タッチ操作面3のタッチ操作を静電容量の変化によって検出する静電式である。静電式のタッチセンサ装置4は、例えばセンサ部5が検出した静電容量(検出静電容量C(t))と閾値(タッチ判定閾値Cth(touch))とを比較することにより、タッチ操作の有無を判定する。タッチ操作面3は、例えば車両のステアリングホイールやアームレストに設けられることが好ましい。
センサ部5は、タッチセンサ装置4が静電式の場合、タッチ操作に応じて静電容量が変化する静電容量センサ8であることが好ましい。静電容量センサ8は、タッチ操作面3の裏面一帯に設けられ、タッチ操作面3のタッチ操作(タッチ位置やタッチ強弱)に応じた静電容量を検出する。
タッチセンサ装置4は、タッチセンサ装置4の作動を制御する装置制御部10を備える。装置制御部10には、静電容量センサ8から入力する検出信号(検出静電容量C(t))を基にタッチ操作を判定するタッチ判定処理部11が設けられている。タッチ判定処理部11は、静電容量センサ8の検出静電容量C(t)を基に、タッチ操作有無やタッチ操作位置を判定する。
図2に示すように、静電式のタッチセンサ装置4には、構造上、所定の寄生容量が発生してしまう現状がある。寄生容量は、例えば温湿度の変動等を要因として増減する。寄生容量が発生している状況下では、タッチ操作に準じて発生する静電容量(タッチ容量)に寄生容量が加わるので、タッチ判定の感度が高くなってしまう。よって、例えば不完全なタッチ操作であるにも関わらず、検出静電容量C(t)がタッチ判定閾値ΔCth(touch)以上となってしまい、誤ってタッチ操作有りと判定されてしまうことになる。
図1に戻り、本例の装置制御部10は、静電容量センサ8の検出静電容量C(t)を較正する較正処理部15を備える。本例の較正処理部15は、検出静電容量C(t)が非タッチ判定閾値Cth(leave)以下となって非タッチと判定された時点で、タッチ判定前後の検出静電容量C(t)を比較し、差分があった場合に寄生容量の変動があったと判定して、その分を検出静電容量C(t)から差し引く(図2参照)。これにより、検出静電容量C(t)から寄生容量がオフセットされ、正しい非タッチ状態の判定が実現できる。
しかし、図3に示すように、タッチ判定後の残存容量が寄生容量であれば問題はないが、例えば不完全なタッチ操作(不完全タッチ)によって発生している残存容量の場合、このときの残存容量を差し引いてしまうと、以降のタッチ判定を正確に認識できなくなる可能性がある。不完全なタッチ操作は、例えばタッチ操作を素早く繰り返した場合に、タッチ操作面3から十分に離れていない人体(指など)によって、若干の静電容量が残ってしまうことにより発生する。不完全タッチの場合、非タッチ状態の判定時点で検出静電容量C(t)を較正してしまうと、以降、正常にタッチ操作された場合に、これをタッチ状態と判定できなくなり、タッチ操作を正確に検出できない問題に繋がってしまう。
図1に戻り、タッチセンサ装置4は、タッチ操作面3をタッチ操作して離す一連の操作時、非タッチ状態と判定された後に実行される検出静電容量C(t)の較正を一定時間Tdelayに亘って待機させる待機処理部18を備える。待機処理部18は、装置制御部10に設けられている。待機処理部18は、検出静電容量C(t)が非タッチ判定閾値Cth(leave)以下とった時刻t1から、一定時間Tdelayの間、検出静電容量C(t)の較正を待機する。一定時間Tdelayは、タッチ操作面3が断続的なタッチ操作となっているもののユーザにタッチ操作を止める意志がないと判断可能な時間幅に設定されている。例えば、本例の静電容量センサをステアリング把持センサとして使用する場合、運転中はステアリングホイールを長時間握らないことはないため、不完全なタッチは5秒以上継続しないと想定して、Tdelay=5秒と設定するとよい。
タッチセンサ装置4は、非タッチ状態の判定後の残存容量が寄生容量又はタッチ容量のいずれであるかを判定する残存容量判定部19を備える。残存容量判定部19は、装置制御部10に設けられている。残存容量判定部19は、較正の待機中から待機後に亘り検出静電容量C(t)を確認することにより、残存容量が寄生容量又はタッチ容量のいずれであるかを判定する。また、残存容量がタッチ容量でない場合、残存容量判定部19は、タッチ状態と判定された際の検出静電容量C(t)と、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayの待機後に取得された検出静電容量C(t)との比較により、非タッチ判定後の残存容量が寄生容量か否かを判定する。
本例の残存容量判定部19は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の検出静電容量C(t0)と、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayの待機後に取得された検出静電容量C(t)との差(差分容量ΔC(t))の絶対値|ΔC(t)|を算出し、この絶対値|ΔC(t)|と下限閾値ΔCth(lo)とを比較することにより、非タッチ判定後の残存容量が寄生容量か否かを判定する。下限閾値ΔCth(lo)は、フロアノイズにより発生し得る静電容量付近の値であることが好ましい。なお、ΔC(t)の絶対値をとるのは、タッチ操作中の寄生容量が増加する場合に限らず減少する場合においても、本例の較正ロジックを適用するためである。
較正処理部15は、残存容量判定部19によって残存容量が寄生容量と判定された場合に、検出静電容量C(t)を較正する。本例の較正処理部15は、タッチ状態と判定された際の検出静電容量C(t)と、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayの待機後に取得された検出静電容量C(t)との差の絶対値|ΔC(t)|が下限閾値ΔCth(lo)と以上となる場合に、検出静電容量C(t)を較正する。較正処理部15は、検出静電容量C(t)から差分容量ΔC(t)を差し引くことにより、検出静電容量C(t)を較正する。
次に、図4〜図6を用いて、本実施例のタッチセンサ装置4の作用及び効果について説明する。なお、図4のフローチャートは、タッチ状態と判定されている期間、実行される。
図4に示すように、ステップ100において、タッチ判定処理部11は、タッチ状態と判定されているとき、検出静電容量C(t)が非タッチ判定閾値Cth(leave)を下回ったか否か(C(t)<Cth(leave)が成立したか否か)を判定する。すなわち、タッチ判定処理部11は、ユーザがタッチ操作面3を非タッチ状態に切り替えたか否かを判定する。このとき、C(t)<Cth(leave)が成立すれば、ステップ101に移行し、C(t)<Cth(leave)が成立しなければ、ステップ100で待機する。
ステップ101において、残存容量判定部19は、検出静電容量C(t)が非タッチ判定閾値Cth(leave)を下回ったときの時刻を、「t1」と設定する。
ステップ102において、残存容量判定部19は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の時刻を「t0」とした場合、現在の検出静電容量C(t)から時刻「t0」のときの検出静電容量C(t0)を減算することにより、差分容量ΔC(t)の現在値を演算する。なお、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の時刻t0は、非タッチ時の検出静電容量C(t)が「0」に較正されているのであれば、検出静電容量C(t)が「0」を超えるときのタイミングであることが好ましい。
ステップ103において、待機処理部18は、現在の時刻tから、非タッチ状態と判定された際の時刻t1を引いた時間幅が、検出静電容量C(t)の較正を待つ一定時間Tdelayを下回ったか否か(「t−t1」<Tdelayが成立するか否か)を判定する。すなわち、待機処理部18は、非タッチ状態と判定されてから、一定時間Tdelayが経過したか否かを判定する。「t−t1」<Tdelayが成立しない場合(非タッチ状態の判定後、一定時間Tdelay経過した場合)、ステップ104に移行し、「t−t1」<Tdelayが成立する場合、ステップ109に移行する。
ステップ104において、残存容量判定部19は、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelay経過後、現在の検出静電容量C(t)とタッチ状態と判定される直前の時刻t0のときの検出静電容量C(t0)との差の絶対値|ΔC(t)|が、下限閾値ΔCth(lo)を超えるか否かを判定する。すなわち、残存容量判定部19は、|ΔC(t)|>ΔCth(lo)が成立するか否かを判定する。
ここで、図5に示すように、検出静電容量C(t)に寄生容量が加わっている場合、通常の検出静電容量C(t)に静電容量が乗っているため、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayが経過した後、差分容量ΔC(t)が下限閾値ΔCth(lo)以上となる。よって、検出静電容量C(t)に寄生容量が含まれる場合は、検出静電容量C(t)を較正しても差し支えない。一方、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayが経過した後、差分容量ΔC(t)が下限閾値ΔCth(lo)未満の場合は、検出静電容量C(t)が十分に低く、寄生容量が発生していないと判断するのが妥当である。
図4に戻り、ステップ104において、|ΔC(t)|>ΔCth(lo)が成立すれば、ステップ105に移行する。一方、|ΔC(t)|>ΔCth(lo)が成立しなければ、ステップ107に移行する。
ステップ105において、残存容量判定部19は、非タッチ状態と判定された後の絶対値|ΔC(t)|の判定において、|ΔC(t)|>ΔCth(lo)が成立する場合、残存容量を寄生容量と判定する。
ステップ106において、較正処理部15は、残存容量が寄生容量と判定された場合、検出静電容量C(t)を較正する。本例の場合、較正処理部15は、現在の検出静電容量C(t)から差分容量ΔC(t)を減算することにより、減算値を新たな検出静電容量C(t)とする。
一方、ステップ107において、残存容量判定部19は、非タッチ状態と判定された後の絶対値|ΔC(t)|の判定において、|ΔC(t)|>ΔCth(lo)が成立しない場合、残存容量なしと判定する。
ステップ108において、較正処理部15は、検出静電容量C(t)に残存容量がないと判定された場合、検出静電容量C(t)の較正を実行しない。すなわち、較正処理部15は、現在の検出静電容量C(t)の定義を変更せず、そのままの状態で維持する。
ここで、図6に示すように、例えばタッチ操作面3が不完全な状態でタッチ操作(不完全タッチ)されている場合、あるタイミングでしっかりタッチ操作が行われるはずであるから、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayが経過する前に、検出静電容量C(t)が増加する変化をとる可能性が高い。よって、一定時間Tdelayの経過を待機する途中で、検出静電容量C(t)が再タッチ判定閾値ΔCth(hi)を超えた場合には、タッチ操作が不完全タッチから完全タッチへ正規のタッチ状態に戻されたはずであるので、検出静電容量C(t)を較正せずに、現在の較正を維持するのが妥当である。
図4に戻り、ステップ109において、残存容量判定部19は、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayが経過する前に、差分容量ΔC(t)が再タッチ判定閾値ΔCth(hi)を超えたか否か(ΔC(t)>ΔCth(hi)が成立するか否か)を判定する。このとき、ΔC(t)>ΔCth(hi)が成立すれば、ステップ110に移行し、ΔC(t)>ΔCth(hi)が成立しなければ、ステップ102に戻り、一定時間Tdelayの経過を待つ処理が継続される。
ステップ110において、残存容量判定部19は、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelayが経過する前に差分容量ΔC(t)が再タッチ判定閾値ΔCth(hi)を超えることを確認することにより、残存容量が不完全タッチによる静電容量であると判定する。
ステップ111において、較正処理部15は、残存容量が不完全タッチによる静電容量であると判定された場合、検出静電容量C(t)の較正を実行しない。すなわち、較正処理部15は、現在の検出静電容量C(t)の定義を変更せず、そのままの状態で維持する。
さて、本例の場合、検出静電容量C(t)に残存容量が存在している場合、残存容量が不完全タッチによるものであれば、較正の待機中、再タッチ操作(完全タッチ)された時点で検出静電容量C(t)が増加する変化をとる。そして、この検出静電容量C(t)の変化を較正の大気中に検出できれば、残存容量がタッチ容量(不完全タッチによる静電容量)であると判定することが可能である。一方、再タッチ操作が検出できずに較正の待機が終了した場合、ある程度の大きさの残存容量が残っていれば(|ΔC(t)|>ΔCth(lo)が成立)、これは寄生容量であると判定することが可能である。このように、残存容量において寄生容量又はタッチ容量を区別し、残存容量が寄生容量の場合にのみ較正を実行する。よって、検出静電容量C(t)の較正の精度を確保することができる。
較正の待機時間である一定時間Tdelayは、タッチ操作面3が断続的なタッチ操作となっているもののユーザにタッチ操作を止める意志がないと判断可能な時間幅に設定されている。よって、待機時間を最適な時間幅に設定することができる。
残存容量判定部19は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の検出静電容量C(t0)と、非タッチ状態と判定されてから一定時間Tdelay待機後に取得した検出静電容量C(t)とを比較し、その比較結果を基に、残存容量が寄生容量か否かを判定する。よって、検出静電容量C(t),C(t0)を比較するという簡素な処理により、残存容量が寄生容量か否かを判定することができる。
残存容量判定部19は、検出静電容量のC(t0)とC(t)との差ΔC(t)を算出し、その絶対値|ΔC(t)|と、規定の下限閾値ΔCth(lo)とを比較することにより、残存容量が規制量量か否かを判定する。よって、寄生容量が増加する場合に限らず、減少する変化をとっても、静電容量が寄生容量か否かを識別することができる。
較正処理部15は、残存容量判定部19によって残存容量が寄生容量でないと判定された場合に、検出静電容量C(t)の較正を実行しない。よって、必要なときのみ較正を実施するので、無駄な較正を行わずに済む。また、誤較正も生じ難くすることができる。
較正処理部15は、較正を一定時間待機している間に、検出静電容量C(t)が再タッチ判定閾値ΔCth(hi)を超える変化をとれば、残存容量は不完全タッチの静電容量であるとして、検出静電容量C(t)の較正を実行しない。よって、残存容量がタッチ容量のときに検出静電容量C(t)の較正を行わずに済むので、誤較正の回避に一層有利となる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図7に示すように、本例の検出静電容量C(t)の再較正の方法(ロジック)は、寄生容量が増加する場合に限らず、寄生容量が減少する場合にも適用することができる。
・タッチ判定閾値ΔCth(touch)は、「0」に限定されず、「0」以外の値をとっていてもよい。
・再タッチ判定閾値ΔCth(hi)は、非タッチ判定閾値Cth(leave)とフロアノイズ値(フロアノイズにより生じる静電容量)とを加えた値であることが好ましい。
・タッチ判定閾値Cth(touch)は、非タッチ状態と判定するときの閾値(非タッチ判定閾値Cth(leave))と異なる値に設定されてもよいし、同一値としてもよい。
・タッチ状態と判定された際の静電容量(「t0」のときの検出静電容量C(t))は、タッチ有りと判定される時点の静電容量に限定されない。例えば、タッチ判定閾値ΔCth(touch)が「0」よりも大きい値で設定されていた場合、タッチ状態と判定される少し前の静電容量としてもよい。
・タッチセンサ装置4の起動時、タッチ操作面3が非タッチ状態であることを前提に、そのとき静電容量センサ8に発生している検出静電容量C(t)を差し引くことにより、検出静電容量C(t)を初期較してもよい。
・静電容量センサ8は、タッチ検出時に出力値が増加するものに限らず、タッチ操作に応じて値が減少するものとしてもよい。
・車両1は、自動運転車としてもよい。
・タッチセンサ装置4は、例えば車載タッチパネルなど、他の機器に使用してもよい。
・タッチセンサ装置4が用いられるシステム14は、車載システム2に限定されず、種々のシステムに使用可能である。
1…車両、2…車載システム、3…タッチ操作面、8…静電容量センサ、11…タッチ判定処理部、14…システム、15…較正処理部、18…待機処理部、19…残存容量判定部、Tdelay…一定時間、C(t)…検出静電容量、ΔC(t)…差分容量、ΔCth(hi)…再タッチ判定閾値。

Claims (7)

  1. タッチ操作面をタッチして離す一連の操作時、非タッチ状態と判定された後の静電容量の較正を、一定時間に亘って待機させる待機処理部と、
    前記較正の待機中から待機後に亘り前記静電容量を確認することにより、非タッチ判定後の残存容量が寄生容量又はタッチ容量のいずれであるかを判定する残存容量判定部と、
    前記残存容量判定部によって残存容量が寄生容量と判定された場合に、前記静電容量を較正する較正処理部と
    を備えたタッチセンサ装置。
  2. 前記一定時間は、前記タッチ操作面が断続的なタッチ操作となっているもののユーザにタッチ操作を止める意志がないと判断可能な時間幅に設定されている
    請求項1に記載のタッチセンサ装置。
  3. 前記残存容量判定部は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の静電容量と、非タッチ状態と判定されてから一定時間待機後に取得した静電容量とを比較し、その比較結果を基に、残存容量が寄生容量か否かを判定する
    請求項1又は2に記載のタッチセンサ装置。
  4. 前記残存容量判定部は、タッチ状態と判定される前の非タッチ状態の静電容量と、非タッチ状態と判定されてから一定時間待機後に取得した静電容量との差を算出し、当該差の絶対値と、規定の下限閾値とを比較することにより、残存容量が寄生容量か否かを判定する
    請求項3に記載のタッチセンサ装置。
  5. 前記較正処理部は、前記残存容量判定部によって残存容量が寄生容量ではないと判定された場合に、前記静電容量の較正を実行しない
    請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。
  6. 前記較正処理部は、前記較正を一定時間待機している間に、当該静電容量が再タッチ判定閾値を超える変化をとれば、前記静電容量の較正を実行しない
    請求項1〜5のうちいずれか一項に記載のタッチセンサ装置。
  7. 静電容量センサの静電容量を基にタッチ判定を実行するタッチセンサ装置に使用される静電容量較正プログラムであって、
    タッチ操作面をタッチして離す一連の操作時、非タッチ状態と判定された後の静電容量の較正を、一定時間に亘って待機させるステップと、
    前記較正の待機中から待機後に亘り前記静電容量を確認することにより、非タッチ判定後の残存容量が寄生容量又はタッチ容量のいずれであるかを判定するステップと、
    残存容量が寄生容量と判定された場合に、前記静電容量を較正するステップと
    をコンピュータに実行させる静電容量較正プログラム。
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