WO2019064858A1 - 操作入力装置及びドアハンドル - Google Patents
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Abstract
抵抗体と、前記抵抗体の一方の端部及び他方の端部に電荷を供給する電源部と、前記抵抗体に一方の端部に供給される電荷量を測定する第1の電荷量測定部と、前記抵抗体に他方の端部に供給される電荷量を測定する第2の電荷量測定部と、前記第1の電荷量測定部及び前記第2の電荷量測定部に接続されている制御部と、を有し、前記抵抗体に操作体を近づけた際に、前記抵抗体と前記操作体との間に静電容量が生じ、前記第1の電荷量測定部及び前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量に基づき、前記操作体の位置を検出することを特徴とする操作入力装置。
Description
本発明は、操作入力装置及びドアハンドルに関するものである。
自動車等のドアには、ドアを開閉するためのドアハンドルが自動車等の外側に設けられている。このような自動車等のドアの開閉等の操作をドアハンドルに触れることなく行うことのできる車両用ドア開閉制御装置が開示されている(例えば、特許文献1)。
このような車両用ドア開閉制御装置では、ドアハンドル等に手を接触させて、接触させた手を動かすことにより、ドアの開閉等の操作をすることができる。
しかしながら、上記のような車両用ドア開閉制御装置では、ドアハンドル等に手を確実に接触させる必要があり操作範囲が限定されていた。また、様々な操作情報を入力しようとした場合に、車両用ドア開閉制御装置が大型化したり、構造が複雑となり高コストなものとなる傾向にあった。
このため、簡単な構造のものであって、操作範囲があまり限定されることなく、様々な操作情報を入力することのできる操作入力装置が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、抵抗体と、前記抵抗体の一方の端部及び他方の端部に電荷を供給する電源部と、前記抵抗体に一方の端部に供給される電荷量を測定する第1の電荷量測定部と、前記抵抗体に他方の端部に供給される電荷量を測定する第2の電荷量測定部と、前記第1の電荷量測定部及び前記第2の電荷量測定部に接続されている制御部と、を有し、前記抵抗体に操作体を近づけた際に、前記抵抗体と前記操作体との間に静電容量が生じ、前記第1の電荷量測定部及び前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量に基づき、前記操作体の位置を検出することを特徴とする。
開示の操作入力装置によれば、簡単な構造のものであって、操作範囲があまり限定されることなく、様々な操作情報を入力することのできる。
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態における操作入力装置について説明する。本実施の形態における操作入力装置は、自動車等のドアに取り付けられているドアハンドルに内蔵されているものであり、操作情報を入力する機能を有している。
第1の実施の形態における操作入力装置について説明する。本実施の形態における操作入力装置は、自動車等のドアに取り付けられているドアハンドルに内蔵されているものであり、操作情報を入力する機能を有している。
具体的には、本実施の形態における操作入力装置は、図1に示すように、自動車等のドア10に取り付けられているドアハンドル100である。このドアハンドル100の内部には、図2に示されるように、静電容量を検出するためのセンサ110が内蔵されている。このセンサ110は略長方形の形状の抵抗体であり、センサ110の長手方向の長さはLであり、長手方向における一方の端部110aと他方の端部110bとの間の抵抗は、5kΩ以上300kΩが好ましい。尚、本実施の形態においては、センサ110の面方向に平行な長手方向をX方向とし、センサ110の面に垂直な方向、即ち、センサ110の長手方向に垂直な方向をY方向として記載する場合がある。
本実施の形態においては、図3に示すように、センサ110の一方の端部110aには、第1の電流計121を介し第1の交流電源131が接続されている。即ち、センサ110の一方の端部110aと第1の交流電源131との間には、第1の電流計121が接続されている。また、センサ110の他方の端部110bには、第2の電流計122を介し第2の交流電源132が接続されている。即ち、センサ110の他方の端部110bと第2の交流電源132との間には、第2の電流計122が接続されている。また、第1の電流計121及び第2の電流計122には、制御部150に接続されている。尚、第1の交流電源131及び第2の交流電源132は、電源部と記載する場合があり、第1の電流計121及び第2の電流計122は、移動電荷量を測定するものであるため、第1の電荷量測定部及び第2の電荷量測定部と記載する場合がある。
本実施の形態におけるドアハンドル100では、第1の交流電源131によりセンサ110の一方の端部110aに交流電圧が供給されており、センサ110の一方の端部110aに供給される交流電流の電流量は、第1の電流計121により測定することができる。また、第2の交流電源132によりセンサ110の他方の端部110bに交流電圧が供給されており、センサ110の他方の端部110bに供給される交流電流の電流量は、第2の電流計122により測定することができる。
本実施の形態においては、第1の交流電源131及び第2の交流電源132は、同じ周波数であって、同じ位相で、同じ電圧の振幅の交流電圧を出力している。また、第1の交流電源131と第2の交流電源は単一電源として共用する事もできる。従って、図4Aに示すように、ドアハンドル100の近傍に何も存在していない状態においては、ドアハンドル100に内蔵されているセンサ110の一方の端部110a及び他方の端部110bには電流は殆ど流れない。このため、第1の電流計121及び第2の電流計122においては電流は検出されない。
これに対し、図4Bに示すように、ドアハンドル100の近傍に指200が近づいた場合には、指200は導電性を有しているため、指200とセンサ110との間に静電容量が形成され、第1の交流電源131及び第2の交流電源132よりセンサ110に電流が流れる。この際、指200に最も近いセンサ110の部分110cと一方の端部110aとの間が抵抗となり、指200に最も近いセンサ110の部分と他方の端部110bとの間が抵抗となる。
このため、第1の交流電源131から供給される交流電流は、センサ110の一方の端部110aを通り、指200に最も近いセンサ110の部分110cに向かう。従って、第1の交流電源131から供給される交流電流は、センサ110の一方の端部110aと、指200に最も近いセンサ110の部分110cとの間に形成される抵抗を通る。また、第2の交流電源132から供給される交流電流は、センサ110の他方の端部110bを通り、指200に最も近いセンサ110の部分110cに向かう。従って、第2の交流電源132から供給される交流電流は、センサ110の他方の端部110bと、指200に最も近いセンサ110の部分110cとの間に形成される抵抗を通る。よって、図4Bに示されるように、センサ110に指200を近づけた場合には、センサ110の一方の端部110aには、第1の交流電源131より交流電流Iaが流れ、センサ110の他方の端部110bには、第2の交流電源132より交流電流Ibが流れる。尚、本実施の形態における操作入力装置は、指200により操作されるものであるため、指200を操作体と記載する場合がある。
従って、図5Aに示すように、センサ110と指200との距離Yが短い場合、センサ110と指200との間に形成される静電容量の値は大きいため、流れる交流電流Ia及び交流電流Ibの値は大きく、交流電流の和Is(=Ia+Ib)の値も大きくなる。図5Bは、交流電流Ia、交流電流Ib、及び、交流電流の和Is(=Ia+Ib)の値の様子を示す図である。また、図6Aに示すように、センサ110と指200との距離Yが長い場合、センサ110と指200との間に形成される静電容量の値は小さいため、流れる交流電流Ia及び交流電流Ibの値は小さく、交流電流の和Is(=Ia+Ib)の値も小さくなる。図6Bは、交流電流Ia、交流電流Ib、及び、交流電流の和Is(=Ia+Ib)の値の様子を示す図である。
このように交流電流の和Is(=Ia+Ib)の値と、センサ110と指200との間の距離Yとの間には相関関係があり、センサ110と指200との間の距離Yが長いと交流電流の和Isは小さく、距離Yが短いと交流電流の和Isは大きくなる。具体的には、交流電流の和Isは、距離Yの累乗に反比例の関係にあることが、経験上知見として得られており、センサ110と指200との間の距離Yと交流電流の和Isとは、図7に示されるような関係にある。これを数式により表すと、数1に示される式となる。A、Bは定数である。
以上のように、第1の電流計121により測定される交流電流Iaと、第2の電流計122により測定される交流電流Ibとの和Isの値より、センサ110と指200との距離Yを算出することができる。
(操作入力装置による指の位置の検出方法)
次に、本実施の形態における操作入力装置による指の位置の検出方法について図8に基づき説明する。尚、制御部150等には、数1に示す式、または、図7に示されるように、センサ110と指200との間の距離Yと交流電流の和Isとの相関関係に関する情報が予め記憶されているものとする。また、下記の制御は、制御部150において行われるものとする。
次に、本実施の形態における操作入力装置による指の位置の検出方法について図8に基づき説明する。尚、制御部150等には、数1に示す式、または、図7に示されるように、センサ110と指200との間の距離Yと交流電流の和Isとの相関関係に関する情報が予め記憶されているものとする。また、下記の制御は、制御部150において行われるものとする。
最初に、ステップ102(S102)において、交流電流Ia、Ibを測定する。具体的には、第1の電流計121により交流電流Iaを測定し、第2の電流計122により交流電流Ibを測定する。
次に、ステップ104(S104)において、交流電流Iaと交流電流Ibより交流電流の和Is(=Ia+Ib)を算出する。
次に、ステップ106(S106)において、交流電流の和Isより、センサ110から指200までの距離Yを算出する。
以上により、本実施の形態における操作入力装置により指の位置、即ち、本実施の形態における操作入力装置におけるセンサ110から指200までの距離Yを算出することができる。
本実施の形態においては、センサ110の面積が大きく、指200とセンサ110との間の静電容量は大きくなるため、高い精度で、指の位置を検出することができる。
また、本実施の形態における操作入力装置は、簡単な構造であり、センサ110から指200が離れても操作情報入力することが可能である。従って、指200の操作範囲があまり限定されることはなく、様々な操作情報を入力することができる。
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、指等のX方向及びY方向の位置を検出することにより、指等によるジェスチャー検出を行うものである。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、指等のX方向及びY方向の位置を検出することにより、指等によるジェスチャー検出を行うものである。
図4Bに示されるように、センサ110に対する指200の位置により、指200に最も近いセンサ110の部分110cとセンサ110の一方の端部110aとの間における抵抗の抵抗値、及び、指200に最も近いセンサ110の部分110cとセンサ110の他方の端部110bとの間における抵抗の抵抗値が変化する。具体的には、指200に最も近いセンサ110の部分110cとセンサ110の一方の端部110aとの距離が短いと抵抗値は低く、指200に最も近いセンサ110の部分110cとセンサ110の一方の端部110aとの距離が長いと抵抗値は高くなる。同様に、指200に最も近いセンサ110の部分110cとセンサ110の他方の端部110bとの距離が短いと抵抗値は低く、指200に最も近いセンサ110の部分110cとセンサ110の他方の端部110bとの距離が長いと抵抗値は高くなる。
抵抗に同じ電圧を印加した場合、抵抗値の低い抵抗には、抵抗値の高い抵抗より電流が多く流れる。従って、センサ110に近づいている指200の位置が、センサ110の他方の端部110bよりも一方の端部110aに近い場合には、交流電流Iaは交流電流Ibよりも多く流れる。また、センサ110の一方の端部110aよりも他方の端部110bに近い場合には、交流電流Ibは交流電流Iaよりも多く流れる。
具体的には、図9Aに示されるように、センサ110の一方の端部110aの近傍に指200が存在している場合には、図9Bに示されるように、交流電流Iaは交流電流Ibよりも多く流れる。また、図10Aに示されるように、センサ110の一方の端部110aと他方の端部110bとの中間の近傍に指200が存在している場合には、図10Bに示されるように、交流電流Iaと交流電流Ibとは略同じとなる。また、図11Aに示されるように、センサ110の他方の端部110bの近傍に指200が存在している場合には、図11Bに示されるように、交流電流Iaよりも、交流電流Ibは多く流れる。従って、交流電流Iaと交流電流Ibとの比率に基づき、センサ110の一方の端部110aから指200までのX方向における距離Xを算出することができる。
ところで、センサ110の一方の端部110aの近傍に指200が存在している場合であっても、図12Aに示されるように、センサ110と指200との距離Yが離れている場合には、図12Bに示されるように交流電流Ia及び交流電流Ibの値がともに低くなり、交流電流Iaと交流電流Ibとの比率も、図9Aに示される状態とは異なる。このため、指200のX方向における正確な位置を検出することができない。具体的には、図9A~図11Bに示されるように、センサ110と指200とが近接している場合には、距離Yを考慮することなく、Ib/Isの値より指200の一方の端部110aからの距離Xを正確に算出することができる。しかしながら、センサ110から指200が離れている状態では、センサ110と指200とが近接している状態と比べて、交流電流Iaと交流電流Ibとの比率が異なるため、一方の端部110aからの正確な距離Xを得ることができない。
例えば、図13に示されるように、センサ110の一方の端部110aの直上となる位置で指200をY方向に動かした場合について考える。この場合において、センサ110の一方の端部110aから指200までの距離Yaとし、センサ110の他方の端部110bから指200までの距離Ybとすると、Yb={L2+(Ya)2}1/2の関係にある。
従って、センサ110の一方の端部110aから指200までの距離Ya1が比較的近い場合には、センサ110の他方の端部110bから指200までの距離Yb1と距離Ya1との差が大きいため、交流電流Iaと交流電流Ibとの比は大きい。センサ110より指200が離れると、センサ110の一方の端部110aから指200までの距離Ya2が長くなり、センサ110の他方の端部110bから指200までの距離Yb2と距離Ya2との差が徐々に小さくなり、交流電流Iaと交流電流Ibとの比も徐々に小さくなる。更に、センサ110より指200が離れると、センサ110の他方の端部110bから指200までの距離Yb3と距離Ya3との差が更に小さくなり、これに伴い、交流電流Iaと交流電流Ibとの比も更に小さくなる。
即ち、距離Yaが小さい場合には、距離Yaと距離Ybの比はセンサ110の端部110a、110bからの指のセンサ面への投影位置の距離の比に近いために、その距離(抵抗値)に応じた交流電流Ia、Ibが流れるので、Ib/Isの値より距離Xを比較的正確に求めることができる。しかしながら、センサ110より指200が離れ距離Yaが大きくなると、静電容量成分の三次元分布の影響が大きくなり、Ib/Isの値より得られた距離Xの値と、実際の距離Xとの間の誤差が大きくなってくる。
このため、本実施の形態においては、距離Yの値に応じた補正係数Eを導入し、X方向における指200の位置について補正を行う。具体的には、距離Yと補正係数Eとの関係は、図14に示される関係にある。即ち、補正するために指と電極間との距離Yaと距離Ybの比に基づいた補正係数Eを導入し、X方向における指の位置について補正を行う。図14は、距離Yに応じた補正係数の一例である。L=100と設定した場合の補正値で、距離Yaに対するYa/(Ya+Yb)の値より補正係数Eを算出している。このとき指200は、図13のようにセンサ110の端部(電極のあるところ)の直上となる位置で距離Yaと距離Ybを求めている。
(操作入力装置による指の位置の検出方法)
次に、本実施の形態における操作入力装置による指の位置の検出方法について図15に基づき説明する。尚、制御部150には、数1に示す式、または、センサ110と指200との間の距離Yと交流電流の和Isとの相関関係に関する情報、図14に示されるような距離Yと補正係数Eとの関係の情報等が予め記憶されているものとする。また、本実施の形態における検出方法の制御等は、制御部150において行われるものとする。
次に、本実施の形態における操作入力装置による指の位置の検出方法について図15に基づき説明する。尚、制御部150には、数1に示す式、または、センサ110と指200との間の距離Yと交流電流の和Isとの相関関係に関する情報、図14に示されるような距離Yと補正係数Eとの関係の情報等が予め記憶されているものとする。また、本実施の形態における検出方法の制御等は、制御部150において行われるものとする。
最初に、ステップ202(S202)において、交流電流Ia、Ibを測定する。具体的には、第1の電流計121により交流電流Iaを測定し、第2の電流計122により交流電流Ibを測定する。
次に、ステップ204(S204)において、交流電流Iaと交流電流Ibより交流電流の和Is(=Ia+Ib)を算出する。
次に、ステップ206(S206)において、交流電流の和Isより、センサ110から指200までの距離Yを算出する。
次に、ステップ208(S208)において、Ib/Isを算出する。具体的には、交流電流Ibを交流電流の和Isで割ることにより、Ib/Isを算出する。本実施の形態においては、Ib/IsをDXと記載する場合がある。
次に、ステップ210(S210)において、距離Yより補正係数Eを算出する。具体的には、ステップ206において得られた距離Yより、制御部150内に記憶されている図14に示されるような距離Yと補正係数Eとの関係に基づき、補正係数Eを算出する。
次に、ステップ212(S212)において、ステップ210において得られた補正係数Eに基づき距離Xを算出する。具体的には、下記の数2に示す式より位置指標Dを算出し、位置指標Dに長さLを掛けることにより、センサ110の一方の端部110aからの距離Xを算出する。尚、位置指標Dは、センサ110の長さ(センサ110の一方の端部110aと他方の端部110bとの間の長さ)Lに対するセンサ110の一方の端部110aからの距離Xの比率X/Lを表している。数式2は、位置指標Dを算出する一例であり、センサ110の両端からの距離が等しくなるセンサ中央(位置指標0.5)と実測した位置指標DXの差の大きさを、補正係数Eを用いて補正して、位置指標Dを算出したものである。
次に、ステップ214(S214)において、指200の2次元座標位置を出力する。この2次元座標位置における距離X及び距離Yは、センサ110の一方の端部110aを基準にした場合の座標位置となる。
以上により、本実施の形態における操作入力装置により指200の2次元位置を得ることができる。
具体的には、ステップ210及びステップ212は、抵抗体であるセンサ110の一方の端部110aから操作体である指200までの距離Yaと、センサ110の他方の端部110bから指までの距離Ybの比に基づき、交流電流Iaと交流電流Ibより交流電流の和Isに対する交流電流Ibの値(Ib/Is)を補正して、センサ110の面に平行な方向における指200の位置を検出している。
上記における指200の2次元位置を検出することを繰り返すことにより、指200が辿った軌跡を検出することができ、指のジェスチャー検出を行うことができる。これにより、指200のジェスチャー入力が可能となる。
本実施の形態においては、図16に示されるように、指200が二点鎖線に示される軌跡を辿るようなドアハンドル100に指200が接触している部分が狭い場合においても、指200の辿った軌跡を正確に検出することができ、指200によるジェスチャー入力が可能となる。
本実施の形態における操作入力装置は、指200の動きを2次元的に検出することができるため、様々なゼスチャー入力を行うことが可能である。
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図17に示されるようにセンサ110の裏側に集積回路160が設置されており、センサ110と集積回路160との間には、シールド電極170が設けられている構造のものである。センサ110とシールド電極170との間には絶縁層171が形成されており、集積回路160は絶縁体により形成された基板172の一方の面172aに設置されており、シールド電極170は基板172の他方の面172bに形成されている。集積回路160には、制御部150等の他、センサ110における検出に用いられる電子回路が設けられている。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図17に示されるようにセンサ110の裏側に集積回路160が設置されており、センサ110と集積回路160との間には、シールド電極170が設けられている構造のものである。センサ110とシールド電極170との間には絶縁層171が形成されており、集積回路160は絶縁体により形成された基板172の一方の面172aに設置されており、シールド電極170は基板172の他方の面172bに形成されている。集積回路160には、制御部150等の他、センサ110における検出に用いられる電子回路が設けられている。
本実施の形態においては、シールド電極170には、第1の交流電源131及び第2の交流電源132より供給される交流と同じ位相であって、同じ電圧の振幅の交流が供給されている。これによりセンサ110の裏面側からのノイズの影響を抑制することができるとともに、ダイナミックレンジを増やすことができるため、センサ110における感度を向上させることができる。
尚、上記以外の内容については、第1または第2の実施の形態と同様である。
実施の形態においては、基板のほぼ端部となるセンサの端部に交流電源を接続した場合について説明したが、センサの途中に接続されてもよい。その場合には、その接続部分が、上記において説明した実施の形態におけるセンサの端部に相当する。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
尚、本国際出願は、2017年9月29日に出願した日本国特許出願第2017-191201号に基づく優先権を主張するものであり、その出願の全内容は本国際出願に援用する。
100 ドアハンドル
110 センサ
110a 一方の端部
110b 他方の端部
121 第1の電流計
122 第2の電流計
131 第1の交流電源
132 第2の交流電源
150 制御部
160 集積回路
170 シールド電極
171 絶縁層
172 基板
200 指
110 センサ
110a 一方の端部
110b 他方の端部
121 第1の電流計
122 第2の電流計
131 第1の交流電源
132 第2の交流電源
150 制御部
160 集積回路
170 シールド電極
171 絶縁層
172 基板
200 指
Claims (7)
- 抵抗体と、
前記抵抗体の一方の端部及び他方の端部に電荷を供給する電源部と、
前記抵抗体に一方の端部に供給される電荷量を測定する第1の電荷量測定部と、
前記抵抗体に他方の端部に供給される電荷量を測定する第2の電荷量測定部と、
前記第1の電荷量測定部及び前記第2の電荷量測定部に接続されている制御部と、
を有し、
前記抵抗体に操作体を近づけた際に、前記抵抗体と前記操作体との間に静電容量が生じ、前記第1の電荷量測定部及び前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量に基づき、前記操作体の位置を検出することを特徴とする操作入力装置。 - 前記第1の電荷量測定部において測定された移動電荷量と前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量の和に基づき前記抵抗体の面に垂直な方向における前記操作体の位置を検出し、
前記移動電荷量の和に対する前記第1の電荷量測定部において測定された移動電荷量の値、または、前記移動電荷量の和に対する前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量の値に基づき前記抵抗体の面に平行な方向における前記操作体の位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の操作入力装置。 - 前記抵抗体の面に垂直な方向における前記操作体の位置は、
前記移動電荷量の和に対する前記第1の電荷量測定部において測定された移動電荷量の値、または、前記移動電荷量の和に対する前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量の値に、前記抵抗体の面に平行な方向における前記操作体の位置に基づく補正を行うことにより算出されるものであることを特徴とする請求項2に記載の操作入力装置。 - 前記抵抗体の一方の端部から前記操作体までの距離と、前記抵抗体の他方の端部から前記操作体までの距離の比に基づき、前記第1の電荷量測定部において測定された移動電荷量と前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量の和に対する前記第2の電荷量測定部において測定された移動電荷量の値を補正して、前記抵抗体の面に平行な方向における前記操作体の位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の操作入力装置。
- 前記抵抗体の一方の端部及び他方の端部には交流電圧が印加されるものであって、
前記抵抗体の一方の端部及び他方の端部に印加される交流電圧は、電圧の振幅及び位相が略同じであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の操作入力装置。 - 前記抵抗体と前記制御部との間には、シールド電極が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の操作入力装置。
- 請求項1から6のいずれかに記載の操作入力装置を有するドアハンドル。
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