WO2019135280A1

WO2019135280A1 - タッチパネル装置及びタッチパネル装置のキャリブレーション方法

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Publication number: WO2019135280A1
Application number: PCT/JP2018/000090
Authority: WO
Inventors: 耕輔溝口; 喜代志植田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2019-07-11

Abstract

タッチ検出部（１１）は、静電容量式タッチパネル（２）における各座標の静電容量を検出して容量検出値として出力する。領域特定部（１２）は、タッチ検出部（１１）により検出された各座標の容量検出値に基づいて、静電容量式タッチパネル（２）において操作デバイス（７）が存在する領域を特定する。キャリブレーション制御部（１３）は、領域特定部（１２）による特定結果に基づいて、静電容量式タッチパネル（２）における操作デバイス（７）が存在しない領域のキャリブレーション実行を指示する。キャリブレーション処理部（１４）は、キャリブレーション制御部（１３）の指示に従い、静電容量式タッチパネル（２）における操作デバイス７が存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションする。

Description

タッチパネル装置及びタッチパネル装置のキャリブレーション方法

　この発明は、可動式の操作デバイスが静電容量式タッチパネル上に配置されるタッチパネル装置、及びタッチパネル装置のキャリブレーション方法に関するものである。

　近年、ディスプレイの大型化に伴い、ハードボタン等の物理的なユーザインタフェースは縮小傾向にある。その一方で、物理的なユーザインタフェースに対する根強い要求があることから、新たなユーザインタフェースとして、静電容量式タッチパネルの上に可動式の操作デバイスを配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－１７８６７８号公報

　静電容量式タッチパネル上に操作デバイスが配置された場合、静電容量式タッチパネルのうちの操作デバイスが存在する領域と存在しない領域とでは、静電容量に差が生じる。そのため、静電容量の検出感度を均一化するためにタッチパネル全面をキャリブレーションすると、操作デバイスが存在する領域と存在しない領域とで検出感度に差が生じ、検出感度が不均一になるという課題があった。静電容量式タッチパネルは、キャリブレーションにより検出感度が不均一になると、誤動作してしまう可能性がある。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、可動式の操作デバイスが配置される静電容量式タッチパネルをキャリブレーションすることにより検出感度が不均一になることを防ぐことを目的とする。

　この発明に係るタッチパネル装置は、可動式の操作デバイスが配置される静電容量式タッチパネルと、静電容量式タッチパネルにおける各座標の静電容量を検出して容量検出値として出力するタッチ検出部と、タッチ検出部により検出された各座標の容量検出値に基づいて、静電容量式タッチパネルにおいて操作デバイスが存在する領域を特定する領域特定部と、領域特定部による特定結果に基づいて、静電容量式タッチパネルにおける操作デバイスが存在しない領域のキャリブレーション実行を指示するキャリブレーション制御部と、キャリブレーション制御部の指示に従い、静電容量式タッチパネルにおける操作デバイスが存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションするキャリブレーション処理部とを備えるものである。

　この発明によれば、可動式の操作デバイスが配置される静電容量式タッチパネルのうち、操作デバイスが存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションするようにしたので、可動式の操作デバイスが配置される静電容量式タッチパネルをキャリブレーションすることにより検出感度が不均一になることを防ぐことができる。

実施の形態１に係るタッチパネル装置の構成例を示す側面図である。実施の形態１における操作デバイスの背面の構成例を示す図である。実施の形態１に係るタッチパネル装置の機能ブロック図である。実施の形態１に係るタッチパネル装置のハードウェア構成図である。実施の形態１における静電容量式タッチパネルの容量検出値の変化を説明するグラフである。実施の形態１に係るタッチパネル装置の動作例を示すフローチャートである。実施の形態１におけるキャリブレーション実行領域の特定方法を説明する図である。実施の形態１におけるキャリブレーション実行領域の特定方法を説明する図である。

　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１の構成例を示す側面図である。このタッチパネル装置１は、液晶ディスプレイ等のディスプレイ３の表示面上に、入力デバイスである静電容量式タッチパネル２と意匠面としてのカバーガラス４とが取り付けられた構成である。また、ユーザがディスプレイ３を長い間目視しなくても操作し易くする目的で、カバーガラス４上に、可動式の操作デバイス７が配置されている。ディスプレイ３の背面側には、静電容量式タッチパネル２及びディスプレイ３の動作を制御するための制御基板５が取り付けられている。制御基板５には、プロセッサ６等が実装されている。
　なお、以下では、説明を簡単にするため、静電容量式タッチパネル２と操作デバイス７との間のカバーガラス４について記載を省略する。

　図２は、実施の形態１における操作デバイス７の背面の構成例を示す図である。操作デバイス７は、例えば中央に穴があいた環形状であり、外周部には導電操作部７ａが導体で形成されている。導電操作部７ａは、ユーザが操作デバイス７を移動させる又はその場で回転させる等の操作を行う際に、ユーザの指が接触する部位である。操作デバイス７の背面には、３つ以上の導電接点部７ｂが導体で形成されており、導電操作部７ａと導電接点部７ｂとは導通している。導電接点部７ｂは、操作デバイス７が静電容量式タッチパネル２上に配置された場合、静電容量式タッチパネル２に接触してその位置の静電容量を変化させる。

　なお、操作デバイス７は、図示例に限定されるものではなく、静電容量式タッチパネル２上を移動する構成、かつ、静電容量式タッチパネル２との間の静電容量を変化させる構成であればよい。また、図示例では、操作デバイス７の背面に３つの導電接点部７ｂが等間隔に配置されているが、導電接点部７ｂは等間隔でなくてもよく、また３つ以上配置されていてもよい。さらに、図示しない支持部材によって操作デバイス７が、静電容量式タッチパネル２上を自在に移動可能に支持されていてもよい。

　図３は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１の機能ブロック図である。タッチ検出部１１は、静電容量式タッチパネル２における各座標の静電容量を検出し、容量検出値として領域特定部１２へ出力する。領域特定部１２は、タッチ検出部１１により検出された各座標の容量検出値に基づいて、静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在する領域を特定し、特定結果をキャリブレーション制御部１３へ出力する。また、領域特定部１２は、タッチ検出部１１により検出された各座標の容量検出値に基づいて、ユーザによる操作デバイス７の移動操作又は回転操作等を特定し、特定結果を表示制御部１５へ出力する。キャリブレーション制御部１３は、領域特定部１２の特定結果に基づいて、静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しない領域のキャリブレーション実行を、キャリブレーション処理部１４に指示する。キャリブレーション処理部１４は、キャリブレーション制御部１３の指示に従い、静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションする。表示制御部１５は、領域特定部１２の特定結果に基づいて、ユーザによる操作デバイス７の移動操作又は回転操作等に応じた処理を実行し、実行結果を示す画像をディスプレイ３に表示させる。

　図４は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１のハードウェア構成図である。タッチパネル装置１におけるタッチ検出部１１及びキャリブレーション処理部１４は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の処理回路８により実現される。また、タッチパネル装置１における領域特定部１２、キャリブレーション制御部１３、及び表示制御部１５の各機能は、メモリ９に格納されるプログラムを実行するプロセッサ６により実現される。領域特定部１２、キャリブレーション制御部１３、及び表示制御部１５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９に格納される。プロセッサ６は、メモリ９に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。即ち、タッチパネル装置１は、プロセッサ６により実行されるときに、後述する図６のフローチャートで示されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９を備える。また、このプログラムは、領域特定部１２、キャリブレーション制御部１３、及び表示制御部１５の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

　ここで、プロセッサ６とは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、又はマイクロコンピュータ等のことである。
　メモリ９は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、又はフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク又はフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等の光ディスクであってもよい。

　図５は、実施の形態１における静電容量式タッチパネル２の容量検出値の変化を説明するグラフである。グラフの縦軸はタッチ検出部１１により検出される容量検出値であり、横軸は静電容量式タッチパネル２の状態Ａ～Ｃである。なお、図５の閾値及び破線については後述する。

　静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在しない領域では、容量検出値はほとんどゼロに近い状態となる（状態Ａ）。静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在する領域では、その操作デバイス７の導電操作部７ａにユーザの指が接触していない場合、導電接点部７ｂと静電容量式タッチパネル２との間の静電容量が大きくなるため、タッチ検出部１１による容量検出値もゼロより大きくなる（状態Ｂ）。また、操作デバイス７の導電操作部７ａにユーザの指が接触している場合、導電接点部７ｂと静電容量式タッチパネル２との間の静電容量がさらに大きくなるため、タッチ検出部１１による容量検出値もさらに大きくなる（状態Ｃ）。なお、図示は省略するが、静電容量式タッチパネル２に直接ユーザの指が接触している場合も、容量検出値は、状態Ａ及び状態Ｂと同様に閾値より大きくなる。

　したがって、領域特定部１２は、タッチ検出部１１による３段階の容量検出値の変化に基づいて、静電容量式タッチパネル２の３つの状態変化を判別することができる。また、領域特定部１２は、静電容量式タッチパネル２において状態Ｂまたは状態Ｃの容量検出値が検出された３つの座標、つまり３つの導電接点部７ｂの位置に基づいて、操作デバイス７の移動位置又は回転量等を特定することができる。表示制御部１５は、領域特定部１２により特定された操作デバイス７の移動位置又は回転量等に応じて、ディスプレイ３における画像の表示位置等を制御することができる。また、表示制御部１５は、領域特定部１２により特定された操作デバイス７の移動位置に応じて、ディスプレイ３における操作デバイス７の中央の穴に相当する領域に画像を表示することができる。

　次に、実施の形態１に係るタッチパネル装置１のキャリブレーション方法を説明する。
　例えば、図５に示されるように静電容量式タッチパネル２において状態Ａの領域と状態Ｂ又は状態Ｃの領域とが混在する場合に、キャリブレーション処理部１４が静電容量式タッチパネル２の全面を、容量検出値がゼロになるように、キャリブレーションしたと仮定する。すると、キャリブレーション後の状態Ｂ又は状態Ｃの領域において操作デバイス７が存在しない場合の検出容量値は、破線のような負の値になる。そのため、キャリブレーション後の状態Ｂ又は状態Ｃの領域に、再び操作デバイス７が移動してきた場合、容量検出値がゼロ付近までしか上がらず、検出感度が悪化する。そこで、実施の形態１では、タッチパネル装置１は、静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在する領域はキャリブレーションを実行せず、操作デバイス７が存在しない領域のみキャリブレーションを実行する。

　図６は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１の動作例を示すフローチャートである。
　ステップＳＴ１において、タッチ検出部１１は、静電容量式タッチパネル２における各座標の静電容量を検出し、容量検出値として領域特定部１２へ出力する。

　ステップＳＴ２において、領域特定部１２は、タッチ検出部１１により検出された各座標の容量検出値を、予め定められた閾値と比較する。閾値は、例えば図５に示されるように、静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在しない状態Ａと、静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在する状態Ｂ，Ｃとを判定するための値である。領域特定部１２は、ある座標の容量検出値が閾値未満である場合（ステップＳＴ２“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ３へ進み、閾値以上である場合（ステップＳＴ２“ＮＯ”）、ステップＳＴ４へ進む。

　ステップＳＴ３において、領域特定部１２は、上記座標に操作デバイス７が存在しないと判定し、上記座標をキャリブレーション実行領域と判定する。

　一方、ステップＳＴ４において、領域特定部１２は、上記座標に操作デバイス７が存在すると判定し、上記座標をキャリブレーション非実行領域と判定する。なお、上記座標に直接ユーザの指が接触している場合、又は操作デバイス７の導電操作部７ａにユーザの指が接触している場合も、容量検出値が閾値以上となり、キャリブレーション非実行領域と判定される。

　ステップＳＴ５において、領域特定部１２は、静電容量式タッチパネル２のすべての座標についてステップＳＴ２～ＳＴ４の判定が終了した場合（ステップＳＴ５“ＹＥＳ”）、静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在しないキャリブレーション実行領域の特定結果をキャリブレーション制御部１３へ出力し、ステップＳＴ６へ進む。一方、領域特定部１２は、静電容量式タッチパネル２においてステップＳＴ２～ＳＴ４の判定が終了していない座標がある場合（ステップＳＴ５“ＮＯ”）、ステップＳＴ２へ戻る。

　ステップＳＴ６において、キャリブレーション制御部１３は、領域特定部１２による特定結果に基づいて、静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しないキャリブレーション実行領域のキャリブレーション実行を指示する。

　ステップＳＴ７において、キャリブレーション処理部１４は、キャリブレーション制御部１３の指示に従い、静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しないキャリブレーション実行領域の静電容量の検出感度が均一になるようにキャリブレーションする。

　なお、タッチパネル装置１は、例えば、タッチパネル装置１が起動した直後に図６のフローチャートに示される動作を行い、キャリブレーション処理部１４によるキャリブレーションを実行させることが好ましい。

　また、静電容量式タッチパネル２の静電容量は、時間と共に変化するため、タッチパネル装置１は、図６のフローチャートに示される動作を定期的に行い、キャリブレーション処理部１４によるキャリブレーションを定期的に実行させることが好ましい。

　また、静電容量式タッチパネル２の静電容量は、操作デバイス７により変化するため、操作デバイス７が移動した後、操作デバイス７が存在していた領域をキャリブレーションすることが好ましい。そこで、タッチパネル装置１は、図６のフローチャートに示される動作を、操作デバイス７が停止したタイミングで行い、キャリブレーション処理部１４によるキャリブレーションを随時実行させる。
　具体的には、キャリブレーション制御部１３は、操作デバイス７が同一領域に予め定められた時間（例えば、１秒）停止し続けた場合、キャリブレーション処理部１４に対してキャリブレーション実行を指示する。
　または、領域特定部１２が、静電容量式タッチパネル２の全領域を予め複数の小領域に分割しておく。そして、領域特定部１２は、操作デバイス７がある小領域から別の小領域へ移動した場合、移動前の小領域をキャリブレーション実行領域と判定し、それ以外の小領域をキャリブレーション非実行領域と判定する。キャリブレーション制御部１３は、キャリブレーション処理部１４に対してキャリブレーション実行を指示する。

　また、静電容量式タッチパネル２の静電容量は、温度変化により変化するため、静電容量式タッチパネル２の温度変化が予め定められた温度変化以上になった場合、キャリブレーションを実行することが好ましい。静電容量式タッチパネル２の温度は、例えば、制御基板５に実装されたサーミスタ等の温度センサにより検出され、キャリブレーション制御部１３へ出力される。キャリブレーション制御部１３は、例えば、タッチパネル装置１が起動した時点から現時点までの温度変化が予め定められた温度変化（例えば、５度）以上になった場合、キャリブレーション処理部１４に対して現時点のキャリブレーション実行領域のキャリブレーション実行を指示する。

　次に、キャリブレーション実行領域の特定方法について例を説明する。
　図７は、実施の形態１におけるキャリブレーション実行領域の特定方法を説明する図である。図７において、二点鎖線２０，２１，２２は、容量検出値が同じである等高線を意味している。二点鎖線２０，２１，２２のうち、二点鎖線２０内の容量検出値が最も大きく、二点鎖線２２内の容量検出値が最も小さい。

　例えば、ステップＳＴ２の閾値として二点鎖線２２の容量検出値が設定された場合、領域特定部１２は、二点鎖線２２の内側の領域を操作デバイス７が存在するキャリブレーション非実行領域と判定し、二点鎖線２２の外側の領域を操作デバイス７が存在しないキャリブレーション実行領域と判定する。

　また、例えば、領域特定部１２は、３つの二点鎖線２２の外周をつなぐ形状の領域２３を特定し、領域２３の外側の斜線領域をキャリブレーション実行領域と判定してもよい。

　図８は、実施の形態１におけるキャリブレーション実行領域の特定方法を説明する図である。この例では、ステップＳＴ２の閾値として、図７の二点鎖線２０の容量検出値が設定される。領域特定部１２は、この閾値を用いて、静電容量式タッチパネル２のうちの３つの導電接点部７ｂが接触している３つの領域を特定する。そして、領域特定部１２は、特定した３つの領域を通る円２４を求め、円２４の外側の所定幅２５及び内側の所定幅２６の領域をキャリブレーション非実行領域と判定し、それ以外の斜線領域をキャリブレーション実行領域と判定する。

　以上のように、実施の形態１に係るタッチパネル装置１は、静電容量式タッチパネル２と、タッチ検出部１１と、領域特定部１２と、キャリブレーション制御部１３と、キャリブレーション処理部１４とを備える。静電容量式タッチパネル２上には、可動式の操作デバイス７が配置される。タッチ検出部１１は、静電容量式タッチパネル２における各座標の静電容量を検出して容量検出値として出力する。領域特定部１２は、タッチ検出部１１により検出された各座標の容量検出値に基づいて、静電容量式タッチパネル２において操作デバイス７が存在する領域を特定する。キャリブレーション制御部１３は、領域特定部１２による特定結果に基づいて、静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しない領域のキャリブレーション実行を指示する。キャリブレーション処理部１４は、キャリブレーション制御部１３の指示に従い、静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションする。この構成により、タッチパネル装置１は、可動式の操作デバイス７が配置される静電容量式タッチパネル２をキャリブレーションすることにより検出感度が不均一になることを防ぐことができる。

　また、実施の形態１に係るタッチパネル装置１は、操作デバイス７が同一領域に予め定められた時間停止し続けた場合、キャリブレーション処理部１４により静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しない領域のキャリブレーションが実行される。これにより、操作デバイス７により変化する静電容量式タッチパネル２の静電容量を、随時キャリブレーションすることができる。

　また、実施の形態１に係るタッチパネル装置１は、静電容量式タッチパネル２の温度変化が予め定められた温度以上である場合、キャリブレーション処理部１４により静電容量式タッチパネル２における操作デバイス７が存在しない領域のキャリブレーションが実行される。これにより、温度変化により変化する静電容量式タッチパネル２の静電容量を、随時キャリブレーションすることができる。

　なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、又は実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明に係るタッチパネル装置は、ユーザがディスプレイを見ることなく操作デバイスにより入力操作を行うことができるので、車両に搭載されるタッチパネル装置等に用いるのに適している。

　１　タッチパネル装置、２　静電容量式タッチパネル、３　ディスプレイ、４　カバーガラス、５　制御基板、６　プロセッサ、７　操作デバイス、７ａ　導電操作部、７ｂ　導電接点部、８　処理回路、９　メモリ、１１　タッチ検出部、１２　領域特定部、１３　キャリブレーション制御部、１４　キャリブレーション処理部、１５　表示制御部。

Claims

　可動式の操作デバイスが配置される静電容量式タッチパネルと、
　前記静電容量式タッチパネルにおける各座標の静電容量を検出して容量検出値として出力するタッチ検出部と、
　前記タッチ検出部により検出された各座標の容量検出値に基づいて、前記静電容量式タッチパネルにおいて前記操作デバイスが存在する領域を特定する領域特定部と、
　前記領域特定部による特定結果に基づいて、前記静電容量式タッチパネルにおける前記操作デバイスが存在しない領域のキャリブレーション実行を指示するキャリブレーション制御部と、
　前記キャリブレーション制御部の指示に従い、前記静電容量式タッチパネルにおける前記操作デバイスが存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションするキャリブレーション処理部とを備えることを特徴とするタッチパネル装置。
　前記操作デバイスが同一領域に予め定められた時間停止し続けた場合、前記キャリブレーション処理部により前記静電容量式タッチパネルにおける前記操作デバイスが存在しない領域のキャリブレーションが実行されることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル装置。
　前記静電容量式タッチパネルの温度変化が予め定められた温度変化以上である場合、前記キャリブレーション処理部により前記静電容量式タッチパネルにおける前記操作デバイスが存在しない領域のキャリブレーションが実行されることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル装置。
　可動式の操作デバイスが配置される静電容量式タッチパネルを備えるタッチパネル装置のキャリブレーション方法であって、
　タッチ検出部が、前記静電容量式タッチパネルにおける各座標の静電容量を検出して容量検出値として出力するステップと、
　領域特定部が、前記タッチ検出部により検出された各座標の容量検出値に基づいて、前記静電容量式タッチパネルにおいて前記操作デバイスが存在する領域を特定するステップと、
　キャリブレーション制御部が、前記領域特定部による特定結果に基づいて、前記静電容量式タッチパネルにおける前記操作デバイスが存在しない領域のキャリブレーション実行を指示するステップと、
　キャリブレーション処理部が、前記キャリブレーション制御部の指示に従い、前記静電容量式タッチパネルにおける前記操作デバイスが存在しない領域の静電容量の検出感度をキャリブレーションするステップとを備えることを特徴とするタッチパネル装置のキャリブレーション方法。