(57)【要約】【課題】誤検出を抑制できる車両用操作検出装置を提供する。【解決手段】ユーザに操作される操作面１１を備えた操作板１０と、操作板１０に配置され、操作板１０の厚さ方向変位により操作板１０とともに移動する操作側電極２１と、操作側電極２１に対向して配置され、かつ、操作側電極２１よりも操作板１０から離れた位置配置されている下側電極５１と、下側電極５１を、グランドに接続されることで電位が安定している安定電極とする状態と、下側電極５１を浮遊電極とする状態とに切り替える切替部９１と、下側電極５１が浮遊電極になっている状態で、操作側電極２１に生じる静電容量を検出して、操作面１１に対するタッチ操作を検出するタッチ検出部９２と、下側電極５１が安定電極になっている状態で操作側電極２１に生じる静電容量と押圧閾値との比較に基づいて、操作板１０に対する押圧操作を検出する押圧検出部９３とを備える。【選択図】図２
2020092022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザに操作される操作面（１１）を備えた操作板（１０）と、
前記操作板に配置され、前記操作板の厚さ方向変位により前記操作板とともに移動する操作側電極（２１）と、
前記操作側電極に対向して配置され、かつ、前記操作側電極よりも前記操作板から離れた位置に配置されている下側電極（５１）と、
前記下側電極を、グランドおよび電源のいずれかに接続されることで電位が安定している安定電極とする状態と、前記下側電極を浮遊電極とする状態とに切り替える切替部（９１）と、
前記下側電極が前記浮遊電極になっている状態で、前記操作側電極に生じる静電容量に基づいて、前記操作面に対するタッチ操作を検出するタッチ検出部（９２）と、
前記下側電極が前記安定電極になっている状態で前記操作側電極に生じる静電容量と押圧閾値との比較に基づいて、前記操作板に対する押圧操作を検出する押圧検出部（９３）とを備える車両用操作検出装置。
【請求項２】
前記下側電極が前記操作側電極よりも大きい、請求項１に記載の車両用操作検出装置。
【請求項３】
前記操作側電極を複数備え、
前記下側電極は、複数の前記操作側電極に対向する大きさである、請求項２に記載の車両用操作検出装置。
【請求項４】
前記切替部は、前記下側電極を、前記安定電極と前記浮遊電極に周期的に切り替える請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用操作検出装置。
【請求項５】
前記切替部は、前記タッチ検出部が前記タッチ操作を検出していないときは、前記下側電極を前記浮遊電極とし、前記タッチ検出部が前記タッチ操作を検出した後に、前記下側電極を前記安定電極とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用操作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
車両用操作検出装置に関し、特に、誤検出を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザにより操作されたことを検出する操作検出装置として、静電容量式のタッチパネルと感圧センサとを備えた装置が知られている。特許文献１には、静電容量式のタッチパネルの四隅に感圧センサを備えた構成が開示されている。静電容量式のタッチパネルと感圧センサとを備えることで、タッチパネルによりユーザの選択操作を検出し、感圧センサにより、決定操作のためにユーザが行う押圧操作を検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４９３７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この操作検出装置が車両に搭載された場合、ユーザが選択操作をしているときに車両に振動が生じ、その振動により感圧センサが備える一対の電極間の距離が変化する可能性がある。そのため、ユーザとしては、選択操作をしただけのつもりが、振動により、感圧センサが備える一対の電極間距離が減少して、押圧操作が検出されてしまうという誤検出の恐れがあった。
【０００５】
本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、静電容量式のタッチパネルと感圧センサとを備え、誤検出を抑制できる車両用操作検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
上記目的を達成するための１つの開示は、
ユーザに操作される操作面（１１）を備えた操作板（１０）と、
操作板に配置され、操作板の厚さ方向変位により操作板とともに移動する操作側電極（２１）と、
操作側電極に対向して配置され、かつ、操作側電極よりも操作板から離れた位置に配置されている下側電極（５１）と、
下側電極を、グランドおよび電源のいずれかに接続されることで電位が安定している安定電極とする状態と、下側電極を浮遊電極とする状態とに切り替える切替部（９１）と、
下側電極が浮遊電極になっている状態で、操作側電極に生じる静電容量に基づいて、操作面に対するタッチ操作を検出するタッチ検出部（９２）と、
下側電極が安定電極になっている状態で操作側電極に生じる静電容量と押圧閾値
との比較に基づいて、操作板に対する押圧操作を検出する押圧検出部（９３）とを備える車両用操作検出装置である。
【０００８】
この車両用操作検出装置では、切替部により、下側電極を、安定電極と浮遊電極に切り替える。下側電極が安定電極になっている状態では、操作側電極の静電容量は、主として、操作側電極と下側電極の間の静電容量を表す。下側電極の電位が安定しているため、操作側電極と下側電極に電荷が蓄積されやすいからである。そこで、押圧検出部は、下側電極が安定電極になっているときに、操作側電極に生じる静電容量を押圧閾値と比較して操作板に対する押圧操作を検出する。
【０００９】
しかも、下側電極が安定電極になっていると静電容量が大きくなる。したがって、車両に生じる種々の振動がこの車両用操作検出装置に伝達されることにより操作側電極と下側電極との間の距離が変動したとしても、それによっては超えにくい押圧閾値を設定することが容易になる。よって、振動による誤検出を抑制することができる。
【００１０】
一方、下側電極が浮遊電極になっていると、下側電極の電位が安定しないため、操作側電極と下側電極との間に発生する静電容量が大きくなりにくい。その結果、操作側電極の静電容量から、操作側電極と指との間の静電容量の変化を検出しやすい。そこで、タッチ検出部は、下側電極が浮遊電極になっている状態で、操作側電極に生じる静電容量を検出して、操作面に対するタッチ操作を検出する。
【００１１】
このように、この車両用操作検出装置は、操作側電極と対向する下側電極を、浮遊電極と安定電極に切り替えることで、タッチ操作と押圧操作とを検出でき、かつ、押圧操作の誤検出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の車両用操作検出装置１の操作面１１を示す図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII-III線断面図である。
【図４】制御回路９０が実行する処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態の車両用操作検出装置１の操作面１１を示す図である。車両用操作検出装置１は、たとえば、車室内のダッシュボードに設置されて、エアコンなどの車載機器をユーザが操作するための装置として用いられる。
【００１４】
操作面１１には、ユーザが機能を選択するための図形が示されている。本実施形態では、具体的な機能は省略し、機能Ａ、機能Ｂ、機能Ｃ、機能Ｄとしている。操作面１１には、それらの機能を示す文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが示されている。機能を示す文字は印刷等により形成されている。
【００１５】
文字の周囲にある破線は、図２、図３に示す操作側電極２１が背面に存在する部分である。操作側電極２１は、タッチセンサおよび感圧センサとして機能する電極である。操作側電極２１がタッチセンサとして機能している状態で、操作面１１において操作側電極２１が背面にある部分をユーザがタッチ操作すると、タッチ操作された部分に対応する機能が選択される。そして、この選択状態、かつ、操作側電極２１が感圧センサとして機能している状態で、押圧操作がされると、選択中の機能に対して確定操作がされたことになる。操作側電極２１が、タッチセンサおよび感圧センサとして機能する際の電気的作動は後述する。
【００１６】
図２に図１のII−II線断面図を示し、図３に図１のIII-III線断面図を示す。操作面１１は操作板１０の表面である。操作板１０は、樹脂あるいはガラスすなわち誘電材料製である。また、少なくとも、機能を選択するための文字が表示されている部分は、光が透過可能になっている。
【００１７】
操作板１０は平板状であり、操作板１０の裏面には樹脂製かつ透明の基板２０が固定されている。この基板２０に操作側電極２１が配置されている。また、操作側電極２１を構成する電極は透明である。この電極としては、ＩＴＯやＰＥＤＯＴを用いることができる。
【００１８】
操作板１０は、弾性体である支持ゴム体３０を介して上側支持板４０に支持されている。そのため、ユーザにより押圧操作されると、操作板１０はその厚さ方向に変位する。操作板１０の裏面に位置する操作側電極２１は、操作板１０の変位により移動する。
【００１９】
下側電極５１は、上側支持板４０上において、空間を隔てて各操作側電極２１に対向して配置されている。下側電極５１は、蒸着などにより上側支持板４０に形成されている。操作側電極２１は操作面１１に示された機能に対応して複数備えられているのに対して、下側電極５１は、本実施形態では１つのみである。この下側電極５１は、全部の操作側電極２１に対向する大きさである。下側電極５１の平面形状は、本実施形態では、操作側電極２１と同じ、すなわち矩形形状である。下側電極５１にも透明電極が用いられ、また、上側支持板４０も、少なくとも、操作面１１において文字が表示されている部分は、光が透過可能になっている。
【００２０】
上側支持板４０の下側には、下側支持板６０が配置されている。下側支持板６０と上側支持板４０は連結部材７０により連結されている。なお、上側支持板４０、下側支持板６０の厚さ方向が上下方向であり、下側支持板６０から上側支持板４０へ向かう方向が上方向である。
【００２１】
下側支持板６０には、各操作側電極２１に対向する位置に発光素子であるＬＥＤ８０が配置されている。ＬＥＤ８０は操作側電極２１がタッチセンサとして機能してタッチ操作が検出された場合に、タッチ操作が検出されたことを示すために、点灯状態が変化する。たとえば、タッチ操作がされた操作側電極２１に対応したＬＥＤ８０を消灯から点灯に変化させる。あるいは、タッチ操作を検出する前から全部のＬＥＤ８０を低めの輝度で点灯させておき、タッチ操作を検出した場合、タッチ操作を検出した操作側電極２１に対応するＬＥＤ８０の輝度をそれまでよりも高くしてもよい。
【００２２】
図２に示すように、車両用操作検出装置１は制御回路９０を備える。各操作側電極２１および各下側電極５１は、制御回路９０と接続されている。また、制御回路９０が、各操作側電極２１の静電容量を検出する。
【００２３】
制御回路９０は、少なくとも１つのプロセッサを備えた構成により実現できる。たとえば、制御回路９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えたコンピュータにより実現できる。ＲＯＭには、汎用的なコンピュータを制御回路９０として機能させるためのプログラムが格納されている。ＣＰＵが、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、制御回路９０は、切替部９１と、タッチ検出部９２と、押圧検出部９３としての機能を実現する。これらの機能が実行されることは、プログラムに対応する方法が実行されることを意味する。
【００２４】
また、制御回路９０は、専用のハードウェア論理回路により実現されてもよいし、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。ハードウェア論理回路は、たとえば、ＡＳＩＣ（Application-Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である。
【００２５】
切替部９１は、下側電極５１をグランドに接続する状態と、下側電極５１とグランドを電気的に切断して下側電極５１を浮遊電極にする状態とを切り替える。本実施形態では、切り替えは一定周期で行う。下側電極５１がグランドに接続された状態では、下側電極５１の電位は０Ｖで安定状態になる。この状態の下側電極５１を安定電極とする。切替部９１は、グランドと下側電極５１との間の電気経路上にある、トランジスタ等のスイッチと、そのスイッチのオンオフ状態を制御するスイッチ制御部とを備えた構成とすることができる。
【００２６】
タッチ検出部９２は、下側電極５１が浮遊電極になっている状態で、操作側電極２１に生じる静電容量を検出する。そして、検出した静電容量がタッチ閾値を超えた場合に、タッチ操作を検出したとする。タッチ操作を検出した場合、タッチ操作を検出した操作側電極２１に対応するＬＥＤ８０の点灯状態を、タッチ操作を検出したことを示す点灯状態とする。タッチ閾値の大きさは、実験等に基づき事前に設定する。
【００２７】
下側電極５１を浮遊電極にしてタッチ操作を検出する理由は、下側電極５１がグランドに接続されている場合、下側電極５１と操作側電極２１との間に生じる静電容量が大きいため、操作側電極２１と指との間に生じる静電容量の変化が分かりにくいからである。一方、下側電極５１が浮遊電極になっている場合には、下側電極５１がグランドに接続されている場合に比較して、下側電極５１と操作側電極２１との間に生じる静電容量は小さい。そこで、タッチ検出部９２は、下側電極５１が浮遊電極になっている状態で、操作側電極の静電容量を検出するのである。静電容量の変化によりタッチ操作を検出するので、操作側電極２１は静電容量式のタッチセンサとして機能している。
【００２８】
押圧検出部９３は、タッチ検出部９２とは反対に、下側電極５１がグランドに接続されている状態で、操作側電極２１に生じる静電容量を検出する。ここでの操作側電極２１は、タッチ検出部９２がタッチ操作を検出した電極である。そして、その静電容量と押圧閾値を比較し、静電容量が押圧閾値を超えた場合に、タッチ操作があった部分への押圧操作があったことを検出する。押圧閾値も、タッチ閾値と同様、実験等に基づき事前に設定する。
【００２９】
すでに説明したように、下側電極５１がグランドに接続されている場合、下側電極５１と操作側電極２１との間に生じる静電容量が大きくなる。また、操作面１１が押し込み操作されると、操作側電極２１と下側電極５１の間隔が変化し、操作側電極２１と下側電極５１との間の静電容量が変化する。そこで、押圧検出部９３は、下側電極５１がグランドに接続されている状態で操作側電極２１に生じる静電容量を検出するのである。押圧検出部９３が押圧操作を検出しているとき、操作側電極２１と下側電極５１は、静電容量式の感圧センサの構成要素として機能する。
【００３０】
図４に制御回路９０が実行する処理を示す。制御回路９０は図４に示す処理を、通電中、常時実行する。図４において、ステップ（以下、ステップを省略）Ｓ１〜Ｓ４は切替部９１が実行し、Ｓ５はタッチ検出部９２または押圧検出部９３が実行し、Ｓ６〜Ｓ９はタッチ検出部９２が実行し、Ｓ１０〜Ｓ１２は押圧検出部９３が実行する。
【００３１】
Ｓ１では、電極状態の切替タイミングか否かを判断する。切替タイミングは、前回、電極状態を切り替えてから切替周期が経過した時点である。切替周期は任意に設定でき、たとえば、１００ミリ秒である。
【００３２】
Ｓ１の判断結果がＹＥＳであればＳ２に進む。Ｓ２では、下側電極５１の現在の状態が浮遊電極か否かを判断する。Ｓ２の判断結果がＹＥＳであればＳ３に進む。Ｓ３では、下側電極５１をグランドに接続する。Ｓ２の判断結果がＮＯであればＳ４に進む。Ｓ４では、下側電極５１を浮遊電極とする。
【００３３】
Ｓ３あるいはＳ４を実行した場合、または、Ｓ１の判断結果がＮＯであった場合にはＳ５に進む。Ｓ５では、操作側電極２１の静電容量を検出する。続くＳ６では、下側電極５１は浮遊電極になっているか否かを判断する。Ｓ６の判断結果がＹＥＳであればＳ７に進む。Ｓ７では、Ｓ５で検出した静電容量がタッチ閾値を超えているか否かを判断する。Ｓ７の判断結果がＹＥＳであればＳ８に進む。Ｓ８では、タッチ操作検出中にする。タッチ操作検出中は、タッチ操作に対応するＬＥＤ８０を、タッチ操作を検出したことを示す点灯状態とする。Ｓ７の判断結果がＮＯであればＳ９に進む。Ｓ９では、タッチ操作なしとする。
【００３４】
Ｓ８あるいはＳ９を実行した場合、またはＳ６の判断結果がＮＯであった場合にはＳ１０に進む。Ｓ１０では、タッチ操作検出中であるか否かを判断する。Ｓ１０の判断結果がＹＥＳであればＳ１１に進む。Ｓ１１では、Ｓ５で検出した静電容量が押圧閾値を超えているか否かを判断する。Ｓ１１の判断がＹＥＳであればＳ１２に進む。Ｓ１２では、操作確定とする。その後、Ｓ１に戻る。これに対して、Ｓ１０の判断結果がＮＯであった場合、Ｓ１１の判断結果がＮＯであった場合には、操作確定とはせずにＳ１へ戻る。
【００３５】
［実施形態のまとめ］
本実施形態の車両用操作検出装置１は、切替部９１により、下側電極５１を、グランドに接続された状態と浮遊電極に切り替える。下側電極５１が浮遊電極となっている状態では、下側電極５１と操作側電極２１との間の静電容量が相対的に小さいため、操作面１１がタッチ操作された場合の静電容量の変化を検出しやすい。そこで、タッチ検出部９２は、下側電極５１が浮遊電極となっている状態で操作側電極２１に生じる静電容量に基づいて、操作面１１において操作側電極２１の上部にある部分がタッチ操作されたことを検出する。このようにすることで、タッチ操作を精度よく検出できる。
【００３６】
タッチ操作を検出した場合には、そのことをＬＥＤ８０の点灯状態の変化により示す。これにより、振動が生じて手元がずれてしまう恐れがある車両内でも、決定操作である押圧操作前に、ユーザは、自分が決定操作をしようとしている機能を、正しく選択しているかを確認できる。
【００３７】
そして、押圧検出部９３は、下側電極５１がグランドに接続されている状態で、操作側電極２１に生じる静電容量を押圧閾値と比較して操作板１０に対する押圧操作を検出する。下側電極５１がグランドに接続されている状態では、下側電極５１と操作側電極２１との間の静電容量が大きくなるので、押圧操作されたときの静電容量が大きくなる。そのため、押圧閾値を大きくすることができる。
【００３８】
押圧閾値を大きくできることから、車両に生じる種々の振動がこの車両用操作検出装置１に伝達されることにより操作側電極２１と下側電極５１との間の距離が変動したとしても、それによっては超えにくい押圧閾値を設定することが容易になる。よって、振動による誤検出を抑制することができる。
【００３９】
このように、この車両用操作検出装置１は、下側電極５１を、浮遊電極とグランドに接続された状態とに切り替えることで、タッチ操作を精度よく検出でき、かつ、押圧操作の誤検出を抑制できる。
【００４０】
また、この車両用操作検出装置１では、操作側電極２１よりも下側電極５１を大きくしている。静電容量をＣ、誘電率をε、電極の面積をＳ、電極間の距離をｄとすると、Ｃ＝εＳ／ｄである。したがって、操作側電極２１よりも下側電極５１を大きくすると、操作側電極２１と下側電極５１とを同じ大きさにしている場合と比較して、静電容量を同じにするのであれば、操作側電極２１と下側電極５１との間の距離を大きくできる。
【００４１】
操作側電極２１と下側電極５１との間の距離を大きくすると静電容量が大きくなるので、これによっても、車両に生じる振動によっては超えにくい押圧閾値を設定しやすくなる。よって、振動による誤検出をより抑制することができる。
【００４２】
以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
【００４３】
＜変形例１＞
実施形態では、下側電極５１の電極状態を周期的に切り替えていた。しかし、これに限られない。タッチ検出部９２がタッチ操作を検出していないときは、下側電極５１を浮遊電極としたままとし、タッチ検出部９２がタッチ操作を検出したことにより、下側電極５１をグランドに接続してもよい。
【００４４】
押圧操作は、タッチ操作を検出した後の確定操作であることから、タッチ操作を検出するまでは、押圧操作を検出する必要がない。したがって、このようにすれば、不必要なときに押圧操作を検出する処理を実行してしまわないようにできる。
【００４５】
また、一度、タッチ操作を検出した後は、押圧操作をする可能性が高いので、下側電極５１をグランドに接続した状態を継続する。そして、押圧操作を検出するか、押圧操作がされないと判断できた場合に、下側電極５１を浮遊電極に戻す。このようにすれば、押圧操作を検出するまで、下側電極５１が浮遊電極に戻らないので、迅速な押圧検出が可能になる。押圧操作がされないと判断できた場合とは、たとえば、下側電極５１をグランドに接続した後、一定期間、操作側電極２１の静電容量がノイズ変動レベルを超えた変化をしない場合である。
【００４６】
＜変形例２＞
実施形態では、下側電極５１を安定電極にする場合、下側電極５１をグランドに接続していた。しかし、これに代えて、下側電極５１を電源に接続してもよい。
【００４７】
＜変形例３＞
実施形態では、下側電極５１は１つであった。しかし、下側電極５１の数は１つに限られない。下側電極５１の数は複数であってもよい。複数の下側電極５１が、それぞれいずれかの操作側電極２１に対応していれば、下側電極５１の数は、操作側電極２１と同数、あるいは、操作側電極２１よりも少ない複数とすることもできる。
【符号の説明】
【００４８】
１：車両用操作検出装置      １０：操作板        １１：操作面      ２０：基板      ２１：操作側電極      ３０：支持ゴム体      ４０：上側支持板      ５０：感圧センサ      ５１：下側電極      ６０：下側支持板      ７０：連結部材      ８０：ＬＥＤ      ９０：制御回路      ９１：切替部      ９２：タッチ検出部      ９３：押圧検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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