(57)【要約】【課題】意匠パネルの厚みが均一でなくても、より正確にタッチ位置を検出するタッチ位置検出装置を提供することにある。【解決手段】制御装置１１の検出部１７は、各電極のそれぞれの静電容量を検出する。制御装置１１の静電容量補正部１３は、メモリ１２に記憶されている各電極の補正係数を基に、上記の静電容量を補正する。タッチ位置演算部１４は、補正後の静電容量に基づき、使用者の指がタッチした位置（タッチ座標）を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
意匠パネルの裏面に複数の電極が敷設され、当該電極から発生している静電容量を基に意匠パネルに対するタッチ位置を検出するタッチ位置検出装置において、
前記電極の静電容量を検出する検出部と、前記意匠パネルの厚さの違いに起因する静電容量のばらつきを無くすための補正係数が予め記憶されたメモリと、当該補正係数を基に、検出値を補正する補正部と、補正後の検出値を基に、タッチ位置を算出するタッチ位置演算部と、を備えたことを特徴とするタッチ位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のタッチ位置検出装置において、
前記補正係数は、意匠パネルの基準となる厚さと、各電極に対応する部位の厚さのとの比により求められるタッチ位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のタッチ位置検出装置において、
前記タッチ位置演算部は、前記各電極の静電容量変化量の荷重平均をとることにより、タッチ位置を検出するタッチ位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タッチ位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非特許文献１、２に示される静電容量式のタッチセンサが知られている。図３に示すように、タッチセンサ１００は、並列に配置された５つのセンサ（電極）１０１ａ〜１０１ｅと、センサ１０１ａ〜１０１ｅを覆うオーバーレイ（たとえば意匠パネル）１０２と、センサ１０１ａ〜１０１ｅの静電容量Ｃｘをデジタルコードに変換するデバイス１０３とを備える。図中に示すように、指がたとえばセンサ１０１ｃに接触したときの静電容量Ｃｘは、自身の浮遊容量Ｃｐに、オーバーレイ１０２に接触している指によって影響を受けた静電容量Ｃｆが加算されたものである。デバイス１０３は、静電容量Ｃｘに比例したデジタルコードに生成する。デバイス１０３は、デジタルコードに基づき、センサ１０１ｃの状態を判定する。すなわち、デバイス１０３はデジタルコードと事前に設定した閾値とを比較することにより、該当するセンサ１０１ｃがタッチされているか否かを判定する。また、タッチセンサ１００は、自身のファームウェアに組み込まれている判定ロジックを実行することにより、オーバーレイ１０２上での指の位置を特定する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】サイプレス社（Ｃｙｐｒｅｓｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、「ＣａｐＳｅｎｓｅ(R)デザインガイド」、第１１頁〜第１３頁、インタネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ．ｃｙｐｒｅｓｓ．ｃｏｍ/？ｄｏｃＩＤ＝３６１６１＞
【非特許文献２】サイプレス社（Ｃｙｐｒｅｓｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、「ＣａｐＳｅｎｓｅ(R)デルタシグマのデータシート  ＣＳＤ  Ｖ１．５０」、第３頁〜第６頁、インタネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ．ｃｙｐｒｅｓｓ．ｃｏｍ/？ｄｏｃＩＤ＝２７３５９＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、図３に示すようなタッチセンサ１００を、たとえば車両用のインストルメントパネルに設けられるスイッチに適用することが検討されている。この場合、タッチスイッチには、設計上、または設置される場所等の理由から様々な外観が求められる。たとえば、インストルメントパネルに合わせて曲面状の外観が要求されることが考えられる。このときには、オーバーレイ１０２の表面を曲面状にする。つまり、オーバーレイ１０２における各センサ１０１ａ〜１０１ｅに対応する部位の厚さはそれぞれ異なる。このため、オーバーレイ１０２に接触している指によって影響を受ける静電容量Ｃｆは、オーバーレイ１０２の厚さが厚いところでは小さく、オーバーレイ１０２の厚さが薄いところでは大きくなる。これにより、オーバーレイ１０２の厚さの厚いところに位置するセンサに指を近づけたとき、デバイス１０３により生成されるデジタルコードは、オーバーレイ１０２の厚さの均一であるときに比べて小さくなる。従って、タッチセンサ１００は、センサの状態またはオーバーレイ１０２上での指の位置を正確に検出できないおそれがあった。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、意匠パネルの厚みが均一でなくても、正確にタッチ位置を判断することができるタッチ位置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】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決するタッチ位置検出装置は、意匠パネルの裏面に複数の電極が敷設され、当該電極から発生している静電容量を基に意匠パネルに対するタッチ位置を検出するタッチ位置検出装置において、前記電極の静電容量を検出する検出部と、前記意匠パネルの厚さの違いに起因する静電容量のばらつきを無くすための補正係数が予め記憶されたメモリと、当該補正係数を基に、検出値を補正する補正部と、補正後の検出値を基に、タッチ位置を算出するタッチ位置演算部と、を備えたこと。
【０００７】
この構成によれば、意匠パネルの厚さの違いに起因する静電容量のばらつきを無くすための補正係数を使用して、検出部により検出される検出値に補正をかける。これにより、補正後の検出値は、意匠パネルの厚さの違いに起因する静電容量のばらつきの影響が排除されたものとなる。この補正後の検出値を使用することによってタッチ位置演算部により算出したタッチ位置と意匠パネルの厚さが均一であるときのタッチ位置とのずれを低減することができる。すなわち、意匠パネルの厚さが均一でなくても、タッチ位置を正確に検出することができる。
【０００８】
上記タッチ位置検出装置について、前記補正係数は、意匠パネルの基準となる厚さと、各電極に対応する部位の厚さのとの比により求められることが好ましい。
この構成によれば、補正部は、意匠パネルの基準となる厚さと、各電極に対応する部位の厚さのとの比により補正係数を算出する。これにより、意匠パネルの厚さによる静電容量のばらつきを最小限にすることで、算出した指の位置と実際のタッチ位置とのずれを無くすことができる。
【０００９】
上記タッチ位置検出装置について、前記タッチ位置演算部は、前記各電極の静電容量変化量の荷重平均をとることにより、タッチ位置を検出することが好ましい。
この構成によれば、タッチ位置演算部は、各電極の静電容量変化量の荷重平均をとることにより、タッチ位置を算出する。この場合であっても、意匠パネル１５の厚さに違いに起因する静電容量のばらつきをなくすことで、算出した指の位置と意匠パネルの厚さが均一であるときのタッチ位置とのずれを低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、意匠パネルの厚みが均一でなくても、正確にタッチ位置を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態におけるタッチ位置検出装置の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態におけるタッチ位置検出装置の補正前および補正後のタッチ座標の関係を示す概略図。
【図３】従来の静電容量式のタッチセンサの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、タッチ位置検出装置を車両用のインストルメントパネルに設けられる静電容量式タッチスイッチに具体化した一実施形態を説明する。
＜構成＞
図１に示すように、タッチスイッチ１０は、意匠パネル１５と、基板１６と、五つの電極０〜４と、制御装置１１とを備えている。
【００１３】
基板１６の上面には、薄板状の電極０〜４が図中の左右方向において、間隔をあけて一列に設けられている。電極０〜４は、基板１６を介して制御装置１１に接続されている。
また、基板１６の上面には、各電極０〜４を覆う意匠パネル１５が設けられている。意匠パネル１５の表面は、上へ凸となる曲面をなすとともに、指などによりタッチ操作される操作面として機能する。また、意匠パネル１５の裏面は、各電極０〜４の上面に固定されている。意匠パネル１５の各電極に対応する部位の厚さＤ０,Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３,Ｄ４の大小関係は、次の通りである。
【００１４】
【数１】
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制御装置１１は、メモリ１２と、静電容量補正部１３と、タッチ位置演算部１４と、検出部１７とを備えている。
【００１５】
検出部１７は、図２に示される各電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４（検出値）をそれぞれ検出可能である。
メモリ１２は、不発揮性のメモリであり、電極０〜４の静電容量の補正係数が予め記憶されている。
【００１６】
静電容量補正部１３は、各電極０〜４に対応する補正係数を使用して、各電極０〜４の静電容量を補正する。
タッチ位置演算部１４は、静電容量補正部１３により補正された静電容量Ｃ０〜Ｃ４に基づき、タッチ座標（タッチ位置）を算出する。なお、具体的な補正係数、各電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４の補正方法およびタッチ座標の算出方法は、後述する。
＜タッチ座標の算出処理＞
次に、タッチスイッチ１０によるタッチ座標を算出するための処理について説明する。
【００１７】
制御装置１１の検出部１７により検出される静電容量Ｃｋは、次の式（２）により表される。
【００１８】
【数２】
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ただし、εは誘電率（本例では、意匠パネル１５の誘電率）、Ｓは面積（本例では、指と電極との接触面積）、Ｄｋは、間隔（本例では、意匠パネル１５の厚さ）である。また、ｋは、電極の番号、すなわち０〜４であり、Ｄｋは、意匠パネル１５の電極０〜４に対する厚さＤ０〜Ｄ４を示す。従って、（式（２））を基に、各電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４をそれぞれ算出することができる。
【００１９】
また、使用者は、意匠パネル１５の表面の異なる位置を同じ指でタッチすることを条件とすると、式（２）の誘電率εおよび面積Ｓは同じであると考えることができる。従って、意匠パネル１５の厚さが小さいほど検出される静電容量は大きく、厚さが大きいほど検出される静電容量が小さくなる。従って、静電容量Ｃ０〜Ｃ４の大小関係は、次の通りである。
【００２０】
【数３】
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タッチ位置演算部１４は、静電容量Ｃ０〜Ｃ４を基に、タッチ座標Ｚｋを算出する。タッチ座標Ｚｋは、次式（４）のように表される。
【００２１】
【数４】
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ただし、式（４）のＴは、定数である。本例では、定数Ｔは１００である。
【００２２】
ここで、図２に示すように、たとえば意匠パネル１５の表面における電極２に対応する部位をタッチしたとき、タッチ位置演算部１４により算出されるタッチ座標Ｚ２は、点線の矢印で示す補正前のタッチ座標となる。すなわち、上述した式（３）に示される静電容量Ｃ０〜Ｃ４のばらつきにより、算出されるタッチ座標Ｚｋと意匠パネル１５の厚さが均一であるときに算出されるタッチ座標（本例では、２００）との間でずれが生じる。このため、本例では、Ｃ０〜Ｃ４を補正する。
【００２３】
次に、意匠パネル１５の厚さが異なるために、生じる静電容量Ｃ０〜Ｃ４のばらつきを無くすための補正方法について説明する。なお、本例では、意匠パネル１５の厚さが一番薄いところの厚さＤ０を基準とし、補正係数Ｍ０〜Ｍ４を算出する。
【００２４】
上述したように、誘電率εおよび接触面積Ｓが同じであることに基づき、補正係数Ｍ１〜Ｍ４を算出することができる。次式（５）に示されるように、補正係数Ｍｋは、意匠パネル１５における電極ｋ（ｋ＝０〜４）に対応する部位の厚さＤｋ（ｋ＝０〜４）と電極０が意匠パネル１５における電極０に対する部位の厚さＤ０の比である。
【００２５】
【数５】
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静電容量補正部１３は、検出部１７により検出された各電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４に対し、メモリ１２に記憶されている各電極０〜４に対応する補正係数Ｍ０〜Ｍ４を適用してそれぞれ静電容量Ｃ０〜Ｃ４の補正を行う。具体的には、次式（６）に示すように、検出された各電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４と、それら電極０〜４に対応する補正係数Ｍ０〜Ｍ４を掛け算することにより補正を行う。
【００２６】
【数６】
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タッチ位置演算部１４は、静電容量補正部１３により補正された後の静電容量Ｃ０〜Ｃ４に基づき、タッチ座標Ｚｋを算出する。
【００２７】
従って、図２に示すように、意匠パネル１５の表面における電極２に対応する部位をタッチしたとき、タッチ位置演算部１４により算出されるタッチ座標Ｚ２は、図中の実線の矢印で示す補正後のタッチ座標となる。言い換えれば、タッチ位置演算部１４により算出されるタッチ座標Ｚ２と意匠パネル１５の厚さが均一であるときのタッチ座標（本例では２００）とが一致するようになる。
【００２８】
このように、意匠パネル１５の厚さが均一でなくても、タッチ位置演算部１４は、補正後の各電極１〜４の静電容量Ｃ１〜Ｃ４を基に、正確にタッチ座標Ｚ０〜Ｚ４を算出することができる。また、意匠パネル１５の厚さが均一であれば、指の接触面積（Ｓ）が同じとして電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４は同一となるため、各電極１〜４の補正係数Ｍ１〜Ｍ４は、すべて１となる（式（４））。よって、上述したタッチ位置の算出方法で意匠パネル１５の厚さが均一であるときでも、タッチ座標Ｚ０〜Ｚ４を正確に算出することができる。
【００２９】
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）制御装置１１の検出部１７は、電極０〜４の静電容量Ｃ０〜Ｃ４を検出する。制御装置１１の静電容量補正部１３は、メモリ１２に記憶されている各補正係数Ｍ０〜Ｍ４を基に、それぞれの静電容量Ｃ０〜Ｃ４に対して補正をかける。タッチ位置演算部１４は、この補正後の静電容量Ｃ０〜Ｃ４に基づき、それぞれのタッチ座標Ｚ０〜Ｚ４を算出する。これにより、意匠パネル１５の厚さに起因するタッチ位置のずれ、すなわち意匠パネル１５の曲面状の表面を指でタッチした位置と意匠パネル１５の厚さが均一であるときのタッチ位置とのずれを無くすことができる。
【００３０】
（２）補正係数は、式（５）で表されるように、意匠パネル１５の厚さＤ０〜Ｄ４と一番薄いところの厚さＤ０との比により算出した。このため、意匠パネル１５における厚さＤ１〜Ｄ４による電極の１〜４から発生している静電容量Ｃ１〜Ｃ４と意匠パネル１５の一番薄い部分に対応する電極０の静電容量Ｃ０との差を、限りなく０に近づけることができる。
【００３１】
（３）タッチ位置演算部１４は、意匠パネル１５の厚さが均一である場合でも厚さが均一でない場合と同様に算出する。これにより、タッチスイッチ１０は、意匠パネル１５の形状に問わず、タッチ位置を正確に算出することができる。
【００３２】
＜他の実施の形態＞
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・本例のタッチ位置演算部１４は、各電極の静電容量変化量の荷重平均をとることにより、タッチ位置を算出してもよい。具体的には、タッチ位置演算部１４は、補正後の電極の荷重平均を基に、タッチ座標を算出する。すなわち、次式（７）によりタッチ座標Ｚｋを算出する。本例の（１）〜（３）と同様な効果が得られる。
【００３３】
【数７】
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・本例および上記の変形例のタッチ位置演算部１４のタッチ位置の算出方法を、次のようにしてもよい。たとえば、各電極０〜４の静電容量ではなく、各電極０〜４の電圧値に基づきタッチ座標を算出してもよい。具体的には、Ｃ／Ｖ変換器を新たに設ける。Ｃ／Ｖ変換器は、静電容量補正部１３により補正された静電容量を電圧に変換して、タッチ位置演算部１４に出力する。タッチスイッチ１０は、Ｃ／Ｖ変換器の電圧値に基づいて、タッチ位置を算出する。これにより、本例の（１）〜（３）と同様な効果が得られる。
【００３４】
・電極０〜４に印加される電圧は、直流電圧、交流電圧またはクロックの信号電圧でもよい。この場合であっても、電極０〜４の静電容量に基づき、タッチ位置を算出できるので、本実施形態の（１）〜（３）と同様な効果が得られる。
【００３５】
・意匠パネル１５の表面形状は、たとえば、半円状、凹み状（下に凸となる曲面）でもよい。また、曲面状でなくてもよい。
・本例のタッチスイッチ１０は、車のインストルメントに設けられるものではなく、他の製品に利用してもよい。たとえば、カーナビケーションシステム、カーオーディオまたは家電製品等の静電式のタッチスイッチに利用してもよい。
【００３６】
・電極の個数および並び方は適宜に変更してもよい。たとえば、電極を円形状に並べてもよい。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に追記する。
【００３７】
（イ）前記検出値を電圧値に変換するＣ／Ｖ変換器を備え、前記タッチ位置演算部は、前記Ｃ／Ｖ変換器により変換された電圧値を基にタッチ位置を算出すること。
この構成によれば、タッチ位置演算部１４は、Ｃ／Ｖ変換器により変換された電圧値に基づいて、タッチ位置（タッチ座標）を算出する。これにより、意匠パネルの厚さが均一でなくても、電圧値に基にタッチ位置を正確に算出することができる。
【符号の説明】
【００３８】
０〜４…電極、Ｃ０〜Ｃ４…静電容量、Ｍ０〜Ｍ４…補正係数、Ｚ０〜Ｚ４…タッチ座標、１０…タッチスイッチ、１１…制御装置、１２…メモリ、１３…静電容量補正部、１４…タッチ位置演算部、１５…意匠パネル、１６…基板、１７…検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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