(57)【要約】【課題】タッチセンサにおける応答性を向上させる入力装置及び制御装置を提供する。【解決手段】第１の方向に沿って複数の電極２２が配置されたセンシングユニット２と、少なくともセンシングユニット２の操作面２１を撮像領域とする撮像装置としてのカメラ３と、センシングユニット２の電極２２での検出結果を基に、第１の方向における指示対象物１０の操作面２１への接触又は近接位置を検出し、カメラ３で撮像した画像を基に、第１の方向と交差する第２の方向における指示対象物１０の接触又は近接位置を検出する制御部４と、を備えた。【選択図】図１
2018156534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って複数の電極が配置されたセンシングユニットと、
少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置と、
前記センシングユニットの電極での検出結果を基に、前記第１の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記撮像装置で撮像した画像を基に、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、
入力装置。
【請求項２】
前記電極は、前記第２の方向に延びる長尺形状に形成されている、
請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記撮像装置で撮像した画像を基に、前記操作面と直交する第３の方向における前記操作面と前記指示対象物との距離を検出し、当該距離が規定距離以下である場合、前記電極の駆動を許可する駆動判定部を有する、
請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
第１の方向に沿って複数の電極が配置されたセンシングユニットから、前記複数の電極で検出した検出信号を取得する信号取得部と、
少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置からの画像信号を取得する画像取得部と、
前記信号取得部で取得した検出信号を基に、前記第１の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記画像取得部で取得した画像信号を基に、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、
制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指等の指示対象物の接触又は近接を検出する入力装置及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の入力装置として、静電容量式のタッチセンサが知られている。静電容量式のタッチセンサとしては、縦横に２次元状に配置された複数の電極を有し、これら複数の電極を順次駆動（走査）し、各電極の自己静電容量または隣り合う電極間の相互静電容量の変化を検出することで、指等のタッチ位置を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、縦横に２次元状に電極を配置したタッチセンサでは、電極数が多く、走査時間が長くなってしまう。そのため、応答性が低下してしまうという課題がある。
【０００５】
また、上述のタッチセンサでは、縦横に２次元状に電極を配置しているために、構造が複雑でありコストが高くなってしまうという課題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、タッチセンサにおける応答性を向上させる入力装置及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１の方向に沿って複数の電極が配置されたセンシングユニットと、少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置と、前記センシングユニットの電極での検出結果を基に、前記第１の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記撮像装置で撮像した画像を基に、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、入力装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、第１の方向に沿って複数の電極が配置されたセンシングユニットから、前記複数の電極で検出した検出信号を取得する信号取得部と、少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置からの画像信号を取得する画像取得部と、前記信号取得部で取得した検出信号を基に、前記第１の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記画像取得部で取得した画像信号を基に、前記第１の方向と交差する第２の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、制御装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、タッチセンサにおける応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、本実施の形態に係る入力装置の概略構成図であり、（ｂ）は入力装置が備えるカメラとセンシングユニットの側面図である。
【図２】（ａ）はセンシングモジュールの概略構成図、（ｂ）はセンシングモジュールが備える駆動検出部の概略構成図である。
【図３】カメラの撮像画像の一例を示す図である。
【図４】入力装置の制御フローを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１２】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、入力装置１は、センシングユニット２と、撮像装置としてのカメラ３と、制御部４と、を備えている。
【００１３】
入力装置１は、例えば車両に搭載され、ナビゲーション装置や空調装置、音楽及び映像再生装置等の操作を行うために用いられる。
【００１４】
（センシングユニット２の説明）
センシングユニット２は、指示対象物１０の操作面２１への接触又は近接を検出する静電容量式のタッチパッドである。本実施の形態では、センシングユニット２は、操作面２１に平行な第１の方向に沿って複数の電極２２が配置され、各電極２２の自己静電容量又は隣り合う電極２２間の相互静電容量を検出可能に構成されている。
【００１５】
本実施の形態では、一例として、各電極２２の自己静電容量（以下、自己容量という）を検出する場合について説明する。また、以下の説明では、第１の方向（電極２２の配列方向）をＹ方向と呼称し、操作面２２に平行でかつ第１の方向と直交する第２の方向をＸ方向と呼称し、操作面２２に垂直な第３の方向をＺ方向と呼称する。
【００１６】
指示対象物１０は、例えば、操作者の指等の体の一部や、専用のペン等である。ここでは、一例として、指示対象物１０が操作者の指である場合について説明する。
【００１７】
センシングユニット２の各電極２２は、Ｙ方向に沿って等間隔に整列配置されている。各電極２２は、Ｙ方向に延びる長尺形状（帯状）に形成されている。電極２２は、例えば、ＩＴＯ（ｔｉｎ−ｄｏｐｅｄ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、銅等を用いた電極として構成されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、センシングユニット２の各電極２２は、駆動検出部２３に接続されている。駆動検出部２３は、図２（ｂ）に示すように、静電容量検出部２３ａとスイッチング部２３ｂとを有している。
【００１９】
静電容量検出部２３ａは、制御部４から出力される駆動検出信号により制御されて電極２２への電荷供給を行ない、また、検出した自己容量を静電容量信号として制御部４に出力する。
【００２０】
スイッチング部２３ｂは、静電容量検出部２３ａからのスイッチング信号により制御され、電極２２と静電容量検出部２３ａとの接続を切替える動作を行なう。スイッチング部２３ｂは、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子で構成され、複数の電極２２のうち１つの電極２２と静電容量検出部２３ａとが上記スイッチング素子を介して接続切替可能とされている。電極２２は、駆動時においては静電容量検出部２３ａと接続され、非駆動時においてはグランドＧＮＤに接続される。本実施の形態では、スイッチング部２３ｂは、電極２２と静電容量検出部２３ａとの接続を順次切替える動作を行う。
【００２１】
（カメラ３の説明）
カメラ３は、少なくともセンシングユニット２の操作面２１を撮像領域とするように配置されている。詳細は後述するが、本実施の形態では、カメラ３の撮像画像を基に指示対象物１０と操作面２１のＺ方向に沿った距離を求めるため、カメラ３としては、３次元カメラ（３Ｄカメラ）を用いることが望ましい。カメラ３は、Ｚ方向から見たときに操作面２１のＸ方向における中心位置を通る中心軸上に配置されており、かつ、センシングユニット２からＹ方向及びＺ方向に離間した位置に配置されている。
【００２２】
また、入力装置１が車両に搭載されるものである場合、カメラ３としては、夜間にも撮像が可能なものを用いることが望ましく、近赤外線を含む光の輝度に応じた画像を生成可能なものを用いるとよい。また、カメラ３の近傍に、近赤外線を照射する照明器を備えてもよい。
【００２３】
（制御部４の説明）
制御部４は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、半導体メモリであるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部４が動作するためのプログラム等が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。また制御部４は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。
【００２４】
制御部４は、センシングユニット２の電極２２での検出結果（ここではセンシングユニット２で検出した静電容量）を基に、第１の方向（Ｙ方向）における指示対象物１０の操作面２１への接触又は近接位置（以下、単に接触位置という）を検出し、カメラ３で撮像した画像を基に、第１の方向と交差する第２の方向（ここではＸ方向）における接触位置を検出することで、接触位置の座標（ｘ、ｙ）を検出するものである。なお、ここでいう座標とは、例えば操作面２１の角部等の所定位置を基準としてＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置情報を表すものである。また、接触位置の座標としては、指示対象物１０が操作面２１に接触（または近接）している状態であるため、Ｚ方向の位置情報は扱わずにＸ，Ｙ方向の位置情報のみを扱う。
【００２５】
制御部４が搭載される制御装置１００は、センシングユニット２から複数の電極２２で検出した検出信号を取得する信号取得部１０１と、カメラ３からの画像信号を取得する画像取得部１０２と、を有している。制御部４は、信号取得部１０１で取得した検出信号を基に、第１の方向における指示対象物２の操作面２１への接触位置を検出し、画像取得部１０２で取得した画像信号を基に、第１の方向と交差する第２の方向における指示対象物２の接触又は近接位置を検出する。
【００２６】
制御部４は、静電容量検出部４１と、画像処理部４２と、第１方向位置検出部４３と、第２方向位置検出部４４と、駆動判定部４５と、を有している。
【００２７】
静電容量検出部４１は、センシングユニット２の駆動制御を行い、各電極２２の自己容量を検出するものである。静電容量検出部４１は、駆動検出部２３に駆動検出信号を出力して、駆動検出部２３に電極２２の駆動及び自己容量の検出を行わせ、また駆動検出部２３からの静電容量信号を基に各電極２２の自己容量を検出する。
【００２８】
また、本実施の形態では、静電容量検出部４１は、駆動判定部４５が電極２２の駆動を許可しているときのみ、電極２２を駆動する。駆動判定部４５については後述する。
【００２９】
画像処理部４２は、カメラ３の撮像画像のノイズ除去等の画像処理を行い、また、公知技術であるパターンマッチング手法等により、指示対象物１０である指の先端位置（座標）を検出する。
【００３０】
第１方向位置検出部４３は、静電容量検出部４１が検出した各電極２２の自己容量（自己容量のＹ方向における分布）を基に、Ｙ方向における接触位置ｙを検出する。第２方向位置検出部４４は、画像処理部４２が検出した指の先端位置（座標）の情報から、Ｘ方向における接触位置ｘを検出（抽出）する。
【００３１】
第１方向位置検出部４３及び第２方向位置検出部４４によって得た接触位置の座標情報（ｘ，ｙ）は、ナビゲーション装置等の機器に出力される。なお、制御部４は、座標情報（ｘ，ｙ）を出力するのみならず、例えば、接触位置の座標情報（ｘ，ｙ）の変化から指示対象物１０によるジェスチャを特定し、特定したジェスチャに応じた制御信号を機器に出力してもよい。
【００３２】
また、図示していないが、制御部４は、カメラ３の撮像画像を基に、操作面２１からＺ方向に離間した空間（空中）での指示対象物１０のジェスチャを判定する空中ジェスチャ判定部を有していてもよい。つまり、カメラ３は、空中でのジェスチャを判定するために用いられるものであってもよい。
【００３３】
駆動判定部４５は、指示対象物１０である指の先端位置（座標）の情報を基に、操作面２１と指示対象物１０とのＺ方向に沿った距離ｄｚを検出し、距離ｄｚが規定距離以下であるときのみ、電極２２の駆動を許可する。これは、指示対象物１０が近接していない状態で電極２２を駆動すると無駄な電力を消費してしまい、また、エミッションノイズも大きくなってしまうためである。駆動判定部４５は、電極２２の駆動が許可されているか否かを示す制御情報を静電容量検出部４１に出力する。
【００３４】
上述のように、カメラ３として３次元カメラを用いることで、操作面２１と指示対象物１０とのＺ方向に沿った距離ｄｚを検出可能である。ただし、これに限らず、例えば、図３に示すように、カメラ３として一般的な２次元カメラを用い、カメラ３の撮像画像に指示対象物１０が映り込んだときのみ（あるいは画像の所定位置よりも下方に指示対象物１０が存在しているときのみ）、電極２２の駆動を許可するように駆動判定部４５を構成してもよい。これにより、安価な２次元のカメラ３を使用可能となり、入力装置１のコストを削減できる。なお、指示対象物１０の映り込みは、予め記憶させておいた背景画像との差分をとることにより、検出可能である。
【００３５】
（制御フローの説明）
次に、入力装置１の制御フローについて図４を用いて説明する。入力装置１は、例えば、キーオンの状態であるときに図４に示す制御フローを繰り返し実行する。
【００３６】
図４に示すように、まず、ステップＳ１にて、画像処理部４２がカメラ３から撮像画像を取得して画像処理を行うと共に、指示対象物１０である指の先端位置（座標）の情報を取得する。その後、ステップＳ２にて、駆動判定部４５が指の先端位置（座標）の情報を基に、操作面２１と指示対象物１０とのＺ方向に沿った距離ｄｚを検出し、ステップＳ３にて距離ｄｚが規定距離以下であるかを判定する。ステップＳ３でＮＯと判定された場合、ステップＳ１に戻る。
【００３７】
ステップＳ３でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ４にて、駆動判定部４５が、電極２２の駆動を許可する制御情報を静電容量検出部４１に出力し、静電容量検出部４１が電極２２を順次駆動して各電極２２の自己容量を検出し、ステップＳ５にて、第１方向位置検出部４３が、ステップＳ４での検出結果を基に、Ｙ方向における接触位置ｙを検出する。
【００３８】
また、ステップＳ４，Ｓ５と平行して、ステップＳ６にて、第２方向位置検出部４４が、ステップＳ１で取得した指の先端位置（座標）の情報からＸ方向における接触位置ｘを抽出する。なお、本実施の形態では、ステップＳ４，Ｓ５の処理とステップＳ６の処理とを平行して行ったが、これら処理を順次行ってもよい。
【００３９】
ステップＳ５でＹ方向における接触位置ｙを検出し、ステップＳ６でＸ方向における接触位置ｘを検出した後、ステップＳ７にて、制御部４が、接触位置の座標（ｘ、ｙ）をナビゲーション装置等の機器に出力する。
【００４０】
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る入力装置１では、センシングユニット２の電極２での検出結果を基に、第１の方向（Ｙ方向）における指示対象物１０の操作面２１への接触又は近接位置を検出し、カメラ３で撮像した画像を基に、第１の方向と交差する第２の方向（Ｘ方向）における指示対象物１０の接触又は近接位置を検出している。
【００４１】
Ｘ方向の接触位置をカメラ３の撮像画像を基に検出することで、センシングユニット２においてＸ方向に電極２２を配列する必要がなくなり、電極数を少なくすることができる。その結果、電極２２を順次駆動して自己容量を検出する時間（走査時間）を短縮でき、応答性を高めることが可能になる。また、Ｘ方向の電極２２を省略することにより、センシングユニット２の構造を簡単化して低コスト化を図ることも可能になる。
【００４２】
近年、センシングユニット２として大型の操作面２１を有するものが開発されているが、本実施の形態によれば、このような大型の操作面２１を有するセンシングユニット２において、特に顕著な応答性改善及び低コスト化の効果が得られる。
【００４３】
なお、カメラ３として３次元カメラを用いた場合、撮像画像からＹ方向における接触位置ｙの情報も取得可能であるから、カメラ３の画像情報のみから接触位置の座標（ｘ、ｙ）を得ることも考えられる。しかし、この場合、タッチ時の応答性が劣化する、あるいはタップの検出が困難となる等の不具合が発生する場合がある。そこで、このような不具合を抑制するために、本実施の形態では、撮像画像における奥行き方向となるＹ方向の接触位置情報については、静電容量式のセンシングユニット２で取得するように構成している。
【００４４】
また、入力装置１では、操作面２１と指示対象物１０との第３の方向（Ｚ方向）に沿った距離が規定距離以下であるときのみ、電極２２の駆動を許可しているため、指示対象物１０が操作面２１から遠く離れている際には電極２２を駆動させずに、消費電力を減少させることが可能になり、またエミッションノイズレベルを減少させることも可能になる。
【００４５】
（変形例）
上記実施の形態では、センシングユニット２として静電容量式のタッチパッドを用いたが、これに限らず、センシングユニット２として、抵抗膜方式のタッチパッドを用いてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態では、第１の方向と第２の方向とが直交している場合について説明したが、第１の方向と第２の方向とが直交していることは必須ではなく、第１の方向と第２の方向とが所定の角度で交差していればよい。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１…入力装置、２…センシングユニット、２１…操作面、２２…電極、２３…駆動検出部、２３ａ…静電容量検出部、２３ｂ…スイッチング部、３…カメラ、３０…画像、４…制御部、４１…静電容量検出部、４２…画像処理部、４３…第１方向位置検出部、４４…第２方向位置検出部、４５…駆動判定部、１０…指示対象物
【図１】
2018156534.tif 000003
【図２】
2018156534.tif 000004
【図３】
2018156534.tif 000005
【図４】
2018156534.tif 000006