(57)【要約】【課題】コストを抑制することができるタッチセンサ装置を提供する。【解決手段】タッチセンサ装置１は、配置対象の配置面８２０に配置され、検出対象との間に生じる静電容量を介して検出対象を検出する複数の検出電極（第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４）と、複数の検出電極が配置された配置面８２０のそれぞれの曲率に応じて感度を補正するように定められた抵抗値（抵抗値Ｒ１〜抵抗値Ｒ４）を有し、複数の検出電極ごとに電気的に接続された複数の抵抗（抵抗３１０〜抵抗３４０）と、を備えて概略構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配置対象の配置面に配置され、検出対象との間に生じる静電容量を介して前記検出対象を検出する複数の検出電極と、
前記複数の検出電極が配置された前記配置面のそれぞれの曲率に応じて感度を補正するように定められた抵抗値を有し、前記複数の検出電極ごとに電気的に接続された複数の抵抗と、
を備えたタッチセンサ装置。
【請求項２】
前記抵抗値は、それぞれの曲率に応じて感度が補正されるように、曲率との比が前記複数の検出電極ごとに等しくされた、
請求項１に記載のタッチセンサ装置。
【請求項３】
前記配置対象は、運転者が把持する車両のステアリングの把持部である、
請求項１又は２に記載のタッチセンサ装置。
【請求項４】
検出電極及び抵抗を介して取得した静電容量と、予め定められたしきい値と、を比較して前記検出対象の検出を判定する判定部を備えた、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタッチセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ステアリングホイールのリムに組み込まれた際に中央電極がリム断面の第１の曲率を有する部分に配置される第１の電極セットと、リムに組み込まれた際に中央電極がリム断面の第１の曲率よりも小さな第２の曲率を有する部分に配置される第２の電極セットと、を備えた静電容量センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この静電容量センサは、第１の電極セットの中央電極と、第１の電極セットの第１の側方電極及び第２の側方電極の少なくとも一方との間の第１の電極間隔が、リムに組み込まれた際の第２の電極セットの中央電極と、第２の電極セットの第１の側方電極及び第２の側方電極の少なくとも一方との間の第２の電極間隔よりも短くなるように配置されている。この静電容量センサは、曲率の異なる部分を含むリムに組み込まれた際、運転者のステアリングの把持を正確に検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−５０２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし従来の静電容量センサは、曲率に応じて３つの電極を配置するので、ステアリングの形状が複雑になるに従って電極数が多くなると共に検出回路の規模が大きくなり、コストが増加する問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、コストを抑制することができるタッチセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、配置対象の配置面に配置され、検出対象との間に生じる静電容量を介して検出対象を検出する複数の検出電極と、複数の検出電極が配置された配置面のそれぞれの曲率に応じて感度を補正するように定められた抵抗値を有し、複数の検出電極ごとに電気的に接続された複数の抵抗と、を備えたタッチセンサ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係るタッチセンサ装置の一例が配置された車両のステアリングの概略図であり、図１（ｂ）は、タッチセンサ装置の図１（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係るタッチセンサ装置のブロック図の一例であり、図２（ｂ）は、測定部の一例を示す概略図であり、図２（ｃ）は、ＣＲ直列回路における電圧の時間変化の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、実施の形態に係るタッチセンサ装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の要約）
実施の形態に係るタッチセンサ装置は、配置対象の配置面に配置され、検出対象との間に生じる静電容量を介して検出対象を検出する複数の検出電極と、複数の検出電極が配置された配置面のそれぞれの曲率に応じて感度を補正するように定められた抵抗値を有し、複数の検出電極ごとに電気的に接続された複数の抵抗と、を備えて概略構成されている。
【００１１】
このタッチセンサ装置は、検出電極に抵抗を接続することで曲率に応じて感度を補正するので、電極の配置間隔を変えて感度を補正する場合と比べて、検出電極の数が少なくなると共に検出回路の規模が小さくなり、コストを抑制することができる。
【００１２】
[実施の形態]
（タッチセンサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るタッチセンサ装置の一例が配置された車両のステアリングの概略図であり、図１（ｂ）は、タッチセンサ装置の図１（ａ）のI（ｂ）-I（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図の一例である。図２（ａ）は、実施の形態に係るタッチセンサ装置のブロック図の一例であり、図２（ｂ）は、測定部の一例を示す概略図であり、図２（ｃ）は、ＣＲ直列回路における電圧の時間変化の一例を示すグラフである。図２（ｃ）は、横軸が時間ｔであり、縦軸が電圧Ｖである。
【００１３】
なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図２（ａ）では、主な信号や情報の流れを矢印で示している。
【００１４】
タッチセンサ装置１は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、配置対象の配置面８２０に配置され、検出対象との間に生じる静電容量を介して検出対象を検出する複数の検出電極と、複数の検出電極が配置された配置面８２０のそれぞれの曲率に応じて感度を補正するように定められた抵抗値を有し、複数の検出電極ごとに電気的に接続された複数の抵抗と、を備えて概略構成されている。
【００１５】
本実施の形態の配置対象は、例えば、図１（ａ）に示すように、運転者が把持する車両のステアリング８の把持部８１である。そしてタッチセンサ装置１は、把持部８１に対する把持を検出するように概略構成されている。なお変形例としてタッチセンサ装置１は、これに限定されず、柱体などの配置対象に対する把持を検出するように構成されても良い。
【００１６】
タッチセンサ装置１は、例えば、把持部８１に対する把持の有無を示す後述する把持情報Ｓ５を接続された電子機器に出力する。この電子機器は、一例として、車両の自動運転を制御する自動運転制御装置である。この自動運転制御装置は、例えば、ステアリング８の把持の有無に基づいて自動運転から手動運転の切り替わりの判定や手動運転から自動運転の切り替りの判定を行う。
【００１７】
複数の検出電極は、一例として、図１（ｂ）に示すように、第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４である。また複数の抵抗は、一例として、図２（ａ）に示すように、抵抗３１０〜抵抗３４０である。タッチセンサ装置１は、例えば、第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４によって検出電極部２が構成されている。
【００１８】
またタッチセンサ装置１は、例えば、図２（ａ）に示すように、検出電極を充放電させて電圧を測定する電圧測定部３と、検出電極及び抵抗を介して取得した静電容量と、予め定められたしきい値４０と、を比較して検出対象の検出を判定する判定部としての制御部４と、を備えている。
【００１９】
ステアリング８は、例えば、図１（ａ）に示すように、ホーンやエアバッグなどを備え、把持部８１を支持する基部８０と、リング形状を有する把持部８１と、を備えている。なお把持部８１には、樹脂や革などによるグリップ８３が設けられている。
【００２０】
図１（ｂ）は、左側が運転席側であり、右側が車両の前方側である。把持部８１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、把持部８１の芯部８２の表面の曲率が一定ではなく、場所によって異なっている。この芯部８２の表面は、第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４が配置される配置面８２０となっている。この配置面８２０は、一例として、主に、４つの曲率（第1の曲率部８２０ａ〜第４の曲率部８２０ｄ）を有している。
【００２１】
芯部８２は、例えば、鉄やアルミニウムなどの金属材料によって形成された芯金、及び芯金の周囲に形成されたウレタンなどの樹脂材料によって構成されている。この芯部８２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、運転席側の曲率が前方側の曲率よりも小さくなっている。そして把持部８１は、運転席側と前方側の間の曲率が他と異なっている。この芯部８２は、例えば、図１（ａ）に示すように、運転者の人差指から小指が把持部８１の前方側に接触するので曲率を大きく、親指とその付け根が運転席側に接触するので曲率を小さくして握り易い形状とされている。
【００２２】
この運転席側は、例えば、図１（ｂ）に示す第４の曲率部８２０ｄである。前方側は、例えば、第２の曲率部８２０ｂである。そして運転席側と前方側を繋ぐ上部及び下部は、第１の曲率部８２０ａ及び第３の曲率部８２０ｃである
【００２３】
第１の曲率部８２０ａ〜第４の曲率部８２０ｄの曲率は、例えば、κ１〜κ４である。なお曲率は、一例として、κ４＜κ２＜κ１＝κ３である。
【００２４】
（検出電極部２の構成）
第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、隙間２０を挟んで布や柔らかいシートに形成されている。この第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４は、例えば、シートに形成される場合、銅などの導電性を有する金属の薄膜として形成されている。なお第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４は、例えば、布に形成される場合、導電性を有する糸が布に縫い付けられることで形成されても良いし、布の上に導電性を有する布が縫い付けられても良い。
【００２５】
第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、把持部８１の周方向に配置されるように、細長い形状を有している。なお第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４は、例えば、図１（ａ）に示すように、リング状に繋がった形状ではなく、一部を切り欠いた形状となっている。
【００２６】
また第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４は、例えば、配置面８２０において曲率が異なる面の接線同士が同じ角度となる位置を中心として配置されている。
【００２７】
第１の検出電極２１は、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、抵抗３１０が電気的に接続されている。同様に、第２の検出電極２２〜第４の検出電極２４は、例えば、図２（ａ）に示すように、抵抗３２０〜抵抗３４０が電気的に接続されている。
【００２８】
抵抗３１０〜抵抗３４０の抵抗値は、一例として、Ｒ１〜Ｒ４である。この抵抗値（Ｒ１〜Ｒ４）は、それぞれの曲率（κ１〜κ４）に応じて感度が補正されるように、曲率との比が複数の検出電極ごとに等しくされる。言い換えるなら抵抗値（Ｒ１〜Ｒ４）と曲率（κ１〜κ４）の比は、複数の検出電極ごとに等しくされる。つまりＲ１／κ１、Ｒ２／κ２、Ｒ３／κ３、及びＲ４／κ４は、等しくされる。従ってＲ１：Ｒ２：Ｒ３：Ｒ４＝κ１：κ２：κ３：κ４が成り立つように抵抗値が設定される。
【００２９】
曲率が低い場所は、把持の際の接触面積が大きくなり易い。また曲率が高い場所は、把持の際の接触面積が小さくなり易い。従って曲率が大きい場所の感度と曲率が低い場所の感度を近くするため、検出電極から出力される電圧信号を小さく、又は大きくして補正が行われる。
【００３０】
ここで運転者が把持部８１を把持すると、検出電極との間に静電容量Ｃが生じる。この静電容量Ｃと検出電極及び抵抗の合成抵抗値ＲとのＣＲ直列回路は、例えば、図２（ｃ）に示すように、電圧ＶがＣＲの積が小さい（ＣＲ１）と立ち上がりが早く、大きい（ＣＲ２）と遅くなることが知られている。この積は、時定数τと呼ばれる。この時定数τは、測定可能な値である。ここでは、時定数τは、例えば、図２（ｃ）に示すように、充電される基準電圧Ｖ０に対して０．６３Ｖ０となるまでの時間として測定される。
【００３１】
時定数τは、上述のように、ＣＲの積である。運転者の手と検出電極との間に形成される静電容量Ｃを測定するためには、時定数τと抵抗値Ｒが分かれば算出可能となる。そのため、抵抗値Ｒ１〜抵抗値Ｒ４は、第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４の抵抗値よりも大きく設定される。
【００３２】
運転者が把持部８１を把持した場合、接触した位置までの検出電極の長さに比例した抵抗値と、曲率に応じて設定した抵抗値と、を合成した抵抗値Ｒが生じる。曲率に応じて設定した抵抗値は、上述のように、予め定められた抵抗値であり、把持の前後で変化しない。しかし接触した位置までの検出電極の長さに比例した抵抗値は、把持した位置に比例して抵抗値が変化する。タッチセンサ装置１は、把持部８１を把持した位置を検出する必要はない。長さに比例した抵抗値が合成抵抗Ｒにほぼ寄与しない程度に小さい方が好ましいので、検出電極の抵抗値（最大値Ｒｍ）は、曲率に応じた抵抗３１０〜抵抗３４０の抵抗値Ｒ１〜抵抗値Ｒ４よりも小さくされる。例えば、Ｒ１＋Ｒｍ≒Ｒ１、Ｒ２＋Ｒｍ≒Ｒ２、Ｒ３＋Ｒｍ≒Ｒ３、Ｒ４＋Ｒｍ≒Ｒ４となるように抵抗値が定められる。
【００３３】
従って静電容量Ｃの算出は、運転者が把持部８１のどこを把持しても、抵抗３１０の抵抗値Ｒ１〜抵抗３４０の抵抗値Ｒ４を抵抗値として用いると共に、時定数τを測定して行われる。
【００３４】
（電圧測定部３の構成）
電圧測定部３は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の検出電極２１と電気的に接続された第１の測定部３１〜第４の検出電極２４と電気的に接続された第４の測定部３４を備えている。この電圧測定部３は、第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４に対して充放電を行うように概略構成されている。
【００３５】
図２（ｂ）は、第１の測定部３１の一例を示している。第２の測定部３２〜第４の測定部２４は、抵抗が第１の測定部３１と異なるが他の構成は同一なので、第１の測定部３１について説明する。
【００３６】
第１の測定部３１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１１を備えている。そして第１の測定部３１の端子３１ａは、第１の検出電極２１に接続されると共に、抵抗３１０及び電圧測定端子ＶＳＷ１１に接続されている。
【００３７】
スイッチＳＷ１１の端子ａ１２は、基準電圧Ｖ０が印可されている。またスイッチＳＷ１１の端子ａ１３は、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。スイッチＳＷ１１の端子ａ１１は、例えば、端子ａ１２又は端子ａ１３のいずれかの端子と接続されるアナログスイッチである。また端子ａ１１と電圧測定端子ＶＳＷ１１の間には、抵抗３１０が接続されている。スイッチＳＷ１１は、例えば、制御部４の制御に基づいて切替制御がなされる。
【００３８】
第１の測定部３１は、スイッチＳＷ１１の端子ａ１１と端子ａ１２を接続して第１の検出電極２１を充電すると共に、電圧測定端子ＶＳＷ１１を介して電圧を測定する。この測定された電圧は、例えば、電圧信号Ｓ１として制御部４に出力される。
【００３９】
第１の測定部３１は、スイッチＳＷ１１の端子ａ１１と端子ａ１３を接続して第１の検出電極２１に溜まった電荷を放電する。第１の測定部３１は、この充電と放電を周期的に行う。
【００４０】
同様に、第２の測定部３２〜第４の測定部３４は、電圧を測定して電圧信号Ｓ２〜電圧信号Ｓ４を制御部４に出力する。制御部４は、この充放と放電の周期に従って把持の判定を行う。
【００４１】
（制御部４の構成）
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と、しきい値４０と、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時間の測定を行う。
【００４２】
制御部４は、時定数τと、抵抗値Ｒと、に基づいて静電容量Ｃを算出するように構成されている。具体的には、制御部４は、電圧測定部３から第１の検出電極２１の電圧信号Ｓ１が入力すると、０．６３Ｖ０となるまでの時間を計測して時定数τ１を求める。続いて制御部４は、第１の検出電極２１に接続された抵抗３１０の抵抗値Ｒ１と時定数τ１とによって第１の検出電極２１が検出した静電容量Ｃ１（＝τ１／Ｒ１）を算出する。
【００４３】
また制御部４は、電圧測定部３から第２の検出電極２２の電圧信号Ｓ２が入力すると、０．６３Ｖ０となるまでの時間を計測して時定数τ２を求める。続いて制御部４は、第２の検出電極２２に接続された抵抗３２０の抵抗値Ｒ２と時定数τ２とによって第２の検出電極２２が検出した静電容量Ｃ２（＝τ２／Ｒ２）を算出する。
【００４４】
また制御部４は、電圧測定部３から第３の検出電極２３の電圧信号Ｓ３が入力すると、０．６３Ｖ０となるまでの時間を計測して時定数τ３を求める。続いて制御部４は、第３の検出電極２３に接続された抵抗３３０の抵抗値Ｒ３と時定数τ３とによって第３の検出電極２３が検出した静電容量Ｃ３（＝τ３／Ｒ３）を算出する。
【００４５】
さらに制御部４は、電圧測定部３から第４の検出電極２４の電圧信号Ｓ４が入力すると、０．６３Ｖ０となるまでの時間を計測して時定数τ４を求める。続いて制御部４は、第４の検出電極２４に接続された抵抗３４０の抵抗値Ｒ４と時定数τ４とによって第４の検出電極２４が検出した静電容量Ｃ４（＝τ４／Ｒ４）を算出する。
【００４６】
制御部４は、静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ４の算出を並行して行う。そして制御部４は、算出した静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ４と、しきい値４０と、を比較する。制御部４は、静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ４の複数の静電容量がしきい値４０以上である場合、把持部８１が把持されたと判定し、把持を示す把持情報Ｓ５を出力する。
【００４７】
以下に、本実施の形態のタッチセンサ装置１の動作の一例について図３のフローチャートに従って説明する。
【００４８】
（動作）
タッチセンサ装置１の制御部４は、電圧測定部３を介して入力する電圧信号Ｓ１〜電圧信号Ｓ４を監視し、時定数τ１〜時定数τ４を求める。続いて制御部４は、算出した時定数τ１〜時定数τ４と、抵抗値Ｒ１〜抵抗値Ｒ４と、に基づいて静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ４を算出する（Ｓｔｅｐ１）。
【００４９】
次に制御部４は、算出した静電容量Ｃ１〜静電容量Ｃ４と、しきい値４０と、を比較する。制御部４は、複数の静電容量がしきい値４０以上であった場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、把持があったと判定し、把持を示す把持情報Ｓ５を接続された電子機器に出力する（Ｓｔｅｐ３）。
【００５０】
ここでステップ２において制御部４は、複数の静電容量がしきい値４０より小さい場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、次の周期の静電容量を算出するため、ステップ１に処理を進める。
【００５１】
（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るタッチセンサ装置１は、コストを抑制することができる。具体的には、タッチセンサ装置１は、検出電極に抵抗を接続することで曲率に応じて感度を補正するので、電極の配置間隔を変えて感度を補正する場合と比べて、検出電極の数が少なくなると共に検出回路の規模が小さくなり、コストを抑制することができる。
【００５２】
タッチセンサ装置１は、曲率が不均一な配置対象であっても、電極の数や検出回路の規模を抑えて感度を補正することができる。
【００５３】
ここで他の実施の形態としてタッチセンサ装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、左手９０及び右手９１の把持を検出するように概略構成される。具体的には、タッチセンサ装置１は、第１の検出電極２１〜第４の検出電極２４が把持部８１の中央で２つに分割され、左側の把持、右側の把持を検出するように構成される。よってこの実施の形態のタッチセンサ装置１は、両手による把持を検出することができる。
【００５４】
以上、本発明のいくつか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】
【００５５】
１…タッチセンサ装置、２…検出電極部、３…電圧測定部、４…制御部、８…ステアリング、２０…隙間、２１〜２４…第１の検出電極〜第４の検出電極、３１〜３４…第１の測定部〜第４の測定部、４０…しきい値、８０…基部、８１…把持部、８２…芯部、８３…グリップ、９０…左手、９１…右手、３１０〜３４０…抵抗、８２０…配置面、８２０ａ〜８２０ｄ…第1の曲率部〜第４の曲率部
【図１】
2019211839.tif 000003
【図２】
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【図３】
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