(57)【要約】【課題】タッチ位置による検出感度の差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、配置面８２０の短手方向に配置された第１の基部電極部２１０、及び配置面８２０の長手方向に配置されると共に第１の基部電極部２１０から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第１の櫛歯電極部２１１を有する第１の検出電極２１と、短手方向に配置されると共に第１の基部電極部２１０と対向する第２の基部電極部２２０、及び第１の櫛歯電極部２１１の間に配置されると共に第２の基部電極部２２０から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第２の櫛歯電極部２２１を有する第２の検出電極２２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】
配置面の短手方向に配置された第１の基部電極部、及び前記配置面の長手方向に配置されると共に前記第１の基部電極部から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第１の櫛歯電極部を有する第１の検出電極と、
前記短手方向に配置されると共に前記第１の基部電極部と対向する第２の基部電極部、及び前記第１の櫛歯電極部の間に配置されると共に前記第２の基部電極部から櫛歯状に設けられ、前記検出対象を検出する複数の第２の櫛歯電極部を有する第２の検出電極と、
を備えたタッチセンサ装置。
【請求項２】
前記第１の検出電極の出力信号に基づいた検出値、及び前記第２の検出電極の出力信号に基づいた検出値を加算し、前記配置面の長手方向のタッチ位置の影響を抑制して前記検出対象の検出の有無を判定する判定部を備えた、
請求項１に記載のタッチセンサ装置。
【請求項３】
前記第１の櫛歯電極部及び前記第２の櫛歯電極部は、等間隔に交互に配置されると共に同数配置される、
請求項１又は２に記載のタッチセンサ装置。
【請求項４】
前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、基体の同一面に設けられる、
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。
【請求項５】
前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、車両のステアリングのリング形状の把持部に配置され、短手方向が前記把持部の径方向であり、長手方向が前記把持部の周方向であり、運転者による前記把持部の把持を検出する、
請求項１乃至４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、運転者が片手で同時に接触可能な一対の電極をステアリングホイールのリング状のグリップ部の表面に設けたステアリングホイール用生体検出センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このステアリングホイール用生体検出センサは、一対の電極をグリップ部と直交する断面外周に沿って周方向に、かつ、リング状のグリップ部の円周方向に沿って交互に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９０８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし従来のステアリングホイール用生体検出センサは、一対の電極がグリップ部に直交する方向に交互に配置されているので、全長が長くなって抵抗が高くなり、一対の電極の周方向の一方端部側と他方端部側とでは、抵抗値が大きく変わって検出感度に差が生じる問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、タッチ位置による検出感度の差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、配置面の短手方向に配置された第１の基部電極部、及び配置面の長手方向に配置されると共に第１の基部電極部から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第１の櫛歯電極部を有する第１の検出電極と、短手方向に配置されると共に第１の基部電極部と対向する第２の基部電極部、及び第１の櫛歯電極部の間に配置されると共に第２の基部電極部から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第２の櫛歯電極部を有する第２の検出電極と、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、タッチ位置による検出感度の差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検出電極部の一例を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態に係るタッチセンサ装置の検出電極部の一例を示す断面の模式図であり、図２（ｂ）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、配置面の短手方向に配置された第１の基部電極部、及び配置面の長手方向に配置されると共に第１の基部電極部から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第１の櫛歯電極部を有する第１の検出電極と、短手方向に配置されると共に第１の基部電極部と対向する第２の基部電極部、及び第１の櫛歯電極部の間に配置されると共に第２の基部電極部から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第２の櫛歯電極部を有する第２の検出電極と、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、第１の櫛歯電極部及び第２の櫛歯電極部が配置面の短手方向ではなく、長手方向に配置されるので、短手方向に配置される場合と比べて、全体の抵抗値が低くなると共にタッチ位置による抵抗値の変化が小さく、タッチ位置による検出感度の差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検出電極部の一例を示す概略図である。図２（ａ）は、実施の形態に係るタッチセンサ装置の検出電極部の一例を示す断面の模式図であり、図２（ｂ）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１（ｂ）は、検出電極部２の一方の端部２ａから他方の端部２ｂまでの距離をＬとして図示すると共に、検出電極部２に対して一次元のＸ軸を図示している。図２（ｂ）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１（ｂ）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、把持部８１に対する把持の有無を示す後述する把持情報Ｓ３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。
【００１５】
タッチセンサ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ａ）に示すように、配置面８２０の短手方向に配置された第１の基部電極部２１０、及び配置面８２０の長手方向に配置されると共に第１の基部電極部２１０から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第１の櫛歯電極部２１１を有する第１の検出電極２１と、短手方向に配置されると共に第１の基部電極部２１０と対向する第２の基部電極部２２０、及び第１の櫛歯電極部２１１の間に配置されると共に第２の基部電極部２２０から櫛歯状に設けられ、検出対象を検出する複数の第２の櫛歯電極部２２１を有する第２の検出電極２２と、を備えて概略構成されている。
【００１６】
またタッチセンサ装置１は、例えば、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、第１の検出電極２１から得られた出力信号である電圧信号Ｓ１に基づいた検出値（時定数τ１）、及び第２の検出電極２２から得られた出力信号である電圧信号Ｓ２に基づいた検出値（時定数τ２）を加算し、配置面８２０の長手方向のタッチ位置の影響を抑制して検出対象の検出の有無を判定する判定部としての制御部４を備えている。
【００１７】
さらにタッチセンサ装置１は、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２を充放電する電圧測定部３を備えている。電圧測定部３は、この充放電によって第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２から得られた電圧信号Ｓ１及び電圧信号Ｓ２を出力する。
【００１８】
第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２は、車両のステアリング８のリング形状の把持部８１に配置され、短手方向が把持部８１の径方向であり、長手方向が把持部８１の周方向であり、運転者による把持部８１の把持を検出する。
【００１９】
このステアリング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、把持部８１と、を備えている。なお把持部８１には、芯部８２を覆う、樹脂や革などによるグリップが設けられている。
【００２０】
この芯部８２の表面は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２が配置される配置面８２０となっている。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。
【００２１】
（検出電極部２の構成）
第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２は、例えば、図２（ａ）に示すように、基体２０の同一面に設けられている。図２（ａ）に示す電極層２３は、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２が設けられた層を示している。
【００２２】
基体２０は、曲面である芯部８２の配置面８２０に配置するため、布や柔らかいシートが用いられる。第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２は、一例として、基体２０がシートの場合、銀やカーボンなどの導電性材料を含むインクを用いて印刷によって基体２０上に形成されている。なお第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２は、例えば、基体２０が布である場合、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。
【００２３】
第１の櫛歯電極部２１１及び第２の櫛歯電極部２２１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、等間隔に交互に配置されると共に同数配置される。本実施の形態の第１の櫛歯電極部２１１及び第２の櫛歯電極部２２１は、４本配置されているが数はこれに限定されない。
【００２４】
第１の櫛歯電極部２１１及び第２の櫛歯電極部２２１は、例えば、単位長さ当たりの抵抗値が等しい。この単位長さ当たりの抵抗値は、一例として、λ（Ω／ｍ）であるものとする。
【００２５】
また第１の基部電極部２１０及び第２の基部電極部２２０の抵抗値は、例えば、第１の櫛歯電極部２１１及び第２の櫛歯電極部２２１の抵抗値よりも十分小さいものとする。第１の検出電極２１の抵抗値Ｒ１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、タッチ位置９１に基づいて、第１の基部電極部２１０の抵抗値をＲ１０、第１の櫛歯電極部Ｒ１１（タッチ位置９１までの距離ｌ１に応じた抵抗値）とした場合、Ｒ１＝Ｒ１０＋Ｒ１１≒Ｒ１１となる。
【００２６】
同様に、第２の検出電極２２の抵抗値Ｒ２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、タッチ位置９１に基づいて、第２の基部電極部２２０の抵抗値をＲ２０、第２の櫛歯電極部Ｒ２１（タッチ位置９１までの距離ｌ２に応じた抵抗値）とした場合、Ｒ２＝Ｒ２０＋Ｒ２１≒Ｒ２１となる。なお第１の櫛歯電極部２１１の抵抗値Ｒ１１、及び第２の櫛歯電極部２２１の抵抗値Ｒ２１は、１本分の櫛歯電極の抵抗値であっても上記の式が成り立つような抵抗値が設定される。
【００２７】
（電圧測定部３の構成）
電圧測定部３は、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２に対して充放電を行うように概略構成されている。電圧測定部３は、例えば、基準電圧Ｖ０を印加して第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２を充電すると共に、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２の電圧を測定して電圧信号Ｓ１及び電圧信号Ｓ２として制御部４に出力する。
【００２８】
そして電圧測定部３は、予め定められた時間が経過した後、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２を接地し、第１の検出電極２１及び第２の検出電極２２に溜まった電荷を接地側に流す。電圧測定部３は、周期的に充電と放電を繰り返すように構成されている。制御部４は、この周期に従って把持の判定を行う。
【００２９】
（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。
【００３０】
制御部４は、上述のように、第１の検出電極２１から得られた電圧信号Ｓ１に基づいた検出値（時定数τ１）、及び第２の検出電極２２から得られた電圧信号Ｓ２に基づいた検出値（時定数τ２）を加算する。
【００３１】
具体的には、制御部４は、一例として、図２（ｂ）に示すように、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。また制御部４は、一例として、図２（ｂ）に示すように、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。そして制御部４は、時定数τ１と時定数τ２とを加算する。なお図２（ｂ）では、一例として、電圧信号Ｓ２が電圧信号Ｓ１よりも立ち上がりが遅くなるように図示している。
【００３２】
以下では、時定数を加算することで、タッチ位置によって算出される静電容量Ｃに違いがないことを説明する。
【００３３】
例えば、図１（ｂ）において丸で囲った領域９０において運転者による把持が検出された場合、第１の検出電極２１は、第１の基部電極部２１０からの距離がｘであると、その抵抗値がλｘとなる。また第２の検出電極２２は、第２の基部電極部２２０からの距離が（Ｌ−ｘ）であるので、その抵抗値がλ（Ｌ−ｘ）となる。
【００３４】
時定数τは、静電容量Ｃと抵抗値Ｒの積である。従って時定数τ１と時定数τ２の加算は、次のように計算される。
τ１＋τ２＝Ｃ１×λｘ＋Ｃ２×λ（Ｌ−ｘ）・・・（１）
ただし静電容量Ｃ１は、第１の検出電極２１が検出した静電容量である。
また静電容量Ｃ２は、第２の検出電極２２が検出した静電容量である。
【００３５】
検出電極部２として検出する静電容量をＣとした場合、検出に寄与する櫛歯電極の数がほぼ等しいので、次の式（２）が成り立つ。
Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ／２・・・（２）
この式（２）を上述の式（１）に代入して整理すると、以下に示す式（３）が得られる。
τ１＋τ２＝Ｃ／２[λｘ＋λ（Ｌ−ｘ）]＝（Ｃ／２）×λＬ・・・（３）
【００３６】
この式（３）は、タッチ位置９１を示す座標値ｘが消えている。従って式（３）を静電容量Ｃについて解いた式は、タッチ位置９１に依存しない式となる。制御部４は、計測によって得られた時定数τ１と時定数τ２、及び予め定められている櫛歯電極の長さＬによって静電容量Ｃを求めることができる。
【００３７】
制御部４は、このようにして求めた静電容量Ｃと、しきい値４０と、を比較し、静電容量Ｃがしきい値４０以上である場合、把持が行われたと判定して把持を示す把持情報Ｓ３を接続された電子機器に出力する。
【００３８】
以下に、本実施の形態のタッチセンサ装置１の動作について図３のフローチャートに従って説明する。
【００３９】
（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及び電圧信号Ｓ２を監視し、時定数τ１及び時定数τ２を求める。続いて制御部４は、算出した時定数τ１及び時定数τ２を加算し、上述の式（３）に基づいて静電容量Ｃを算出する（Ｓｔｅｐ１）。
【００４０】
次に制御部４は、算出した静電容量Ｃと、しきい値４０と、を比較する。制御部４は、静電容量Ｃ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Ｓ３を接続された電子機器に出力する（Ｓｔｅｐ３）。
【００４１】
ここでステップ２において制御部４は、静電容量Ｃがしきい値４０より小さい場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、次の周期の静電容量Ｃを算出するため、ステップ１に処理を進める。
【００４２】
（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、タッチ位置による検出感度の差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、時定数τ１及び時定数τ２を加算することにより、算出される静電容量Ｃがタッチ位置に依存しなくなるので、この構成を採用しない場合と比べて、タッチ位置による検出感度の差が抑制される。
【００４３】
タッチセンサ装置１は、検出電極部２の端部２ａ付近と端部２ｂ付近とで、計算上は感度の差がないので、感度差が生じる場合と比べて、分解能が高い。
【００４４】
タッチセンサ装置１は、検出電極部２の端部２ａと端部２ｂとが近い位置にあるので、この構成を採用しない場合と比べて、電圧測定部３に繋がる配線の長さが抑制され、配線の取り回しなどが容易となる。またタッチセンサ装置１は、布や柔らかいシートに検出電極部２が形成されるので、この構成を採用しない場合と比べて、取り付けが容易となる。
【００４５】
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】
【００４６】
１…タッチセンサ装置、２…検出電極部、２ａ…端部、２ｂ…端部、３…電圧測定部
４…制御部、８…ステアリング、２０…基体、２１…第１の検出電極、２２…第２の検出電極、２３…電極層、４０…しきい値、８０…基部、８１…把持部、８２…芯部、９０…領域、９１…タッチ位置、２１０…第１の基部電極部、２１１…第１の櫛歯電極部、２２０…第２の基部電極部、２２１…第２の櫛歯電極部、８２０…配置面
【図１】
2019211840.tif 000003
【図２】
2019211840.tif 000004
【図３】
2019211840.tif 000005