(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属体が付けられた、タッチ操作される板状の操作部と、
交流を発生する交流発生部と、
前記操作部の裏側の前記操作部から一定距離離れた位置にて前記操作部と対向する形で設けられ、前記交流発生部からの交流が入力されて前記金属体に向けて磁束を発生させるコイルが設置されたコイル設置部と、
前記コイルを含んで構成されたＬＣ共振回路を有し、そのＬＣ共振回路の共振周波数が反映された信号を検出する検出回路と、
前記ＬＣ共振回路の共振周波数が大きくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合には前記操作部がタッチ操作されたと判断する一方で、前記共振周波数が小さくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合には前記操作部がタッチ操作されていないと判断する操作判断手段と、
前記ＬＣ共振回路の共振周波数が小さくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合に、前記操作部にユーザの指が接近したと判断する指接近判断手段とを備え、
前記金属体が前記ＬＣ共振回路に接続されたことを特徴とする操作検出装置。
【請求項２】
前記検出回路は、前記交流発生部からの交流を入力信号とする前記ＬＣ共振回路から出力される出力信号を検出する回路であることを特徴とする請求項１に記載の操作検出装置。
【請求項３】
前記ＬＣ共振回路は、前記入力信号による前記ＬＣ共振回路の動作点が、前記ＬＣ共振回路の共振点付近となるように、その回路定数が設定された回路であることを特徴とする請求項２に記載の操作検出装置。
【請求項４】
前記操作部がタッチ操作されていないときの前記ＬＣ共振回路の共振周波数を基準共振周波数として、
前記操作判断手段は、前記指接近判断手段によりユーザの指が接近したと判断されたことに後続して、前記ＬＣ共振回路の共振周波数が前記基準共振周波数から大きくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合に、前記操作部がユーザによってタッチ操作されたと判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【請求項５】
前記操作部は、マトリックス状に配置された複数の操作領域が設けられるとともに、各操作領域に前記金属体が付けられており、
前記コイルは、前記マトリックスを構成する縦方向の各列に対向する位置に設けられた複数の縦方向コイルと、前記マトリックスを構成する横方向の各列に対向する位置に設けられた複数の横方向コイルとを含み、それら縦方向コイル、横方向コイルは、それぞれ、自身が対向する列に属する複数の前記操作領域に向けて磁束を発生させるものであり、
前記操作判断手段は、前記検出回路により前記共振周波数が大きくなる方向に変化したことを検出された前記縦方向コイルと前記横方向コイルとが交差する部分に対向する前記操作領域がタッチ操作されたと判断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【請求項６】
前記指接近判断手段は、前記検出回路により前記共振周波数が小さくなる方向に変化したことを検出された前記縦方向コイルと前記横方向コイルとが交差する部分に対向する前記操作領域に指が接近したと判断することを特徴とする請求項５に記載の操作検出装置。
【請求項７】
前記交流発生部及び前記検出回路と接続する前記コイルを前記複数の縦方向コイル、前記複数の横方向コイル間で順番に切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の操作検出装置。
【請求項８】
前記操作部は、車両の運転席と助手席の間の位置に設けられており、
前記指接近判断手段により指が接近したと判断された前記操作領域を指が接近した順序が分かるように記憶する指接近順序記憶手段と、
前記操作判断手段により前記操作部がタッチ操作されたと判断された場合に、前記指接近順序記憶手段に記憶されている前記操作領域の順序が、前記運転席側から前記助手席側に向かう順序か否かを判断することで、前記操作部の操作者が前記運転席側のユーザか前記助手席側のユーザかを判断する第一の操作者判断手段と、を備えることを特徴とする請求項６に記載の操作検出装置。
【請求項９】
前記操作部は、車両の運転席と助手席の間の位置に設けられており、
前記複数の操作領域のうち、運転席側にある所定の操作領域が運転席側操作領域として予め定められており、助手席側にある所定の操作領域が助手席側操作領域として予め定められており、
前記指接近判断手段により指が接近したと判断された前記操作領域を記憶する指接近領域記憶手段と、
前記操作判断手段により前記操作部がタッチ操作されたと判断された場合に、前記指接近領域記憶手段に記憶されている１又は複数の前記操作領域における前記運転席側操作領域の数と前記助手席側操作領域の数とを比較することで、前記操作部の操作者が前記運転席側のユーザか前記助手席側のユーザかを判断する第二の操作者判断手段と、を備えることを特徴とする請求項６又は８に記載の操作検出装置。
【請求項１０】
前記操作部全体が前記金属体としての金属で構成され、
前記操作部の周縁部で前記金属が折り曲げられて、前記金属で構成された前記操作部及び前記金属の折り曲げられた部分で前記コイル設置部の周囲が覆われたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の操作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチ操作を検出する操作検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生分野の電子機器を中心に、タッチパネルやタッチスイッチといった、タッチ操作によって入力を行う入力装置が使われ始めている。この動きは自動車分野も同様で、インパネ部分に設けられたエアコンやナビ用のメカニカルスイッチが今後はタッチスイッチに置き換わっていくと考えられる。そのメリットとしては、ハードウェアの変更不要、デザインの自由度大、直感的な操作が可能、商品力の向上などが挙げられる。
【０００３】
タッチスイッチ（タッチ操作）の検出方式には抵抗膜式、静電容量式、超音波式、光学式などがあるが、操作性の自由度や耐久性の面から静電容量式の割合が増加しつつある。この静電容量式の検出方式は、指先とタッチスイッチ（タッチパネル）に設けられた電極との間で発生される静電容量の変化を捉えることで、タッチ操作を検出するものである。また、その他にもタッチ操作の検出に関連する技術として各種の技術が提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。例えば、特許文献１には、入力ペン（位置指示器）でタッチされたタブレット平面上の位置情報をコンピュータに入力するためのデータタブレットが開示されている。具体的には、そのタブレット平面上には複数のセンスコイルが配置され、入力ペンは磁性体又は導電体から構成されている。そして、複数のセンスコイルの各々のインダクタンスの変化から入力ペンがタッチされた位置情報を検出している。このように、特許文献１の技術では、磁性体や導電体がコイルに近づくとコイルのインダクタンスが変化するという原理を利用したものである（段落０００８参照）。
【０００４】
また、特許文献２には、座標指示ペンでタッチされたタブレット上の位置を検出する技術が開示されている。具体的には、タブレットには複数のループ電極線が配設され、座標指示ペンには、そのループ電極線と相互インダクタンス結合する並列共振回路が内部に配設されている。そして、各ループ電極線に周波数掃引ＡＣ信号が印加されて、そのＡＣ信号を印加する信号線の信号送出レベルに基づいて、座標指示ペンがタッチされた位置を検出している。このように、特許文献２の技術では、座標指示ペン内部の並列共振回路と各ループ電極線との結合係数が、座標指示ペンの位置に応じて差が現れることを利用したものである。
【０００５】
また、特許文献３には、先端に磁石を備えたペンを用いて、ペン先の移動軌跡をプロットする手書き入力装置が開示されている。具体的には、入力装置側には、磁束変化を検知する磁束センサが設けられており、その磁束センサによる検知結果に基づいて、ペン先の移動軌跡をプロットしている。
【０００６】
また、特許文献４には、表示面上に第１の電極膜が設けられ、その第１の電極膜と対向しグランドされる第２の電極膜が設けられ、それら第１、第２の電極膜間の距離の変化による静電容量の変化に基づいて、タッチ位置を検出するタッチパネル装置が開示されている。また、特許文献５には、用紙が載置されるシートに上側電極と下側電極とがマトリックス状に配列され、上側電極と下側電極との距離の変化による静電容量の変化に基づいて、用紙に筆記された筆跡を検出する筆跡読取装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１９８４９４号公報
【特許文献２】特開平７−３２５６６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５０８６号公報
【特許文献４】特開２００９−２７６８２１号公報
【特許文献５】特開２０１０−２６７１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、静電容量式の検出方式における静電容量Ｃは、Ｃ＝ε０・εｒ・Ｓ／ｄに代表されるように、電極面積Ｓに比例し電極間距離ｄに反比例する。そのため、例えば北米などの寒冷地において手袋をしたままタッチスイッチを操作した場合、指（電極）とタッチスイッチ側の電極との間に手袋が介在するので、電極間距離ｄが大きくなり静電容量が小さくなる。その結果、タッチスイッチが反応しないということが起こる。そこで、小さい静電容量でも反応するように検出感度を上げると、隣接する他のタッチスイッチが反応してしまう（誤検出する）。また、静電容量式の検出方式では、電極に接続された配線パターンもセンサ化して（電極として機能してしまい）、その配線パターンに指が近づいたことによってタッチスイッチが反応してしまう（誤検出する）ことが起こり得る。
【０００９】
さらに、タッチスイッチを車室に設ける場合には、車室に持ち込んだ飲料がこぼれたり、水分が付着した傘が車室に持ち込まれたりすることなどによって、タッチスイッチに水分が付着することがある。この場合、付着した水分によって指と電極との間の静電容量が影響を受けて、タッチスイッチがうまく反応しなかったり、反対に意図しないで反応してしまったりする。このように、静電容量式のタッチスイッチでは、手袋操作や水分付着に弱いという問題がある。
【００１０】
この点、上記特許文献１〜３の技術は、入力ペンでのタッチ操作に関するものであるので、ユーザが直接タッチ操作するタッチスイッチには適用することができない。また、上記特許文献４、５の技術は、タッチ操作されたときに生じる上下の電極間の距離の変化による静電容量の変化に基づいてタッチ操作を検出しているので、手袋操作の検出はできると考えるが、水分付着に弱いという問題を解決したものとなっていない。すなわち、水分付着した場合には、その水分によって上下の電極間の誘電率が変化してしまい、タッチ操作をうまく検出できなくなってしまう。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、タッチ操作を検出する操作検出装置において、手袋をしたまま操作した場合や水分付着した場合であっても精度良くタッチ操作を検出できることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の操作検出装置は、金属体が付けられた、タッチ操作される板状の操作部と、
交流を発生する交流発生部と、
前記操作部の裏側の前記操作部から一定距離離れた位置にて前記操作部と対向する形で設けられ、前記交流発生部からの交流が入力されて前記金属体に向けて磁束を発生させるコイルが設置されたコイル設置部と、
前記コイルを含んで構成されたＬＣ共振回路を有し、そのＬＣ共振回路の共振周波数が反映された信号を検出する検出回路と、
前記ＬＣ共振回路の共振周波数が大きくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合には前記操作部がタッチ操作されたと判断する一方で、前記共振周波数が小さくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合には前記操作部がタッチ操作されていないと判断する操作判断手段と、
前記ＬＣ共振回路の共振周波数が小さくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合に、前記操作部にユーザの指が接近したと判断する指接近判断手段とを備え、
前記金属体が前記ＬＣ共振回路に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、コイル設置部に設置されたコイルから発生された磁束によって、操作部に付けられた金属体に渦電流が発生する。その渦電流は金属体を貫く磁束に応じた値とされ、金属体を貫く磁束は、金属体（操作部）とコイル（コイル設置部）との距離に応じた値とされる。つまり、金属体には、操作部とコイル設置部との距離に応じた渦電流が発生する。渦電流が発生すると、その渦電流によってコイルからの磁束を相殺する磁束（逆磁束）が発生する。コイルのインダクタンスは、逆磁束による磁束の相殺を踏まえた値とされる。操作部がタッチ操作された場合、操作部が微小変形するので、一定距離離れた位置にて対向配置された操作部（金属体）とコイル設置部（コイル）との距離が減少する。その結果、コイルとの距離が近くなるので、金属体を貫く磁束が増加して、金属体に発生する渦電流（逆磁束）が大きくなる。その結果、渦電流による逆磁束が増加して、コイルのインダクタンスが減少する。そして、検出回路がコイルのインダクタンス変化を検出し、操作判断手段が検出回路の検出結果（コイルのインダクタンス変化）に基づいてタッチ操作されたか否かを判断する。
【００１４】
これによって、ユーザが仮に手袋をしたまま操作部をタッチ操作した場合であっても、操作部とコイル設置部との距離が減少することになるので、そのタッチ操作を検出できる。また、水分は静電容量には影響を与えるもののインダクタンスには影響を与えないので、操作部やコイル設置部（コイル）に仮に水分が付着した場合であっても、コイルのインダクタンス変化を検出でき、その結果、操作部のタッチ操作を精度良く検出できる。
【００１５】
また、本発明における検出回路は、前記コイルを含んで構成されたＬＣ共振回路を有し、そのＬＣ共振回路の共振周波数が反映された信号を検出する回路であることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、検出回路はコイル設置部のコイルを含んで構成されたＬＣ共振回路を有している。そのＬＣ共振回路のインダクタンス（コイルのインダクタンス）をＬ、コンデンサの静電容量をＣとすると、ＬＣ共振回路の共振周波数は１／（２π√（ＬＣ））で表される。よって、操作部がタッチ操作されてコイルのインダクタンスＬが減少した場合には、ＬＣ共振回路に共振周波数が大きくなる。よって、検出回路はその共振周波数が反映された信号を検出することで、コイルのインダクタンスが減少したことを検出できる。また、コイル設置部のコイルやＬＣ共振回路（検出回路）に水分が付着した場合には、その水分に起因した静電容量がＬＣ共振回路に発生する。この場合、ＬＣ共振回路の静電容量Ｃが大きくなるので、共振周波数は小さくなる。このように、タッチ操作された場合と水分が付着した場合とで、ＬＣ共振回路の共振周波数が逆方向に変化するので、タッチ操作と水分付着とを区別できる。よって、水分付着による誤検出を防止できる。
【００１７】
また、本発明における検出回路は、前記交流発生部からの交流を入力信号とする前記ＬＣ共振回路から出力される出力信号を検出する回路であることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、検出回路のＬＣ共振回路には交流発生部からの交流が入力される。つまり、ＬＣ共振回路は交流発生部からの交流で動作される。この場合、ＬＣ共振回路からはその入力信号に応じた出力信号が出力され、その出力信号の振幅は共振周波数が反映された値とされる。よって、その出力信号の振幅の大きさを見ることで、ＬＣ共振回路の共振周波数の変化を判断できる。
【００１９】
また、本発明におけるＬＣ共振回路は、前記入力信号による前記ＬＣ共振回路の動作点が、前記ＬＣ共振回路の共振点付近となるように、その回路定数が設定された回路であることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、共振点付近でＬＣ共振回路が動作されるので、共振点付近の出力信号を得ることができる。ＬＣ共振回路の共振点付近では、共振周波数が少し変化しただけでも出力信号の振幅が大きく変化するので、共振周波数の変化（コイルのインダクタンスの変化）を感度良く検出できる。
【００２１】
また、本発明における操作判断手段は、前記ＬＣ共振回路の共振周波数が大きくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合には前記操作部がタッチ操作されたと判断する一方で、前記共振周波数が小さくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合には前記操作部がタッチ操作されていないと判断することを特徴とする。
【００２２】
上記したように、操作部がタッチ操作されて操作部とコイル設置部との距離が減少した場合には、コイルのインダクタンスが減少して共振周波数が大きくなる。他方、水分が付着した場合には、ＬＣ共振回路の静電容量が大きくなって共振周波数が小さくなる。操作判断手段は、その共振周波数の特徴を踏まえてタッチ操作の有無を判断しているので、その判断を正確に行うことができる。
【００２３】
また、本発明において、前記金属体が前記ＬＣ共振回路に接続され、
前記ＬＣ共振回路の共振周波数が小さくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合に、前記操作部にユーザの指が接近したと判断する指接近判断手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
これによれば、金属体がＬＣ共振回路に接続されているので、ユーザの指が操作部の金属体に接近した場合には、指と金属体との間で発生する静電容量をＬＣ共振回路に接続できる。この場合、その静電容量の分だけＬＣ共振回路の共振周波数が小さくなる。この場合、指接近判断手段によって、ユーザの指が接近したと判断される。これによって、タッチ操作だけでなく、指の接近も検出できる。
【００２５】
また、本発明において、前記操作部がタッチ操作されていないときの前記ＬＣ共振回路の共振周波数を基準共振周波数として、
前記操作判断手段は、前記指接近判断手段によりユーザの指が接近したと判断されたことに後続して、前記ＬＣ共振回路の共振周波数が前記基準共振周波数から大きくなる方向に変化したことを前記検出回路が検出した場合に、前記操作部がユーザによってタッチ操作されたと判断することを特徴とする。
【００２６】
これによれば、操作判断手段は、指接近判断手段による指接近の判断を経て、タッチ操作されたことを判断しているので、より一層正確に、タッチ操作されたことを検出できる。また、指以外の棒などでタッチ操作された場合には、指接近判断手段による指接近の判断が得られないので、指以外の棒などによるタッチ操作とユーザの指によるタッチ操作とを区別できる。
【００２７】
また、本発明において、前記操作部は、マトリックス状に配置された複数の操作領域が設けられるとともに、各操作領域に前記金属体が付けられており、
前記コイルは、前記マトリックスを構成する縦方向の各列に対向する位置に設けられた複数の縦方向コイルと、前記マトリックスを構成する横方向の各列に対向する位置に設けられた複数の横方向コイルとを含み、それら縦方向コイル、横方向コイルは、それぞれ、自身が対向する列に属する複数の前記操作領域に向けて磁束を発生させるものであり、
前記操作判断手段は、前記検出回路により前記共振周波数が大きくなる方向に変化したことを検出された前記縦方向コイルと前記横方向コイルとが交差する部分に対向する前記操作領域がタッチ操作されたと判断することを特徴とする。
【００２８】
これによれば、マトリックス状に配置された複数の操作領域の操作を検出するためのコイルが、マトリックスの各列に対応させて設けられており、操作領域ごとには設けられていないので、コイル数を削減できる。また、操作領域が操作された場合には、その操作領域が属する縦方向の列に対向する縦方向コイル及び横方向の列に対向する横方向コイルのインダクタンスが減少する。この場合には、その縦方向コイルを含んで構成されるＬＣ共振回路の共振周波数が大きくなる方向に変化し、その横方向コイルを含んで構成されるＬＣ共振回路の共振周波数が大きくなる方向に変化する。よって、操作判断手段は、これら縦方向コイル、横方向コイルが交差する部分に対向する操作領域がタッチ操作されたと判断できる。これによって、複数の操作領域がある場合であっても、コイル数を削減しつつ、操作された操作領域を正確に検出できる。
【００２９】
また、本発明における指接近判断手段は、前記検出回路により前記共振周波数が小さくなる方向に変化したことを検出された前記縦方向コイルと前記横方向コイルとが交差する部分に対向する前記操作領域に指が接近したと判断することを特徴とする。
【００３０】
これによれば、指接近判断手段が、上記のタッチ操作の検出と同様の方法で指接近を判断するので、コイル数を削減しつつ、指接近された操作領域を正確に検出できる。
【００３１】
また、本発明において、前記交流発生部及び前記検出回路と接続する前記コイルを前記複数の縦方向コイル、前記複数の横方向コイル間で順番に切り替える切替手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
これによれば、切替手段が、交流発生部及び検出回路と接続するコイルを複数の縦方向コイル、複数の横方向コイル間で順番に切り替えるので、交流発生部及び検出回路をコイルの数だけ設けなくても良く、構成を簡素できる。また、切替手段は順番に切り替えているので、各縦方向コイル、横方向コイルで構成された各ＬＣ共振回路の共振周波数の変化を順番に検出できる。よって、各操作領域がタッチ操作されたか否か、又は各操作領域に指が接近されたか否かを順に判断できる。
【００３３】
また、本発明において、前記操作部は、車両の運転席と助手席の間の位置に設けられており、
前記指接近判断手段により指が接近したと判断された前記操作領域を指が接近した順序が分かるように記憶する指接近順序記憶手段と、
前記操作判断手段により前記操作部がタッチ操作されたと判断された場合に、前記指接近順序記憶手段に記憶されている前記操作領域の順序が、前記運転席側から前記助手席側に向かう順序か否かを判断することで、前記操作部の操作者が前記運転席側のユーザか前記助手席側のユーザかを判断する第一の操作者判断手段と、を備えることを特徴とする。
【００３４】
これによれば、指接近判断手段により指が接近したと判断された場合には、その接近された操作領域の順序が指接近順序記憶手段に記憶される。ここで、操作部は車両の運転席と助手席の間の位置に設けられているので、運転席側のユーザが操作部をタッチ操作する場合には、運転席側にある操作領域から順に指が近づいていくと考えられる。つまり、指接近された操作領域の順序は、運転席側から助手席側に向かう順序であると考えられる。他方、助手席側のユーザが操作部をタッチ操作する場合には、指接近された操作領域の順序は、助手席側から運転席側に向かう順序であると考えられる。第一の操作者判断手段は、どちらの順序であるかに基づいて操作者を判断するので、正確にその判断を行うことができる。
【００３５】
また、本発明において、前記操作部は、車両の運転席と助手席の間の位置に設けられており、
前記複数の操作領域のうち、運転席側にある所定の操作領域が運転席側操作領域として予め定められており、助手席側にある所定の操作領域が助手席側操作領域として予め定められており、
前記指接近判断手段により指が接近したと判断された前記操作領域を記憶する指接近領域記憶手段と、
前記操作判断手段により前記操作部がタッチ操作されたと判断された場合に、前記指接近領域記憶手段に記憶されている１又は複数の前記操作領域における前記運転席側操作領域の数と前記助手席側操作領域の数とを比較することで、前記操作部の操作者が前記運転席側のユーザか前記助手席側のユーザかを判断する第二の操作者判断手段と、を備えることを特徴とする。
【００３６】
これによれば、指接近判断手段により指接近が判断された操作領域が、指接近領域記憶手段に記憶されていく。ここで、運転席側のユーザが操作部をタッチ操作する場合には、運転席側から手が伸びていくので、運転席側にある操作領域（運転席側操作領域）に指が接近する割合が高くなると考えられる。他方、助手席側のユーザが操作部をタッチ操作する場合には、助手席側にある操作領域（助手席側操作領域）に指が接近する割合が高くなると考えられる。第二の操作者判断手段は、どちらの割合が高いか（運転席側操作領域の数と助手席側操作領域の数との大小）に基づいて操作者を判断するので、正確にその判断を行うことができる。
【００３７】
また、本発明は、前記操作部全体が前記金属体としての金属で構成され、
前記操作部の周縁部で前記金属が折り曲げられて、前記金属で構成された前記操作部及び前記金属の折り曲げられた部分で前記コイル設置部の周囲が覆われたことを特徴とする。
【００３８】
これによれば、コイル設置部が金属で覆われることになるので、電磁ノイズ対策を強化できる。具体的には、金属によって、コイル設置部から発生された電磁ノイズが外部に漏れるのを抑制でき、反対に、外部からの電磁ノイズがコイル設置部に侵入されるのを抑制できる。よって、電磁ノイズによる本装置（操作検出装置）の誤動作や他の装置の誤動作を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】車室１００を示した図である。
【図２】第一実施形態の操作検出装置１の構成を示した図である。
【図３】第一実施形態の検出回路５０の詳細を示した図である。
【図４】操作部１１のタッチ操作の検出原理を説明する図である。
【図５】第一実施形態のＬＣ共振回路５１の出力特性を説明する図である。
【図６】第二実施形態の操作検出装置２の構成を示した図である。
【図７】第二実施形態の検出回路５０の詳細を示した図である。
【図８】操作部１１に指が接近した状態を示した図である。
【図９】第二実施形態のＬＣ共振回路５１の出力特性を説明する図である。
【図１０】操作部１３を正面方向から見た図である。
【図１１】指が接近してタッチ操作されるまでの検出回路５０の出力の変化を示した図である。
【図１２】タッチ操作や指接近を判別する処理を示したフローチャートである。
【図１３】操作者を判別する処理を示したフローチャートである。
【図１４】縦長コイル２１１〜２１４、横長コイル２１５〜２１８を説明するための図である。
【図１５】第五実施形態の操作検出装置３の構成を示した図である。
【図１６】第六実施形態の操作部１４周辺の構造を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（第一実施形態）
以下、本発明に係る操作検出装置の第一実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態では、車室に設けられたタッチスイッチのタッチ操作を検出する装置に本発明を適用した例について説明する。図１は、車室１００を示した図である。図１に示すように、運転席３００と助手席（図示外）との間に、車室１００の前席領域に対向する形でフロントパネル１０が設けられている。そのフロントパネル１０には、平面状とされた表面に、各種のスイッチが設けられている。なお、図１では、一つのスイッチ１１のみを図示しているが、他にもスイッチが設けられている。それらスイッチは、例えば、エアコンの動作を指示するスイッチ（例えば、温度設定スイッチ、空調モード設定スイッチ、風向、風量設定スイッチなど）であったり、オーディオの動作を指示するスイッチ（例えば、音量設定スイッチ、ＣＤ、ＤＶＤ、ラジオ等のソースを選択するソース選択スイッチなど）であったりする。より具体的には、フロントパネル１０上には、各スイッチの外形となる外形線（例えば、四角状、丸状の外形線）が描かれ、各外形線の内側に、各スイッチの意味内容に応じたシンボル（例えば、温度設定スイッチであることが分かるシンボル）が描かれている。それら外形線、シンボルによって各スイッチの意匠が構成されている。また、それらスイッチは、タッチ操作によって反応するスイッチとされている。なお、フロントパネル１０の上側には、ナビゲーション装置の液晶ディスプレイ５０１も設けられている。
【００４１】
次に、各スイッチのタッチ操作を検出する操作検出装置の構成について、図１のスイッチ１１を例にとって説明する。図２は、スイッチ１１のタッチ操作を検出する操作検出装置１の構成を示している。なお、図２では、図１のＡ−Ａ線でスイッチ１１を切ったときの断面を示している。スイッチ１１としての操作部１１（フロントパネル１０の一部）は、板状とされており、アクリル等の樹脂から構成されている。その操作部１１の厚さは例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度とされる。操作部１１の裏面には、シート状の金属体１２が付着されている。その金属体１２は、例えば銅、アルミ、金など、比較的導電率が高い金属から構成されている。金属体１２は、予めシート状に形成されたものが接着剤で操作部１１に接着され、又は蒸着によって形成される。
【００４２】
操作部１１の裏側周縁部にはスペーサ３０が設けられている。そのスペーサ３０は、後述する検出コイル基板２０と操作部１１とを一定距離離れさせるために、操作部１１と検出コイル基板２０との間に挿入されるものである。スペーサ３０の一端は操作部１１と固定され、他端は検出コイル基板２０と固定されている。スペーサ３０の厚さは例えば２ｍｍ程度とされている。したがって、操作部１１がタッチ操作されていない状態においては、検出コイル基板２０と操作部１１とは２ｍｍ程度離れていることになる。また、スペーサ３０はアクリル等の樹脂から構成されている。
【００４３】
操作部１１の裏側には、スペーサ３０を介して、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁体から構成された検出コイル基板２０が設けられている。その検出コイル基板２０は、操作部１１と平行に設けられている。検出コイル基板２０には、金属体１２と対向する位置でコイルパターン２１が形成されている。そのコイルパターン２１は、銅、アルミなどの導電材料で構成され、印刷技術を利用することで検出コイル基板２０に形成されたものである。コイルパターン２１はコイルとして機能するものであり、コイルパターン２１に交流が流された場合には、そのインダクタンスに応じた磁束が発生される。なお、金属体１２とコイルパターン２１は対向しているので、コイルパターン２１で発生された磁束は、金属体１２を貫くことになる。なお、以下ではコイルパターン２１を単にコイルと言う。
【００４４】
操作検出装置１は、上記の操作部１１周辺の構成に加えて、交流発生部４０、検出回路５０及びマイコン６０を備えている。交流発生部４０は、所定周波数の交流を発生する部分であり、本実施形態では約４５０ｋＨｚの交流を発生している。その交流発生部４０は、コイル２１で磁束を発生させるとともに、後述する検出回路５０のＬＣ共振回路５１（図３参照）の動作信号を与えるものである。したがって、交流発生部４０は、コイル２１に接続されるとともに、そのコイル２１を介して検出回路５０にも接続されている。
【００４５】
検出回路５０は、コイル２１のインダクタンス変化を検出するための回路である。ここで、図３は、検出回路５０の詳細を示している。なお、図３では、検出回路５０に加えて交流発生部４０も示している。図３に示すように、検出回路５０は、インダクタ（コイル）、キャパシタ（コンデンサ）から構成されたＬＣ共振回路５１を備えている。そのＬＣ共振回路５１は、検出コイル基板２０に形成されたコイル２１を含む形で構成されている。そのコイル２１のインダクタンスＬは、後述するように、検出コイル基板２０（コイル２１）と操作部１１（金属体１２）との距離に応じて変化する。また、ＬＣ共振回路５１には、コイル２１と並列にコンデンサ５２が設けられている。そのコンデンサ５２は、コイル２１に寄生する静電容量Ｃを示したコンデンサである。つまり、コンデンサ５２は、コイル２１によって自動的に発生するものである。なお、これらコイル２１、コンデンサ５２で並列共振回路が構成されている。
【００４６】
また、ＬＣ共振回路５１には、コイル２１と直列に、コンデンサ５３、５４が設けられている。直列コンデンサ５３は、ＬＣ共振回路５１の動作点（交流発生部４０からの交流の周波数ｆ０）がＬＣ共振回路５１の共振周波数付近になるように、その静電容量Ｃｏが定められたコンデンサである。また、コンデンサ５４は、直列コンデンサ５３と並列に設けられており、後述するように、水分付着によって発生するものである。つまり、コンデンサ５４の静電容量Ｃｗは、水分付着に基づく値とされており、水分付着が無ければゼロとされる。
【００４７】
このように、ＬＣ共振回路５１は、コイル２１、コンデンサ５２〜５４から構成されているが、コンデンサ５２、５４は自動的に発生するものであるので、実質的にはコイル２１と直列コンデンサ５３との直列共振回路とされている。ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２は、以下の式１で表すことができる。なお、式１において、静電容量Ｃｂは、直列コンデンサ５３の静電容量Ｃｏとコンデンサ５４の静電容量Ｃｗを加算したもの、つまりＣｂ＝Ｃｏ＋Ｃｗである。なお、コイル２１とコンデンサ５２から構成される並列共振回路の共振周波数ｆｓ１は、以下の式２で表される。式１、式２から、ＬＣ共振回路５１全体の共振周波数ｆｓ２は、直列コンデンサ５３の静電容量Ｃｏの分だけ（厳密には、静電容量Ｃｏに水分付着に基づく静電容量Ｃｗが加算された静電容量Ｃｂの分だけ）式２の共振周波数ｆｓ１よりも小さくされている。なお、操作部１１がタッチ操作されておらず且つ水分付着もされていない状態におけるＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２を基準共振周波数としたとき、本実施形態では、その基準共振周波数ｆｓ２が約４１５ｋＨｚとなるように、ＬＣ共振回路５１の回路定数（コイル２１のインダクタンスＬ、直列コンデンサ５３の静電容量Ｃｏ等）が調整されている。なお、その回路定数の調整の考え方については、操作検出装置１の動作を説明した後に、詳細に説明する。
【００４８】
【数１】
0005651036.tif 000002
【００４９】
【数２】
0005651036.tif 000003
【００５０】
図３に示すように、ＬＣ共振回路５１の入力側には交流発生部４０が接続されている。よって、ＬＣ共振回路５１は、交流発生部４０からの交流（周波数ｆ０＝約４５０ｋＨｚの交流）を入力信号として動作されることになる。また、ＬＣ共振回路５１の出力側には、抵抗５５（抵抗値Ｒｏ）が接続されている。その抵抗５５は、ＬＣ共振回路５１の出力信号Ｖｏを取り出すためのものである。ＬＣ共振回路５１には約４５０ｋＨｚの交流が入力されるので、抵抗５５には４５０ｋＨｚの交流の出力信号Ｖｏが現れることになる。その出力信号Ｖｏの振幅は、ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２が反映された値、具体的には、共振周波数ｆｓ２とＬＣ共振回路５１の動作周波数ｆ０との差に応じた値とされている。より具体的には、ＬＣ共振回路５１の動作点が共振周波数ｆｓ２に近い程、出力信号の振幅が大きくなる。なお、図２では検出回路５０は検出コイル基板２０の外に図示しているが、検出回路５０は検出コイル基板２０上に設けられたとしても良い。
【００５１】
図２の説明に戻り、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたマイコン６０は、交流発生部４０及び検出回路５０と接続されており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがった処理を実行することで、交流発生部４０の動作を制御したり、検出回路５０からの検出結果を受け取って、操作部１１が操作されたか否かを判断したりするものである。マイコン６０は、操作部１１が操作されたと判断したときには、所定の車載機器（エアコン、オーディオ等）に所定の動作（温度設定、音量設定等）をするように指示する。また、マイコン６０は、ＲＡＭ等のメモリ６０１を有しており、各種情報をそのメモリ６０１に一時的に記憶しつつ、各種の処理を実行している。
【００５２】
次に、操作検出装置１の動作（操作部１１のタッチ操作の検出原理）について説明する。図４は操作部１１のタッチ操作の検出原理を説明する図であり、具体的には図４（ａ）は、操作部１１がタッチ操作されていないときにおける操作部１１周辺の断面を示しており、図４（ｂ）は、操作部１１がタッチ操作されたときにおける操作部１１周辺の断面を示している。
【００５３】
（ｉ）操作されていない場合
先ず、図４（ａ）を参照して、操作部１１がタッチ操作されていないときの動作について説明する。マイコン６０からの指示によって交流発生部４０から周波数ｆ０（ｆ０＝約４５０ｋＨｚ）の交流が発生され、その交流がコイル２１に入力される。すると、コイル２１にはコイル２１のインダクタンスＬに応じた磁束７１が発生される。その磁束７１の一部は金属体１２を貫き、金属体１２にはその磁束７１によって渦電流が発生する。すると、その渦電流によって、磁束７１の向きと反対方向の磁束、すなわち磁束７１を相殺する逆磁束が発生する。なお、図４（ａ）では逆磁束を図示していない。結局、コイル２１からは逆磁束による相殺が反映された磁束７１が発生されることになる。
【００５４】
この磁束７１を発生させるコイル２１のインダクタンスＬをＬ＝Ｌ０とすると、図３のＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２は、上記式１のＬがＬ０とされた値となる。ここで、図５は、ＬＣ共振回路５１の出力特性を示しており、具体的には、横軸をＬＣ共振回路５１の動作周波数とし、縦軸を入力信号Ｖｉに対する出力信号Ｖｏの比（Ｖｏ／Ｖｉ）とした図を示している。また、図５には、図４（ａ）の場合、つまり操作部１１がタッチ操作されていない場合における出力比（Ｖｏ／Ｖｉ）の曲線８１（以下、共振曲線という）を示している。その共振曲線８１では動作周波数が４１５ｋＨｚで最も出力が大きくなっている。その周波数４１５ｋＨｚがＬＣ共振回路５１の基準共振周波数ｆｓ２である。
【００５５】
また、ＬＣ共振回路５１の動作周波数ｆ０が約４５０ｋＨｚとされているので、図３の抵抗５５には、図５のｆ０＝４５０ｋＨｚのラインと共振曲線８１との交点８１１で示される値（＝約３Ｖ）の振幅の出力信号Ｖｏが出力される。その出力信号Ｖｏはマイコン６０に入力されて、マイコン６０によって、その出力信号Ｖｏの振幅の大きさと、タッチ操作されていないときにおける振幅の大きさとして予め定められた基準値とが比較される。そして、その比較結果に基づいて、操作部１１がタッチ操作されたか否かが判断される。この場合には、出力信号Ｖｏの振幅の大きさが基準値と同程度であるとして、操作部１１はタッチ操作されていないと判断されることになる。
【００５６】
（ｉｉ）操作された場合
次に、図４（ｂ）を参照して、操作部１１がタッチ操作されたときの動作について説明する。図４（ｂ）に示すように、ユーザの指Ｆによって操作部１１がタッチ操作されると、操作部１１が微小変形し、それにともなって金属体１２も微小変形する。なお、微小変形の度合いは操作部１１を構成する材料によって変わってくるが、どの材料であっても微小変形することには変わりない。操作部１１が微小変形すると、操作部１１（金属体１２）と検出コイル基板２０（コイル２１）との距離が縮まる。距離が縮まると、コイル２１からの磁束７１が金属体１２に導通しやすくなるので、金属体１２に発生する渦電流が増加する。渦電流が増加すると、渦電流による逆磁束７２が大きくなって、その逆磁束７２によってコイル２１の磁束７１が減少する。その結果、コイル２１のインダクタンスＬが、タッチ操作されていないときのインダクタンスＬ０から減少する。上記式１により、コイル２１のインダクタンスＬが減少するとＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２が大きくなる。
【００５７】
ここで、図５には、図４（ｂ）の場合、つまり操作部１１がタッチ操作された場合における共振曲線８２を示している。共振曲線８２は、共振周波数ｆｓ２が大きくなった分だけ、共振曲線８１から右側にシフトしている。その結果、ＬＣ共振回路５１の動作周波数ｆ０と共振周波数ｆｓ２とが接近する。その結果、検出回路５０から出力される出力信号Ｖｏの大きさ（図５のｆ０＝４５０ｋＨｚのラインと共振曲線８２との交点８２１で示される値（＝約４．２Ｖ））が、共振曲線８１のときよりも大きくなる。そして、その出力信号Ｖｏの振幅の大きさ（＝約４．２Ｖ）が基準値（＝約３Ｖ）から一定以上大きくなったことに基づいて、マイコン６０によって操作部１１がタッチ操作されたと判断される。その後、所定の車載機器における所定の動作が行われる。なお、図４（ｂ）の場合では、指Ｆで操作された場合を示しているが、仮に手袋をしたまま操作した場合であっても、操作部１１と検出コイル基板２０との距離が縮まることには変わりないので、動作的には指Ｆの場合と同じである。
【００５８】
（ｉｉｉ）水分付着の場合
次に、操作部１１の内部に水分が侵入して、コイル２１や検出回路５０に水分が付着したときにおける動作について説明する。例えば、図４（ａ）の状態で、コイル２１や検出回路５０に水分が付着した場合には、図３のＬＣ共振回路５１におけるコンデンサ５４の静電容量Ｃｗが大きくなる（発生する）。その結果、上記式１により、ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２が小さくなる。ここで、図５には、水分付着した場合における共振曲線８３を示している。共振曲線８３は、共振周波数ｆｓ２が小さくなった分だけ、共振曲線８１から左側にシフトしている。その結果、ＬＣ共振回路５１の動作周波数ｆ０と共振周波数ｆｓ２とが離れる。その結果、検出回路５０から出力される出力信号Ｖｏの大きさ（図５のｆ０＝４５０ｋＨｚのラインと共振曲線８３との交点８３１で示される値（＝約２Ｖ））が、共振曲線８１のときよりも小さくなる。
【００５９】
そして、マイコン６０によって、その出力信号Ｖｏの振幅の大きさ（＝約２Ｖ）が基準値（＝約３Ｖ）から一定以上小さくなったことが確認される。そして、操作部１１内部に水分が付着した可能性があるとして、例えば警告が行われる。
【００６０】
なお、図５では、コイル２１とその寄生コンデンサ５２とで構成される並列共振回路の共振周波数ｆｓ１（＝約６５０ｋＨｚ）を示している。仮に、直列コンデンサ５３が無いとした場合には、ＬＣ共振回路５１の共振周波数は、その並列共振回路の共振周波数ｆｓ１となる。この場合には、共振周波数ｆｓ１から離れた動作点（ｆ０＝４５０ｋＨｚ）で出力信号を得ることになる。そのため、タッチ操作や水分付着によって共振周波数ｆｓ１が変化したとしても、出力信号はほとんど変化しない。これに対して、直列コンデンサ５３を設けた場合には、動作点を共振周波数ｆｓ２付近にできるので、共振周波数ｆｓ２の小さい変化（インダクタンスＬの微小変化）であっても大きな出力信号の差になって現れる。よって、感度良く、タッチ操作、水分付着を検出できる。
【００６１】
以上の各場合におけるＬＣ共振回路５１の動作を踏まえて、ＬＣ共振回路５１の回路定数に考え方について説明する。図５に示すように、ＬＣ共振回路５１の共振点における出力信号Ｖｏが約５．５Ｖであるのに対し、タッチ操作、水分付着が無いときのＬＣ共振回路５１の動作点（交点８１１）における出力信号Ｖｏが約３Ｖとされている。つまり、動作点８１１は、３／５．５＝約５５％の位置に設定されている。また、タッチ操作されたときのＬＣ共振回路５１の動作点（交点８２１）における出力信号Ｖｏが約４．２Ｖとされている。この場合、動作点８２１は、基準の動作点８１１から約４０％増加（４．２／３＝１．４）したことになる。また、水分付着したときにおけるＬＣ共振回路５１の動作点（交点８３１）における出力信号Ｖｏが約２Ｖとされている。この場合、動作点８３１は、基準の動作点８１１から約３３％減少（２／３＝６７％、１００％−６７％＝３３％）したことになる。
【００６２】
また、共振周波数ｆｓ２の変化を見てみると、タッチ操作、水分付着が無いときのＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２（共振曲線８１参照）は約４１５ｋＨｚに設定されている。また、タッチ操作されたときのＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２（共振曲線８２参照）は約４３０ｋＨｚとされている。また、水分付着したときのＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２は約４００ｋＨｚとされている。
【００６３】
以上より、ＬＣ共振回路５１の各素子の回路定数は、例えば以下の事項を満たすように設定する。
（１）各場合（タッチ操作無し、水分付着無し、タッチ操作有り、水分付着有り）におけるＬＣ共振回路５１の動作点が、ＬＣ共振回路５１の共振点付近にくる。共振点付近とは、共振点を基準として、ＬＣ共振回路５１の共振曲線の傾きΔＶｏ／Δｆ（周波数変化Δｆに対する出力変化ΔＶｏ）が一定以上の範囲を言う。図５の例では、例えば、３５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲。
（２）タッチ操作、水分付着が無いときのＬＣ共振回路５１の動作点（基準の動作点）が、共振曲線のピーク点（共振点）の約半分の位置となる。
（３）タッチ操作されたとき又は水分付着したときの動作点が、基準の動作点から少なくとも３０％以上変化した位置になる。
（４）上記（１）を共振周波数ｆｓ２の観点で言うと、各場合（タッチ操作無し、水分付着無し、タッチ操作有り、水分付着有り）の動作点が共振点付近から外れない範囲で、ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２が変化する。図５の例では、４１５ｋＨｚを基準に±１５ｋＨｚの範囲で、共振周波数ｆｓ２が変化。
（５）各場合の動作点が、ＬＣ共振回路５１の共振曲線において、共振点の右側の範囲と左側の範囲のいずれか一方で変動する。なお、図５の例では、共振点より右側の範囲で動作点が変動しているが、共振点より左側の範囲で動作点が変動するようにしても良い。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態では、仮に手袋をしたまま操作した場合であってもその操作を正確に検出できるとともに、仮に水分付着した場合であってもＬＣ共振回路５１はタッチ操作時と逆方向に動作するので、タッチ操作の検出には影響を与えない。
【００６５】
（第二実施形態）
次に、本発明に係る操作検出装置の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心にして説明する。この第二実施形態は、操作検出装置に、ユーザの指が操作部に接近したことを検出する機能（ホバーリング機能）を備えさせた実施形態である。図６は、本実施形態の操作検出装置２の構成を示している。なお、図６において、第一実施形態の操作検出装置１（図２参照）と変更が無い部分には同一符号を付している。図６に示すように、操作検出装置２は、操作部１１に付着された金属体１２が検出回路５０（ＬＣ共振回路５１）に接続されている点が、図２の操作検出装置１と異なっており、その他は操作検出装置１と同じとされている。
【００６６】
金属体１２が検出回路５０に接続されることによって、検出回路５０のＬＣ共振回路５１の動作が第一実施形態のそれと異なっている。ここで、図７は、本実施形態の検出回路５０の詳細を示している。なお、図７において、第一実施形態の検出回路５０（図３参照）と変更が無い部分には同一符号を付している。図７に示すように、直列コンデンサ５３と並列に静電容量Ｃｐのコンデンサ５６が設けられる点が、図３の検出回路５０と異なっている。そのコンデンサ５６は、ユーザの指が操作部１１（金属体１２）に接近したことに起因して発生するコンデンサとされている。つまり、操作部１１に指が接近していないときにはコンデンサ５６の静電容量Ｃｐはほぼゼロとされ、指が接近したときには静電容量Ｃｐは一定以上の大きさとされる。なお、本実施形態のＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２は、上記式１において、静電容量Ｃｗを静電容量Ｃｐに代えたものとされる。
【００６７】
次に、操作検出装置２の動作（指接近の検出原理）について説明する。図８は、操作部１１周辺の断面を示しており、詳細にはユーザの指Ｆが操作部１１に接近したときの状態を示している。図８に示すように、指Ｆが操作部１１に接近すると、指Ｆと金属体１２との間で静電容量Ｃｐが発生する。上記したように金属体１２はＬＣ共振回路５１に接続されているので、発生した静電容量ＣｐはＬＣ共振回路５１にコンデンサ５６として含まれる。その結果、ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２は、静電容量Ｃｐの分だけ小さくなる（式１参照）。
【００６８】
ここで、図９は、ＬＣ共振回路５１の出力特性として指接近時における共振曲線８４を示している。なお、図９には、操作部１１がタッチ操作されていないとき（且つ指接近もしていないとき）における共振曲線８１及びタッチ操作されたときにおける共振曲線８２も点線で示している。なお、これら共振曲線８１、８２は、図５の共振曲線８１、８２と同じである。図９に示すように、指接近時における共振曲線８４は、共振周波数ｆｓ２が小さくなった分だけ、基準の共振曲線８１から左側にシフトしている。その結果、ＬＣ共振回路５１の動作周波数ｆ０と共振周波数ｆｓ２とが離れる。その結果、検出回路５０から出力される出力信号Ｖｏの大きさ（図９のｆ０＝４５０ｋＨｚのラインと共振曲線８４との交点８４１で示される値（＝約２Ｖ））が、基準値（共振曲線８１のときにおける値）より小さくなる。そして、マイコン６０によって、その出力信号Ｖｏの振幅の大きさが基準値から一定以上小さくなったことが確認されて、操作部１１に指Ｆが接近したと判断される。その後、指接近に応じた制御（例えば操作部１１をＬＥＤ等で照明するなど）が行われる。
【００６９】
なお、操作部１１がタッチ操作されたときの動作は、第一実施形態と同じである。つまり、指接近時とタッチ操作時とで、ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２は逆方向に変化する。よって、指接近とタッチ操作とを正確に区別できる。
【００７０】
（第三実施形態）
次に、本発明に係る操作検出装置の第三実施形態について、上記実施形態と異なる部分を中心にして説明する。図１０は、本実施形態の操作部１３の正面図を示している。その操作部１３は、図１のフロントパネル１０の一部の領域に形成されている。図１０に示すように、操作部１３には、複数の操作領域１３１ａ〜１３１ｐが設けられている。それら操作領域１３１ａ〜１３１ｐは、正方形状とされており、４×４のマトリックス状に配列されている。なお、以下では、操作領域１３１ａ〜１３１ｐを総称して言う場合や、任意の操作領域１３１ａ〜１３１ｐを指す場合には、符号１３１を使用して操作領域１３１と言う。各操作領域１３１は、数字を入力するためのタッチスイッチとされており、そのために、１〜１６の数字のいずれかが割り当てられている。そして、各操作領域１３１には、自身が割り当てられた数字が記されている。
【００７１】
各操作領域１３１のそれぞれの裏側は、第二実施形態における操作部１１の裏側の構造（図６参照）と同じとされている。すなわち、各操作領域１３１ごとに、金属体１２及びコイル２１が設けられている。そして、各操作領域１３１ごとに検出回路５０が設けられている。また、各金属体１２は、各検出回路５０に接続されており、第二実施形態で説明したように、タッチ操作の検出に加えて、各操作領域１３１への指接近も検出可能に構成されている。なお、各コイル２１に交流を入力する交流発生部４０は、各コイル２１の数だけ設けられたとしてもよく、一つのみ設けて、全てのコイル２１で共通に使用されたとしても良い。また、各操作領域１３１のタッチ操作や指接近を判断する一つのマイコン６０が設けられている。
【００７２】
次に、本実施形態における各操作領域１３１へのタッチ操作の検出原理について説明する。ここで、図１１は、操作領域１３１と指との距離又は操作領域１３１と検出コイル基板２０との距離に対する検出回路５０の出力信号の変化を示したライン２００を示している。なお、図１１の縦軸は、ＬＣ共振回路５１の動作点（動作周波数ｆ０）における出力信号の振幅とされている。また、図１１の横軸は、「タッチ」と記された点の右側の範囲では操作領域１３１と指との距離を示しており、左側の範囲では操作領域１３１と検出コイル基板２０との距離を示している。以下、図１０の数字「７」の操作領域１３１ｇが操作される場合を例にとって、図１１の出力信号の変化（ライン２００）について説明する。
【００７３】
指Ｆが未だ操作領域１３１ｇから離れている段階（ライン２００の第一の部分２０１参照）では、ＬＣ共振回路５１の共振周波数ｆｓ２の変化は無いので、出力信号はある初期値となる。その後、指Ｆが徐々に操作領域１３１ｇに近づいていくと（ライン２００の第二の部分２０２参照）、あるところで指Ｆと操作領域１３１ｇの金属体１２との間で静電容量Ｃｐが発生し、その静電容量Ｃｐの分だけ共振周波数ｆｓ２が小さくなる。そして、それにともなって出力信号が小さくなる。指Ｆが操作領域１３１ｇにさらに近づくと、発生する静電容量Ｃｐが大きくなっていくので、出力信号は徐々に減少していく。そして、あるところで出力信号が所定の閾値ＴＨ１よりも小さくなる。この場合に、マイコン６０によって、指Ｆが操作領域１３１ｇに接近したと判断される。なお、以下では、出力信号が閾値ＴＨ１より小さくなった場合を「静電反応が生じている」と言う。
【００７４】
出力信号は、指Ｆが操作領域１３１ｇにタッチされるまで減少していく。指Ｆが操作領域１３１ｇにタッチされた後は（ライン２００の第三の部分２０３参照）、操作領域１３１ｇと検出コイル基板２０との距離が縮んでいくので、操作領域１３１ｇに対応するコイル２１のインダクタンスＬが減少する。そして、それにともなって共振周波数ｆｓ２が大きくなり、出力信号が大きくなる。つまり、操作領域１３１ｇと検出コイル基板２０との距離が小さくなるにしたがって、出力信号が徐々に大きくなっていく。その後、出力信号は、静電反応の閾値ＴＨ１よりも大きくなり、さらにその後、所定の閾値ＴＨ２よりも大きくなる。この場合に、マイコン６０によって、操作領域１３１ｇがタッチ操作されたと判断される。なお、以下では、出力信号が閾値ＴＨ２よりも大きくなった場合を「磁気反応が生じている」と言う。
【００７５】
このように、操作領域１３１が操作される場合には、先ず静電反応が生じ、その静電反応に後続して磁気反応が生ずることになる。その性質を考慮することで、より正確に、操作領域１３１が操作されたか否かを判断できる。以下、操作領域１３１が操作されたか否かを判断する手順について、図１２のフローチャートを参照しながら説明する。この図１２のフローチャートは、マイコン６０によって、一定間隔おきに繰り返し実行され、各操作領域１３１ごとに実行される。先ず、検出回路５０からの出力信号が静電反応の閾値ＴＨ１より小さくなったか否かが判断される（Ｓ１１）。出力信号が閾値ＴＨ１以上の場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、続いて、出力信号が磁気反応の閾値ＴＨ２より大きくなったか否かが判断される（Ｓ１５）。閾値ＴＨ２以下の場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、静電反応、磁気反応どちらも生じていないことになるので、操作領域１３１への指の接近（ホバーリング）、タッチ操作のいずれも無いと判断される（Ｓ１７）。その後、図１２のフローチャートの処理が終了される。
【００７６】
Ｓ１５において、出力信号が閾値ＴＨ２より大きい場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、指の接近を経ないで磁気反応のみが生じたことになるので、人体以外の物（棒など）で操作領域１３１が操作されたと判断される（Ｓ１６）。その後、図１２のフローチャートの処理が終了される。一方、Ｓ１１において、出力信号が閾値ＴＨ１より小さい場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、続いて、閾値ＴＨ１より小さくなってから一定時間経過するまでに、出力信号が磁気反応の閾値ＴＨ２より大きくなったか否かが判断される（Ｓ１２）。閾値ＴＨ２より大きくなった場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、静電反応に後続して磁気反応が生じたことになるので、ユーザによって操作領域１３１が操作されたと判断される（Ｓ１３）。その後、図１２のフローチャートの処理が終了される。
【００７７】
Ｓ１２において、一定時間経過するまでに、出力信号が閾値ＴＨ２より大きくならなかった場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、静電反応のみが生じたことになるので、コイル２１や検出回路５０に水分が付着したと判断され又は指が操作領域１３１に接近したが操作されなかった（ホバーリングのみ）と判断される（Ｓ１４）。その後、図１２のフローチャートの処理が終了される。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態では、図１１の性質を考慮することで、操作領域１３１の操作の有無、人体による操作か否か、ホバーリングのみ、水分付着かを判断できる。また、複数の操作領域１３１を有しているので、複数種類のタッチスイッチを構成できる。なお、本実施形態では、複数の操作領域が４×４のマトリックス状に配列された例について説明したが、操作領域は、どの列数のマトリックス（ｍ×ｎのマトリックス）状に配列されたとしても良い。また、各操作領域の形状は正方形状でなくても良く、例えば長方形状、円状であっても良い。
【００７９】
（第四実施形態）
次に、本発明に係る操作検出装置の第四実施形態について、上記実施形態と異なる部分を中心にして説明する。本実施形態の操作検出装置の構成は、第三実施形態の構成と同じである。すなわち、図１０に示すマトリックス状に配列された複数の操作領域１３１からなる操作部１３を備えている。また、各操作領域１３１の金属体１２は各検出回路５０に接続されており、そのために、各操作領域１３１ごとに指接近及びタッチ操作を検出可能に構成されている。本実施形態は、操作部１３（操作領域１３１）を操作した操作者が、ドライバーか助手席ユーザかを判別できるようにした実施形態とされる。以下、操作者判別の手順について説明する。ここで、図１３は、マイコン６０によって実行される、操作者判別の手順を示したフローチャートを示している。なお、図１３のフローチャートの処理は、所定のタイミングで開始され、その後、一定間隔おきに繰り返し実行される。なお、以下では、数字「７」の操作領域１３１（図１０参照）がドライバーによって操作された場合を例にとって、図１３のフローチャートの処理を説明する。
【００８０】
先ず、新しく静電反応が生じた操作領域１３１が有るか否かが判断される（Ｓ２１）。静電反応が生じた操作領域１３１が無い場合には（Ｓ２１：Ｎｏ）、操作領域１３１への操作が無いと判断される（Ｓ２４）。その後、図１３のフローチャートの処理が終了される。これに対して、静電反応が生じた操作領域１３１が有る場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、続いて、その操作領域１３１（厳密には操作領域１３１を識別する識別情報）がメモリ６０１（図６参照）に記憶される（Ｓ２２）。この際、今回までにＳ２２で記憶された各操作領域１３１間で、静電反応が生じた順序が分かるように記憶される（Ｓ２２）。続いて、磁気反応が生じた操作領域１３１が有るか否かが判断される（Ｓ２３）。磁気反応が生じていない場合には（Ｓ２３：Ｎｏ）、Ｓ２１の処理に戻って、次に新しく静電反応が生じた操作領域１３１が有るか否かが判断される（Ｓ２１）。例えば、ドライバーが「７」の操作領域１３１ｇを操作するまでに、「１６」の操作領域１３１ｐ→「１２」の操作領域１３１ｌ→「１１」の操作領域１３１ｋ→「８」の操作領域１３１ｈ→「７」の操作領域１３１ｇの順序で指Ｆが接近したとする。この場合、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理が繰り返されて、Ｓ２２では、「１６」→「１２」→「１１」→「８」→「７」の順序がマイコン６０のメモリ６０１に記憶されることになる。
【００８１】
Ｓ２３において、磁気反応が生じた操作領域１３１があると判断された場合、つまりタッチ操作された操作領域１３１が有ると判断された場合には（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、続いて、Ｓ２２で記憶された静電反応の順序が、運転席側からの順序か否かが判断される（Ｓ２５）。ドライバーが操作領域１３１を操作する場合には、図１０の正面方向から見て右側の操作領域１３１から順に静電反応が生じていくと考えられる。これに対して、助手席ユーザが操作領域１３１を操作する場合には、左側の操作領域１３１から順に静電反応が生じていくと考えられる。そこで、Ｓ２５では、例えば、最初に静電反応した操作領域１３１から最後に静電反応した操作領域１３１に向かう方向が、図１０の正面方向から見て右側から左側に向かっているか否かが判断される。上記の「１６」→「１２」→「１１」→「８」→「７」の順序の例では、最初に静電反応した「１６」の操作領域１３１ｐは一番右の列に属しており、最後に静電反応した「７」の操作領域１３１ｇは右から２番目の列に属している。よって、「１６」から「７」の方向は右側から左側に向かっているので、運転席側からの順序であると判断されることになる（Ｓ２５）。なお、Ｓ２５では、単純に、最初に静電反応が生じた操作領域１３１が一番右側の列に属している操作領域１３１（図１０の例では、「４」、「８」、「１２」、「１６」の操作領域１３１）の場合に、運転席側からの順序であると判断しても良い。
【００８２】
Ｓ２５で運転席側からの順序であると判断された場合には（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、続いて、現時点までに（タッチ操作されるまでに）に静電反応が生じた操作領域１３１における運転席側に位置する操作領域１３１（運転席側操作領域）の数と助手席側に位置する操作領域１３１（助手席側操作領域）の数とが比較される（Ｓ２６）。ここで、現時点までに静電反応した操作領域１３１の情報として、先のＳ２２で記憶された情報が使用される。また、運転席側に位置する操作領域１３１（運転席側操作領域）とは、具体的には図１０のマトリックスのうちの右半分側に位置する操作領域１３１（「３」、「４」、「７」、「８」、「１１」、「１２」、「１５」、「１６」）のことを言い、助手席側に位置する操作領域１３１（助手席側操作領域）とは、図１０のマトリックスのうちの左半分側に位置する操作領域１３１（「１」、「２」、「５」、「６」、「９」、「１０」、「１３」、「１４」）のことを言う。上記の例では、Ｓ２２において「７」、「８」、「１１」、「１２」、「１６」の操作領域１３１が記憶されており、それら操作領域１３１の全てが右半分側に位置する操作領域１３１（運転席側操作領域）とされている。よって、この場合Ｓ２６では、運転席側操作領域１３１の数のほうが多いと判断される（Ｓ２６）。
【００８３】
Ｓ２６で運転席側操作領域１３１の数のほうが多いと判断された場合には（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、運転席側からの操作、すなわちドライバーによる操作と判断される（Ｓ２７）。この場合には、その操作は無効とされ、操作に応じた動作、制御は実行されない（Ｓ２８）。これは、運転中はドライバーによる操作はできるだけ避けたほうが良いためである。Ｓ２８の処理の後、図１３のフローチャートの処理が終了される。
【００８４】
Ｓ２５において、静電反応の順序が運転席側からの順序ではないと判断された場合には（Ｓ２５：Ｎｏ）、操作領域１３１を操作した操作者は助手席ユーザであると判断される（Ｓ２９）。続いて、操作有効であるとして、操作された操作領域１３１に応じた動作、制御が実行される（Ｓ３０）。その後、図１３のフローチャートの処理が終了される。
【００８５】
また、Ｓ２６において、静電反応した操作領域１３１のうち助手席側操作領域１３１のほうが運転席側操作領域１３１よりも多いと判断された場合にも（Ｓ２６：Ｎｏ）、助手席ユーザの操作と判断されて（Ｓ２９）、操作有効とされる（Ｓ３０）。このように、本実施形態では、静電反応の順序と静電反応の数の一つでも運転席側ではないと判断された場合には、助手席ユーザの操作と判断されることになる。言い換えると、静電反応の順序と静電反応の数の両方が運転席側と判断された場合に、ドライバーの操作と判断されることになる。これによって、助手席ユーザの操作であるにもかかわらずドライバーの操作であると誤って判断されてしまうのを防止できる。
【００８６】
以上、本実施形態では、操作部１３を操作した操作者を判別できるので、判別した操作者に応じた処理を実行することができる。なお、本実施形態では、静電反応の順序及び静電反応の数に基づいて操作者を判別していたが、どちらか一方に基づいてその判別を行っても良い。また、静電反応の順序と静電反応の数の両方が運転席側の場合にドライバーの操作と判断していたが、一つでも運転席側の場合にはドライバーの操作と判断しても良い。
【００８７】
（第五実施形態）
次に、本発明に係る操作検出装置の第五実施形態について、上記実施形態と異なる部分を中心にして説明する。図１４は、本実施形態の操作部１３を正面方向から見た図を示している。図１４の操作部１３は、図１０の操作部１３と同じとされている。なお、図１４では、操作部１３の裏側に設けられるコイル２１１〜２１８を透視して示している。図１４に示すように、本実施形態では、各操作領域１３１の一つずつコイルが設けられるのではなく、マトリックスを構成する各列ごとにコイル２１１〜２１８が設けられている。具体的には、マトリックスを構成する縦方向の列ａ〜ｄに対向する位置にそれぞれ縦長コイル２１１〜２１４が設けられている。また、マトリックスを構成する横方向の列Ａ〜Ｄに対向する位置にそれぞれ横長コイル２１５〜２１８が設けられている。なお、図１０では、金属体、スペーサ、検出コイル基板等を図示していないが、操作部１３の各操作領域１３１の裏側の構造は、図２のＡ−Ａ断面で示す構造と同じ構造とされている。
【００８８】
各コイル２１１〜２１８は、自身が対向する列に属する複数の操作領域１３１に向けて磁束を発生させるコイルとされている。具体的には、例えば、図１４において一番左側に設けられ縦方向の縦長コイル２１１は、一番左側の縦方向の列ａに属する操作領域１３１（「１」、「５」、「９」、「１３」の操作領域１３１）に向けて磁束を発生させる。また、縦長コイル２１１〜２１４は検出コイル基板の一方の面に形成され、横長コイル２１５〜２１８は検出コイル基板の他方の面（縦長コイル２１１〜２１４が形成されていない側の面）に形成されている。なお、縦長コイル２１１〜２１４と横長コイル２１５〜２１８との間を絶縁させて、縦長コイル２１１〜２１４及び横長コイル２１５〜２１８を検出コイル基板の同じ面に形成しても良い。
【００８９】
図１５は、本実施形態の操作検出装置３の構成を示している。なお、図１５において、操作部１３周辺の構成（操作部１３、金属体、スペーサ、検出コイル基板）の図示を省略している。また、図１５では、上記実施形態と変更が無い部分には同一符号を付している。図１５に示すように、操作検出装置３は、上記実施形態と同じ機能を有する交流発生部４０、検出回路５０、マイコン６０に加えて、第一の切替部６１、第二の切替部６２を備えている。第一の切替部６１はマルチプレクサ等で構成され、第一端子６１１には交流発生部４０が接続され、複数の第二端子６１２のそれぞれには各コイル２１１〜２１８の一端が接続されている。また、第一の切替部６１には、複数の第二端子６１２間で接点を切り替えて、第一端子６１１と一つの第二端子６１２との間を接続するスイッチ６１３が設けられている。このように、第一の切替部６１は、スイッチ６１３によって、交流発生部４０からの交流の入力を複数のコイル２１１〜２１８間で切り替えるものである。
【００９０】
第二の切替部６２はマルチプレクサ等で構成され、第一端子６２１には検出回路５０が接続され、複数の第二端子６２２のそれぞれには各コイル２１１〜２１８の他端（第一の切替部６１が接続されていない側のコイル２１１〜２１８の端部）が接続されている。また、第二の切替部６２には、複数の第二端子６２２間で接点を切り替えて、第一端子６２１と一つの第二端子６２２との間を接続するスイッチ６２３が設けられている。このように、第二の切替部６２は、スイッチ６２３によって、検出回路５０に接続するコイルを、複数のコイル２１１〜２１８間で切り替えるものである。
【００９１】
第一の切替部６１、第二の切替部６２のスイッチ６１３、６２３は、マイコン６０からの指令に基づいて第二端子６１２、６２２の接点を切り替えている。そのマイコン６０は、第一の切替部６１と第二の切替部６２とで同じコイル２１１〜２１８が接続されるように、スイッチ６１３の切り替えとスイッチ６２３の切り替えとを同期させている。また、マイコン６０は、一定間隔でスイッチ６１３、６２３を切り替えることで、交流発生部４０と接続するコイル及び検出回路５０と接続するコイルをコイル２１１〜２１８間で順番に切り替えている。このように、本実施形態では、第一、第二の切替部６１、６２で順番に切り替えることで、コイル２１１〜２１８を時分割で動作させている。
【００９２】
次に、タッチ操作され、又は指が接近された操作領域を検出する方法について説明する。例えば図１４において「７」の操作領域１３１がタッチ操作されたとする。この場合に、その「７」が属する列ｃに対応するコイル２１３及び列Ｂに対応するコイル２１６のインダクタンスが減少するので、マイコン６０には、それらコイル２１３、２１６のインダクタンスの減少を示した情報が検出回路５０から入力される。そして、マイコン６０によって、コイル２１３とコイル２１６とが交差する部分に対向する操作領域１３１（列ｃと列Ｂとが交差する操作領域）、すなわち「７」の操作領域１３１が操作された判断される。なお、指が操作領域に接近した場合は、タッチ操作の検出と同様に、静電反応が生じた２列が交差する操作領域が、指が接近した操作領域として検出される。このように本実施形態では、コイル数を削減できるとともに、交流発生部４０及び検出回路５０も一つだけで良いので構成を簡素にできる。
【００９３】
（第六実施形態）
次に、本発明に係る操作検出装置の第六実施形態について、上記実施形態と異なる部分を中心にして説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の操作部１４を正面方向から見た図を示しており、図１６（ｂ）は、操作部１４の断面図を示している。なお、図１６（ｂ）では、上記実施形態と変更が無い部分には同一符号を付している。図１６（ａ）に示すように、操作部１４は、図１０の操作部１３と同様に、複数の操作領域１４１が４×４のマトリックス状に配列されている。操作部１４は全体が板状の金属１６で構成されている。その金属１６は、コイル２１からの磁束によって渦電流を発生させる金属体としても機能し、銅、アルミ、金などで構成されている。
【００９４】
操作部１４を構成する金属１６は、図１６（ｂ）に示すように、操作部１４の外周縁部で折り曲げられている。その折り曲げられた部分を側部１５としたときに、その側部１５が検出コイル基板２０の外周縁部で接続されている。このように、本実施形態では、検出コイル基板２０（コイル２１）の周囲が金属１６で覆われた構造となっている。これによって、検出コイル基板２０から発生された電磁ノイズが外部に漏れるのを抑制でき、反対に、外部からの電磁ノイズが検出コイル基板２０に侵入されるのを抑制できる。つまり、電磁ノイズ対策を強化できる。
【００９５】
また、操作部１４と検出コイル基板２０の間には、各操作領域１４１ごとにスペーサ３０が設けられている。よって、図１６（ｃ）に示すように、操作された操作領域１４１のみを変形させることができる。なお、図１６（ｃ）では、一つの操作領域１４１における断面図を示している。
【００９６】
なお、本発明に係る操作検出装置は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限度で種々変更することができる。例えば、上記実施形態では、フロントパネル１０（図１参照）に設けられるスイッチに本発明を適用した例について説明したが、液晶ディスプレイ５０１（図１参照）のタッチパネルにも本発明を適用することができる。この場合には、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で金属体やコイルを形成し、透明樹脂（ＰＥＴ、アクリル等）で操作部、スぺーサ、検出コイル基板を形成し、それらを液晶ディスプレイ５０１に貼り合わせれば良い。これによって、液晶ディスプレイ５０１に表示されたスイッチへのタッチ操作や指接近を検出できる。
【００９７】
また、タッチパッドや特許文献１〜３のように専用のペンでタッチ入力するデータタブレットに本発明を適用しても良い。また、上記実施形態では、操作部と検出コイル基板の間にスペーサを設けることで、操作部と検出コイル基板とを一定距離離れさせていたが、操作部及び検出コイル基板が互いに一定距離離れた位置で支持されているのであれば、スペーサを設けなくても良い。また、操作部とスペーサとを同一材料で一体的に形成しても良い。
【００９８】
なお、上記実施形態において、検出コイル基板２０が本発明の「コイル設置部」に相当する。マイコン６０が本発明の「操作判断手段」及び「指接近判断手段」に相当する。縦長コイル２１１〜２１４が本発明の「縦方向コイル」に相当する。横長コイル２１５〜２１８が本発明の「横方向コイル」に相当する。第一、第二の切替部６１、６２及びマイコン６０が本発明の「切替手段」に相当する。図１３のＳ２１〜Ｓ２３の処理を実行するマイコン６０及びメモリ６０１が本発明の「指接近順序記憶手段」及び「指接近領域記憶手段」に相当する。図１３のＳ２５の処理を実行するマイコン６０が本発明の「第一の操作者判断手段」に相当する。図１３のＳ２６の処理を実行するマイコン６０が本発明の「第二の操作者判断手段」に相当する。
【符号の説明】
【００９９】
１、２、３  操作検出装置
１０  フロントパネル
１１、１３、１４  操作部
１３１、１４１  操作領域
１２  金属体
１６  金属
２０  検出コイル基板
２１  コイル
２１１〜２１４  縦長コイル
２１５〜２１８  横長コイル
３０  スペーサ
４０  交流発生部
５０  検出回路
５１  ＬＣ共振回路
５２〜５４、５６  コンデンサ
５５  抵抗
６０  マイコン
６１  第一の切替部
６２  第二の切替部
７１  磁束
７２  逆磁束
【図１】
0005651036.tif 000004
【図２】
0005651036.tif 000005
【図３】
0005651036.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005651036.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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