(57)【要約】【課題】少ない電極数で立体的な操作検出を可能とする操作検出装置を提供する。【解決手段】立体形状の操作ノブ部１０と、操作ノブ部１０の一番手前側に配置され、操作ノブ部１０の周方向に沿って複数配置される第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）と、操作ノブ部１０の周方向に沿って配置された電極が、第１電極から奥側に順次配置される第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）と、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）の静電容量の変化により操作ノブ部１０の回転方向に関する情報を取得し、また、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のそれぞれの電極の静電容量の変化によりどの電極が操作されたかの検出を行なう制御部２０と、を有して操作検出装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体形状の操作ノブ部と、
前記操作ノブ部の一番手前側に配置され、前記操作ノブ部の周方向に沿って複数配置される第１電極と、
前記操作ノブ部の周方向に沿って配置された電極が、前記第１電極から奥側に順次配置される第２電極と、
前記第１電極の静電容量の変化により前記操作ノブ部の回転方向に関する情報を取得し、また、前記第２電極のそれぞれの電極の静電容量の変化によりどの電極が操作されたかの検出を行なう制御部と、
を有することを特徴とする操作検出装置。
【請求項２】
前記操作ノブ部の前記立体形状は、前記第２電極を指で操作する場合に、前記第１電極及び前記第２電極のいずれの電極にも近接又は接触する形状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】
前記立体形状は、前記奥側をすそ野とするドーム形状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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、複数の操作対象への入力に対応し、操作が直感的に分かりやすく、かつ、手のひらなどが誤作動の原因となり難い静電容量式センサを用いた操作検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この操作検出装置は、対をなす電極からなる検知部を複数備え、複数の検知部は立体的に配置され、かつ、特定の平面に投影したとき、内包する１点を位置基準点として共有する複数の相似多角形又は同心円の周上に配置されている。操作検出装置は、対をなす電極間の静電容量の変化により操作者の指を検知して出力を発生する。
【０００３】
この操作検出装置では、操作者が入力操作のために検知対象となる指先を電極近傍におくと、その指先と立体構造物の接触面の中心における接平面とその法線は、接平面と法線で示される。このように半球状の立体構造物に検知電極を設けた場合、各電極近傍での接平面及び法線の方向は各々異なり、その違いは操作者の指先の感覚で容易に認識できる。従って、操作者は手元を見なくとも指先の感覚から、入力装置上の指先の絶対位置をおおよそ類推でき、ひいては入力信号も類推できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８２２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の操作検出装置に示されるように、半球状の立体構造物に検知電極を設ける場合は、同心円の周上に複数の検知部を配置する必要があり、また、その複数の検知部を立体的に配置する必要がある。このため、上記説明したような従来の操作検出装置で立体的な操作検出を行なう場合には、配置する電極数が大幅に増加してしまうという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、少ない電極数で立体的な操作検出を可能とする操作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】
【０００７】
［１］上記目的を達成するため、立体形状の操作ノブ部と、前記操作ノブ部の一番手前側に配置され、前記操作ノブ部の周方向に沿って複数配置される第１電極と、前記操作ノブ部の周方向に沿って配置された電極が、前記第１電極から奥側に順次配置される第２電極と、前記第１電極の静電容量の変化により前記操作ノブ部の回転方向に関する情報を取得し、また、前記第２電極のそれぞれの電極の静電容量の変化によりどの電極が操作されたかの検出を行なう制御部と、を有することを特徴とする操作検出装置を提供する。
【０００８】
［２］前記操作ノブ部の前記立体形状は、前記第２電極を指で操作する場合に、前記第１電極及び前記第２電極のいずれの電極にも近接又は接触する形状であることを特徴とする操作検出装置であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記立体形状は、前記奥側をすそ野とするドーム形状であることを特徴とする上記［１］に記載の操作検出装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、少ない電極数で立体的な操作検出を可能とする操作検出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の操作ノブ部の外観斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の図１におけるＡ矢視図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、操作ノブ部に対する操作の例を示す図１におけるＡ矢視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の概略構成を示す構成ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置を車両に搭載される空調機器の操作検出装置として適用した場合の空調機器表示画面、図６（ｂ）は、操作ノブ部を操作している場合の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の操作ノブ部の外観斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の図１におけるＡ矢視図である。図１、２に基づいて本実施の形態に係る操作検出装置の構成を以下に示す。
【００１３】
本実施の形態に係る操作検出装置１は、立体形状の操作ノブ部１０と、操作ノブ部１０の一番手前側（図２で示すＢ方向）に配置され、操作ノブ部１０の周方向に沿って複数配置される第１電極であるＡ部電極ｅＡ（ｅＡ１〜ｅＡＮ）と、操作ノブ部１０の周方向に沿って配置された電極が、第１電極から奥側（図２で示すＣ方向）に順次配置される第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）と、Ａ部電極ｅＡ（ｅＡ１〜ｅＡＮ）の静電容量の変化により操作ノブ部１０の回転方向に関する情報を取得し、また、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のそれぞれの電極の静電容量の変化によりどの電極が操作されたかの検出を行なう制御部２０と、を有して構成されている。
【００１４】
（操作ノブ部１０）
操作ノブ部１０は、図１、２に示すように、ベース３０上に、例えば、ドーム形状に形成されている。操作ノブ部１０は、樹脂、金属等により、ベース３０側が奥側のすそ野１０ａであるドーム形状で、操作ノブ部の先端部１０ｂが手前側とされる。この操作ノブ部１０は、手前側から手指を近づけて、掌がドーム形状を覆うように、把持操作する。この把持操作により、操作者の主に指先が、各電極、すなわち、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）に接触または近接する。
【００１５】
なお、以下において、各電極への手指のタッチ操作は、各電極へ手指が接触する場合と、静電容量値の変化が検出できる程度に各電極へ手指が近接する場合を含むものとする。
【００１６】
Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）は、絶縁された状態で、銅板、銅箔等により、ノブ本体１２の表面に形成される。各電極は、電極表面に所定の誘電率を有する樹脂等により表面層が形成されている。操作者が、各電極にタッチすると、操作者の手指が表面層を介して各電極との間にコンデンサを形成する。これにより、各電極へのタッチの有無を、その静電容量値の変化により判断することが可能となる。
【００１７】
第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）は、図１、２に示すように、操作ノブ部１０の一番手前側に配置され、操作ノブ部１０の周方向に沿って複数配置されている。すなわち、Ｎ個の電極ｅＡ１〜ｅＡＮが、操作ノブ部１０の周方向に沿って、それぞれ電気的に独立に配置されている。このＮ個のＡ部電極は、Ａ部電極が検出すべき操作ノブ部１０の周方向の分解能により設定される。例えば、３０°の回転方向の分解能を要する場合は、１２個のＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡ１２）が操作ノブ部１０の周方向に沿って複数配置されることになる。
【００１８】
第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）は、図１、２に示すように、第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）から奥側に向かって順次配置されている。Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）は、それぞれ、操作ノブ部１０の周方向に沿って環状に形成された単一電極である。
【００１９】
（ドーム形状について）
図３（ａ）、（ｂ）は、操作ノブ部に対する操作の例を示す図１におけるＡ矢視図である。図３（ａ）は、操作者が、手指１００、特に、親指１０１と人差し指１０２で、Ｃ部電極（ｅＣ）をタッチしながら、操作ノブ部１０の周方向に沿って回転操作をしている図である。Ｃ部電極（ｅＣ）へのタッチ操作により、操作ノブ部１０の奥行情報の検出を行なうことができる。同時に、操作者の手指１００がＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）に近接するので、操作ノブ部１０の周方向の回転情報の検出が分解能３６０°/Ｎで可能である。
【００２０】
また、図３（ｂ）は、操作者が、手指１００、特に、親指１０１と人差し指１０２で、Ｄ部電極（ｅＤ）をタッチしながら、操作ノブ部１０の周方向に沿って回転操作をしている図である。Ｄ部電極（ｅＤ）へのタッチ操作により、操作ノブ部１０の奥行情報の検出を行なうことができる。同時に、操作者の手指１００がＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）に近接するので、操作ノブ部１０の周方向の回転情報の検出が分解能３６０°/Ｎで可能である。
【００２１】
操作ノブ部１０は、上記示したように、第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のいずれの電極にタッチしたかの判断により操作ノブ部１０の奥行情報の検出を行なうことができると共に、第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）は、操作者の手指１００がＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）に近接するので、操作ノブ部１０の周方向の回転情報の検出が可能である。
【００２２】
操作ノブ部１０は、上記説明したように、第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のいずれの電極にタッチする場合でも、操作者の手指１００が第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）に近接または接触するような形状に形成されている。本実施の形態では、このような形状の一例として、図１、２に示すような、アーチの頂点を中心として水平に回転させたドーム形状としている。
【００２３】
なお、操作ノブ部１０の形状は種々の形状が可能であり、第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のいずれかの電極にタッチする場合に、操作者の手指１００が第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）に近接または接触するような形状であれば、本発明に適用可能である。例えば、円錐状、稜線が円弧又はその組合せの錐体状の立体形状等である。
【００２４】
（制御部２０）
図４は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の概略構成を示す構成ブロック図である。制御部２０は、例えば、プログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ(Random Access Memory)及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。また、制御部２０は、信号の入出力処理のためのインターフェース部等を有する。
【００２５】
図４に示すように、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）は、それぞれ制御部２０に接続されている。Ａ部電極の各電極ｅＡ１〜ｅＡＮから検出信号Ｓｅ１〜ＳｅＮが制御部２０にＮチャンネルで入力される。また、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のそれぞれの検出信号ＳＢ、ＳＣ、ＳＤが制御部２０に入力される。
【００２６】
また、制御部２０には、制御対象である制御機器が接続されている。本実施の形態では、制御機器として空調機器５０を考える。なお、制御部２０には、種々の制御機器を接続することが可能であり、また、車両ＬＡＮ等を介して接続することが可能である。
【００２７】
（静電容量検出動作）
操作者が各電極、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）にタッチすると、操作者と手指との間にコンデンサが形成される。すなわち、それぞれの電極は、例えば、操作者がタッチしていない状態では、タッチセンサ出力（静電容量値）は、ほぼゼロ（ただし、寄生容量はある）であり、操作者の手指がタッチした状態では、静電容量値が増加する。制御部２０は、各電極へ、所定の周期で電圧を印加するチャージ動作を行なうと共に、所定の周期で各電極の電圧をサンプリングする。これらの動作により、各電極の静電容量値を随時算出する。各電極へのタッチの有無は、制御部２０により、各電極の出力値（静電容量値）が所定の閾値を超えたかどうかを判定することにより判断することができる。なお、各電極の出力値（静電容量値）は、静電容量値、静電容量に対応した電圧値、あるいは、これらアナログ値をカウンタにより積算して量子化したデジタル値として出力される。
【００２８】
制御部２０には、図４に示すように、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）から静電容量値に基づく検出信号Ｓｅ１〜ＳｅＮが入力される。制御部２０は、例えば、検出信号Ｓｅ１〜ＳｅＮの中で、タッチ有りと判断された電極の中で、最も検出値の高い電極の回転方向、回転角の変化を判断することにより、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）へのタッチ位置変化を検出することができる。また、２本指のタッチに対応した検出を行ない、それらの２つの検出信号の回転角の変化を判断することにより、操作ノブ部１０の周方向に沿うピンチ操作（ピンチイン、ピンチアウト）の検出も可能である。すなわち、制御部２０は、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）の静電容量の変化により操作ノブ部１０の回転方向に関する情報を取得して周方向の回転情報の検出を行なうことが可能となる。
【００２９】
また、制御部２０には、図４に示すように、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）から静電容量値に基づく検出信号ＳＢ、ＳＣ、ＳＤが入力される。制御部２０は、例えば、検出信号ＳＢ、ＳＣ、ＳＤの中で、タッチ有りと判断された電極の中で、最も検出値の高い電極がタッチされたものと判断することができる。すなわち、制御部２０は、Ｂ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）のそれぞれの電極の静電容量の変化によりどの電極が操作されたかの検出を行ない、これにより、操作ノブ部の奥行情報の検出を行なうことが可能となる。
【００３０】
上記説明したタッチ検出は、前述したように、各電極へ手指が近接する場合の検出を含むものである。このため、制御部２０は、タッチ検出感度を上げて検出動作を行なう。図３（ａ）、（ｂ）に示したように、手指１００と電極との間に隙間がある場合でも、タッチ検出が可能となるように設定されている。
【００３１】
（操作検出装置の動作）
図５は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置の動作を示すフローチャートである。また、図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る操作検出装置を車両に搭載される空調機器の操作検出装置として適用した場合の空調機器表示画面、図６（ｂ）は、操作ノブ部を操作している場合の斜視図である。
【００３２】
図６（ａ）は、制御対象である空調機器５０の表示画面５１であり、操作検出装置１の図６（ｂ）で示す動作により、操作ノブ部１０の回転操作及び奥行方向への操作を行ない、表示画面５１上のマーク、記号等を選択し、レベル、数値等を変化させる動作を行なう。以下に、図５、６に基づいて操作検出装置の動作を説明する。
【００３３】
操作検出装置１の動作がスタートすると、制御部２０は、Ｂ部電極（ｅＢ）にタッチしたかどうかを判断する（Ｓｔｅｐ１）。Ｂ部電極（ｅＢ）にタッチしたと判断する場合はＳｔｅｐ２へ進み（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、タッチしていないと判断する場合はＳｔｅｐ４へ進む（Ｓｔｅｐ１：Ｎｏ）。
【００３４】
制御部２０は、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）のタッチ位置変化を検出する（Ｓｔｅｐ２）。
【００３５】
制御部２０は、制御信号Ｓにより、Ｓｔｅｐ１で判断したＢ部電極（ｅＢ）に対応する風量マーク５２を選択する。また、制御部２０は、Ｓｔｅｐ２で判断したＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）のタッチ位置変化に対応して、風量マーク５２の風量バー５２ａの本数表示を変化させる。これにより、風量の調整を行なう（Ｓｔｅｐ３）。
【００３６】
上記示した風量の調整の後、Ｓｔｅｐ１へ戻って、割込み信号が入力されるまで、操作検出装置の動作を繰り返し実行する。
【００３７】
制御部２０は、Ｃ部電極（ｅＣ）にタッチしたかどうかを判断する（Ｓｔｅｐ４）。Ｃ部電極（ｅＣ）にタッチしたと判断する場合はＳｔｅｐ５へ進み（Ｓｔｅｐ４：Ｙｅｓ）、タッチしていないと判断する場合はＳｔｅｐ７へ進む（Ｓｔｅｐ４：Ｎｏ）。
【００３８】
制御部２０は、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）のタッチ位置変化を検出する（Ｓｔｅｐ５）。
【００３９】
制御部２０は、制御信号Ｓにより、Ｓｔｅｐ４で判断したＣ部電極（ｅＣ）に対応する温度表示５４を選択する。また、制御部２０は、Ｓｔｅｐ５で判断したＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）のタッチ位置変化に対応して、温度表示５４の数字５４ａを変化させる。これにより、温度の調整を行なう（Ｓｔｅｐ６）。
【００４０】
上記示した温度の調整の後、Ｓｔｅｐ１へ戻って、割込み信号が入力されるまで、操作検出装置の動作を繰り返し実行する。
【００４１】
制御部２０は、Ｄ部電極（ｅＤ）にタッチしたかどうかを判断する（Ｓｔｅｐ７）。Ｄ部電極（ｅＤ）にタッチしたと判断する場合はＳｔｅｐ８へ進み（Ｓｔｅｐ７：Ｙｅｓ）、タッチしていないと判断する場合はＳｔｅｐ１へ戻る（Ｓｔｅｐ７：Ｎｏ）。
【００４２】
制御部２０は、Ａ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）のタッチ位置変化を検出する（Ｓｔｅｐ８）。
【００４３】
制御部２０は、制御信号Ｓにより、Ｓｔｅｐ７で判断したＤ部電極（ｅＤ）に対応する風向きマーク５６を選択する。また、制御部２０は、Ｓｔｅｐ８で判断したＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）のタッチ位置変化に対応して、特定の風向きマーク５６ａ〜５６ｄをハイライト表示させる。これにより、風向きの調整を行なう（Ｓｔｅｐ９）。
【００４４】
上記示した風向きの調整の後、Ｓｔｅｐ１へ戻って、割込み信号が入力されるまで、操作検出装置の動作を繰り返し実行する。
【００４５】
以上、一連の動作フローにより、操作検出装置の動作が実行される。
【００４６】
（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る操作検出装置は、第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）により、操作ノブ部１０の周方向の回転情報の検出が可能である。また、第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）により、操作ノブ部１０の奥行情報の検出が可能である。このように、回転情報及び奥行情報が検出でき、１つのノブ操作により多次元コンテンツを操作することができる。したがって、多次元コンテンツを操作する上で、本実施の形態に係る操作検出装置は、電極数を大幅に減らすことができ、ジェスチャ操作が可能な静電ノブを簡便に安価に構成することが可能になる。
【００４７】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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、変更等を行うことができる。
【００４８】
本実施の形態では、操作ノブ部１０の奥行情報の検出を、第２電極であるＢ部電極（ｅＢ）、Ｃ部電極（ｅＣ）、Ｄ部電極（ｅＤ）の３本の電極で行なったが、検出可能な範囲で、電極数を増減することが可能である。
【００４９】
本実施の形態では、操作ノブ部１０は、ベース３０に対して回転しないものとして説明したが、ベース３０に対して回転する場合でも対応可能である。第１電極であるＡ部電極（ｅＡ１〜ｅＡＮ）へのタッチ数、また、なぞり操作等を検出することにより、操作ノブ部１０の周方向の回転情報の検出が可能である。
【００５０】
また、これら実施の形態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、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、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】
【００５１】
１…操作検出装置
１０…操作ノブ部
１２…ノブ本体
２０…制御部
３０…ベース
５０…空調機器
５１…表示画面
５２…風量マーク
５２ａ…風量バー
５４…温度表示
５４ａ…数字
５６、５６ａ〜５６ｄ…風向きマーク
１００…手指
１０１…親指
１０２…人差し指
ｅＡ、ｅＡ１〜ｅＡＮ…Ａ部電極
ｅＢ…Ｂ部電極
ｅＣ…Ｃ部電極
ｅＤ…Ｄ部電極
Ｓｅ１〜ＳｅＮ…検出信号
ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ…検出信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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