(57)【要約】【課題】連続する１つの抵抗体により位置検出が可能な位置検出装置を提供する。【解決手段】連続する抵抗体１０と、抵抗体１０の一端部１０ａから抵抗体１０へ第１駆動信号Ｖを入力し、抵抗体１０の他端部１０ｂから第１駆動信号Ｖに対応した第１応答信号Ｖ１を検出する第１検出部１１０と、抵抗体１０の他端部１０ｂから抵抗体１０へ第２駆動信号Ｖを入力し、抵抗体１０の一端部１０ａから第２駆動信号Ｖに対応した第２応答信号Ｖ２を検出する第２検出部１２０と、第１検出部１１０及び第２検出部１２０による検出結果に基づいて抵抗体１０へのタッチ位置を算出する処理部１３０と、を備えた制御部１００と、を有して位置検出装置を構成する。【選択図】図１
2017129914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する抵抗体と、
前記抵抗体の一端部から前記抵抗体へ第１駆動信号を入力し、前記抵抗体の他端部から前記第１駆動信号に対応した第１応答信号を検出する第１検出部と、前記抵抗体の他端部から前記抵抗体へ第２駆動信号を入力し、前記抵抗体の一端部から前記第２駆動信号に対応した第２応答信号を検出する第２検出部と、前記第１検出部及び前記第２検出部による検出結果に基づいて前記抵抗体へのタッチ位置を算出する処理部と、を備えた制御部と、
を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、正弦波信号であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記抵抗体は、前記一端部から前記他端部までの抵抗値が線形に増加することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第１検出部及び前記第２検出部の入力端子は、入力インピーダンスが大であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に関し、特に、１次元の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、位置検出装置に関し、特に、１次元の位置を検出する位置検出装置が知られている。この位置検出装置は、ステアリングの円周に沿って配置される１次元の位置検出装置である。位置検出装置は、ステアリングコアに装着される静電容量センサであって、絶縁性を有する可撓性基板と、可撓性基板の上に設けられ、ステアリングコアに装着された状態で、ホイールが延びる方向を軸心としたステアリングコアの周方向に所定間隔で配置され、それぞれがホイールの延びる方向に延びるように形成された複数の静電容量検出電極とを有する構成とされている（例えば、特許文献１参照）。複数の静電容量検出電極は、前記ステアリングコアに装着された状態で、ステアリングコアの周方向に隣接する電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されている。
【０００３】
特許文献１の位置検出装置は、ステアリング本体のホイールの延びる方向に延びるように形成された６つの電極部が、ステアリングコアの周方向に所定間隔で配置され、且つ周方向に隣接する電極部同士が異なる組に属するように、複数の組に分割され、同一の組に属する複数の静電容量検出電極が共通接続されるようになっている。これにより、静電容量センサが、電極部をステアリングコアの周方向に所定間隔で１次元的に配置した構成であると共に、静電容量検出電極を２つずつ共通接続することにより、配線数を削減し、１つの可撓性基板に全ての静電容量検出電極を形成するようにしているので、構造の簡単化を図ることが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２０１５−１４７５３１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、特許文献１の位置検出装置は、複数の検出用の電極を配置する必要がある。このため、複数の検出用の電極から検出用ＩＣまで、複数本の配線による接続が必要となる。また、その配線に手が近づくと配線にも静電容量が発生し、誤入力を起こすという問題もあった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、連続する１つの抵抗体により位置検出が可能な位置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、連続する抵抗体と、前記抵抗体の一端部から前記抵抗体へ第１駆動信号を入力し、前記抵抗体の他端部から前記第１駆動信号に対応した第１応答信号を検出する第１検出部と、前記抵抗体の他端部から前記抵抗体へ第２駆動信号を入力し、前記抵抗体の一端部から前記第２駆動信号に対応した第２応答信号を検出する第２検出部と、前記第１検出部及び前記第２検出部による検出結果に基づいて前記抵抗体へのタッチ位置を算出する処理部と、を備えた制御部と、を有することを特徴とする位置検出装置を提供する。
【０００８】
［２］前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号は、正弦波信号であることを特徴とする上記［１］に記載の位置検出装置であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記抵抗体は、前記一端部から前記他端部までの抵抗値が線形に増加することを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の位置検出装置であってもよい。
【００１０】
［４］また、前記第１検出部及び前記第２検出部の入力端子は、入力インピーダンスが大であることを特徴とする上記［１］から［３］のいずれかに記載の位置検出装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続する１つの抵抗体により位置検出が可能な位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る位置検出装置の抵抗体を中心とした概略構成を示す概略構成図である。なお、抵抗体は、電気で用いる抵抗の記号を利用して図示している。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る位置検出装置の全体構成を示す全体構成図である。
【図３】図３（ａ）は、第１検出部による検出動作を示す抵抗体を中心とした検出動作説明図であり、図３（ｂ）は、第２検出部による検出動作を示す抵抗体を中心とした検出動作説明図である。なお、抵抗体は、電気で用いる抵抗の記号を利用して図示している。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る位置検出装置をステアリングホイールに適用した場合の概略構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、ステアリングホイールのＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図４（ａ）において、抵抗体は、電気で用いる抵抗の記号を利用して図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本発明の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る位置検出装置の抵抗体を中心とした概略構成を示す概略構成図である。なお、抵抗体は、電気で用いる抵抗の記号を利用して図示している。また、図２は、本発明の実施の形態に係る位置検出装置の全体構成を示す全体構成図である。本発明の実施の形態では、抵抗体が直線状に配置されたリニアポジションセンサとして説明する。
【００１４】
本実施の形態に係る位置検出装置１は、連続する抵抗体１０と、抵抗体１０の一端部１０ａから抵抗体１０へ第１駆動信号Ｖを入力し、抵抗体１０の他端部１０ｂから第１駆動信号Ｖに対応した第１応答信号Ｖ１を検出する第１検出部１１０と、抵抗体１０の他端部１０ｂから抵抗体１０へ第２駆動信号Ｖを入力し、抵抗体１０の一端部１０ａから第２駆動信号Ｖに対応した第２応答信号Ｖ２を検出する第２検出部１２０と、第１検出部１１０及び第２検出部１２０による検出結果に基づいて抵抗体１０へのタッチ位置を算出する処理部１３０と、を備えた制御部１００と、を有して構成されている。
【００１５】
抵抗体１０は、絶縁材料で形成されたベース部（図示省略）上に抵抗材料を均一に塗布等することにより形成されている。この抵抗体１０は、全長がＬで、全長Ｌにおける抵抗値がＲとする。また、抵抗体１０は、一端部１０ａから他端部１０ｂまでの抵抗値が線形に増加するように形成されている。
【００１６】
図１に示すように、抵抗体１０の一端部１０ａは、第１検出部１１０の第１出力端子１１０ａに接続され、他端部１０ｂは、第１検出部１１０の第１入力端子１１０ｂに接続されている。また、抵抗体１０の一端部１０ａは、第２検出部１２０の第２入力端子１２０ｂに接続され、他端部１０ｂは、第２検出部１２０の第２出力端子１２０ａに接続されている。
【００１７】
図２に示すように、制御部１００は、第１検出部１１０、第２検出部１２０、処理部１３０を有して構成されている。制御部１００は、例えば、プログラムに従って、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ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。また、抵抗体１０へ駆動信号を供給するための信号生成回路部、電流を供給するためのドライバ部、信号の入出力を行なうインターフェース部等を備えている。
【００１８】
第１検出部１１０、第２検出部１２０は、第１、第２駆動信号Ｖを生成するための正弦波発生回路を有する。第１検出部１１０は、正弦波発生回路で生成した正弦波である第１駆動信号Ｖを、第１出力端子１１０ａから一端部１０ａを経由して、抵抗体１０に信号入力する。また、第１応答信号Ｖ１が、他端部１０ｂを経由して第１入力端子１１０ｂに入力される。
【００１９】
第２検出部１２０は、正弦波発生回路で生成した正弦波である第２駆動信号Ｖを、第２出力端子１２０ａから他端部１０ｂを経由して、抵抗体１０に信号入力する。また、第２応答信号Ｖ２が、一端部１０ａを経由して第２入力端子１２０ｂに入力される。
【００２０】
第１検出部１１０、第２検出部１２０は、第１応答信号Ｖ１、第２応答信号Ｖ２を検出するための電圧検出回路を有する。電圧検出回路は、例えば、図１に示すタッチ点Ｐに指が接触あるいは近接した場合に、そのタッチ点Ｐにおいて指と抵抗体１０とで形成される静電容量値Ｃに対応したフィルタ出力電圧を、第１応答信号Ｖ１、第２応答信号Ｖ２として検出する。
【００２１】
なお、第１検出部１１０の第１入力端子１１０ｂ、第２検出部１２０の第２入力端子１２０ｂから見た入力回路は、入力インピーダンスが大とされている。すなわち、抵抗体１０から入力回路へ電流が流れ込まない、又は、電流が無視できる、例えば、入力抵抗がＭΩ程度のハイインピーダンスに設定されている。
【００２２】
処理部１３０は、所定のプログラムにより、第１、第２駆動信号Ｖを抵抗体１０へ供給し、第１応答信号Ｖ１、第２応答信号Ｖ２を取得する。取得した第１応答信号Ｖ１、第２応答信号Ｖ２と予め内部の記憶部に記憶されたＲ値、Ｌ値から、タッチ点Ｐの位置、すなわち、図１で示す一端部１０ａからタッチ点Ｐまでの距離Ｌ１を算出する。
【００２３】
（タッチ点Ｐの位置検出動作）
図３（ａ）は、第１検出部による検出動作を示す抵抗体を中心とした検出動作説明図であり、図３（ｂ）は、第２検出部による検出動作を示す抵抗体を中心とした検出動作説明図である。なお、抵抗体は、電気で用いる抵抗の記号を利用して図示している。
【００２４】
図３（ａ）において、抵抗体１０のタッチ点Ｐに、指が触れた場合、その触れた部分に抵抗体１０と人の手との間で形成されたコンデンサが接続されたのと同等となる。一端部１０ａから第１駆動信号Ｖが入力される入力段、他端部１０ｂから第１応答信号Ｖ１が出力される出力段と見た場合、ローパスフィルタが形成されている。なお、前述したように、出力段には電流が流れ込まない。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、全長Ｌの抵抗値Ｒ[Ω]、一端部１０ａからタッチ点Ｐまでの抵抗値Ｒ１[Ω]、タッチ点Ｐから他端部１０ｂまでの抵抗値Ｒ２[Ω]（Ｒ２＝Ｒ−Ｒ１）である。手が触れたことで、タッチ点Ｐに形成されたコンデンサの静電容量をＣ[Ｆ]とする。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、第１駆動信号Ｖとして正弦波電圧Ｖ０ｓｉｎωｔが抵抗体１０に入力されたとき、第１応答信号Ｖ１は、次のようになる。
2017129914.tif 000003
ここで、
2017129914.tif 000004
である。
【００２７】
同様に、図３（ｂ）に示すように、第２駆動信号Ｖとして正弦波電圧Ｖ０ｓｉｎωｔが抵抗体１０に入力されたとき、第２応答信号Ｖ２は、次のようになる。
2017129914.tif 000005
ここで、
2017129914.tif 000006
である。
【００２８】
これらから、第１応答信号Ｖ１、第２応答信号Ｖ２の定常応答Ｖ１ｓ、Ｖ２ｓは、それぞれ、
2017129914.tif 000007
【００２９】
これらが、過渡応答が無視できるくらいの時間が経過した後に、第１検出部１１０、第２検出部１２０で測定される電圧値となり、この時測定される正弦波の振幅が、入力された正弦波に対してそれぞれａ倍、ｂ倍になっていたとすると、次のように置ける。
2017129914.tif 000008
【００３０】
上式を変形すると、
2017129914.tif 000009
【００３１】
上式において、コンデンサの静電容量Ｃは、測定できない値であるので、これらを連立方程式として解いてＣを消去すると、
2017129914.tif 000010
【００３２】
2017129914.tif 000011
より、
2017129914.tif 000012
と求まる。
【００３３】
すなわち、第１検出部１１０、第２検出部１２０により、それぞれの応答信号の定常応答の振幅を測定し、処理部１３０により、上記示したような演算処理により、タッチ点Ｐの位置、すなわち、図３（ａ）に示す一端部１０ａからの距離Ｌ１が求まる。
【００３４】
なお、上記の処理手順以外に、例えば、位相遅れを測定することで算出することも可能である。
【００３５】
第１応答信号Ｖ１、第２応答信号Ｖ２の計算結果から、印加した正弦波に対する位相遅れθ１、θ２はそれぞれ、
2017129914.tif 000013
である。
【００３６】
上式を変形すると、
2017129914.tif 000014
【００３７】
これらを連立方程式として解くと、
2017129914.tif 000015
【００３８】
2017129914.tif 000016
より、
2017129914.tif 000017
【００３９】
振幅の測定値を用いて導出したものと同様に、上記のＲ１／Ｒは、図３（ａ）に示す抵抗体の全長Ｌに対するＬ１の距離を示しており、上記のような算出方法によっても手が触れた位置を検出することが可能である。
【００４０】
（適用例）
図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る位置検出装置をステアリングホイールに適用した場合の概略構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、ステアリングホイールのＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図４（ａ）において、抵抗体は、電気で用いる抵抗の記号を利用して図示している。
【００４１】
車両のステアリングホイールに本発明を適用すると、ステアリングホイールの把持位置を検出するステアリング把持センサを構成することができる。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、ステアリングホイール２００のホイール本体２０１の表面に抵抗体２１０、２１１を形成する。抵抗体２１０、２１１は、右手及び左手に対応して、上記説明した抵抗体をホイール本体２０１の右半分及び左半分にそれぞれ配置する。
【００４３】
一端部２１０ａ、２１１ａ、他端部２１０ｂ、２１１ｂは、上記説明した本発明の実施の形態と同様に、それぞれ第１検出部、第２検出部に接続され、処理部１３０により、それぞれの把持位置が検出される。
【００４４】
なお、図４（ｂ）に示すように、抵抗体２１０、２１１は、それぞれステアリングホイール２００のホイール本体２０１の表面に塗布等することにより形成される。この塗布する位置は、図４（ｂ）に示すように、上側、すなわち、運転者側に限定されることが好ましい。これにより、運転者の親指の把持位置が検出できるので、精度のよい把持センサが構成可能となる。
【００４５】
（本発明の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る位置検出装置は以下のような効果を有する。
（１）本実施の形態に係る位置検出装置によれば、２入力だけで触った場所の検出ができるようになり、また、各電極からの配線がなくなることで、配線への誤入力もなくなる。また、本実施の形態を車両のステアリングホイールに適用すると、ステアリング把持センサを構成することができる。
（２）本実施の形態に係る位置検出装置は、抵抗体を連続で構成するだけでタッチ位置、把持位置を検出することができる。抵抗体を直線的に形成すればリニアポジションセンサを構成できる。また、抵抗体は、任意の曲線状にも塗布等により容易に形成できる。したがって、任意の形状において、１次元のタッチ位置を検出できる位置検出装置が容易に構成できる。
【００４６】
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。
【００４７】
本実施の形態では、第１検出部１１０及び第２検出部１２０を抵抗体１０に直結した構成としたが、第１検出部、第２検出部をそれぞれ、例えば、マルチプレクサを介して接続することにより、駆動信号を順次切り替えながら印加し、応答信号を順次切り替えながら検出する構成とすることも可能である。
【００４８】
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】
【００４９】
１…位置検出装置
１０…抵抗体
１０ａ…一端部
１０ｂ…他端部
１００…制御部
１１０…第１検出部
１１０ａ…第１出力端子
１１０ｂ…第１入力端子
１２０…第２検出部
１２０ａ…第２出力端子
１２０ｂ…第２入力端子
１３０…処理部
２００…ステアリングホイール
２０１…ホイール本体
２１０、２１１…抵抗体
２１０ａ、２１１ａ…一端部
２１０ｂ、２１１ｂ…他端部
Ｖ…第１駆動信号、第２駆動信号
Ｖ１…第１応答信号
Ｖ２…第２応答信号
Ｖ１ｓ、Ｖ２ｓ…定常応答
Ｐ…タッチ点
Ｒ…抵抗値
Ｌ…全長
Ｃ…静電容量
【図１】
2017129914.tif 000018
【図２】
2017129914.tif 000019
【図３】
2017129914.tif 000020
【図４】
2017129914.tif 000021