JP2015130122A - 静電容量式操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誤判定の抑制と操作性向上との両立を図る。
【解決手段】静電容量式操作装置は、指先Ｆにより接触操作される操作面を形成する操作プレートおよび電極を備えるとともに、以下に説明する検出手段、急変判定手段および接触判定手段を備える。検出手段は、指先と電極との間で生じる静電容量の変化量に応じた検出値を取得する。急変判定手段は、検出値の変化期間Ｔｕｐ、Ｔｄｗ中に、変化速度の単位時間当たりの変化量Ｖ２−Ｖ１、Ｖ３−Ｖ４が所定量ΔＶｔｈ以上になっている急変現象が現れたか否かを判定する。接触判定手段は、急変現象が現れたと判定されたことを条件として、接触操作または離反操作が為されたと判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、操作体（例えばユーザの指先）により接触操作される静電容量式操作装置に関する。

特許文献１には、ユーザの指先により接触操作される操作面を形成する操作プレートと、操作プレートの裏側に配置される電極とを備えた静電容量式の操作装置が開示されている。この操作装置は、電極と指先との間で生じる静電容量の変化量に応じた検出値を取得し、取得した検出値が所定の閾値を超えている場合に、接触操作が為されているとオン判定する。

さて、指先を操作面に軽く触れた場合には、指先を操作面に強く押し付けた場合に比べて指先と操作面との接触面積が小さいので、検出値は小さくなる。したがって、上記閾値を低く設定すれば、操作面に軽く触れるだけでオン判定されるようになり操作性が向上する。

一方、操作者の指先が大きい場合や指先が汗で濡れている場合には検出値が大きく現れるので、上述の如く閾値を低くすると、操作面に触れていなくても指先を近づけただけでオン判定される、といった誤判定の不具合が生じる。したがって、操作者の個体差に起因した誤判定の抑制と操作性向上とのバランスを鑑みて、上記閾値を設定する必要がある。

特開２０１３−１１７９００号公報

しかしながら、実際には上記個体差に起因した検出値の違いが大きいので、上記バランスを良好にすることは困難であり、誤判定の抑制と操作性向上との両立は困難である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、誤判定の抑制と操作性向上との両立を実現可能にした静電容量式操作装置を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは、静電容量式操作装置であり、操作体（Ｆ）により接触操作される操作面（１１、１２、１３、１４、１５、１６）を形成する操作プレート（１０）と、操作面に操作体が接触する接触操作、または操作面に接触していた操作体が該操作面から離れる離反操作が為されたと判定する接触判定手段（４６）と、を備えることを前提とする。そして、操作面に対して操作体の反対側に位置する電極（２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、操作体と電極との間で生じる静電容量の変化量に応じた検出値を取得する検出手段（４１）と、検出値の変化速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）が所定速度（Ｖｔｈ）以上になっている変化期間（Ｔｕｐ、Ｔｄｗ）中に、変化速度の単位時間当たりの変化量が所定量（ΔＶｔｈ）以上になっている急変現象が現れたか否かを判定する急変判定手段（４２）と、を備え、接触判定手段は、急変判定手段により急変現象が現れたと判定されたことを条件として、接触操作または離反操作が為されたと判定することを特徴とする。

さて、図４に例示するように、接触操作する過程において、操作体が操作面に接触する迄は、操作体と電極との離間距離に反比例して検出値は変化する（ｔ１〜ｔ２参照）。したがって、操作体の移動速度が一定であれば、検出値の変化速度は離間距離に反比例して変化する。しかし、接触操作が為された以降は、操作体の移動速度が一定であっても検出値の変化速度が急激に大きくなる（ｔ２〜ｔ４参照）。また、離反操作する過程において、操作体が操作面から離れた以降は、操作体と電極との離間距離に反比例して検出値は変化する（ｔ７〜ｔ８参照）。しかし、操作体が操作面から離れる迄は、検出値の変化速度が急激に大きくなる（ｔ５〜ｔ７参照）。

要するに、操作体が操作面に接触または離反する前後で検出値の変化速度は急激に変化する。そして、このように検出値が急変する度合いは、操作者の個体差の影響を受けにくい。それでいて、操作体を操作面に近づけるものの接触させなかった場合、例えば接触操作を途中で止めた場合には、上記急変現象は出現しない。また、操作体を操作面に押し付ける力を弱めることにより、操作面に接触させたまま操作体を操作面から僅かに遠ざけた場合、例えば離反操作を途中で止めた場合にも、上記急変現象は出現しない。

これらの知見を鑑みた上記発明では、検出値の変化期間中に、検出値の変化速度が増大する急変現象が現れたことを条件として、接触操作または離反操作が為されたと判定する。そのため、接触操作または離反操作の有無を高精度で判定できる。よって、誤判定の抑制と操作性向上との両立を実現できる。

また、開示される発明のひとつは、先述した前提の静電容量式操作装置であり、操作面に対して操作体の反対側に位置する電極（２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、操作体と電極との間で生じる静電容量の変化量に応じた検出値を取得する検出手段（４１）と、を備え、接触判定手段は、検出値が所定の閾値（Ｃｔｈ）を跨ぐように変化する時の検出値の変化速度（Ｖ２、Ｖ３）が所定速度（Ｖｔｈａ）以上になっていることを条件として、接触操作または離反操作が為されたと判定することを特徴とする。

さて、操作体が操作面に接触または離反する前後で検出値の変化速度は急激に変化することは、先述した通りである。したがって、接触操作する過程において、検出値が閾値を越えて増大した時の増大速度（変化速度）は、所定速度以上に大きくなっている可能性が高い。また、離反操作する過程において、検出値が閾値を越えて減少した時の減少速度の絶対値（変化速度）は、所定速度以上に大きくなっている可能性が高い。

これらの知見を鑑みた上記発明では、検出値が閾値を跨ぐように変化する時の検出値の変化速度が所定速度以上になっていることを条件として、接触操作または離反操作が為されたと判定する。そのため、接触操作または離反操作の有無を高精度で判定できる。よって、誤判定の抑制と操作性向上との両立を実現できる。

本発明の第１実施形態にかかる静電容量式操作装置の、車両搭載位置を示す斜視図。 図１に示す静電容量式操作装置の正面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。 接触操作および離反操作した場合における、検出値変化の一態様を示す図。 第１実施形態において、接触操作の有無を判定する処理手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、離反操作の有無を判定する処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において、接触操作の有無を判定する処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態において、離反操作の有無を判定する処理手順を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる静電容量式操作装置を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１は、車両Ｖに搭載されたインストルメントパネル（インパネＶｉ）を室内側から見た斜視図である。インパネＶｉのうち車両左右方向の中央部分には、静電容量式操作装置Ｖｏが組み付けられている。この静電容量式操作装置Ｖｏは、車両乗員により操作されることを前提としており、車室内のうち、運転席Ｄｒおよび助手席Ｐａのいずれの乗員からも操作可能な位置に配置されている。そして、図２および図３に示すように、静電容量式操作装置Ｖｏは、以下に説明する操作プレート１０、電極シート２０およびプリント配線板３０を備えて構成されている。

操作プレート１０は、樹脂製の板部材であり、ユーザに視認される装飾面１０ａを形成する。装飾面１０ａは、複数の操作面１１、１２、１３、１４、１５、１６を有している。これらの操作面１１〜１６には、操作対象の設定内容を表した文字や記号、図形等が印刷されている。図１に示す例では、操作対象は、車室内を空調する空調装置５０であり、例えば、空調装置５０の起動、風量設定、温度設定等が上記設定内容の具体例として挙げられる。操作面１１〜１６をユーザが指先Ｆで接触操作すると、対応する機器に対して作動を指令する指令信号が出力され、接触操作の内容にしたがって、空調装置５０が作動する。

操作プレート１０のうち装飾面１０ａの反対側の面には、電極シート２０が貼り付けられている。電極シート２０は、複数の電極２１、２２、２３、２４、２５、２６を有しており、これらの電極２１〜２６は樹脂製のシート２０ａに保持されている。電極２１〜２６の各々は、対応する操作面１１〜１６に対向するように配置されている。

電極シート２０に対して操作プレート１０の反対側には、プリント配線板３０が配置されている。回路基板には、複数の光源３１、３２、３３が実装されており、これらの光源３１〜３３は、対応する電極２１〜２６に対向するように配置されている。電極２１〜２６には、酸化インジウムスズ等の透明電極が採用されている。また、操作プレート１０には、透光性を有する樹脂部材が採用されており、操作面１１〜１６のうち印刷されていない部分が、光源３１〜３３により透過照明される。なお、装飾面１０ａのうち操作面１１〜１６以外の部分には、遮光性を有する塗料が印刷されている。

電極２１〜２６は、静電容量の変化に応じて生じた電圧変化を電気信号として出力する。電極２１〜２６から出力された電気信号は、プリント配線板３０に実装されたマイクロコンピュータ（マイコン４０）に入力される。マイコン４０は、プログラムを記憶する記憶装置、および記憶されたプログラムにしたがって演算処理を実行する中央演算処理装置を備える。マイコン４０は、各種の演算処理を実行することにより、以下に説明する検出手段４１、急変判定手段４２、レベル判定手段４３、継続判定手段４４、変更手段４５、および接触判定手段４６として機能する（図２参照）。

静電容量式操作装置Ｖｏは、電極２１〜２６により形成される結合容量に対して充放電を繰り返す回路を備えており、検出手段４１は、所定条件を満たすまでの充放電回数をカウントする。このカウント値は、電極２１〜２６と指先Ｆとの間で生じる静電容量が大きいほど大きい値になる。したがって、上記カウント値に基づき、電極２１〜２６と指先Ｆとの間で生じる静電容量の変化量に応じた「検出値」を検出手段４１は算出する。具体的には、指先Ｆが電極２１〜２６から十分に離れている時のカウント値を基準値と呼ぶ場合において、電極２１〜２６の近傍位置または接触位置に指先Ｆがある時のカウント値と基準値との差分を、上記検出値として算出する。

図４は、検出値の時間変化を表した検出波形を示す。この検出波形からは、電気ノイズ等による高周波数成分が除去されている。急変判定手段４２は、検出波形の上昇変化期間Ｔｕｐまたは減少変化期間Ｔｄｗに、以下に説明する急変現象の波形（急変波形）が出現したか否かを判定する。

操作面１１〜１６に指先Ｆを近づけて接触する接触操作を実施するｔ１〜ｔ４期間では、指先Ｆが操作面１１〜１６に近づくにつれて検出値は徐々に増大していく。このｔ１〜ｔ４期間を上昇変化期間Ｔｕｐと呼び、上昇変化期間Ｔｕｐでは、検出値の増大速度Ｖ１、Ｖ２が所定速度Ｖｔｈ以上になっている。上昇変化期間Ｔｕｐにおける検出値の増大速度Ｖ１、Ｖ２は、操作面１１〜１６に指先Ｆの接触を開始させたｔ２時点で急激に速くなる。この現象が急変現象であり、検出波形のうちｔ２時点を含む部分の波形が上記急変波形に相当する。

また、操作面１１〜１６に接触していた指先Ｆを操作面１１〜１６から離す離反操作を実施するｔ５〜ｔ８期間では、指先Ｆが操作面１１〜１６から遠ざかるにつれて検出値は徐々に減少していく。このｔ５〜ｔ８期間を減少変化期間Ｔｄｗと呼び、減少変化期間Ｔｄｗでは、検出値の減少速度Ｖ３、Ｖ４の絶対値が所定速度Ｖｔｈ以上になっている。減少変化期間Ｔｄｗのうち、指先Ｆが操作面１１〜１６に接触したまま離れていくｔ５〜ｔ７期間では検出値の減少速度は大きく、指先Ｆが操作面１１〜１６から完全に離反したｔ７時点以降では、検出値の減少速度が緩やかになる。減少変化期間Ｔｄｗにおける検出値の減少速度Ｖ３、Ｖ４は、操作面１１〜１６からの指先Ｆの離反を開始させたｔ７時点で急激に遅くなる。この現象が急変現象であり、検出波形のうちｔ７時点を含む部分の波形が上記急変波形に相当する。

ここで、急変現象が生じる原理を以下に説明する。電極２１と指先Ｆとの間で生じる静電容量Ｃは、Ｃ１とＣ２の直列接続の合成容量１／Ｃ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２で近似算出できる。Ｃ１はε０・εｒ１・Ｓ／ｄ１であり、Ｃ２はε０・εｒ２・Ｓ／ｄ２である。ε０は真空の誘電率、εｒ１は電極と指先Ｆとの間に介在する物質（極間媒質）である操作プレート１０の比誘電率、Ｓは電極面積と指先Ｆの並行板コンデンサとしてのラップ面積、ｄ１は操作プレート１０の厚みを表す。また、εｒ２は極間媒質である空気の比誘電率、ｄ２は指先Ｆと操作プレート１０の距離を表す。

指先Ｆが操作面に接触している図４のｔ２〜ｔ７期間では、操作プレート１０が極間媒質に相当する。一方、指先Ｆが操作面から離れているｔ１〜ｔ２期間またはｔ７〜ｔ８期間では、操作プレート１０に加え、操作プレート１０と指先Ｆの間に介在する空気も極間媒質に相当する。したがって、非接触状態から接触状態に切り替わるｔ２時点で検出される静電容量は急激に増大し、接触状態から非接触状態に切り替わるｔ７時点で検出される静電容量は急激に減少する。

また、指先Ｆが接触を開始したｔ２時点では、指先Ｆが操作面１１に軽く触れているだけであるため接触面積Ｓは小さい。しかし、ｔ２〜ｔ４期間において指先Ｆがさらに操作面１１に押し付けられていくと、指先Ｆが潰れていくので接触面積Ｓが増大する。同様にして、ｔ５〜ｔ７期間において、操作面１１に押し付けられていた指先Ｆが解放されていくと、潰れていた指先Ｆが解放されていくので接触面積Ｓが減少する。

このように、上昇変化期間Ｔｕｐのうちｔ２時点迄では、Ｃ１とＣ２の直列接続の合成容量１／Ｃ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２に従い徐々に増大していく。一方、ｔ２時点以降では、比誘電率εｒの増大および接触面積Ｓの増大が生じるため、検出値はＣ１＝ε０・εｒ１・Ｓ／ｄ１に従い急激に増大していく。よって、ｔ２時点において、検出値の変化速度の単位時間当たりの変化量、つまり検出値の上昇加速度が、所定量ΔＶｔｈ以上になる急変現象が現れる。なお、εｒ＝εｒ１・εｒ２である。

同様にして、減少変化期間Ｔｄｗのうちｔ７時点迄においては、比誘電率εｒの減少および接触面積Ｓの減少が生じるため、検出値はＣ１＝ε０・εｒ１・Ｓ／ｄ１に従い急激に減少する。一方、ｔ７時点以降では、Ｃ１とＣ２の直列接続の合成容量１／Ｃ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２に従い徐々に減少していく。よって、ｔ７時点において、検出値の変化速度の単位時間当たりの変化量、つまり検出値の減少加速度が、所定量ΔＶｔｈ以上になる急変現象が現れる。

レベル判定手段４３は、検出値が所定の閾値Ｃｔｈ（図４参照）を超える高レベル状態が、上昇変化期間Ｔｕｐまたは減少変化期間Ｔｄｗに現れているか否かを判定する。図４の例では、上昇変化期間Ｔｕｐのうちｔ２時点以降のｔ３時点で、検出値が上昇して所定の閾値Ｃｔｈに達している。また、減少変化期間Ｔｄｗのうちｔ７時点以前のｔ６時点で、検出値が下降して閾値Ｃｔｈに達している。つまり、ｔ３〜ｔ６期間で高レベル状態になっている。

継続判定手段４４は、上昇変化期間Ｔｕｐにおいて、高レベル状態に変化したｔ３時点以降、その高レベル状態が所定の継続時間Ｔｔｈ（図４参照）以上維持されたか否かを判定する。さらに継続判定手段４４は、減少変化期間Ｔｄｗにおいて、検出値が閾値Ｃｔｈ未満になっている通常レベル状態に変化したｔ６時点以降、その通常レベル状態が継続時間Ｔｔｈ以上維持されたか否かを判定する。この継続時間Ｔｔｈは、ユーザの操作状況に応じて変更手段４５により変更される。

具体的には、車両Ｖが走行中であるか否かを、操作状況の情報としてマイコン４０は取得する。例えば、車両Ｖが走行中であるか否かの情報を操作状況の情報として取得する。走行中であれば、車両Ｖの走行振動により、指先Ｆが意図した位置に定まりにくくなる操作状況（不安定操作状況）であると言える。一方、走行停止中であれば、走行振動が無いため、指先Ｆが意図した位置に定まりやすい操作状況（安定操作状況）であると言える。変更手段４５は、不安定操作状況（走行中）での継続時間Ｔｔｈを、安定操作状況（走行停止中）での継続時間Ｔｔｈよりも長い時間に変更する。

接触判定手段４６は、急変判定手段４２、レベル判定手段４３および継続判定手段４４の判定結果に基づき、接触操作または離反操作が為されたか否かを判定する。マイコン４０は、接触操作が為されると、該当する操作面に関連付けられた空調装置５０の設定内容を変更する。上記設定の具体例としては、先述した空調装置の起動、風量設定、温度設定等が挙げられる。マイコン４０は、上記設定に応じた指令信号を空調装置５０に出力し、空調装置５０の作動を制御する。なお、静電容量式操作装置Ｖｏは、空調装置５０の他にも、オーディオ装置５１やナビゲート装置５２を操作対象として機能させることもできる。この場合、マイコン４０は、静電容量式操作装置による設定内容に応じた指令信号をオーディオ装置５１やナビゲート装置５２に出力し、これらの装置５１、５２の作動を制御する。

ｔ３時点から継続時間Ｔｔｈが経過した後、高レベル状態が維持された時間（長押し時間）に応じてマイコン４０はインクリメント処理する。例えば、長押し時間が長いほどインクリメント値が上昇し、インクリメント値に対応して風量設定や温度設定の値を変化させる。このインクリメント処理は、離反操作が為されたと判定された時点で終了する。

図５は、上述した各手段４１、４２、４３、４４、４５、４６により接触操作が為されたか否かを判定する処理の手順を示すフローチャートであり、この処理は、マイコン４０により所定周期で繰り返し実行される。なお、図４中の白丸は、検出値のサンプリング値を示しており、図中の符号ｔａはサンプリング周期（例えば２０ミリ秒）を示す。このサンプリング周期を、図５に係る上記所定周期と一致させている。

先ず、図５のステップＳ１０において、今回サンプリングされた検出値が、上昇変化期間Ｔｕｐにサンプリングされたものであるか否かを判定する。具体的には、今回の検出値と前回の検出値との差分が所定値以上である場合に、増大速度Ｖ１、Ｖ２が所定速度Ｖｔｈ以上になっていると見なし、上昇変化期間Ｔｕｐであると判定する。

上昇変化期間Ｔｕｐであると判定された場合、続くステップＳ１１において、急変判定手段４２による判定を実施する。すなわち、上昇変化期間Ｔｕｐ中に、検出値の変化速度の単位時間当たりの変化量が所定量ΔＶｔｈ以上になる急変波形が現れたか否かを判定する。具体的には、今回の増大速度Ｖ２と前回の増大速度Ｖ１との差分が所定量ΔＶｔｈ以上である場合に、急変波形が現れたと判定する。

急変波形が現れたと判定された場合、続くステップＳ１２において、レベル判定手段４３による判定を実施する。すなわち、上昇変化期間Ｔｕｐ中に高レベル状態が現れたか否かを判定する。具体的には、今回の検出値が閾値Ｃｔｈ以上である場合に、高レベル状態であると判定する。

高レベル状態であると判定された場合、続くステップＳ１３において、変更手段４５により車速に応じて継続時間Ｔｔｈを変更する。具体的には、車速がゼロで停車している場合、所定速度未満で低速走行している場合、所定速度以上で高速走行している場合のいずれに該当するかに応じて、継続時間Ｔｔｈを３段階で変更している。走行時には停車時よりも継続時間Ｔｔｈを長く設定している。また、高速走行時には低速走行時よりも継続時間Ｔｔｈを長く設定している。

続くステップＳ１４では、継続判定手段４４による判定を実施する。すなわち、検出値が閾値Ｃｔｈ以上になっている高レベル状態を維持したまま、継続時間Ｔｔｈが経過したか否かを判定する。高レベル状態が継続時間Ｔｔｈ維持されたと判定された場合、次のステップＳ１５において、接触操作が為されたと確定する。そして、接触操作がなされた操作面に関連付けられたスイッチ信号をオンにする。ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１４の少なくとも１つにおいて否定判定された場合には、接触操作が為されたとは確定されない。

図６は、上述した各手段４１、４２、４３、４４、４５、４６により離反操作が為されたか否かを判定する処理の手順を示すフローチャートであり、この処理は、マイコン４０により所定周期で繰り返し実行される。先ず、図６のステップＳ２０において、今回サンプリングされた検出値が、減少変化期間Ｔｄｗにサンプリングされたものであるか否かを判定する。具体的には、今回の検出値と前回の検出値との差分が所定値以上である場合に、現時点での検出値の減少速度Ｖ３、Ｖ４の絶対値が所定速度Ｖｔｈ以上になっていると見なし、減少変化期間Ｔｄｗであると判定する。

減少変化期間Ｔｄｗであると判定された場合、続くステップＳ２１において、急変判定手段４２による判定を実施する。すなわち、減少変化期間Ｔｄｗ中に、検出値の変化速度の単位時間当たりの変化量が所定量ΔＶｔｈ以上になる急変波形が現れたか否かを判定する。具体的には、前回の減少速度Ｖ３の絶対値と前回の減少速度Ｖ４の絶対値との差分が所定量ΔＶｔｈ以上である場合に、急変波形が現れたと判定する。

急変波形が現れたと判定された場合、続くステップＳ２２において、レベル判定手段４３による判定を実施する。すなわち、減少変化期間Ｔｄｗ中に高レベル状態が現れたか否かを判定する。さらに、高レベル状態から通常レベル状態に変化したか否かを判定する。具体的には、検出値が閾値Ｃｔｈ以上であれば高レベル状態が現れたと判定する。そして、前回の検出値が閾値Ｃｔｈ以上であり、かつ、今回の検出値が閾値Ｃｔｈ未満である場合に、高レベル状態から通常レベル状態に変化したと判定する。

通常レベル状態に変化したと判定された場合、続くステップＳ２３において、変更手段４５により車速に応じて継続時間Ｔｔｈを変更する。具体的には、車速がゼロで停車している場合、所定速度未満で低速走行している場合、所定速度以上で高速走行している場合のいずれに該当するかに応じて、継続時間Ｔｔｈを３段階で変更している。走行時には停車時よりも継続時間Ｔｔｈを長く設定している。また、高速走行時には低速走行時よりも継続時間Ｔｔｈを長く設定している。

続くステップＳ２４では、継続判定手段４４による判定を実施する。すなわち、検出値が閾値Ｃｔｈ未満になっている通常レベル状態を維持したまま、継続時間Ｔｔｈが経過したか否かを判定する。通常レベル状態が継続時間Ｔｔｈ維持されたと判定された場合、次のステップＳ２５において、離反操作が為されたと確定する。そして、離反操作がなされた操作面に関連付けられたスイッチ信号をオフにする。ステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２４の少なくとも１つにおいて否定判定された場合には、離反操作が為されたとは確定されない。

先述したように、接触操作および離反操作の時には、比誘電率εｒおよび接触面積Ｓが急激に変化することに伴い検出値が急激に変化する。つまり、検出波形中に急変波形が現れる。そして、急変波形の出現有無は、指先Ｆの個体差の影響を受けにくく、しかも、指先Ｆを操作面１１に近づけるものの接触させなかった場合や離反操作を途中で止めた場合には、急変波形は出現しない。これらの点を鑑みた本実施形態では、急変波形の出現を条件として接触操作または離反操作の有無を判定する。そのため、当該判定を高精度にできる。よって、誤判定の抑制と操作性向上との両立を実現できる。

さて、電気ノイズや雰囲気温度の急変に起因して、接触操作していないにも拘わらず急変波形が出現する場合がある。しかしこの場合には、検出値が閾値Ｃｔｈ以上になっている高レベル状態になっていない可能性が高い。なお、雰囲気温度の急変は、車室内の冷房時にドア開により高温外気が室内に流入した場合や、暖房時に低温外気が流入した場合に生じることを想定している。

この点を鑑みた本実施形態では、急変波形出現の条件に加え、高レベル状態が上昇変化期間Ｔｕｐに現れたことを条件として接触操作が為されたと判定する。また、急変波形出現の条件に加え、高レベル状態が減少変化期間Ｔｄｗに現れたことを条件として離反操作が為されたと判定する。そのため、電気ノイズや雰囲気温度の急変に起因した誤判定のおそれを低減できる。なお、高レベル状態と判定されても急変波形出現が検知されなければ接触操作または離反操作が為されたと判定されない。よって、高レベル状態の判定に用いる閾値Ｃｔｈは、特許文献１の接触判定に用いられる閾値よりも十分に低い値に設定できる。よって、本実施形態では、高レベル状態の判定が、指先Ｆの個体差に起因して異なる結果になることを抑制できる。

さらに本実施形態では、高レベル状態または通常レベル状態が、所定の継続時間Ｔｔｈ以上維持されたか否かを判定する継続判定手段４４を備える。そして、急変波形出現の条件に加え、高レベル状態が継続時間Ｔｔｈ以上維持されたことを条件として接触操作が為されたと判定する。また、通常レベル状態が継続時間Ｔｔｈ以上維持されたことを条件として離反操作が為されたと判定する。

これによれば、意図に反した操作面に指先Ｆが触れてしまう誤操作が生じた場合でも、接触操作が為されたと判定されにくくなる。また、意図に反して操作面から指先Ｆが離れてしまう誤操作が生じた場合でも、離反操作が為されたと判定されにくくなる。したがって、誤操作によるスイッチのオン判定がされにくくなる。

ここで、安定操作状況で用いられる閾値Ｃｔｈは、操作者の個体差に起因した誤判定の抑制と操作性向上とのバランスを鑑みて設定されている。すなわち、閾値Ｃｔｈを低く設定すれば、操作面に軽く触れるだけでオン判定されることが促進され、操作性が向上する。その一方で、操作者の指先Ｆが大きい場合や指先Ｆが汗で濡れている場合には検出値が大きく現れるので、閾値Ｃｔｈを過剰に低くすると、操作面に指先Ｆを近づけただけでオン判定されるといった誤判定の機会が増える。

これに対し、不安定操作状況では、意図に反した操作面に指先Ｆが触れてしまう誤操作が生じやすい。この種の誤操作時には、上記誤判定時とは異なり、実際に操作面に指先Ｆが触れるので、検出値が閾値Ｃｔｈを超え、かつ、急変波形が出現する可能性が高い。したがって、この誤操作時のオン判定を抑制するには、閾値Ｃｔｈを高くするだけでは不十分である。しかし、誤操作時には、意図した操作時に比べて接触時間が短くなる可能性が高い。

この点に着目した本実施形態では、指先Ｆの操作状況に応じて継続時間Ｔｔｈを変更する変更手段４５を備えるので、不安定操作状況では継続時間Ｔｔｈを長く変更できる。そのため、閾値Ｃｔｈを極端に高く変更することなく、誤操作時のオン判定を抑制できるようになる。よって、操作者の個体差に起因した誤判定の低減と、操作面に軽く触れるだけでオン判定されるといった操作性向上とのバランスを大きく崩すことなく、不安定操作状況時における誤操作時のオン判定を抑制できるようになる。

さらに本実施形態では、車両の走行振動に関する情報を操作状況として取得して、変更手段４４による継続時間Ｔｔｈの変更を実施する。走行振動が大きい状況であるほど、指先Ｆが意図した位置に定まりにくくなる操作状況（不安定操作状況）であると言える。よって、不安定操作状況になった時にタイミング良く継続時間Ｔｔｈを変更することができる。

さらに本実施形態では、走行振動が大きい状況であるほど、継続時間Ｔｔｈを長い時間に変更する。よって、指先Ｆが意図した位置に定まりにくくなる度合いが大きいほど、接触操作または離反操作の判定がされにくい側の値に、継続時間Ｔｔｈの値が変更されることとなる。そのため、不安定操作状況時における誤操作時のオン判定抑制が過剰になることを回避でき、操作者の個体差に起因した誤判定の抑制と操作性向上とのバランスを必要以上に崩してしまうことを回避できる。

さらに本実施形態では、上昇変化期間Ｔｕｐでなければ、急変波形が出現しても接触操作と判定しない。そのため、図４のｔ１時点より前の検出値が殆ど変化していない期間において、ノイズ等が原因で急変波形が出現した場合であっても、接触操作したと誤判定することが抑制される。同様にして、減少変化期間Ｔｄｗでなければ急変波形が出現しても離反操作と判定しないので、ノイズ等が原因で離反操作したと誤判定することが抑制される。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、急変波形の出現を条件として接触操作または離反操作の有無を判定する。これに対し本実施形態では、検出値が閾値Ｃｔｈを跨ぐように変化する時の検出値の増大速度Ｖ２および減少速度Ｖ３が、所定速度Ｖｔｈａ以上になっていることを条件として、接触操作または離反操作の有無を判定する。なお、本実施形態に係る静電容量式操作装置のハード構成は上記第１実施形態と同じである。

以下、本実施形態による接触操作および離反操作の判定手順を、図７および図８を用いて説明する。図示されるフローチャートの処理は、マイコン４０により所定周期で繰り返し実行される。

先ず、図７のステップＳ３０において、検出値が閾値Ｃｔｈを跨いで増大するように変化したか否かを判定する。具体的には、前回のサンプリング値が閾値Ｃｔｈ未満であり、かつ、今回のサンプリング値が閾値Ｃｔｈ以上である場合に、検出値が閾値Ｃｔｈを跨いで増大変化したと判定する。

閾値Ｃｔｈを跨いで増大変化したと判定された場合、続くステップＳ３１において、その増大変化時における検出値の増大速度（変化速度）が、予め設定しておいた所定速度Ｖｔｈａ以上であるか否かを判定する。具体的には、今回のサンプリング値と前回のサンプリング値との差分を、サンプリング周期ｔａにおける変化速度と見なし、上記差分により算出される増大速度Ｖ２の絶対値が所定速度Ｖｔｈａ以上であるか否かを判定する。

所定速度Ｖｔｈａ以上であると判定された場合、続くステップＳ３２において、図５のステップＳ１３と同様にして継続時間Ｔｔｈを変更する。続くステップＳ３３では、図５のステップＳ１４と同様にして、検出値が閾値Ｃｔｈ以上になっている高レベル状態を維持したまま、継続時間Ｔｔｈが経過したか否かを判定する。高レベル状態が継続時間Ｔｔｈ維持されたと判定された場合、次のステップＳ３４において、接触操作が為されたと確定する。そして、接触操作がなされた操作面に関連付けられたスイッチ信号をオンにする。ステップＳ３０、Ｓ３１、Ｓ３３の少なくとも１つにおいて否定判定された場合には、接触操作が為されたとは確定されない。

次に、図８のステップＳ４０において、検出値が閾値Ｃｔｈを跨いで減少するように変化したか否かを判定する。具体的には、前回のサンプリング値が閾値Ｃｔｈ以上であり、かつ、今回のサンプリング値が閾値Ｃｔｈ未満である場合に、検出値が閾値Ｃｔｈを跨いで減少変化したと判定する。

閾値Ｃｔｈを跨いで減少変化したと判定された場合、続くステップＳ４１において、その減少変化時における検出値の減少速度（変化速度）が、予め設定しておいた所定速度Ｖｔｈａ以上であるか否かを判定する。具体的には、今回のサンプリング値と前回のサンプリング値との差分を、サンプリング周期ｔａにおける変化速度と見なし、上記差分により算出される減少速度Ｖ３の絶対値が所定速度Ｖｔｈａ以上であるか否かを判定する。

所定速度Ｖｔｈａ以上であると判定された場合、続くステップＳ４２において、図６のステップＳ２３と同様にして継続時間Ｔｔｈを変更する。続くステップＳ４３では、図６のステップＳ２４と同様にして、検出値が閾値Ｃｔｈ未満になっている通常レベル状態を維持したまま、継続時間Ｔｔｈが経過したか否かを判定する。通常レベル状態が継続時間Ｔｔｈ維持されたと判定された場合、次のステップＳ４４において、離反操作が為されたと確定する。そして、離反操作がなされた操作面に関連付けられたスイッチ信号をオフにする。ステップＳ４０、Ｓ４１、Ｓ４３の少なくとも１つにおいて否定判定された場合には、離反操作が為されたとは確定されない。

先述したように、接触操作および離反操作の時には、比誘電率εｒおよび接触面積Ｓが急激に変化することに伴い検出値が急激に変化する。そのため、接触操作または離反操作する過程において、検出値が閾値Ｃｔｈを跨いで変化した時の検出値の変化速度は所定速度Ｖｔｈａ以上になっている可能性が高い。しかも、指先Ｆを操作面１１に近づけるものの接触させなかった場合や離反操作を途中で止めた場合には、検出値が閾値Ｃｔｈを跨いで変化したとしても検出値が急変することはないため、その時の変化速度は所定速度Ｖｔｈａ未満になっている可能性が高い。

これらの点を鑑みた本実施形態では、検出値が閾値Ｃｔｈを跨ぐように変化する時の検出値の増大速度Ｖ２または減少速度Ｖ３が所定速度Ｖｔｈａ以上になっていることを条件として、接触操作または離反操作の有無を判定する。そのため、当該判定を高精度にできる。よって、誤判定の抑制と操作性向上との両立を実現できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、静電容量式操作装置Ｖｏの操作者が、車両Ｖの運転席Ｄｒおよび助手席Ｐａのいずれに着座している乗員であるかの情報（Ｄｒ／Ｐａ情報）を取得する。例えば、乗員の上半身の動きを検知する赤外線センサまたはカメラ、運転席Ｄｒおよび助手席Ｐａに設けられた着座センサ等の検出結果に基づき、操作者がいずれの側の乗員であるかを判別すればよい。

さて、指先Ｆが意図した位置に定まりにくくなる操作状況の具体例として、走行振動により定まりにくくなっている場合の他にも、操作姿勢が悪いことにより定まりにくくなっている場合がある。例えば、運転席Ｄｒの乗員は、助手席Ｐａの乗員に比べて操作姿勢の自由度が制限されるため、助手席Ｐａの乗員に比べると指先Ｆが意図した位置に定まりにくい。そこで本実施形態では、運転席Ｄｒ側の乗員が操作している場合には、助手席Ｐａ側の乗員が操作している場合に比べて継続時間Ｔｔｈを長く設定する。

ここで、操作姿勢が悪いことに起因して意図に反した操作面に指先Ｆが触れてしまうといった誤操作では、急変波形が出現する可能性が高く、また、検出値が閾値Ｃｔｈを超える可能性が高い。しかし、この種の誤操作時には、意図した操作時に比べて接触時間が短くなる可能性が高い。

この点に着目した本実施形態では、運転席Ｄｒ側乗員による操作の場合には、助手席Ｐａ側乗員による操作の場合に比べて継続時間Ｔｔｈを長くするので、誤操作時のオン判定が抑制されるようになる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

図５に示す実施形態では、急変波形の出現（Ｓ１１：ＹＥＳ）、高レベル状態（Ｓ１２：ＹＥＳ）、および高レベル状態の継続（Ｓ１４：ＹＥＳ）の３つの条件を全て満たした場合に接触操作であると判定している。これに対し、高レベル状態および高レベル状態の継続といった２つの条件のうち少なくとも１つを廃止してもよい。図６に示す実施形態でも同様にして、通常レベル状態（Ｓ２２：ＹＥＳ）および通常レベル状態の継続（Ｓ２４：ＹＥＳ）といった２つの条件のうち少なくとも１つを廃止してもよい。

図７および図８に示す実施形態では、以下の２つの条件を全て満たした場合に接触操作または離反操作であると判定している。すなわち、閾値Ｃｔｈを超えた時にＶ２、Ｖ３≧Ｖｔｈａ（Ｓ３１：ＹＥＳ）（Ｓ４１：ＹＥＳ）といった条件、および状態の継続（Ｓ３３：ＹＥＳ）（Ｓ４３：ＹＥＳ）といった条件である。これに対し、高レベル状態または通常レベル状態の継続といった条件を廃止してもよい。

操作面１１〜１６の雰囲気湿度が高いほど検出値は高い値になるため、湿度に応じて各種判定に用いる所定速度Ｖｔｈ、閾値Ｃｔｈおよび継続時間Ｔｔｈを変更すれば、誤判定の抑制と操作性向上との両立性を向上できる。例えば、湿度が高いほど所定速度Ｖｔｈを大きくし、閾値Ｃｔｈを高くし、継続時間Ｔｔｈを長くする。

上記各実施形態では、車両Ｖの走行振動に関する情報として車速を取得し、車速に応じて継続時間Ｔｔｈを変更している。これに対し、車両Ｖの走行加速度を検出する加速度センサの検出値を、走行振動に関する情報として取得してもよい。また、車両Ｖのピッチング角度やヨーイング角度等、車両Ｖの姿勢を検出するセンサの検出値が車両Ｖの振動度合いと相関が高いことに着目し、これらの検出値を走行振動に関する情報として取得してもよい。

図５、図６、図７および図８に示す実施形態では、継続時間Ｔｔｈを操作状況に応じて変更している。これに対し、各種判定に用いる所定速度Ｖｔｈや閾値Ｃｔｈも、操作状況に応じて変更してもよい。

図５、図６、図７および図８に示す実施形態では、継続時間Ｔｔｈを車速に応じて設定するにあたり、停止時、低速走行時および高速走行時の３段階で継続時間Ｔｔｈを切り替えている。これに対し、停止時と走行時の２段階で切り替えてもよいし、４段階以上で切り替えてもよい。

操作プレート１０の比誘電率は温度に依存して変化するので、検出値は温度に依存して変化する。このことを鑑みて、各種判定に用いる所定速度Ｖｔｈ、閾値Ｃｔｈおよび継続時間Ｔｔｈを、温度に応じて変更してもよい。

図３に示す実施形態では、電極２１〜２６がシート２０ａの内部に保持された構造である。この構造に替えて、電極２１〜２６がシート２０ａの表面に印刷された構造であってもよい。

図３に示す実施形態では、電極２１〜２６に指先Ｆを近づけると電極２１〜２６の静電容量が増加する自己容量方式の装置を採用している。これに対し、電極２１〜２６の各々に対して受信電極を備える相互容量方式を採用してもよい。相互容量方式では、電極２１〜２６に指先Ｆを近づけると電極２１〜２６と受信電極との間で生じる電界が減少して受信電極の電荷が減少する。この電荷の減少に応じた電気信号を電極２１〜２６または受信電極は出力する。

図１に示す実施形態では、車両Ｖに搭載された静電容量式操作装置Ｖｏに本発明を適用しているが、本発明は、車両Ｖに搭載されたものに限定されるものではない。

上記各実施形態では、ユーザの指先Ｆを操作面１１〜１６に接触させて操作することを想定しており、指先Ｆを操作体としている。これに対し、例えばペン形状の操作部材をユーザが持ち、その操作部材を操作面１１〜１６に接触させて操作してもよく、この場合には、人体以外の操作部材が操作体として機能する。また、ユーザが手袋をはめた状態で操作面１１〜１６を接触操作した場合には、手袋が操作体として機能する。

１０…操作プレート、１１、１２、１３、１４、１５、１６…操作面、２１、２２、２３、２４、２５、２６…電極、４１…検出手段、４２…急変判定手段、４６…接触判定手段、Ｆ…指先（操作体）、Ｔｕｐ…上昇変化期間（変化期間）、Ｔｄｗ…減少変化期間（変化期間）、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４…検出値の変化速度、Ｖｔｈ…所定速度、ΔＶｔｈ…所定量。

Claims (6)

1. 操作体（Ｆ）により接触操作される操作面（１１、１２、１３、１４、１５、１６）を形成する操作プレート（１０）と、
   前記操作面に前記操作体が接触する接触操作、または前記操作面に接触していた前記操作体が該操作面から離れる離反操作が為されたと判定する接触判定手段（４６）と、を備える静電容量式操作装置において、
   前記操作面に対して前記操作体の反対側に位置する電極（２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
   前記操作体と前記電極との間で生じる静電容量の変化量に応じた検出値を取得する検出手段（４１）と、
   前記検出値の変化速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）が所定速度（Ｖｔｈ）以上になっている変化期間（Ｔｕｐ、Ｔｄｗ）中に、前記変化速度の単位時間当たりの変化量が所定量（ΔＶｔｈ）以上になっている急変現象が現れたか否かを判定する急変判定手段（４２）と、
   を備え、
   前記接触判定手段は、前記急変判定手段により前記急変現象が現れたと判定されたことを条件として、前記接触操作または前記離反操作が為されたと判定することを特徴とする静電容量式操作装置。
2. 前記検出値が所定の閾値（Ｃｔｈ）以上になっている高レベル状態が、前記変化期間に現れたか否かを判定するレベル判定手段（４３）を備え、
   前記急変判定手段により前記急変現象が現れたと判定され、かつ、前記レベル判定手段により前記高レベル状態が現れたと判定されたことを条件として、前記接触操作または前記離反操作が為されたと前記接触判定手段は判定することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式操作装置。
3. 前記高レベル状態、または前記検出値が前記閾値未満になっている通常レベル状態が、所定の継続時間（Ｔｔｈ）以上維持されたか否かを判定する継続判定手段（４４）を備え、
   前記急変判定手段により前記急変現象が現れたと判定され、かつ、前記継続判定手段により継続時間以上維持されたと判定されたことを条件として、前記接触操作または前記離反操作が為されたと前記接触判定手段は判定することを特徴とする請求項２に記載の静電容量式操作装置。
4. 前記操作体の操作状況に応じて前記継続時間を変更する変更手段（４５）を備えることを特徴とする請求項３に記載の静電容量式操作装置。
5. 前記操作プレートは車両（Ｖ）の室内に設置されており、
   前記変更手段は、前記車両の走行振動に関する情報を前記操作状況の情報として取得するとともに、前記走行振動が大きい状況であるほど、前記継続時間を長い時間に変更することを特徴とする請求項４に記載の静電容量式操作装置。
6. 操作体（Ｆ）により接触操作される操作面（１１、１２、１３、１４、１５、１６）を形成する操作プレート（１０）と、
   前記操作面に前記操作体が接触する接触操作、または前記操作面に接触していた前記操作体が該操作面から離れる離反操作が為されたと判定する接触判定手段（４６）と、を備える静電容量式操作装置において、
   前記操作面に対して前記操作体の反対側に位置する電極（２１、２２、２３、２４、２５、２６）と、
   前記操作体と前記電極との間で生じる静電容量の変化量に応じた検出値を取得する検出手段（４１）と、
   を備え、
   前記接触判定手段は、前記検出値が所定の閾値（Ｃｔｈ）を跨ぐように変化する時の前記検出値の変化速度（Ｖ２、Ｖ３）が所定速度（Ｖｔｈａ）以上になっていることを条件として、前記接触操作または前記離反操作が為されたと判定することを特徴とする静電容量式操作装置。

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