JP5637492B2 - 静電容量式タッチパネル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両(例えば自動車)に搭載されるカーナビゲーション装置等に使用される静電容量式タッチパネル装置に関するものである。
車両のカーナビゲーション装置等のディスプレイは、操作者の利便性を考慮して、操作者が指で操作する静電容量式のタッチパネル装置となっているものが多い。静電容量式のタッチパネル装置は、スライダ等のスイッチが表示されたタッチパネルと、スイッチに対応する電極が複数設けられ、タッチパネルと重なり状態で配置される透明な電極パネルとを備えている。各電極から延設された配線は、電極パネルに印刷して設けられ、タッチパネル装置を構成する回路基板に接続されている。操作者が、タッチパネルに表示されたスイッチの部分に指を当てるとその接触部分に配置される電極の静電容量が変化する。このときの静電容量の変化を制御手段が検出することによって、操作者がスイッチを操作したと判断する。静電容量式のタッチパネル装置の従来技術として、特許文献1に開示されるものがある。
静電容量式のタッチパネル装置の場合、抵抗膜式のタッチパネル装置と比較して、操作者の指が触れるだけで(換言すれば、操作者が指を押圧しなくても)スイッチを操作したと判断することができるとともに、電極パネルの透明度を高くすることができるという利点がある。
しかし、静電容量式のタッチパネル装置の場合、操作者が例えば手袋をはめて操作すると、静電容量変化の検出精度が低下してしまう。これを防止するため、タッチパネル装置の検出感度を上げると、操作者がスイッチ以外の部分に素手で触れたとき(特に、電極から延設された配線の部分に触れたとき)にスイッチ部分がタッチされたと誤認識し、誤作動してしまうおそれがある。
この不具合を防止するため、静電容量式タッチパネル操作用手袋の技術が開示されている(特許文献2を参照)。しかし、操作者にこの手袋の使用を義務付けるのは困難である。
特許第4260198号公報 特開2008−81896号公報
本発明は上記した不具合に鑑み、静電容量式のタッチパネル装置において、操作者がタッチパネルに表示されているスイッチ以外の部分を操作したときであっても誤作動しにくくなるようにすることを課題としている。
上記した課題を解決するための本発明は、
操作者が指を触れて操作するスイッチが表示されたタッチパネルと、
前記タッチパネルと重なり状態で設けられ、複数の電極が前記スイッチと対応するように並べて配置されるとともに、隣接する電極のうち、一方の電極から延設される配線は前記電極が並べられた方向で二分される一方側の領域に延設して配置され、他方の電極から延設される配線は同じく他方側の領域に延設して配置された電極パネルと、
前記操作者の指が前記タッチパネルに触れたとき、各々の前記電極の静電容量を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した各静電容量に応じて変化する値であって、操作者の指が前記タッチパネルの電極配置部分を触れているときには予め設定された基準値よりも大きくなり、操作者の指が前記タッチパネルの配線配置部分を触れているときには前記基準値よりも小さくなる値であるフィンガバリューを前記検出手段が検出した各静電容量を用いて算出する算出手段と、
前記算出手段が算出したフィンガバリューと前記基準値との比較に基づいて、操作者の指が前記タッチパネルのスイッチ部分を触れているか否かの判断をする制御部と、
を備えることを特徴とする。
上記本発明の構成によると、電極から延設される配線が、電極の並べ方向で二分される領域に交互に延設される。そして、操作者の指がスイッチの部分(即ち、電極が配置されている部分)を触れたときの静電容量の値が大きくなるようにするとともに、配線の部分を触れたときの静電容量の値が小さくなるようにする。この値を、制御部が予め設定された基準値と比較することで、操作者の指がタッチパネルのスイッチ部分を触れているか否かの判断をすることができる。このため、操作者の誤操作を確実に防止することができる。また、従来の電極パネルと比較して、電極から延設される配線の配置と、静電容量の値を算出するアルゴリズムを変更するだけで済む。
具体的には、前記タッチパネルにおける前記操作者の指との接触部分に配置される電極又は配線の元となる電極(以下、「特定電極」という)の静電容量D[n](nは並べて配置した電極の一端からの順番を示す)とし、前記特定電極と隣接する電極の静電容量をD[n−1],D[n+1]とし、さらにそれらと前記特定電極の側と反対側で隣接する電極の静電容量をD[n−2],D[n+2]とし、α,βを係数としたとき、
前記算出手段は、前記フィンガバリューfvとして、fv=(α×D[n]+D[n−1]+D[n+1])−(D[n−2]+D[n+2]+β×D[その他])(ただし、実在しない電極の静電容量D[n]=0とする)を算出し
前記制御部は、前記フィンガバリューfvが予め設定した基準値よりも大であるときに前記操作者の指が前記タッチパネルに触れた操作を有効とし、基準値以下であるときに前記操作を無効とする。
このとき、前記操作者の指と前記タッチパネルとの接触部分に配置される電極又は配線が複数存するときに、前記指との接触によって発生する静電容量が最大のものを特定電極とする。
また、前記係数α,βは、前記電極のサイズ及び/又は配線パターンによって決まる。例えば、係数αが2であり、係数βが4である。しかし、他の値であってもよい。
そして、前記スイッチを、直線状、曲線状又はそれらを含む形状で設けることができる。これにより、本発明を各種の部分に実施することができるとともに、意匠を斬新なものにすることができる。
本発明の実施例のタッチパネル装置100の正面図である。 タッチパネル装置100の分解斜視図である。 電極パネル5の平面図である。 タッチパネル装置100のブロック図である。 (a)は操作者の指Fがスライダ13の電極Sの部分を触れている状態の模式図、(b)はそのときのフィンガバリューfvを算出するアルゴリズムである。 (a)は操作者の指Fが配線T〜T10の部分を触れている状態の模式図、(b)はそのときのフィンガバリューfvを算出するアルゴリズムである。 タッチパネル装置100の作用を示すフローチャートである。 V字状となったスライダ38における電極Sn及び配線Tnの配置を示す模式図である。 ロータリスライダ14における電極Sn及び配線Tnの配置を示す模式図である。 スライダ41,42が2箇所に設けられた電極パネル39の平面図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施例の静電容量式タッチパネル装置100(以下、単に「タッチパネル装置」と記載する。)とカーナビゲーション装置200の正面図、図2はタッチパネル装置100の分解斜視図、図3は電極パネル5の正面図、図4はタッチパネル装置100のブロック図である。
図1に示されるように、自動車のフロントパネルにはタッチパネル装置100と、その上方に配置されるカーナビゲーション装置200とが取り付けられている。カーナビゲーション装置200は、ディスプレイ1とその両側に配置された複数の押しボタンスイッチ2とロータリスイッチ3とを備えている。
タッチパネル装置100は車載エアコン(図示せず)の操作をするためのもので、図2に示されるように、操作者に視認される各種スイッチが表示されたタッチパネル4、タッチパネル4のスイッチに対応して複数の電極とそれから延設される配線が印刷等の手段によって設けられた透明な電極パネル5、タッチパネル4と電極パネル5を保持するためのベゼル6、支持パネル7、回路基板8、温度を表示するための液晶パネル9及びそれらを保持するケース体11とを備えている。
タッチパネル4について説明する。図1に示されるように、本実施例のタッチパネル4のほぼ中央部の上部には、エアコンの設定温度を液晶表示する温度表示部12が設けられ、その下方に風量の調整を行うためのスライダ13が設けられている。タッチパネル4の左側には、温度を調整するためのロータリスライダ14が設けられ、操作者が右回り(時計回り)方向の矢印14aに触れると設定温度が上昇し、左回り(反時計回り)方向の矢印14bに触れると設定温度が下降する。また、タッチパネル4の右側には、エアコンのオン/オフを行うタッチスイッチ15、車両のフロントウインドウに温風を送るタッチスイッチ16、車両のリアウインドウに温風を送るタッチスイッチ17、外気導入モードと内気循環モードの選択を行うタッチスイッチ18が設けられている。
次に、電極パネル5について説明する。図3に示されるように、本実施例の電極パネル5は、樹脂(例えばポリエチレンテレフタレート(PET)やポリイミド)の薄板よりなり、液晶パネル9が配置されている部分は切り欠かれている。そして、スライダ13の部分には縦方向(垂直方向)に波状(ジグザグ状)になった複数(本実施例の場合、6つ)の電極19が横方向(水平方向)に並べて配置されている。また、ロータリスライダ14の部分には、周方向に複数(本実施例の場合、12)に分割された各電極21が円周上に並べて配置されている。また、各タッチスイッチ15〜18の部分には、それらと対応するシート状の各電極22〜25が配置されている。それぞれの電極19,21,22〜25からは配線26,27,28,29,31,32が延設されている。なお、電極パネル5において、電極19,21,22が配置されている部分以外の部分には、斜め格子状のGNDメッシュ(図示せず)が設けられている。なお、図3における符号33,34は、電極パネル5と回路基板8とを接続するための接続用突片である。
図4に示されるように、上記したタッチパネル4、各電極19,21,22〜25は、制御部35に接続されている。この制御部35は、図示しない周知のCPU,ROM,RAM,I/O及びこれらを接続するバスライン等からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、ROMや外部記憶装置36等の記憶部に記憶されたプログラムに基づいて各種制御(静電容量の算出、後述するフィンガバリューfvの算出、基準値との比較等の処理)を実行する。この処理の結果は、駆動部37(本実施例の場合、エアコン)に出力される。
次に、本実施例の電極パネル5におけるスライダ13の部分に設けられた電極15の静電容量を計算するアルゴリズムについて、図5の模式図及び図6のフローチャートを参照しながら説明する。
図5の(a)においては、10個の電極が横方向に並べて配置されており、各電極から配線が延設されている。本実施例の電極パネル5では、各電極からの配線は、電極パネル5を各電極の並べ方向Pで二分する領域に交互に延設させている。そして、10個の電極に、左端から順に1,2,3,・・・10と番号を付し、各電極をSn(nは1〜10のいずれか)と記載するとともに、各電極から延設された配線をTn(nは1〜10のいずれか)と記載する。
操作者がタッチパネル4を介して電極パネル5の所定部分(電極Snや配線Tnが配置されている部分)に指Fを触れると、指Fとの接触部分及びその周辺部分に静電容量が発生する。これは、電極Sn又は配線Tnに指Fが触れたとき、当該電極Snから配線Tnにかけて静電容量が分布状(連続状)に発生するためである。ここで、操作者の指Fが電極Snに触れたときに発生する静電容量をD[n]と記載する。なお、操作者の指Fが配線Tnに触れたときは、その元になる電極Snに発生する静電容量をD[n]とする。以下、操作者が指Fを触れることにより、静電容量D[n]が発生した電極Sn又は配線Tnが複数存するときには、それらのうち最も大きな静電容量D[n]を発生する電極Snを1つ選択し、これを「特定電極Sn」と記載する。
そして、特定電極Snと隣接する一対の電極Sn−1,Sn+1の静電容量をD[n−1],D[n+1]とし、さらにそれらと特定電極Snの側と反対側で隣接する一対の電極Sn−2,Sn+2の静電容量をD[n−2],D[n+2]とし、α,βを係数としたとき、フィンガバリューfvをfv=(α×D[n]+D[n−1]+D[n+1])−(D[n−2]+D[n+2]+β×D[その他])と定義する。ただし、実在しない電極Snの静電容量D[n]=0とする。この式の前項は、特定電極Snとそれに隣接する一対の電極Sn−1,Sn+1の静電容量D[n]、D[n−1],D[n+1]の和を示し、後項は特定電極Snから1つおいて隣接する一対の電極Sn−2,Sn+2の静電容量D[n−2],D[n+2]と、それら(特定電極Sn、一対の電極Sn−1,Sn+1及び一対の電極Sn−2,Sn+2)以外の静電容量D[その他]との和を示している。
最初に、操作者の指Fが電極Snを触れているときのフィンガバリューfvについて説明する。各電極Snは横方向に並べて配置されているため、特定電極Snとそれに隣接する一対の電極Sn−1,Sn+1の静電容量D[n],D[n−1],D[n+1]はいずれも大きく、それらの和(前項)も大きくなる。そして、特定電極Snから1つおいて隣接する一対の電極Sn−2,Sn+2の静電容量D[n−2],D[n+2]とそれら以外の電極の静電容量D[その他]は、操作者の指Fから離れた位置に存するため、それらの和は小さい。この結果、フィンガバリューfvが大きな値を示す。
具体的には、図5の(a)に示されるように、操作者の指Fが電極Sに触れているとき、同時に電極S,Sに触れている場合がある。係数αを2、係数βを4とする。このときのフィンガバリューfvは、図5の(b)に示されるように、fv=(2×D[8]+D[7]+D[9])−(D[6]+D[10]+4×D[1〜5])となる。この式の前項の静電容量D[8],D[7],D[9]は指Fの直下に配置されているため大きく、後項の静電容量D[6],D[10],D[1〜5]は指Fから離れて配置されているため小さい。この結果、フィンガバリューfvは大きな値を示す。
次に、操作者の指が配線Tnを触れているときのフィンガバリューfvについて説明する。図6の(a)に示されるように、各電極Snからの配線Tnは、各電極Snの並べ方向Pで二分される領域に交互に配置されているため、特定電極Snの静電容量D[n]は大きくなるものの、それに隣接する一対の電極Sn−1,Sn+1の静電容量D[n],D[n−1],D[n+1]はいずれも小さい(前項)。そして、特定電極Snから1つおいて隣接する一対の電極Sn−2,Sn+2とそれら以外の電極の静電容量静電容量D[n−2],D[n+2],D[その他]は、操作者の指に近い位置に存するため、それらの和は大きい(後項)。この結果、フィンガバリューfvが小さくなる。
具体的には、図6の(a)に示されるように、操作者の指Fが電極Sの配線T,T,T,T,T10に同時に触れている場合がある。係数αを2、係数βを4とする。また、このとき最も大きな静電容量を発生する電極をD[8]とする。このときのフィンガバリューfvは、図6の(b)に示されるように、fv=(2×D[8]+D[7]+D[9])−(D[6]+D[10]+4×D[1〜5])となる。この式の前項の静電容量D[8]は、配線Tが指Fの直下に配置されているため大きく、静電容量D[7],D[10]は配線T,Tが指Fから遠い領域に配置されているため小さい。また、後項の静電容量D[6],D[10],D[1〜5]は、配線T,T,T,T10が指Fの直下に配置されているため大きい。この結果、フィンガバリューfvは小さな値を示す。
上記のアルゴリズムによるフィンガバリューfvを算出したときに、操作者の指が電極Snを触れていたかどうかを判断する作用を、図7のフローチャートを参照しながら説明する。
最初に、操作者の指Fがタッチパネル4に触れたか否かが判断される(ステップ101)。このとき、操作者が意図的にタッチパネル4に触れたか、意図せずにタッチパネル4に触れたのかを判別することは困難である。このため、操作者が意図して触れたものと想定し、Fタッチパネル4において操作者の指Fとの接触部分に配置されている電極Sn又は配線Tnの元となる電極Snの静電容量D[n]を検出する(ステップ102)。なお、タッチパネル4と操作者の指Fとの接触時間が極めて短く、電極Snの静電容量の変化が予め設定された規定値に満たないときは、操作者の指Fが触れなかったものとする(ステップ102における「N」)。そして、前述したアルゴリズムに基づいて、フィンガバリューfvを算出する(ステップ103)。このフィンガバリューfvを、予め設定した基準値と比較する(ステップ104)。この基準値は、電極Snのサイズ、数、配線Tnの太さ、タッチパネル4の厚さ等を勘案して設定される。前述したように、操作者の指Fが電極Snに触れているときのフィンガバリューfvは大きな値を示し、配線Tnを触れているときのフィンガバリューfvは小さな値を示す。このため、フィンガバリューfvが基準値を超えている場合には(ステップ104における「Y」)、操作者が意図的に指Fを触れたと判断し、その操作を有効とする(ステップ105)。しかし、フィンガバリューfvが基準値以下である場合には(ステップ104における「N」)、操作者が意図せずに指Fを触れた(即ち、誤って触れた)と判断し、その操作を無効とする(ステップ106)。これにより、操作者が誤ってタッチパネル4のスイッチ(スライダ13)以外の部分に触れたときに、タッチパネル装置100が誤作動してしまうことを確実に防止できる。特に、操作者が手袋を着用して操作する場合を想定して、タッチパネル装置100の検出感度をアップした場合に有効である。
本実施例のタッチパネル装置100では、各電極Snから延設される配線Tnを、各電極Snの並べ方向Pで二分される領域に交互になるように配置し、フィンガバリューfvのアルゴリズムを設定するだけで済む。配線Tnの配置を変更することは、電極パネル4の印刷工程の僅かな変更で済むため、コストアップになるおそれはない。フィンガバリューfvを算出するアルゴリズムの変更も、プログラムの僅かな変更で済む。これにより、本実施例のタッチパネル装置100を安価に製作することができる。
図8に示されるように、デザイン上の観点からV字状となるスライダ38を形成し、そのスライダ38に対応するように複数の電極S〜S10を配置してもよい。
また、図9に示されるように、ロータリスライダ14に対応するように複数の電極S〜S12を配置してもよい。この場合、周方向に並べて配置された電極S〜S12のうち、偶数番目の配線T,T,T,T,T10,T12は、電極S〜S12よりも外方に延設され、奇数番目の配線T,T,T,T,T,T11は、電極S〜S12よりも内方に延設され、電極パネル5の各スルーホールHを通して接続用突片33,34に延設することができる。
第1実施例の場合と同一のアルゴリズムにより、操作者の指Fが電極S〜S12に触れているときのフィンガバリューfvは大きくなり、配線T〜T12に触れているときのフィンガバリューfvは小さくなる。これにより、フィンガバリューfvを基準値と比較することにより、操作の有効性を判断できる。
上記した電極Snの形状、個数はいくつであってもよい。例えば、図10に示される電極パネル39のように、多数の電極Snを有するスライダ41,42が2箇所に設けられているものであってもよい。
上記した各実施例のタッチパネル装置100は、運転者町は他の乗員がタッチ操作可能な位置、例えば車両におけるフロントパネルや運転席と助手席との間のセンターコンソールの部分に配置することができる。
本明細書では、車載エアコンを操作するタッチパネル装置100の場合について説明した。しかし、車載オーディオ装置を操作するタッチパネル装置について本発明を実施することもできる。
本発明は、車両(例えば、自動車)のカーナビゲーション装置におけるディスプレイのタッチパネル装置として利用することができる。
100 タッチパネル装置
4 タッチパネル
5,39 電極パネル
8 回路基板(検出手段)
13,38,41,42 スライダ(スイッチ)
14 ロータリスライダ(スイッチ)
19,Sn,S〜S12 電極
26,Tn,T〜T12 配線
35 制御部
D 静電容量
F 指
fv フィンガバリュー
P 並べ方向

Claims (6)

  1. 操作者が指を触れて操作するスイッチが表示されたタッチパネルと、
    前記タッチパネルと重なり状態で設けられ、複数の電極が前記スイッチと対応するように並べて配置されるとともに、隣接する電極のうち、一方の電極から延設される配線は前記電極が並べられた方向で二分される一方側の領域に延設して配置され、他方の電極から延設される配線は同じく他方側の領域に延設して配置された電極パネルと、
    前記操作者の指が前記タッチパネルに触れたとき、各々の前記電極の静電容量を検出する検出手段と、
    前記検出手段が検出した各静電容量に応じて変化する値であって、操作者の指が前記タッチパネルの電極配置部分を触れているときには予め設定された基準値よりも大きくなり、操作者の指が前記タッチパネルの配線配置部分を触れているときには前記基準値よりも小さくなる値であるフィンガバリューを前記検出手段が検出した各静電容量を用いて算出する算出手段と、
    前記算出手段が算出したフィンガバリューと前記基準値との比較に基づいて、操作者の指が前記タッチパネルのスイッチ部分を触れているか否かの判断をする制御部と、
    を備えることを特徴とする静電容量式タッチパネル装置。
  2. 前記タッチパネルにおける前記操作者の指との接触部分に配置される電極又は配線の元となる電極(以下、「特定電極」という)の静電容量D[n](nは並べて配置した電極の一端からの順番を示す)とし、前記特定電極と隣接する電極の静電容量をD[n−1],D[n+1]とし、さらにそれらと前記特定電極の側と反対側で隣接する電極の静電容量をD[n−2],D[n+2]とし、α,βを係数としたとき、
    前記算出手段は、前記フィンガバリューfvとして、fv=(α×D[n]+D[n−1]+D[n+1])−(D[n−2]+D[n+2]+β×D[その他])(ただし、実在しない電極の静電容量D[n]=0とする)を算出し、
    前記制御部は、前記フィンガバリューfvが予め設定した基準値よりも大であるときに前記操作者の指が前記タッチパネルに触れた操作を有効とし、基準値以下であるときに前記操作を無効とすることを特徴とする請求項1に記載の静電容量式タッチパネル装置。
  3. 前記操作者の指と前記タッチパネルとの接触部分に配置される電極又は配線が複数存するときに、前記指との接触によって発生する静電容量が最大のものを前記特定電極とすることを特徴とする請求項2に記載の静電容量式タッチパネル装置。
  4. 前記係数α,βは、前記電極のサイズ及び/又は配線パターンによって決まることを特徴とする請求項2又は3に記載の静電容量式タッチパネル装置。
  5. 前記係数αが2であり、前記係数βが4であることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の静電容量式タッチパネル装置。
  6. 車両に搭載されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の静電容量式タッチパネル装置。
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