JP6399553B2 - 検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置に関する。

従来の技術として、操作指のタッチパネルへの接近度合いを示す物理量の分布を計測し、当該物理量の分布から操作指のホバー位置を検出するホバー位置検出部と、検出されたホバー位置を所定の距離補正して、補正した補正済みホバー位置を出力するホバー位置補正部と、を備えた端末装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この端末装置のホバー位置補正部は、操作指のタッチパネルへの接近度合いを示す物理量の分布を取得し、当該分布から操作指の大きさ、及び操作指の軸方向を予測して、当該予測した操作指の大きさに基づいて予め定まる座標補正量、及び操作指の軸方向によって定まる補正方向を用いてホバー位置を補正して、補正済みホバー位置を出力する。端末装置は、このホバー位置に応じて表示するキーの表示位置を変えて表示する。なおホバー位置とは、上記の物理量が最大値となるタッチパネル上の位置を示している。

特開２０１４−９２９８８号公報

しかし、従来の端末装置は、ホバー位置を検出するためには、接触した操作指を検出するためのしきい値より低いしきい値を設定する必要があり、タッチパネルを操作する予定がないのに操作指が検出されてキーの表示位置が変わる問題や内部からのノイズや外来ノイズなどの影響を受けて検出精度が低下する問題がある。

従って、本発明の目的は、操作面に接触した検出対象に応じた判定しきい値を設定して検出精度を向上させることができる検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象に応じて検出部が出力した検出値の増加速度に基づいて速度しきい値を設定し、増加速度が最大増加速度を経て速度しきい値に到達した際の第１の検出値に基づいて検出対象の検出を判定するための判定しきい値を設定するしきい値設定部を備えた検出装置を提供する。

本発明によれば、操作面に接触した検出対象に応じたしきい値を設定して検出精度を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る検出装置が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、検出装置の一例を示すブロック図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る静電容量値Ｄの時間変化の一例を示すグラフであり、図２（ｂ）は、静電容量値Ｄの増加速度Ｖの時間変化の一例を示すグラフであり、図２（ｃ）は、実施の形態のしきい値設定部によって設定された判定しきい値と実際に検出された最大静電容量値のグラフである。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る検出装置は、検出対象に応じて検出部が出力した検出値の増加速度に基づいて速度しきい値を設定し、増加速度が最大増加速度を経て速度しきい値に到達した際の第１の検出値に基づいて検出対象の検出を判定するための判定しきい値を設定するしきい値設定部を備えて概略構成されている。

この検出装置のしきい値設定部は、検出対象が操作面に接触して増加する検出値の増加速度の最大増加速度に基づいて速度しきい値が設定され、増加速度がこの速度しきい値に到達した際の検出値に基づいて判定しきい値が設定されるので、検出対象ごとにその増加速度が異なることから、検出対象に応じた適切な判定しきい値を設定することができる。そして検出装置は、しきい値設定部が設定した判定しきい値を用いて、後段の処理において操作の判定を行うので、検出対象の検出精度が向上する。

［実施の形態］
（検出装置１の全体構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る検出装置が搭載された車両内部の概略図であり、図１（ｂ）は、検出装置の一例を示すブロック図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｂ）は、主な信号や情報の流れを矢印で示している。

検出装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、複数のタッチスイッチ１０を備えている。以下では、説明を簡略化するため、１つのタッチスイッチ１０について説明する。

このタッチスイッチ１０は、例えば、図１（ａ）に示すように、車両５の運転席と助手席の間のセンターコンソール５０に配置されている。このセンターコンソール５０には、例えば、検出装置１が電気的に接続される電子機器の表示部として機能する表示装置８が配置されている。タッチスイッチ１０は、例えば、この表示装置８の周囲に配置されている。

この電子機器は、一例として、車両５に搭載されるナビゲーション装置、空調装置７、音楽再生装置及び映像再生装置などである。本実施の形態の検出装置１は、一例として、空調装置７に電気的に接続されている。

検出装置１は、例えば、検出対象である導電性を有するスタイラスペンや操作指によるタッチスイッチ１０に対するタッチ操作により、タッチスイッチ１０に割り当てられた機能の実行の指示を可能とする静電容量方式のタッチスイッチである。

また検出装置１は、図１（ｂ）に示すように、検出対象に応じて検出部としてのタッチスイッチ１０が出力した検出値としての静電容量値Ｄの増加速度Ｖに基づいて速度しきい値Ｖ_ｔｈを設定し、増加速度Ｖが最大増加速度Ｖ_ｍａｘを経て速度しきい値Ｖ_ｔｈに到達した際の静電容量値Ｄ（ｔ_２）（第１の検出値）に基づいて検出対象の検出を判定するための判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定するしきい値設定部１６と、制御部１８と、を備えている。

（タッチスイッチ１０の構成）
タッチスイッチ１０は、タッチ操作がなされる操作面１１の下方に検出電極を備えている。またタッチスイッチ１０は、図１（ｂ）に示すように、制御部１８と電気的に接続され、静電容量値Ｄを出力する。なお静電容量値Ｄは、例えば、タッチ操作がなされていない場合、ゼロ以外の値となる可能性もある。

（しきい値設定部１６の構成）
図２（ａ）は、実施の形態に係る静電容量値Ｄの時間変化の一例を示すグラフであり、図２（ｂ）は、静電容量値Ｄの増加速度Ｖの時間変化の一例を示すグラフである。

しきい値設定部１６は、第１の定数及び第２の定数を有し、増加速度Ｖの最大増加速度Ｖ_ｍａｘに予め定められた第２の定数を乗算して得られた値を速度しきい値Ｖ_ｔｈとして設定すると共に、増加速度Ｖが最大増加速度Ｖ_ｍａｘを経て速度しきい値Ｖ_ｔｈに到達した際の静電容量値Ｄに予め定められた第１の定数を乗算して得られた値を判定しきい値Ｄ_ｔｈとして設定する。またしきい値設定部１６は、設定した判定しきい値Ｄ_ｔｈの情報を含むしきい値情報Ｓ_１を生成し、制御部１８に出力する。

この静電容量値Ｄは、タッチスイッチ１０から出力される静電容量値である。図２（ａ）は、当該静電容量値Ｄの時間変化を示している。

静電容量値Ｄは、操作者の操作指がタッチスイッチ１０の操作面１１に接触してから接触が解除されるまで、増加と減少を行う上に凸の曲線となる。この静電容量値Ｄの増加と減少は、操作指と操作面１１との接触面積に関係している。

具体的には、タッチ操作において、操作者は、操作面１１に向かって操作指を移動させる。そして操作指が操作面１１に接近することで検出され、さらに接触して接触面積が増加するにつれて静電容量値Ｄが増加し、操作指を操作面１１から離そうと操作指を操作面１２０から持ち上げ始める直前に最大の接触面積となって静電容量値Ｄが最大値となる。この静電容量値Ｄが増加する速度である増加速度Ｖは、図２（ｂ）に示すように、上に凸の曲線となる。

次に操作者が操作面１１に接触した操作指を操作面１１から持ち上げると、接触面積が減少に転じる。つまり静電容量値Ｄは、増加から減少に転じ、操作指が操作面１１から検出されなくなるまで減少が続く。

従ってこの期間における増加速度Ｖは、図２（ｂ）に示すように、下に凸の曲線となる。この一連のタッチ操作により、静電容量値Ｄは、およそ図２（ａ）に示す上に凸の曲線となる。

本実施の形態では、静電容量値Ｄの曲線の増加から最大値までの形状がシグモイド曲線と言われる単調増加関数に近似されると共に、曲線全体がシグモイド曲線の組み合わせで近似できると仮定する。理想的なシグモイド曲線の特徴の１つは、１つの変曲点を有し、さらにこの変曲点における値の２倍が最大値となることである。具体的には、シグモイド曲線ｆ（Ｘ）の変曲点Ｘ_ｊにおける関数値ｆ（Ｘ_ｊ）の２倍がｆ（Ｘ）の最大値となる。

この変曲点は、静電容量値Ｄの曲線の傾きが最大となる点である。つまり、静電容量値Ｄの増加速度Ｖが増加から減少に転じ、微分がゼロとなる極大値、すなわち最大値となる点において、静電容量値Ｄの曲線の傾きが最大となり、変曲点となる。

判定しきい値Ｄ_ｔｈは、最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに近い方が望ましいことから、変曲点から最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに到達するまでの静電容量値Ｄに設定されることが望ましい。

従ってしきい値設定部１６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、微分値がゼロ、すなわち増加速度Ｖが最大となる時間ｔ_１における最大増加速度Ｖ_ｍａｘの後、速度しきい値Ｖ_ｔｈに到達した時間ｔ_２における静電容量値Ｄ（ｔ_２）に第１の定数を乗算することによって、およそ最大静電容量値Ｄ_ｍａｘの半分の値から最大静電容量値Ｄ_ｍａｘまでの値に判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定することが可能となる。よって第１の定数は、一例として、１より大きく２より小さいことが好ましい。なお最大増加速度Ｖ_ｍａｘの算出は、増加速度Ｖの比較から求めても良いし、微分値によって求めても良い。

また速度しきい値Ｖ_ｔｈは、増加速度Ｖが最大値からゼロになるまでの間に設定されるが、ゼロに近ければ近いほど判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定するための静電容量値Ｄ（ｔ_２）が最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに近くなる。

しかし操作時の操作指の動きに起因する静電容量値Ｄの波形の非対称性や形状のばらつき、内部から発生するノイズや外来のノイズなどの影響によって、ゼロに近い速度しきい値Ｖ_ｔｈから算出された判定しきい値Ｄ_ｔｈが実際に検出された最大静電容量値Ｄ_ｍａｘより大きくなり、判定精度が低下する可能性がある。

また判定しきい値Ｄ_ｔｈは、判定のための処理時間を短縮することから、最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに到達する前に設定されることが良いので、速度しきい値Ｖ_ｔｈが増加速度Ｖの最大値に近い方が好ましい。

従って最大増加速度Ｖ_ｍａｘに乗算される第２の定数は、一例として、０より大きく１以下であることが好ましく、０．５より大きく１より小さい方がより好ましい。

以下では、一例として、第１の定数を１．１、第２の定数を０．８とした場合の判定しきい値Ｄ_ｔｈと最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに関する実験について説明する。

・実験について
図２（ｃ）は、実施の形態のしきい値設定部によって設定された判定しきい値と実際に検出された最大静電容量値のグラフである。この図２（ｃ）の縦軸は、静電容量値Ｄである。

この実験では、人差指によってタッチ操作を行い、最大増加速度Ｖ_ｍａｘに基づいて速度しきい値Ｖ_ｔｈを定め、この速度しきい値Ｖ_ｔｈに到達した際の静電容量値Ｄ（ｔ_２）に基づいて判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定した。なお人差指の直径は、１７ｍｍであった。

判定しきい値Ｄ_ｔｈの算出と最大静電容量値Ｄ_ｍａｘの測定は、検出対象ごとに１０回行い、その平均と平均からのばらつき（標準偏差）を図２（ｃ）に示している。

本実施の形態のしきい値設定部１６は、実験結果として図２（ｃ）に示すように、検出対象に応じて、最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに近い判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定している。

なお判定しきい値Ｄ_ｔｈの設定は、一例として、車両５の電源が投入された後の最初の操作時に行われ、電源が遮断されるまで、設定した判定しきい値Ｄ_ｔｈがタッチ操作の判定に用いられる。また変形例として、しきい値設定部１６が設定を開始するためのしきい値を有し、静電容量値Ｄがこのしきい値を超えた場合に、判定しきい値Ｄ_ｔｈの設定を行うように構成されても良い。

（制御部１８の構成）
制御部１８は、例えば、記憶された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）１８０及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部１８が動作するためのプログラムが格納されている。また制御部１８は、その内部にクロック信号を生成する手段を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。

ＲＡＭ１８０は、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。またＲＡＭ１８０には、しきい値設定部１６が設定した判定しきい値Ｄ_ｔｈが記憶される。

制御部１８は、しきい値設定部１６から取得したしきい値情報Ｓ_１に基づいて判定しきい値Ｄ_ｔｈをＲＡＭ１８０に記憶し、タッチスイッチ１０から取得した静電容量値Ｄと判定しきい値Ｄ_ｔｈとを比較してタッチ操作がなされたか否かを判定する。

制御部１８は、取得した静電容量値Ｄが判定しきい値Ｄ_ｔｈを超えた場合、タッチ操作がなされたとする操作情報Ｓ_２を出力する。電子機器は、取得した操作情報Ｓ_２に基づいてタッチスイッチ１０に割り当てられた機能などを実行する。

以下に、本実施の形態の検出装置１の動作について説明する。

（動作）
検出装置１の制御部１８は、車両５の電源が投入されると、タッチスイッチ１０から出力される静電容量値Ｄを取得し、しきい値設定部１６に出力する。

しきい値設定部１６は、取得した静電容量値Ｄに基づいて静電容量値Ｄの増加速度Ｖを算出する。なおタッチ操作がなされていない場合、算出された増加速度Ｖは、ゼロである。

しきい値設定部１６は、タッチ操作がなされたことによって増加する静電容量値Ｄに基づいて算出した増加速度Ｖから最大増加速度Ｖ_ｍａｘを求める。

しきい値設定部１６は、求めた最大増加速度Ｖ_ｍａｘに第２の定数を乗算して速度しきい値Ｖ_ｔｈを算出する。

しきい値設定部１６は、最大増加速度Ｖ_ｍａｘの後に、算出した速度しきい値Ｖ_ｔｈに到達した、つまり速度しきい値Ｖ_ｔｈを下回った静電容量値Ｄ（ｔ_２）に第１の定数を乗算して判定しきい値Ｄ_ｔｈを算出し、しきい値情報Ｓ_１として制御部１８に出力する。

制御部１８は、取得したしきい値情報Ｓ_１に基づいた判定しきい値Ｄ_ｔｈをＲＡＭ１８０に記憶し、静電容量値Ｄと判定しきい値Ｄ_ｔｈとを比較してタッチ操作を判定する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る検出装置１は、操作面１１に接触した検出対象に応じた判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定して検出精度を向上させることができる。具体的には、検出装置１のしきい値設定部１６は、検出対象が操作面１１に接触して増加する静電容量値Ｄの増加速度Ｖの最大増加速度Ｖ_ｍａｘに基づいて速度しきい値Ｖ_ｔｈが設定され、増加速度Ｖがこの速度しきい値Ｖ_ｔｈに到達、つまり下回った際の静電容量値Ｄ（ｔ_２）に基づいて判定しきい値Ｄ_ｔｈが設定されるので、検出対象ごとにその増加速度Ｖが異なることから、検出対象に応じた適切な判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定することができる。そして検出装置１は、しきい値設定部１６が設定した判定しきい値Ｄ_ｔｈを用いて、制御部１８において操作の判定を行うので、検出対象の検出精度が向上する。

検出装置１は、接触面積が異なるスタイラスペンや様々な大きさの操作指などによるタッチ操作の検出精度を高めるためにしきい値を低くする必要がないので、操作面に接触する前にタッチ操作が判定されて操作性が低下する問題が抑制され、操作性が向上する。また検出装置１は、操作面１１に接触した検出対象に応じて適切な判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定することができるので、しきい値を低く設定することによる内部のノイズや外来ノイズなどの影響を受け難く、タッチ操作の検出精度が向上する。

検出装置１は、得られた静電容量値Ｄに基づいて判定しきい値Ｄ_ｔｈが設定されるので、操作者が手袋を装着して操作した場合などしきい値が低くないと検出されない検出対象であっても適切な判定しきい値Ｄ_ｔｈが設定でき、検出精度が向上する。

検出装置１は、最大静電容量値Ｄ_ｍａｘに到達する前に判定しきい値Ｄ_ｔｈを設定することができるので、最大静電容量値に基づいて判定しきい値を設定する場合と比べて、タッチ操作の判定処理を高速化することができる。

変形例として、検出装置１は、検出部が上述のタッチスイッチに限定されず、波形が近似的にシグモイド曲線と見なせる検出値を出力する検出部を用いて構成することができる。従って検出部は、操作面になされた操作を操作面下の複数の交差する電極で検出する静電容量方式などのタッチパッド、操作面を押下げる圧力を検出する圧力センサなどに好適に用いることができる。

上述の実施の形態及び変形例に係る検出装置１は、例えば、用途に応じて、その一部が、コンピュータが実行するプログラム、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などによって実現されても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、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及び変形例は、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、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例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、これら実施の形態及び変形例は、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。

１…検出装置
５…車両
７…空調装置
８…表示装置
１０…タッチスイッチ
１１…操作面
１６…しきい値設定部
１８…制御部
５０…センターコンソール
１２０…操作面
１８０…ＲＡＭ

Claims (4)

1. 検出対象に応じて検出部が出力した検出値の増加速度に基づいて速度しきい値を設定し、前記増加速度が最大増加速度を経て前記速度しきい値に到達した際の第１の検出値に基づいて前記検出対象の検出を判定するための判定しきい値を設定するしきい値設定部を備えた検出装置。
2. 前記しきい値設定部は、前記第１の検出値に予め定められた第１の定数を乗算して得られた値を前記判定しきい値として設定する、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記しきい値設定部は、前記増加速度の最大増加速度に予め定められた第２の定数を乗算して得られた値を前記速度しきい値として設定する、
   請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記予め定められた第１の定数が、１より大きく２より小さい、
   請求項２に記載の検出装置。

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