JP2016095648A

JP2016095648A - 入力装置

Info

Publication number: JP2016095648A
Application number: JP2014231019A
Authority: JP
Inventors: 智中嶋; Satoshi Nakajima; 早坂　哲; Satoru Hayasaka; 哲早坂
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-26
Also published as: US20160139734A1

Abstract

【課題】硬貨や水滴等の異物が除去されたことを検出する静電式の入力装置を提供する。【解決手段】入力装置１００は、複数の容量検出部１ａを有し、操作体６０が近接操作を行う入力操作部１と、容量検出部ごとに静電容量値を計測し、計測した静電容量値を計測信号（ＡＤｉ）として出力する容量計測部と、容量検出部と関連付けて計測信号（ＡＤｉ）を取得し、計測信号（ＡＤｉ）を用いてベース値（ＢＡＳＥｉ）を更新するとともに、計測信号（ＡＤｉ）とベース値（ＢＡＳＥｉ）との差から容量変化値（ΔＣｉ）を求め、容量変化値（ΔＣｉ）が第１の閾値（ＴＨｔ）を越えたか否かを判別して操作の有無を検出する制御部と、を備える。制御部は、負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）と第２の閾値（ＴＨｗ）とを比較することで異物が除去されたことを判断する。【選択図】図２

Description

本発明は、静電容量式の入力装置に関し、特に、異物などによる誤検出を低減することが可能な入力装置に関する。

従来から、静電容量式の入力装置は、操作者の指やタッチペンなどの操作体による近接操作に伴う静電容量の変化を検知することで入力操作を行うもので、携帯電話やタブレット型端末等の携帯機器や、ナビゲーション装置等の車載機器等に広く用いられている。

特許文献１（従来例）に記載の近接検知装置９００では、図５に示すように、検知電極９０２ａ〜９０２ｅが配置されたタッチパネル９０１と、静電容量検出部９０３と、近接・接触検出部９０４と、ベースライン更新部９０５と、ベースライン格納部９０６と、制御部９０７とを備えている。

静電容量検出部９０３が、検知電極９０２ａ〜９０２ｅと指９０８の間の静電容量値を検出し、近接・接触検出部９０４が、静電容量値とベースライン値の差分値を近接基準容量値および接触基準容量値と比較して、指９０８の近接および接触状態を検出する。ベースライン更新部９０５は、近接・接触検出部９０４によって指９０８が近接または接触状態にないと判別された場合に、差分値分布に基づいて指９０８の接近がないことを判定して、静電容量値を新たなベースライン値として更新する。近接・接触検出部９０４で指９０８が近接状態にあると判別した場合、またはベースライン更新部９０５で差分値分布に基づいて指９０８が接近状態にあると判定した場合には、ベースライン更新部９０５はベースライン値を更新しない技術が開示されている。

特開２０１０−２５７０４６号公報

しかしながら、上述した従来例では、硬貨や水滴等の異物について考慮されていない。このため、硬貨や水滴等の異物が載置されたり、除去されたりすることを検出できず、異物が載置された場合には使用者が目視で認識できるため問題は起きないが、異物が除去された場合には誤動作として認識されてしまう虞があるという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、硬貨や水滴等の異物が除去されたことを検出することが可能な静電式の入力装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の入力装置は、複数の容量検出部を有し、操作体が近接操作を行う入力操作部と、前記容量検出部ごとに静電容量値を計測し、計測した静電容量値を計測信号として出力する容量計測部と、前記容量検出部と関連付けて前記計測信号を取得し、前記計測信号を用いてベース値を更新するとともに、前記計測信号と前記ベース値との差から容量変化値をもとめ、前記容量変化値が第１の閾値を越えたか否かを判別して操作の有無を検出する制御部と、を備え、前記制御部は、負の値となる前記容量変化値の総和と第２の閾値とを比較することで異物が除去されたことを判断することを特徴とする。

これによれば、制御部は、負の値となる容量変化値の総和と第２の閾値とを比較することで異物が除去されたことを判断するので、操作者の操作の有無と異物を区別して、異物が除去されたことを検出することができる。また、負の値となる容量変化値の総和で判断しているため、単発的なノイズによりマイナス成分が出力されたものを除去することができ安定した判定を行うことができる。従って、硬貨や水滴等の異物が除去されたことを検出することが可能な静電式の入力装置を提供することができる。

また、本発明の入力装置は、前記制御部は、負の値となる前記容量変化値の総和が前記第２の閾値を超えた場合は前記ベース値を更新することを特徴とする。

これによれば、制御部は、負の値となる容量変化値の総和が第２の閾値を超えた場合はベース値を更新するので、異物が除去された場合に、誤検出が生じてもベース値が追従することで誤検出から復帰することができる。

本発明によれば、硬貨や水滴等の異物が除去されたことを検出することが可能な静電式の入力装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る入力装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る入力装置の外観模式図である。本発明の実施形態に係る入力装置の動作概要を示すフローチャートである。静電容量を検出する際の容量検出部１ａの状態を示す模式図である。従来例の入力装置の構成を示すブロック図である。

［第１実施形態］
以下に第１実施形態における入力装置１００について説明する。

まず始めに本実施形態における入力装置１００の構成について図１および図２を用いて説明する。図１は入力装置１００の構成を示すブロック図である。図２は入力装置１００の外観模式図である。

入力装置１００は図１に示すように、入力操作部１と、容量計測部２と、制御部３と、を備えている。入力操作部１は容量計測部２に接続されており、容量計測部２は制御部３に接続されている。制御部３は、外部機器５０に接続されており、外部機器５０に対して制御信号を出力する。

入力操作部１は図２に示すように、操作者の指等の操作体６０が入力操作面に近接または接触する近接操作によって入力操作が行われる。入力操作部１には、入力操作面に沿って複数の容量検出部１ａが設けられている。

容量検出部１ａは静電容量を有しており、操作者が入力操作を行うために入力操作部１に指等の操作体６０を接触すると、接触された位置およびその近傍にある容量検出部１ａの静電容量値が変化する。

容量計測部２は複数の容量検出部１ａごとの静電容量を計測し、計測した静電容量をアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡｎａｌｏｇ‐ｔｏ‐Ｄｉｇｉｔａｌ変換（以下、ＡＤ変換と記す）を行う。また、容量計測部２は、ＡＤ変換によってデジタル信号に変換された静電容量のデータを計測信号（ＡＤｉ）として制御部３へ出力する。

容量計測部２は複数の容量検出部１ａごとの静電容量値を計測し、計測した静電容量値をアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡｎａｌｏｇ‐ｔｏ‐Ｄｉｇｉｔａｌ変換（以下、ＡＤ変換と記す）を行う。また、容量計測部２は、ＡＤ変換によってデジタル信号に変換された静電容量値を計測信号（ＡＤｉ）として制御部３へ出力する。

制御部３は容量計測部２を制御し、容量検出部１ａごとの計測信号（ＡＤｉ）を容量検出部１ａの座標情報と関連付けて取得する。また制御部３は、容量計測部２から座標情報と関連付けて取得した計測信号（ＡＤｉ）の値を用いて演算し、その結果に基づいて外部機器５０に対して制御信号を出力する。また、制御部３にはタイマ機能やメモリ（図示せず）が備えられ、タイマ機能による制御間隔の管理や、取得した計測信号（ＡＤｉ）の値や計測信号（ＡＤｉ）の値を演算した結果を記憶することなどを行うことができる。

次に入力装置１００の動作について図３および図４を用いて説明する。図３は入力装置１００の動作を示すフローチャートで、示された処理手順は、制御部３に内蔵されているタイマ機能などによって定期的に繰り返して行われる。図４は、静電容量を検出する際の容量検出部１ａの状態を示す模式図である。図４（ａ）は操作体６０が入力操作部１に接触している場合の、容量検出部１ａの状態を説明する図であり、図４（ｂ）は硬貨や水滴等の異物Ｍが入力操作部１に接触している場合の、容量検出部１ａの状態を説明する図である。なお、制御部３に含まれるメモリには、入力操作部１への操作の有無を判断する第１の閾値（ＴＨｔ）、コインや水等が除去されたことを判断する第２の閾値（ＴＨｗ）、容量変化値を算出するためのベース値（ＢＡＳＥ）の初期値が、予め記憶されている。また、動作状態を判定した結果を示すフラグ等は初期値として”０”が設定されているものとして説明を進める。入力操作部１の容量検出部１ａは”Ｎ”個設けられており、そのうちのｉ番目の容量検出部１ａに関する値を、計測信号（ＡＤｉ）、容量変化値（ΔＣｉ）、ベース値（ＢＡＳＥｉ）、と表すものする。

まず制御部３は手順Ｓ１で、容量計測部２を制御し全ての容量検出部１ａについて順次、計測信号（ＡＤｉ：ｉ＝１からＮまで）の値を取得する。取得した計測信号（ＡＤｉ）は、容量検出部１ａの座標情報に対応させて、制御部３に含まれるメモリに計測信号記憶領域を設定して記憶し、手順Ｓ２へ移行する。

手順Ｓ１で容量計測部２が容量検出部１ａの容量を検出する場合、容量を検出する信号をそれぞれの容量検出部１ａに対して順次出力する。入力操作部１に操作体６０が入力操作を行っている場合、図４（ａ）に示すように容量検出部１ａの（Ａ）で示された側に＋（プラス）の検出信号が印加されると、操作体６０は相対的に−（マイナス）の電荷を帯びる。このため、近くに位置する（Ｂ）で示された容量検出部１ａには＋（プラス）の信号が検出される。

入力操作部１にコインや水滴等の異物Ｍが置かれた場合、図４（ｂ）に示すように容量検出部１ａの（Ａ）で示された側に＋（プラス）の検出信号が印加されると、異物Ｍが電気的に分極する。このため、近くに位置する（Ｂ）で示された容量検出部１ａには−（マイナス）の信号が検出される。

このような現象が起きるために、手指等の操作体６０が入力操作を行っている場合には、操作している箇所の容量検出部１ａが増加すると、周辺の容量検出部１ａの静電容量も増加する。異物Ｍが置かれた場合には、異物Ｍが分極を起こす影響によって、容量が増加する部分と減少する部分が生じることになる。なお、図４では理解を助けるため、容量検出部１ａを２つだけに簡素化した模式図としたが、実際には周辺に存在する容量検出部１ａにも同様の現象が生じることとなる。

入力操作部１にコインや水滴等の異物Ｍがある状態で、ベース値（ＢＡＳＥｉ）が更新されると、静電容量が増加している箇所のベース値（ＢＡＳＥｉ）は大きな値となり、静電容量が減少している箇所では小さな値となる。ベース値が異物Ｍのある状態に追従した状態で、異物Ｍが除去されると、ベース値が大きくなった部分では静電容量が減少し、ベース値が小さくなった部分では静電容量が増加して計測される。

手順Ｓ２で制御部３は、手順Ｓ１で取得した計測信号（ＡＤｉ）とメモリに記憶されている容量検出部１ａごとのベース値（ＢＡＳＥｉ）との差から容量変化値（ΔＣｉ）をもとめる。ベース値（ＢＡＳＥｉ）は、入力操作されていない場合の容量検出部１ａごとの静電容量値に近くなるように値が設定されている。このため、容量変化値（ΔＣｉ）は、容量検出部１ａの静電容量が増加し、計測信号（ＡＤｉ）の値が大きくなった場合には正の値となり、容量検出部１ａの静電容量が減少し、計測信号（ＡＤｉ）の値が小さくなった場合には負の値となる。算出した容量変化値（ΔＣｉ）を容量検出部１ａの座標情報に対応させて、制御部３に含まれるメモリに容量変化値（ΔＣｉ）の記憶領域を設定して記憶し手順Ｓ３へ移行する。

手順Ｓ３で制御部３は、手順Ｓ２で算出した容量変化値（ΔＣｉ）を演算するため、合算値（ΣΔＣ）の値に０（零）を、合算した数をカウントするカウンタ（ｉ）の値に”１”を設定し、手順Ｓ４へ移行する。

手順Ｓ４で制御部３は、カウンタ（ｉ）の値に対応する容量検出部１ａの容量変化値（ΔＣｉ）の符号を調べ、負の値の場合は手順Ｓ５へ移行し、負の値でない場合には手順Ｓ６へ移行する。

手順Ｓ５で制御部３は、合算値（ΣΔＣ）の値にカウンタ（ｉ）の値に対応する容量検出部１ａの容量変化値（ΔＣｉ）を加算し、手順Ｓ６へ移行する。

手順Ｓ６で制御部３は、カウンタ（ｉ）の値に”１”を加算して手順Ｓ７へ移行する。

手順Ｓ７で制御部３は、カウンタ（ｉ）の値と容量検出部１ａの数”Ｎ”とを比較しカウンタ（ｉ）の値が”Ｎ”を超えた場合、手順Ｓ８へ移行する。カウンタ（ｉ）の値が”Ｎ”以下の場合には手順Ｓ４に戻って、更新されたカウンタ（ｉ）の値に対応した容量検出部１ａの容量変化値（ΔＣｉ）の符号を調べる。以降、上記と同様に手順Ｓ４から手順Ｓ７までを、カウンタ（ｉ）の値が容量検出部１ａの数”Ｎ”より大きくなるまで繰り返すことで、合算値（ΣΔＣ）には負の値となった容量検出部１ａの容量変化値（ΔＣｉ）が全て合算されて総和がもとめられる。

手順Ｓ８で制御部３は、手順Ｓ２で算出したそれぞれの容量検出部１ａに対応した容量変化値（ΔＣｉ）と、入力操作部１への操作の有無を判別する第１の閾値（ＴＨｔ）とを比較する。比較した結果、容量変化値（ΔＣｉ）が第１の閾値（ＴＨｔ）を越えた場合は手順Ｓ９へ移行し、容量変化値（ΔＣｉ）が第１の閾値（ＴＨｔ）を超えない場合には手順Ｓ１２へ移行する。

手順Ｓ９で制御部３は、入力操作部１への操作の有無を表すＴフラグに操作が有ったことを示す”１”を設定してメモリに記憶し、手順Ｓ１０へ移行する。

手順Ｓ１０で制御部３は、手順Ｓ４から手順Ｓ７までで算出した負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）とコインや水等の異物が除去されたことを判断する第２の閾値（ＴＨｗ）とを比較する。比較した結果、合算値（ΣΔＣ）が第２の閾値を超えた場合は手順Ｓ１１へ移行し、合算値（ΣΔＣ）が第２の閾値を超えない場合には手順Ｓ１３へ移行する。なお、負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）は負の値であり、第２の閾値も負の値が設定されるており、合算値（ΣΔＣ）が第２の閾値を超えるのは、第２の閾値よりも小さい値となった場合となる。

手順Ｓ１１で制御部３は、入力操作部１から異物の除去の有無を表すＷフラグに異物の除去を検知したことを示す”１”を設定してメモリに記憶し、手順Ｓ１４へ移行する。

手順Ｓ１２は、手順Ｓ８で容量変化値（ΔＣｉ）が第１の閾値（ＴＨｔ）を超えないと判断されたので、制御部３は入力操作部１への操作の有無を表すＴフラグに操作がなかったことを示す”０”（零）を設定してメモリに記憶し、手順Ｓ１３へ移行する。

手順Ｓ１３は、手順Ｓ８で容量変化値（ΔＣｉ）が第１の閾値（ＴＨｔ）を超えないと判断され手順Ｓ９から移行する場合、または手順Ｓ１０で負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）が第２の閾値を超えないと判断された場合である。いずれの場合も入力操作部１への操作または、異物の除去による操作の誤検知がないと判断されるので、制御部３は異物の除去の有無を表すＷフラグに異物の除去を検知していないことを示す”０”（零）を設定してメモリに記憶し、手順Ｓ１４へ移行する。

手順Ｓ１４で制御部３は、操作の有無を表すＴフラグを調べ、”０”が設定されている場合には手順Ｓ１６へ、”１”が設定されている場合には手順Ｓ１５へ移行する。

手順Ｓ１５で制御部３は、異物の除去の有無を表すＷフラグを調べ、”０”が設定されている場合には手順Ｓ１８へ、”１”が設定されている場合には手順Ｓ１６へ移行する。

手順Ｓ１６へ移行してくるのは、手順Ｓ１４で操作の有無を表すＴフラグが”０”であった場合、またはＴフラグが１で、手順Ｓ１５で異物の除去の有無を表すＷフラグが”１”であった場合である。言い換えると、入力操作部１への操作がない場合、または操作を検出したが、異物が除去されたことによって誤検知が発生していると判断される場合である。このため制御部３は計測信号（ＡＤｉ）を用いてベース値を更新するため新たなベース値（Ｎ＿ＢＡＳＥｉ）を容量検出部１ａごとに算出し、制御部３に含まれるメモリに記憶して手順Ｓ１７へ移行する。

手順Ｓ１７で制御部３は、手順Ｓ１６でもとめた新たなベース値（Ｎ＿ＢＡＳＥｉ）をベース値（ＢＡＳＥｉ）として更新して記憶し、処理を終了する。

手順Ｓ１８へ移行してくるのは、手順Ｓ１４で操作の有無を表すＴフラグが”１”であり、手順Ｓ１５で異物の除去の有無を表すＷフラグが”０”であった場合である。言い換えると、入力操作部１への操作があり、異物が除去されたことによって誤検知を検出していないと判断される場合である。このため制御部３は最も大きな値となる容量変化値（ΔＣｉ）を調べ手順Ｓ１９へ移行する。

手順Ｓ１９で制御部３は、手順Ｓ１８で調べた最も大きな値となる容量変化値（ΔＣｉ）の座標情報に対応した制御信号を出力して処理を終了する。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態の入力装置１００では、複数の容量検出部１ａを有し、操作体６０が近接操作を行う入力操作部１と、容量検出部１ａごとに静電容量値を計測し、計測した静電容量値を計測信号（ＡＤｉ）として出力する容量計測部２と、容量検出部１ａと関連付けて計測信号（ＡＤｉ）を取得し、計測信号（ＡＤｉ）を用いてベース値（ＢＡＳＥｉ）を更新するとともに、計測信号（ＡＤｉ）とベース値（ＢＡＳＥｉ）との差から容量変化値（ΔＣｉ）をもとめ、容量変化値（ΔＣｉ）が第１の閾値（ＴＨｔ）を越えたか否かを判別して操作の有無を検出する制御部３と、を備え、制御部３は、負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）と第２の閾値（ＴＨｗ）とを比較することで異物が除去されたことを判断するよう構成した。

これにより、制御部３は、負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）と第２の閾値（ＴＨｗ）とを比較することで異物Ｍが除去されたことを判断するので、操作者の操作の有無と異物Ｍを区別して、異物Ｍが除去されたことを検出することができる。また、負の値となる容量変化値の総和である合算値（ΣΔＣ）で判断しているため、単発的なノイズによりマイナス成分が出力されたものを除去することができ安定した判定を行うことができる。従って、硬貨や水滴等の異物Ｍが除去されたことを検出することが可能な静電式の入力装置を提供することができる。

また、本実施形態の入力装置１００では、制御部３は、負の値となる容量変化値（ΔＣｉ）の総和である合算値（ΣΔＣ）が第２の閾値（ＴＨｗ）を超えた場合はベース値（ＢＡＳＥｉ）を更新する。

これにより、制御部３は、負の値となる容量変化値の総和である合算値（ΣΔＣ）が第２の閾値（ＴＨｗ）を超えた場合はベース値（ＢＡＳＥｉ）を更新するので、異物が除去された場合に、誤検出が生じてもベース値（ＢＡＳＥｉ）が追従することで誤検出から復帰することができる。

以上のように、本発明の実施形態に係る入力装置１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、制御部３で使用する第１の閾値（ＴＨｔ）や第２の閾値（ＴＨｗ）等について具体的な数値を示さずに説明を行ったが、組込む機器や想定される使用状態に合わせ適宜値を設定して実施するのが望ましい。また、固定の値を設定せずに周囲温度や動作環境の変動等に応じて補正等を行うようして実施しても良い。

（２）本実施形態において、雑音除去処理や平滑化処理を行わない動作例で説明を行ったが、累積処理を併用した雑音処理や平滑化処理を行うように構成しても良い。

１入力操作部
１ａ容量検出部
２容量計測部
３制御部
６０操作体
１００入力装置
ＡＤｉ計測信号
ＴＨｔ第１の閾値
ＴＨｗ第２の閾値
ＢＡＳＥｉベース値
ΣΔＣ合算値

Claims

複数の容量検出部を有し、操作体が近接操作を行う入力操作部と、
前記容量検出部ごとに静電容量値を計測し、計測した静電容量値を計測信号として出力する容量計測部と、
前記容量検出部と関連付けて前記計測信号を取得し、前記計測信号を用いてベース値を更新するとともに、前記計測信号と前記ベース値との差から容量変化値をもとめ、前記容量変化値が第１の閾値を越えたか否かを判別して操作の有無を検出する制御部と、を備えた入力装置であって、
前記制御部は、負の値となる前記容量変化値の総和と第２の閾値とを比較することで異物が除去されたことを判断することを特徴とする入力装置。
前記制御部は、負の値となる前記容量変化値の総和が前記第２の閾値を超えた場合は前記ベース値を更新することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。