JP2018156534A - Input device and control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、指等の指示対象物の接触又は近接を検出する入力装置及び制御装置に関する。 The present invention relates to an input device and a control device that detect contact or proximity of a pointing object such as a finger.
従来の入力装置として、静電容量式のタッチセンサが知られている。静電容量式のタッチセンサとしては、縦横に2次元状に配置された複数の電極を有し、これら複数の電極を順次駆動(走査)し、各電極の自己静電容量または隣り合う電極間の相互静電容量の変化を検出することで、指等のタッチ位置を検出している(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional input device, a capacitive touch sensor is known. A capacitive touch sensor has a plurality of electrodes arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions, and sequentially drives (scans) the plurality of electrodes, and the self-capacitance of each electrode or between adjacent electrodes. The touch position of a finger or the like is detected by detecting a change in mutual capacitance (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、縦横に2次元状に電極を配置したタッチセンサでは、電極数が多く、走査時間が長くなってしまう。そのため、応答性が低下してしまうという課題がある。 However, a touch sensor in which electrodes are arranged two-dimensionally vertically and horizontally has a large number of electrodes and a long scanning time. Therefore, there exists a subject that responsiveness will fall.
また、上述のタッチセンサでは、縦横に2次元状に電極を配置しているために、構造が複雑でありコストが高くなってしまうという課題もある。 In the touch sensor described above, since the electrodes are arranged two-dimensionally vertically and horizontally, there is a problem that the structure is complicated and the cost is increased.
そこで、本発明は、タッチセンサにおける応答性を向上させる入力装置及び制御装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an input device and a control device that improve the responsiveness of a touch sensor.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、第1の方向に沿って複数の電極が配置されたセンシングユニットと、少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置と、前記センシングユニットの電極での検出結果を基に、前記第1の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記撮像装置で撮像した画像を基に、前記第1の方向と交差する第2の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、入力装置を提供する。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a sensing unit in which a plurality of electrodes are arranged along a first direction, an imaging device having at least the operation surface of the sensing unit as an imaging region, Based on the detection result at the electrode of the sensing unit, the contact or proximity position of the pointing object in the first direction to the operation surface is detected, and based on the image captured by the imaging device, the first And a control unit that detects a contact or proximity position of the pointing object in a second direction that intersects the direction.
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、第1の方向に沿って複数の電極が配置されたセンシングユニットから、前記複数の電極で検出した検出信号を取得する信号取得部と、少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置からの画像信号を取得する画像取得部と、前記信号取得部で取得した検出信号を基に、前記第1の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記画像取得部で取得した画像信号を基に、前記第1の方向と交差する第2の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、制御装置を提供する。 In addition, for the purpose of solving the above problems, the present invention provides a signal acquisition unit that acquires detection signals detected by the plurality of electrodes from a sensing unit in which the plurality of electrodes are arranged along the first direction. An object to be pointed in the first direction based on an image acquisition unit that acquires an image signal from an imaging device that uses at least the operation surface of the sensing unit as an imaging region, and a detection signal acquired by the signal acquisition unit The contact or proximity position of the pointing object in the second direction intersecting the first direction is detected based on the image signal acquired by the image acquisition unit. And a control unit for detecting the control device.
本発明によれば、タッチセンサにおける応答性を向上させることができる。 According to the present invention, the responsiveness of the touch sensor can be improved.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(a),(b)に示すように、入力装置1は、センシングユニット2と、撮像装置としてのカメラ3と、制御部4と、を備えている。
As illustrated in FIGS. 1A and 1B, the
入力装置1は、例えば車両に搭載され、ナビゲーション装置や空調装置、音楽及び映像再生装置等の操作を行うために用いられる。
The
(センシングユニット2の説明)
センシングユニット2は、指示対象物10の操作面21への接触又は近接を検出する静電容量式のタッチパッドである。本実施の形態では、センシングユニット2は、操作面21に平行な第1の方向に沿って複数の電極22が配置され、各電極22の自己静電容量又は隣り合う電極22間の相互静電容量を検出可能に構成されている。
(Explanation of sensing unit 2)
The
本実施の形態では、一例として、各電極22の自己静電容量(以下、自己容量という)を検出する場合について説明する。また、以下の説明では、第1の方向(電極22の配列方向)をY方向と呼称し、操作面22に平行でかつ第1の方向と直交する第2の方向をX方向と呼称し、操作面22に垂直な第3の方向をZ方向と呼称する。
In the present embodiment, as an example, a case where the self-capacitance (hereinafter referred to as self-capacitance) of each
指示対象物10は、例えば、操作者の指等の体の一部や、専用のペン等である。ここでは、一例として、指示対象物10が操作者の指である場合について説明する。
The
センシングユニット2の各電極22は、Y方向に沿って等間隔に整列配置されている。各電極22は、Y方向に延びる長尺形状(帯状)に形成されている。電極22は、例えば、ITO(tin−doped indium oxide)、銅等を用いた電極として構成されている。
The
図2(a)に示すように、センシングユニット2の各電極22は、駆動検出部23に接続されている。駆動検出部23は、図2(b)に示すように、静電容量検出部23aとスイッチング部23bとを有している。
As shown in FIG. 2A, each
静電容量検出部23aは、制御部4から出力される駆動検出信号により制御されて電極22への電荷供給を行ない、また、検出した自己容量を静電容量信号として制御部4に出力する。
The
スイッチング部23bは、静電容量検出部23aからのスイッチング信号により制御され、電極22と静電容量検出部23aとの接続を切替える動作を行なう。スイッチング部23bは、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子で構成され、複数の電極22のうち1つの電極22と静電容量検出部23aとが上記スイッチング素子を介して接続切替可能とされている。電極22は、駆動時においては静電容量検出部23aと接続され、非駆動時においてはグランドGNDに接続される。本実施の形態では、スイッチング部23bは、電極22と静電容量検出部23aとの接続を順次切替える動作を行う。
The
(カメラ3の説明)
カメラ3は、少なくともセンシングユニット2の操作面21を撮像領域とするように配置されている。詳細は後述するが、本実施の形態では、カメラ3の撮像画像を基に指示対象物10と操作面21のZ方向に沿った距離を求めるため、カメラ3としては、3次元カメラ(3Dカメラ)を用いることが望ましい。カメラ3は、Z方向から見たときに操作面21のX方向における中心位置を通る中心軸上に配置されており、かつ、センシングユニット2からY方向及びZ方向に離間した位置に配置されている。
(Explanation of camera 3)
The
また、入力装置1が車両に搭載されるものである場合、カメラ3としては、夜間にも撮像が可能なものを用いることが望ましく、近赤外線を含む光の輝度に応じた画像を生成可能なものを用いるとよい。また、カメラ3の近傍に、近赤外線を照射する照明器を備えてもよい。
When the
(制御部4の説明)
制御部4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、加工などを行うCPU(Central Processing Unit)、半導体メモリであるRAM(Random Access Memory)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4が動作するためのプログラム等が格納されている。RAM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。また制御部4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。
(Description of control unit 4)
The
制御部4は、センシングユニット2の電極22での検出結果(ここではセンシングユニット2で検出した静電容量)を基に、第1の方向(Y方向)における指示対象物10の操作面21への接触又は近接位置(以下、単に接触位置という)を検出し、カメラ3で撮像した画像を基に、第1の方向と交差する第2の方向(ここではX方向)における接触位置を検出することで、接触位置の座標(x、y)を検出するものである。なお、ここでいう座標とは、例えば操作面21の角部等の所定位置を基準としてX,Y,Z方向の位置情報を表すものである。また、接触位置の座標としては、指示対象物10が操作面21に接触(または近接)している状態であるため、Z方向の位置情報は扱わずにX,Y方向の位置情報のみを扱う。
Based on the detection result at the
制御部4が搭載される制御装置100は、センシングユニット2から複数の電極22で検出した検出信号を取得する信号取得部101と、カメラ3からの画像信号を取得する画像取得部102と、を有している。制御部4は、信号取得部101で取得した検出信号を基に、第1の方向における指示対象物2の操作面21への接触位置を検出し、画像取得部102で取得した画像信号を基に、第1の方向と交差する第2の方向における指示対象物2の接触又は近接位置を検出する。
The
制御部4は、静電容量検出部41と、画像処理部42と、第1方向位置検出部43と、第2方向位置検出部44と、駆動判定部45と、を有している。
The
静電容量検出部41は、センシングユニット2の駆動制御を行い、各電極22の自己容量を検出するものである。静電容量検出部41は、駆動検出部23に駆動検出信号を出力して、駆動検出部23に電極22の駆動及び自己容量の検出を行わせ、また駆動検出部23からの静電容量信号を基に各電極22の自己容量を検出する。
The electrostatic
また、本実施の形態では、静電容量検出部41は、駆動判定部45が電極22の駆動を許可しているときのみ、電極22を駆動する。駆動判定部45については後述する。
Further, in the present embodiment, the
画像処理部42は、カメラ3の撮像画像のノイズ除去等の画像処理を行い、また、公知技術であるパターンマッチング手法等により、指示対象物10である指の先端位置(座標)を検出する。
The
第1方向位置検出部43は、静電容量検出部41が検出した各電極22の自己容量(自己容量のY方向における分布)を基に、Y方向における接触位置yを検出する。第2方向位置検出部44は、画像処理部42が検出した指の先端位置(座標)の情報から、X方向における接触位置xを検出(抽出)する。
The first direction
第1方向位置検出部43及び第2方向位置検出部44によって得た接触位置の座標情報(x,y)は、ナビゲーション装置等の機器に出力される。なお、制御部4は、座標情報(x,y)を出力するのみならず、例えば、接触位置の座標情報(x,y)の変化から指示対象物10によるジェスチャを特定し、特定したジェスチャに応じた制御信号を機器に出力してもよい。
The coordinate information (x, y) of the contact position obtained by the first direction
また、図示していないが、制御部4は、カメラ3の撮像画像を基に、操作面21からZ方向に離間した空間(空中)での指示対象物10のジェスチャを判定する空中ジェスチャ判定部を有していてもよい。つまり、カメラ3は、空中でのジェスチャを判定するために用いられるものであってもよい。
Although not shown, the
駆動判定部45は、指示対象物10である指の先端位置(座標)の情報を基に、操作面21と指示対象物10とのZ方向に沿った距離dzを検出し、距離dzが規定距離以下であるときのみ、電極22の駆動を許可する。これは、指示対象物10が近接していない状態で電極22を駆動すると無駄な電力を消費してしまい、また、エミッションノイズも大きくなってしまうためである。駆動判定部45は、電極22の駆動が許可されているか否かを示す制御情報を静電容量検出部41に出力する。
The
上述のように、カメラ3として3次元カメラを用いることで、操作面21と指示対象物10とのZ方向に沿った距離dzを検出可能である。ただし、これに限らず、例えば、図3に示すように、カメラ3として一般的な2次元カメラを用い、カメラ3の撮像画像に指示対象物10が映り込んだときのみ(あるいは画像の所定位置よりも下方に指示対象物10が存在しているときのみ)、電極22の駆動を許可するように駆動判定部45を構成してもよい。これにより、安価な2次元のカメラ3を使用可能となり、入力装置1のコストを削減できる。なお、指示対象物10の映り込みは、予め記憶させておいた背景画像との差分をとることにより、検出可能である。
As described above, by using a three-dimensional camera as the
(制御フローの説明)
次に、入力装置1の制御フローについて図4を用いて説明する。入力装置1は、例えば、キーオンの状態であるときに図4に示す制御フローを繰り返し実行する。
(Explanation of control flow)
Next, the control flow of the
図4に示すように、まず、ステップS1にて、画像処理部42がカメラ3から撮像画像を取得して画像処理を行うと共に、指示対象物10である指の先端位置(座標)の情報を取得する。その後、ステップS2にて、駆動判定部45が指の先端位置(座標)の情報を基に、操作面21と指示対象物10とのZ方向に沿った距離dzを検出し、ステップS3にて距離dzが規定距離以下であるかを判定する。ステップS3でNOと判定された場合、ステップS1に戻る。
As shown in FIG. 4, first, in step S <b> 1, the
ステップS3でYESと判定された場合、ステップS4にて、駆動判定部45が、電極22の駆動を許可する制御情報を静電容量検出部41に出力し、静電容量検出部41が電極22を順次駆動して各電極22の自己容量を検出し、ステップS5にて、第1方向位置検出部43が、ステップS4での検出結果を基に、Y方向における接触位置yを検出する。
If YES is determined in step S3, the
また、ステップS4,S5と平行して、ステップS6にて、第2方向位置検出部44が、ステップS1で取得した指の先端位置(座標)の情報からX方向における接触位置xを抽出する。なお、本実施の形態では、ステップS4,S5の処理とステップS6の処理とを平行して行ったが、これら処理を順次行ってもよい。
In parallel with steps S4 and S5, in step S6, the second
ステップS5でY方向における接触位置yを検出し、ステップS6でX方向における接触位置xを検出した後、ステップS7にて、制御部4が、接触位置の座標(x、y)をナビゲーション装置等の機器に出力する。
In step S5, the contact position y in the Y direction is detected, and in step S6, the contact position x in the X direction is detected. Then, in step S7, the
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態に係る入力装置1では、センシングユニット2の電極2での検出結果を基に、第1の方向(Y方向)における指示対象物10の操作面21への接触又は近接位置を検出し、カメラ3で撮像した画像を基に、第1の方向と交差する第2の方向(X方向)における指示対象物10の接触又は近接位置を検出している。
(Operation and effect of the embodiment)
As described above, in the
X方向の接触位置をカメラ3の撮像画像を基に検出することで、センシングユニット2においてX方向に電極22を配列する必要がなくなり、電極数を少なくすることができる。その結果、電極22を順次駆動して自己容量を検出する時間(走査時間)を短縮でき、応答性を高めることが可能になる。また、X方向の電極22を省略することにより、センシングユニット2の構造を簡単化して低コスト化を図ることも可能になる。
By detecting the contact position in the X direction based on the captured image of the
近年、センシングユニット2として大型の操作面21を有するものが開発されているが、本実施の形態によれば、このような大型の操作面21を有するセンシングユニット2において、特に顕著な応答性改善及び低コスト化の効果が得られる。
In recent years, a
なお、カメラ3として3次元カメラを用いた場合、撮像画像からY方向における接触位置yの情報も取得可能であるから、カメラ3の画像情報のみから接触位置の座標(x、y)を得ることも考えられる。しかし、この場合、タッチ時の応答性が劣化する、あるいはタップの検出が困難となる等の不具合が発生する場合がある。そこで、このような不具合を抑制するために、本実施の形態では、撮像画像における奥行き方向となるY方向の接触位置情報については、静電容量式のセンシングユニット2で取得するように構成している。
Note that when a three-dimensional camera is used as the
また、入力装置1では、操作面21と指示対象物10との第3の方向(Z方向)に沿った距離が規定距離以下であるときのみ、電極22の駆動を許可しているため、指示対象物10が操作面21から遠く離れている際には電極22を駆動させずに、消費電力を減少させることが可能になり、またエミッションノイズレベルを減少させることも可能になる。
Further, since the
(変形例)
上記実施の形態では、センシングユニット2として静電容量式のタッチパッドを用いたが、これに限らず、センシングユニット2として、抵抗膜方式のタッチパッドを用いてもよい。
(Modification)
In the above embodiment, a capacitive touch pad is used as the
また、上記実施の形態では、第1の方向と第2の方向とが直交している場合について説明したが、第1の方向と第2の方向とが直交していることは必須ではなく、第1の方向と第2の方向とが所定の角度で交差していればよい。 In the above embodiment, the case where the first direction and the second direction are orthogonal to each other has been described. However, it is not essential that the first direction and the second direction are orthogonal, It is sufficient that the first direction and the second direction intersect at a predetermined angle.
以上、本発明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共に、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。 The embodiment and the modification of the present invention have been described above. However, the embodiment and the modification are merely examples, and do not limit the invention according to the claims. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the scope of the present invention. In addition, not all combinations of features described in these embodiments and modifications are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention. Further, these embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…入力装置、2…センシングユニット、21…操作面、22…電極、23…駆動検出部、23a…静電容量検出部、23b…スイッチング部、3…カメラ、30…画像、4…制御部、41…静電容量検出部、42…画像処理部、43…第1方向位置検出部、44…第2方向位置検出部、45…駆動判定部、10…指示対象物
DESCRIPTION OF
Claims (4)
少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置と、
前記センシングユニットの電極での検出結果を基に、前記第1の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記撮像装置で撮像した画像を基に、前記第1の方向と交差する第2の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、
入力装置。 A sensing unit in which a plurality of electrodes are arranged along a first direction;
An imaging device having at least the operation surface of the sensing unit as an imaging region;
Based on the detection result at the electrodes of the sensing unit, the contact or proximity position of the pointing object in the first direction to the operation surface is detected, and based on the image captured by the imaging device, the first A controller that detects contact or proximity position of the pointing object in a second direction that intersects the direction of
Input device.
請求項1に記載の入力装置。 The electrode is formed in an elongated shape extending in the second direction,
The input device according to claim 1.
請求項1または2に記載の入力装置。 The control unit detects a distance between the operation surface and the pointing object in a third direction orthogonal to the operation surface based on an image captured by the imaging device, and the distance is equal to or less than a specified distance. A drive determination unit that permits driving of the electrode,
The input device according to claim 1 or 2.
少なくとも前記センシングユニットの前記操作面を撮像領域とする撮像装置からの画像信号を取得する画像取得部と、
前記信号取得部で取得した検出信号を基に、前記第1の方向における指示対象物の前記操作面への接触又は近接位置を検出し、前記画像取得部で取得した画像信号を基に、前記第1の方向と交差する第2の方向における前記指示対象物の接触又は近接位置を検出する制御部と、を備えた、
制御装置。 From a sensing unit in which a plurality of electrodes are arranged along the first direction, a signal acquisition unit that acquires detection signals detected by the plurality of electrodes;
An image acquisition unit for acquiring an image signal from an imaging device having at least the operation surface of the sensing unit as an imaging region;
Based on the detection signal acquired by the signal acquisition unit, the contact or proximity position of the pointing object in the first direction to the operation surface is detected, and based on the image signal acquired by the image acquisition unit, A control unit that detects contact or proximity position of the pointing object in a second direction intersecting with the first direction,
Control device.
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