JP2021077010A - 指示入力装置、制御装置、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に搭載される静電容量方式の指示入力装置の利便性を向上させる。【解決手段】指示入力装置１０は、移動体に搭載される。可動部１１は、変位可能に構成されている。第一センサ１４１は、可動部１１における静電容量を検出する。第二センサ１４２は、可動部１１の位置を検出する。制御装置１５は、静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ可動部１１の初期位置からの変位量である第一変位量が第二閾値を上回る場合に、可動部１１を通じて指示入力がなされたことを示す検出信号ＳＳを出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体に搭載される指示入力装置に関連する。本発明は、移動体に搭載される制御装置、および当該制御装置によって実行されるコンピュータプログラムにも関連する。

特許文献１は、移動体の一例としての車両に搭載される静電容量方式の指示入力装置を開示している。当該装置は、ユーザの身体の接近または接触に伴う静電容量変化を検出することにより、当該ユーザの指示入力を受け付ける。

特開２０１９−０１８７７１号公報

本発明の目的は、移動体に搭載される静電容量方式の指示入力装置の利便性を向上させることである。

上記の目的を達成するための一態様は、移動体に搭載される指示入力装置であって、
変位可能に構成されている可動部と、
前記可動部における静電容量を検出する第一センサと、
前記可動部の位置を検出する第二センサと、
前記静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ前記可動部の初期位置からの変位量である第一変位量が第二閾値を上回る場合に、前記可動部を通じて指示入力がなされたことを示す信号を出力する制御装置と、
を備えている。

上記の目的を達成するための一態様は、移動体に搭載される制御装置であって、
変位可能に構成された可動部における静電容量に対応する第一信号、および当該可動部の位置に対応する第二信号を受け付ける入力インターフェースと、
前記第一信号と前記第二信号に基づいて、前記静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ前記位置の変化量である第一変位量が第二閾値を上回る条件が満足されたかを判断するプロセッサと、
前記条件が満足された場合に、前記可動部を通じて指示入力がなされたことを示す信号が出力される出力インターフェースと、
を備えている。

上記の目的を達成するための一態様は、移動体に搭載される制御装置により実行されるコンピュータプログラムであって、
実行されることにより、前記制御装置に、
変位可能に構成された可動部における静電容量に対応する第一信号、および当該可動部の位置に対応する第二信号を受け付けさせ、
前記第一信号と前記第二信号に基づいて、前記静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ前記位置の変化量に対応する第一変位量が第二閾値を上回る条件が満足されたかを判断させ、
前記条件が満足された場合に、前記可動部を通じて指示入力がなされたことを示す信号を出力させる。

上記のような構成によれば、可動部に第二閾値を上回る変位をもたらす程度の荷重が加えられた状態で操作がなされた場合に、指示入力がなされたと制御装置に判断させることができる。換言すると、ユーザが意図せず可動部に触れてしまい、結果として可動部における静電容量の変化量が第一閾値を上回っても、制御装置は、可動部に指示入力がなされたとは判断しない。意図しない可動部への接触に基づいて被制御装置が動作してしまう事態の発生を抑制できるので、移動体に搭載される静電容量方式の指示入力装置の利便性が向上する。

一実施形態に係る指示入力装置の機能構成を例示している。 図１の指示入力装置が搭載される車両を例示している。 図１の制御装置により実行される処理の一例を示している。 図１の指示入力装置の動作を例示している。 図１の制御装置により実行される処理の別例を示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

図１は、一実施形態に係る指示入力装置１０の機能構成を例示している。指示入力装置１０は、図２に例示されるような車両１のセンタクラスタ２に搭載されうる。車両１は、移動体の一例である。この場合、指示入力装置１０は、車両１に搭載された被制御装置の動作を制御するための指示を入力するために使用される。被制御装置の例としては、映像音響機器、空調装置、ナビゲーション装置、照明機器などが挙げられる。

指示入力装置１０は、可動部１１、基部１２、および弾性部材１３を備えている。可動部１１は、誘電性を有する材料により形成されている。基部１２は、車両１に対して固定される。可動部１１は、弾性部材１３を介して基部１２に対して変位可能に接続されている。弾性部材１３の例としては、バネやゴムパッドなどが挙げられる。

指示の入力は、ユーザの指Ｆで可動部１１に対してタッチ操作を行なうことによりなされる。本例において、ユーザは、車両１の乗員である。本明細書で用いられる「タッチ操作」という語は、可動部１１に対するユーザの身体の一部の接触を伴う操作を意味する。

指示入力装置１０は、第一センサ１４１を備えている。第一センサ１４１は、可動部１１の静電容量を検出するように構成されている。例えば、第一センサ１４１は、基部１２に設けられた不図示の電極を備えている。電極は、可動部１１と対向するように配置される。第一センサ１４１は、可動部１１と電極の間の静電容量に対応する第一信号Ｓ１を出力するように構成されている。

具体的には、第一センサ１４１は、不図示の充放電回路を備えている。充放電回路は、電極と電気的に接続されている。充放電回路は、充電動作と放電動作を行ないうる。充電動作時の充放電回路は、不図示の電源から供給される電流を電極へ供給する。放電動作時の充放電回路は、電極から電流を放出させる。電極に供給された電流により、可動部１１の周囲に電界が発生する。ユーザの指Ｆなどがこの電界に近づくと、電極との間に疑似的なコンデンサが形成される。これにより、電極と可動部１１の間の静電容量が増加する。静電容量が増加すると、放電動作時における電極から放出される電流が増加する。第一センサ１４１は、当該電流の値を第一信号Ｓ１に反映させる。

指示入力装置１０は、第二センサ１４２を備えている。第二センサ１４２は、可動部１１の位置を検出するように構成されている。例えば、第二センサ１４２は、基部１２に設けられた不図示の距離センサを備えている。距離センサは、可動部１１と対向するように配置される。距離センサは、例えば発光素子から出射された光が可動部１１に反射されて受光素子に入射するまでの時間に基づいて、可動部１１と基部１２の間の距離を特定するように構成されうる。第二センサ１４２は、可動部１１と基部１２の間の距離に対応する第二信号Ｓ２を出力するように構成されている。

指示入力装置１０は、制御装置１５を備えている。制御装置１５は、入力インターフェース１５１とプロセッサ１５２を備えている。入力インターフェース１５１は、第一センサ１４１から出力された第一信号Ｓ１と、第二センサ１４２から出力された第二信号Ｓ２を受け付ける。プロセッサ１５２は、第一信号Ｓ１と第二信号Ｓ２に基づいて、可動部１１に対して指示の入力が行なわれたかを判断する。図３は、プロセッサ１５２により実行される具体的な処理の流れを例示している。

プロセッサ１５２は、第一信号Ｓ１に基づいて、可動部１１における静電容量の変化量ΔＣが第一閾値Ｔｈ１を上回るかを判断する（ＳＴＥＰ１）。静電容量の変化量ΔＣは、第一信号Ｓ１に対応する静電容量の経時変化として取得される。第一閾値Ｔｈ１は、一般的なユーザの指Ｆが可動部１１に接触した場合に生じるであろう静電容量の変化量に基づいて予め定められてもよいし、ユーザごとに事前登録がなされてもよい。取得された静電容量の変化量ΔＣが第一閾値を上回らないと判断されるまで、当該処理が繰り返される（ＳＴＥＰ１においてＮＯ）。

取得された静電容量の変化量ΔＣが第一閾値Ｔｈ１を上回ると判断されると（ＳＴＥＰ１においてＹＥＳ）、プロセッサ１５２は、第二信号Ｓ２に基づいて、可動部１１の初期位置からの変位量である第一変位量Δｚ１を取得する。さらに、プロセッサ１５２は、第一変位量Δｚ１が第二閾値Ｔｈ２を上回るかを判断する（ＳＴＥＰ２）。第二閾値Ｔｈ２は、一般的なユーザによる意図的なタッチ操作に伴う荷重によって生じるであろう可動部１１の変位量に基づいて予め定められてもよいし、ユーザごとに事前登録がなされてもよい。取得された第一変位量Δｚ１が第二閾値Ｔｈ２を上回らないと判断されると（ＳＴＥＰ２においてＮＯ）、処理はＳＴＥＰ１に戻る。

取得された第一変位量Δｚ１が第二閾値Ｔｈ２を上回ると判断されると（ＳＴＥＰ２においてＹＥＳ）、プロセッサ１５２は、可動部１１に対して有効なタッチ操作（すなわち指示入力）がなされたことを示す検出信号ＳＳを生成する（ＳＴＥＰ３）。その後、処理はＳＴＥＰ１に戻る。

図１に例示されるように、制御装置１５は、出力インターフェース１５３を備えている。生成された検出信号ＳＳは、出力インターフェース１５３から出力される。検出信号ＳＳは、被制御装置によって受信される。被制御装置は、検出信号ＳＳに基づく適宜の処理を実行する。

上記のように構成された指示入力装置１０の動作例を、図４を参照して説明する。横軸は、時間の経過を示している。縦軸は、第二センサ１４２によって検出される可動部１１の位置を示している。縦軸の値が大きくなるほど、可動部１１が基部１２に接近することを意味している。符号ｚ０は、可動部１１の初期位置を表している。太い実線は、可動部１１の位置の経時変化を示している。ここでは、ユーザの指Ｆが可動部１１に触れた場合のみ可動部１１の変位が生じるとする。したがって、可動部１１の位置の経時変化が、初期位置ｚ０からの変位量である第一変位量Δｚ１の経時変化に対応する。

時点ｔ１において、可動部１１に変位が生じている。したがって、プロセッサ１５２は、可動部１１における静電容量の変化量ΔＣが第一閾値Ｔｈ１を上回っていると判断する（図３のＳＴＥＰ１においてＹＥＳ）。その後、時点ｔ２において、可動部１１の第一変位量Δｚ１は、第二閾値Ｔｈ２を上回る（図３のＳＴＥＰ２においてＹＥＳ）。したがって、プロセッサ１５２は、可動部１１に指示入力がなされたと判断し、検出信号ＳＳを生成する（ＳＴＥＰ３）。検出信号ＳＳの生成は、第一変位量Δｚ１が第二閾値Ｔｈ２を上回らなくなる時点ｔ３まで継続される。

その後、時点ｔ４において再び可動部１１に変位が生じている。したがって、プロセッサ１５２は、可動部１１における静電容量の変化量ΔＣが第一閾値Ｔｈ１を上回っていると判断する（図３のＳＴＥＰ１においてＹＥＳ）。しかしながら、この変位が最大値をもつ時点ｔ５においても、第一変位量Δｚ１は第二閾値Ｔｈ２を上回っていない（図３のＳＴＥＰ２においてＮＯ）。したがって、プロセッサ１５２は、可動部１１に指示入力がなされたと判断しない。

すなわち、可動部１１に第二閾値Ｔｈ２を上回る変位をもたらす程度の荷重が加えられた状態で操作がなされた場合に、指示入力がなされたと制御装置１５に判断させることができる。換言すると、ユーザが意図せず可動部１１に触れてしまい、結果として可動部１１における静電容量の変化量ΔＣが第一閾値Ｔｈ１を上回っても、制御装置１５は、可動部１１に指示入力がなされたとは判断しない。意図しない可動部１１への接触に基づいて被制御装置が動作してしまう事態の発生を抑制できるので、車両１に搭載される静電容量方式の指示入力装置１０の利便性が向上する。

車両１に搭載された指示入力装置１０には振動が加わりうる。可動部１１の初期位置は、そのような振動によって変位しうる。図４においては、ユーザが可動部１１に触れていない状態で可動部１１に加えられた振動に起因する可動部１１の初期位置の経時変化が、一点鎖線により例示されている。以降の説明においては、可動部１１に加えられた振動に起因する可動部１１の初期位置の変位量を、第二変位量Δｚ２と称する。ユーザが可動部１１に触れていない状態においては、可動部１１の初期位置の経時変化は、第二変位量Δｚ２の経時変化に対応する。可動部１１の初期位置が無振動時における初期位置ｚ０よりも基部１２から離れる方向へ変位すると、第二変位量Δｚ２は負の値をとる。

可動部１１の実際の位置は、第一変位量Δｚ１と第二変位量Δｚ２の和として表される。したがって、初期位置ｚ０からの距離と第二閾値Ｔｈ２の関係のみに着目すると、指示入力がなされたことの判定が前述した通りに行なわれ得ない場合がありうる。

例えば、時点ｔ６において、無振動時においては第二閾値Ｔｈ２を上回るだけの変位が可動部１１に生じているが、振動によって可動部１１の初期位置が基部１２から離れる方向へ変位しているので、第一変位量Δｚ１と第二変位量Δｚ２の和で表される可動部１１の現在位置は、第二閾値Ｔｈ２に対応する位置に到達しない。結果として、ユーザが意図的な操作を可動部１１に入力していながらも、当該操作が指示入力として認識されない事態が生じうる。

他方、時点ｔ５において、無振動時においては第二閾値Ｔｈ２を上回ることのない変位が可動部１１に生じているが、振動によって可動部１１の初期位置が基部１２に近づく方向へ変位しているので、第一変位量Δｚ１と第二変位量Δｚ２の和で表される可動部１１の現在位置は、第二閾値Ｔｈ２に対応する位置に到達する。結果として、ユーザが意図せず可動部１１に触れてしまったにも関わらず、当該接触が意図的な指示入力として認識される事態が生じうる。

図１に例示されるように、指示入力装置１０は、このような問題に対応するために第三センサ１４３を備えうる。第三センサ１４３は、可動部１１に加わる加速度を検出するように構成されている。第三センサ１４３は、可動部１１または基部１２に配置された周知の加速度センサでありうる。第三センサ１４３は、可動部１１に加わる加速度に対応する第三信号Ｓ３を出力するように構成されている。制御装置１５の入力インターフェース１５１は、第三信号Ｓ３を受け付ける。

制御装置１５のプロセッサ１５２は、第三信号Ｓ３により示される可動部１１に加わる加速度に基づいて、可動部１１の初期位置の変位量である第二変位量Δｚ２を取得するように構成されうる。そして、プロセッサ１５２は、第一変位量Δｚ１と第二変位量Δｚ２の差分である第三変位量Δｚ３を取得するように構成されうる。第三変位量Δｚ３は、第一変位量Δｚ１から第二変位量Δｚ２を差し引いた値の絶対値、または第二変位量Δｚ２ｋら第一変位量Δｚ１を差し引いた値の絶対値として取得される。

図５は、このように構成されたプロセッサ１５２により実行される具体的な処理の一例を示している。図３に例示された処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。

本例においては、取得された静電容量の変化量ΔＣが第一閾値Ｔｈ１を上回ると判断されると（ＳＴＥＰ１においてＹＥＳ）、プロセッサ１５２は、上記のようにして取得された第三変位量Δｚ３が第二閾値Ｔｈ２を上回るかを判断する（ＳＴＥＰ４）。取得された第三変位量Δｚ３が第二閾値Ｔｈ２を上回らないと判断されると（ＳＴＥＰ４においてＮＯ）、処理はＳＴＥＰ１に戻る。

取得された第三変位量Δｚ３が第二閾値Ｔｈ２を上回ると判断されると（ＳＴＥＰ４においてＹＥＳ）、プロセッサ１５２は、可動部１１に対して有効なタッチ操作（すなわち指示入力）がなされたことを示す検出信号ＳＳを生成する（ＳＴＥＰ３）。その後、処理はＳＴＥＰ１に戻る。

このような構成によれば、車両１から指示入力装置１０に加わる振動の影響が抑制され、可動部１１の実質的な変位量に基づいて指示入力がなされたかを判断できる。したがって、車両１に搭載される静電容量式の指示入力装置１０の利便性がさらに向上する。

例えば、図４に示される時点ｔ６においては、第一変位量Δｚ１と第二変位量Δｚ２の差分は、初期位置ｚ０から第二閾値Ｔｈ２に対応する位置までの距離を上回る（図５のＳＴＥＰ４においてＹＥＳ）。したがって、プロセッサ１５２は、可動部１１に指示入力がなされたと正しく判断し、検出信号ＳＳを生成する（ＳＴＥＰ３）。

他方、図４に示される時点ｔ５においては、第一変位量Δｚ１と第二変位量Δｚ２の差分は、初期位置ｚ０から第二閾値Ｔｈ２に対応する位置までの距離を上回らない（図５のＳＴＥＰ４においてＮＯ）。したがって、プロセッサ１５２は、可動部１１に指示入力がなされていないと正しく判断する。

制御装置１５のプロセッサ１５２は、可動部１１の初期位置の変位量である第二変位量Δｚ２が第三閾値Ｔｈ３を上回る場合に、第二閾値Ｔｈ２を増加するように構成されうる。すなわち、図５に例示されるように、制御装置１５のプロセッサ１５２は、第三信号Ｓ３に基づいて取得された第二変位量Δｚ２が第三閾値Ｔｈ３を上回るかを判断する（ＳＴＥＰ５）。

第二変位量Δｚ２が第三閾値Ｔｈ３を上回ると判断されると（ＳＴＥＰ５においてＹＥＳ）、プロセッサ１５２は、第二閾値Ｔｈ２を増加する（ＳＴＥＰ６）。その後、処理はＳＴＥＰ１へ移行する。第二変位量Δｚ２が第三閾値Ｔｈ３を上回らないと判断されると（ＳＴＥＰ５においてＮＯ）、第二閾値Ｔｈ２は維持されたまま、処理はＳＴＥＰ１へ移行する。

図４に例示される時点ｔ７においては、指示入力装置１０に比較的大きな振動が加わっており、可動部１１の初期位置が、第二閾値Ｔｈ２に対応する位置を超えて基部１２に接近している。この場合、ユーザの操作による変位が可動部１１に生じていないにも関わらず、指示入力がなされたと判断されてしまう事態が生じうる。第三閾値Ｔｈ３は、このような事態を回避しうるように、第二閾値Ｔｈ２以下の値をとるように定められる。

すなわち、車両１から指示入力装置１０へ加わる振動や衝撃によって可動部１１の初期位置が比較的大きく変化している場合、予め第二閾値Ｔｈ２を増加する変更がなされる。図４においては、変更後の第二閾値が符号Ｔｈ２’で示されている。

このような構成によれば、ユーザが意図的に可動部１１を操作していないにも関わらず指示入力がなされたと判断されてしまう事態を発生しにくくできる。したがって、車両１に搭載される静電容量式の指示入力装置１０の利便性がさらに向上する。

第二変位量Δｚ２が第三閾値Ｔｈ３を上回る場合に、第二閾値Ｔｈ２を増加する処理は、図３に例示される処理にも適用可能である。すなわち、可動部１１に加わる加速度に対応する第三信号Ｓ３は、第三変位量Δｚ３の取得に用いられることなく、第二閾値Ｔｈ２を増加することの要否を判断するためだけに使用されうる。このような構成によっても、ユーザが意図的に可動部１１を操作していないにも関わらず指示入力がなされたと判断されてしまう事態を発生しにくくできる。

これまで説明した制御装置１５の機能は、汎用メモリと協働して動作する汎用マイクロプロセッサにより実現されうる。汎用マイクロプロセッサとしては、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵが例示されうる。汎用メモリとしては、ＲＯＭやＲＡＭが例示されうる。この場合、ＲＯＭには、上述した処理を実行するコンピュータプログラムが記憶されうる。ＲＯＭは、コンピュータプログラムを記憶している記憶媒体の一例である。制御装置１５は、ＲＯＭ上に記憶されたプログラムの少なくとも一部を指定してＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭと協働して上述した処理を実行する。制御装置１５は、上述した処理を実現するコンピュータプログラムを実行可能なマイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの専用集積回路によって実現されてもよい。制御装置１５は、汎用マイクロプロセッサと専用集積回路の組合せによって実現されてもよい。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

可動部１１を通じて検出されるタッチ操作は、必ずしもユーザの指Ｆにより行なわれることを要しない。掌、肘、膝、足先などの身体部位によるタッチ操作も検出されうる。

指示入力装置１０が搭載される移動体は、車両１に限られない。他の移動体の例としては、鉄道列車、船舶、航空機などが挙げられる。当該移動体は、運転者を必要としなくてもよい。

１：車両、１０：指示入力装置、１１：可動部、１４１：第一センサ、１４２：第二センサ、１４３：第三センサ、１５：制御装置、１５１：入力インターフェース、１５２：プロセッサ、１５３：出力インターフェース、Ｆ：ユーザの指、ＳＳ：検出信号、Ｔｈ１：第一閾値、Ｔｈ２：第二閾値、Ｔｈ３：第三閾値、ｚ０：可動部の初期位置、ΔＣ：静電容量の変化量、Δｚ１：第一変位量、Δｚ２：第二変位量、Δｚ３：第三変位量

Claims (6)

1. 移動体に搭載される指示入力装置であって、
   変位可能に構成されている可動部と、
   前記可動部における静電容量を検出する第一センサと、
   前記可動部の位置を検出する第二センサと、
   前記静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ前記可動部の初期位置からの変位量である第一変位量が第二閾値を上回る場合に、前記可動部を通じて指示入力がなされたことを示す信号を出力する制御装置と、
   を備えている、
   指示入力装置。
2. 前記可動部に加わる加速度を検出する第三センサを備えており、
   前記制御装置は、
   前記加速度に基づいて前記初期位置の変位量である第二変位量を取得し、
   前記第一変位量と前記第二変位量の差分である第三変位量を取得し、
   前記第三変位量が前記第二閾値を上回る場合に、前記信号を出力する、
   請求項１に記載の指示入力装置。
3. 前記制御装置は、前記第二変位量が第三閾値を上回る場合、前記第二閾値を増加する、
   請求項２に記載の指示入力装置。
4. 前記可動部に加わる加速度を検出する第三センサを備えており、
   前記制御装置は、
   前記加速度に基づいて前記初期位置の変位量である第二変位量を取得し、
   前記第二変位量が第三閾値を上回る場合、前記第二閾値を増加する、
   請求項１に記載の指示入力装置。
5. 移動体に搭載される制御装置であって、
   変位可能に構成された可動部における静電容量に対応する第一信号、および当該可動部の位置に対応する第二信号を受け付ける入力インターフェースと、
   前記第一信号と前記第二信号に基づいて、前記静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ前記位置の変化量である第一変位量が第二閾値を上回る条件が満足されたかを判断するプロセッサと、
   前記条件が満足された場合に、前記可動部を通じて指示入力がなされたことを示す信号が出力される出力インターフェースと、
   を備えている、
   制御装置。
6. 移動体に搭載される制御装置により実行されるコンピュータプログラムであって、
   実行されることにより、前記制御装置に、
   変位可能に構成された可動部における静電容量に対応する第一信号、および当該可動部の位置に対応する第二信号を受け付けさせ、
   前記第一信号と前記第二信号に基づいて、前記静電容量の変化量が第一閾値を上回り、かつ前記位置の変化量に対応する第一変位量が第二閾値を上回る条件が満足されたかを判断させ、
   前記条件が満足された場合に、前記可動部を通じて指示入力がなされたことを示す信号を出力させる、
   コンピュータプログラム。

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