タッチセンサ及びタッチセンサシステム
【課題】タッチ位置の検出分解能を向上させることができるタッチセンサ及びタッチセンサシステムを提供する。
【解決手段】円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた８つの電極４１〜４８と、電極４１〜４８毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器と、Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路７０とを備える。演算回路７０は、Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、円形の中心とタッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出するタッチセンサ。
【解決手段】円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた８つの電極４１〜４８と、電極４１〜４８毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器と、Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路７０とを備える。演算回路７０は、Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、円形の中心とタッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出するタッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を利用して、例えば人の指の近接を検出するタッチセンサ、及びこのタッチセンサを操作手段として備えたタッチセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示されるタッチセンサが知られている。特許文献１のタッチセンサは、５枚の電極と、静電容量の変化量を電圧に変換する５つの変換器とを備えている。５枚ある電極のうちの４枚は円環状に配置され、１枚は円環状に配置された４枚の電極の中央部に配置されている。５つの変換器は、５枚の電極のそれぞれに設けられている。５枚ある電極のうちいずれかに指が近づくと、その電極の静電容量が変化する。変換器は、電極の静電容量の変化量に応じた電圧を生成する。変換器により生成される電圧の大きさによって、指と電極との接触の有無を判断することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、タッチセンサを利用して、各種の表示画面、例えばナビゲーションシステムの地図画面をユーザの意図する方向へスクロールさせたいという要望がある。特許文献１では、５枚の電極のうちいずれがタッチされたか否かを検出することができる。このため、円環状に配置された４枚の電極により、４方向を検出することが可能である。中央部の電極は、タッチの有無のみ検出する。従って、特許文献１のタッチセンサによれば、表示画面を４方向へスクロールさせることができる。しかし、４方向を超える方向への表示画面のスクロールには対応困難である。そのため、円周方向におけるタッチ位置の検出分解能についてさらなる向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、タッチ位置の検出分解能を向上させることができるタッチセンサ及びタッチセンサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器と、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路とを備え、前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器とを備えるタッチセンサと、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路を備える制御手段とを備え、前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出することを要旨とする。
【０００８】
従来のタッチセンサ及びタッチセンサシステムでは、導電体と電極との近接の有無しか判断できなかった。このため、電極の数しか制御対象の動作を切り替えることができない。これに対し、請求項１及び請求項２の構成によれば、演算回路は、タッチ位置の中心角を算出し、算出した中心角に応じて、円周方向におけるタッチ位置を算出することができる。算出できる中心角の数は、電極の数に依存しないので、円周方向におけるタッチ位置の検出分解能が向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、タッチ位置の検出分解能を向上させることができるタッチセンサ及びタッチセンサシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ナビゲーションシステムの概略構成を示すブロック図。
【図２】（ａ）は電極の配置を示す正面図、（ｂ）は電極が裏面に貼付されるノブの正面図。
【図３】マイクロコンピュータのメモリに記憶されるスクロールデータとしてのエリアを示す正面図。
【図４】距離算出式及び中心角算出式を導出するためのベクトルを示す図。
【図５】距離算出式及び中心角算出式からタッチ位置が導出されることを示す図。
【図６】他の実施形態における電極の配置を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかるタッチセンサシステムをナビゲーションシステム具体化した一実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、ナビゲーションシステム１は、各種の情報を表示するディスプレイ１０と、当該ディスプレイ１０の表示を制御するマイクロコンピュータ２０とを備えている。マイクロコンピュータ２０には、不揮発性のメモリ２１が設けられている。メモリ２１には、地図情報が記憶されている。マイクロコンピュータ２０は、メモリ２１に記憶されている地図情報を読み込み、ディスプレイ１０に表示する。
【００１３】
＜タッチセンサ＞
マイクロコンピュータ２０には、タッチセンサ３０が接続されている。タッチセンサ３０は、８枚の電極４１〜４８と、当該８枚の電極４１〜４８のそれぞれに接続される８つの発振回路５１〜５８と、当該８つの発振回路５１〜５８のそれぞれに接続される８つの変換回路６１〜６８と、８つの変換回路６１〜６８がそれぞれ接続される演算回路７０とを備えている。演算回路７０は、マイクロコンピュータ２０に接続されている。なお、発振回路５１〜５８及び８つの変換回路６１〜６８は、Ｃ／Ｖ変換器として機能する。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、８枚の電極４１〜４８は、それぞれ半径２ｄ、中心角４０°の扇形から、要（中心Ｏ）が一致する半径ｄ、中心角４０°の扇側を取り除いた形状とされている。これら８枚の電極４１〜４８は、隣り合う電極との間に角度５°の隙間を有して円環状に配置されている。詳述すると、電極４１は１２時の位置、電極４３は３時の位置、電極４５は６時の位置、電極４７は９時の位置、電極４２は電極４１と電極４３との間、電極４４は電極４３と電極４５との間、電極４６は電極４５と電極４７との間、電極４８は電極４７と電極４１との間とされている。これを中心Ｏを原点とする２次元の直交座標系にあてはめると、電極４１は７０°〜１１０°、電極４２は２５°〜６５°、電極４３は３４０°（−２０°）〜２０°、電極４４は２９５°〜３３５°、電極４５は２５０°〜２９０°、電極４６は２０５°〜２４５°、電極４７は１６０°〜２００°、電極４８は１１５°〜１５５°の範囲を占める。なお、図２（ｂ）に示すように、これら８枚の電極４１〜４８は、それらの外側の弧が半径２ｄとされた円形のスイッチノブ８０における外周と一致する態様で、当該スイッチノブ８０の裏面に貼付されている。スイッチノブ８０の表面は、ユーザの指によってタッチ可能とされている。スイッチノブ８０は、非導電性の樹脂材料により形成され、その厚さは、距離ｄ（半径２ｄの１／２）に対して無視できる程度に薄いものとされている。このため、スイッチノブ８０の表面におけるいずれの位置をタッチしたときであれ、指と各電極４１〜４８との距離は、３ｄ以内となる。なお、スイッチノブ８０の表面には、半径ｄとなる円形の図柄と、当該円の外側における１時から１２時までのそれぞれの位置に外側へ向かうに従って徐々に先鋭となる１２個の二等辺三角形の図柄とがデザインされている。ここでは、１２個の二等辺三角形の図柄は、スイッチノブ８０の中心から距離３ｄ／２だけ離れた位置に設けられている。
【００１５】
スイッチノブ８０に例えば人の指が接触する等、電極４１〜４８に導電体が近接すると、電極４１〜４８には、静電誘導により電荷が偏る分極が発生する。これにより、電極４１〜４８における静電容量が変化する。発振回路５１〜５８は、常時、発振信号を生成する。発振回路５１〜５８は、電極４１〜４８の静電容量が変化すると振幅を変化させた発振信号を生成する。本例の発振回路５１〜５８は、静電容量の変化量の大きさに反比例した大きさの振幅で発振する。発振回路５１〜５８から発振された発振信号（電気信号）は、変換回路６１〜６８に入力される。変換回路６１〜６８は、入力された電気信号の振幅の大きさに反比例した電圧Ｖ（スカラー）に変換する。すなわち、電圧Ｖは、指と電極４１〜４８との距離の近さに比例する。従って、指と電極４１〜４８との距離をｘ、発振回路５１〜５８が発振し始めるときの指と電極４１〜４８との距離をｘｌ、発振回路５１〜５８が最高周波数で発振するときの電圧をＶｍａｘとすると、電圧Ｖの大きさは、次の（式１）で表される。
【００１６】
【数１】
なお、電極４１〜４８における静電容量の変化の大きさは、電極の厚さ、電極と導電体との距離、誘電体の比誘電率によって異なる。本例では、スイッチノブ８０が人の指によりタッチ操作されることを想定し、電極４１〜４８は、人の指と電極４１〜４８との距離ｘが距離３ｄより近づいたときに、静電容量が変化する比誘電率及び厚さを有している。従って、距離ｘｌ＝距離３ｄであるので、上述の（式１）は、次の（式２）に書き換えることができる。
【００１７】
【数２】
なお、（式２）におけるｋは、指と電極４１〜４８との近さを表す変数である。変数ｋは、１に近づくほど指と電極４１〜４８とが接近していることを、０に近づくほど指と電極４１〜４８とが離間していることを示す。
【００１８】
演算回路７０は、変換回路６１〜６８により生成される電圧Ｖを取り込み、この取り込んだ電圧Ｖに基づき、スイッチノブ８０に対するタッチ位置を算出する。そして、演算回路７０は、算出したタッチ位置を示す電気信号をマイクロコンピュータ２０に出力する。
【００１９】
＜演算回路＞
図１に示すように、演算回路７０のメモリ７１には、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖと比較してスイッチノブ８０へのタッチの有無を判断するための基準電圧Ｖ０、電圧Ｖからタッチ位置Ｔを算出するための各種の算出式７２が記憶されている。ここでは、基準電圧Ｖ０は０とされている。すなわち、演算回路７０は、変換回路６１〜６８の全てから０より大きい電圧Ｖが入力された場合に、指がスイッチノブ８０にタッチされたと判断する。算出式７２としては、タッチ位置Ｔの中心Ｏからの距離Ｘｔを算出する距離算出式７３と、中心Ｏから３時の方向に延びる線分と線分ＯＴとのなす角である中心角θを算出する中心角算出式７４とが記憶されている。これら距離算出式７３及び中心角算出式７４から算出される距離Ｘｔ及び中心角θから、タッチ位置Ｔを特定することができる。これら距離算出式７３及び中心角算出式７４の導出については、後に詳細に説明する。
【００２０】
演算回路７０は、判断部７６及び演算部７７を備える。判断部７６は、各変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖがメモリ２１に記憶される基準電圧Ｖ０（ここでは、０）より大きいか、すなわち、（式２）の変数ｋが０より大きいか否かを判断する。演算部７７は、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖからメモリ７１に記憶される算出式７２を使用してスイッチノブ８０へのタッチ位置Ｔを算出する。
【００２１】
＜距離算出式及び中心角算出式の算出過程＞
次に、距離算出式７３及び中心角算出式７４から算出される距離Ｘｔ及び中心角θが、タッチ位置Ｔを示すことについて、距離算出式７３及び中心角算出式７４の導出過程に従って説明する。なお、ここでは、中心Ｏから３時の方向に向かう線分と、中心Ｏからある点を結んだ線分とのなす角を、ある点の中心角として説明する。
【００２２】
図４に示すように、各電極４１〜４８において、隣り合わない角同士を結んだ線分の交点を中心Ｄ１〜Ｄ８としたとき（図２（ａ）を参照）、中心Ｏから各中心Ｄ１〜Ｄ８までの距離をｈとする。このとき、各中心Ｄ１〜Ｄ８の中心角は、中心Ｄ１で９０°、中心Ｄ２で４５°、中心Ｄ３で０°、中心Ｄ４で３１５°、中心Ｄ５で２７０°、中心Ｄ６で２２５°、中心Ｄ７で１８０°、中心Ｄ８で１３５°である。３時の方向に向かう大きさ１のベクトルを基準ベクトルＸ（式中では、Ｘの上に→を付す）、１２時の方向に向かう大きさ１のベクトルを基準ベクトルＹ（式中では、Ｙの上に→を付す）とした場合、中心Ｏから各電極４１〜４８の中心Ｄ１〜Ｄ８に向かう各ベクトルは、次の（式３）〜（式１０）で表される。
【００２３】
【数３】
ここで、各電極４１〜４８における静電容量の変化量は、指と各電極４１〜４８との近さ、すなわち上述の変数ｋに比例する。上述の（式３）〜（式１０）で表される各ベクトルに、指と各電極４１〜４８との近さを表す変数ｋを掛け合わせると、上述した（式３）〜（式１０）は、次の（式１１）〜（式１８）に書き換えられる。なお、変数ｋは、各電極４１〜４８によって異なるので、これ以降、電極毎の変数ｋは、各電極各電極４１〜４８における一桁目の数値（例えば、電極４１なら１）を下付にして表す。
【００２４】
【数４】
さて、上述の（式１１）〜（式１８）で表される各ベクトルの大きさは、各電極４１〜４８における静電容量の変化量の大きさを示す。ユーザがスイッチノブ８０をタッチするとき、指と各電極４１〜４８との距離は、３ｄ以内であることから、中心Ｏからタッチ位置Ｔに向かうベクトルＯＴ（式中では、ＯＴの上に→を付す）は、上述した（式１１）〜（式１８）で表される各ベクトルを足し合わせることによって算出される。従って、ベクトルＯＴは、次の（式１９）によって表される。
【００２５】
【数５】
図５に示すように、タッチ位置Ｔの中心角をθとすると、ベクトルＯＴは、次の（式２０）で表すこともできる。なお、（式２０）におけるＡは任意の定数である。
【００２６】
【数６】
上述の（式２０）に示すように、Ａｃｏｓθは基準ベクトルＸの大きさ、Ｂｓｉｎθは基準ベクトルＹの大きさを示すので、（式１９）と（式２０）との関係、及び三平方の定理から、中心Ｏからタッチ位置Ｔまでの距離をＸｔとすると、距離Ｘｔは、次の（式２１）によって表される。
【００２７】
【数７】
また、ｃｏｓθは基準ベクトルＸとベクトルＯＴとのなす角である中心角のｃｏｓ成分の値、ｓｉｎθは基準ベクトルＹとベクトルＯＴとのなす角である中心角のｓｉｎ成分の値を示すので、（式１９）と（式２０）との関係から、中心角θは、次の（式２２）によって表される。
【００２８】
【数８】
このように、中心角θは、ｓｉｎ成分の値とｃｏｓ成分の値との組み合わせ（一致する値）により求めることができる。ここで、ｈは定数である。また、（式２）から変数ｋ＝Ｖ／Ｖｍａｘであり、Ｖｍａｘは定数である。従って、上述の（式２１）及び（式２２）は次の（式２３）及び（式２４）ように書き換えることができる。
【００２９】
【数９】
上述の（式２３）、すなわち距離算出式７３、及び（式２４）、すなわち中心角算出式７４に示すように、中心Ｏからタッチ位置Ｔまでの距離Ｘｔ、及びタッチ位置Ｔの中心角θは、電圧Ｖで示される関数であることから、演算回路７０は、入力される電圧Ｖに基づきタッチ位置Ｔの中心Ｏからの距離Ｘｔとその中心角θとを算出することができる。従って、演算回路７０は、算出した距離Ｘｔと中心角θからタッチ位置Ｔを算出することができる。
【００３０】
＜マイクロコンピュータ＞
マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、ディスプレイ１０に表示する地図をタッチ位置Ｔの方向へスクロールするためのスクロールデータ２２が記憶されている。スクロールデータ２２は、電極４１〜４８の外周より内側における円形領域（電極４１〜４８を円形とみなした投影領域）を１３のエリアＥ０〜Ｅ１２に区画し、各エリアＥ０〜Ｅ１２とディスプレイ１０に表示される地図のスクロール方向とが対応付けられたものである。図３に示すように、エリアＥ０は、中心Ｏからの距離が距離ｄ以内の円形の領域である。エリアＥ１〜Ｅ１２は、中心Ｏからの距離が距離ｄよりも大きく距離２ｄ以内の環状の領域を３０°間隔に分けた領域である。ここでは、エリアＥ１は４５°〜７５°、エリアＥ２は１５°〜４５°、エリアＥ３は３４５°（−１５°）〜１５°、エリアＥ４は３１５°〜３４５°、エリアＥ５は２８５°〜３１５°、エリアＥ６は２５５°〜２８５°、エリアＥ７は２２５°〜２５５°、エリアＥ８は１９５°〜２２５°、エリアＥ９は１６５°〜１９５°、エリアＥ１０は１３５°〜１６５°、エリアＥ１１は１０５°〜１３５°、エリアＥ１２は７５°〜１０５°の範囲を占める。各エリアＥ０〜Ｅ１２と対応付けられたスクロール方向は、エリアＥ１で１時（６０°）の方向、エリアＥ２で２時（３０°）の方向、エリアＥ３で３時（０°）の方向、エリアＥ４で４時（３３０°）の方向、エリアＥ５で５時（３００°）の方向、エリアＥ６で６時（２７０°）の方向、エリアＥ７で７時（２４０°）の方向、エリアＥ８で８時（２１０°）の方向、エリアＥ９で９時（１８０°）の方向、エリアＥ１０で１０時（１５０°）の方向、エリアＥ１１で１１時（１２０°）の方向、エリアＥ１２で１２時（９０°）の方向、とされている。なお、エリアＥ０には、スクロール方向が設定されていない。
【００３１】
また、マイクロコンピュータ２０は、特定部２３及び表示部２４を備えている。特定部２３は、算出したタッチ位置Ｔがスクロールデータ２２として記憶される１３のエリアＥ０〜Ｅ１２のうちどのエリアに該当するかを特定する。なお、特定部２３は、算出したタッチ位置が隣り合うエリアの境界上である場合には、時計回り方向のエリアに該当すると特定する。すなわち、算出したタッチ位置ＴがエリアＥ１とエリアＥ２との境界上である４５°とされた場合には、時計回り方向側のエリアＥ２と特定する。表示部２４は、特定部２３によって特定されたエリアＥ１〜Ｅ１２に対応付けられたスクロール方向へディスプレイ１０に表示する地図がスクロールするようにメモリ２１から地図情報を読み込む。これにより、ディスプレイ１０に表示される地図がスクロールする。なお、マイクロコンピュータ２０は、一度地図のスクロールを開始すると、タッチ位置ＴがエリアＥ０とされるまで地図のスクロールを続ける。
【００３２】
＜ディスプレイに表示される地図のスクロール＞
次に、スイッチノブ８０がタッチされたときのディスプレイ１０に表示される地図のスクロールについて説明する。
【００３３】
指がスイッチノブ８０表面にタッチすると、各電極４１〜４８における静電容量が変化する。すると、各発振回路５１〜５８は、静電容量の変化量に応じた周波数の電気信号を発振する。すると、各変換回路６１〜６８は、入力された電気信号の周波数の高さに比例した電圧Ｖ１〜Ｖ８に変換する。そして、変換した電圧Ｖ１〜Ｖ８を演算回路７０に出力する。
【００３４】
演算回路７０の判断部７６は、変換回路６１〜６８から入力された電圧Ｖ１〜Ｖ８が、基準電圧Ｖ０（ここでは、０）より大きいか否かを判断する。電圧Ｖ１〜Ｖ８のうちいずれか１つでも基準電圧Ｖ０よりも小さい場合には、タッチ位置Ｔの算出は行わない。なお、本例のタッチセンサ３０の構成では、スイッチノブ８０がタッチ操作されるとき、指と各電極との距離は３ｄ以内となる。従って、スイッチノブ８０がタッチされれば、マイクロコンピュータ２０には、変換回路６１〜６８から基準電圧Ｖ０（ここでは、０）より大きい電圧Ｖが入力される。
【００３５】
入力された電圧Ｖ１〜Ｖ８が、基準電圧Ｖ０よりも大きいと判断される場合には、演算部７７は、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖ１〜Ｖ８からメモリ２１に記憶される距離算出式７３及び中心角算出式７４を使用してタッチ位置Ｔを算出する。すると、演算回路７０は、算出したタッチ位置Ｔを示す電気信号をマイクロコンピュータ２０に出力する。
【００３６】
マイクロコンピュータ２０の特定部２３は、入力されるタッチ位置Ｔがメモリ２１に記憶される１３のエリアＥ０〜Ｅ１２のうちどのエリアに該当するかを特定する。ここでは、エリアＥ２と特定される。すると、表示部２４は、エリアＥ２に対応付けられたスクロール方向、ここでは２時の方向に向かってディスプレイ１０に表示する地図がスクロールするようにメモリ２１から地図情報を読み込む。これにより、ディスプレイ１０に表示される地図が２時の方向に向かってスクロールする。なお、マイクロコンピュータ２０は、スイッチノブ８０がタッチされている間、すなわち、タッチ位置Ｔがメモリ２１に記憶される１３のエリアＥ１〜Ｅ１２のうちいずれかのエリアに該当している間、ディスプレイ１０に表示される地図のスクロールを継続する。また、指がスイッチノブ８０から離れると、タッチ位置が算出（検出）されないので、マイクロコンピュータ２０は地図のスクロールを停止する。なお、タッチ位置ＴがエリアＥ０に特定される場合、マイクロコンピュータ２０は、例えば、ディスプレイ１０に表示される機能の確定（決定）等に利用する。
【００３７】
＜タッチ位置の検出分解能が増加することについて＞
タッチセンサ３０に設けられる８つの電極４１〜４８に対して、マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、１３のエリアＥ０〜Ｅ１２が記憶されている。このため、マイクロコンピュータ２０におけるタッチ位置Ｔの検出分解能は、電極の数である８よりも多い１３である。すなわち、マイクロコンピュータ２０におけるタッチ位置Ｔの検出分解能は、電極の数に依存しない。換言すれば、エリアの区画をもっと細かく設定すれば、検出分解能を増加させることができる。
【００３８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）演算回路７０のメモリ７１に、変換回路６１〜６８により生成される電圧に基づきスイッチノブ８０の中心Ｏからタッチ位置Ｔの距離Ｘｔを算出する距離算出式７３と、中心Ｏと３時の方向の線分と中心Ｏとタッチ位置Ｔとの線分とのなす角である中心角θを算出する中心角算出式７４とを記憶させた。これにより、演算回路７０は、距離Ｘｔと中心角θとにより、タッチ位置Ｔを算出することができる。演算回路７０は、算出したタッチ位置Ｔを示す信号をマイクロコンピュータ２０に出力する。
【００３９】
マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、ディスプレイ１０に表示する地図をタッチ位置Ｔの方向へスクロールするためのスクロールデータ２２が記憶されている。スクロールデータ２２は、電極４１〜４８の外周より内側における円形の領域を１３のエリアＥ０〜Ｅ１２に区画し、各エリアＥ０〜Ｅ１２とディスプレイ１０に表示される地図のスクロール方向とが対応付けられたものである。また、マイクロコンピュータ２０は、特定部２３及び表示部２４を備えている。特定部２３は、算出したタッチ位置Ｔがスクロールデータ２２として記憶される１３のエリアＥ０〜Ｅ１２のうちどのエリアに該当するかを特定する。表示部２４は、特定部２３によって特定されたエリアに対応付けられたスクロール方向へディスプレイ１０に表示する地図がスクロールするようにメモリ２１から地図情報を読み込む。これにより、マイクロコンピュータ２０は、タッチ位置Ｔに応じてディスプレイ１０に表示する地図をスクロールさせることができる。
【００４０】
（２）８枚の電極４１〜４８、スイッチノブ８０の裏面に貼付した。これにより、電極４１〜４８と指とが直接的に接触することはない。すなわち、電極４１〜４８に、当該電極４１〜４８の静電容量を変化させる導電性を有するゴミ等が付着しない。このため、電極４１〜４８と導電性を有するゴミ等との近接が維持されることに起因するタッチセンサの検出信頼性、ひいては、ナビゲーションシステム１の操作性低下が回避される。
【００４１】
（３）スイッチノブ８０の表面に、地図のスクロール方向である１２の方向をデザインした。これにより、ユーザは、スイッチノブ８０の表面の視認を通じて、地図のスクロール方向を認識することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、電極は、８枚に限るものではなく、少なくとも３枚以上であればよい。例えば、電極が４枚である場合について説明する。図６に示すように、４枚の電極９１〜９４は、それぞれ半径２ｄ、中心角８０°の扇形から、要（中心Ｏ）が一致する半径ｄ、中心角８０°の扇側を取り除いた形状とされている。これら４枚の電極９１〜９４は、隣り合う電極との間に角度１０°の隙間を有して円環状に配置されている。詳述すると、電極９１は１２時の位置、電極９２は３時の位置、電極９３は６時の位置、電極９４は９時の位置とされている。これを中心Ｏにおける２次元の直交座標形にあてはめると、電極９１は１３０°〜５０°、電極９２は４０°〜３２０°（−４０°）、電極９３は３１０°〜２３０°、電極９４は２２０°〜１３０°の範囲を占める。なお、各電極９１〜９４において、隣り合わない角同士を結んだ線分の交点を中心Ｄ１１〜Ｄ１４としたとき、各中心Ｄ１１〜Ｄ１４の中心角は、中心Ｄ１１で９０°、中心Ｄ１２で０°、中心Ｄ１３で２７０°、中心Ｄ４で１８０°とする。また、各電極９１〜９４における静電容量の変化量、この場合、上記実施形態における距離算出式７３及び中心角算出式７４は、次の距離算出式９７及び中心角算出式９８に書き換えることができる。なお、距離算出式９７及び中心角算出式９８における電圧Ｖの下付の数値は、電極９１〜９４における一桁目の数値（例えば、電極９１なら１）と対応する。
【００４３】
【数１０】
このように、電極が４枚の場合であっても、これら距離算出式９７及び中心角算出式９８を使用して、タッチ位置Ｔを算出することができるので、上記実施形態における（１）の効果と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
・上記実施形態において、スイッチノブ８０を省略してもよい。このように構成した場合であれ、上記実施形態における（１）の効果と同様の効果を得ることができる。
・上記実施形態において、スイッチノブ８０の表面に記載されている円や１２の二等辺三角形のデザインは省略してもよい。このように構成した場合であれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
・上記実施形態において、メモリ２１に記憶される距離算出式７３を省略してもよい。この場合、演算回路７０は、中心角算出式７４により、タッチ位置Ｔの中心角θのみ算出できる。マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、上記実施形態のエリアＥ０〜Ｅ１２に変えて、角度のみで区画した複数のエリアを記憶させておく。複数のエリアには、それぞれスクロール方向が対応付けられている。このように構成すれば、マイクロコンピュータ２０は、演算回路７０にて算出された中心角θがメモリ２１に記憶されている複数のエリアのうち、いずれのエリアに該当するか判断し、そのエリアに対応付けられているスクロール方向に地図をスクロールさせることができる。なお、演算回路７０が、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖをマイクロコンピュータ２０に出力するようにすれば、マイクロコンピュータ２０は、当該入力される各電圧Ｖの大きさによって、タッチ位置ＴがエリアＥ０に該当するか否かを判断することができる。
【００４６】
・上記実施形態では、インバースｓｉｎ（ｓｉｎ−１）とインバースｃｏｓ（ｃｏｓ−１）との組み合わせにより、タッチ位置Ｔの中心角θを算出したが、他の方法により算出することもできる。例えば、インバースｔａｎ（ｔａｎ−１）と、ｓｉｎ又はｃｏｓとを組み合わせてタッチ位置Ｔの中心角θを算出する。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
・上記実施形態では、電極４１〜４８は、指との距離が距離３ｄよりも近づいた場合に、静電容量が変化するようにしたが、電極の厚さを変更する等して、静電容量に変化が生じる距離を、任意に変更してもよい。例えば、静電容量に変化が生じる距離を短くすれば短くするほど、指が電極に近づく必要があるため、指が意図せず電極に近づいた場合に地図がスクロールしてしまうことが抑制される。
【００４８】
・上記実施形態では、基準電圧Ｖ０を０としたが、０でなくてもよい。０でない、すなわち０よりも大きい場合、指との距離が３ｄよりも近づいても、マイクロコンピュータ２０は、指と電極４１〜４８とが近接したと判断しない。すなわち、地図をスクロールさせるためには、指と電極４１〜４８とを更に近づける必要がある。従って、このように構成した場合、指が意図せず電極４１〜４８に近づいた場合に地図がスクロールしてしまうことが抑制される。
【００４９】
・上記実施形態において、８枚の電極４１〜４８は、円形に配置されたが、楕円形に配置されてもよい。このように配置された場合は、中心Ｏからの各電極の距離に応じて、距離算出式７３及び中心角算出式７４の変数である電圧に重み付けを行う。このように構成すれば、電極４１〜４８が楕円形に配置された場合あれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
・上記実施形態において、電極４１〜４８の形状は、半径の大きい扇形から、要が一致する半径の小さい扇側を取り除いた形状とされていたが、これに限定されるものではない。例えば、円形や、四角形等の多角形であってもよい。この場合であれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
・上記実施形態では、タッチセンサを、地図をスクロールするナビゲーションシステム１に適用した場合について説明したが、これ以外のシステムに適用してもよい。例えば、車載オーディオシステムに適用する場合には、タッチ位置Ｔによって、音量を変更したり、再生する曲目を変更したりする。このように構成した場合でも、タッチセンサ３０のタッチ操作を通じて、マイクロコンピュータ２０に様々な制御をさせることができる。また、車両以外のものに適用してもよい。
【００５２】
・上記実施形態において、演算回路７０の機能をマイクロコンピュータ２０に設けてもよい。このように構成した場合であれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、上記実施形態及び上記別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００５３】
（イ）前記演算手段は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される各電圧に基づき、円形の中心から前記タッチ位置までの距離を算出し、算出した距離を、同じく算出した中心角に加味することよりタッチ位置を算出すること。
【００５４】
同構成によれば、演算回路は、タッチ位置の中心角と円形の中心からの距離とを算出することができる。このため、算出した中心角と距離とを組み合わせることにより、タッチ位置を特定することができる。
【００５５】
（ロ）前記カバーの表面には、前記制御手段の動作に対応したデザインが施されていること。
同構成によれば、カバーの表面の視認を通じて、制御対象の動作を認識することができる。
【符号の説明】
【００５６】
θ…中心角、Ｖ…電圧、Ｘｔ…距離、１…タッチセンサシステムとしてのナビゲーションシステム、１０…制御対象としてのディスプレイ、２０…制御手段としてのマイクロコンピュータ、２１，７１…メモリ、２２…スクロールデータ、２３…特定部、２４…表示部、３０…操作手段としてのタッチセンサ、４０〜４８，７１〜７４…電極、５０〜５８…発振回路、６０〜６８…変換回路、７０…演算手段としての演算回路、７２…算出式、７３，９７…距離算出式、７４，９８…中心角算出式、７６…判断部、７７…演算部、８０…カバーとしてのスイッチノブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を利用して、例えば人の指の近接を検出するタッチセンサ、及びこのタッチセンサを操作手段として備えたタッチセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示されるタッチセンサが知られている。特許文献１のタッチセンサは、５枚の電極と、静電容量の変化量を電圧に変換する５つの変換器とを備えている。５枚ある電極のうちの４枚は円環状に配置され、１枚は円環状に配置された４枚の電極の中央部に配置されている。５つの変換器は、５枚の電極のそれぞれに設けられている。５枚ある電極のうちいずれかに指が近づくと、その電極の静電容量が変化する。変換器は、電極の静電容量の変化量に応じた電圧を生成する。変換器により生成される電圧の大きさによって、指と電極との接触の有無を判断することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、タッチセンサを利用して、各種の表示画面、例えばナビゲーションシステムの地図画面をユーザの意図する方向へスクロールさせたいという要望がある。特許文献１では、５枚の電極のうちいずれがタッチされたか否かを検出することができる。このため、円環状に配置された４枚の電極により、４方向を検出することが可能である。中央部の電極は、タッチの有無のみ検出する。従って、特許文献１のタッチセンサによれば、表示画面を４方向へスクロールさせることができる。しかし、４方向を超える方向への表示画面のスクロールには対応困難である。そのため、円周方向におけるタッチ位置の検出分解能についてさらなる向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、タッチ位置の検出分解能を向上させることができるタッチセンサ及びタッチセンサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器と、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路とを備え、前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出することを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器とを備えるタッチセンサと、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路を備える制御手段とを備え、前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出することを要旨とする。
【０００８】
従来のタッチセンサ及びタッチセンサシステムでは、導電体と電極との近接の有無しか判断できなかった。このため、電極の数しか制御対象の動作を切り替えることができない。これに対し、請求項１及び請求項２の構成によれば、演算回路は、タッチ位置の中心角を算出し、算出した中心角に応じて、円周方向におけるタッチ位置を算出することができる。算出できる中心角の数は、電極の数に依存しないので、円周方向におけるタッチ位置の検出分解能が向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、タッチ位置の検出分解能を向上させることができるタッチセンサ及びタッチセンサシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ナビゲーションシステムの概略構成を示すブロック図。
【図２】（ａ）は電極の配置を示す正面図、（ｂ）は電極が裏面に貼付されるノブの正面図。
【図３】マイクロコンピュータのメモリに記憶されるスクロールデータとしてのエリアを示す正面図。
【図４】距離算出式及び中心角算出式を導出するためのベクトルを示す図。
【図５】距離算出式及び中心角算出式からタッチ位置が導出されることを示す図。
【図６】他の実施形態における電極の配置を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかるタッチセンサシステムをナビゲーションシステム具体化した一実施の形態について図１〜図５を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、ナビゲーションシステム１は、各種の情報を表示するディスプレイ１０と、当該ディスプレイ１０の表示を制御するマイクロコンピュータ２０とを備えている。マイクロコンピュータ２０には、不揮発性のメモリ２１が設けられている。メモリ２１には、地図情報が記憶されている。マイクロコンピュータ２０は、メモリ２１に記憶されている地図情報を読み込み、ディスプレイ１０に表示する。
【００１３】
＜タッチセンサ＞
マイクロコンピュータ２０には、タッチセンサ３０が接続されている。タッチセンサ３０は、８枚の電極４１〜４８と、当該８枚の電極４１〜４８のそれぞれに接続される８つの発振回路５１〜５８と、当該８つの発振回路５１〜５８のそれぞれに接続される８つの変換回路６１〜６８と、８つの変換回路６１〜６８がそれぞれ接続される演算回路７０とを備えている。演算回路７０は、マイクロコンピュータ２０に接続されている。なお、発振回路５１〜５８及び８つの変換回路６１〜６８は、Ｃ／Ｖ変換器として機能する。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、８枚の電極４１〜４８は、それぞれ半径２ｄ、中心角４０°の扇形から、要（中心Ｏ）が一致する半径ｄ、中心角４０°の扇側を取り除いた形状とされている。これら８枚の電極４１〜４８は、隣り合う電極との間に角度５°の隙間を有して円環状に配置されている。詳述すると、電極４１は１２時の位置、電極４３は３時の位置、電極４５は６時の位置、電極４７は９時の位置、電極４２は電極４１と電極４３との間、電極４４は電極４３と電極４５との間、電極４６は電極４５と電極４７との間、電極４８は電極４７と電極４１との間とされている。これを中心Ｏを原点とする２次元の直交座標系にあてはめると、電極４１は７０°〜１１０°、電極４２は２５°〜６５°、電極４３は３４０°（−２０°）〜２０°、電極４４は２９５°〜３３５°、電極４５は２５０°〜２９０°、電極４６は２０５°〜２４５°、電極４７は１６０°〜２００°、電極４８は１１５°〜１５５°の範囲を占める。なお、図２（ｂ）に示すように、これら８枚の電極４１〜４８は、それらの外側の弧が半径２ｄとされた円形のスイッチノブ８０における外周と一致する態様で、当該スイッチノブ８０の裏面に貼付されている。スイッチノブ８０の表面は、ユーザの指によってタッチ可能とされている。スイッチノブ８０は、非導電性の樹脂材料により形成され、その厚さは、距離ｄ（半径２ｄの１／２）に対して無視できる程度に薄いものとされている。このため、スイッチノブ８０の表面におけるいずれの位置をタッチしたときであれ、指と各電極４１〜４８との距離は、３ｄ以内となる。なお、スイッチノブ８０の表面には、半径ｄとなる円形の図柄と、当該円の外側における１時から１２時までのそれぞれの位置に外側へ向かうに従って徐々に先鋭となる１２個の二等辺三角形の図柄とがデザインされている。ここでは、１２個の二等辺三角形の図柄は、スイッチノブ８０の中心から距離３ｄ／２だけ離れた位置に設けられている。
【００１５】
スイッチノブ８０に例えば人の指が接触する等、電極４１〜４８に導電体が近接すると、電極４１〜４８には、静電誘導により電荷が偏る分極が発生する。これにより、電極４１〜４８における静電容量が変化する。発振回路５１〜５８は、常時、発振信号を生成する。発振回路５１〜５８は、電極４１〜４８の静電容量が変化すると振幅を変化させた発振信号を生成する。本例の発振回路５１〜５８は、静電容量の変化量の大きさに反比例した大きさの振幅で発振する。発振回路５１〜５８から発振された発振信号（電気信号）は、変換回路６１〜６８に入力される。変換回路６１〜６８は、入力された電気信号の振幅の大きさに反比例した電圧Ｖ（スカラー）に変換する。すなわち、電圧Ｖは、指と電極４１〜４８との距離の近さに比例する。従って、指と電極４１〜４８との距離をｘ、発振回路５１〜５８が発振し始めるときの指と電極４１〜４８との距離をｘｌ、発振回路５１〜５８が最高周波数で発振するときの電圧をＶｍａｘとすると、電圧Ｖの大きさは、次の（式１）で表される。
【００１６】
【数１】
なお、電極４１〜４８における静電容量の変化の大きさは、電極の厚さ、電極と導電体との距離、誘電体の比誘電率によって異なる。本例では、スイッチノブ８０が人の指によりタッチ操作されることを想定し、電極４１〜４８は、人の指と電極４１〜４８との距離ｘが距離３ｄより近づいたときに、静電容量が変化する比誘電率及び厚さを有している。従って、距離ｘｌ＝距離３ｄであるので、上述の（式１）は、次の（式２）に書き換えることができる。
【００１７】
【数２】
なお、（式２）におけるｋは、指と電極４１〜４８との近さを表す変数である。変数ｋは、１に近づくほど指と電極４１〜４８とが接近していることを、０に近づくほど指と電極４１〜４８とが離間していることを示す。
【００１８】
演算回路７０は、変換回路６１〜６８により生成される電圧Ｖを取り込み、この取り込んだ電圧Ｖに基づき、スイッチノブ８０に対するタッチ位置を算出する。そして、演算回路７０は、算出したタッチ位置を示す電気信号をマイクロコンピュータ２０に出力する。
【００１９】
＜演算回路＞
図１に示すように、演算回路７０のメモリ７１には、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖと比較してスイッチノブ８０へのタッチの有無を判断するための基準電圧Ｖ０、電圧Ｖからタッチ位置Ｔを算出するための各種の算出式７２が記憶されている。ここでは、基準電圧Ｖ０は０とされている。すなわち、演算回路７０は、変換回路６１〜６８の全てから０より大きい電圧Ｖが入力された場合に、指がスイッチノブ８０にタッチされたと判断する。算出式７２としては、タッチ位置Ｔの中心Ｏからの距離Ｘｔを算出する距離算出式７３と、中心Ｏから３時の方向に延びる線分と線分ＯＴとのなす角である中心角θを算出する中心角算出式７４とが記憶されている。これら距離算出式７３及び中心角算出式７４から算出される距離Ｘｔ及び中心角θから、タッチ位置Ｔを特定することができる。これら距離算出式７３及び中心角算出式７４の導出については、後に詳細に説明する。
【００２０】
演算回路７０は、判断部７６及び演算部７７を備える。判断部７６は、各変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖがメモリ２１に記憶される基準電圧Ｖ０（ここでは、０）より大きいか、すなわち、（式２）の変数ｋが０より大きいか否かを判断する。演算部７７は、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖからメモリ７１に記憶される算出式７２を使用してスイッチノブ８０へのタッチ位置Ｔを算出する。
【００２１】
＜距離算出式及び中心角算出式の算出過程＞
次に、距離算出式７３及び中心角算出式７４から算出される距離Ｘｔ及び中心角θが、タッチ位置Ｔを示すことについて、距離算出式７３及び中心角算出式７４の導出過程に従って説明する。なお、ここでは、中心Ｏから３時の方向に向かう線分と、中心Ｏからある点を結んだ線分とのなす角を、ある点の中心角として説明する。
【００２２】
図４に示すように、各電極４１〜４８において、隣り合わない角同士を結んだ線分の交点を中心Ｄ１〜Ｄ８としたとき（図２（ａ）を参照）、中心Ｏから各中心Ｄ１〜Ｄ８までの距離をｈとする。このとき、各中心Ｄ１〜Ｄ８の中心角は、中心Ｄ１で９０°、中心Ｄ２で４５°、中心Ｄ３で０°、中心Ｄ４で３１５°、中心Ｄ５で２７０°、中心Ｄ６で２２５°、中心Ｄ７で１８０°、中心Ｄ８で１３５°である。３時の方向に向かう大きさ１のベクトルを基準ベクトルＸ（式中では、Ｘの上に→を付す）、１２時の方向に向かう大きさ１のベクトルを基準ベクトルＹ（式中では、Ｙの上に→を付す）とした場合、中心Ｏから各電極４１〜４８の中心Ｄ１〜Ｄ８に向かう各ベクトルは、次の（式３）〜（式１０）で表される。
【００２３】
【数３】
ここで、各電極４１〜４８における静電容量の変化量は、指と各電極４１〜４８との近さ、すなわち上述の変数ｋに比例する。上述の（式３）〜（式１０）で表される各ベクトルに、指と各電極４１〜４８との近さを表す変数ｋを掛け合わせると、上述した（式３）〜（式１０）は、次の（式１１）〜（式１８）に書き換えられる。なお、変数ｋは、各電極４１〜４８によって異なるので、これ以降、電極毎の変数ｋは、各電極各電極４１〜４８における一桁目の数値（例えば、電極４１なら１）を下付にして表す。
【００２４】
【数４】
さて、上述の（式１１）〜（式１８）で表される各ベクトルの大きさは、各電極４１〜４８における静電容量の変化量の大きさを示す。ユーザがスイッチノブ８０をタッチするとき、指と各電極４１〜４８との距離は、３ｄ以内であることから、中心Ｏからタッチ位置Ｔに向かうベクトルＯＴ（式中では、ＯＴの上に→を付す）は、上述した（式１１）〜（式１８）で表される各ベクトルを足し合わせることによって算出される。従って、ベクトルＯＴは、次の（式１９）によって表される。
【００２５】
【数５】
図５に示すように、タッチ位置Ｔの中心角をθとすると、ベクトルＯＴは、次の（式２０）で表すこともできる。なお、（式２０）におけるＡは任意の定数である。
【００２６】
【数６】
上述の（式２０）に示すように、Ａｃｏｓθは基準ベクトルＸの大きさ、Ｂｓｉｎθは基準ベクトルＹの大きさを示すので、（式１９）と（式２０）との関係、及び三平方の定理から、中心Ｏからタッチ位置Ｔまでの距離をＸｔとすると、距離Ｘｔは、次の（式２１）によって表される。
【００２７】
【数７】
また、ｃｏｓθは基準ベクトルＸとベクトルＯＴとのなす角である中心角のｃｏｓ成分の値、ｓｉｎθは基準ベクトルＹとベクトルＯＴとのなす角である中心角のｓｉｎ成分の値を示すので、（式１９）と（式２０）との関係から、中心角θは、次の（式２２）によって表される。
【００２８】
【数８】
このように、中心角θは、ｓｉｎ成分の値とｃｏｓ成分の値との組み合わせ（一致する値）により求めることができる。ここで、ｈは定数である。また、（式２）から変数ｋ＝Ｖ／Ｖｍａｘであり、Ｖｍａｘは定数である。従って、上述の（式２１）及び（式２２）は次の（式２３）及び（式２４）ように書き換えることができる。
【００２９】
【数９】
上述の（式２３）、すなわち距離算出式７３、及び（式２４）、すなわち中心角算出式７４に示すように、中心Ｏからタッチ位置Ｔまでの距離Ｘｔ、及びタッチ位置Ｔの中心角θは、電圧Ｖで示される関数であることから、演算回路７０は、入力される電圧Ｖに基づきタッチ位置Ｔの中心Ｏからの距離Ｘｔとその中心角θとを算出することができる。従って、演算回路７０は、算出した距離Ｘｔと中心角θからタッチ位置Ｔを算出することができる。
【００３０】
＜マイクロコンピュータ＞
マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、ディスプレイ１０に表示する地図をタッチ位置Ｔの方向へスクロールするためのスクロールデータ２２が記憶されている。スクロールデータ２２は、電極４１〜４８の外周より内側における円形領域（電極４１〜４８を円形とみなした投影領域）を１３のエリアＥ０〜Ｅ１２に区画し、各エリアＥ０〜Ｅ１２とディスプレイ１０に表示される地図のスクロール方向とが対応付けられたものである。図３に示すように、エリアＥ０は、中心Ｏからの距離が距離ｄ以内の円形の領域である。エリアＥ１〜Ｅ１２は、中心Ｏからの距離が距離ｄよりも大きく距離２ｄ以内の環状の領域を３０°間隔に分けた領域である。ここでは、エリアＥ１は４５°〜７５°、エリアＥ２は１５°〜４５°、エリアＥ３は３４５°（−１５°）〜１５°、エリアＥ４は３１５°〜３４５°、エリアＥ５は２８５°〜３１５°、エリアＥ６は２５５°〜２８５°、エリアＥ７は２２５°〜２５５°、エリアＥ８は１９５°〜２２５°、エリアＥ９は１６５°〜１９５°、エリアＥ１０は１３５°〜１６５°、エリアＥ１１は１０５°〜１３５°、エリアＥ１２は７５°〜１０５°の範囲を占める。各エリアＥ０〜Ｅ１２と対応付けられたスクロール方向は、エリアＥ１で１時（６０°）の方向、エリアＥ２で２時（３０°）の方向、エリアＥ３で３時（０°）の方向、エリアＥ４で４時（３３０°）の方向、エリアＥ５で５時（３００°）の方向、エリアＥ６で６時（２７０°）の方向、エリアＥ７で７時（２４０°）の方向、エリアＥ８で８時（２１０°）の方向、エリアＥ９で９時（１８０°）の方向、エリアＥ１０で１０時（１５０°）の方向、エリアＥ１１で１１時（１２０°）の方向、エリアＥ１２で１２時（９０°）の方向、とされている。なお、エリアＥ０には、スクロール方向が設定されていない。
【００３１】
また、マイクロコンピュータ２０は、特定部２３及び表示部２４を備えている。特定部２３は、算出したタッチ位置Ｔがスクロールデータ２２として記憶される１３のエリアＥ０〜Ｅ１２のうちどのエリアに該当するかを特定する。なお、特定部２３は、算出したタッチ位置が隣り合うエリアの境界上である場合には、時計回り方向のエリアに該当すると特定する。すなわち、算出したタッチ位置ＴがエリアＥ１とエリアＥ２との境界上である４５°とされた場合には、時計回り方向側のエリアＥ２と特定する。表示部２４は、特定部２３によって特定されたエリアＥ１〜Ｅ１２に対応付けられたスクロール方向へディスプレイ１０に表示する地図がスクロールするようにメモリ２１から地図情報を読み込む。これにより、ディスプレイ１０に表示される地図がスクロールする。なお、マイクロコンピュータ２０は、一度地図のスクロールを開始すると、タッチ位置ＴがエリアＥ０とされるまで地図のスクロールを続ける。
【００３２】
＜ディスプレイに表示される地図のスクロール＞
次に、スイッチノブ８０がタッチされたときのディスプレイ１０に表示される地図のスクロールについて説明する。
【００３３】
指がスイッチノブ８０表面にタッチすると、各電極４１〜４８における静電容量が変化する。すると、各発振回路５１〜５８は、静電容量の変化量に応じた周波数の電気信号を発振する。すると、各変換回路６１〜６８は、入力された電気信号の周波数の高さに比例した電圧Ｖ１〜Ｖ８に変換する。そして、変換した電圧Ｖ１〜Ｖ８を演算回路７０に出力する。
【００３４】
演算回路７０の判断部７６は、変換回路６１〜６８から入力された電圧Ｖ１〜Ｖ８が、基準電圧Ｖ０（ここでは、０）より大きいか否かを判断する。電圧Ｖ１〜Ｖ８のうちいずれか１つでも基準電圧Ｖ０よりも小さい場合には、タッチ位置Ｔの算出は行わない。なお、本例のタッチセンサ３０の構成では、スイッチノブ８０がタッチ操作されるとき、指と各電極との距離は３ｄ以内となる。従って、スイッチノブ８０がタッチされれば、マイクロコンピュータ２０には、変換回路６１〜６８から基準電圧Ｖ０（ここでは、０）より大きい電圧Ｖが入力される。
【００３５】
入力された電圧Ｖ１〜Ｖ８が、基準電圧Ｖ０よりも大きいと判断される場合には、演算部７７は、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖ１〜Ｖ８からメモリ２１に記憶される距離算出式７３及び中心角算出式７４を使用してタッチ位置Ｔを算出する。すると、演算回路７０は、算出したタッチ位置Ｔを示す電気信号をマイクロコンピュータ２０に出力する。
【００３６】
マイクロコンピュータ２０の特定部２３は、入力されるタッチ位置Ｔがメモリ２１に記憶される１３のエリアＥ０〜Ｅ１２のうちどのエリアに該当するかを特定する。ここでは、エリアＥ２と特定される。すると、表示部２４は、エリアＥ２に対応付けられたスクロール方向、ここでは２時の方向に向かってディスプレイ１０に表示する地図がスクロールするようにメモリ２１から地図情報を読み込む。これにより、ディスプレイ１０に表示される地図が２時の方向に向かってスクロールする。なお、マイクロコンピュータ２０は、スイッチノブ８０がタッチされている間、すなわち、タッチ位置Ｔがメモリ２１に記憶される１３のエリアＥ１〜Ｅ１２のうちいずれかのエリアに該当している間、ディスプレイ１０に表示される地図のスクロールを継続する。また、指がスイッチノブ８０から離れると、タッチ位置が算出（検出）されないので、マイクロコンピュータ２０は地図のスクロールを停止する。なお、タッチ位置ＴがエリアＥ０に特定される場合、マイクロコンピュータ２０は、例えば、ディスプレイ１０に表示される機能の確定（決定）等に利用する。
【００３７】
＜タッチ位置の検出分解能が増加することについて＞
タッチセンサ３０に設けられる８つの電極４１〜４８に対して、マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、１３のエリアＥ０〜Ｅ１２が記憶されている。このため、マイクロコンピュータ２０におけるタッチ位置Ｔの検出分解能は、電極の数である８よりも多い１３である。すなわち、マイクロコンピュータ２０におけるタッチ位置Ｔの検出分解能は、電極の数に依存しない。換言すれば、エリアの区画をもっと細かく設定すれば、検出分解能を増加させることができる。
【００３８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）演算回路７０のメモリ７１に、変換回路６１〜６８により生成される電圧に基づきスイッチノブ８０の中心Ｏからタッチ位置Ｔの距離Ｘｔを算出する距離算出式７３と、中心Ｏと３時の方向の線分と中心Ｏとタッチ位置Ｔとの線分とのなす角である中心角θを算出する中心角算出式７４とを記憶させた。これにより、演算回路７０は、距離Ｘｔと中心角θとにより、タッチ位置Ｔを算出することができる。演算回路７０は、算出したタッチ位置Ｔを示す信号をマイクロコンピュータ２０に出力する。
【００３９】
マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、ディスプレイ１０に表示する地図をタッチ位置Ｔの方向へスクロールするためのスクロールデータ２２が記憶されている。スクロールデータ２２は、電極４１〜４８の外周より内側における円形の領域を１３のエリアＥ０〜Ｅ１２に区画し、各エリアＥ０〜Ｅ１２とディスプレイ１０に表示される地図のスクロール方向とが対応付けられたものである。また、マイクロコンピュータ２０は、特定部２３及び表示部２４を備えている。特定部２３は、算出したタッチ位置Ｔがスクロールデータ２２として記憶される１３のエリアＥ０〜Ｅ１２のうちどのエリアに該当するかを特定する。表示部２４は、特定部２３によって特定されたエリアに対応付けられたスクロール方向へディスプレイ１０に表示する地図がスクロールするようにメモリ２１から地図情報を読み込む。これにより、マイクロコンピュータ２０は、タッチ位置Ｔに応じてディスプレイ１０に表示する地図をスクロールさせることができる。
【００４０】
（２）８枚の電極４１〜４８、スイッチノブ８０の裏面に貼付した。これにより、電極４１〜４８と指とが直接的に接触することはない。すなわち、電極４１〜４８に、当該電極４１〜４８の静電容量を変化させる導電性を有するゴミ等が付着しない。このため、電極４１〜４８と導電性を有するゴミ等との近接が維持されることに起因するタッチセンサの検出信頼性、ひいては、ナビゲーションシステム１の操作性低下が回避される。
【００４１】
（３）スイッチノブ８０の表面に、地図のスクロール方向である１２の方向をデザインした。これにより、ユーザは、スイッチノブ８０の表面の視認を通じて、地図のスクロール方向を認識することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、電極は、８枚に限るものではなく、少なくとも３枚以上であればよい。例えば、電極が４枚である場合について説明する。図６に示すように、４枚の電極９１〜９４は、それぞれ半径２ｄ、中心角８０°の扇形から、要（中心Ｏ）が一致する半径ｄ、中心角８０°の扇側を取り除いた形状とされている。これら４枚の電極９１〜９４は、隣り合う電極との間に角度１０°の隙間を有して円環状に配置されている。詳述すると、電極９１は１２時の位置、電極９２は３時の位置、電極９３は６時の位置、電極９４は９時の位置とされている。これを中心Ｏにおける２次元の直交座標形にあてはめると、電極９１は１３０°〜５０°、電極９２は４０°〜３２０°（−４０°）、電極９３は３１０°〜２３０°、電極９４は２２０°〜１３０°の範囲を占める。なお、各電極９１〜９４において、隣り合わない角同士を結んだ線分の交点を中心Ｄ１１〜Ｄ１４としたとき、各中心Ｄ１１〜Ｄ１４の中心角は、中心Ｄ１１で９０°、中心Ｄ１２で０°、中心Ｄ１３で２７０°、中心Ｄ４で１８０°とする。また、各電極９１〜９４における静電容量の変化量、この場合、上記実施形態における距離算出式７３及び中心角算出式７４は、次の距離算出式９７及び中心角算出式９８に書き換えることができる。なお、距離算出式９７及び中心角算出式９８における電圧Ｖの下付の数値は、電極９１〜９４における一桁目の数値（例えば、電極９１なら１）と対応する。
【００４３】
【数１０】
このように、電極が４枚の場合であっても、これら距離算出式９７及び中心角算出式９８を使用して、タッチ位置Ｔを算出することができるので、上記実施形態における（１）の効果と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
・上記実施形態において、スイッチノブ８０を省略してもよい。このように構成した場合であれ、上記実施形態における（１）の効果と同様の効果を得ることができる。
・上記実施形態において、スイッチノブ８０の表面に記載されている円や１２の二等辺三角形のデザインは省略してもよい。このように構成した場合であれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
・上記実施形態において、メモリ２１に記憶される距離算出式７３を省略してもよい。この場合、演算回路７０は、中心角算出式７４により、タッチ位置Ｔの中心角θのみ算出できる。マイクロコンピュータ２０のメモリ２１には、上記実施形態のエリアＥ０〜Ｅ１２に変えて、角度のみで区画した複数のエリアを記憶させておく。複数のエリアには、それぞれスクロール方向が対応付けられている。このように構成すれば、マイクロコンピュータ２０は、演算回路７０にて算出された中心角θがメモリ２１に記憶されている複数のエリアのうち、いずれのエリアに該当するか判断し、そのエリアに対応付けられているスクロール方向に地図をスクロールさせることができる。なお、演算回路７０が、変換回路６１〜６８から入力される電圧Ｖをマイクロコンピュータ２０に出力するようにすれば、マイクロコンピュータ２０は、当該入力される各電圧Ｖの大きさによって、タッチ位置ＴがエリアＥ０に該当するか否かを判断することができる。
【００４６】
・上記実施形態では、インバースｓｉｎ（ｓｉｎ−１）とインバースｃｏｓ（ｃｏｓ−１）との組み合わせにより、タッチ位置Ｔの中心角θを算出したが、他の方法により算出することもできる。例えば、インバースｔａｎ（ｔａｎ−１）と、ｓｉｎ又はｃｏｓとを組み合わせてタッチ位置Ｔの中心角θを算出する。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
・上記実施形態では、電極４１〜４８は、指との距離が距離３ｄよりも近づいた場合に、静電容量が変化するようにしたが、電極の厚さを変更する等して、静電容量に変化が生じる距離を、任意に変更してもよい。例えば、静電容量に変化が生じる距離を短くすれば短くするほど、指が電極に近づく必要があるため、指が意図せず電極に近づいた場合に地図がスクロールしてしまうことが抑制される。
【００４８】
・上記実施形態では、基準電圧Ｖ０を０としたが、０でなくてもよい。０でない、すなわち０よりも大きい場合、指との距離が３ｄよりも近づいても、マイクロコンピュータ２０は、指と電極４１〜４８とが近接したと判断しない。すなわち、地図をスクロールさせるためには、指と電極４１〜４８とを更に近づける必要がある。従って、このように構成した場合、指が意図せず電極４１〜４８に近づいた場合に地図がスクロールしてしまうことが抑制される。
【００４９】
・上記実施形態において、８枚の電極４１〜４８は、円形に配置されたが、楕円形に配置されてもよい。このように配置された場合は、中心Ｏからの各電極の距離に応じて、距離算出式７３及び中心角算出式７４の変数である電圧に重み付けを行う。このように構成すれば、電極４１〜４８が楕円形に配置された場合あれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
・上記実施形態において、電極４１〜４８の形状は、半径の大きい扇形から、要が一致する半径の小さい扇側を取り除いた形状とされていたが、これに限定されるものではない。例えば、円形や、四角形等の多角形であってもよい。この場合であれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
・上記実施形態では、タッチセンサを、地図をスクロールするナビゲーションシステム１に適用した場合について説明したが、これ以外のシステムに適用してもよい。例えば、車載オーディオシステムに適用する場合には、タッチ位置Ｔによって、音量を変更したり、再生する曲目を変更したりする。このように構成した場合でも、タッチセンサ３０のタッチ操作を通じて、マイクロコンピュータ２０に様々な制御をさせることができる。また、車両以外のものに適用してもよい。
【００５２】
・上記実施形態において、演算回路７０の機能をマイクロコンピュータ２０に設けてもよい。このように構成した場合であれ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、上記実施形態及び上記別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【００５３】
（イ）前記演算手段は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される各電圧に基づき、円形の中心から前記タッチ位置までの距離を算出し、算出した距離を、同じく算出した中心角に加味することよりタッチ位置を算出すること。
【００５４】
同構成によれば、演算回路は、タッチ位置の中心角と円形の中心からの距離とを算出することができる。このため、算出した中心角と距離とを組み合わせることにより、タッチ位置を特定することができる。
【００５５】
（ロ）前記カバーの表面には、前記制御手段の動作に対応したデザインが施されていること。
同構成によれば、カバーの表面の視認を通じて、制御対象の動作を認識することができる。
【符号の説明】
【００５６】
θ…中心角、Ｖ…電圧、Ｘｔ…距離、１…タッチセンサシステムとしてのナビゲーションシステム、１０…制御対象としてのディスプレイ、２０…制御手段としてのマイクロコンピュータ、２１，７１…メモリ、２２…スクロールデータ、２３…特定部、２４…表示部、３０…操作手段としてのタッチセンサ、４０〜４８，７１〜７４…電極、５０〜５８…発振回路、６０〜６８…変換回路、７０…演算手段としての演算回路、７２…算出式、７３，９７…距離算出式、７４，９８…中心角算出式、７６…判断部、７７…演算部、８０…カバーとしてのスイッチノブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器と、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路とを備え、
前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出するタッチセンサ。
【請求項２】
円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器とを備えるタッチセンサと、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路を備える制御手段とを備え、
前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出するタッチセンサシステム。
【請求項１】
円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器と、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路とを備え、
前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出するタッチセンサ。
【請求項２】
円形に等間隔で配置されるとともに同じ形状とされた少なくとも３つの電極と、前記電極毎に静電容量の変化量に応じた電圧を生成するＣ／Ｖ変換器とを備えるタッチセンサと、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成された電圧に基づきタッチ位置を算出する演算回路を備える制御手段とを備え、
前記演算回路は、前記Ｃ／Ｖ変換器により生成される電圧に基づき、前記円形の中心を通り径方向に延びる基準線分に対して、前記円形の中心と前記タッチ位置とを結ぶ線分とのなす角である中心角を算出し、算出した中心角により円周方向におけるタッチ位置を算出するタッチセンサシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１４２６９（Ｐ２０１３−１１４２６９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６７４０（Ｐ２０１１−２５６７４０）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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