静電容量式タッチパッド入力装置
【課題】駆動電極及び検出電極の敷設密度のばらつきに係わらず、操作面内における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される静電容量式タッチパッド入力装置の提供。
【解決手段】静電容量式タッチパッド入力装置は、入力信号及び出力信号に基づき、操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して操作面上の検出物体の有無を判定する制御手段を備える。閾値は座標毎に割り当てられ、閾値のうち、駆動電極(34)及び検出電極(35)のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さい。
【解決手段】静電容量式タッチパッド入力装置は、入力信号及び出力信号に基づき、操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して操作面上の検出物体の有無を判定する制御手段を備える。閾値は座標毎に割り当てられ、閾値のうち、駆動電極(34)及び検出電極(35)のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の触れた位置に応じて外部機器に命令を入力する静電容量式タッチパッド入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量式タッチパッド入力装置は、例えば、パーソナルコンピュータの入力装置として広く使用されており、近年では、車両用ナビゲーションシステム等の入力装置としても使用されている。
静電容量式タッチパッド入力装置はパネル部材を有し、パネル部材の裏側には電極群が配置されている。電極群は、例えば、駆動電極としてのＸ電極及びＹ電極と、検出電極とからなり、駆動電極及び検出電極は、フィルム基板によって支持されている。
【０００３】
そして、フィルム基板の裏側には、プリント基板が配置され、プリント基板には、駆動電極及び検出電極と協働してパネル部材に接触した物体の位置を検出するための制御回路が設けられている。
具体的には、指などの誘電体がパネル部材に触れると、駆動電極と検出電極の間の静電容量が変化し、静電容量の変化に応じた出力が検出電極から得られる。この出力に基づいて、制御回路は、パネル部材上の誘電体の接触位置を特定し、そして、この位置に応じた命令をパーソナルコンピュータ等の外部機器に入力する。
【０００４】
この種の静電容量式タッチパッド入力装置では、パネル部材に透明な文字等を描いておき、パネル部材の裏側から文字に光を照射して文字を浮かびあがらせることが行われている。そのために、フィルム基板には、光を通過させるための切抜孔が設けられ、駆動電極及び検出電極は切抜孔を避けるように形成される。
ただし、切抜孔に重なる操作面の文字等の領域では、他の領域に比べて物体の検出感度が低下してしまう。そこで、文字等の領域での検出感度の低下を抑えて操作面内での物体の検出感度のばらつきを抑制するために、駆動電極及び検出電極に補助電極を一体に形成することが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、従来技術のように、駆動電極や検出電極の形状に変更を加えて補助電極を設けることによって、フィルム基板に切抜孔を設けた場合でも、操作面内における検出感度の平均化が図られ、位置検出精度が向上するものと考えられる。
しかしながら、切抜孔の面積や形状によっては、充分な長さの補助電極を設けられないことがある。このような場合、切抜孔に重なる操作面の領域における検出感度の低下を補助電極のみでは補いきれない。
【０００７】
また、フィルム基板の周縁に重なる操作面の領域でも、検出感度は低くなり易いが、フィルム基板の周縁では、駆動電極や検出電極の形状の設計変更によって検出感度を高めることは困難である。
つまり、駆動電極及び検出電極の敷設密度にばらつきがある場合、駆動電極や検出電極の形状の設計変更のみでは、操作面内における検出感度の平均化を更に図ることは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、駆動電極及び検出電極の敷設密度のばらつきに係わらずに、操作面内における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される静電容量式タッチパッド入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、表側を操作面とするパネル部材と、前記パネル部材の裏側に敷設され、入力信号が印加される駆動電極と、前記パネル部材の裏側に前記駆動電極と静電的に結合可能なように敷設され、前記入力信号に基づいて、前記駆動電極との間の静電容量に対応する出力信号を出力する検出電極と、前記入力信号及び前記出力信号に基づき、前記操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、前記検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して前記操作面上の前記検出物体の有無を判定する制御手段とを備える静電容量式タッチパッド入力装置であって、前記閾値は座標毎に割り当てられ、前記閾値のうち、前記駆動電極及び前記検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、前記敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さいことを特徴とする静電容量式タッチパッド入力装置が提供される（請求項１）。
【００１０】
一態様の静電容量式タッチパッド入力装置では、駆動電極及び検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標には、小さい閾値が割り当てられる。このため、駆動電極及び検出電極の敷設密度の違いに基づいて検出電極の出力信号にばらつきがあっても、操作面上の検出物体の有無の判定が、操作面の全域に渡って的確に実行される。換言すれば、この静電容量式タッチパッド入力装置によれば、操作面における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される。この結果として、この静電容量式タッチパッド入力装置は、物体の位置検出精度において優れ、ひいては操作性においても優れている。
【００１１】
好ましくは、前記駆動電極及び前記検出電極が敷設される少なくとも１つの電極基板と、前記電極基板に対し前記パネル部材とは反対側に配設され、前記電極基板を通して前記パネル部材に向かって光を照射する発光体とを更に備え、前記駆動電極及び前記検出電極は、前記発光体が発する光の光路を避けるように敷設され、前記閾値のうち前記光路に相当する座標に割り当てられる閾値は、前記光路に相当しない座標に割り当てられる閾値よりも小さい。（請求項２）。
【００１２】
好ましい態様の静電容量式タッチパッド入力装置では、発光体の光路の面積や形状に関わらず、発光体の光路に相当する領域での検出感度の低下が防止され、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
【００１３】
好ましくは、前記閾値のうち前記操作面の周縁部の座標に割り当てられる閾値は、前記操作面の中央部の座標に割り当てられる閾値よりも小さい（請求項３）。
【００１４】
好ましい態様の静電容量式タッチパッド入力装置では、操作面の周縁部での検出感度の低下が防止され、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動電極及び検出電極の敷設密度のばらつきに係わらず、操作面内における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される静電容量式タッチパッド入力装置及び当該装置のための接触位置検出方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両の車室の前側における一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置の配置を例示する概略的な斜視図である。
【図２】図１の静電容量式タッチパッド入力装置の概略的な斜視図である。
【図３】図２の静電容量式タッチパッド入力装置の概略的な分解斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う概略的な断面図である。
【図５】図２の静電容量式タッチパッド入力装置に用いられたフィルム基板の概略的な平面図である。
【図６】図２のタッチパッド入力装置の電気回路を示すブロック図である。
【図７】図２のタッチパッド入力装置が実行する接触位置検出方法の概略的なフローチャートである。
【図８】図７の検出方法を説明するための図である。
【図９】図５中の検出領域に割り当てられた閾値の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る静電容量式タッチパッド入力装置（以下では、単にタッチパッド入力装置ともいう）１０について、図面を参照して説明する。なお、図面においては、タッチパッド入力装置１０の構成を理解しやすくするために、部材の大きさや厚さが適宜変更して描かれている。
【００１８】
図１は、車両の車室の前側を部分的に示している。タッチパッド入力装置１０は、ナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等を乗員が操作するための入力装置としての機能を有する。このため、タッチパッド入力装置１０は、乗員が操作し易い位置、例えば、インストルメントパネル１２からセンターコンソールまでの適当な位置に固定される。
タッチパッド入力装置１０は、パネル部材１４を有し、例えば、パネル部材１４が表出した状態にて、インストルメントパネル１２に埋め込まれる。乗員は、操作面としてのパネル部材１４の表面に触ることによって、ナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等の外部機器を操作可能である。
【００１９】
図２は、タッチパッド入力装置１０の外観を示す概略的な斜視図である。パネル部材１４は透明若しくは半透明の樹脂製であり、図２に示されるように、例えば、ハウジング１５の一部を一体に構成している。ハウジング１５は、ボックス形状、即ち中空の直方体形状を有し、ハウジング１５の１つの面は開口している。開口とは反対側のパネル部材１４の表面が操作面となっている。
【００２０】
パネル部材１４の表面には、任意の文字、記号又は図形が直接描かれていてもよく、あるいは、文字、記号又は図形が描かれたシールが貼られていてもよい。例えば本実施形態では、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”及び“Ｄ”の４つの文字１６の部分を除き、パネル部材１４の表面の略全面に黒色塗装１７が施されている。４つの文字１６は、レーザエッチングにより黒色塗装１７を部分的に除去することによって描かれている。
なお、本明細書では、パネル部材１４の表面に付与された塗装やシールも、パネル部材１４の表面の一部とみなす。
【００２１】
パネル部材１４の四つの辺縁には、周壁１８が直角にそれぞれ一体に連なっている。周壁１８の外面には、複数の突出部２０が一体に形成され、突出部２０には螺子孔２２がそれぞれ形成されている。螺子孔２２は、インストルメントパネル１２に対してタッチパッド入力装置１０を螺子で固定するために使用される。
また、周壁１８のパネル部材１４とは反対側には、複数の係合孔２４が形成されている。
【００２２】
図３は、タッチパッド入力装置１０を分解して示す概略的な斜視図であり、図４は、図２のIV-IV線に沿う概略的な断面図である。なお、図２及び図３においては、説明の都合上、パネル部材１４における文字１６の色と文字１６以外の部分の色が反転している。
図３及び図４に示されるように、ハウジング１５の内側には、フィルム基板３０、ホルダ４０、第１のプリント基板５０、及び、第２のプリント基板６０が収容されている。
【００２３】
フィルム基板３０は絶縁性を有する樹脂製のシートからなり、パネル部材１４の形状に略等しい長方形の外径形状を有する。フィルム基板３０には、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”及び“Ｄ”の４つの文字１６の配列に対応して、４つの四角形の開口部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが形成されている。これらのうち開口部３２ｂ，３２ｄの形状は略正方形であるのに対し、開口部３２ａ，３２ｃの形状は長方形である。なお以下では、これらの開口部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを区別せずに、まとめて開口部３２とも称する。
また、フィルム基板３０には、リード３３が一体に連なっている。リード３３は長方形形状を有し、フィルム基板３０の外縁から第２のプリント基板６０まで延びている。
【００２４】
ここで図５に示されるように、フィルム基板３０には、複数の駆動電極３４及び一つの検出電極３５が一体に形成されている。換言すれば、フィルム基板３０は、駆動電極３４及び検出電極３５を支持している。そして、駆動電極３４及び検出電極３５は、パネル部材１４の表面に接触した物体の位置を検出するために、所定のパターンにて、フィルム基板３０の全域に渡ってそれぞれ延びている。
なお、本発明において、パネル部材１４の表面に接触するという表現には、現実に接触している場合のみならず、パネル部材１４の表面近傍まで接近した場合も含まれる。
【００２５】
より詳しくは、検出電極３５は、図５において実線で示され、略櫛歯形状を有する。ただし、検出電極３５の櫛の歯に相当する直線部３５ａには、直交する複数の枝部３５ｂが設けられるとともに、開口部３２ｂ，３２ｄを囲む角張ったＣの字形状の迂回部３５ｃ，３５ｃが介挿されている。迂回部３５ｃ，３５ｃを設けることによって、検出電極３５は、フィルム基板３０の開口部３２ｂ，３２ｄを回避している。また、検出電極３５の枝部３５ｂのうち、フィルム基板３０の開口部３２ａ，３２ｃ近傍の枝部３５ｂの長さは、開口部３２ａ，３２ｃを回避するように、他の枝部３５ｂの長さに比べて短縮されている。
【００２６】
駆動電極３４は、図５において実線で示された複数のＹ電極３６と、図５において破線で示された複数のＸ電極３７、例えば４本のＸ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄとを含む。フィルム基板３０において、複数のＹ電極３６及び検出電極３５が同じ層内に形成され、Ｘ電極３７は、Ｙ電極３６及び検出電極３５とは別の層内に形成されている。則ち、フィルム基板３０は多層構造を有する。
【００２７】
Ｙ電極３６は、検出電極３５の直線部３５ａと噛み合うように直線部３５ａ同士の間に配列され、直線部３５ａと並行に延びている。
Ｘ電極３７は、フィルム基板３０において、検出電極３５の直線部３５ａ及びＹ電極３６に対して直交する方向に延びている。従って、検出電極３５の直線部３５ａ及びＹ電極３６は、Ｘ電極３７の長手方向にて相互に離間している。Ｘ電極３７は開口部３２を避けて配列され、Ｘ電極３７同士は、Ｙ電極３６の長手方向にて相互に離間している。
なお、以下では、検出電極３５の直線部３５ａ及びＹ電極３６の長手方向をＸ方向ともいい、Ｘ電極３７の長手方向をＹ方向ともいう。
【００２８】
リード３３には、複数の信号線３８が形成され、信号線３８は、駆動電極３４及び検出電極３５とリード３３の先端に形成されたコネクタ端子３９とを繋いでいる。なお、図５においては、Ｘ電極３７に繋がる信号線３８も破線で示されている。
【００２９】
再び図３及び図４を参照すると、ホルダ４０は、樹脂からなるステージ４１を含んでいる。ステージ４１は、フィルム基板３０と略同じ長方形の平面視形状を有し、ステージ４１にも、文字１６の配列に対応して、複数の開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが形成されている。これらの開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄについても、以下では相互に区別せずに、まとめて開口部４２とも称する。
開口部３２，４２は、フィルム基板３０及びステージ４１の積層方向にて相互に重なり合い、略同じ輪郭を有する。
【００３０】
そして、ホルダ４０は、ステージ４１と一体に形成された複数の弾性片４３を有する。弾性片４３は、積層方向にて、ステージ４１の外縁から、パネル部材１４とは反対側に向けて延びている。弾性片４３の先端側は、ステージ４１の外縁よりも外側に向けて斜めに曲げられており、弾性片４３の先端は、ハウジング１５の係合孔２４に受け容れられる。
【００３１】
ハウジング１５内にホルダ４０を配置する際、ハウジング１５の開口からパネル部材１４に向けてホルダ４０が押し込まれるのに連れて、弾性片４３は周壁１８によって押されて弾性変形する。そして、弾性片４３の先端が係合孔２４に受け容れられたときに、弾性片４３の弾性変形が緩和される。かくして弾性片４３の先端が係合孔２４に受け容れられると、弾性片４３の先端が係合孔２４と係合する。
【００３２】
弾性片４３の先端と係合孔２４の係合は解除可能であるが、当該係合を解除しない限り、ハウジング１５内にホルダ４０を更に押し込むことはできず、また、ハウジング１５からホルダ４０を取り出すこともできない。つまり、弾性片４３及び係合孔２４は、ハウジング１５に対してホルダ４０を固定する固定手段を構成している。
【００３３】
第１のプリント基板５０は、ステージ４１よりも小の長方形形状を有し、第１のプリント基板５０のステージ４１側には、文字１６の配列に対応して、発光素子としての４つのＬＥＤ５１が配置されている。
ＬＥＤ５１は、積層方向にて相互に連通する開口部４２，３２を通じて、パネル部材１４の文字１６に向けて光を出射する。パネル部材１４は透明若しくは半透明であり、文字１６の部分では、黒色塗装１７が除去されているため、ＬＥＤ５１が光を出射すると、文字１６がパネル部材１４の表面に浮かび上がる。
なお、ＬＥＤ５１が消灯状態にあるときは、ハウジング１５内は暗いため、パネル部材１４において文字１６は目立たない。
【００３４】
なお、ステージ４１には第１のプリント基板５０側に複数の爪６６が一体に形成されており、爪６６が第１のプリント基板５０の外縁に係合することで、第１のプリント基板５０がステージ４１に対し固定される。
【００３５】
更に、第１のプリント基板５０のステージ４１とは反対側には、ＬＥＤ５１を点灯させる点灯回路を構成する電気部品（図示せず）と、点灯回路を外部と接続するためのコネクタ５５が搭載されている。
【００３６】
第２のプリント基板６０は、第１のプリント基板５０と略同じ長方形形状を有する。ただし、第２のプリント基板６０には、リード３３の通過を許容する切欠きが形成されている。
第２のプリント基板６０の第１のプリント基板５０とは反対側には、リード３３が接続されるコネクタ６１が搭載されている。そして、第２のプリント基板６０には、駆動電極３４と検出電極３５の間の静電容量の変化に基づいて物体の位置を検出するための位置検出回路若しくは制御回路を構成するＩＣチップ６２等の電気部品が搭載されている。更に、第２のプリント基板６０には、コネクタ６１と同じ側に、タッチパッド入力装置１０を外部機器と接続するための他のコネクタ６３が搭載されている。
【００３７】
一方、第２のプリント基板６０の第１のプリント基板５０側には、更に別のコネクタ６４が搭載され、コネクタ６４は、第１のプリント基板５０に搭載されたコネクタ５５に連結される。
これらコネクタ５５及びコネクタ６４を介して、第２のプリント基板６０は、第１のプリント基板５０によって支持されるのみならず、位置検出回路と点灯回路とが接続される。
なお、ホルダ４０のステージ４１には、複数の支柱４７が一体に設けられ、支柱４７は、積層方向にて、パネル部材１４とは反対方向に向けて延びている。各支柱４７は、第２のプリント基板６０の外縁に当接しており、支柱４７によって、第１のプリント基板５０に対する第２のプリント基板６０の傾斜が防止される。
【００３８】
図６は、位置検出回路及び点灯回路の構成を示している。なお、図６においては、Ｘ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの各々が描かれている。Ｙ電極３６もＸ電極３７と同様であるが、ここでは省略する。
位置検出回路は、制御部７０を備え、制御部７０は、入力信号として駆動電極３４に印加される電圧を走査する。
そして、制御部７０は、検出電極３５からの出力信号として、駆動電極３４の各々と検出電極３５の間の静電容量、則ち、駆動電極３４の各々と検出電極３５の間に蓄えられる電気エネルギーの量に対応する電圧を取得する。そして、制御部７０は、取得した検出電極３５からの出力に基づいて、パネル部材１４における物体の接触位置を演算し、演算結果に基づいて、外部機器に向けて命令を出力する。
一方、制御部７０は、必要に応じてＬＥＤ５１を点灯させる。
【００３９】
以下、タッチパッド入力装置１０が実行する操作面に対する物体の接触位置検出方法について、図７及び図８を用いて説明する。
まず、制御部７０は、Ｙ電極３６及びＸ電極３７に順々に電圧を印加し、この間、Ｙ電極３６及びＸ電極３７の各々と検出電極３５との間の静電容量に対応する出力を取得する（ステップＳ１０）。
【００４０】
ここで、図８には、時間Ｔがｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４と変化するのに伴い、Ｘ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの入力が順次変化する様子が示されている。なお、図８に示したように、Ｘ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄのＸ方向での座標は、それぞれｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４である。そして、図８の最下段には、取得された検出電極３５の出力が棒グラフにて示されている。
なお、図８では、Ｘ電極３７についてのみ例示されている。
【００４１】
次に、制御部７０は、検出電極３５の出力のＸ方向における分布関数Ｖｘ（ｘ）及びＹ方向における分布関数Ｖｙ（ｙ）を求める（ステップＳ１２）。なお、図８の最下段には、Ｘ方向における分布関数Ｖｘ（ｘ）が曲線にて示されている。
【００４２】
それから、制御部７０は、求めた分布関数Ｖｘ（ｘ），Ｖｙ（ｙ）に基づいて、操作面に対して物体が接触していると推定される位置（以下、推定接触位置という）の座標（ｘｅ，ｙｅ）を求める（ステップＳ１４）。そして、制御部７０は、座標（ｘｅ，ｙｅ）に対応する分布関数Ｖｘ（ｘ）の関数値Ｖｘ（ｘｅ）を求める（ステップＳ１６）。
例えば、座標（ｘｅ，ｙｅ）は、分布関数Ｖｘ（ｘ）の関数値が最小となる座標であり、この場合、座標（ｘｅ，ｙｅ）及び関数値Ｖｘ（ｘｅ）が同時に求められることになる。
【００４３】
この後、制御部７０は、推定接触位置に物体が接触したことによる、関数値Ｖｘ（ｘｅ）の変化量（検出値）ΔＶｘ（ｘｅ）を推定する（ステップＳ１８）。
本実施形態では、制御部７０は、検出電極３５からの出力の最大値Ｖｘｍａｘと関数値Ｖｘ（ｘｅ）との差を変化量ΔＶｘ（ｘｅ）として演算する。最大値Ｖｘｍａｘは、実際に測定された、Ｘ電極３７に電圧が印加されたときの検出電極３５の出力の最大値である。なお、検出電極３５の出力の最大値は、分布関数Ｖｘ（ｘ）の最大値に略等しい。また、物体の接触を判定するにあたり、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が得られれば十分であるので、変化量ΔＶｙ（ｙｅ）は求めない。
【００４４】
それから、制御部７０は、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）と閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）を比較する（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０の比較の結果、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）よりも大きければ、制御部７０は、推定接触位置に対し物体が接触していると判定し、当該位置に対応する命令を外部機器に送信し（ステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６）、そして、ステップＳ１０に戻る。
【００４５】
一方、ステップＳ２０の比較の結果、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）以下であれば、制御部７０は、推定接触位置に対し物体が接触していないと判定し（ステップＳ２２，Ｓ２８）、外部機器に命令を送信することなく、ステップＳ１０に戻る。
【００４６】
ここで、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）は、図９に例示したように、フィルム基板３０、Ｙ電極３６、Ｘ電極３７及び検出電極３５の構成に基づいて、Ｘ方向及びＹ方向での座標（ｘ，ｙ）毎に割り当てられている。そして、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）と比較される閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）は、接触推定位置の座標（ｘｅ，ｙｅ）に割り当てられた閾値である。
【００４７】
本実施形態では、図５に一点鎖線で示した検出領域８０が、１３×１３の区画に区分され、各区画に、５，７，９の３段階にて閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられている。検出領域８０の大きさは、操作面の大きさに対応する。
より詳しくは、開口部３２に重なる検出領域８０の区画及び当該区画に隣接する区画には、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）として５が割り当てられている。そして、各開口部３２から遠い区画ほど、より大きな閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられている。このため、検出領域８０の中央の区画には、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）として９が割り当てられている。一方、検出領域８０の周縁部の区画には、中央部の区画よりも小さい閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられている。
【００４８】
閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）の設定に際して考慮される構成には、フィルム基板３０における開口部３２の形状、大きさ及び位置が含まれる。また、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）の設定に際して考慮される構成には、Ｙ電極３６、Ｘ電極３７及び検出電極３５の各々の形状、長さ及び位置が含まれ、更には、開口部３２、Ｙ電極３６、Ｘ電極３７及び検出電極３５間の相対的な位置関係も含まれる。
なお、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）は、予め実験により求め、制御部７０のメモリーに読み出し可能に記憶させておくことができる。
【００４９】
上述した一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０及び当該装置１０が用いる接触位置検出方法では、フィルム基板３０、Ｘ電極３７、Ｙ電極３６及び検出電極３５の構成に基づいて、座標毎に閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられる。換言すれば、駆動電極３４及び検出電極の敷設密度に基づいて、座標毎に閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられる。具体的には、フィルム基板３０の開口部３２、Ｘ電極３７、Ｙ電極３６及び検出電極３５の大きさ、形状、位置、及び、これらの間の相対的な位置関係に起因して、物体が操作面に接触したときの検出電極３５からの出力の変化量ΔＶｘ（ｘ）が操作面内においてばらつくときに、当該ばらつきに応じて比較対象である閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が設定される。
【００５０】
例えば、物体が接触したときに分布関数Ｖｘ（ｘ）の関数値の変化量ΔＶｘ（ｘ）が小さい操作面の位置に対応する座標（ｘ，ｙ）には、小さい閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられ、物体が接触したときに関数値の変化量ΔＶｘ（ｘ）が大きい操作面の位置に対応する座標（ｘ，ｙ）には、大きい閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられる。
【００５１】
このため、検出電極３５の出力の変化量ΔＶｘ（ｘ）のばらつきにかかわらず、物体が接触面に接触しているか否かの判定が、操作面の全域に渡って的確に実行される。換言すれば、この静電容量式タッチパッド入力装置１０及び接触位置検出方法によれば、操作面における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される。この結果として、この静電容量式タッチパッド入力装置１０及び接触位置検出方法は、物体の位置検出精度において優れ、ひいては、静電容量式タッチパッド入力装置１０は操作性においても優れている。
【００５２】
上述した一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０では、検出電極３５からの出力の最大値Ｖｘｍａｘと推定接触位置での関数値Ｖｘ（ｘｅ）の差が変化量ΔＶｘ（ｘｅ）として求められる。最大値Ｖｘｍａｘは、推定接触位置に物体が接触していないときの、推定接触位置の座標（ｘｅ，ｙｅ）に対応する分布関数Ｖｘ（ｘｅ）の関数値に最も近く、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が高い精度にて的確に推定される。
このように変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が的確に推定されることで、閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）との比較による判定精度が向上し、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
【００５３】
また、一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０では、Ｘ電極３７、Ｙ電極３６及び検出電極３５がフィルム基板３０の開口部３２を避けるように延びている。開口部３２は、ＬＥＤ５１からの光を通過させるための透光部であり、透光部に重なる操作面の領域では、物体が接触したときの関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が相対的に小さくなる。
【００５４】
このような関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）の局所的な減少に対応して、この静電容量式タッチパッド入力装置１０では、透光部の座標に割り当てられる閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が相対的に小さく設定されている。このように、関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が小さくなることに合わせて、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が小さく設定されることで、透光部の形状、大きさ及び位置にかかわらず、透光部に重なる操作面の領域に対する物体の接触が的確に判定され、検出感度のばらつきが抑制される。
【００５５】
更に、一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０では、操作面の周縁部の座標（ｘ，ｙ）に割り当てられる閾値が相対的に小さく設定されている。
一般に、操作面の周縁部では検出感度が低下し易く、関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が局所的に小さくなり易い。このように、関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が小さくなることに合わせて、周縁部の座標（ｘ，ｙ）に割り当てられる閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が相対的に小さく設定されることで、操作面の周縁部に対する物体の接触が的確に判定され、検出感度のばらつきが抑制される。
【００５６】
本発明は、上述した一実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、一実施形態に種々の変更を加えた形態も含む。
例えば、フィルム基板３０における開口部３２の数、形状、大きさ及び位置は、一実施形態に限定されることはなく、開口部３２が形成されていなくてもよい。
【００５７】
そして、駆動電極３４及び検出電極３５の構成は、上記一実施形態に限定されない。
具体的には、一実施形態では、Ｘ電極３７及びＹ電極３６とは別に、検出電極３５が設けられていたが、Ｘ電極３７に電圧を印加するときには、Ｙ電極を３６を検出電極として機能させ、Ｙ電極３６に電圧を印加するときには、Ｘ電極３７を検出電極として機能させてもよい。つまり、Ｘ電極３７及びＹ電極３６が駆動電極及び検出電極を兼ねていてもよい。
また、駆動電極３４及び検出電極３５の数、形状、長さ及び位置も、上記一実施形態に限定されない。
更に、駆動電極３４及び検出電極３５は、１つのフィルム基板３０に形成されていたが、２つ以上のフィルム基板に別々に形成されていてもよい。
【００５８】
上述した一実施形態では、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）のみを求めて物体の接触を判定したが、変化量ΔＶｙ（ｙｅ）も求めて、より高精度な判定を行うようにしてもよい。
【００５９】
上記した一実施形態では、タッチパッド入力装置１０が、車両のナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等の操作に供されているが、タッチパッド入力装置１０は、車載される機器以外の機器のための入力装置にも適用可能である。例えば、タッチパッド入力装置１０は、パーソナルコンピュータ、自動販売機、現金自動預払機（ＡＴＭ）、携帯用機器、又は、テレビジョン受像機を遠隔操作可能なリモートコントローラ等の機器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 静電容量式タッチパッド入力装置
１４ パネル部材
１５ ハウジング
１６ 文字（発光部）
１７ 黒色塗装
１８ 周壁
２４ 係合孔（係合部）
３０ フィルム基板（電極基板）
３２ フィルム基板の開口部
３３ リード
３４ 駆動電極
３５ 検出電極
３６ Ｙ電極
３７ Ｘ電極
４０ ホルダ
４１ ステージ
４２ ステージの開口部
５０ 第１のプリント基板
５１ ＬＥＤ（発光素子）
６０ 第２のプリント基板（制御基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の触れた位置に応じて外部機器に命令を入力する静電容量式タッチパッド入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量式タッチパッド入力装置は、例えば、パーソナルコンピュータの入力装置として広く使用されており、近年では、車両用ナビゲーションシステム等の入力装置としても使用されている。
静電容量式タッチパッド入力装置はパネル部材を有し、パネル部材の裏側には電極群が配置されている。電極群は、例えば、駆動電極としてのＸ電極及びＹ電極と、検出電極とからなり、駆動電極及び検出電極は、フィルム基板によって支持されている。
【０００３】
そして、フィルム基板の裏側には、プリント基板が配置され、プリント基板には、駆動電極及び検出電極と協働してパネル部材に接触した物体の位置を検出するための制御回路が設けられている。
具体的には、指などの誘電体がパネル部材に触れると、駆動電極と検出電極の間の静電容量が変化し、静電容量の変化に応じた出力が検出電極から得られる。この出力に基づいて、制御回路は、パネル部材上の誘電体の接触位置を特定し、そして、この位置に応じた命令をパーソナルコンピュータ等の外部機器に入力する。
【０００４】
この種の静電容量式タッチパッド入力装置では、パネル部材に透明な文字等を描いておき、パネル部材の裏側から文字に光を照射して文字を浮かびあがらせることが行われている。そのために、フィルム基板には、光を通過させるための切抜孔が設けられ、駆動電極及び検出電極は切抜孔を避けるように形成される。
ただし、切抜孔に重なる操作面の文字等の領域では、他の領域に比べて物体の検出感度が低下してしまう。そこで、文字等の領域での検出感度の低下を抑えて操作面内での物体の検出感度のばらつきを抑制するために、駆動電極及び検出電極に補助電極を一体に形成することが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、従来技術のように、駆動電極や検出電極の形状に変更を加えて補助電極を設けることによって、フィルム基板に切抜孔を設けた場合でも、操作面内における検出感度の平均化が図られ、位置検出精度が向上するものと考えられる。
しかしながら、切抜孔の面積や形状によっては、充分な長さの補助電極を設けられないことがある。このような場合、切抜孔に重なる操作面の領域における検出感度の低下を補助電極のみでは補いきれない。
【０００７】
また、フィルム基板の周縁に重なる操作面の領域でも、検出感度は低くなり易いが、フィルム基板の周縁では、駆動電極や検出電極の形状の設計変更によって検出感度を高めることは困難である。
つまり、駆動電極及び検出電極の敷設密度にばらつきがある場合、駆動電極や検出電極の形状の設計変更のみでは、操作面内における検出感度の平均化を更に図ることは困難である。
【０００８】
本発明の目的は、駆動電極及び検出電極の敷設密度のばらつきに係わらずに、操作面内における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される静電容量式タッチパッド入力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、表側を操作面とするパネル部材と、前記パネル部材の裏側に敷設され、入力信号が印加される駆動電極と、前記パネル部材の裏側に前記駆動電極と静電的に結合可能なように敷設され、前記入力信号に基づいて、前記駆動電極との間の静電容量に対応する出力信号を出力する検出電極と、前記入力信号及び前記出力信号に基づき、前記操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、前記検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して前記操作面上の前記検出物体の有無を判定する制御手段とを備える静電容量式タッチパッド入力装置であって、前記閾値は座標毎に割り当てられ、前記閾値のうち、前記駆動電極及び前記検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、前記敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さいことを特徴とする静電容量式タッチパッド入力装置が提供される（請求項１）。
【００１０】
一態様の静電容量式タッチパッド入力装置では、駆動電極及び検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標には、小さい閾値が割り当てられる。このため、駆動電極及び検出電極の敷設密度の違いに基づいて検出電極の出力信号にばらつきがあっても、操作面上の検出物体の有無の判定が、操作面の全域に渡って的確に実行される。換言すれば、この静電容量式タッチパッド入力装置によれば、操作面における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される。この結果として、この静電容量式タッチパッド入力装置は、物体の位置検出精度において優れ、ひいては操作性においても優れている。
【００１１】
好ましくは、前記駆動電極及び前記検出電極が敷設される少なくとも１つの電極基板と、前記電極基板に対し前記パネル部材とは反対側に配設され、前記電極基板を通して前記パネル部材に向かって光を照射する発光体とを更に備え、前記駆動電極及び前記検出電極は、前記発光体が発する光の光路を避けるように敷設され、前記閾値のうち前記光路に相当する座標に割り当てられる閾値は、前記光路に相当しない座標に割り当てられる閾値よりも小さい。（請求項２）。
【００１２】
好ましい態様の静電容量式タッチパッド入力装置では、発光体の光路の面積や形状に関わらず、発光体の光路に相当する領域での検出感度の低下が防止され、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
【００１３】
好ましくは、前記閾値のうち前記操作面の周縁部の座標に割り当てられる閾値は、前記操作面の中央部の座標に割り当てられる閾値よりも小さい（請求項３）。
【００１４】
好ましい態様の静電容量式タッチパッド入力装置では、操作面の周縁部での検出感度の低下が防止され、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動電極及び検出電極の敷設密度のばらつきに係わらず、操作面内における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される静電容量式タッチパッド入力装置及び当該装置のための接触位置検出方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両の車室の前側における一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置の配置を例示する概略的な斜視図である。
【図２】図１の静電容量式タッチパッド入力装置の概略的な斜視図である。
【図３】図２の静電容量式タッチパッド入力装置の概略的な分解斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う概略的な断面図である。
【図５】図２の静電容量式タッチパッド入力装置に用いられたフィルム基板の概略的な平面図である。
【図６】図２のタッチパッド入力装置の電気回路を示すブロック図である。
【図７】図２のタッチパッド入力装置が実行する接触位置検出方法の概略的なフローチャートである。
【図８】図７の検出方法を説明するための図である。
【図９】図５中の検出領域に割り当てられた閾値の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る静電容量式タッチパッド入力装置（以下では、単にタッチパッド入力装置ともいう）１０について、図面を参照して説明する。なお、図面においては、タッチパッド入力装置１０の構成を理解しやすくするために、部材の大きさや厚さが適宜変更して描かれている。
【００１８】
図１は、車両の車室の前側を部分的に示している。タッチパッド入力装置１０は、ナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等を乗員が操作するための入力装置としての機能を有する。このため、タッチパッド入力装置１０は、乗員が操作し易い位置、例えば、インストルメントパネル１２からセンターコンソールまでの適当な位置に固定される。
タッチパッド入力装置１０は、パネル部材１４を有し、例えば、パネル部材１４が表出した状態にて、インストルメントパネル１２に埋め込まれる。乗員は、操作面としてのパネル部材１４の表面に触ることによって、ナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等の外部機器を操作可能である。
【００１９】
図２は、タッチパッド入力装置１０の外観を示す概略的な斜視図である。パネル部材１４は透明若しくは半透明の樹脂製であり、図２に示されるように、例えば、ハウジング１５の一部を一体に構成している。ハウジング１５は、ボックス形状、即ち中空の直方体形状を有し、ハウジング１５の１つの面は開口している。開口とは反対側のパネル部材１４の表面が操作面となっている。
【００２０】
パネル部材１４の表面には、任意の文字、記号又は図形が直接描かれていてもよく、あるいは、文字、記号又は図形が描かれたシールが貼られていてもよい。例えば本実施形態では、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”及び“Ｄ”の４つの文字１６の部分を除き、パネル部材１４の表面の略全面に黒色塗装１７が施されている。４つの文字１６は、レーザエッチングにより黒色塗装１７を部分的に除去することによって描かれている。
なお、本明細書では、パネル部材１４の表面に付与された塗装やシールも、パネル部材１４の表面の一部とみなす。
【００２１】
パネル部材１４の四つの辺縁には、周壁１８が直角にそれぞれ一体に連なっている。周壁１８の外面には、複数の突出部２０が一体に形成され、突出部２０には螺子孔２２がそれぞれ形成されている。螺子孔２２は、インストルメントパネル１２に対してタッチパッド入力装置１０を螺子で固定するために使用される。
また、周壁１８のパネル部材１４とは反対側には、複数の係合孔２４が形成されている。
【００２２】
図３は、タッチパッド入力装置１０を分解して示す概略的な斜視図であり、図４は、図２のIV-IV線に沿う概略的な断面図である。なお、図２及び図３においては、説明の都合上、パネル部材１４における文字１６の色と文字１６以外の部分の色が反転している。
図３及び図４に示されるように、ハウジング１５の内側には、フィルム基板３０、ホルダ４０、第１のプリント基板５０、及び、第２のプリント基板６０が収容されている。
【００２３】
フィルム基板３０は絶縁性を有する樹脂製のシートからなり、パネル部材１４の形状に略等しい長方形の外径形状を有する。フィルム基板３０には、“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”及び“Ｄ”の４つの文字１６の配列に対応して、４つの四角形の開口部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが形成されている。これらのうち開口部３２ｂ，３２ｄの形状は略正方形であるのに対し、開口部３２ａ，３２ｃの形状は長方形である。なお以下では、これらの開口部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを区別せずに、まとめて開口部３２とも称する。
また、フィルム基板３０には、リード３３が一体に連なっている。リード３３は長方形形状を有し、フィルム基板３０の外縁から第２のプリント基板６０まで延びている。
【００２４】
ここで図５に示されるように、フィルム基板３０には、複数の駆動電極３４及び一つの検出電極３５が一体に形成されている。換言すれば、フィルム基板３０は、駆動電極３４及び検出電極３５を支持している。そして、駆動電極３４及び検出電極３５は、パネル部材１４の表面に接触した物体の位置を検出するために、所定のパターンにて、フィルム基板３０の全域に渡ってそれぞれ延びている。
なお、本発明において、パネル部材１４の表面に接触するという表現には、現実に接触している場合のみならず、パネル部材１４の表面近傍まで接近した場合も含まれる。
【００２５】
より詳しくは、検出電極３５は、図５において実線で示され、略櫛歯形状を有する。ただし、検出電極３５の櫛の歯に相当する直線部３５ａには、直交する複数の枝部３５ｂが設けられるとともに、開口部３２ｂ，３２ｄを囲む角張ったＣの字形状の迂回部３５ｃ，３５ｃが介挿されている。迂回部３５ｃ，３５ｃを設けることによって、検出電極３５は、フィルム基板３０の開口部３２ｂ，３２ｄを回避している。また、検出電極３５の枝部３５ｂのうち、フィルム基板３０の開口部３２ａ，３２ｃ近傍の枝部３５ｂの長さは、開口部３２ａ，３２ｃを回避するように、他の枝部３５ｂの長さに比べて短縮されている。
【００２６】
駆動電極３４は、図５において実線で示された複数のＹ電極３６と、図５において破線で示された複数のＸ電極３７、例えば４本のＸ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄとを含む。フィルム基板３０において、複数のＹ電極３６及び検出電極３５が同じ層内に形成され、Ｘ電極３７は、Ｙ電極３６及び検出電極３５とは別の層内に形成されている。則ち、フィルム基板３０は多層構造を有する。
【００２７】
Ｙ電極３６は、検出電極３５の直線部３５ａと噛み合うように直線部３５ａ同士の間に配列され、直線部３５ａと並行に延びている。
Ｘ電極３７は、フィルム基板３０において、検出電極３５の直線部３５ａ及びＹ電極３６に対して直交する方向に延びている。従って、検出電極３５の直線部３５ａ及びＹ電極３６は、Ｘ電極３７の長手方向にて相互に離間している。Ｘ電極３７は開口部３２を避けて配列され、Ｘ電極３７同士は、Ｙ電極３６の長手方向にて相互に離間している。
なお、以下では、検出電極３５の直線部３５ａ及びＹ電極３６の長手方向をＸ方向ともいい、Ｘ電極３７の長手方向をＹ方向ともいう。
【００２８】
リード３３には、複数の信号線３８が形成され、信号線３８は、駆動電極３４及び検出電極３５とリード３３の先端に形成されたコネクタ端子３９とを繋いでいる。なお、図５においては、Ｘ電極３７に繋がる信号線３８も破線で示されている。
【００２９】
再び図３及び図４を参照すると、ホルダ４０は、樹脂からなるステージ４１を含んでいる。ステージ４１は、フィルム基板３０と略同じ長方形の平面視形状を有し、ステージ４１にも、文字１６の配列に対応して、複数の開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが形成されている。これらの開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄについても、以下では相互に区別せずに、まとめて開口部４２とも称する。
開口部３２，４２は、フィルム基板３０及びステージ４１の積層方向にて相互に重なり合い、略同じ輪郭を有する。
【００３０】
そして、ホルダ４０は、ステージ４１と一体に形成された複数の弾性片４３を有する。弾性片４３は、積層方向にて、ステージ４１の外縁から、パネル部材１４とは反対側に向けて延びている。弾性片４３の先端側は、ステージ４１の外縁よりも外側に向けて斜めに曲げられており、弾性片４３の先端は、ハウジング１５の係合孔２４に受け容れられる。
【００３１】
ハウジング１５内にホルダ４０を配置する際、ハウジング１５の開口からパネル部材１４に向けてホルダ４０が押し込まれるのに連れて、弾性片４３は周壁１８によって押されて弾性変形する。そして、弾性片４３の先端が係合孔２４に受け容れられたときに、弾性片４３の弾性変形が緩和される。かくして弾性片４３の先端が係合孔２４に受け容れられると、弾性片４３の先端が係合孔２４と係合する。
【００３２】
弾性片４３の先端と係合孔２４の係合は解除可能であるが、当該係合を解除しない限り、ハウジング１５内にホルダ４０を更に押し込むことはできず、また、ハウジング１５からホルダ４０を取り出すこともできない。つまり、弾性片４３及び係合孔２４は、ハウジング１５に対してホルダ４０を固定する固定手段を構成している。
【００３３】
第１のプリント基板５０は、ステージ４１よりも小の長方形形状を有し、第１のプリント基板５０のステージ４１側には、文字１６の配列に対応して、発光素子としての４つのＬＥＤ５１が配置されている。
ＬＥＤ５１は、積層方向にて相互に連通する開口部４２，３２を通じて、パネル部材１４の文字１６に向けて光を出射する。パネル部材１４は透明若しくは半透明であり、文字１６の部分では、黒色塗装１７が除去されているため、ＬＥＤ５１が光を出射すると、文字１６がパネル部材１４の表面に浮かび上がる。
なお、ＬＥＤ５１が消灯状態にあるときは、ハウジング１５内は暗いため、パネル部材１４において文字１６は目立たない。
【００３４】
なお、ステージ４１には第１のプリント基板５０側に複数の爪６６が一体に形成されており、爪６６が第１のプリント基板５０の外縁に係合することで、第１のプリント基板５０がステージ４１に対し固定される。
【００３５】
更に、第１のプリント基板５０のステージ４１とは反対側には、ＬＥＤ５１を点灯させる点灯回路を構成する電気部品（図示せず）と、点灯回路を外部と接続するためのコネクタ５５が搭載されている。
【００３６】
第２のプリント基板６０は、第１のプリント基板５０と略同じ長方形形状を有する。ただし、第２のプリント基板６０には、リード３３の通過を許容する切欠きが形成されている。
第２のプリント基板６０の第１のプリント基板５０とは反対側には、リード３３が接続されるコネクタ６１が搭載されている。そして、第２のプリント基板６０には、駆動電極３４と検出電極３５の間の静電容量の変化に基づいて物体の位置を検出するための位置検出回路若しくは制御回路を構成するＩＣチップ６２等の電気部品が搭載されている。更に、第２のプリント基板６０には、コネクタ６１と同じ側に、タッチパッド入力装置１０を外部機器と接続するための他のコネクタ６３が搭載されている。
【００３７】
一方、第２のプリント基板６０の第１のプリント基板５０側には、更に別のコネクタ６４が搭載され、コネクタ６４は、第１のプリント基板５０に搭載されたコネクタ５５に連結される。
これらコネクタ５５及びコネクタ６４を介して、第２のプリント基板６０は、第１のプリント基板５０によって支持されるのみならず、位置検出回路と点灯回路とが接続される。
なお、ホルダ４０のステージ４１には、複数の支柱４７が一体に設けられ、支柱４７は、積層方向にて、パネル部材１４とは反対方向に向けて延びている。各支柱４７は、第２のプリント基板６０の外縁に当接しており、支柱４７によって、第１のプリント基板５０に対する第２のプリント基板６０の傾斜が防止される。
【００３８】
図６は、位置検出回路及び点灯回路の構成を示している。なお、図６においては、Ｘ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの各々が描かれている。Ｙ電極３６もＸ電極３７と同様であるが、ここでは省略する。
位置検出回路は、制御部７０を備え、制御部７０は、入力信号として駆動電極３４に印加される電圧を走査する。
そして、制御部７０は、検出電極３５からの出力信号として、駆動電極３４の各々と検出電極３５の間の静電容量、則ち、駆動電極３４の各々と検出電極３５の間に蓄えられる電気エネルギーの量に対応する電圧を取得する。そして、制御部７０は、取得した検出電極３５からの出力に基づいて、パネル部材１４における物体の接触位置を演算し、演算結果に基づいて、外部機器に向けて命令を出力する。
一方、制御部７０は、必要に応じてＬＥＤ５１を点灯させる。
【００３９】
以下、タッチパッド入力装置１０が実行する操作面に対する物体の接触位置検出方法について、図７及び図８を用いて説明する。
まず、制御部７０は、Ｙ電極３６及びＸ電極３７に順々に電圧を印加し、この間、Ｙ電極３６及びＸ電極３７の各々と検出電極３５との間の静電容量に対応する出力を取得する（ステップＳ１０）。
【００４０】
ここで、図８には、時間Ｔがｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４と変化するのに伴い、Ｘ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの入力が順次変化する様子が示されている。なお、図８に示したように、Ｘ電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄのＸ方向での座標は、それぞれｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４である。そして、図８の最下段には、取得された検出電極３５の出力が棒グラフにて示されている。
なお、図８では、Ｘ電極３７についてのみ例示されている。
【００４１】
次に、制御部７０は、検出電極３５の出力のＸ方向における分布関数Ｖｘ（ｘ）及びＹ方向における分布関数Ｖｙ（ｙ）を求める（ステップＳ１２）。なお、図８の最下段には、Ｘ方向における分布関数Ｖｘ（ｘ）が曲線にて示されている。
【００４２】
それから、制御部７０は、求めた分布関数Ｖｘ（ｘ），Ｖｙ（ｙ）に基づいて、操作面に対して物体が接触していると推定される位置（以下、推定接触位置という）の座標（ｘｅ，ｙｅ）を求める（ステップＳ１４）。そして、制御部７０は、座標（ｘｅ，ｙｅ）に対応する分布関数Ｖｘ（ｘ）の関数値Ｖｘ（ｘｅ）を求める（ステップＳ１６）。
例えば、座標（ｘｅ，ｙｅ）は、分布関数Ｖｘ（ｘ）の関数値が最小となる座標であり、この場合、座標（ｘｅ，ｙｅ）及び関数値Ｖｘ（ｘｅ）が同時に求められることになる。
【００４３】
この後、制御部７０は、推定接触位置に物体が接触したことによる、関数値Ｖｘ（ｘｅ）の変化量（検出値）ΔＶｘ（ｘｅ）を推定する（ステップＳ１８）。
本実施形態では、制御部７０は、検出電極３５からの出力の最大値Ｖｘｍａｘと関数値Ｖｘ（ｘｅ）との差を変化量ΔＶｘ（ｘｅ）として演算する。最大値Ｖｘｍａｘは、実際に測定された、Ｘ電極３７に電圧が印加されたときの検出電極３５の出力の最大値である。なお、検出電極３５の出力の最大値は、分布関数Ｖｘ（ｘ）の最大値に略等しい。また、物体の接触を判定するにあたり、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が得られれば十分であるので、変化量ΔＶｙ（ｙｅ）は求めない。
【００４４】
それから、制御部７０は、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）と閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）を比較する（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０の比較の結果、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）よりも大きければ、制御部７０は、推定接触位置に対し物体が接触していると判定し、当該位置に対応する命令を外部機器に送信し（ステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６）、そして、ステップＳ１０に戻る。
【００４５】
一方、ステップＳ２０の比較の結果、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）以下であれば、制御部７０は、推定接触位置に対し物体が接触していないと判定し（ステップＳ２２，Ｓ２８）、外部機器に命令を送信することなく、ステップＳ１０に戻る。
【００４６】
ここで、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）は、図９に例示したように、フィルム基板３０、Ｙ電極３６、Ｘ電極３７及び検出電極３５の構成に基づいて、Ｘ方向及びＹ方向での座標（ｘ，ｙ）毎に割り当てられている。そして、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）と比較される閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）は、接触推定位置の座標（ｘｅ，ｙｅ）に割り当てられた閾値である。
【００４７】
本実施形態では、図５に一点鎖線で示した検出領域８０が、１３×１３の区画に区分され、各区画に、５，７，９の３段階にて閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられている。検出領域８０の大きさは、操作面の大きさに対応する。
より詳しくは、開口部３２に重なる検出領域８０の区画及び当該区画に隣接する区画には、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）として５が割り当てられている。そして、各開口部３２から遠い区画ほど、より大きな閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられている。このため、検出領域８０の中央の区画には、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）として９が割り当てられている。一方、検出領域８０の周縁部の区画には、中央部の区画よりも小さい閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられている。
【００４８】
閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）の設定に際して考慮される構成には、フィルム基板３０における開口部３２の形状、大きさ及び位置が含まれる。また、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）の設定に際して考慮される構成には、Ｙ電極３６、Ｘ電極３７及び検出電極３５の各々の形状、長さ及び位置が含まれ、更には、開口部３２、Ｙ電極３６、Ｘ電極３７及び検出電極３５間の相対的な位置関係も含まれる。
なお、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）は、予め実験により求め、制御部７０のメモリーに読み出し可能に記憶させておくことができる。
【００４９】
上述した一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０及び当該装置１０が用いる接触位置検出方法では、フィルム基板３０、Ｘ電極３７、Ｙ電極３６及び検出電極３５の構成に基づいて、座標毎に閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられる。換言すれば、駆動電極３４及び検出電極の敷設密度に基づいて、座標毎に閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられる。具体的には、フィルム基板３０の開口部３２、Ｘ電極３７、Ｙ電極３６及び検出電極３５の大きさ、形状、位置、及び、これらの間の相対的な位置関係に起因して、物体が操作面に接触したときの検出電極３５からの出力の変化量ΔＶｘ（ｘ）が操作面内においてばらつくときに、当該ばらつきに応じて比較対象である閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が設定される。
【００５０】
例えば、物体が接触したときに分布関数Ｖｘ（ｘ）の関数値の変化量ΔＶｘ（ｘ）が小さい操作面の位置に対応する座標（ｘ，ｙ）には、小さい閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられ、物体が接触したときに関数値の変化量ΔＶｘ（ｘ）が大きい操作面の位置に対応する座標（ｘ，ｙ）には、大きい閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が割り当てられる。
【００５１】
このため、検出電極３５の出力の変化量ΔＶｘ（ｘ）のばらつきにかかわらず、物体が接触面に接触しているか否かの判定が、操作面の全域に渡って的確に実行される。換言すれば、この静電容量式タッチパッド入力装置１０及び接触位置検出方法によれば、操作面における物体の検出感度のばらつきが良好に抑制される。この結果として、この静電容量式タッチパッド入力装置１０及び接触位置検出方法は、物体の位置検出精度において優れ、ひいては、静電容量式タッチパッド入力装置１０は操作性においても優れている。
【００５２】
上述した一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０では、検出電極３５からの出力の最大値Ｖｘｍａｘと推定接触位置での関数値Ｖｘ（ｘｅ）の差が変化量ΔＶｘ（ｘｅ）として求められる。最大値Ｖｘｍａｘは、推定接触位置に物体が接触していないときの、推定接触位置の座標（ｘｅ，ｙｅ）に対応する分布関数Ｖｘ（ｘｅ）の関数値に最も近く、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が高い精度にて的確に推定される。
このように変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が的確に推定されることで、閾値Ｔｈ（ｘｅ，ｙｅ）との比較による判定精度が向上し、検出感度のばらつきが的確に抑制される。
【００５３】
また、一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０では、Ｘ電極３７、Ｙ電極３６及び検出電極３５がフィルム基板３０の開口部３２を避けるように延びている。開口部３２は、ＬＥＤ５１からの光を通過させるための透光部であり、透光部に重なる操作面の領域では、物体が接触したときの関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が相対的に小さくなる。
【００５４】
このような関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）の局所的な減少に対応して、この静電容量式タッチパッド入力装置１０では、透光部の座標に割り当てられる閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が相対的に小さく設定されている。このように、関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が小さくなることに合わせて、閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が小さく設定されることで、透光部の形状、大きさ及び位置にかかわらず、透光部に重なる操作面の領域に対する物体の接触が的確に判定され、検出感度のばらつきが抑制される。
【００５５】
更に、一実施形態の静電容量式タッチパッド入力装置１０では、操作面の周縁部の座標（ｘ，ｙ）に割り当てられる閾値が相対的に小さく設定されている。
一般に、操作面の周縁部では検出感度が低下し易く、関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が局所的に小さくなり易い。このように、関数値の変化量ΔＶｘ（ｘｅ）が小さくなることに合わせて、周縁部の座標（ｘ，ｙ）に割り当てられる閾値Ｔｈ（ｘ，ｙ）が相対的に小さく設定されることで、操作面の周縁部に対する物体の接触が的確に判定され、検出感度のばらつきが抑制される。
【００５６】
本発明は、上述した一実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、一実施形態に種々の変更を加えた形態も含む。
例えば、フィルム基板３０における開口部３２の数、形状、大きさ及び位置は、一実施形態に限定されることはなく、開口部３２が形成されていなくてもよい。
【００５７】
そして、駆動電極３４及び検出電極３５の構成は、上記一実施形態に限定されない。
具体的には、一実施形態では、Ｘ電極３７及びＹ電極３６とは別に、検出電極３５が設けられていたが、Ｘ電極３７に電圧を印加するときには、Ｙ電極を３６を検出電極として機能させ、Ｙ電極３６に電圧を印加するときには、Ｘ電極３７を検出電極として機能させてもよい。つまり、Ｘ電極３７及びＹ電極３６が駆動電極及び検出電極を兼ねていてもよい。
また、駆動電極３４及び検出電極３５の数、形状、長さ及び位置も、上記一実施形態に限定されない。
更に、駆動電極３４及び検出電極３５は、１つのフィルム基板３０に形成されていたが、２つ以上のフィルム基板に別々に形成されていてもよい。
【００５８】
上述した一実施形態では、変化量ΔＶｘ（ｘｅ）のみを求めて物体の接触を判定したが、変化量ΔＶｙ（ｙｅ）も求めて、より高精度な判定を行うようにしてもよい。
【００５９】
上記した一実施形態では、タッチパッド入力装置１０が、車両のナビゲーション装置、空調装置、及び、オーディオ装置等の操作に供されているが、タッチパッド入力装置１０は、車載される機器以外の機器のための入力装置にも適用可能である。例えば、タッチパッド入力装置１０は、パーソナルコンピュータ、自動販売機、現金自動預払機（ＡＴＭ）、携帯用機器、又は、テレビジョン受像機を遠隔操作可能なリモートコントローラ等の機器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 静電容量式タッチパッド入力装置
１４ パネル部材
１５ ハウジング
１６ 文字（発光部）
１７ 黒色塗装
１８ 周壁
２４ 係合孔（係合部）
３０ フィルム基板（電極基板）
３２ フィルム基板の開口部
３３ リード
３４ 駆動電極
３５ 検出電極
３６ Ｙ電極
３７ Ｘ電極
４０ ホルダ
４１ ステージ
４２ ステージの開口部
５０ 第１のプリント基板
５１ ＬＥＤ（発光素子）
６０ 第２のプリント基板（制御基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側を操作面とするパネル部材と、
前記パネル部材の裏側に敷設され、入力信号が印加される駆動電極と、
前記パネル部材の裏側に前記駆動電極と静電的に結合可能なように敷設され、前記入力信号に基づいて、前記駆動電極との間の静電容量に対応する出力信号を出力する検出電極と、
前記入力信号及び前記出力信号に基づき、前記操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、前記検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して前記操作面上の前記検出物体の有無を判定する制御手段とを備える静電容量式タッチパッド入力装置であって、
前記閾値は座標毎に割り当てられ、
前記閾値のうち、前記駆動電極及び前記検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、前記敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さい
ことを特徴とする静電容量式タッチパッド入力装置。
【請求項２】
前記駆動電極及び前記検出電極が敷設される少なくとも１つの電極基板と、
前記電極基板に対し前記パネル部材とは反対側に配設され、前記電極基板を通して前記パネル部材に向かって光を照射する発光体とを更に備え、
前記駆動電極及び前記検出電極は、前記発光体が発する光の光路を避けるように敷設され、
前記閾値のうち前記光路に相当する座標に割り当てられる閾値は、前記光路に相当しない座標に割り当てられる閾値よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチパッド入力装置。
【請求項３】
前記閾値のうち前記操作面の周縁部の座標に割り当てられる閾値は、前記操作面の中央部の座標に割り当てられる閾値よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量式タッチパッド入力装置。
【請求項１】
表側を操作面とするパネル部材と、
前記パネル部材の裏側に敷設され、入力信号が印加される駆動電極と、
前記パネル部材の裏側に前記駆動電極と静電的に結合可能なように敷設され、前記入力信号に基づいて、前記駆動電極との間の静電容量に対応する出力信号を出力する検出電極と、
前記入力信号及び前記出力信号に基づき、前記操作面上に検出物体が存在すると推定される座標を算出するとともに前記座標における静電容量の変化量に対応する検出値を算出し、前記検出値を前記座標に割り当てられた閾値と比較して前記操作面上の前記検出物体の有無を判定する制御手段とを備える静電容量式タッチパッド入力装置であって、
前記閾値は座標毎に割り当てられ、
前記閾値のうち、前記駆動電極及び前記検出電極のうち少なくとも一方の敷設密度が小さい領域の座標に割り当てられる閾値は、前記敷設密度が大きい領域の座標に割り当てられる閾値に比べて小さい
ことを特徴とする静電容量式タッチパッド入力装置。
【請求項２】
前記駆動電極及び前記検出電極が敷設される少なくとも１つの電極基板と、
前記電極基板に対し前記パネル部材とは反対側に配設され、前記電極基板を通して前記パネル部材に向かって光を照射する発光体とを更に備え、
前記駆動電極及び前記検出電極は、前記発光体が発する光の光路を避けるように敷設され、
前記閾値のうち前記光路に相当する座標に割り当てられる閾値は、前記光路に相当しない座標に割り当てられる閾値よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式タッチパッド入力装置。
【請求項３】
前記閾値のうち前記操作面の周縁部の座標に割り当てられる閾値は、前記操作面の中央部の座標に割り当てられる閾値よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量式タッチパッド入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１０３０２２（Ｐ２０１１−１０３０２２Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５６９３３（Ｐ２００９−２５６９３３）
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]