JP5976561B2

JP5976561B2 - 操作装置

Info

Publication number: JP5976561B2
Application number: JP2013019363A
Authority: JP
Inventors: 英明早川
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2033-02-04
Also published as: JP2014149775A

Description

本発明は、操作装置に関する。

従来の技術として、入力操作を行うためのタッチパネルと、タッチパネルの近くに配置された操作者の掌を載せるためのパームレストと、を備えた入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この入力装置は、パームレストに掌を載せた状態でタッチパネルの操作ができるので、安定した操作が可能となる。

特開２００３−２８０８１４号公報

しかし、従来の入力装置は、パームレストに掌を載せた状態で操作が行われるので、タッチパネル上を直線的に操作したつもりが、パームレストに載せられた掌が回転中心となって指の軌跡が円弧となり、表示画面に表示されたカーソル等の動きが意図した動きと異なって操作感が低下する可能性がある。

従って、本発明の目的は、操作感を向上させることができる操作装置を提供することにある。

本発明の一態様は、操作がなされる操作面を備え、操作面は、操作面を面対称となるように分ける対称面に直交する断面における操作面が作る第１の曲線と、操作面と対称面とが交わって形成される第２の曲線と、の交点における第１の曲線の曲率が、第２の曲線上の第１の点から第２の点に移動するに従って単調に変化する操作装置を提供する。

本発明によれば、操作感を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の斜視図であり、（ｂ）は、操作装置を第２の端部側から見た概略図であり、（ｃ）は、操作装置の上面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の図１（ｃ）に示すII（ａ）-II（ａ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｂ）は、操作装置の図１（ｃ）に示すII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、操作装置の図１（ｃ）に示すII（ｃ）-II（ｃ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｄ）は、第１の軌跡と第２の軌跡の差について説明するためのII（ｄ）-II（ｄ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｅ）は、操作装置のブロック図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る操作装置は、操作がなされる操作面を備え、操作面は、操作面を面対称となるように分ける対称面に直交する断面における操作面が作る第１の曲線と、操作面と対称面とが交わって形成される第２の曲線と、の交点における第１の曲線の曲率が、第２の曲線上の第１の点から第２の点に移動するに従って単調に変化するように概略構成されている。

[実施の形態]
（操作装置１の構成）
図１（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の斜視図であり、（ｂ）は、操作装置を第２の端部側から見た概略図であり、（ｃ）は、操作装置の上面図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る操作装置の図１（ｃ）に示すII（ａ）-II（ａ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｂ）は、操作装置の図１（ｃ）に示すII（ｂ）-II（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｃ）は、操作装置の図１（ｃ）に示すII（ｃ）-II（ｃ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｄ）は、第１の軌跡と第２の軌跡の差について説明するためのII（ｄ）-II（ｄ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、（ｅ）は、操作装置のブロック図である。なお、実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

この操作装置１は、一例として、車両の運転席と助手席との間に延びるフロアコンソールに配置されている。この操作装置１は、例えば、指による操作により、電子機器に表示されたカーソルの移動、表示されたアイコンのドラッグ、ドロップ等の指示を行うことができるように構成されている。この操作装置１は、例えば、導電性を有するペン等で操作が可能であるが、本実施の形態では、指による操作について説明する。

なお、以下において、特に断らない限り、操作装置１に関して用いる左右とは、図１（ａ）に示すように、操作装置１を操作する操作者から見た左右であり、上とは、車両の天井側であり、下とは、車両の床側であるものとする。

操作装置１は、例えば、操作面１０に指が接触又は検出されるほど接近することによる、後述するセンサ電極と指との距離に反比例した電流の変化を検出する静電容量方式のタッチセンサである。本実施の形態では、操作面１０に対する指の接触を検出するものとする。

また、操作装置１は、例えば、図２（ａ）に示すように、検出部１２と、制御部１６と、を備えて概略構成されている。また、操作装置１が配置されるフロアコンソールには、図１（ｃ）に示すように、操作者の手が置かれるパームレスト５が配置されている。

（操作面１０の構成）
この操作装置１は、図１（ａ）に示すように、操作がなされる操作面１０を備え、操作面１０は、操作面１０を面対称となるように分ける対称面１１に直交する断面における操作面１０が作る第１の曲線１００と、操作面１０と対称面１１とが交わって形成される第２の曲線１１０と、の交点１００ａにおける第１の曲線１００の曲率が、第２の曲線１１０上の第１の点１０１ａから第２の点１０２ａに移動するに従って単調に変化するように概略構成されている。

ここで、上述の対称面１１は、次のように定義される。図１（ａ）に示す操作面１０上の点Ａからある平面に垂線をおろし、この垂線と当該平面との交点を点Ｈとし、この垂線を点Ｈを超えて延長して操作面１０と交わる点を点Ｂとした際に、線分ＡＨと線分ＢＨとが等しい場合、点Ａと点Ｂは、当該平面に関して面対称であると定義される。従って、この当該平面が対称面１１に相当する。

つまり、操作面１０は、図１（ｂ）の紙面左側の操作面１０上の第１の曲線１００を、対称面１１を境に折り返した場合、図１（ｂ）の紙面右側の操作面１０上の第１の曲線１００と一致するような形状を有している。

また、上述の第１の曲線１００は、対称面１１に直交する任意の断面における操作面１０の作る曲線を示している。つまり、第１の曲線１００は、一例として、図２（ａ）〜（ｃ）に示す断面における操作面１０の作る曲線１０５〜曲線１０７に相当する。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、曲線１０７は、曲線１０５及び曲線１０６と比べて直線に近くなっている。言い換えるなら、操作装置１の左右方向で切断した断面は、図２（ａ）〜（ｃ）の断面で示すように、徐々に断面の形状が変化する徐変断面である。

従って、第１の曲線１００は、例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、操作者側の操作面１０の端部である第１の端部１０１の第１の点１０１ａから操作者から最も離れた端部である第２の端部１０２の第２の点１０２ａに向かって、第１の曲線１００の曲率が大きくなっている。つまり、操作面１０は、操作者から離れるに従って曲率が単調に増加するように構成されている。図１（ａ）に示す仮想曲面３は、操作者から離れるに従って曲率が単調に増加し、さらに、操作面１０を含む曲面を示している。この仮想曲面３は、図１（ａ）に示すように、操作者の手の回転中心４の近傍が平坦であり、操作者から離れるに従って下側に凹形状が形成され、この凹形状の曲率が増加する形状を有している。

上述の曲率は、第１の曲線１００と第２の曲線１１０との交点１００ａにおける曲率を示している。本実施の形態では、第１の曲線１００上の任意の点における曲率は、当該交点１００ａの曲率と実質的に等しいが、これに限定されない。例えば、操作面１０は、操作装置１の左側及び右側の端部（後述する左端部１０３及び右端部１０４）の近傍で曲率が変化しても良い。これは、後述するように、操作面１０の左側及び右側では、仮想平面２における操作の軌跡（後述する第１の軌跡２１）と、仮想曲面３における操作の軌跡（後述する第２の軌跡３１）と、のずれが小さいので、より後述する電極基板１３に操作面１０を近づけるように操作装置１が構成されても良いからである。

なお、上述の仮想平面２は、操作面１０が平坦な場合の平面を表している。また、上述の回転中心４は、操作者の手がパームレスト５に載せられ、かつ、パームレスト５の左右方向に手が移動しない状態で、図１（ｃ）の紙面の左右方向に操作を行った際の回転の中心を示している。この回転中心４は、一例として、仮想平面２上に位置するものとしている。

上述の第２の曲線１１０は、図１（ａ）に示すように、操作面１０と対称面１１とが交わって形成され、本実施の形態では直線となっている。

また、操作面１０は、図１（ａ）に示すように、操作者から離れるに従って下方向に傾斜している。つまり、操作面１０は、操作者から離れるに従って仮想平面２から離れるように下方向に傾斜している。操作面１０が傾斜しているので、操作者は、指による自然な操作が可能となる。

（検出部１２の構成）
検出部１２は、図２（ｅ）に示すように、複数のセンサ電極１３０と、駆動部１４と、読出部１５と、を備えて概略構成されている。

センサ電極１３０は、導電性を有する導電材料を用いて線状に形成されている。このセンサ電極１３０は、例えば、操作面１０の下方に格子状に配置されている。このセンサ電極１３０は、一例として、図２（ａ）〜（ｃ）に示すフィルム状の電極基板１３に形成されている。

本実施の形態では、図１（ｃ）の紙面の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とし、図１（ｃ）の紙面において操作面１０の左上を原点としている。センサ電極１３０は、このＸ軸及びＹ軸に沿って格子状に並んでいる。本実施の形態では、センサ電極１３０は、一例として、Ｘ軸とＹ軸とで、５つのセンサ電極が並べられているが、これに限定されず、用途に応じて任意である。

駆動部１４は、例えば、図２（ｅ）に示すように、Ｙ軸に平行に等間隔で並べられたＸ_１〜Ｘ_５のセンサ電極１３０が電気的に接続されている。このＸ_１〜Ｘ_５のセンサ電極１３０は、例えば、Ｘ軸の目盛に対応して並べられている。

また、読出部１５は、例えば、Ｘ軸に平行に等間隔で並べられたＹ_１〜Ｙ_５のセンサ電極１３０が電気的に接続されている。全てのセンサ電極１３０は、それぞれが電気的に絶縁されている。このＹ_１〜Ｙ_５のセンサ電極１３０は、例えば、Ｙ軸の目盛に対応して並べられている。

駆動部１４は、一例として、Ｘ_１のセンサ電極１３０からＸ_５のセンサ電極１３０の順番で、後述するクロック信号に基づいて、制御部１６から供給された駆動信号を出力するように構成されている。また、読出部１５は、一例として、Ｙ_１のセンサ電極１３０からＹ_５のセンサ電極１３０の順番で、静電容量を読み出して読出情報として制御部１６に出力するように構成されている。

（制御部１６の構成）
制御部１６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、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等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１６が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果等を格納する記憶領域として用いられる。また制御部１６は、その内部にクロック信号を生成するクロック信号生成部１６０を有し、このクロック信号に基づいて動作を行う。

制御部１６は、例えば、クロック信号に基づいて駆動信号を出力することで駆動部１４を制御すると共に、読出部１５から所得した読出情報に基づいて操作情報を生成し、操作装置１が電気的に接続された電子機器に出力するように構成されている。

（操作性について）
操作面が仮想平面２の平面内にある場合、例えば、操作者が仮想平面２の左から右へと指を移動させると、指の軌跡は、図１（ｃ）に一点鎖線で示す円弧である第１の軌跡２１に近いものになる。操作者は、左右方向に直線的に操作を行ったつもりであっても指の軌跡が円弧となり、この円弧である第１の軌跡２１を、検出部１２が検出するので、操作者の意図しない操作が電子機器により実行される可能性があり操作性が良くない。

つまり、操作者は、例えば、操作面上を直線的に操作したつもりが、パームレストに載せられた手が回転中心となって指の軌跡が円弧となり、表示画面に表示されたカーソル等の動きが意図した動きと異なって操作感が低下する可能性がある。

従って、操作者がパームレスト５に手を置いた状態で左右方向の操作を行った際、指の軌跡が図１（ｃ）に示す二点鎖線の直線である第２の軌跡３１に近いことが好ましい。この第２の軌跡３１は、操作面１０上の軌跡を仮想平面２に投影したものである。つまり、操作者が、左右に直線的な操作を行った場合、指の軌跡が第２の軌跡３１に近づくことで、座標変換等の複雑な計算を行うことなく、操作者の意図に応じたカーソル等の移動が実行される。よって、操作面１０は、仮想平面２において円弧となる操作の軌跡が、操作面１０を上から見た際にほぼ直線の軌跡となるような形状を有することが好ましい。

操作装置１を上から見た場合の図１（ｃ）における第１の軌跡２１と第２の軌跡３１との差は、仮想平面２の中心線２０における差が最大となるので、この差が小さくなるような操作面１０の形状であることが好ましい。この中心線２０は、第２の曲線１１０を仮想平面２に投影した線である。この差ｄｒ_１は、回転中心４から指までの距離をｒ、左端部１０３に指がある際の回転中心４から左端部１０３までの距離ｒと仮想平面２の中心線２０との角度をθ_１とすると、以下の式（１）で表すことができる。
ｄｒ_１＝ｒ（１−ｃｏｓθ_１）・・・（１）
ただし定義域は、０≦θ_１≦π／２である。

一方、操作者の指は、図２（ｄ）に示すように、仮想平面２の中心線２０上では接点２２であるが、操作面１０が操作者に離れるに従って傾斜しているので、下方向に回転中心４を中心として回転することとなる。つまり、操作者の指は、図２（ｄ）に示す円弧６と操作面１０との交点であり、第２の曲線１１０上の点でもある接点３２において操作面１０と接触する。この円弧６は、回転中心４を中心とした半径ｒの円の一部である。この接点３２を仮想平面２に投影した点と仮想平面２上の接点３２との差ｄｒ_２は、以下の式（２）により表すことができる。
ｄｒ_２＝ｒ（１−ｃｏｓθ_２）・・・（２）
ただし定義域は、０≦θ_１≦π／２である。

この差ｄｒ_１と差ｄｒ_２との差（＝ｄｒ_１−ｄｒ_２）は、以下の式（３）を満たすことが好ましい。
０≦ｄｒ_１−ｄｒ_２＝ｒ（ｃｏｓθ_２−ｃｏｓθ_１）＜ε・・・（３）
この式（３）は、差（＝ｄｒ_１−ｄｒ_２）が、ある値ε（≧０）より小さいことを示している。この値εは、小さいことが好ましい。また、少なくとも（ｃｏｓθ_２−ｃｏｓθ_１）がゼロ以上である必要がある。よって、距離ｒは、ゼロではない正の数であり、ｃｏｓθ_２及びｃｏｓθ_１は０以上１以下の値を取るので、式（３）から次の式（４）及び式（５）が得られる。
ｃｏｓθ_２≧ｃｏｓθ_１・・・（４）
θ_２≧θ_１・・・（５）
つまり、式（５）を満たす場合、差（＝ｄｒ_１−ｄｒ_２）が小さくなり、操作者が回転中心４を中心として指を左右方向に移動させた第１の軌跡２１が、操作面１０上では第２の軌跡３１に近いものとなる。特に、角度θ_１と角度θ_２が等しい場合は、値εがゼロとなり、操作面１０上の接点３２が、仮想平面２上の接点２２と一致する。

従って、操作面１０は、一例として、頻繁に操作が行われる領域や操作面１０の中央近傍で式（５）を満たすような形状とすることで、操作感を向上させることが可能となる。

一方、仮想平面２の中心線２０から左右にずれた場所では、角度θ_１が小さくなると共に、角度θ_２もまた小さくなる。つまり、角度θ_１は、中心線２０上にあった接点２２が、左端部１０３又は右端部１０４に近づくにつれて小さくなる。同様に、操作面１０の接点３２は、左端部１０３又は右端部１０４に近づくにつれて仮想平面２に近くなる、すなわち、角度θ_２が小さくなる。また、角度θ_１は、指が左端部１０３又は右端部１０４に位置する場合にゼロとなり、指が中心線２０上に位置する場合に最大となる。角度θ２は、指が左端部１０３及び右端部に位置する場合にゼロに近くなり、指が中心線２０上に位置する場合に最大となる。よって、角度θ_１及び角度θ_２は、単調に変化すると共に式（５）が上述の定義域の範囲で満たされることから、指の軌跡が第２の軌跡３１に近くなる。

また、操作面１０の第１の曲線１００と第２の曲線１１０との交点１００ａにおける曲率が、第２の曲線１１０上の第１の点１０１ａから第２の点１０２ａまで一定である場合、操作者に近づいても曲率が変わらないので、左右方向の操作がし難い問題がある。つまり、操作者は、パームレスト５に手が置かれていることから指を縮めて操作するので、操作面１０の左端部１０３及び右端部１０４が壁のようになり、操作がし難い。しかし、本実施の形態では、操作者に近づくにつれて、曲率が減少して平面に近くなるので、違和感の少ない操作を行うことが可能となる。

以下に、本実施の形態に係る操作装置１の動作について説明する。

（動作）
操作装置１の制御部１６は、電源が投入されると、クロック信号生成部１６０が生成したクロック信号に基づいて駆動信号を生成し、検出部１２の駆動部１４に出力する。

駆動部１４は、取得した駆動信号に基づいてＸ_１〜Ｘ_５のセンサ電極１３０を順番に駆動する。読出部１５は、Ｘ_１〜Ｘ_５のセンサ電極１３０ごとに、Ｙ_１〜Ｙ_５のセンサ電極１３０の静電容量を順番に読み出し、１周期の読み出しが終了すると、読出情報を生成して制御部１６に出力する。

制御部１６は、取得した読出情報に基づいて操作情報を生成し、接続された電子機器に出力する。これらの動作は、操作装置１を動作させるための電圧が供給されている間、クロック信号に基づいて周期的に行われる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る操作装置１は、操作感を向上させることができる。具体的には、操作装置１は、操作者が操作面１０の左右方向に指を移動させた際に円弧となる軌跡を、操作面１０を操作者側から離れるにつれて曲率が大きくなる曲面形状とすることで直線的な軌跡に換えるので、操作面が平面である場合と比べて、無理にパームレスト５上を左右方向に移動することなく安定した違和感の少ない操作を行うことができ、操作性が向上する。

操作装置１は、円弧となる軌跡を計算によって直線に変換する複雑な計算を必要としないので、円弧を直線に変換する計算が必要な場合、つまり座標変換を計算で行う場合と比べて、計算能力が低い制御部１６を使用することが可能となり、製造コストが低減される。

操作装置１は、操作面１０が操作者側から離れるにつれて下がるように傾斜しているので、パームレスト５に置いた手による操作が容易で操作性が高い。

操作装置１は、センサ電極１３０を操作面１０に沿って貼り付ける必要がないので、曲面にセンサ電極を貼り付ける場合と比べて、組み付けが容易であり、工程数が少なくなって製造コストが低減される。

操作装置１は、センサ電極１３０を操作者の指が描く円弧、つまり第１の軌跡２１に沿うような配置を行わずに、格子状に配置することができるので、計算により座標を変換する必要がなく、また、センサ電極１３０が形成された電極基板１３の組み付けが容易であるので、製造コストが低減される。

なお変形例として、上述の実施の形態における操作面１０は、凹形状を有する曲面であったが、凸形状を有する曲面であっても良い。

以上、本発明のいくつか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、変更等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ともに、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。

１…操作装置
２…仮想平面
３…仮想曲面
４…回転中心
５…パームレスト
６…円弧
１０…操作面
１１…対称面
１２…検出部
１３…電極基板
１４…駆動部
１５…読出部
１６…制御部
２０…中心線
２１…第１の軌跡
２２…接点
３１…第２の軌跡
３２…接点
１００…第１の曲線
１００ａ…交点
１０１…第１の端部
１０１ａ…第１の点
１０２…第２の端部
１０２ａ…第２の点
１０３…左端部
１０４…右端部
１０５〜１０７…曲線
１１０…第２の曲線
１３０…センサ電極
１６０…クロック信号生成部

Claims

操作がなされる操作面を備え、
前記操作面は、前記操作面を面対称となるように分ける対称面に直交する断面における前記操作面が作る第１の曲線と、前記操作面と前記対称面とが交わって形成される第２の曲線と、の交点における前記第１の曲線の曲率が、前記第２の曲線上の第１の点から第２の点に移動するに従って単調に変化する操作装置。
前記操作面は、操作者から離れるに従って前記曲率が単調に増加する、
請求項１に記載の操作装置。
前記操作面は、操作者から離れるに従って下方向に傾斜する、
請求項２に記載の操作装置。