DE102010045194A1 - Capacitive touchpad input device and device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung, die Folgendes aufweist: Ein Detektionssubstrat (40) mit einer Treiberelektrode (46) und einer Detektionselektrode (44), wobei eine Seite des Detektionssubstrats (40) einen Detektionsbereich bildet; ein Schaltungssubstrat (80) mit einer Leuchteinrichtung (90), die Licht in Richtung auf das Detektionssubstrat (40) abstrahlt, wobei das Schaltungssubstrat (80) auf einer Seite entgegengesetzt von der Seite des Detektionsbereichs des Detektionung (98) zum Feststellen einer Annäherung eines Objekts an das Detektionssubstrat unter Nutzung einer Kapazitätsänderung zwischen der Treiberelektrode (46) und der Detektionselektrode (44). Das Detektionssubstrat (40) weist eine ausgesparte Öffnung (48) an einer Stelle auf, die einem Lichtweg für Licht entspricht, das von der Leuchteinrichtung (90) abgestrahlt wird, wobei die Treiberelektrode und die Detektionselektrode unter Umgehung der ausgesparten Öffnung angeordnet sind. Eine Metallplatte mit einer Durchgangsöffnung an einer dem Lichtweg entsprechenden Stelle ist zwischen dem Detektionssubstrat (40) und dem Schaltungssubstrat (80) angeordnet.Disclosed is a capacitive touch pad input device comprising: a detection substrate (40) having a driver electrode (46) and a detection electrode (44), one side of the detection substrate (40) forming a detection area; a circuit substrate (80) having a lighting device (90) that emits light toward the detection substrate (40), the circuit substrate (80) on a side opposite to the detection area side of the detection (98) for detecting an approach of an object to the detection substrate using a change in capacitance between the drive electrode (46) and the detection electrode (44). The detection substrate (40) has a recessed opening (48) at a location that corresponds to a light path for light emitted by the lighting device (90), the driver electrode and the detection electrode being arranged bypassing the recessed opening. A metal plate with a through hole at a position corresponding to the light path is arranged between the detection substrate (40) and the circuit substrate (80).
Description
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung, die eine von einem Objekt berührte Position feststellen kann, sowie auf ein mit einer solchen Vorrichtung ausgestattetes Gerät.The present invention relates to a capacitive touch panel input device capable of detecting a position touched by an object and to a device equipped with such a device.
Eine solche Tastfeld-Eingabevorrichtung besitzt ein Schichtsubstrat aus Harz, das an der Rückseite einer Berührungsfläche vorgesehen ist. Auf dem Schichtsubstrat sind Treiberelektroden und eine Detektionselektrode nebeneinander angeordnet, und diese Elektroden sind mit einer gedruckten Schaltungsplatte elektrisch verbunden.Such a touch panel input device has a resinous layer substrate provided at the back of a touch surface. On the layer substrate, drive electrodes and a detection electrode are juxtaposed, and these electrodes are electrically connected to a printed circuit board.
Wenn ein Objekt (beispielsweise ein dielektrisches Medium, wie ein Finger) die Berührungsfläche berührt, ändert sich die Kapazität zwischen den Treiberelektroden und der Detektionselektrode, und man erhält von der Detektionselektrode eine Detektionsspannung in Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung. Als Ergebnis hiervon identifiziert die Steuerung des Schaltungssubstrats die berührte Position, und diese erzielte Information wird zum Ausführen einer vorbestimmten Verarbeitung verwendet (siehe z. B. ungeprüfte
Obwohl es in der ungeprüften
Zum effizienten Führen des Lichts eines Leuchtelements zu dem Schichtsubstrat ist es bevorzugt, dass ausgeschnittene Öffnungen in dem Schichtsubstrat gebildet sind und die Treiberelektroden und die Detektionselektrode unter Umgehung dieser ausgeschnittenen Öffnungen angeordnet sind.For efficiently guiding the light of a luminous element to the layered substrate, it is preferable that cut-out openings are formed in the layered substrate and the drive electrodes and the detection electrode are disposed bypassing these cut-out openings.
Da jedoch keine Treiberelektroden oder Detektionselektroden an den ausgeschnittenen Öffnungen entsprechenden Stellen vorhanden sind, ist die Elektrodendichte gering, wobei dies zu einer niedrigen Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt. Andererseits ist die Elektrodendichte an die ausgeschnittenen Öffnungen umgebenden Stellen hoch, wobei dies zu einer hohen Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt. Dies führt zu Schwankungen in der Objekt-Detektionsempfindlichkeit in einem Detektionsbereich, die von gering bis hoch reichen.However, since there are no drive electrodes or detection electrodes at positions corresponding to the cut-out openings, the electrode density is low, resulting in a low object detection sensitivity. On the other hand, the electrode density at the sites surrounding the cut-out openings is high, resulting in high object detection sensitivity. This results in variations in the object detection sensitivity in a detection range ranging from low to high.
In Anbetracht des Vorstehenden schafft die vorliegenden Erfindung eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung, die das vorstehend geschilderte Problem löst und eine gemittelte Objekt-Detektionsempfindlichkeit in einem Detektionsbereich realisiert, wobei die Erfindung ferner einen mit dieser Vorrichtung ausgestattetes Gerät schafft.In view of the foregoing, the present invention provides a capacitive touch panel input device which solves the above-described problem and realizes an average object detection sensitivity in a detection area, the invention further provides an apparatus equipped with this apparatus.
Gemäß einem Gesichtspunkt weist eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes auf: Ein Detektionssubstrat, auf dem Treiberelektroden und eine Detektionselektrode nebeneinander angeordnet sind, wobei es sich bei der einen Seite des Detektionssubstrats um einen Detektionsbereich handelt; ein Schaltungssubstrat, auf dem ein Leuchtelement bzw. eine Leuchteinrichtung angebracht ist, die Licht in Richtung auf das Detektionssubstrat abstrahlt, wobei das Schaltungssubstrat auf einer Seite entgegengesetzt von der Seite des Detektionsbereichs des Detektionssubstrats angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung zum Feststellen einer Annäherung eines Objekts an das Detektionssubstrat auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen den Treiberelektroden und der Detektionselektrode. Das Detektionssubstrat weist eine ausgeschnittene bzw. ausgesparte Öffnung an einer Stelle auf, die einem Lichtweg für das von der Leuchteinrichtung abgestrahlte Licht entspricht, und die Treiberelektroden und die Detektionselektrode sind in die ausgesparte Öffnung umgehenderweise angeordnet.According to one aspect, a capacitive touch panel input device according to the present invention comprises: a detection substrate on which drive electrodes and a detection electrode are juxtaposed, wherein the one side of the detection substrate is a detection area; a circuit substrate on which is mounted a light emitting device emitting light toward the detection substrate, the circuit substrate being disposed on a side opposite to the detection area side of the detection substrate; and control means for detecting an approach of an object to the detection substrate on the basis of a capacitance change between the drive electrodes and the detection electrode. The detection substrate has a cut-out opening at a position corresponding to an optical path for the light emitted from the lighting device, and the drive electrodes and the detection electrode are disposed in the recessed opening.
Eine Metallplatte ist zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat angeordnet, wobei die Metallplatte eine Durchgangsöffnung an einer Stelle aufweist, die dem Lichtweg von der Leuchteinrichtung zu der ausgesparten Öffnung entspricht.A metal plate is disposed between the detection substrate and the circuit substrate, the metal plate having a through hole at a position corresponding to the light path from the light emitting device to the recessed opening.
Gemäß der Erfindung sind auf dem Detektionssubstrat Treiberelektroden und eine Detektionselektrode nebeneinander angeordnet, wobei die Steuereinrichtung die Annäherung eines Objekts an das Detektionssubstrat auf der Basis einer Kapazitätsänderung zwischen den Treiberelektroden und der Detektionselektrode feststellen kann.According to the invention, drive electrodes and a detection electrode are arranged side by side on the detection substrate, wherein the control means can detect the approach of an object to the detection substrate on the basis of a capacitance change between the drive electrodes and the detection electrode.
Auf dem Schaltungssubstrat ist eine Leuchteinrichtung angebracht, und das Detektionssubstrat weist eine ausgesparte Öffnung an einer Stelle auf, die einem Lichtweg für das von der Leuchteinrichtung abgestrahlte Licht entspricht, wobei die Treiberelektroden und die Detektionselektrode unter Umgehung der ausgesparten Öffnung angeordnet sind.On the circuit substrate, a lighting device is mounted, and the detection substrate has a recessed opening at a position corresponding to a light path for the light emitted from the lighting device, wherein the Driver electrodes and the detection electrode are disposed bypassing the recessed opening.
Dies erlaubt ein effizientes Führen des Lichts der Leuchteinrichtung in Richtung zu dem Detektionssubstrat, jedoch ist die Elektrodendichte an einer der ausgesparten Öffnung entsprechenden Stelle gering, was zu einer Reduzierung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt, während in dem umgebenden Bereich die Elektrodendichte hoch ist, was zu einer Erhöhung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit führt.This allows efficiently guiding the light of the lighting device toward the detection substrate, but the electrode density at a location corresponding to the recessed opening is small, resulting in a reduction of the object detection sensitivity, while in the surrounding area the electrode density is high, which is an increase in the object detection sensitivity leads.
Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine Metallplatte zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat angeordnet, und die Metallplatte weist eine Durchgangsöffnung an einer Stelle auf, die einem Lichtweg von der Leuchteinrichtung zu der ausgesparten Öffnung entspricht. In einem anderen Bereich als der der ausgesparten Öffnung entsprechenden Stelle kann, obwohl die Elektrodendichte dort hoch ist, die Objekt-Detektionsempfindlichkeit somit vermindert werden, da dieser Bereich mit der Metallplatte bedeckt ist. Andererseits wird an der der ausgesparten Öffnung entsprechenden Stelle die Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund der Durchgangsöffnung nicht vermindert, sondern bleibt wie sie ist. Als Ergebnis hiervon kann die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in dem Detektionsbereich gemittelt werden.However, in the present invention, a metal plate is interposed between the detection substrate and the circuit substrate, and the metal plate has a through hole at a position corresponding to a light path from the light emitting device to the recessed opening. In a location other than the recessed opening corresponding location, although the electrode density is high there, the object detection sensitivity can thus be reduced since this area is covered with the metal plate. On the other hand, at the position corresponding to the recessed opening, the object detection sensitivity due to the through hole is not decreased but remains as it is. As a result, the object detection sensitivity in the detection area can be averaged.
Außerdem hat die zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat angeordnete Metallplatte die Funktion einer Einrichtung zum Schutz gegen elektromagnetische Interferenz (EMI).In addition, the metal plate disposed between the detection substrate and the circuit substrate has the function of an electromagnetic interference (EMI) protection device.
Bei dieser Konfiguration der vorliegenden Erfindung kann das Schaltungssubstrat ein elektronisches Bauteil aufweisen, das zum Ansteuern der auf diesem angebrachten Treiberelektroden ausgebildet ist.In this configuration of the present invention, the circuit substrate may include an electronic component configured to drive the drive electrodes mounted thereon.
Diese Konfiguration hat den zusätzlichen Vorteil, dass selbst wenn das zum Ansteuern der Treiberelektroden ausgebildete elektronische Bauteil Funkstörstrahlung erzeugt, die zwischen dem Detektionssubstrat und dem Schaltungssubstrat vorgesehene Metallplatte unerwünschte Funkstörstrahlung oder dergleichen blockieren kann.This configuration has the added advantage that even if the electronic component formed to drive the drive electrodes generates radio frequency noise, the metal plate provided between the detection substrate and the circuit substrate can block unwanted radio noise or the like.
Bei den vorstehend beschriebenen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung kann ein Plattenelement das Detektionssubstrat in einer Anordnung auf seiner Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseite des Plattenelements eine Bedienungsfläche bildet, und ein elastisches Element, das Elastizität in Richtung seiner Dicke aufweist, kann zwischen dem Detektionssubstrat und der Metallplatte angeordnet sein. Das Detektionssubstrat kann dadurch in enge Berührung mit der rückwärtigen Oberfläche des Plattenelements gebracht sein, das die Metallplatte und das elastische Element in Richtung auf das Plattenelement gedrückt gehalten sind.In the above-described configurations of the present invention, a plate member may have the detection substrate in an arrangement on its rear side, the front side of the plate member forming an operation surface, and an elastic member having elasticity in the direction of its thickness may be interposed between the detection substrate and the metal plate be arranged. The detection substrate may thereby be brought into close contact with the rear surface of the plate member, which is kept pressed the metal plate and the elastic member in the direction of the plate member.
Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration bestehen darin, dass das Plattenelement, das Detektionssubstrat, das elastische Element und die Metallplatte in dieser Reihenfolge angeordnet sind und das elastische Element die Distanz zwischen dem Plattenelement und dem Detektionssubstrat sowie die Distanz zwischen dem Detektionssubstrat und der Metallplatte vorgibt.Another feature and another advantage of this configuration is that the plate member, the detection substrate, the elastic member and the metal plate are arranged in this order, and the elastic member the distance between the plate member and the detection substrate and the distance between the detection substrate and the Metal plate pretends.
Genauer gesagt ist die Distanz zwischen dem Plattenelement und dem Detektionssubstrat klein und konstant vorgesehen, so dass sich keine Luftschicht zwischen dem Plattenelement und dem Detektionssubstrat bilden kann. Dies verhindert die Entstehung von Schwankungen in der Ansprechempfindlichkeit aufgrund eines Raums in irgendeinem Teil zwischen dem Detektionssubstrat und dem Plattenelement.More specifically, the distance between the plate member and the detection substrate is small and constant, so that no air layer can form between the plate member and the detection substrate. This prevents the generation of variations in the responsiveness due to a space in any part between the detection substrate and the plate member.
Da das Detektionssubstrat und die Metallplatte derart angeordnet sind, dass sie durch die Dicke des elastischen Elements voneinander getrennt sind, kann eine übermäßige Reduzierung in der Objekt-Detektionsempfindlichkeit aufgrund der Metallplatte verhindert werden.Since the detection substrate and the metal plate are disposed so as to be separated from each other by the thickness of the elastic member, an excessive reduction in the object detection sensitivity due to the metal plate can be prevented.
Bei den vorstehend beschriebenen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung kann ein Halteelement zum Halten der Metallplatte und des Schaltungssubstrats zwischen der Metallplatte und dem Schaltungssubstrat vorgesehen sein. Die Metallplatte kann einen Verlängerungsbereich aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass er sich von einem Rand der Metallplatte weg erstreckt und in Richtung auf das Innere der Metallplatte umgebogen ist. Durch Befestigen des Schaltungssubstrats an dem Halteelement unter Verwendung einer Schraube in einem Zustand, in dem der Verlängerungsbereich sandwichartig zwischen dem Schaltungssubstrat und dem Halteelement angeordnet bzw. eingeklemmt ist, kann ein auf dem Schaltungssubstrat angeordnetes Erdungsmuster mit dem Verlängerungsbereich in Kontakt gebracht werden.In the above-described configurations of the present invention, a holding member for holding the metal plate and the circuit substrate between the metal plate and the circuit substrate may be provided. The metal plate may have an extension portion that is formed to extend away from an edge of the metal plate and bent toward the interior of the metal plate. By fixing the circuit substrate to the holding member using a screw in a state in which the extension portion is sandwiched between the circuit substrate and the holding member, a grounding pattern disposed on the circuit substrate can be brought into contact with the extension portion.
Ein weiteres Merkmal und ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration bestehen darin, dass durch Verbinden der Metallplatte mit dem Erdungsmuster des Schaltungssubstrats verschiedene Arten von Rauschen eliminiert werden können, so dass die Metallplatte als ausreichend wirksame Einrichtung für den EMI-Schutz fungieren kann. Indem das Schaltungssubstrat und das Halteelement unter Anordnung des Verlängerungsbereichs der Metallplatte zwischen diesen unter Verwendung einer Schraube aneinander befestigt sind, kann die Metallplatte in einfacher Weise mit dem Erdungsmuster verbunden werden, und außerdem ist die Orientierung der Metallplatte und des Detektionssubstrats stabilisiert.Another feature and advantage of this configuration is that by connecting the metal plate to the ground pattern of the circuit substrate, various types of noise can be eliminated, so that the metal plate can function as a sufficiently effective device for EMI protection. By fixing the circuit substrate and the holding member to each other by arranging the extension portion of the metal plate therebetween using a screw, the metal plate can be easily connected to the ground pattern In addition, the orientation of the metal plate and the detection substrate is stabilized.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt sieht die vorliegende Erfindung ein Gerät vor, das eine kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung beinhaltet, wie diese vorstehend beschrieben worden ist.In another aspect, the present invention provides an apparatus including a capacitive touch panel input device as described above.
Ein solches Gerät hat den weiteren Vorteil, dass die Objekt-Detektionsempfindlichkeit in dem Detektionssubstrat gemittelt werden kann und als Ergebnis hiervon die Zuverlässigkeit des Geräts verbessert ist, da sich bei einer Bedienungsperson des Geräts kein Grund zur Besorgnis einstellt.Such a device has the further advantage that the object detection sensitivity in the detection substrate can be averaged and, as a result, the reliability of the device is improved because there is no cause for concern for an operator of the device.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention and further developments of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings of exemplary embodiments. In the drawings show:
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
In dem Bereich des Fahrersitzes können an der Vorderseite des Armaturenbretts
Luftaustritte
Ein Monitor bzw. Bildschirm
Eine Mittelkonsole
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Tastfeldeinheit (kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung)
Die Tastfeldeinheit
Unter Bezugnahme auf
Unter Bezugnahme auf
Das Schichtsubstrat
Im Spezielleren weist das Schichtsubstrat
Beispielsweise sind eine Detektionselektrode
In
Der Verdrahtungsbereich
Die drei Bereiche der Detektionselektrode
Ähnlich zu den Treiberelektroden
Wie in
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch vertikale Treiberelektroden (nicht gezeigt), die in Vertikalrichtung des Detektionsbereichs
Unter erneuter Bezugnahme auf die
Die Abschirmplatte
Die Durchgangsöffnungen
Der Halter
Unter Bezugnahme auf
Auf der oberen Oberfläche
Im Spezielleren sind die LEDs
Auf diese Weise können die LEDs
Der sich von dem Detektionsbereich
Eine integrierte Schaltung (elektronisches Bauteil)
Wie unter Bezugnahme auf
Wenn eine Spannung an die Treiberelektroden
Wenn sich das Objekt in diesem Zustand einer der Treiberelektroden
Anschließend wird die Potentialänderung der Detektionselektrode
Die Steuerung
Obwohl das Schichtsubstrat
Im Spezielleren ist bei einer Tastfeldeinheit
Im Spezielleren sind die Buchstaben A bis F des Alphabets in die Vorderseite (
Ein Schichtsubstrat
Das Schichtsubstrat
Hierbei weist die Schwammmaterialplatte
Wenn die Abschirmplatte
Außerdem ist die Abschirmplatte
Genauer gesagt kann die Abschirmplatte
In dem L-förmigen Verlängerungsbereich
LEDs
In der gedruckten Schaltungsplatte
Durch Einschrauben der Schraube
Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind bei der Tastfeldeinheit
Ferner sind die LEDs
Das Licht von den LEDs
Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist jedoch die Abschirmplatte
Ferner hat die Abschirmplatte
Im Spezielleren kann selbst dann, wenn die integrierte Schaltung
Ferner sind bei der Tastfeldeinheit
Genauer gesagt ist die Distanz zwischen der Berührungsfläche
Da das Schichtsubstrat
Ferner können durch Verbinden der Abschirmplatte
Ferner kann bei der vorstehend beschriebenen Tastfeldeinheit
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und im Umfang der Ansprüche sind verschiedene Modifikationen möglich. Zum Beispiel können Konstruktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele teilweise weggelassen oder in einer beliebigen anderen Weise als der vorstehend beschriebenen kombiniert werden.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. For example, constructions of the embodiments described above may be partially omitted or combined in any manner other than those described above.
Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind zwar Fälle beschrieben worden, in denen die vorliegende Erfindung für die Realisierung beispielsweise der Betätigung eines Navigationsgeräts beschrieben worden sind, Jedoch kann die kapazitive Tastfeld-Eingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur bei in Fahrzeugen angebrachten Geräten verwendet werden, sondern auch bei solchen Vorrichtungen wie einem Personalcomputer (PC), einer Verkaufsmaschine, einem Bankautomaten, einem persönlichen Gerät sowie einer Fernsteuerung, die die Fernsteuerung eines Fernsehgeräts ermöglicht. Auch in diesen Fällen wird die Mittelung der Objekt-Detektionsempfindlichkeit in ähnlicher Weise realisiert, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.Although the foregoing embodiments have described cases in which the present invention has been described for realizing, for example, the operation of a navigation apparatus, the capacitive touch panel input apparatus according to the present invention can be used not only in on-vehicle devices, but also in such devices as a personal computer (PC), a vending machine, a cash machine, a personal device and a remote control that enables the remote control of a television. Also in these cases, the averaging of the object detection sensitivity is realized in a similar manner as described above.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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