JP2006523872A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

位置検出装置（８）であって、第１の基板、前記基板へ適用され、前記位置検出器の能動表面（１２、３４、３６、１５２）に沿って延び、位置検出装置（８）の第１の端子（１４）および第２の端子（１６）間に接続された第１のオーミック抵抗器（１０、１１０、２１０）、第１のオーミック抵抗器に異なった場所に接続され、第１のオーミック抵抗器から能動表面（１２、３４、３６、１５２）の内部へ延びて、第１の導体（２２、１２２、１２２’、１５４）の間で交互になっている複数の導体（２２、１２２、１２２’、１５４）を含み、導体要素の１つの第１の端が位置検出装置（８）の第３の端子（２６）へ接続される位置検出装置。本発明によれば、導体要素（２２、１２２、１２２’、１５４）は、装置（８）の能動表面（１２、３４、３６、１５２）を通って延びるオーミック抵抗器として構成され、前記導体要素（２２、１２２、１２２’、１５４）の第２の端は、位置検出装置（８）の第４の端子（３０）へ接続される。

Description

本発明は、一般的に、力が作用する位置、および適切な場合には、この力の強さを検出する装置に関する。

シートスイッチに基づいて、力が作用する位置を検出する装置を構成することは知られている。シートスイッチは２つの支持シートを含み、これらのシートは、スペーサを使用して或る距離で保持されている。スペーサは、２つの支持シートが向き合っているスイッチの能動領域を定める少なくとも１つの窪みを含む。この能動領域の内部に、少なくとも２つの電極が支持シート上に配列され、２つの支持シートが、スイッチ上に作用する力の効果によって一緒に押されたとき、電極間に電気接点が確立されるようになっている。

応用として、半導体材料の層が電極間に置かれ、スイッチが圧力感知の振る舞い、即ち、加えられた力に従って変化する抵抗を顕示するようにされる。力感知抵抗器として知られるそのようなスイッチの電気抵抗可変性は、これらのスイッチが圧力センサとして使用されることを可能にする。半導体材料の層は、層の圧縮または変形と共に変化する内部電気抵抗を有する材料を含むか、又は、或る表面抵抗を層に与える表面構造を有する材料を含み、層が電極の導電性表面に適用されたとき、局所圧力の効果によって、この導電性表面との接触点の数が増加する結果、表面抵抗は減少することができる。

ＸＹＺディジタル化タブレットを含む位置検出器、即ち、力の位置および強さの検出器は、このシート型圧力センサ技術を使用して提供された。これらのディジタル化タブレットは、力の作用点を決定するように線形電位差計として構成された圧力センサを使用する。このため、圧力センサの各々は、一つの支持体の上に置かれた線形抵抗器を含み、電位の傾きを作り出すように、この抵抗器の端子にわたって電圧が印加される。横に走る導線は、規則的間隔で前記線形抵抗器へ接続される。電位差計のカーソルは櫛形の導体によって形成され、櫛の歯は導線の間に延びる。導線を或る点で導体の歯と短絡させることによって、導体は、線形抵抗器上の導線の位置に従って線形に変化する電圧にさらされる。したがって、そのような圧力センサは、線形抵抗器方向に沿った力が作用している位置を決定することを可能にする。

これらの力センサの２つを重ねて、それぞれの線形抵抗器を、たとえば相互間で９０°の角度になるように配位することによって、力が表面上で作用しているＸ−Ｙ参照フレーム内の位置を識別する位置検出器が作り出される。そのようなキーパッドにおいて、２つの電位差力センサの各々は、３つの接続、即ち、線形抵抗器の２つの端子の各々への１つの接続、およびカーソルへの１つの接続を必要とする。その結果、そのようなキーパッドは、外側への比較的限定された数の接続、即ち６つの接続へ制限される。

ここで、位置検出器は、２つの単方向位置センサを重ねることによって構成されるので、これらの６つの端子は、２つの異なった基板上に置かれる。この事実は、特に、力検出器を、たとえば印刷回路へ接続するときに問題を起こす。これは、特殊コネクタを使用して、２つの基板上に置かれた端子の信頼できる接続を確保する必要があるからである。更に、そのようなセンサの製造は、２つの層が相互に関して正確に配置されように、アセンブリ中に厳密な公差を要求する。正確な配置のみによって、検出器の信頼できる接続が可能となるように端子が正確に配置されることが保証される。

本発明の目的
本発明の目的は、この欠点を有しない位置検出器を提供することである。

本発明の概略的説明
本発明によれば、この目的は、請求項１の位置検出装置によって達成される。この位置検出装置は、
第１の基板と、
前記基板へ適用され、前記位置検出器の能動表面に沿って延びる第１のオーミック抵抗器であって、前記位置検出装置の第１および第２の端子の間に接続された前記第１のオーミック抵抗器と、
第１のオーミック抵抗器上の離散点へ接続され、第１のオーミック抵抗器から能動表面内へ延びる複数の導体と、
前記能動表面内で、前記第１の導体の間で交互に配列された複数の導電性要素であって、前記導電性要素の第１の端が前記位置検出装置の第３の端子へ接続された導電性要素とを具備する。本発明によれば、前記導電性要素はオーミック抵抗器として構成され、このオーミック抵抗器は、装置の能動表面の上に延び、前記導電性要素の第２の端は、前記位置検出装置の第４の端子へ接続される。

本発明に従った位置検出装置において、平面の２つの方向に沿った位置を検出するために必要な導体および抵抗器は、ただ１つの基板の中へ組み込まれる。導体および抵抗器と対面して置かれる第２の基板は、活性化層のみを含まなければならない。この活性化層は、力が位置検出器の上に作用している点で、導体および導電性要素と局所的に接触するように設計される。

力が、第２の基板上で検出器の能動表面に作用するとき、活性化層は、導体／導電性要素構造体に対して局所的に押される。こうして、少なくとも１つの導体が活性化層を介して隣接導電性要素と接触する。

第１および第２の端子の間、即ち、第１のオーミック抵抗器の端子にわたって、電圧を印加することによって、この導電性要素は或る電圧にさらされる。この電圧は、オーミック抵抗器を横切って作り出された電位の傾き、したがってオーミック抵抗器によって定められる方向に沿って力が作用している位置に依存する。次に、この電圧は、第３および第４の端子上で測定されてよい。これらの端子は、好ましくは、この動作方法で一緒に接続される。

第２のステップにおいて、第３および第４の端子間に電圧が印加され、オーミック抵抗器の形態で構成された導電性要素を横切って電位の傾きが作り出される。したがって、力が作用する点で接触された導体は、或る電圧にさらされる。この電圧は、導電性要素によって定められた方向に沿って力が作用している位置に依存する。一方、この電圧は、第１および第２の端子上で測定される。

こうして、２つの反対方向で測定を交互に行うことによって、オーミック抵抗器の２つの方向によって定められる平面内で力が作用している位置を検出し、したがって力の作用点のＸ−Ｙ座標を決定することが容易に可能となる。したがって、関連する測定回路へ接続するためには４つの端子しか必要としない位置検出器を使用して、力の作用点の座標ＸおよびＹを決定することができる。結果として、位置検出器の接続はかなり単純化される。

更に、検出器を接続するために必要な検出器電気端子の全ては、ただ１つの基板上に置かれる。このことは、検出器の接続、特に印刷回路への接続をかなり容易にする。これは、標準の波形コネクタを使用して、位置検出器と関連測定回路との間で、信頼できる接触を確保できるようになるからである。

更に、全ての端子が単一の基板上に配列される事実は、位置検出器の生産コストを減少させる。これは、第２の基板が今や活性化層のみを含むので、積層による２つの基板のアセンブリ上の公差は、従来の位置検出器の場合よりも、はるかに厳密でなくなるためである。その結果、仕様に合わない製品の製造は、かなり減少する。様々な端子の配置上の公差は、ここでは様々な導体の適用方法にのみ依存する。この適用は、多くの場合、非常に良好に制御されたスクリーン印刷方法を使用して実行される。印刷精度、およびそれに関連した非常に厳密な公差は、様々な端子間の距離の縮小することを可能にし、その結果、より精密なスペースまたはピッチを有する、より小さなコネクタの使用を可能にする。

最後に、製造された検出器のテストは、全ての接触点が１つの同じ平面に存在する事実によって簡単になる。

本発明の１つの可能な実施形態において、第１の基板は、弾性支持シートを含む。この実施形態は、可撓性位置検出器を実現する。他の実施形態において、第１の基板は印刷配線板を含む。この後者の実施形態は、全ての端子が同じ基板上に置かれるという事実によってのみ可能にされる。したがって、たとえば触感データ入力装置として役立つ位置検出器の導体および抵抗器は、測定回路または動作回路の上に直接印刷することが可能である。したがって、検出器とその関連回路との以後の接続は、もはや必要でなくなる。

注意すべきは、使用できる広範囲の可撓性または剛性基板を別にして、本発明の位置検出器は、検出器の特定の使用にマッチした非常に多様な形状で製造することができる。したがって、能動表面は、たとえば、ほぼ円形、矩形、または他の形状を有することができる。

本発明の有利な実施形態において、前記導電性要素は、前記導体と同じ材料で作られる。導電性要素、導体、およびオーミック抵抗器は、たとえば炭素膜抵抗器として構成される。この場合、様々な要素の特定の抵抗は、様々な領域内のグラファイト印刷厚によって適合化される。こうして、非常に異なった電気特性を有する構造体を同じ材料で製造することができる。この実施形態は、位置検出器の製造で使用される材料を限定し、それによって必要な印刷ステップ数を最小にする利点を有する。

第１のステップにおいて、オーミック抵抗器が、たとえば印刷され、導体がオーミック抵抗器および導電性要素から延びる。印刷されるグラファイト層の厚さを変えることによって、様々な要素の抵抗が、このステップの間に適合化される。次に、第２のステップにおいて、導電性要素を端子へ接続する導体が導体を横切らなければならない点に、誘電材料が印刷される。最後に、様々な要素をそれぞれの端子へ接続する導体が、第３の印刷ステップで印刷される。たとえば、これらの導体は、印刷される銀の導体である。結果として、第１の基板の機能要素の全ては、３つのステップしか必要としない印刷プロセスで製造されることが可能である。

活性化層は、導体および導電性要素間の接触を可能にする単一の導電層を含んでよい。この場合、位置検出器の上に作用する力の強さは、決定されることができない。力の作用点および強さの双方を検出できるように、第２の基板は、好ましくは、前記第２の基板へ適用される抵抗性または半導体材料から作られる層を含む。この層は圧力を感知する。好ましくは弾性支持シートである前記第２の基板は、第１の基板の最上部に置かれ、抵抗性または半導体材料の前記層が能動表面内で前記導体および導電性要素と対面するようにされる。この場合、導体と導電性要素との間の抵抗は、活性化層が導体へ押し付けられた強さに依存する。したがって、この抵抗を測定することによって、加えられた力の強さを決定することができる。

注意すべきは、本発明の位置検出器が、全ての種類の入力装置、たとえばキーパッド、タッチパッド、またはジョイスティック機能を生成するために使用できることである。本発明の１つの有利な実施形態において、位置検出器は、可撓性圧力分散層を含む。この圧力分散層は前記第２の基板へ適用される。そのような可撓性の層、たとえばゴム層は、指先ほどの小さな面積を有する表面上にジョイスティック機能を実現することを可能にする。

注意すべきは、抵抗性および導電性の層は、透明な材料を含んでよいことである。同様に、活性化層は、透明材料から製造されてよい。この場合、本発明の検出器は、タッチスクリーンでの使用に非常に適している。
図面の助けを借りた詳細な説明
本発明の他の特徴および特性は、添付の図面を参照して、以下で例証として提示される有利な実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、位置検出器８の第１の基板上の導体の配列の図を示す。位置検出器の能動表面１２に沿って延びる線形オーミック抵抗器１０は、基板の上に置かれる。図示された実施形態において、能動表面は、ほぼ正方形を有する。しかし、注意すべきは、他の形状、たとえば楕円形、円形、矩形などが可能であることである。
オーミック抵抗器１０は、導線１８および２０を介して、位置検出装置の第１の端子１４と第２の端子１６との間に接続される。
複数の導体２２が、第１のオーミック抵抗器１０の上の離散点へ接続され、導体２２は第１のオーミック抵抗器から能動表面１２の内部へ延びている。図示された実施形態において、導体２２は等間隔で分散し、相互に平行に延びる。もちろん、導体の異なった配列が可能である。

オーミック抵抗器として構成された複数の導電性要素２４は、前記能動表面１２の中で、前記第１の導体２２の間で交互に配列される。導電性要素２４の第１の端は、導線２８を介して前記位置検出装置の第３の端子２６へ接続される。前記導電性要素２４の第２の端は、導線３２を介して第４の端子３０へ接続される。

オーミック抵抗器１０の横で、導線３２は導体２２を横切る必要がある。これらの点で偽の接触が確立されるのを避けるため、誘電材料の層が、好ましくは、交差点で導体２２の上に印刷される。
注意すべきは、位置検出器の分解能が、導体と隣接導電性要素との間の距離に大きく依存することである。導体および導電性要素の数を変えることによって、結果として検出器の分解能を、その特別の応用へ適合化させることができる。

図２は、組み合わせられたデータ入力装置の第１の基板上の導体の配列を示す。このデータ入力装置は、たとえば図１で示されるようなタッチパッドとして構成された位置検出器８、ジョイスティックの形態で構成された２つの領域３４および３６、およびキーパッド３８として構成された隣接領域を含む。

ジョイスティック領域３４および３６は、各々の場合に、本発明に従った位置検出器の実施形態を含む。この実施形態は、（円形の）能動表面に沿って延びるオーミック抵抗器１１０および１１０’、それぞれオーミック抵抗器１１０および１１０’上の離散点へ接続された複数の導体１２２および１２２’、および前記導体１２２および１２２’の間で交互に配列されオーミック抵抗器として構成された複数の導電性要素１２４および１２４’を有する。注意すべきは、２つのオーミック抵抗器１１０および１１０’が並列に接続され、２つの抵抗器のこの並列配列が、データ入力装置の端子１４および１６の間でオーミック抵抗器１０と直列に接続されていることである。更に、導電性要素１２４および１２４’の２つのグループが追加の抵抗器１５０を介して直列に接続され、この直列配列が、装置の第３および第４の端子２６および３０の間で導電性要素２４と並列に接続される。こうして、タッチパッド領域およびジョイスティック領域の組み合わせが、装置の端子の数を増加することなく可能である。

領域３４および３６をジョイスティックとして構成するため、可撓性圧力分散層、たとえばゴム層が、第２の基板（図示されず）へ適用される。そのような分散層は、単に指をそれぞれの領域へ当てることによって、たとえば指によって与えられる活性化力の作用点を変化させることができる。

キーパッド３８は複数の離散的活性化領域１５２を含む。活性化領域１５２は、幾つかの行および列から構成される「マトリックス」として配列される。キーパッドの能動キーは、これら活性化領域の各々に関連づけられてよい。

活性化領域１５２の各々は、２つの櫛形電極構造体１５４および１５６を含む。これらの構造体は、１つの櫛形構造体の指が他の構造体の指に対して或る距離で挿入されるように配置される。単純な導電層または圧力感知層であってよい活性化層は、第２の基板（図示されず）の上に配列され、装置上の活性化領域内で力が作用するとき、活性化領域の２つの構造体が活性化層によって短絡されるようにする。

力が作用する活性化領域を識別するため、活性化領域は、抵抗器２１０の第１の連鎖を介して電極構造体１５４の１つと接続され、抵抗器２２４の第２の連鎖を介して他の電極構造体１５６と接続される。接続は、抵抗器の前記第１および第２の連鎖上の異なった点で行われる。抵抗器２１０の第１の連鎖にわたって電位差を印加し、抵抗器２２４の第２の連鎖の端子にわたる電圧を測定することによって、抵抗器２１０の第１の連鎖の方向に沿った電極構造体の間の接触点、したがって活性化されたキーの位置を決定することができる。第２のステップでは、抵抗器２２４の第２の連鎖にわたって電位差が印加され、抵抗器２１０の第１の連鎖の端子にわたる電圧が測定されて、他の方向で活性化されたキーの位置が決定される。

注意すべきは、抵抗器２１０の第１の連鎖が、データ入力装置の２つの端子１４および１６の間で、オーミック抵抗器１０、および抵抗器１１０および１１０’の並列配列と直列に接続されることである。同様に、抵抗器２２４の連鎖は、端子２６および３０の間で、導電性要素２４、および導電性要素１２４および１２４’の直列配列と並列に接続される。こうして、タッチパッド８、ジョイスティック領域３４および３６、およびキーパッド３８から構成される組み合わせが、装置の端子数を増加することなく可能である。
当業者は、離散的抵抗器２１０および２２４の連鎖の各々が、延長されたオーミック抵抗器、たとえば抵抗器１０で置換されても、装置の動作は修正されないことを理解するであろう。

位置検出器の第１の基板上の導体の配列図である。 タッチパッド形式の位置検出器、ジョイスティックとして構成された２つの領域、およびキーパッド領域を含むデータ入力装置の第１の基板上の導体の配列図である。

Claims (8)

1. 位置検出装置であって、
   第１の基板と、
   前記基板へ適用され、前記位置検出器の能動表面に沿って延びる第１のオーミック抵抗器であって、前記位置検出装置の第１および第２の端子間に接続された前記第１のオーミック抵抗器と、
   第１のオーミック抵抗器上の離散点へ接続され、第１のオーミック抵抗器から能動表面の中へ伸びる複数の導体と、
   前記能動表面内で、前記第１の導体の間で交互に配列された複数の導電性要素であって、第１の端が前記位置検出装置の第３の端子へ接続された導電性要素と
   を具備し、
   前記導電性要素が、装置の能動表面の上に延びるオーミック抵抗器として構成されること、および前記導電性要素の第２の端が前記位置検出装置の第４の端子へ接続されることを特徴とする
   装置。
2. 第１の基板が弾性支持シートからなる、請求項１に記載の装置。
3. 第１の基板が印刷配線板からなる、請求項１に記載の装置。
4. 前記導電性要素が、前記導体と同じ材料から作られる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 第２の基板、および前記第２の基板に適用された抵抗性または半導体材料から作られた層を含み、抵抗性または半導体材料の前記層が能動表面内の前記導体および導電性要素と対面するように、前記第２の基板が第１の基板の最上部に配列されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第２の基板が弾性支持シートからなる、請求項５に記載の装置。
7. 圧力分散層を含み、前記圧力分散層が前記第２の基板へ適用される、請求項５または６に記載の装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の位置検出装置を含むデータ入力装置。
   
   

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