JP2007240479A - Capacitance type position detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、指などの近接又は接触した位置を検出する静電容量式位置検出装置に関する。 The present invention relates to a capacitance type position detection device that detects a proximity or contact position of a finger or the like.
従来より、指などの被検知物体の近接を検知電極によって検出し、この検知電極の静電容量変化から被検知物体の近接を検知することができる非接触又は接触型の静電容量式位置検出装置が知られている(特許文献1)。 Conventionally, non-contact or contact-type capacitive position detection that can detect the proximity of an object to be detected such as a finger with a detection electrode and detect the proximity of the object to be detected from the capacitance change of the detection electrode An apparatus is known (Patent Document 1).
このような静電容量式位置検出装置では、被検知物体を検出する方法として、直接検知電極のインピーダンスを測定し静電容量を検出することで検知する方法や、検知電極で検出した静電容量を電圧に変換して入力する発信回路を構成し、その発信周波数を測定する方法、RC充放電回路を構成してその放電時間を計測する方法、既知電圧で充電された静電容量を既知容量のコンデンサに移動させて、該既知容量のコンデンサが所定電圧まで充電される時間を測定する方法、または、該既知容量のコンデンサに充放電を繰り返しその回数をカウントする方法などが知られている。
しかしながら、このような静電容量式位置検出装置では、検出したい位置の数と同数の検知電極を配し、各検知電極にそれぞれ接続された検知回路を設置しなければならないため多数の検出位置を設定するには小型化が困難である。 However, in such a capacitance type position detection device, the same number of detection electrodes as the number of positions to be detected must be arranged, and a detection circuit connected to each of the detection electrodes must be installed. Miniaturization is difficult to set.
また、これを解決するために複数の検知電極を切り替え装置を介して検知回路に接続し、切り替え装置を時間的にずらして切り替えて測定することができる。この切り替え装置は、機械的なスイッチ(例えばリレー)でも良いし、電気的なスイッチ(トランジスタ)でもよい。しかしながら、このような静電容量式位置検出装置は、切り替え装置を配さなければならないため高価であり、また、配線が複雑になるという問題点を有する。 In order to solve this problem, a plurality of detection electrodes can be connected to a detection circuit via a switching device, and the switching device can be shifted and measured by shifting in time. This switching device may be a mechanical switch (for example, a relay) or an electrical switch (transistor). However, such a capacitance type position detecting device is expensive because a switching device must be provided, and has a problem that wiring is complicated.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で被検知物体の位置を検出することができる静電容量式位置検出装置の小型化を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to realize a miniaturization of an electrostatic capacitance type position detection device that can detect the position of an object to be detected with a simple configuration.
本発明の静電容量式位置検出装置は、被検知物体の近接を検知する2以上の検知電極と、前記検知電極の静電容量の変化を電圧などの検出値に変換する静電容量検知回路と、前記検出値に従って被検知物体の所定方向における位置を出力する制御回路とを備えた静電容量式位置検出装置であって、前記2以上の検知電極は、単位面積当たりに占める面積比が前記所定の方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする。 An electrostatic capacitance type position detection device of the present invention includes two or more detection electrodes for detecting the proximity of an object to be detected, and a capacitance detection circuit for converting a change in capacitance of the detection electrode into a detection value such as a voltage. And a control circuit that outputs a position of the detected object in a predetermined direction according to the detection value, wherein the two or more detection electrodes have an area ratio per unit area. It is formed so as to change along the predetermined direction.
本発明の静電容量式位置検出装置によれば、2以上の検知電極の単位面積当たりに占める面積比をある方向の一方の側に沿って変化させ、制御回路が2以上の検知電極から検知される静電容量を比較することで、被検知物体の位置を検出することができる。これにより簡易な構成で静電容量式位置検出装置の小型化を図ることができる。 According to the capacitance type position detection device of the present invention, the area ratio per unit area of two or more detection electrodes is changed along one side in a certain direction, and the control circuit detects from two or more detection electrodes. By comparing the capacitances to be detected, the position of the detected object can be detected. As a result, the capacitance type position detecting device can be downsized with a simple configuration.
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る静電容量式位置検出装置の構成を示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the capacitance type position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
この静電容量式位置検出装置100は、被覆材としての意匠板1と、この意匠板1の裏側に配された検知電極2と、これら検知電極2が接続された制御装置3とを備えて構成されている。
The capacitance type
意匠板1は、例えば、樹脂やガラス等の材料により形成され、その上面1aに文字や図形など4が形成されていてもよい。検知電極2は、配線基板5上に配置され、すべて制御装置3に接続されている。制御装置3は、検知電極2が接続されると共に、図示しない外部電気回路に接続されている。なお、配線基板5は、フレキシブルプリント基板、リジットプリント基板や、PET上或いはPEN上の銀回路(又は銅回路)によって構成することができる。
The design plate 1 may be formed of, for example, a material such as resin or glass, and characters and figures 4 may be formed on the
図2は、同静電容量式位置検出装置100の検知電極2を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the detection electrode 2 of the capacitance type
検知電極2は、紙面左側Lの検知電極2Lと紙面右方向Rの検知電極2Rとを備えて構成されている。検知電極2Lは、右方向Rが櫛歯状に形成されており、この櫛歯は右方向Rに近づくにつれて次第に細くなる。一方の検知電極2Rは、左側Lが櫛歯状に形成されており、櫛歯は左側Lに近づくにつれて次第に細くなる。検知電極2L及び検知電極2Rは、所定の隙間を介して互いの櫛歯部が歯合するように配されている。このように、検知電極2Lの単位面積当たりの面積比は右方向Rに近づくにつれて小さくなる一方、検知電極2Rの単位面積当たりの面積比は左側Lに近づくにつれて小さくなるように構成されている。
The detection electrode 2 includes a
図3は、同静電容量式位置検出装置100の電気的構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the capacitance type
検知電極2L、2Rは、それぞれ静電容量検知回路6L、6Rに接続されている。静電容量検知回路6L、6Rは、検知電極2L、2Rと接地との間の静電容量CxL、CxRに応じた検出値VL、VRを出力する。静電容量検知回路6L、6Rは、いずれも制御回路7に接続されている。制御回路7は、図示しない外部電気回路に接続され、静電容量検知回路6L、6Rから入力される検出値VL、VRに応じて被検知物体の検出位置を出力するよう構成されている。ここで、静電容量検知回路6L、6Rは、例えば発振回路を内蔵し、静電容量CxL、CxRに応じて発振周波数又はデューティ比が変化する信号を生成するように構成することができる。
The
次に、このように構成された静電容量式位置検出装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the capacitance type
操作者が指を意匠板1に近接させると、検知電極2L、2Rの静電容量CxL、CxRが増加する。検知回路6R、6Lは、この静電容量CxL、CxRを電圧などの検出値VL、VRに変換して制御回路7に出力する。制御回路7は、入力した検出値VL、VRに応じて被検知物体の検出位置を出力する。以下に、制御回路7が被検知物体の検出位置を出力する動作を説明する。
When the operator brings a finger close to the design plate 1, the capacitances Cx L and Cx R of the
図4は、指の位置と指が覆う検知電極2の面積の関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the position of the finger and the area of the detection electrode 2 covered by the finger.
ここで、S2L:指が覆う検知電極2Lの面積、S2R:指が覆う検知電極2Lの面積をS2R、L:検知電極2Lの左端から検知電極2Rの右端までの長さ、x:検知電極2Lの左端からの指までの距離とする。指が覆う検知電極2Lの面積S2Lは、距離xが大きくなるに従い小さくなる一方、指が覆う検知電極2Rの面積S2Rは、距離xが大きくなるに従い大きくなる。この関係より、指が覆う検知電極2の全体の面積Sに対する指が覆う検知電極2Lの面積S2L、及び指が覆う検知電極2の全体の面積Sに対する指が覆う検知電極2Rの面積S2Rは、以下のように表すことができる。
式(1)S2L/S=x/L
式(2)S2R/S=1−x/L
次に、指と検知電極2とを平行平板として模擬すると、検知電極2Rの静電容量CxRに対する検知電極2Lの静電容量CxLは以下のようになる。ここで、ε:誘電率、d:指と検知電極2との距離とする。
式(3)CxL/CxR=(εS2L/d)/(εS2R/d)
以上の式(1)〜式(3)より次式が得られる。
式(4)CxL/CxR=x/(L−x)
式(4)より、静電容量CxL、CxRの比から指の位置xを検出することができる。制御回路7は、静電容量CxL、CxRを変換した検出値VL、VRの比を判定することで、被検知物体がどこに位置しているのかを検知しそれに応じた検出位置を出力する。
Here, S 2L : the area of the
Formula (1) S2L / S = x / L
Formula (2) S2R / S = 1-x / L
Next, to simulate and the detection electrode 2 fingers as a parallel plate, the electrostatic capacitance Cx L of the
Equation (3) Cx L / Cx R = (
From the above formulas (1) to (3), the following formula is obtained.
Equation (4) Cx L / Cx R = x / (L-x)
From equation (4), the position x of the finger can be detected from the ratio of the capacitances Cx L and Cx R. Control circuit 7, the electrostatic capacitance Cx L, detected values obtained by converting the Cx R V L, by determining the ratio of V R, the detection position accordingly detects whether located where the the detected object Output.
このように、2つの検知電極2L、2Rを位置によって電極面積S2L、S2Rの単位面積当たりの面積比を変化するように構成することで、簡易な構成で被検知物体の位置を的確に検出することができる。また、従来のように検出する位置毎に検知電極を配置しなくてよいため、静電容量式位置検出装置の小型化を実現することができる。
In this way, by configuring the two
本実施形態では、検知電極2L、2Rの一部を櫛歯形状としたが、これは形状を限定するものではなく被検知物体の位置によって2以上の検知電極の面積比が変化するように構成されていればよい。以下に、他の検知電極の構成を示す。
In the present embodiment, the
図5は、他の検知電極の構成を示す平面図である。 FIG. 5 is a plan view showing a configuration of another detection electrode.
第1の実施形態では、検知電極2は櫛歯形状を有していたが、この検知電極8L、8Rは、櫛歯がそれぞれ独立した検知電極によって構成されている。検知電極8Lは、X方向に近づくに従い電極面積が小さくなる一方、検知電極8Rは、X方向に近づくに従い極面積が大きくなる。複数の検知電極8L、8Rは、Y方向に交互に並べて配されている。左側Lの検知電極8Lは、それぞれ別の静電容量回路に接続されるように構成してもよい。または、2以上の検知電極8Lが切り替え器を介して同一の静電容量検知回路に接続され、この切り替え器を切り替えることで静電容量検知回路をスキャンするように構成してもよい。同様に、右方向Rの検知電極8Rは、各静電容量検知回路に接続されていてもよく、また、2以上の検知電極8Rが切り替え器を介して同一の静電容量検知回路に接続されていてもよい。
In the first embodiment, the detection electrode 2 has a comb-teeth shape. However, the
このように検知電極8L、8RをY方向にも複数配することでY方向における指の位置を検出することができる。これにより、指の位置をX方向及びY方向の二次元的に検出することができる。
Thus, by arranging a plurality of
図6は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。 FIG. 6 is a plan view showing the configuration of still another detection electrode.
この検知電極9は、左右方向の指の位置を検出する検知電極9L,9Rと、上下方向の指の位置を検出する検知電極9A、9Bとを備えて構成されている。第1の実施形態と同様に、検知電極9Lは右方向Rに近づくに従い電極面積S9Lが小さくなる一方、検知電極9Rは、左方向Lに近づくに従い電極面積S9Rが小さくなる。また、左右方向の指の位置を検出する検知電極9L,9Rの電極領域内には、検知電極9L,9Rから電気的に独立し、微小な検知領域に分割された検知電極9A、9Bが形成されている。検知電極9Aは、A方向に近づく従って電極の分布数が増える一方、検知電極9Bは、B方向に近づくに従って電極の分布数が増える。これにより単位面積当たりに占める検知電極9Aの電極面積S9Aと検知電極9Bの電極面積S9Bは相対的に増減する。これら検知電極9L、9R、9A、9Bは、電極パターンとして同一面に形成され各電極間は絶縁加工が施されている。ここで、左右方向を検出する検知電極9L、9Rは、上下方向を検出する検知電極9A、9Bと同様に、複数の電極領域に分割して構成してもよい。
The detection electrode 9 includes
図7は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。 FIG. 7 is a plan view showing the configuration of still another detection electrode.
この検知電極10は、2つの検知電極10L、10Rが円弧を描くように配されており、検知電極10Lは円弧の左側Lから右方向Rにかけて電極面積が小さくなる一方、検知電極10Rは円弧の右方向Rから左側にかけて電極面積が小さくなるように構成されている。
The detection electrode 10 is arranged such that the two
図8は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。 FIG. 8 is a plan view showing the configuration of still another detection electrode.
第1の実施形態では検知電極2は、一部が左右方向RLに伸びる櫛歯形状をしていたが、この検知電極11L、11Rでは、櫛歯部が紙面上下方向ABに形成されている。検知電極11Lは、右方向Rにいくに従い櫛歯の電極面積が小さくなる一方、検知電極11Rは、右側Lにいくに従い櫛歯の電極面積が小さくなるように構成されている。
In the first embodiment, the detection electrode 2 has a comb-teeth shape with a part extending in the left-right direction RL. However, in the
図9は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。 FIG. 9 is a plan view showing the configuration of still another detection electrode.
この検知電極は、第1の実施形態における検知電極2L、2Rを、微小な検知電極12L、12Rによって構成したものである。検知電極12Lは、右方向Rにいくに従い電極面積が小さくなる一方、検知電極12Rは、左側Lにいくに従い電極面積が小さくなるように配されている。
In this detection electrode, the
以上の実施形態は検知電極の形状を限定するものではなく、検知したい被検知物体の位置に従って電極面積が変化すれば、任意の形状として構成することができる。 The above embodiment does not limit the shape of the detection electrode, but can be configured as any shape as long as the electrode area changes according to the position of the detected object to be detected.
1…意匠板、2、8〜…検知電極、3…制御装置、4…インジケータ、5…配線基板、6…静電容量検知回路、7…制御回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Design board, 2, 8 ... Detection electrode, 3 ... Control apparatus, 4 ... Indicator, 5 ... Wiring board, 6 ... Capacitance detection circuit, 7 ... Control circuit.
Claims (5)
前記検知電極の静電容量の変化を電圧などの検出値に変換する静電容量検知回路と、
前記検出値に従って被検知物体の所定方向における位置を出力する制御回路とを備えた静電容量式位置検出装置であって、
前記2以上の検知電極は、単位面積当たりに占める面積比が前記所定の方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする静電容量式位置検出装置。 Two or more detection electrodes for detecting the proximity of the detected object;
A capacitance detection circuit that converts a change in capacitance of the detection electrode into a detection value such as a voltage;
A capacitance type position detection device comprising a control circuit for outputting a position of a detected object in a predetermined direction according to the detection value;
The capacitance type position detecting device, wherein the two or more sensing electrodes are formed so that an area ratio per unit area changes along the predetermined direction.
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