JP2007531142A - 布状のタッチセンサ - Google Patents
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Abstract
布状タッチセンサは、第1及び第2の導電層、並びに、前記第1及び第2の層の中間に第3の層を有する。第3の層は、圧電性抵抗物質を有して被覆される非導電性布地を有する。望ましい一実施例では、圧電性抵抗物質は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成するよう非導電性の第3の層上に被覆される。第1、第2及び第3の層は、一連の直線において共に接合され、該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロック間において通る。
Description
本発明は、布状のタッチセンサ、及び布状のタッチセンサを製造する方法に係る。
フレキシブルキーボード上のボタン等のタッチセンサを複数層の布地構造から与えることは、既知である。例えば、米国特許第2002/0180578号明細書(特許文献1)は、手による加圧等の機械的相互作用の位置を検出するよう配置された位置センサを開示する。第1のファブリック層は、該層に沿って全ての方向における伝導を可能にする第1の導電性の外側層を与えるよう機械加工された導電性の繊維を有する。第2のファブリック層は、該層に沿って全ての方向における伝導を可能にする第2の導電性の外側層を与えるよう機械加工された導電性の繊維を有する。中心層は、第1の外側層と第2の外側層との間に配置される。中心層は、導体素子を有する。第1の絶縁分離素子は、第1の導電性外側層と導体素子との間に配置される。第2の絶縁分離素子は、第2の導電性外側層と導体素子との間に配置される。導体素子は、機械的相互作用の位置において第1の導電性外側層と第2の導電性外側層との間に導電性パスを与える。この5層構造は、センサ上の押圧の位置及び表面積を測定する。圧力の範囲の直接測定は、可能ではない。指が加える圧力は、小さな圧力値に対してのみ、測定された表面積から差し引かれ得る。
特許文献1において、他の位置センサが図10中に断面図で示される。中心層は、外側層を分離し、上述された種類のものである。中心層は、導電繊維及び絶縁繊維の混合を有するフェルト加工された(不織布)ファブリックである。導電繊維は、中心層の厚さより短くあるよう製造され、したがって導電繊維は、圧迫されていない際、完全に中心層を介して延在する。更には、非導電繊維に対する導電繊維の比率は、中心層の厚さを介する又は中心層に沿った導電性パスがないようにされる。したがって、外力がセンサに対して加えられていない位置及び中心層が圧迫されていない位置において、中心層における複数の導電繊維は、外側層と接触し得るが、導電性パスは外側層の間に存在しない。外部印加力がセンサを押圧する際、該力は3つの層を密接させ、中心層における導電繊維は外側導電層と電気的に接触する。加えて、中心層内の導電繊維は、他のかかる繊維と接触し、故に導電性パスは2つの外側層の間で中心層を介して形成される。更には、該力が増大されるため、該層は更に圧迫され、導電繊維は、他のかかる繊維と更に接続し、外側層の間の抵抗は低減される。センサが折り曲げられ、その内面に近い中心層内で局所的伝導領域を作る場合、該伝導領域は層を介して延在せず、導電性パスは形成されない。この構造は、機械的相互作用が範囲及び力を有する適用された機械的相互作用の位置を検出するよう位置センサを有する。3層構造は、印加圧力の位置及び範囲の両方を測定する。しかしながら、中心層は、一貫して均一であり、その構造の異なる部分において異なる電気的特性を与えるよう調整され得ない。
更なる他の一実施例は、図13の断面図において示される。この図中のセンサは、中心ファブリック層によって分離された、上述された種類の外側層を有する。導電外側層は、非導電性接着剤ドットのアレイによって中心層に対して取り付けられる。中心層は、ドットのアレイを作るよう導電性インク等の導電性の印刷可能な物質を糸目の粗い織り(open weave)構造を有する絶縁ファブリック上へと印刷することによって製造される(あるいは、編まれたファブリック又は不織布ファブリックは、糸目の粗い構造の織り方の代わりに使用され得る)。インクは、ファブリックの厚さを浸み通り、ファブリック層の厚さを介して導電性パスを与える導電性の島状部分のアレイを作る。ドットのパターン及び間隔が非導電性の島状部分のパターン及び間隔とは異なって選択されるため、干渉効果障害を有する潜在的な問題及び同期重畳は避けられる。典型的には、絶縁ドットは、3ミリメートルの間隔を有し、導電性の島状部分は、1.3ミリメートルの間隔を有する。したがって前述されたようなセンサは、折り畳まれた外側導電層の間に導電性パスを作ることなく折り畳まれ得ると同時に、適切に小さい外部印加力が外側層を中心層と接触させ得、続いて外側の2つの層の間に導電性パスを与える、構造を有する。このセンサは、3つの層を有し、その上での押圧の位置及び面積を測定するが、押圧の範囲の直接の測定は可能ではない。該構造はまた、2つの外側層から中心層の間隔を空ける必要があるため複雑にされ、非導電性接着剤ドットを与えることによって達成される。これによって、装置及び装置の構築の複雑性が増大する。
米国特許第2002/0180578号明細書
したがって本発明は、既知の装置の改良である3層タッチセンサを与える、ことを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、第1及び第2の外側導電層、及び第1及び第2の層の中間にある第3の層を有する布状のタッチセンサが与えられる。第3の層は、圧電性抵抗物質を有して被覆された非導電性布地を有する。この圧電性抵抗物質の電気伝導性は、それに印加される圧力に依存する。
本発明のこの態様によれば、3層の布状タッチセンサを与えることは可能である。該センサは、タッチセンサに加えられた圧力の位置及び範囲を測定することができ、且つ単純な構造である。もたらされるセンサは、既知のセンサより構築が容易である。
有利には、圧電性抵抗物質は、非導電性の第3層上では非連続的であり、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成するよう非導電性の第3層上に被覆される。第3層上の定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの存在は、複数の明確な有利性を与える。各ブロックは、互いに対して孤立した別個のボタン(センサの最終構造において)として考えられ得る。これによって、ボタンは異なる電子的プロファイルを有し得、また、層は層の接合部で電気的接続を作ることなく(例えば縫付けによって)共に接合され得る。
望ましくは、第1、第2及び第3の層は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において共に接合される。第1、第2及び第3の層は、一連の直線において共に接合され、該線は定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間に通る。これは、従来のセンサより丈夫なタッチセンサをもたらす。層は、共に接合され、これは互いに対して層が横方向に動くことを防ぐ助けをする。このことが発生する場合(既知の問題でもある)、ユーザがタッチパッドを押す際、誤った読込みが与えられ得る。
タッチセンサは、第4の層を更に有し得、第4の層が可視の印を備えられる。この第4の層は、センサの外面上の特定の場所においてセンサの論理機能に関する可視の印をユーザに与える。
望ましくは、タッチセンサは、2組の電極を更に有する。第1の組は第1の外側層に対して接続され、第2の組は第2の外側層に対して接続される。該電極の組は、互いに対して垂直であり、また、該電極の組に対して接続された電子回路を更に有する。
本発明の第2の態様によれば、布状タッチセンサを製造する方法が与えられる。該方法は、第1及び第2の導電層を受ける段階、圧電性抵抗物質を被覆された非導電性の布地を有する第3の層を受ける段階、及び、第3の層が第1及び第2の層の中間にあるよう層を形成する段階を有する。
この態様により、3層布状タッチセンサを容易且つ単純に製造することが可能である。
有利には、非導電性の第3の層を受ける段階に先立ち、該方法は、圧電性抵抗物質で第3の層を被覆する段階を更に有する。圧電性抵抗物質で第3の層を被覆する段階は、非連続的である非導電性の第3の層上に圧電性抵抗物質の被覆を作るよう使用され得る。望ましくは、第3の層を圧電性抵抗物質で被覆する段階は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成する非導電性の第3の層上の圧電性抵抗物質の被覆を作る。
望ましくは、該方法は、層の形成段階に先立ち、可視の印を備えられた第4の層を受ける段階を更に有する。層の形成段階は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において層を共に接合する段階を更に有し得る。有利には、層の形成は、層を一連の直線において共に接合する段階を有する。該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間に通る。
該方法は、層に対して2組の電極を加える段階を更に有し得る。第1の組は第1の外側層に対して接続され、第2の組は第2の外側層に対して接続される。該電極の組は、互いに対して垂直である。該方法はまた、該電極の組に対して電子回路を接続する段階を有し得る。
本発明の実施例は、添付の図面を参照して、これより単なる例としてのみ説明される。
図1及び図2は、3層布状タッチセンサの第1の実施例を示す。布状タッチセンサ10は、夫々第1及び第2の外側導電層12及び14、及び、第1及び第2の層12,14の中間にある第3の層16を有する。第3の層16は、圧電性抵抗物質18を有して被覆された非導電性の布地を有する。外側層12及び14は、Marktek Inc社より市販されるContexファブリックであるポリピロールを有して被覆された織られたポリエステル等である、導電性ファブリックから構築される。第3の中間層16は、非導電布地16上を有して被覆された圧電性抵抗インク18によって形成される。織られたポリエステル等の従来の非導電性布地はいずれも、インクが布地の全厚さに染み通り得ることを前提として、層16に対する基材として使用され得る。加圧のみで接着するインク18は、この望ましい実施例において、WO97/25379に記載され且つTekscan Inc社より市販される物質である(ウェブサイト<www.tekscan.com>参照)。所望される電気的、化学的、及び機械的特性を有する他の圧電性抵抗物質は、使用され得る。印刷された布地層16の伝導性は、ゼロ負荷においてゼロであるが、閾値負荷より大きい負荷が加えられる際、強く増加する。
図1及び図2中に示される構造は、タッチセンサ10であり、該センサは、通常の状態において、第3の層16が2つの外側層12と14との間に絶縁層を作るため、2つの外側層12と14との間では導電しない。しかしながら、ユーザが外側層14を押す場合(例えば、センサがジャケット等の衣類において音量制御として取り付けられている際)、この加えられた力は、圧電性抵抗物質18の抵抗特性を変更する。物質18は、ユーザによって加えられた力に比例する範囲で導電性となり、故に電流は、層14と12との間で流れ得る。
センサ10は、2組の電極を更に有する。第1の組20は第1の外側層12に対して接続され、第2の組22は第2の層14に対して接続される。電極の組20及び22は、互いに対して垂直である。タッチセンサはまた、電極の組20及び22に対して接続される電子回路30を有する。
回路30は、図3中に詳細に示され、中間層16上の被覆された圧電性抵抗材料18である可変抵抗Rp、夫々外側層12及び14の抵抗である2つの抵抗Rx及びRy、標準抵抗Rref、電源Vs、ハイインピーダンス読出しバッファ32、及び、5つのスイッチS1乃至S5を有する。回路30は、3つの異なるもの、タッチセンサ上のユーザの圧力、押されるx位置及びy位置を測定する。これら3つのうちどれが測定されるかは、5つのスイッチS1乃至S5の位置に依存する。スイッチは、位置を介して瞬時に入れなおすよう制御され、したがって、測定されるべき3つに対する読込みを短時間で獲得する。次の表は、測定されるものに依存して各スイッチの位置を定義付ける。
x位置検出の間、導電層Rxにわたる直線電位低下が与えられる。電位プローブは、Ry及びRpの部分の電気的直列配置を有する。しかしながら、プローブの抵抗は、ハイインピーダンス読出しバッファが使用されるため、x座標の読出しには無関係となる。同一のことが、y座標を確定する際にも適用される。実質的には、(x座標測定の際)抵抗Rxに触れるため、Rpはその場所において電圧を測定し、x方向においてタッチセンサにおける押圧の位置を効果的に測定する。これは、y座標を測定する際には逆転される。
図4は、タッチセンサの第2の実施例を示す。この布状タッチセンサ40は(第1の実施例にある通り)、夫々第1及び第2の外側導電層12及び14、及び、第1及び第2の層12,14の中間にある第3の層16を有する。第3の層16は、圧電性抵抗物質48を有して被覆された非導電性の布地を有する。圧電性抵抗物質48は、非導電性の第3の層16上では非連続的である。圧電性抵抗物質48のこの層は、定義付けられた圧電性抵抗物質48のブロックの配置を形成するよう非導電性の第3の層16上で被覆される。
圧電性抵抗物質48が第3の層16上で一連のブロックにおいて配置されるため、第1、第2、及び第3の層、12,14,16は、圧電性抵抗物質48が存在しない場所において共に接合され得る。第1、第2、及び第3の層12,14,16は、一連の直線状において共に接合され、該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質48のブロックの間に通る。層を共に接合することによって、より安定的な構造が存在し、また、使用時のセンサの折曲げによって引き起こされる誤った読込み等を大幅に低減する。
図5中、タッチパッド40は、第4のカバー層42を更に有する。第4の層42は、可視の印44を備えられる。この例において可視の印44は、番号1乃至番号9であり、ユーザに対して、押され得る9つの異なるボタンを示す。該ボタンは、第3の層16上の圧電性抵抗物質48のブロックに対応する。第5の層がパッドの後背にも適用され得る、ことが留意される。
図6は、布状タッチセンサ10を製造する方法の動線図である。最も簡単な形状において布状タッチセンサ10を製造する方法は、第1及び第2の導電層12,14を受ける段階600、圧電性抵抗物質48を有して被覆された非導電性の布地を有する第3の層16を受ける段階604、及び、第3の層16が第1及び第2の層12,14の中間にあるよう層を形成する段階606を有する。
タッチセンサ10を構築するこの基本的な方法において、第3の層16は、圧電性抵抗物質18を有して既に被覆されて与えられる。しかしながら該方法は、非導電性の第3の層16を受ける段階604に先立ち、圧電性抵抗物質18を有して第3の層16を被覆する段階602を更に有する。タッチセンサを構築する方法の中に第3の層16を被覆する段階602を有することによって、圧電性抵抗物質18の被覆の可能な配置を選択する際の大きな柔軟性が達成される。
例えば、圧電性抵抗物質を有して第3の層16を被覆する段階602は、非連続的である非導電性の第3の層16上に圧電性抵抗物質の被覆を作るよう使用され得る。かかる配置は、図4中に示され、より詳細に上述されている。非連続的な配置は、圧電性抵抗物質48を有して第3の層16を被覆する段階602が、定義付けられた圧電性抵抗物質48のブロックの配置を形成する非連続的な第3の層16上で圧電性抵抗物質48の被覆を作るようにされ得る。
該方法はまた、任意の段階612を有する。これは、製造の該方法が、層を形成する段階606に先立ち、第4の層42を受ける段階612を更に有する、ことを意味する。第4の層42は、可視の印44を備えられる。タッチセンサ10の本体を作るよう層を共に形成する段階606はまた、圧電性抵抗物質18が存在しない場所において層12,14及び16を共に接合する段階を有し得る。望ましい一実施例では、図5中に示される通り、層を形成する段階606は、一連の直線において層を共に接合する段階を有する。該線は、定義付けられた圧電性抵抗物質18のブロックの間に通る。
層を形成する段階606に続いて、外層は、2組の電極20及び22を夫々層12及び14に対して加える段階を有する。第1の組20は第1の外側層12に対して接続され、第2の組22は第2の外側層14に対して接続される。該電極の組は、互いに対して垂直である。該方法はまた、電子回路30を電極の組20及び22に対して接続する段階を更に有する。
タッチパッドセンサ10が形成されると、例えば衣類又は家具において使用されて、広範囲のファブリックにおいて一体化され得る。次の適用、即ち、壁紙における照明調節スイッチ、椅子やソファ、マットレス、又はバスマットにおける重量センサ、双方向型ゲームプレイマット又は壁掛け、上を歩く人の位置を検出する案内カーペット又はセキュリティカーペット、力感応性を有するファブリックピアノ、周囲の電子機器及び/又は椅子の位置を制御するソファ又はブランケット(家用、自動車用)におけるタッチパネル、歩行/走行パターンを分析する靴の中敷、及び、ファブリックディスプレイのタッチスクリーンは、センサの適切な使用である。
かかる1つのアプリケーションは図7中に示され、該図は、ジャケット700上の使用におけるタッチセンサの2つの例を示す。スリーブの1つを覆う第1のセンサ702典型的には、位置感応性音量制限ストリップとして使用され、MP3プレーヤに対して接続される。第2のセンサパッド704は、テキストメッセージを書くようタッチパッドとして使用され得る。この後者の適用には、図示されてはいない(可聴又は可視の)追加的なフィードバック機構が求められる。
要約すると、既知の先行技術と比較して、以下の問題は解決される。負荷感応性物質は、負荷感応性負織布エラストマのシート、又は負荷感応性エラストマのシートとして適用されないが、所望の形状又は構造において局所的に印刷され得る。ゼロより大きい伝導性を獲得するよう必要とされる閾値負荷は、インクにおいて存在する導電粒子の比(the fraction)によって確定され得る。伝導性対負荷の傾斜(slope)、即ちパッドの負荷感応性はまた、インクにおける導電粒子の充填に依存する。印刷することによって開かれる自由(freedom)により、布地は、互いに対して縫われ得、層のずれを防ぐ(ずれは、再測定の必要性に繋がる)。スペーサは必要ではなく、物質は、誤った信号の発生なく折り畳まれ得る。合成物は、開放構造を有する完全な布状であり、布地の自然呼吸特性は保持される。
Claims (17)
- 第1及び第2の外側導電層と、前記第1及び第2の層の中間にある第3の層とを有する布状のタッチセンサであって、
前記第3の層は、圧電性抵抗物質を有して被覆された非導電性布地を有する、
タッチセンサ。 - 前記圧電性抵抗物質は、前記非導電性の第3の層上では非連続的ある、
請求項1記載のタッチセンサ。 - 前記圧電性抵抗物質は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成するよう、前記非導電性の第3の層上に被覆される、
請求項2記載のタッチセンサ。 - 前記第1、第2、及び第3の層は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において共に接合される、
請求項2又は3記載のタッチセンサ。 - 前記第1、第2、及び第3の層は、一連の直線において共に接合され、前記線は、前記定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間において通る、
請求項3に追加された請求項4記載の第2のタッチセンサ。 - 第4の層を更に有し、前記第4の層は、可視の印が備えられる、
請求項1乃至5のうちいずれか一項記載のタッチセンサ。 - 2組の電極を更に有し、第1の組は前記第1の外側層に対して接続され、第2の組は前記第2の外側層に対して接続され、
前記電極の組は、互いに対して垂直である、
請求項1乃至6のうちいずれか一項記載のタッチセンサ。 - 前記電極の組に対して接続される電子回路を更に有する、
請求項7記載のタッチセンサ。 - 布状タッチセンサを製造する方法であって、
第1及び第2の導電層を受ける段階と、圧電性抵抗物質を有して被覆された非導電性布地を有する第3の層を受ける段階と、前記第3の層が前記第1及び第2の層の中間にあるよう前記層を形成する段階と、を有する、
方法。 - 前記非導電性の第3の層を受ける段階に先立ち、前記圧電性抵抗物質を有して前記第3の層を被覆する段階を更に有する、
請求項9記載の方法。 - 前記圧電性抵抗物質を有する前記第3の層の前記被覆段階は、非連続的である前記非導電性の第3の層上に圧電性抵抗物質の被覆を作る、
請求項10記載の方法。 - 前記圧電性抵抗物質を有する前記第3の層の前記被覆段階は、定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの配置を形成する前記非導電性の第3の層上の圧電性抵抗材料の被覆を作る、
請求項11記載の方法。 - 前記層の前記形成段階に先立ち、第4の層を受ける段階を更に有し、前記第4の層は、可視の印を備えられる、
請求項9乃至12のうちいずれか一項記載の方法。 - 前記層の前記形成段階は、圧電性抵抗物質が存在しない場所において前記層と共に接合する段階を有する、
請求項9乃至13のうちいずれか一項記載の方法。 - 前記層の前記形成段階は、一連の直線において前記層と共に接合する段階を有し、
前記線は、前記定義付けられた圧電性抵抗物質のブロックの間において通る、
請求項12に追加される請求項14記載の方法。 - 前記層に対して2組の電極を加える段階を更に有し、第1の組は前記第1の外側層に対して接続され、第2の組は前記第2の外側層に対して接続され、前記電極の組は、互いに対して垂直である、
請求項9乃至15のうちいずれか一項記載の方法。 - 前記電極の組に対して電子回路を接続する段階、を更に有する、
方法。
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