JP2010108884A - 静電容量式タッチセンサ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】操作面の面積に制約がある場合でも、被検出体の接触時の感度が十分に確保される静電容量式タッチセンサを提供する。
【解決手段】センサ電極１１は、表面パネル１２で被覆され、同表面パネル１２に被検出体（指Ｆ）が接触したとき、指Ｆとの間に静電容量Ｃｈが形成される。グラウンド電極１４は、センサ電極１１に対して外部からのノイズを遮断する。センサ電極１１及びグラウンド電極１４は、ＦＰＣ１３内の異なる領域に配設され、スペーサ１５を跨ぐように同ＦＰＣ１３を湾曲部１３ａで湾曲させたときに互いに向かい合う態様とされている。スペーサ１５は、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間に介挿され、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間を、静電容量Ｃｎが基準値よりも小さくなる距離に確保する。
【選択図】図１

Description

この発明は、静電容量式タッチセンサ及び電子機器に係り、特に、小型化が要求されている携帯電話機やＰＨＳ（Personal Handyphone System）などに実装して好適な静電容量式タッチセンサ及び電子機器に関する。

静電容量式タッチセンサは、従来では、センサ電極が被検出体側に露出している接触型が主流であったが、近年では、センサ電極の表面が非導電性（たとえば、ガラス、アクリル樹脂など）の表面パネルで被覆された構成の非接触型が多くなってきている。

この種の関連する技術としては、たとえば、非特許文献１に記載された非接触型静電容量式タッチセンサがある。
この静電容量式タッチセンサは、たとえば図７に示すように、センサ電極１と、表面パネル２とから構成され、同センサ電極１が同表面パネル２で被覆されている。そして、表面パネル２に人の指Ｆ（被検出体）が接触したとき、センサ電極１と指Ｆとの間に静電容量Ｃｈが形成される。

図８は、図７の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図である。
この電子機器は、たとえば携帯電話機であり、同図８に示すように、センサ電極１と、表面パネル２と、検出回路３と、周囲デバイス４とを有している。センサ電極１に対しては、上記静電容量Ｃｈの他、周囲デバイス４との間の静電容量Ｃam、及び電子機器の筐体又は大地との間の静電容量Ｃｇが存在する。このため、検出回路３は、これらの総和の容量Ｃｘ（＝Ｃｈ＋Ｃam＋Ｃｇ）を検出すると共に、この容量Ｃｘの変化を検出して図示しないスイッチのオン／オフ制御などの動作を行う。

ところが、この場合、実使用環境では、たとえば、外部からの無線ノイズや他デバイスと組み合わせた際の電源ノイズなどの影響のため、表面パネル２に指Ｆが接触していなくても、検出回路３で容量Ｃｘの変化として検出され、誤動作することがある。このため、図９に示すように、センサ電極１の裏面に、たとえばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit、フレキシブル・プリント基板）５を介して、ノイズ遮断用のグラウンド（ＧＮＤ）電極６が設けられる。

図１０は、図９の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図であり、図８中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この電子機器では、同図１０に示すように、グラウンド電極６は、当該電子機器の筐体に又は大地に接地されている。また、センサ電極１とグラウンド電極６との間に、静電容量Ｃｊが形成される。このグラウンド電極６により、センサ電極１に対して、外部からのノイズが遮断される。
石川義人、浦田秀之、木下政宏、「非接触型静電容量式タッチセンサＩＣと回路常数設計ツールの開発」、ＯＭＲＯＮ ＴＥＣＨＮＩＣＳホームページ、2005、Vol.46、No.1、P.58-62

しかしながら、上記技術では、次のような問題点があった。
すなわち、図９の静電容量式タッチセンサでは、センサ電極１とグラウンド電極６との間に静電容量Ｃｊが形成されるため、検出回路３が容量（Ｃｘ＋Ｃｊ）の変化を検出して所定の動作を行うことになる。この場合、静電容量Ｃｊは、数百ｐＦであり、静電容量Ｃｈ（数ｐＦ）の１００倍以上になっていることがあり、指Ｆの接触時の容量変化率が著しく小さくなってしまうため、接触時の感度が十分に確保されず、検出回路３で指Ｆの接触が検出されないことがあるという問題点がある。指Ｆの接触時の感度は、接触時と非接触時との容量変化であり、接触時の容量を確保するためには、センサ電極１の面積を広くすることにより解決するが、静電容量式タッチセンサを搭載する装置が小型の電子機器であれば、その操作面の制約上、面積を確保することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、操作面の面積に制約がある場合でも、被検出体の接触時の感度が十分に確保される静電容量式タッチセンサ及び電子機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、非導電性の表面パネルで被覆され、該表面パネルに被検出体が接触したとき、該被検出体との間に静電容量が形成されるセンサ電極と、該センサ電極の裏面の近傍に配置されたグラウンド電極とを有する静電容量式タッチセンサに係り、前記センサ電極と前記グラウンド電極との間の距離を所定値に確保する距離確保手段が設けられていることを特徴としている。

この発明の構成によれば、センサ電極とグラウンド電極との間に距離確保手段が設けられているので、同センサ電極と同グラウンド電極との間の静電容量が同センサ電極と被検出体との間の静電容量よりも十分小さくなり、検出されにくくなる。これにより、被検出体の接触時の容量変化率が大きくなり、センサ電極の面積を拡大することなく、接触時の感度が十分に確保され、被検出体の接触を円滑に検出することができる。

非導電性の表面パネルで被覆され、同表面パネルに被検出体が接触したとき、同被検出体との間に静電容量が形成されるセンサ電極と、同センサ電極の裏面の近傍に配置され、同センサ電極に対して外部からのノイズを遮断するためのグラウンド電極とを有し、上記センサ電極と上記グラウンド電極との間に介挿され、同センサ電極と同グラウンド電極との間の距離を所定値に確保する距離確保手段が設けられている静電容量式タッチセンサを提供する。

また、この発明では、上記距離確保手段は、上記センサ電極と上記グラウンド電極との間を、同センサ電極と同グラウンド電極との間に形成される静電容量が所定の基準値よりも小さくなる距離に確保する構成とされている。

また、この発明では、上記センサ電極及びグラウンド電極は、片面フレキシブル・プリント基板内の異なる領域に配設され、上記距離確保手段を跨ぐように上記基板を湾曲させたときに互いに向かい合う態様とされている。

また、この発明では、上記グラウンド電極は、他のデバイスのグラウンド部分が接触している。

また、この発明では、電子機器に係り、上記静電容量式タッチセンサと、同静電容量式タッチセンサの上記センサ電極と上記被検出体との間に形成される上記静電容量を検出するための検出回路とを備えている。

また、この発明では、電子機器に係り、上記静電容量式タッチセンサと、同静電容量式タッチセンサの上記センサ電極と上記被検出体との間に形成される上記静電容量を検出するための検出回路とを備え、上記距離確保手段は、上記センサ電極と上記グラウンド電極との間を、同センサ電極と同グラウンド電極との間に形成される静電容量が上記センサ電極と上記被検出体との間に形成される静電容量よりも十分小さくなる距離に確保する構成とされている。

図１は、この発明の第１の実施例である静電容量式タッチセンサの要部の構成を示す断面図である。
この例の静電容量式タッチセンサは、同図に示すように、センサ電極１１と、表面パネル１２と、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit、フレキシブル・プリント基板）１３と、グラウンド（ＧＮＤ）電極１４と、スペーサ１５とから構成されている。表面パネル１２は、非導電性材料（たとえば、ガラス、アクリル樹脂など）で構成されている。センサ電極１１は、表面パネル１２で被覆され、同表面パネル１２に人の指Ｆ（被検出体）が接触したとき、指Ｆとの間に静電容量Ｃｈが形成される。

グラウンド電極１４は、センサ電極１１の裏面の近傍に配置され、同センサ電極１１に対して外部からのノイズを遮断するためのものである。これらのセンサ電極１１及びグラウンド電極１４は、片面のＦＰＣ１３内の異なる領域に配設され、スペーサ１５を跨ぐように同ＦＰＣ１３を湾曲部１３ａで湾曲させたときに互いに向かい合う態様とされている。スペーサ１５は、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間に介挿され、同センサ電極１１と同グラウンド電極１４との間の距離を所定値に確保する。特に、この実施例では、スペーサ１５は、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間を、同センサ電極１１と同グラウンド電極１４との間に形成される静電容量Ｃｎが所定の基準値よりも小さくなる距離に確保する。

図２は、図１中のＦＰＣ１３を平面状に展開した状態を示す図である。
このＦＰＣ１３は、同図２に示すように、センサ電極１１，１１が配設され、また、湾曲部１３ａを経てグラウンド電極１４が配設されている。

図３は、図１の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図である。
この電子機器は、たとえば携帯電話機であり、同図３に示すように、センサ電極１１と、表面パネル１２と、ＦＰＣ１３と、グラウンド電極１４と、スペーサ１５と、検出回路１６と、周囲デバイス１７とを有している。グラウンド電極１４は、電子機器の筐体に又は大地に接地されている。センサ電極１１に対しては、上記静電容量Ｃｈの他、周囲デバイス１７との間の静電容量Ｃam、及び電子機器の筐体又は大地との間の静電容量Ｃｇが存在する。また、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間に、静電容量Ｃｎが形成される。このグラウンド電極１４は、センサ電極１１に対して、外部からのノイズを遮断する。

検出回路１６は、これらの総和の容量Ｃｚ（＝Ｃｈ＋Ｃam＋Ｃｇ＋Ｃｎ）を検出すると共に、この容量Ｃｚの変化を検出して図示しないスイッチのオン／オフ制御などの動作を行う。スペーサ１５は、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間を、同センサ電極１１と同グラウンド電極１４との間に形成される静電容量Ｃｎが同センサ電極１１と被検出体との間に形成される静電容量Ｃｈよりも十分小さくなる距離に確保する厚みに設定されている。

この電子機器では、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間にスペーサ１５が設けられているので、静電容量Ｃｎが静電容量Ｃｈよりも十分小さくなり、検出回路１６で検出不可能となる。これにより、検出回路１６が容量Ｃｚの変化を検出する場合、指Ｆの接触時の容量変化率が大きくなり、センサ電極１１の面積を拡大することなく、接触時の感度が十分に確保され、この指Ｆの接触が円滑に検出される。特に、携帯電話機など、操作面の面積に制約のある小型の電子機器において、厚み方向に実装スペースがある場合に、面積の拡大をせずに静電容量式タッチセンサの機能性が確保される。

図４は、この発明の第２の実施例である静電容量式タッチセンサの要部の構成を示す断面図であり、第１の実施例を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この例の静電容量式タッチセンサでは、同図４に示すように、グラウンド電極１４に周囲デバイス１７のグラウンド部分１７ａが接触している。他は、図１と同様の構成である。

図５は、図４の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図であり、第１の実施例を示す図３中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この電子機器では、同図５に示すように、グラウンド電極１４に周囲デバイス１７の図示しないグラウンド部分１７ａが接続される一方、静電容量Ｃamが削除されている。

この電子機器では、グラウンド電極１４にグラウンド部分１７ａが接触しているので、同グラウンド電極１４がより安定したグラウンドとなり、センサ電極１１に対して外部からのノイズを遮断する機能が向上する。また、静電容量Ｃamが削除されているので、検出回路１６が容量Ｃｚの変化を検出する場合、指Ｆの接触時の容量変化率がさらに大きくなり、この指Ｆの接触がより円滑に検出される。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、図２のＦＰＣ１３に代えて、図６に示すＦＰＣ１３Ａを設け、センサ電極１１，１１を配設するとと共に、湾曲部１３ｂを経てグラウンド電極１４が配設されていても良い。また、上記各実施例のスペーサ１５は、センサ電極１１とグラウンド電極１４との間を、同センサ電極１１と同グラウンド電極１４との間に形成される静電容量が所定の基準値よりも小さくなる距離に確保するものであれば、電子機器に実装されている他のデバイスなどで代用しても良い。また、被検出体は、人の指Ｆに限定されず、導電性の物体であれば良い。また、電子機器は、携帯電話機に限らず、静電容量式タッチセンサを備えるものであれば、任意の機器で良い。

この発明は、非接触型の静電容量式タッチセンサ全般に適用でき、特に、操作面の面積に制約のある小型の電子機器に用いて効果的である。

この発明の第１の実施例である静電容量式タッチセンサの要部の構成を示す断面図である。 図１中のＦＰＣ１３を平面状に展開した状態を示す図である。 図１の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図である。 この発明の第２の実施例である静電容量式タッチセンサの要部の構成を示す断面図である。 図４の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図である。 ＦＰＣの他の例を示す図である。 非特許文献１に記載された非接触型静電容量式タッチセンサの構成図である。 図７の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図である。 他の非接触型静電容量式タッチセンサの構成図である。 図９の静電容量式タッチセンサが設けられている電子機器の要部の電気的構成及び各部の静電容量を模式的に示す図である。

符号の説明

１１ センサ電極（静電容量式タッチセンサの一部）
１２ 表面パネル（静電容量式タッチセンサの一部）
１３ ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit、フレキシブル・プリント基板）
１３ａ 湾曲部（ＦＰＣの一部）
１４ グラウンド（ＧＮＤ）電極
１５ スペーサ（距離確保手段）
１６ 検出回路（電子機器の一部）
１７ 周囲デバイス（電子機器の一部、他のデバイス）
１７ａ グラウンド部分

Claims (7)

1. 非導電性の表面パネルで被覆され、該表面パネルに被検出体が接触したとき、該被検出体との間に静電容量が形成されるセンサ電極と、
   該センサ電極の裏面の近傍に配置されたグラウンド電極とを有する静電容量式タッチセンサであって、
   前記センサ電極と前記グラウンド電極との間の距離を所定値に確保する距離確保手段が設けられていることを特徴とする静電容量式タッチセンサ。
2. 非導電性の表面パネルで被覆され、該表面パネルに被検出体が接触したとき、該被検出体との間に静電容量が形成されるセンサ電極と、
   該センサ電極の裏面の近傍に配置され、該センサ電極に対して外部からのノイズを遮断するためのグラウンド電極とを有する静電容量式タッチセンサであって、
   前記センサ電極と前記グラウンド電極との間に介挿され、該センサ電極と該グラウンド電極との間の距離を所定値に確保する距離確保手段が設けられていることを特徴とする静電容量式タッチセンサ。
3. 前記距離確保手段は、
   前記センサ電極と前記グラウンド電極との間を、該センサ電極と該グラウンド電極との間に形成される静電容量が所定の基準値よりも小さくなる距離に確保する構成とされていることを特徴とする請求項２記載の静電容量式タッチセンサ。
4. 前記センサ電極及びグラウンド電極は、
   片面フレキシブル・プリント基板内の異なる領域に配設され、前記距離確保手段を跨ぐように前記基板を湾曲させたときに互いに向かい合う態様とされていることを特徴とする請求項２又は３記載の静電容量式タッチセンサ。
5. 前記グラウンド電極は、
   他のデバイスのグラウンド部分が接触していることを特徴とする請求項２、３又は４記載の静電容量式タッチセンサ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一に記載の静電容量式タッチセンサと、
   該静電容量式タッチセンサの前記センサ電極と前記被検出体との間に形成される前記静電容量を検出するための検出回路とを備えてなることを特徴とする電子機器。
7. 請求項３記載の静電容量式タッチセンサと、
   該静電容量式タッチセンサの前記センサ電極と前記被検出体との間に形成される前記静電容量を検出するための検出回路とを備え、
   前記距離確保手段は、
   前記センサ電極と前記グラウンド電極との間を、該センサ電極と該グラウンド電極との間に形成される静電容量が前記センサ電極と前記被検出体との間に形成される静電容量よりも十分小さくなる距離に確保する構成とされていることを特徴とする電子機器。

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