JP2011014280A

JP2011014280A - タッチセンサ

Info

Publication number: JP2011014280A
Application number: JP2009155221A
Authority: JP
Inventors: Kenta Mori; 建太森; Seiya Murase; 誠也村瀬
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】素手状態及び手袋装着状態のいずれでも、操作入力を検知できるようにする。
【解決手段】タッチセンサ１は、ユーザーの指が接触する被タッチ面２を有する第１の誘電体３と、この誘電体３の前記被タッチ面２と反対側に設けられた第１の電極４と、この第１の電極４と第２の誘電体５を介して対向する第２の電極６とを備え、前記第１の誘電体３及び第１の電極４を、前記被タッチ面２が指で押圧されたときに弾性的に前記第２の電極６方向へ湾曲変形可能に構成し、前記第２の誘電体５を、第１の誘電体３及び第１の電極４の第２の電極６方向への湾曲変形を許容する構成とし、被タッチ面２と前記第１の電極４との間の静電容量変化と、前記第１の電極４と第２の電極６との間の静電容量変化とによりユーザーの指のタッチ操作を検知するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量式のタッチセンサに関する。

従来、静電容量式のタッチセンサは、タッチ面に素手や専用タッチペンで触れることによりタッチ面と電極との間の静電容量変化を検出し、これにて、操作入力を検出するようにしている（特許文献１、２、３）。

特開２００７−１７３０６７号公報特開２００７−１１５４４０号公報特開２００６−３４３７９５号公報

ところで、ユーザーにおいては、通常は、素手であることが多いが、使用環境や、季節などによっては、手に手袋を装着することがあり、又、手袋を装着したり外したりする場合もある。しかし、従来のタッチセンサでは、手に手袋をした状態では、静電容量が変化しないため、操作入力を検知できず、逐一手袋を外す必要がある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、素手状態及び手袋装着状態のいずれでも、操作入力を検知できるタッチセンサを提供することにある。

請求項１の発明は、ユーザーの指が接触する被タッチ面を有する第１の誘電体と、この誘電体の前記被タッチ面と反対側に設けられた第１の電極と、この第１の電極と第２の誘電体を介して対向する第２の電極とを備え、前記第１の誘電体及び第１の電極を、前記被タッチ面が指で押圧されたときに弾性的に前記第２の電極方向へ湾曲変形可能に構成し、前記第２の誘電体を、前記第１の誘電体及び第１の電極の前記第２の電極方向への湾曲変形を許容する構成とし、前記被タッチ面と前記第１の電極との間の静電容量変化と、前記第１の電極と第２の電極との間の静電容量変化とによりユーザーの指のタッチ操作を検知するようにしたところに特徴を有する。

この請求項１の発明においては、ユーザーの指が被タッチ面に接触していない場合には、第１の電極は回路的に開放しており、この第１の電極と被タッチ面と第１の誘電体とは実質コンデンサとして作用しておらず、静電容量は無視できる程度に小さい。又、第１の電極と第２の電極と第２の誘電体とによりコンデンサ（以下、便宜上電極間コンデンサという）が形成されている。センサ検知手段は、このときの電極間コンデンサの静電容量に応じてユーザーが非タッチ状態であることが検知する。

そして、ユーザーが素手で被タッチ面に接触すると被タッチ面とユーザーとが導通状態となり、前記第１の電極と被タッチ面（すなわち導通状態の指先）と第１の誘電体とによりコンデンサ（以下、便宜上人体間コンデンサという）が形成され、この人体間コンデンサにより大きな静電容量が発生し、つまり第１の電極と被タッチ面との間の静電容量が大きく変化する。この静電容量変化と前記電極間コンデンサの静電容量とに応じてユーザーの指のタッチ操作が検知される。又、ユーザーが例えば手袋をした指で被タッチ面に接触すると、手袋が被タッチ面に対して絶縁体として作用し、前記第１の電極は回路的に開放したままとなり（人体間コンデンサは形成されず）、指のタッチ操作は検出されない。この場合、ユーザーは、タッチ操作したにもかかわらずタッチ操作検出がされないことに気付き、指を被タッチ面にさらに押圧する。すると、第１の誘電体及び第１の電極が第２の電極方向へ湾曲し、第１の電極と第２の電極との距離が縮まって電極間コンデンサの静電容量が変化し、この変化によりユーザーの指のタッチ操作が検知される。

本発明のタッチセンサによれば、素手状態及び手袋装着状態のいずれでも、操作入力を検知できる。

本発明の一実施形態を示し、タッチセンサの縦断側面図タッチ検出回路の電気回路図作用説明のための図１相当図図３の場合のタッチ検出回路の電気回路図別の作用説明のための図１相当図図５の場合のタッチ検出回路の電気回路図

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１において、タッチセンサ１は、タッチ面２を有する第１の誘電体３と、第１の電極４と、第２の誘電体５と、第２の電極６と、基板７と、タッチ検出回路８（図２参照）とを備えて構成されている。

前記第１の誘電体３と第１の電極４とは、フレキシブル基板９により形成されている。このフレキシブル基板９は、絶縁性があって弾性変形が可能な基板本体に導体パターンを印刷形成したものであり、基板本体により前記第１の誘電体３が形成され、導体パターンにより前記第１の電極４が形成されている。そして、前記被タッチ面２は薄肉のシリコンゴムにより形成されていて、前記第１の誘電体３上に配設されている。ここで、前記第１の電極４は、この第１の誘電体３の前記被タッチ面２と反対側に設けられた形態となっている。前記第１の誘電体３及び第１の電極４は、前記被タッチ面２が指で押圧されたときに、弾性的に第２の電極６方向へ湾曲変形可能である。

前記基板７上面には前記２の電極６が導体パターンにより形成されており、この第２の電極６に対向するように前記第１の電極４がスペーサ１０、１０を介して配設されている。この第２の電極６はＧＮＤ電位となっている。この第１の電極４と第２の電極６との間に前記第２の誘電体５が形成されており、この場合、この第２の誘電体５は空気層から構成されている。従って、この第２の誘電体５は、前記第１の誘電体３及び第１の電極４が図３に示すように湾曲変形することを許容している。

タッチ検出手段たる前記タッチ検出回路８について、図２を参照して説明する。このタッチ検出回路８は一般的な静電容量検出回路であり、高周波信号を出力する発振部１１、負荷抵抗１２、前記第１の電極４、高周波信号の検波及び平滑を行う検波部１３、オペアンプ１４を備えて構成されている。発振部１１の出力端子には、負荷抵抗１２を介して第１の電極４が接続されている。

検波部１３は、ダイオード及びコンデンサなどからなり、発振部１１からの高周波信号が入力されている。また、検波部１３の出力はオペアンプ１４を介して、増幅及びオフセットされた信号Ｖoutとして制御装置に入力されている。なお、発振部１１、負荷抵抗１２、検波部１３、オペアンプ１４は、パッケージ化され静電容量検出ＩＣ１５を構成している。又、前記第２の電極６はＧＮＤに接続されている。

上記構成において、図２に示すように、ユーザーの指が被タッチ面２に接触していない場合には、第１の電極４は回路的に開放している。この第１の電極４と被タッチ面２と第１の誘電体３とは実質コンデンサとして作用しておらず、静電容量は無視できる程度に小さい。又、この場合、第１の電極４と第２の電極６と第２の誘電体５とにより電極間コンデンサＣａが形成されており、この電極間コンデンサＣａのみが有効化されている。このとき、発振部１１から出力された高周波信号は、第１の電極４及び第２の電極６により形成された電極間コンデンサＣａ（静電容量Ｃａ１）のインピーダンスと負荷抵抗１２とで分圧されて検波部１３に入力される。この結果、検波部１３及びオペアンプ１４を介して出力される信号Ｖoutは、前記コンデンサＣａの静電容量Ｃａ１に応じたレベルＶ１となる。この信号Ｖ１をもってユーザーのタッチ操作が無いことが検知される。なお、図示しないが、ユーザーのタッチ操作の有無に応じて図示しない表示手段あるいは報知手段が有無を表示あるいは報知するようになっている。もしくは、タッチ操作の有りに応じて何らかの設定を行う場合には、その設定に関する表示が図示しない表示手段に表示されるようになっている。

そして、図３に示すように、ユーザーが素手で被タッチ面２に接触すると、図４に示すように、ユーザー自身がＧＮＤとして作用し、前記第１の電極４と被タッチ面２（指先）との間に静電容量Ｃｂ１の人体間コンデンサＣｂが形成され、つまり、前記第１の電極４と被タッチ面２との間の静電容量が大きく変化する。この人体間コンデンサＣｂと電極間コンデンサＣａとの合成静電容量は「Ｃａ１＋Ｃｂ１」となり、これに応じて、前記信号ＶoutはＶ２となり、この信号Ｖ２をもって、ユーザーの指のタッチ操作が有ったと検知される。

又、図５に示すように、ユーザーが例えば手袋をした指で被タッチ面２に接触すると、手袋が被タッチ面２に対して絶縁体として作用し、図６に示すように、前記第１の電極４は回路的に開放したままとなり、図１と同様、指のタッチ操作は検出されない。この場合、ユーザーは、タッチ操作したにもかかわらずタッチ操作検出がされないことに気付き、指を被タッチ面２にさらに押圧する。すると、第１の誘電体３及び第１の電極４が第２の電極６方向へ湾曲し、第１の電極４と第２の電極６との距離が縮まって電極間コンデンサＣａの静電容量がＣａ１からＣａ２へ変化し、信号Ｖoutが信号Ｖ３に変化する。この信号Ｖ３をもって、ユーザーの指のタッチ操作が有ったと検知される。

この結果、本実施形態によれば、素手状態及び手袋装着状態のいずれでも、操作入力を検知できる。
又、本実施形態によれば、第１の誘電体３を、フレキシブル基板９の基板本体により構成し、且つ、前記第１の電極４を当該基板本体に印刷形成された導体パターンから構成したから、弾性変形が可能な第１の誘電体３及び第１の電極４を簡単に形成することができる。

又、本実施形態によれば、第１の電極４と第２の電極６とはそれぞれの両端部が電気絶縁性スペーサ１０、１０により離間し、これら第１の電極４及び第２の電極６間の第２の誘電体５を空気層としているから、第１の誘電体３及び第１の電極４の湾曲変形を許容する構成を簡単に実現できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、次のように変更して実施しても良い。
第１の誘電体は電気絶縁性ゴムにより形成し、第１の電極は導電ゴムにより形成しても良い。又、タッチ検出回路としては、第１の電極と被タッチ面との静電容量変化を検出するタッチ検出回路と、第１の電極及び第２の電極間の静電容量の変化を検出するタッチ検出回路とを、別々に設けるようにしても良い。

図面中、１はタッチセンサ、２は被タッチ面、３は第１の誘電体、４は第１の電極、５は第２の誘電体、６は第２の電極、８はタッチ検出回路、９はフレキシブル基板を示す。

Claims

ユーザーの指が接触する被タッチ面を有する第１の誘電体と、
この誘電体の前記被タッチ面と反対側に設けられた第１の電極と、
この第１の電極と第２の誘電体を介して対向する第２の電極とを備え、
前記第１の誘電体及び第１の電極を、前記被タッチ面が指で押圧されたときに弾性的に前記第２の電極方向へ湾曲変形可能に構成し、
前記第２の誘電体を、前記第１の誘電体及び第１の電極の前記第２の電極方向への湾曲変形を許容する構成とし、
前記被タッチ面と前記第１の電極との間の静電容量変化と、前記第１の電極と第２の電極との間の静電容量変化とによりユーザーの指のタッチ操作を検知することを特徴とするタッチセンサ。
前記第１の誘電体はフレキシブル基板の基板本体により構成され、且つ、前記第１の電極は当該基板本体に印刷形成された導体パターンから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
前記第１の電極と第２の電極とはそれぞれの両端部が電気絶縁性スペーサにより離間し、これら第１の電極及び第２の電極間の第２の誘電体は空気層であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチセンサ。