JP2011146836A - アンテナ付き入力装置、及び該装置を備える電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナ付き入力装置は、感知面に沿って配置される絶縁基板(34a,36a,40,28)と、絶縁基板(34a,36a,40,28)に設けられ、感知面に対する物体の接触を検知するための測定用電極(34b,36b,36c)と、測定用電極(34b,36b,36c)を囲むように絶縁基板(34a,36a,40,28)に設けられ、平衡信号を送信若しくは受信するためのアンテナ(48,50)と、絶縁基板(34a,36a,40,28)に設けられた接地端子(60)と、アンテナ(48,50)の電気的中点(EC)と接地端子(60)とを繋ぐ接地導体(64)とを備える。
【選択図】図6
Description
ただし、本体のハウジング及びシールド部材には、タッチパッド入力装置を配置するための開口部が設けられ、タッチパッド入力装置のフェイスシートは、開口部にて表出して感知面を構成する。
具体的には、フレームグランドを構成する略環形状のグランドパターンは、入力装置の絶縁基板の感知面側に、測定用電極を囲むように設けられる。フレームグランドは、絶縁基板に設けられた接地電極を介して、入力装置を搭載した電子機器のフレームグランドに電気的に接続される。
本発明は上述した事情に基づいてなされ、その目的とするところは、大型化が防止されながら、優れた静電気耐圧を有するとともに、良好な通信性能を有するアンテナ付き入力装置、及び、該装置を備える電子機器を提供することにある。
しかしながら、グランドパターンをアンテナとして使用する場合、静電気によるサージ電流によって、アンテナの電気回路が破壊される虞がある。また、そもそも、アンテナは、インダクタンスや品質係数(Q値)が所定の値になるように設計されるが、グランドパターンは、太く短くなるように設計されており、アンテナとグランドパターンとでは設計思想が異なる。このため、この着想の実現は困難であると思われた。
それでも発明者等は鋭意検討を続け、アンテナにグランパターンとしての機能を持たせながら、アンテナの電気的中点を接地すれば、アンテナの電気回路が静電気等によるサージ電流から保護されることを見出し、本発明に想到した。
かくして本発明は以下の解決手段を採用する。
この結果として、このアンテナ付き入力装置は、大型化が防止されながら、優れた静電気耐圧を有するとともに、良好な通信性能を有する。
また、アンテナは、感知面の近傍に第1のアンテナパターンを有しており、アンテナによる通信を阻害する物体がほとんど無い。このため、このアンテナ付き入力装置は、優れた通信性能を有する。
この結果として、アンテナに流れ込んだサージ電流は、アンテナ付き入力装置を搭載する電子機器のアースに確実に逃がされる。
なお、第1の電極パターンは、測定用電極の一つであり、第1の電極パターンを設けたことによって、入力装置が大型化することはない。
第5の解決手段によれば、第1のアンテナパターンと第2のアンテナパターの横断面積を相違させることによって、第1のアンテナパターンと第2のアンテナパターのインピーダンスが調整される。そして、インピーダンスの調整によって、電気的中点が、第2のアンテナパターン上に確実且つ容易に位置付けられる。
第6の解決手段によれば、第1のアンテナパターンが2つの部分を含み、第1のアンテナパターンに第2のアンテナパターンの少なくとも一部が介挿されることで、電気的中点が、第2のアンテナパターン上に確実且つ容易に位置付けられる。
第7の解決手段によれば、第1のアンテナパターンと第3のアンテナパターンとの間に第2のアンテナパターンを介挿することによって、電気的中点が、第2のアンテナパターン上に確実且つ容易に位置付けられる。
第8の解決手段によれば、サージ電流がアンテナに流れ込んだときに、サージ電流がより確実に接地端子に逃がされる。
第9の解決手段によれば、絶縁基板に設けられる接地端子の数が抑制される。
第10の解決手段によれば、接地端子を介してサージ電流が検出回路に流れ込むことが防止される。
第11の解決手段によれば、シールド電極によって、物体の検出精度が高くなる。一方、シールド電極をメッシュ形状にしたことによって、アンテナで発生した電磁波若しくは磁束がシールド電極によって反射若しくは吸収されることが抑制される。
この結果として、このアンテナ付き入力装置は、優れた物体の検出精度を有しながら、優れた静電気耐圧を有するとともに、良好な通信性能を有する。
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態のアンテナ付き入力装置10を搭載したラップトップ型のパーソナルコンピュータ(電子機器)11を示す。コンピュータ11は本体12及びディスプレー14を有し、本体12とディスプレー14はヒンジを介して結合されている。ディスプレー14は、通常平置きされる本体12に重ね合わされた状態(閉状態)から、ヒンジを支点として回転させられることにより可逆的に、本体12に対して立った状態(開状態)になる。
閉状態のときにディスプレー14と対向するメインハウジング20の上面には、液晶パネル18に向かって見たとき奥側、則ちヒンジ側に開口20aが設けられ、この開口20a内にキーボード21が配置されている。なお、メインハウジング20の上面の大きさは、ディスプレーハウジング16の内面と略同一である。
更に、メインハウジング20の上面には、開口20bよりも手前に開口20cが形成され、この開口20cには、2つのボタン24a,24bがメインハウジング20の幅方向に並んで表出している。
なお、メインハウジング20の上面における、開口20b,20cの両側の領域はパームレストとして機能する。
メインハウジング20の内側には、金属製のシールド部材26が設けられている。シールド部材26は、メインハウジング20よりも若干小さな形状をなし、キーボード21、フェイスシート22及びボタン24a,24bが表出している領域を除き、メインハウジング20によって略全域が覆われている。
なお、底板27aには、一体に接続リード27cが形成され、接続リード27cは、アンテナ付き入力装置10に電気的に接続されている。接続リード27cは、パーソナルコンピュータ11のアースに電気的に接続されている。
アンテナ付き入力装置10は、好ましくはアンテナ付きのタッチパッド入力装置である。アンテナ付き入力装置10は、適当なパターンの配線(図示せず)を有するプリント回路基板28を有し、プリント回路基板28は、図示しない支持部材によって、凹み27内に固定されている。
図4は、アンテナ付き入力装置10を分解して示す概略的な斜視図である。
積層体32は、フェイスシート22側から順に、X電極層34、Y電極層36、及び、シールド電極層38を有する。これらフェイスシート22、X電極層34、Y電極層36及びシールド電極層38は、ホットプレス又は接着剤などによって相互に密着している。
具体的には、フィルム基板34aは長方形形状を有し、フィルム基板34aの短辺はパーソナルコンピュータ11の本体12の奥行き方向に延び、フィルム基板34aの長辺はパーソナルコンピュータ11の本体12の幅方向に延びている。
X電極34bは、互いに平行な複数の導電性の帯によって構成され、導電性の帯は、フィルム基板34aの短辺の方向にそれぞれ延び、フィルム基板34aの長辺の方向にて相互に一定間隔にて離間している。
具体的には、フィルム基板36aは、フィルム基板34aと同じ長方形形状を有する。Y電極36bは、互いに平行な複数の導電性の帯によって構成され、導電性の帯は、フィルム基板36aの長辺の方向にそれぞれ延び、フィルム基板36aの短辺の方向にて相互に一定間隔にて離間している。
シールド電極42は、導電性の材料からなる層状の本体部44を有し、好ましくは、本体部44には複数の開口部46が形成されている。本体部44は、X電極層34、Y電極層36b及びシールド電極層38の積層方向にて、X電極34b、Y電極36b及び検出電極36cが投影される投影位置に位置している。開口部46は、積層方向にて、X電極34b、Y電極36b及び検出電極36cが投影されない非投影位置に位置している。従って、シールド電極42の本体部44は、X電極34b、Y電極36b及び検出電極36cを合わせたような碁盤目形状を有する。
なお、シールド電極層38のシールド電極42の形状は、碁盤目形状に限定されることはなく、ベタ形状等であっても良い。
そして、アンテナ付き入力装置10は、外部と通信するためのアンテナを有する。アンテナは、好ましくは磁界結合型のヘリカルアンテナ(ループアンテナ)である。
アンテナは、図5に示したように、X電極基板34aに一体に形成された第1のアンテナパターン(X電極層アンテナパターン)48を含む。X電極層アンテナパターン48は、導体の帯からなり、X電極34bを囲むように、X電極基板34aの外縁側に設けられている。X電極層アンテナパターン48は、略1周に渡って、X電極基板34aの外縁近傍を延びている。X電極層アンテナパターン48の端部48a,48bは互いの近傍に位置しており、X電極基板34aの1つの角部にそれぞれ位置している。
なお、図6においては、回路基板アンテナパターン50とX電極層アンテナパターン48の位置関係を理解し易くするために、左右が逆に描かれている。
第1端子部52及び第2端子部54はアンテナの両端を構成しており、本実施形態では、ランド部として形成されている。
なお、X電極34b、Y電極36b、検出電極36c及びアンテナの材料としては、アルミや銅等の金属を用いることができるが、ITO(酸化インジウム錫)等の導電性の酸化物を用いてもよい。
また、プリント回路基板28の下面には、例えば矩形形状の導体からなる接地端子60が一体に形成されている。接続リード27cは、接地端子60に接触させられており、接地端子60は、接続リード27cを介して、パーソナルコンピュータ11のアースに電気的に接続される。
また、リード部62と回路基板アンテナパターン50との間は、ブリッジ部64によって繋がっている。従って、接地端子60は、リード部62の一部とブリッジ部64を介して、回路基板アンテナパターン50に電気的に接続されている。つまり、リード部62の一部とブリッジ部64は、接地端子60とアンテナとを繋ぐ接地導体を構成している。
図7は、アンテナのための電気回路を概略的に示すブロック図である。なお、図中の符号「HA」は、アンテナに付されている。
アンテナHAには、平衡な高周波信号の送信及び受信に使用される。このため、アンテナHAの両端は、整合回路(平衡整合回路)70に接続され、整合回路70がICチップ72に接続される。ICチップ72は送受信回路を含んでいる。そして、アンテナHAの電気的中点ECは、接地端子60を介して接地される。
なお、整合回路70及びICチップ72は、プリント回路基板28に設けることができるが、プリント回路基板28とは別に、パーソナルコンピュータ11に設けることもできる。
整合回路70は、アンテナHAの両端に並列に接続されるコンデンサ74を有し、アンテナHA及びコンデンサ74の一端は、コンデンサ76を介してICチップ72に接続されている。そして、コンデンサ76とICチップ72の中間点が、コンデンサ78を介して接地されている。
同様に、アンテナHA及びコンデンサ74の他端は、コンデンサ80を介してICチップ72に接続されている。そして、コンデンサ80とICチップ72の中間点が、コンデンサ82を介して接地されている。
この結果として、このアンテナ付き入力装置10は、大型化が防止されながら、優れた静電気耐圧を有するとともに、良好な通信性能を有する。
また、アンテナHAは、フェイスシート22の直下にX電極層アンテナパターン48を有しており、アンテナHAによる通信を阻害する物体がほとんど無い。このため、このアンテナ付き入力装置10は、優れた通信性能を有する。
この結果として、アンテナHAに流れ込んだサージ電流は、アンテナ付き入力装置10を搭載するパーソナルコンピュータ11のアースに確実に逃がされる。
なお、X電極34bは、測定用電極の一つであり、X電極34bを設けたことによって、アンテナ付き入力装置10が大型化することはない。
この結果として、このアンテナ付き入力装置10は、優れた物体の検出精度を有しながら、優れた静電気耐圧を有するとともに、良好な通信性能を有する。
以下、第2実施形態に係るタッチパッド入力装置について説明する。なお、第1実施形態に係るアンテナ付き入力装置10と同一の構成又は機能を有する部材については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
図9は、第2実施形態に係るアンテナ付き入力装置に適用される、X電極層34を概略的に示している。第2実施形態では、X電極層34のX電極層アンテナパターン84が、第1の部分86及び第2の部分88からなる。
プリント回路基板28に設けられた回路基板アンテナパターン90では、ループ部92と第1端子部52とが相互に分離しており、第1端子部52には、一体に連なる直線形状の連結部94が設けられている。そして、ループ部92は、第1端子部52及び第2端子部54とは対角に、相互に分離した両端92a,92bを有する。
以下、第3実施形態に係るアンテナ付き入力装置について説明する。なお、上述した実施形態に係るアンテナ付き入力装置と同一の構成又は機能を有する部材については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
具体的には、本実施形態では、回路基板アンテナパターン98の第1端子部52とY電極層アンテナパターン100の端部100aの位置が対応しており、第1端子部52と端部100aとがスルーホールを介して電気的に接続されている。
上述した第3実施形態のアンテナ付き入力装置によれば、X電極層アンテナパターン96とY電極層アンテナパターン100との間に回路基板アンテナパターン98のループ部102を介挿することによって、電気的中点ECが、回路基板アンテナパターン98上に確実且つ容易に位置付けられる。
図14は、第4実施形態に係るアンテナ付き入力装置における、アンテナHAのための電気回路を概略的に示している。
図14の電気回路において、整合回路104は、アンテナHAの両端に並列に接続されるコンデンサ106を有し、アンテナHA及びコンデンサ106の一端は、コンデンサ108及びインダクタ110を介してICチップ72に接続されている。そして、インダクタ110の両端は、コンデンサ112,114を介して接地されている。
つまり、アンテナHAのための整合回路の構成は、特に限定されることはなく、アンテナHAの特性に応じて、適宜設定される。
図15は、第5実施形態に係るアンテナ付き入力装置における、アンテナHAのための電気回路を概略的に示している。図15に示されるように、アンテナHAのバリスタ124,126を介して接地端子60に接続されていても良い。バリスタ124,126は、アンテナHAに所定値を超えると電圧が印加されたときのみ、電流を接地端子60に逃がす。
第5実施形態のアンテナ付き入力装置によれば、サージ電流がアンテナHAに流れ込んだときに、サージ電流がより確実に接地端子60に逃がされる。
例えば、上述した第1乃至第5実施形態では、物体を検知するための検知回路のシグナルグランドが接地端子60に接続されていたが、シグナルグランドは、接地端子60に対して電気的に浮いていてもよい。この場合、接地端子60を介してサージ電流が検出回路に流れ込むことが防止される。
更に、検出電極36cを省略し、X電極34bに電圧を印加しているときにはY電極36bを検出電極として利用し、逆に、Y電極36bに電圧を印加しているときにはX電極34bを検出電極として利用してもよい。つまり、測定用電極の構成も特には限定されない。ただし、測定用電極は、静電容量の変化を利用して物体の接触を検知可能なように、平面でみたときに、格子状若しくは網目状に構成されているのが好ましい。
一方、アンテナHAの巻回数は第1乃至第5実施形態に限定されることはない。例えば、アンテナHAの巻回数は1回であってもよく、第1乃至第3実施形態で説明したように、2回以上であってもよい。アンテナHAは、2層以上に渡って設けられていてもよく、各層において2つ以上の複数の部分に分割されていてもよい。
11 パーソナルコンピュータ(電子機器)
28 プリント回路基板(絶縁基板)
34a X電極基板(絶縁基板)
36a Y電極基板(絶縁基板)
34b X電極(測定用電極,第1の電極パターン)
36b Y電極(測定用電極)
36c 検出電極(測定用電極)
40 シールド電極基板(絶縁基板)
42 シールド電極
48 X電極層アンテナパターン(アンテナ,第1のアンテナパターン)
50 回路基板アンテナパターン(アンテナ,第2のアンテナパターン)
52 第1端子部
54 第2端子部
56 ループ部
58 連結部
64 ブリッジ部(接地導体)
70 整合回路
72 ICチップ
EC アンテナの電気的中点
Claims (12)
- 感知面に沿って配置される絶縁基板と、
前記絶縁基板に設けられ、前記感知面に対する物体の接触を検知するための測定用電極と、
前記測定用電極を囲むように前記絶縁基板に設けられ、平衡信号を送信若しくは受信するためのアンテナと、
前記絶縁基板に設けられた接地端子と、
前記アンテナの電気的中点と前記接地端子とを繋ぐ接地導体と
を備えることを特徴とするアンテナ付き入力装置。 - 前記アンテナは第1のアンテナパターンを含み、
前記第1のアンテナパターンは、前記感知面側に位置する前記絶縁基板の第1の面に、前記測定用電極を囲むように配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記接地端子は、前記感知面とは反対側に位置する前記絶縁基板の第2の面に配置され、
前記アンテナは、前記絶縁基板の前記第2の面に配置され、且つ、前記電気的中点を有する第2のアンテナパターンを含む
ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記測定用電極は、静電容量の変化に基づいて物体の接触を検知すべく、前記絶縁基板の第1の面に配置された電極パターンを含み、
前記第2のアンテナパターンは、前記第1のアンテナパターンの長さに対応する長さを有し、且つ、前記第1のアンテナパターンと電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記第1のアンテナパターンの横断面積は、前記第2のアンテナパターンの横断面積とは異なる
ことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記第1のアンテナパターンは、相互に分離した第1の部分及び第2の部分を含み、
前記第1の部分、前記第2のアンテナパターンの少なくとも一部、及び、前記第2の部分はこの順序で電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記アンテナは第3のアンテナパターンを含み、
前記第3のアンテナパターンは、前記絶縁基板の内部に、前記第1の面に対して平行に配置され、
前記第1のアンテナパターン、前記第2のアンテナパターンの少なくとも一部及び前記第3のアンテナパターンは、この順序で電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記アンテナは、バリスタを介して前記接地端子に接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記絶縁基板には、前記測定用電極と協働して前記感知面に対する物体の接触を検知するための検出回路が設けられ、
前記検出回路のシグナルグランドは前記接地端子に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記絶縁基板には、前記測定用電極と協働して前記感知面に対する物体の接触を検知するための検出回路が設けられ、
前記検出回路のシグナルグランドは、前記接地端子に対して電気的に浮いている
ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載のアンテナ付き入力装置。 - 前記絶縁基板の内部に、前記感知面からみて前記測定用電極よりも遠くに設けられたメッシュ形状のシールド電極を更に備える
ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載のアンテナ付き入力装置。 - 請求項1乃至11の何れか一項に記載のアンテナ付き入力装置を備えることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (4)
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