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

アンテナ付き入力装置、及び該装置を備える電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】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。
【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

本発明は、アンテナ付き入力装置、及び該装置を備える電子機器に関する。
接触型の入力装置として、例えばタッチパッド入力装置は、ラップトップ型のパーソナルコンピュータ(ラップトップコンピュータ)等の電子機器に搭載される。ラップトップコンピュータでは、キーボードを有する本体とディスプレーとがヒンジで連結され、この本体において、キーボードの手前側にタッチパッド入力装置が配置される。
ラップトップコンピュータでは、本体のハウジングの内側にシールド部材が設けられている。シールド部材は、本体内部の電子機器を覆うように設けられ、不要電磁波の放射又は入射を抑制している(EMI対策)。
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。
タッチパッド入力装置は、感知面に接近する物体を検知するための測定用電極及び検知回路を有する。測定用電極は、例えば、感知面に沿って延びる複数のX電極と、X電極と直交する方向に延びる複数のY電極と、Y電極と噛み合うように配置された検出電極とを有する。この場合、X電極又はY電極と検出電極との間の静電容量の変化を検知することによって、感知面に対する物体の接近が検知される。
特許文献1は、この種のタッチパッド入力装置にアンテナを付加したアンテナ付きのタッチパッドモジュールを提案している。このタッチパッドモジュールでは、アンテナがシールド部材の開口部に配置されることで、アンテナを介して外部との通信が可能になるものと考えられている。
特許文献1が開示するタッチパッドモジュールにおいては、例えば、アンテナは、タッチパッドのプリント回路基板に設けられる。また、アンテナは、タッチパッドアレイ自体のために用いられる層の間の、またはその層に隣接する、個別のフレキシブル層に配置され得るとされている。
特表2002−539517号公報(段落番号0006、0014、0033及び図3等。)
入力装置には、ESD(Electrostatic Discharge)対策として、フレームグランドを有するものがある。フレームグランドは、静電気によるサージ電流が入力装置に流れ込んだときに、入力装置の電気回路が破壊されることを防止するとともに、異常時に入力装置から外部に大電流が流れることも防止する。
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。
グランドパターンよりも更に外側にアンテナを設けた場合、絶縁基板の大型化、ひいては入力装置の大型化を招いてしまう。また、グランドパターンの幅は太く、アンテナの近傍にグランドパターンが存在すると、アンテナで発生させた電磁波や磁束がグランドパターンで反射若しくは吸収されてしまい、通信性能が低下してしまう。
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。
上記目的を達成するため、本発明者らは種々の検討を行った。この検討の過程において、グランドパターンにアンテナとしての機能を追加的に担わせることに着想した。
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。
第1の解決手段:本発明の一態様によれば、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が提供される。
第1の解決手段のアンテナ付き入力装置によれば、アンテナが測定用電極を囲むように設けられ、アンテナの電気的中点が、接地端子に接続されている。従って、アンテナは接地可能であり、アンテナがフレームグランドとしての機能を有する。よって、このアンテナ付入力装置を搭載した電子機器では、静電気の放電等によるサージ電流がアンテナに流れ込んだときに、サージ電流が接地端子へと逃がされる。かくして、アンテナに接続されている電気回路は、サージ電流による破壊から保護される。
一方、アンテナの電気的中点の電位は、平衡な高周波信号をアンテナが送受信しているときに、常に0Vである。このため、アンテナを用いて平衡な高周波信号を入出力する場合、アンテナの電気的中点が接地されていることは、アンテナの送信機能及び受信機能に影響を殆ど与えない。
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。
第2の解決手段:好ましくは、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。
第2の解決手段のアンテナ付き入力装置では、感知面側の絶縁基板の第1の面に第1のアンテナパターンが設けられているので、静電気によるサージ電流が入力装置に流れ込んだときに、サージ電流は第1のアンテナパターンに流れ込む。このため、サージ電流が測定用電極に流れ込むことが防止され、測定用電極に繋がっている電気回路もサージ電流による破壊から保護される。
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。
第3の解決手段:好ましくは、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。
第3の解決手段のアンテナ付き入力装置によれば、感知面とは反対側の絶縁基板の第2の面に接地端子が設けられており、接地端子が、このアンテナ付き入力装置を搭載する電子機器のアースに短距離で接続される。このため、アンテナは、短距離で電子機器のアースに接続され、サージ電流が確実にアースに逃がされる。この結果として、このアンテナ付き入力装置は、静電気耐圧においてより優れている。
第4の解決手段: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。
第4の解決手段のアンテナ付き入力装置によれば、第1のアンテナパターンが第1の電極パターンを囲むことで、第1のアンテナパターンの実質的なインピーダンスが低下する。また、第2のアンテナパターンは、第1のアンテナパターンの長さに対応する長さを有する。このため、アンテナの電気的中点が第2のアンテナパターン上に確実に位置させられ、電気的中点と接地端子とが短距離にて接続される。
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:好ましくは、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。
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:好ましくは、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。
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:好ましくは、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。
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:好ましくは、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。
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:好ましくは、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。
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:好ましくは、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。
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:好ましくは、アンテナ付き入力装置は、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。
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12の解決手段:本発明の他の態様によれば、第1乃至第11の解決手段の何れか一つ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が提供される。
解決手段12の電子機器では、アンテナ付き入力装置が優れた静電気耐圧を有し、アンテナ付き入力装置の安定動作が確保されているので、当該電子機器に対する命令の入力が常時円滑に行われる。また、アンテナ付き入力装置が良好な通信性能を有するので、電子機器はユーザの意図した通りに動作する。
本発明によれば、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、該装置を搭載した電子機器が提供される。
第1実施形態のアンテナ付き入力装置を搭載したパーソナルコンピュータの外観を示す斜視図である。 図1のII−II線に沿う概略的な部分断面図である。 第1実施形態のアンテナ付き入力装置の概略的な外観を示す斜視図である。 図3のアンテナ付き入力装置の概略的な分解斜視図である。 図4中のX電極層の概略的な平面図である。 図4中のプリント回路基板の概略的な平面図である。 図3のアンテナ付き入力装置のアンテナのための概略的な電気回路を示すブロック図である。 図7のブロック図を具体的な整合回路とともに示すブロック図である。 第2実施形態のアンテナ付き入力装置に用いられるX電極層の概略的な平面図である。 第2実施形態のアンテナ付き入力装置に用いられるプリント回路基板の概略的な平面図である。 第3実施形態のアンテナ付き入力装置に用いられるX電極層の概略的な平面図である。 第3実施形態のアンテナ付き入力装置に用いられるプリント回路基板の概略的な平面図である。 第3実施形態のアンテナ付き入力装置に用いられるY電極層の概略的な平面図である。 第4実施形態のアンテナ付き入力装置のアンテナのための概略的な電気回路を示すブロック図である。 第5実施形態のアンテナ付き入力装置のアンテナのための概略的な電気回路を示すブロック図である。 図15のブロック図を具体的な整合回路とともに示すブロック図である。 図15のブロック図を具体的な整合回路とともに示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔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。
ディスプレー14は、例えば樹脂製のディスプレーハウジング16を有する。ディスプレーハウジング16は、扁平な箱形状をなし、例えばA4用紙と略等しい大きさを有する。ディスプレーハウジング16は、閉状態にあるときに本体12と対向する面(内面)を有し、ディスプレーハウジング16の内面には、略全域に渡る開口が形成されている。ディスプレーハウジング16の開口16aには、例えば液晶パネル18が表出している。
本体12は、扁平な箱形状の樹脂製のメインハウジング20を有する。
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。
また、メインハウジング20の上面には、キーボード21よりも手前の中央にも開口20bが形成されている。この開口20bには、アンテナ付き入力装置10のフェイスシート22が表出している。
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。
図2は、図1中のII−II線に沿う断面図であり、本体12の部分的な断面を示す。
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。
シールド部材26の上壁には、メインハウジング20の開口20bの位置に対応して開口26aが形成されている。そして、シールド部材26の内側には、開口26aに対応して、開口26aよりも若干大の底板27aが配置されている。底板27aは導電性を有し、底板27aとシールド部材26の上壁との間は、例えば導電性を有する複数の接続部材27bによって、機械的及び電気的に接続されている。
底板27aは、シールド部材26の開口26aを塞ぐように配置されているが、底板27aは、シールド部材26の上壁から離間している。このため、底板27a及び接続部材27bは、開口26aに連なる凹み27を形成し、この凹み27内に、アンテナ付き入力装置10は配置されている。
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〕
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。
プリント回路基板28はメインハウジング20の上面と略平行に配置される。凹み27の底面、即ち底板27aと対向するプリント回路基板28の下面には、ICチップ30等の電気素子、及び、コネクタ端子31が実装されている。プリント回路基板28に実装された電気素子は、コネクタ端子31及びコネクタ端子31に接続される例えばフラットケーブルを介して、シールド部材26の内部に配置されたコンピュータ11のマザー基板(図示せず)に接続される。
開口20b側に位置するプリント回路基板28の上面には、フェイスシート22を含む積層体32が固定されている。フェイスシート22の上面は感知面として構成され、ユーザは、指先若しくは入力用の物体を感知面に接触若しくは接近させることによって、所望の命令をアンテナ付き入力装置10を介してパーソナルコンピュータ11に入力する。
図3は、アンテナ付き入力装置10の概略的な外観を示す斜視図である。プリント回路基板28は、積層体32と同等の四角形状を有し、プリント回路基板28の一方の面に積層体32が固定されている。
〔積層体〕
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。
X電極層34は、フィルム基板(X電極基板)34aと、フィルム基板34aに一体に形成された複数のX電極34bとを含む。X電極34bは、フィルム基板34aの一方の面の略全域に分布させられている。
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。
Y電極層36は、フィルム基板(Y電極基板)36aと、フィルム基板36aに一体に形成された複数のY電極36bとを含む。また、Y電極層36は、フィルム基板36aに一体に形成された櫛形状の検出電極36cを含む。Y電極36b及び検出電極36cは、相互に噛み合うように配置されながら、フィルム基板36aの一方の面の略全域に分布させられている。
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。
検出電極36cは、互いに平行な複数の導電性の帯と、これらの帯の一端を相互に連結する一つの導電性の帯によって構成されている。検出電極36cの複数の導電性の帯も、Y電極36bの複数の導電性の帯と同様に、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。そして、検出電極36cの複数の導電性の帯は、Y電極36bの複数の導電性の帯の間に配置されている。
従って、Y電極36b及びX電極34bは、積層方向で見たときに、碁盤目状に相互に直交している。そして、検出電極36c、Y電極36b及びX電極34bは、フェイスシート22の表面に接近若しくは接触する指先等の物体の位置を検出するための測定用電極をそれぞれ構成している。
シールド電極層38は、フィルム基板(シールド電極基板)40と、フィルム基板40に一体に形成されたシールド電極42とを含む。
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。
なお、フィルム基板34a,36a,40、及びフェイスシート22は、略同じ形状を有し、4隅を揃えて相互に重ね合わされている。そして、フィルム基板34a,36a,40及びプリント回路基板28は、一体に接合されており、多層構造を有する一つの絶縁基板を構成している。フェイスシート22は、絶縁基板の最も上に位置するフィルム基板34aを保護しており、絶縁基板と一体であっても別体であってもよい。
〔アンテナ〕
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。
そしてアンテナは、図6に示したように、積層体32とは反対側のプリント回路基板28の下面に一体に形成された第2のアンテナパターン(回路基板アンテナパターン)50を含む。
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。
回路基板アンテナパターン50は、プリント回路基板28の1つの角部に、互いに離間した第1端子部52及び第2端子部54を有する。更に、回路基板アンテナパターン50は、第1端子部52に一体に連なるループ部56、及び、第2端子部54に連なる直線形状の連結部58を含む。
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。
ループ部56は、導体の帯によって構成され、プリント回路基板28の外縁近傍を、略1周に渡って延びている。従って、ループ部56は、積層方向でみたとき、X電極層アンテナパターン48と略同じように延びている。ここで、第1端子部52とは反対側のループ部56の端部56aの位置は、X電極層アンテナパターン48の端部48aの位置に対応している。そして、ループ部56の端部56aと端部48aとは、フィルム基板34a,36a,40及びプリント回路基板28を厚さ方向に貫通するスルーホールを介して電気的に接続されている。
また、回路基板アンテナパターン50の連結部58は、例えば第2端子部54から真っ直ぐに延びている。第2端子部54とは反対側の連結部58の端部58aの位置は、X電極層アンテナパターン48の端部48bの位置に対応している。そして、連結部58の端部58aと端部48bとは、フィルム基板34a,36a,40及びプリント回路基板28を厚さ方向に貫通するスルーホールを介して電気的に接続されている。
かくして、X電極層アンテナパターン48及び回路基板アンテナパターン50は、巻回数が2回のループアンテナを構成している。
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。
一方、図6に示したように、プリント回路基板28の下面の中央には、ICチップ30及びコネクタ端子31が実装されている。ICチップ30には、X電極34b、Y電極36b及び検出電極36cが電気的に接続されており、ICチップ30は、X電極34b、Y電極36b及び検出電極36cと協働して感知面に対する物体の接触を検出するための検出回路を含んでいる。
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。
接地端子60は、一体に連なるリード部62によって、ICチップ30及びコネクタ端子31の所定の端子に電気的に接続されている。本実施形態では、ICチップ30の検出回路のシグナルグランドが、接地端子60に接続されている。
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。
ここで、ブリッジ部64が接続される回路基板アンテナパターン50の位置は、アンテナの電気的中点ECに位置している。つまり、第1端子52から電気的中点ECまでのアンテナの部分のインピーダンスと、第2端子54から電気的中点ECまでのアンテナの部分のインピーダンスが等しい。
〔電気回路〕
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。
図8では、整合回路70の一例が具体的に示されている。
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。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10によれば、アンテナHAが、測定用電極としての、X電極34b、Y電極36b及び検知電極36cを囲むように設けられ、アンテナHAの電気的中点ECが、接地端子60に接続されている。従って、アンテナHAは接地可能であり、アンテナHAがフレームグランドとしての機能を有する。
よって、このアンテナ付き入力装置10を搭載したパーソナルコンピュータ11では、静電気の放電等によるサージ電流がアンテナHAに流れ込んだときに、サージ電流が接地端子60へと逃がされる。かくして、アンテナHAに接続されている整合回路70及びICチップ72等の電気回路は、サージ電流による破壊から保護される。
一方、アンテナHAの電気的中点ECの電位は、平衡な高周波信号をアンテナHAが送受信しているときに、常に0Vである。このため、アンテナHAを用いて平衡な高周波信号を入出力する場合、アンテナHAの電気的中点ECが接地されていることは、アンテナHAの送信機能及び受信機能に影響を殆ど与えない。
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。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10では、フェイスシート22側のX電極基板34aの上面にX電極層アンテナパターン48が設けられているので、静電気によるサージ電流がアンテナ付き入力装置10に流れ込んだときに、サージ電流はX電極層アンテナパターン48に流れ込む。このため、サージ電流がX電極34bに流れ込むことが防止され、X電極34bに繋がっているICチップ30等の電気回路もサージ電流による破壊から保護される。
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。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10によれば、フェイスシート22とは反対側のプリント回路基板28の下面に接地端子60が設けられており、接地端子60が、この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のアースに短距離で接続される。このため、アンテナHAは、パーソナルコンピュータ11のアースに短距離で接続され、サージ電流が確実にアースに逃がされる。この結果として、このアンテナ付き入力装置10は、静電気耐圧においてより優れている。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10によれば、X電極層アンテナパターン48がX電極34bを囲むことで、X電極層アンテナパターン48の実質的なインピーダンスが低下する。また、回路基板アンテナパターン50は、X電極層アンテナパターン48の長さに対応する長さを有する。ここで、対応する長さを有するとは、回路基板アンテナパターン50の長さとX電極層アンテナパターン48の長さが実質的に等しいことをいう。
このため、X電極層アンテナパターン48のインピーダンスは、回路基板アンテナパターン50のインピーダンスよりも小さい。従って、アンテナHAの電気的中点ECが回路基板アンテナパターン50上に確実に位置させられ、電気的中点ECと接地端子60とが短距離にて接続される。
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。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10では、X電極層アンテナパターン48と回路基板アンテナパターン50の横断面積を相違させることによって、X電極層アンテナパターン48と回路基板アンテナパターン50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ECが、回路基板アンテナパターン50上に確実且つ容易に位置付けられる。
より具体的には、X電極層アンテナパターン48の幅に比べて、回路基板アンテナパターン50の幅を大きく若しくは小さくすることによって、電気的中点ECの位置を調整することができる。このため、プリント回路基板28における接地端子60の位置がどこであっても、電気的中点ECが接地端子60近傍に位置付けられ、アンテナHAは、短距離でパーソナルコンピュータ11のアースに接続される。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10では、ICチップ30によって構成される検出回路のシグナルグランドが接地端子60に接続され、接地端子60が検出回路のための接地端子も兼ねている。このため、プリント回路基板28に設けられる接地端子の数が抑制される。
上述した第1実施形態のアンテナ付き入力装置10では、シールド電極42によって、物体の検出精度が高くなる。一方、シールド電極42をメッシュ形状にしたことによって、アンテナHAで発生した電磁波若しくは磁束がシールド電極42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。
上述した第1実施形態のパーソナルコンピュータ11では、アンテナ付き入力装置10が優れた静電気耐圧を有し、アンテナ付き入力装置10の安定動作が確保されているので、当該パーソナルコンピュータ11に対する命令の入力が常時円滑に行われる。また、アンテナ付き入力装置10が良好な通信性能を有するので、パーソナルコンピュータ11はユーザの意図した通りに動作する。例えば、RFIDカードをフェイスシート22上に配置することで、パーソナルコンピュータ11は、RFID(Radio Frequency Identification)カードと所定の通信を的確に行う。
〔第2実施形態〕
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。
第1の部分86は、X電極基板34aの1つの角から対角まで、X電極基板34aの2つの辺縁近傍を延びている。第2の部分88も、X電極基板34aの1つの角から対角まで延びているが、第1の部分86とは異なるX電極基板34aの2つの辺縁近傍を延びている。従って、第1の部分86及び第2の部分88は、共同して、X電極34bを囲んでいる。
図10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、プリント回路基板28を概略的に示している。図10においても、図6と同様に左右が逆に描かれている。
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。
本実施形態では、X電極層アンテナパターン84の第1の部分86、回路基板アンテナパターン90のループ部92、及び、X電極層アンテナパターン84の第2の部分88が、この順序で電気的に直列に接続されている。そのために、X電極層アンテナパターン84の第1の部分86の端部86a,86b、第2の部分88の端部88a,88b、回路基板アンテナパターン90のループ部92の端部92a,92b、及び、連結部58,94の端部58a,94aの位置は適当に設定されている。
具体的には、回路基板アンテナパターン90の連結部94の端部94aとX電極層アンテナパターン84の第1の部分86の端部86aの位置が対応しており、端部94aと端部86aとがスルーホールを介して電気的に接続されている。
同様に、X電極層アンテナパターン84の第1の部分86の端部86bと回路基板アンテナパターン90のループ部92の端部92aの位置が対応しており、端部86bと端部92aとがスルーホールを介して電気的に接続されている。回路基板アンテナパターン90のループ部92の端部92bとX電極層アンテナパターン84の第2の部分88の端部88aの位置が対応しており、端部92bと端部88aとがスルーホールを介して電気的に接続されている。そして、X電極層アンテナパターン84の第2の部分88の端部88aと回路基板アンテナパターン90の連結部58の端部58aの位置が対応しており、端部88aと端部58a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2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84が第1の部分86及び第2の部分88からなり、X電極層アンテナパターン84に回路基板アンテナパターン90のループ部92が介挿されることで、電気的中点ECが、回路基板アンテナパターン90上に確実且つ容易に位置付けられる。
なお、本実施形態では、プリント回路基板28における接地端子60の位置が第1実施形態とは異なっている。この場合でも、アンテナHAの電気的中点ECの位置を適宜調整することによって、電気的中点ECと接地端子60とが短距離で接続される。つまり、接地端子60の位置にかかわらず、アンテナHAの電気的中点ECと接地端子60とが短距離で接続される。
〔第3実施形態〕
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。
図11、図12及び図13は、第3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、プリント回路基板28、及び、Y電極層36をそれぞれ概略的に示している。第3実施形態では、X電極層34、プリント回路基板28、及び、Y電極層36に、X電極層アンテナパターン96、回路基板アンテナパターン98、及び、Y電極層アンテナパターン100がそれぞれ設けられている。そして、X電極層アンテナパターン96、回路基板アンテナパターン98のループ部102、及び、Y電極層アンテナパターン100が、この順序で電気的に直列に接続されている。
そのために、X電極層アンテナパターン96の端部96a,96b、回路基板アンテナパターン98の第1端子部52、第2端子部54、ループ部102の端部102a,102b、及び、Y電極層アンテナパターン100の端部100a,100bの位置は、適当に設定されている。
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。
同様に、Y電極層アンテナパターン100の端部100aと回路基板アンテナパターン98のループ部102の端部102aの位置が対応しており、端部100aと端部102aとがスルーホールを介して電気的に接続されている。回路基板アンテナパターン98のループ部102の端部102bと、X電極層アンテナパターン96の端部96aの位置が対応しており、端部102bと端部96aとがスルーホールを介して電気的に接続されている。そして、X電極層アンテナパターン96の端部96bと回路基板アンテナパターン98の第2端子部54の位置が対応しており、端部96bと第2端子部54とが電気的に接続されている。
従って第3実施形態では、アンテナHAは、Y電極層アンテナパターン100を更に含み、Y電極層アンテナパターン100は、積層体32の内部に、X電極層アンテナパターン96及び回路基板アンテナパターン98と平行に配置されている。
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。
〔第4実施形態〕
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。
同様に、アンテナHA及びコンデンサ106の他端は、コンデンサ116及びインダクタ118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118の両端は、コンデンサ120,122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。
〔第5実施形態〕
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。
図16及び図17では、バリスタ124,126とともに用いられる整合回路が具体的に例示されており、整合回路70及び整合回路104を用いることができる。
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。
本発明は、上述した第1乃至第5実施形態に限定されることはなく、これら実施形態に種々の変形を加えた実施形態も含み、これら実施形態を適宜組み合わせた形態も含む。
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。
また、X電極34b、Y電極36b、検出電極36c及びシールド電極42は、別々のフィルム基板34a,36a,40に形成されているが、これらを1つ又は2つのフィルム基板の表裏に形成してもよい。あるいは、積層プリント回路基板を用いてX電極34b、Y電極36b、検出電極36c及びシールド電極42を、アンテナHAとともに積層プリント回路基板に一体に形成してもよい。
つまり、X電極34b、Y電極36b、検出電極36c及びシールド電極42を支持する部材の構成は特に限定されない。
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。
また更に、シールド電極42の本体部44の形状は、測定用電極が投影された形状に略合致するのが好ましいが、多少異なっていてもよい。
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。
最後に、本発明のアンテナ付き入力装置は、ラップトップ型のパーソナルコンピュータに具現化した例で説明されているが、PDAや携帯電話機の如くのモバイル用途の電子機器にも適用可能であるのは勿論である。更には、本発明のアンテナ付き入力装置は、透明な測定用電極及びシールド電極を用いることによって、タッチパネルにも適用可能である。
10 アンテナ付き入力装置
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
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