JP2012243513A - タッチセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで誤検出を防止できるタッチセンサを提供する。
【解決手段】基板の表面に配置された、被検物の接近を検出する複数の検出部と、一端が複数の検出部のそれぞれに接続され、他の一端が該検出部の検出状態を出力する出力端となる、基板の表面の予め定められた位置に配置された複数の配線ラインと、を有し、配線ラインの近傍には、基板の予め定められた領域において、他の検出部の配線ラインが予め定められた間隔で配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検物の接近または接触を検出するタッチセンサに関する。

タッチセンサの一つである、静電容量検出電極と人体間の静電容量を利用して操作を検出する静電容量センサは、例えばタッチパネル、タッチパッドに用いられている。タッチパネルは、例えばＬＣＤ画面上に取り付けられ、従来のメカニカルスイッチに比べ、スイッチの配置を柔軟に行うことができることもあって、広く普及している。

上述の静電容量式センサでは、被検知物体を検出する方法として、直接検知電極のインピーダンスを測定し静電容量を検出することで検知する方法や、検知電極で検出した静電容量を電圧に変換して入力する発振回路を構成し、その発振周波数を測定する方法、ＲＣ充放電回路を構成してその放電時間を計測する方法、既知電圧で充電された静電容量を既知容量のコンデンサに移動させて、該既知容量のコンデンサが所定電圧まで充電される時間を測定する方法、または、該既知容量のコンデンサに充放電を繰り返しその回数をカウントする方法などが知られている。

しかし、静電容量センサは、誘電層の表面周囲に複数の配線ラインが単に形成されているだけなので、電極の他、配線ラインに指等の被検物が不用意に接近すると、配線ラインと被検物との間にコンデンサが形成されてしまい、結果としてユーザの意図しない動作を行ってしまうという問題がある。

そこで、静電容量を検出する検知電極の検出部以外をシールドで覆い、検知電極外部からの静電容量変化によって誤検知しないように構成された静電容量式センサが考案されている（特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に示されている静電容量式センサは、検知電極毎にシールドを設けることによって、センサ構造が複雑になるという問題点を有する。そこで、誘電層に複数の電極を配列形成し、この複数の電極に接近する導電操作体との間にコンデンサを形成し、複数の電極のどの電極に導電操作体が接近したかを静電容量の変化として検出することで、配線ラインに導電操作体が接近した場合の誤操作を防止することのできる静電容量センサが考案されている（特許文献２参照）。

また、２以上の検知電極のうちの１つを静電容量検知回路に接続し、他の検知電極を同電位出力手段に接続することで測定対象以外の検知電極をシールドとして機能させ、外乱による誤動作を防止することができる静電容量式センサが考案されている（特許文献３参照）。

特開平０４−１６８３７０号公報 特開２０１０−０８６３８５号公報 特開２００７−３０３８９５号公報

近年、車載機器においても、静電容量センサを用いたＨＭＩ（Human-Machine Interface）が普及している。車載機器のＨＭＩによっては高い信頼性を要求される場合もあり、誤動作・非動作をなくす必要がある。これは、静電容量検出電極（以下、「検出電極」，「電極」と略称することもある）の面積を大きくすることで、センサの感度や信頼性を向上することができるが、車載機器は限られた面積に多数のセンサを配置する必要があり、検出電極の面積を大きくできないという制約がある。

さらに、基板上の限られたスペースに検出電極、および検出電極から例えば検出電極の状態から操作の有無を判定する信号処理回路に至る配線を収める必要がある。図３に、従来の静電容量センサを用いたタッチセンサの構成を示す。タッチセンサ５０は、例えば周知のプリント基板である基板２の同一面上に配置された３つの電極１０，２０，３０と、一端が各電極にそれぞれ接続された配線ライン１９，２９，３９とが配置されている。各配線ラインの他の一端は、例えば信号処理回路３に接続される。なお、信号処理回路３は基板２に実装されてなくてもよい。

図３の構成では、ユーザの指Ｆが電極３０に接近（あるいは接触）すると、その静電容量が変化して、信号処理回路３がこれを検知しユーザの操作があったと判定し、対応する処理を実行する。しかし、指Ｆが配線ライン３９に接近した場合でも、信号処理回路３では、電極３０に接触したときと同様の信号を検出してしまい、電極３０に接触したのか、配線ライン３９に接近したのか区別しにくいという問題がある。このため、配線ライン（１９，２９，３９）にシールド等のノイズ対策が不可欠となり、コストアップ要因となり、タッチセンサが大型化してしまうという問題も生ずる。

特許文献２の構成は、誤操作を防止する発泡層を形成する必要があるため、構成が複雑となるとともに、その分コストが上昇するという問題がある。

特許文献３の構成は、切り替え機が必要であるため、構成が複雑となるとともに、その分コストが上昇するという問題がある。

上記問題点を背景として、本発明の課題は、低コストで誤検出を防止できるタッチセンサを提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するためのタッチセンサは、基板の表面に配置された、被検物の接近を検出する複数の検出部と、一端が複数の検出部のそれぞれに接続され、他の一端が該検出部の検出状態を出力する出力端となる、基板の表面の予め定められた位置に配置された複数の配線ラインと、を有し、配線ラインの近傍には、基板の予め定められた領域において、他の検出部の配線ラインが予め定められた間隔で配置されていることを特徴とする。

上記構成によって、被検物が配線ラインに接近したとき、近傍の他の配線ラインにも接近することになり、必ず複数の検出部で被検物の接近を検出するため、タッチセンサの同時操作を禁止する構成にしておけば、被検物が検出部に接近していないことが分かり、正しい操作ではないと判定でき、誤操作を防止できる。

また、本発明のタッチセンサにおける予め定められた間隔は、検出部が、被検物が配線ラインに接近したことを検出したとき、該検出部の配線ラインの近傍に配置されている配線ラインが接続された他の検出部でも被検物の接近を検出するように定められる。

上記構成によって、配線ラインの間隔を例えば指（すなわち被検物）の幅よりも小さくしておけば、必ず複数の配線ラインに接近し、複数検出部で被検物の接近を検出するので、誤操作であるか否かをより正確に判定できる。

また、本発明のタッチセンサは、配線ラインと他の検出部の配線ラインとは略平行に配置される。

上記構成によって、配線ラインの基板上での配線の自由度が高くなるとともに、基板上の他の配線の配置に対する制約を少なくすることができる。

また、本発明のタッチセンサは、配線ラインに対する他の配線ラインの位置が予め定められた間隔を超えるとき、２つの配線ラインの少なくとも一方は、検出部から出力端に至る本線部と、本線部から分岐する分岐配線部とを含み、配線ラインの本線部あるいは分岐配線部が、他方の配線ラインの本線部あるいは分岐配線部に予め定められた間隔で配置される。

上記構成によって、複数の検出部が離間して配置されている場合にも、配線ラインの近傍に必ず他の配線ラインが配置される、１本の配線ラインが単独で配置されることはなく、被検物が配線ラインに接近したことを被検物の検出部への接近として検出することを防止できる。

また、本発明のタッチセンサにおける配線ラインは櫛型構造部を含み、他の配線ラインの櫛型構造部と咬合して配置される。

上記構成によっても、複数の検出部が離間して配置されている場合にも、被検物が配線ラインに接近したことを被検物の検出部への接近として検出（すなわち、誤検出）することを防止できる。

また、本発明のタッチセンサは、２つの配線ラインの櫛型構造部が咬合した間隙に、さらに他の配線ラインが予め定められた間隔で配置される。

上記構成によって、配線ラインが３以上あるときでも、誤検出を防止できるとともに、配線ラインを効率よく配置できる。

また、本発明のタッチセンサにおける検出部は、被検物が接近することにより静電容量を発生する電極を含む。

上記構成によって、上述の静電容量センサにおいても本発明の構成を適用でき、低コストで誤検出を防止できる。

本発明のタッチセンサの構成を示す図。 本発明のタッチセンサの構成の別例を示す図。 従来技術によるタッチセンサの構成を示す図。

以下、本発明のタッチセンサについて、図面を用いて説明する。図１に、タッチセンサ１の構成の一例を示す。タッチセンサ１は、周知のプリント基板である基板２の同一面上に例えば列状に予め定められた間隔で配置された３つの電極１０，２０，３０と、一端（１１ｈ，２１ｈ，３１ｈ）が各電極にそれぞれ接続された接続端となり、基板２上の配線パターンである配線ライン１１，２１，３１とが配置されている。そして、各配線ラインの他の一端（１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ）は図３の信号処理回路３等に接続されて、各電極に蓄積された静電容量を出力する出力端となっている。なお、電極１０，２０，３０が本発明の検出部に相当する。

配線ライン１１は、接続端１１ｈ〜出力端１１ｃを形成する本線部１１ａと、本線部１１ａから分岐する分岐配線部１１ｂとを含んで構成されている。また、本線部１１ａの一部は、突起部１１ｆ１，１１ｆ２を含む櫛型部１１ｆと、突起部１１ｇ１，１１ｇ２を含む櫛型部１１ｇとを形成している。なお、分岐配線部１１ｂの端部１１ｅは、終端であり出力端ではない。また、分岐配線部１１ｂのうち他の配線ラインと交差する部分（１１ｄ）は、基板２の裏面あるいは基板２の内層部に形成されている。つまり、分岐配線部のうち他の配線ラインと交差する部分は基板の表面以外に形成されている。また、本実施例では、櫛型部が櫛型構造部に相当している。

配線ライン２１は、接続端２１ｈ〜出力端２１ｃを形成する本線部２１ａを含んで構成されている。また、本線部２１ａの一部は、突起部２１ｆ１，２１ｆ２，２１ｆ３，２１ｆ４を含む櫛型部２１ｆを形成している。

配線ライン３１は、接続端３１ｈ〜出力端３１ｃを形成する本線部３１ａと、本線部３１ａから分岐する分岐配線部３１ｂとを含んで構成されている。また、本線部３１ａの一部は、突起部３１ｆ１，３１ｆ２，３１ｆ３を含む櫛型部３１ｆと、突起部３１ｇ１，３１ｇ２を含む櫛型部３１ｇとを形成している。なお、分岐配線部３１ｂの端部３１ｅは、終端であり出力端ではない。

各配線ラインは、接続端〜出力端の間において、隣接する配線ラインと予め定められた距離ｄを隔てて配置される。つまり、隣接する配線ラインが直線であときには、２つの配線ラインは略平行に配置される。また、距離ｄは、例えば、被検物であるユーザの指Ｆ（特に指先）の接近を隣り合う２つの配線ラインで検出できる上限値に設定されている。そして、基板２上の全ての領域において、必ずしも同一の値とする必要はなく、上述の上限値を下回っていればよい。各配線ラインの幅も、ユーザの指Ｆの接近を隣り合う２つの配線ラインで検出できる値に設定してもよい。以降、配置の詳細について述べる。

配線ライン１１の本線部１１ａの接続端１１ｈ近傍は、配線ライン２１との本線部２１ａとの間隔が、上述の距離ｄよりも大きいので、櫛型部１１ｆを形成し、配線ライン２１の櫛型部２１ｆと、それぞれの突起部（１１ｆ１，１１ｆ２，２１ｆ２，２１ｆ４）が距離ｄを隔てて咬合するように配置する。

また、配線ライン１１の突起部１１ｇ１，１１ｇ２の近傍では、配線ライン２１の本線部２１ａが、各突起部との間隔を距離ｄに保ちながら、略鉤型状に蛇行している。

また、配線ライン１１の本線部１１ａの一部（すなわち、配線ライン２１が配置されていない側）には、配線ライン３１の分岐配線部３１ｂが、本線部１１ａとの間隔を距離ｄに保つように配置している。

配線ライン２１の本線部２１ａの接続端２１ｈ近傍の配線ライン１１側は、上述のように、配線ライン２１の櫛型部２１ｆ（突起部２１ｆ２，２１ｆ４）と配線ライン１１の櫛型部１１ｆ（突起部１１ｆ１，１１ｆ２）とが咬合配置されている。また、接続端２１ｈ近傍の配線ライン３１側も、配線ライン３１との本線部３１ａとの間隔が、上述の距離ｄよりも大きいので、櫛型部２１ｆを形成し、配線ライン３１の櫛型部３１ｆと、それぞれの突起部（２１ｆ１，２１ｆ３，３１ｆ２）が距離ｄを隔てて咬合するように配置する。

また、上述のように、配線ライン２１の本線部２１ａでは、配線ライン１１の各突起部（１１ｇ１，１１ｇ２）との間隔を距離ｄに保ちながら蛇行しているが、その蛇行箇所で、配線ライン３１の櫛型部３１ｇの突起部３１ｇ１，３１ｇ２が。配線ライン２１の本線部２１ａが隣り合わないように（楔のように）配置されている。つまり、配線ライン１１の櫛型部１１ｇと配線ライン３１の櫛型部３１ｇとの咬合部の間に、配線ライン２１の本線部２１ａが双方の櫛型部との間隔を距離ｄに保ちながら配置されている。

配線ライン３１の本線部３１ａの接続端３１ｈ近傍の配線ライン２１側は、上述のように、配線ライン３１の櫛型部３１ｆ（突起部３１ｆ２）と配線ライン２１の櫛型部２１ｆ（突起部２１ｆ１，２１ｆ３）とが咬合配置されている。また、接続端３１ｈ近傍の配線ライン２１の反対側には、配線ライン１１の分岐配線部１１ｂが配置されているが、分岐配線部１１ｂとの間隔が上述の距離ｄを超える箇所については、分岐配線部１１ｂとの間隔が距離ｄとなるように、突起部３１ｆ１，３１ｆ３を形成している。これら突起部の間隔、突起部と本線部３１ａとの間隔は、距離ｄを超えないように突起部が形成される。なお、分岐配線部３１ｂのうち他の配線ラインと交差する部分（３１ｄ）は、基板２の裏面あるいは基板２の内層部に形成されている。

そして、配線ライン３１の本線部３１ａの残余の箇所（すなわち、配線ライン２１が配置されていない側）は、配線ライン１１の分岐配線部１１ｂが距離ｄを保って配置されている。

上述の構成で、ユーザの指Ｆが電極３０に接近したときには、出力端３１ｃから出力される静電容量のみが変化するので、電極３０への接近を検出できる。一方、Ｆ１のように、ユーザの指が電極以外の場所に接近したとき、出力端３１ｃおよび１１ｃから出力される静電容量が変化するので、電極以外の場所に接近したことを判定できる。つまり、ユーザの指が電極以外の場所に接近したときは、必ずユーザの指が複数の配線ラインに接近し、複数のスイッチを同時に操作した状態となるので、信号処理回路３では、正しい操作ではないと判定できる。

図２に本発明のタッチセンサの構成の別例を示す。図２の例は、複数の電極が比較的離れて配置されるとき、あるいは、複数の電極の出力端が比較的離れて配置されるとき、のような、図１のような櫛型部の形成が難しいときに用いる。

図２の例では、タッチセンサ１は、図1と同様の基板２の同一面上に、図１に比べて離れた位置に配置され２つの電極１００，２００と、一端（１１０ｈ，２１０ｈ）が各電極にそれぞれ接続された接続端となり、基板２上の配線パターンである配線ライン１１０，２１０とが配置されている。そして、各配線ラインの他の一端（１１０ｃ，２１０ｃ）は図３の信号処理回路３等に接続されて、各電極に蓄積された静電容量を出力する出力端となっている。なお、電極１００，２００が本発明の検出部に相当する。

配線ライン１１０は、電極１００との接続部の接続端１１０ｈから出力端１１０ｃに至る本線部１１０ａと、本線部１１０ａから分岐する２本の分岐配線部１１０ｂ１，１１０ｂ２とを含んで構成されている。なお、分岐配線部１１０ｂ１，１１０ｂ２の端部１１０ｅ１，１１０ｅ２は、終端であり出力端ではない。

配線ライン２１０は、電極２００との接続部の接続端２１０ｈから出力端２１０ｃに至る本線部２１０ａ１，２１０ａ２，２１０ａ３（詳細は後述）と、本線部２１０ａ１と２１０ａ２との接続部から分岐する分岐配線部２１０ｂ１と、本線部２１０ａ２と２１０ａ３との接続部から分岐する分岐配線部２１０ｂ２とを含んで構成されている。なお、分岐配線部２１０ｂ１，２１０ｂ２の端部２１０ｅ１，２１０ｅ２は、終端であり出力端ではない。

配線ライン２１０の本線部は、電極２００から配線ライン１１０の本線部１１０ａに接近する方向に配置される本線部２１０ａ１と、配線ライン１１０の本線部１１０ａに沿って略平行に配置される本線部２１０ａ２と、配線ライン１１０の本線部１１０ａから離間して出力端２１０ｃに至る本線部２１０ａ３とにより構成されている。

図１の例と同様に、各配線ラインは、接続端〜出力端の間において、隣接する配線ラインと予め定められた距離Ｄを隔てて配置される。距離Ｄは、例えば、ユーザの指Ｆの接近を隣り合う２つの配線ラインで検出できる上限値に設定されている。各配線ラインの幅も、ユーザの指Ｆの接近を隣り合う２つの配線ラインで検出できる値に設定してもよい。そして、基板２上の全ての領域において、必ずしも同一の値とする必要はなく、上述の上限値を下回っていればよい。以降、配置の詳細について述べる。

配線ライン１１０の本線部１１０ａには、配線ライン２１０の本線部２１０ａ２が、上述の距離Ｄを隔てて配置され、さらに本線部２１０ａ２の両端を延長する形で、分岐配線部２１０ｂ１，２１０ｂ２が、配線ライン１１０の本線部１１０ａに沿って距離Ｄを隔てて配置される。

配線ライン２１０の本線部２１０ａ１に沿って、配線ライン１１０の分岐配線部１１０ｂ１が距離Ｄを隔てて配置されている。また、配線ライン２１０の本線部２１０ａ３に沿って、配線ライン１１０の分岐配線部１１０ｂ２が距離Ｄを隔てて配置されている。なお、分岐配線部１１０ｂ１，１１０ｂ２の、配線ライン２１０の本線部２１０ａ２との交差部分１１０ｄ１，１１０ｄ２は、基板２の裏面あるいは基板２の内層部に形成されている。

なお、電極１００と分岐配線部２１０ｂ１の端部２１０ｅ１との距離Ｌ１、および電極２００と分岐配線部１１０ｂ１の端部１１０ｅ１との距離Ｌ２は、ユーザの指Ｆが電極１００あるいは電極２００に接近したときに、対向する分岐配線部の端部への接近を検出しないように設定されている。つまり、検出部と他の検出部に接続された配線ラインとの間隔が、予め定められた値を超えないように、検出部と他の検出部に接続された配線ラインとが配置される。

上述の構成で、ユーザの指Ｆが電極１００に接近したときには、出力端１１０ｃから出力される静電容量のみが変化するので、電極１００への接近を検出できる。一方、Ｆ２のように、ユーザの指が電極以外の場所に接近したとき、出力端１１０ｃおよび２１０ｃから出力される静電容量が変化するので、電極以外の場所に接近したことを判定できる。つまり、ユーザの指が電極以外の場所に接近したときは、必ずユーザの指が複数の配線ラインに接近し、複数のスイッチを同時に操作した状態となるので、例えば信号処理回路３では、正しい操作ではないと判定できる。

静電タッチパネル（人体と電極間の静電容量、電極間の静電容量を利用したもの）以外にも、周知の抵抗膜方式あるいは赤外線方式のタッチパネルにおいても、センサからの配線ラインがパネル内（すなわち、ユーザの指が接近可能な位置）に配置されているときには、本発明の構成を適用可能である。また、メカニカルスイッチを使用した場合でも、スイッチからの配線ラインが、ユーザの指が接近可能な位置に配置されているときには、本発明の構成を適用可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

１０，２０，３０ 電極（検出部）
１１，２１，３１ 配線ライン
１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ 出力端
１１ａ，２１ａ，３１ａ 本線部
１１ｂ，３１ｂ 分岐配線部
１１ｆ，１１ｇ，２１ｆ，３１ｆ，３１ｇ 櫛型部（櫛型構造部）
１００，２００ 電極（検出部）
１１０，２１０ 配線ライン
１１０ｃ，２１０ｃ 出力端
１１０ａ，２１０ａ１，２１０ａ２，２１０ａ３ 本線部
１１０ｂ１，１１０ｂ２，２１０ｂ１，２１０ｂ２ 分岐配線部

Claims (7)

1. 基板の表面に配置された、被検物の接近を検出する複数の検出部と、
   一端が前記複数の検出部のそれぞれに接続され、他の一端が該検出部の検出状態を出力する出力端となる、前記基板の表面の予め定められた位置に配置された複数の配線ラインと、
   を有し、
   前記配線ラインの近傍には、前記基板の予め定められた領域において、他の検出部の配線ラインが予め定められた間隔で配置されていることを特徴とするタッチセンサ。
2. 前記予め定められた間隔は、前記検出部が、前記被検物が前記配線ラインに接近したことを検出したとき、該検出部の配線ラインの近傍に配置されている配線ラインが接続された前記他の検出部でも前記被検物の接近を検出するように定められる請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記配線ラインと前記他の検出部の配線ラインとは略平行に配置される請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ。
4. 前記配線ラインに対する前記他の配線ラインの位置が前記予め定められた間隔を超えるとき、
   前記２つの配線ラインの少なくとも一方は、前記検出部から前記出力端に至る本線部と、前記本線部から分岐する分岐配線部とを含み、
   前記配線ラインの本線部あるいは分岐配線部が、他方の配線ラインの本線部あるいは分岐配線部に前記予め定められた間隔で配置される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
5. 前記配線ラインは櫛型構造部を含み、他の配線ラインの櫛型構造部と咬合して配置される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
6. 前記２つの配線ラインの櫛型構造部が咬合した間隙に、さらに他の配線ラインが前記予め定められた間隔で配置される請求項５に記載のタッチセンサ。
7. 前記検出部は、前記被検物が接近することにより静電容量を発生する電極を含む請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のタッチセンサ。

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