JP2013020370A5

JP2013020370A5 -

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Publication number: JP2013020370A5
Application number: JP2011152073A
Authority: JP
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2031-07-08

Description

そして、第２の基板３が指示体により第１の基板２側に押圧されると、第２の基板３は可撓性を有しているために、図１４Ｂにおいて矢印で示すように、押圧位置において第２の基板３が第１の基板２側に撓み、第１の基板２と第２の基板３間の距離が短くなり、その部分の第１の電極５と第２の電極６とで構成される静電容量が、前記Ｃ１よりも大きいＣ２になる。さらに、図１４Ｃにおいて矢印で示すように押圧されると、第１の電極５に第２の電極６が接触することで導通状態になる。

信号供給回路２００は、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対する指示体による指示位置や指示位置に加えられた押圧力の検出を可能にするための信号を、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘのそれぞれに供給する。信号供給回路２００は、図２に示したように、選択回路２４と信号発生回路２５とを備えている。選択回路２４は、制御回路４０からの制御に応じて、信号発生回路２５からの信号を第１の導体１１Ｘに選択的に供給する。信号発生回路２５は、制御回路４０の制御に応じて、所定の周波数を有する、正弦波、矩形波などの交流信号を発生させ、これを選択回路２４に供給する。

さらに、上側基板１０には、この複数個の第１の導体１１Ｘ_１〜１１Ｘ_ｍの全体を覆うように誘電体部材１３が設けられる。この誘電体部材１３は、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などの比誘電率が２〜１０程度の誘電体からなる透明の誘電体フィルムで構成される。この誘電体部材１３の厚さは、例えば５〜１５μｍとされる。また、ガラス素材も誘電体部材１３として適用しうる。更には、この誘電体部材１３は、高誘電率フィラーを高密度に充填した誘電体フィルム（比誘電率が４０以上）により構成しても良い。この他、誘電体部材１３としては、透明エポキシ樹脂、フォトレジスト用アクリル系樹脂、高光透過性フッ素樹脂、１液性のウレタン系樹脂などの透明性を有する種々の誘電体が適用しうる。

すなわち、本発明では、指示体による押圧力が加わると、第１の導体１１Ｘ_２と第２の導体２１Ｙ_３との間は、誘電体部材１３の厚みを介して、互いが極めて近接する距離関係を形成することでコンデンサとしての静電容量を高め、更には斯かる近接状態において、誘電体部材１３と該誘電体部材１３に当接した第２の導体２１Ｙ_３との間で形成される当接面積が押圧力に応じて変化するように構成することで、コンデンサとしての静電容量を押圧力に対応して変化させる。すなわち、押圧力が加えられると、上述の（１）式における距離Ｄを最小値とすることで大きな静電容量を確保し、しかもこの状態で押圧力に応じたＳの変化を引き起こすことで、押圧力の有無ならびに押圧力の大きさを感度良くおよび精度良く検出することができる。

すなわち、図４Ａ、Ｂに示す本発明の実施の形態を参照してより詳細に説明すると、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられていない状態では、送信導体群１１に当接した１０μｍ程度の厚みを有する誘電体部材１３は、スペーサ２３によって受信導体群２１とは所定の距離（１０μｍ〜６０μｍ）離間した状態にある。指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する所定の第２の導体２１Ｙと当接するとともに、押圧力に対応して誘電体部材１３と所定の第２の導体２１Ｙとの当接面積が変化する。この場合、誘電体部材１３と所定の第２の導体２１Ｙとは当接した状態にあるため、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間は、１０μｍ程度の厚みを有する誘電体部材１３を介して互いが極めて近い距離関係を保持する。

上述の記載から明らかなように、本発明では、コンデンサの原理を応用して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に形成される静電容量に大きな変化を引き起こす構成を有している。すなわち、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間は、誘電体部材１３を介して、互いが極めて近接する距離関係を形成することでコンデンサとしての静電容量を高める。更には斯かる近接状態において、誘電体部材１３と該誘電体部材１３に当接した第２の導体２１Ｙとの間で形成される当接面積が押圧力に応じて変化するように構成することで、コンデンサとしての静電容量を押圧力に対応して変化させる。すなわち、押圧力が加えられると、上述の（１）式における距離Ｄを、誘電体部材１３の厚みに対応した、最小値とすることで大きな静電容量を確保し、しかもこの状態で押圧力に応じたＳの変化を引き起こすことで、押圧力の有無ならびに押圧力の大きさを感度良くおよび精度良く検出することができる。

なお、図１０に示した４つの形態の位置検出センサにおいても、スペーサ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅｕ、２３ｅｄ、２３ｆは、図８等に示した第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの場合と同様な位置に配置される。また、図１０においても、上側基板１０と下側基板２０を互いに張り合わせるための張り合わせ部材３０ａ、３０ｂが使用されている。

次に、位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられると、上述したように、保護層１５、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙに当接するようになる。すなわち、指示体としての指が位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳを押圧すると、保護層１５、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、最終的には、誘電体部材１３と、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する状態となる。このように、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが誘電体部材１３の厚みを介して近接した状態において、誘電体部材１３と、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとの当接面積は押圧力に対応して変化する。

例えば、図１２Ａに示すように、スペーサ２３ｘを導体上、例えば第２の導体２１Ｙ上に設けるようにしてもよい。すなわち、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分にも、スペーサ２３ｘを設けるようにしてもよい。この場合、スペーサ２３ｘの大きさや高さは必要に応じ種々に調整される。

また、上述した実施の形態において、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、ＬＣＤ１Ｃの表示画面側に設けられるものであるため、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸを構成する各部分は、光透過性のあるもの（透明なもの）として形成するようにした。しかし、これに限るものではない。例えば、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置を備えていない、タブレット型の位置入力装置であって、パーソナルコンピュータなどに接続されて用いられる場合には、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、光透過性のある材料（透明な材料）で形成される必要はない。

［実施の形態の効果］
従来の静電容量方式の位置検出センサは、指などの指示体を通じてグラウンドに逃げる電荷による静電容量の変化を検出していたが、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが構成するコンデンサの自己容量の変化を検出するものである。このため、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの場合には、指示体が導電性を有するものでなくてもよい。例えば、ゴムなどの絶縁体を指示体として用いて指示入力を行っても適切に検出できる。したがって、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、ゴム手袋をして作業する作業所や手術室などにおいても利用することができるなど、位置検出センサの活用範囲を大幅に広げることができる。また、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが構成するコンデンサの静電容量の変化幅（ダイナミックレンジ）を大きくすることができ、これによって感度の良い位置検出センサが実現できる。実験による一例では、上述した位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸを指示体によって押圧していない状態で、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサとしての初期容量は約１．４ｐＦ程度である。これに対して、指示体で押圧した状態では、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成するコンデンサの容量は約８．４ｐＦである。したがって、変化レンジは８．４−１．４＝７．０ｐＦとなり、従来の静電容量型の位置検出センサに比べ、大幅に静電容量を変化させることができる。