JP2016167252A - Proximity/contact sensor and information terminal - Google Patents

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JP2016167252A JP2015222582A JP2015222582A JP2016167252A JP 2016167252 A JP2016167252 A JP 2016167252A JP 2015222582 A JP2015222582 A JP 2015222582A JP 2015222582 A JP2015222582 A JP 2015222582A JP 2016167252 A JP2016167252 A JP 2016167252A
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聡史 辻
Satoshi Tsuji
聡史 辻
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proximity/contact sensor capable of highly accurately detecting a position of a measuring object while improving sensitivity in a Z-axis direction.SOLUTION: The proximity/contact sensor includes: an X electrode layer 11 formed by arraying a plurality of first electrodes 22, each of which is formed by connecting rectangular first conductors 21 along one orthogonal line 21a, along the other orthogonal line 21b of the first conductor 21 by matching vertexes 21c, 21d connecting the other orthogonal line 21b; a Y electrode layer 12 formed by arraying a plurality of second electrodes 24, each of which is formed by connecting rectangular second conductors 23, so as to be matched with areas in which the first electrodes 21 are not arrayed; and a detection circuit for detecting electrostatic capacitance between the first conductors 21 and the second conductors 23 by a mutual capacitance measuring method. When the first electrodes 22 and the second electrodes 24 are physically divided into two sections and insulated around the orthogonal lines 21a, 23a and a proximity distance between the detection circuit and a measuring object is far, the two electrodes are electrically connected, and when the proximity distance is near, the two electrodes are respectively disconnected.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、測定対象物の近接、接触を検知する近接・接触センサに関する。   The present invention relates to a proximity / contact sensor that detects proximity and contact of a measurement object.

近年、携帯端末やゲーム機等の様々な分野でタッチパネルが利用されている。現在、一般的に利用されているタッチパネルの多くは、測定対象物との接触及び位置を検出するものである。そのような中、測定対象物の近接及び接触測定が可能なセンサの開発も進んでいる。近接・接触センサは、特に3Dディスプレイを用いるような場合に多彩な操作が可能となり、高感度且つ高精度な近接・接触センサの開発が望まれている。   In recent years, touch panels have been used in various fields such as mobile terminals and game machines. Currently, most of the touch panels that are generally used detect contact and position with a measurement object. Under such circumstances, development of sensors capable of measuring the proximity and contact of a measurement object is also progressing. The proximity / contact sensor can be operated in various ways, particularly when a 3D display is used, and development of a proximity / contact sensor with high sensitivity and high accuracy is desired.

上記に関連し、タッチパネルにおける測定対象物の近接及び接触を複合的に測定する技術として、例えば特許文献1、2に示す技術が開示されている。特許文献1に示す技術は、一の方向に通電する複数の上電極11を有するシート状の上電極層12、及び、前記上電極11と絶縁され、前記上電極11の通電方向と異なる他の方向に通電し、前記上電極11と交差して配設される複数の下電極13を有するシート状の下電極層14を含む第1検出部10と、第1検出部10の下方に配設され、対象物の接触又は圧力に応じて変形する中間層15と、中間層15の下方に配設され、対象物の接触又は押圧力に応じた電気的な変化を検出する第2検出部20と、対象物が接近した場合に、上電極11及び下電極14間の電気的な変化に基づいて、対象物の接近を判定すると共に、対象物が接触又は押圧力を加えた場合に、第2検出部で検出された電気的な変化に基づいて、対象物の接触又は押圧力を加えた位置及びその圧力の値を特定する演算部50と、第1検出部10又は第2検出部20のいずれか一方がグラウンドに接続するように所定の間隔で回路の切り替えを行う切替部40とを備えるものである。   In relation to the above, for example, techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are disclosed as techniques for measuring the proximity and contact of a measurement object on a touch panel in combination. The technique shown in Patent Document 1 is a sheet-like upper electrode layer 12 having a plurality of upper electrodes 11 that are energized in one direction, and other insulating layers different from the energizing direction of the upper electrode 11. A first detection unit 10 including a sheet-like lower electrode layer 14 having a plurality of lower electrodes 13 that are energized in the direction and arranged to intersect the upper electrode 11, and disposed below the first detection unit 10. The intermediate layer 15 deformed according to the contact or pressure of the object, and the second detection unit 20 disposed below the intermediate layer 15 and detecting an electrical change according to the contact or pressing force of the object. When the object approaches, the approach of the object is determined on the basis of the electrical change between the upper electrode 11 and the lower electrode 14, and the object is contacted or applied with a pressing force. 2 Based on the electrical change detected by the detection unit, contact or pressing of the object And a switching unit that switches circuits at a predetermined interval so that either the first detection unit 10 or the second detection unit 20 is connected to the ground. 40.

特許文献2に示す技術は、遠い位置に存在する検知対象物を検知する場合、複数の検知電極を電気的に結合し、近い位置に存在する検知対象物を検知する場合、電気的に結合されている複数の検知電極を分離する検出電極結合回路5を設け、静電容量検出回路6が検出電極結合回路5により電気的に結合されている検知電極の静電容量を検出するとともに、検出電極結合回路5により分離された検知電極の静電容量を検出するものである。   The technique shown in Patent Document 2 is electrically coupled when detecting a detection target existing at a distant position, electrically connecting a plurality of detection electrodes, and detecting a detection target existing at a close position. A detection electrode coupling circuit 5 that separates the plurality of detection electrodes, and the capacitance detection circuit 6 detects the capacitance of the detection electrodes that are electrically coupled by the detection electrode coupling circuit 5. The capacitance of the detection electrode separated by the coupling circuit 5 is detected.

また、タッチパネルの表示制御に関する技術として、例えば特許文献3に示す技術が開示されている。特許文献3には、指位置検出部15が検出したX座標値及びY座標値の位置を中央とする領域に対して、指位置検出部が検出したZ座標値に基づくタッチパネル13からの距離が短いほど大きく拡大することが開示されている。   Further, as a technique related to display control of the touch panel, for example, a technique disclosed in Patent Document 3 is disclosed. In Patent Document 3, the distance from the touch panel 13 based on the Z coordinate value detected by the finger position detection unit with respect to the region centered on the X coordinate value and the Y coordinate value detected by the finger position detection unit 15 is described. It is disclosed that the shorter the size, the larger the magnification.

国際公開第2014/080924号International Publication No. 2014/080924 特開2008−153025号公報JP 2008-153025 A 特開2013−218379号公報JP 2013-218379 A

しかしながら、特許文献1に示す技術は、測定対象物の近接、接触並びに押圧の位置及び強さを高精度に検出することができるものの、Z軸方向の感度と位置検出の精度がトレードオフの関係にあるため、位置検出の精度を重視して電極のサイズを特定した場合には、どうしてもZ軸方向の感度を上げることが難しくなるという課題を有する。   However, although the technique shown in Patent Document 1 can detect the proximity and contact of the measurement object, and the position and strength of the press with high accuracy, there is a trade-off relationship between the sensitivity in the Z-axis direction and the accuracy of position detection. Therefore, when the size of the electrode is specified with an emphasis on accuracy of position detection, there is a problem that it is difficult to increase the sensitivity in the Z-axis direction.

特許文献2に示す技術は、複数の電極を結合することでZ軸方向の静電容量を検出しているが、結合されたそれぞれの電極の間に他軸側の電極(x方向の電極であればy軸側の電極)が介在する構造となっているため、それぞれの結合された電極同士が隣接しているわけではなく、その結果、結合した電極の面積に対してZ軸方向への感度を十分に上げることができないという課題を有する。   The technique shown in Patent Document 2 detects the electrostatic capacity in the Z-axis direction by combining a plurality of electrodes, but the other-axis-side electrode (with an electrode in the x-direction) between the combined electrodes. If there is an electrode on the y-axis side), the coupled electrodes are not adjacent to each other. As a result, the area of the coupled electrodes in the Z-axis direction is not There is a problem that the sensitivity cannot be sufficiently increased.

特許文献3に示す技術は、検出された指位置を中央とする領域に対して、Z座標値に基づくタッチパネルからの距離が短いほど大きく拡大することにより、指位置の領域は拡大されて見やすくなるものの、その分その周辺領域の情報が隠れてしまい、表示内容全体を確認しながら拡大部分を表示することは困難であるという課題を有する。   The technique shown in Patent Literature 3 enlarges the area of the finger position more easily as the distance from the touch panel based on the Z coordinate value is shorter with respect to the area centered on the detected finger position. However, there is a problem in that it is difficult to display the enlarged portion while confirming the entire display content because the information on the surrounding area is hidden accordingly.

本発明は、Z軸方向の感度を高めつつ、測定対象物の位置を高精度に検出することができると共に、測定対象物の近接距離に応じて視認性の高い画面表示を可能とする近接・接触センサ及び情報端末を提供する。   The present invention can detect the position of the measurement object with high accuracy while increasing the sensitivity in the Z-axis direction, and can display a screen with high visibility according to the proximity distance of the measurement object. A contact sensor and an information terminal are provided.

本発明に係る近接・接触センサは、略同一サイズ、同一形状の矩形状の第1導電体を一の対角線に沿って複数連接して並列した第1電極を、当該第1電極の他の対角線を結ぶ頂点に合わせて前記他の対角線に沿って複数並列し、市松模様にて形成されるX電極層と、前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記市松模様の前記X電極が配列されていない領域に合致するように複数配列して形成されるY電極層と、前記X電極層における前記第1導電体と前記Y電極層における前記第2導電体との間で相互容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、前記第1電極及び前記第2電極が、前記一の対角線を中心に物理的に2つに分割されて絶縁されており、前記検出手段が、測定対象物の近接距離が遠い場合には分割された前記2つの電極を電気的に接続状態し、前記測定対象物の近接距離が近い場合には分割された前記2つの電極をそれぞれ非接続状態とするものである。   The proximity / contact sensor according to the present invention includes a first electrode in which a plurality of rectangular first conductors having substantially the same size and shape are connected in parallel along one diagonal line, and another diagonal line of the first electrode. A plurality of X electrode layers formed in a checkered pattern in parallel along the other diagonal line in accordance with the apex connecting the second electrode and a second conductor having the same size and shape as the first electrode. A plurality of electrodes, a Y electrode layer formed so as to match the checkered X electrode region, and the first conductor in the X electrode layer and the Y electrode layer in the Y electrode layer Detecting means for detecting capacitance with a second conductor by a mutual capacitance measurement method, wherein the first electrode and the second electrode are physically divided into two around the one diagonal line And the detection means detects the object to be measured. When the contact distance is long, the two divided electrodes are electrically connected, and when the proximity distance of the measurement object is short, the two divided electrodes are disconnected. is there.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、略同一サイズ、同一形状の矩形状の第1導電体を一の対角線に沿って複数連接して並列した第1電極を、当該第1電極の他の対角線を結ぶ頂点に合わせて前記他の対角線に沿って複数並列し、市松模様にて形成されるX電極層と、前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記市松模様の前記X電極が配列されていない領域に合致するように複数配列して形成されるY電極層と、前記X電極層における前記第1導電体と前記Y電極層における前記第2導電体との間で相互容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、前記第1電極及び前記第2電極が、前記一の対角線を中心に物理的に2つに分割されて絶縁されており、前記検出手段が、測定対象物の近接距離が遠い場合には分割された前記2つの電極を電気的に接続状態し、前記測定対象物の近接距離が近い場合には分割された前記2つの電極をそれぞれ非接続状態とするため、Z軸方向の感度を高めつつ、測定対象物の位置を高精度に検出することができるという効果を奏する。特に、分割されている第1電極及び第2電極のそれぞれを結合して電気に接続状態となった場合に、結合されたそれぞれの電極の間に他軸側の電極が介在する構造とはならず、それぞれの結合された電極同士が隣接し、その結果、結合した電極の面積に対応してZ軸方向への感度を十分に上げることができる。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present invention, the first electrode in which a plurality of rectangular first conductors having substantially the same size and shape are connected in parallel along one diagonal line is connected to the first electrode. A plurality of X electrode layers formed in a checkered pattern in parallel along the other diagonal line in alignment with the vertex connecting the other diagonal line of the electrode, and a second conductive having substantially the same size and shape as the first electrode. A plurality of second electrodes made of a body arranged to match a region where the checkered X electrodes are not arranged, the first conductor in the X electrode layer, and the Detecting means for detecting capacitance by a mutual capacitance measurement method with the second conductor in the Y electrode layer, wherein the first electrode and the second electrode are physically centered on the one diagonal line. It is divided into two and insulated, and the detection The stage electrically connects the two divided electrodes when the proximity distance of the measurement object is long, and the two electrodes divided when the proximity distance of the measurement object is short, respectively. Since it is in a non-connected state, there is an effect that the position of the measurement object can be detected with high accuracy while increasing the sensitivity in the Z-axis direction. In particular, when each of the divided first electrode and second electrode is coupled to be electrically connected, the structure is such that an electrode on the other axis side is interposed between the coupled electrodes. However, the respective coupled electrodes are adjacent to each other, and as a result, the sensitivity in the Z-axis direction can be sufficiently increased corresponding to the area of the coupled electrodes.

本発明に係る近接・接触センサは、前記第1電極層及び前記第2電極層が、略同一形状の多角形状で重なり合っており、前記多角形状の頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記測定対象物からの押圧力を検出するための圧力センサを備えるものである。   In the proximity / contact sensor according to the present invention, the first electrode layer and the second electrode layer overlap each other in substantially the same polygonal shape, and some or all of the vertexes of the polygonal vertex The portion is provided with a pressure sensor for detecting a pressing force from the measurement object.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、前記第1電極層及び前記第2電極層が、略同一形状の多角形状で重なり合っており、前記多角形状の頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記測定対象物からの押圧力を検出するための圧力センサを備えるため、測定対象物の接触並びに押圧の位置及び強さを検出することができるという効果を奏する。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present invention, the first electrode layer and the second electrode layer overlap with each other in substantially the same polygonal shape, and a part of the polygonal apexes or Since the pressure sensors for detecting the pressing force from the measurement object are provided at all the plurality of apex portions, there is an effect that the contact of the measurement object and the position and strength of the pressure can be detected.

また、押圧力を誘電体の押し込み量ではなく圧力センサで測定するため、機械的な変形を伴うことがなく、素子の劣化を抑えることができると共に、例えば表面の素材にガラスなどの強度が高いものを利用しても、押圧力を正確に測定することが可能になるという効果を奏する。   In addition, since the pressing force is measured by a pressure sensor rather than the amount of pressing of the dielectric, it is not accompanied by mechanical deformation, can suppress deterioration of the element, and, for example, the surface material has high strength such as glass. Even if a thing is utilized, there exists an effect that it becomes possible to measure a pressing force correctly.

本発明に係る情報端末は、前記近接・接触センサを用いた情報端末であって、前記X電極層、前記Y電極層及び前記検出手段を含む内部部品を収める筐体と、前記筐体と一体又は別体で前記情報端末の裏面側又は側面側に配設される平面板と、前記平面板の筐体内部における各頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記平面板の歪みを検出するための圧力センサとを備えるものである。   An information terminal according to the present invention is an information terminal using the proximity / contact sensor, and a housing that houses internal components including the X electrode layer, the Y electrode layer, and the detection means, and the housing. Alternatively, a flat plate disposed on the back side or the side of the information terminal separately and a plurality of apexes of some or all of the apexes inside the casing of the flat plate, A pressure sensor for detecting strain.

このように、本発明に係る情報端末においては、前記近接・接触センサを用いた情報端末であって、前記X電極層、前記Y電極層及び前記検出手段を含む内部部品を収める筐体と、前記筐体と一体又は別体で前記情報端末の裏面側又は側面側に配設される平面板と、前記平面板の筐体内部における各頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記平面板の歪みを検出するための圧力センサとを備えるため、情報端末の背面側からタッチ操作をすることが可能となり、使い勝手のよい情報端末を提供することができるという効果を奏する。   As described above, in the information terminal according to the present invention, the information terminal using the proximity / contact sensor, and a housing for housing internal components including the X electrode layer, the Y electrode layer, and the detection means, A flat plate disposed on the back side or the side of the information terminal, which is integral with or separate from the casing, and a part or all of a plurality of apexes of each apex inside the casing of the flat plate Since the pressure sensor for detecting the distortion of the flat plate is provided, it is possible to perform a touch operation from the back side of the information terminal, and it is possible to provide an easy-to-use information terminal.

本発明に係る情報端末は、前記近接・接触センサを用いた情報端末、又は、請求項3に記載の情報端末であって、前記X電極層及び前記Y電極層の下層側に情報を表示するための表示画面と、前記表示画面に表示されている内容が、前記測定対象物の位置を中心とし当該中心から離れるに連れて順次拡大又は縮小され、且つ、前記内容の全てが表示された状態に維持されるように前記内容の表示を制御する表示制御手段とを備えるものである。   The information terminal according to the present invention is an information terminal using the proximity / contact sensor or the information terminal according to claim 3, and displays information on a lower layer side of the X electrode layer and the Y electrode layer. A display screen for displaying and the content displayed on the display screen are sequentially enlarged or reduced with the position of the measurement object as the center and away from the center, and all of the content is displayed. Display control means for controlling the display of the contents so as to be maintained.

このように、本発明に係る情報端末においては、前記X電極層及び前記Y電極層の下層側に情報を表示するための表示画面と、前記表示画面に表示されている内容が、前記測定対象物の位置を中心とし当該中心から離れるに連れて順次拡大又は縮小され、且つ、前記内容の全てが表示された状態に維持されるように前記内容の表示を制御する表示制御手段とを備えるため、測定対象物の位置を拡大して見やすくしつつ、その周辺領域が隠れることなく表示内容全体を視認することができ、使い勝手の良い情報端末を実現することができるという効果を奏する。   Thus, in the information terminal according to the present invention, the display screen for displaying information on the lower layer side of the X electrode layer and the Y electrode layer, and the content displayed on the display screen are the measurement object. A display control means for controlling the display of the content so that the content is enlarged or reduced sequentially as the object moves away from the center, and all the content is maintained in a displayed state; As a result, the position of the measurement object can be enlarged to make it easy to see, and the entire display content can be visually recognized without hiding the surrounding area, and an easy-to-use information terminal can be realized.

本発明に係る情報端末は、前記表示制御手段が、前記測定対象物が前記表示画面に近づくに連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて拡大されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次縮小表示し、前記測定対象物が前記表示画面から遠ざかる連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて縮小されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次拡大表示するものである。   In the information terminal according to the present invention, as the measurement object approaches the display screen, the display control unit determines that the proximity position of the measurement object corresponds to the distance between the measurement object and the display screen. The information is sequentially reduced according to the distance between the measurement object and the display screen as the distance from the center increases, and the measurement object moves away from the display screen. The proximity position of the measurement object is reduced according to the distance between the measurement object and the display screen, and as the distance from the center increases, the information becomes the distance between the measurement object and the display screen. Accordingly, the images are sequentially enlarged and displayed.

このように、本発明に係る情報端末においては、前記測定対象物が前記表示画面に近づくに連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて拡大されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次縮小表示し、前記測定対象物が前記表示画面から遠ざかる連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて縮小されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次拡大表示するため、拡大する部分と縮小する部分とのバランスで表示内容全体を高い視認性で表示することができるという効果を奏する。   Thus, in the information terminal according to the present invention, as the measurement object approaches the display screen, the proximity position of the measurement object depends on the distance between the measurement object and the display screen. As the image is enlarged and moved away from the center, the information is sequentially reduced according to the distance between the measurement object and the display screen, and the measurement object is moved away from the display screen. The proximity position of the object is reduced according to the distance between the measurement object and the display screen, and as the distance from the center increases, the information depends on the distance between the measurement object and the display screen. Thus, since the display is sequentially enlarged, the entire display content can be displayed with high visibility by the balance between the enlarged portion and the reduced portion.

本発明に係る情報端末は、略同一サイズ、同一形状の第1導電体を一の方向に複数連接して並列した第1電極を、前記一の方向と垂直な他の方向に複数並列して形成されるX電極層と、前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記第1電極と重複しないように前記一の方向に複数配列して形成されるY電極層と、前記X電極層における前記第1導電体と測定対象物との間、及び、前記Y電極層における前記第2導電体と前記測定対象物との間で自己容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、前記検出手段が、前記測定対象物の近接距離に応じて、前記X電極層における一又は複数の前記第1導電体と、前記Y電極層における一又は複数の前記第2導電体とを、電気的に接続状態又は非接続状態にするものである。   The information terminal according to the present invention includes a plurality of first electrodes, each having a plurality of first conductors having substantially the same size and the same shape connected in parallel in one direction, arranged in parallel in another direction perpendicular to the one direction. A plurality of X electrode layers to be formed and a plurality of second electrodes made of a second conductor having substantially the same size and shape as the first electrode are arranged in the one direction so as not to overlap the first electrode. Self-capacitance measurement between the formed Y electrode layer, the first conductor in the X electrode layer and the measurement object, and between the second conductor and the measurement object in the Y electrode layer Detection means for detecting capacitance by a method, wherein the detection means is configured to detect one or a plurality of the first conductors in the X electrode layer and the Y electrode layer according to a proximity distance of the measurement object. Or one or more of the second conductors in an electrically connected state or It is to a connected state.

このように、本発明に係る情報端末においては、略同一サイズ、同一形状の第1導電体を一の方向に複数連接して並列した第1電極を、前記一の方向と垂直な他の方向に複数並列して形成されるX電極層と、前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記第1電極と重複しないように前記一の方向に複数配列して形成されるY電極層と、前記X電極層における前記第1導電体と測定対象物との間、及び、前記Y電極層における前記第2導電体と前記測定対象物との間で自己容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、前記検出手段が、前記測定対象物の近接距離に応じて、前記X電極層における一又は複数の前記第1導電体と、前記Y電極層における一又は複数の前記第2導電体とを、電気的に接続状態又は非接続状態にするため、Z軸方向の感度を高めつつ、測定対象物の位置を高精度に検出することができるという効果を奏する。   Thus, in the information terminal according to the present invention, the first electrode in which a plurality of first conductors having substantially the same size and the same shape are connected in parallel in one direction is arranged in another direction perpendicular to the one direction. A plurality of X electrode layers formed in parallel to each other and a second electrode made of a second conductor having substantially the same size and shape as the first electrode so as not to overlap the first electrode. A plurality of Y electrode layers formed between the first conductor and the measurement object in the X electrode layer, and between the second conductor and the measurement object in the Y electrode layer. Detecting means for detecting capacitance by a self-capacitance measurement method between the one or more first conductors in the X electrode layer according to the proximity distance of the measurement object. , One or a plurality of the second conductors in the Y electrode layer, To care connected state or unconnected state, while increasing the sensitivity of the Z-axis direction, an effect that the position of the measurement object can be detected with high accuracy.

本発明に係る近接・接触センサは、自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、前記近接・接触センサの上面側に配設され、スイッチングによりグラウンド又は静電容量検出回路のいずれかに接続される上部電極と、前記上部電極に対向して前記近接・接触センサの下面側に配設され、前記上部電極のスイッチングに対応して、静電容量検出回路又は測定電圧と同位相の電圧のいずれかに接続される下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に配設される弾性体とを備え、前記上部電極がグラウンドに接続されている場合は、前記下部電極により、当該下部電極と前記上部電極との距離に応じた静電容量が測定され、前記上部電極が静電容量検出回路に接続されている場合は、前記上部電極に印加される測定電圧と同位相の電圧が前記下部電極に印加されて、前記測定対象物の近接による前記上部電極の静電容量の変化が測定されるものである。   A proximity / contact sensor according to the present invention is disposed on the upper surface side of the proximity / contact sensor in a proximity / contact sensor that measures the proximity and contact of an object to be measured by detecting capacitance by a self-capacitance measurement method. An upper electrode connected to either the ground or the capacitance detection circuit by switching, and disposed on the lower surface side of the proximity / contact sensor facing the upper electrode, corresponding to the switching of the upper electrode A lower electrode connected to either a capacitance detection circuit or a voltage having the same phase as the measurement voltage, and an elastic body disposed between the upper electrode and the lower electrode, wherein the upper electrode When connected to the ground, the lower electrode measures the capacitance according to the distance between the lower electrode and the upper electrode, and the upper electrode is connected to the capacitance detection circuit. , The voltage of the measured voltage having the same phase that is applied to the upper electrode is applied to the lower electrode, in which a change in capacitance of the upper electrode due to the proximity of the object to be measured is measured.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、前記近接・接触センサの上面側に配設され、スイッチングによりグラウンド又は静電容量検出回路のいずれかに接続される上部電極と、前記上部電極に対向して前記近接・接触センサの下面側に配設され、前記上部電極のスイッチングに対応して、静電容量検出回路又は測定電圧と同位相の電圧のいずれかに接続される下部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に配設される弾性体とを備え、前記上部電極がグラウンドに接続されている場合は、前記下部電極により、当該下部電極と前記上部電極との距離に応じた静電容量が測定され、前記上部電極が静電容量検出回路に接続されている場合は、前記上部電極に印加される測定電圧と同位相の電圧が前記下部電極に印加されて、前記測定対象物の近接による前記上部電極の静電容量の変化が測定されるため、簡素化された構造で測定対象物の近接、接触及び押し込み量を正確に検知することができるという効果を奏する。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present invention, in the proximity / contact sensor that detects the capacitance by the self-capacitance measurement method and measures the proximity and contact of the measurement object, the upper surface of the proximity / contact sensor is measured. An upper electrode connected to either the ground or the capacitance detection circuit by switching, and disposed on the lower surface side of the proximity / contact sensor so as to face the upper electrode. Corresponding to switching, a lower electrode connected to either a capacitance detection circuit or a voltage in phase with a measurement voltage, and an elastic body disposed between the upper electrode and the lower electrode When the upper electrode is connected to the ground, the lower electrode measures the capacitance according to the distance between the lower electrode and the upper electrode, and the upper electrode detects the capacitance. A voltage having the same phase as the measurement voltage applied to the upper electrode is applied to the lower electrode, and the change in the capacitance of the upper electrode due to the proximity of the measurement object is measured. Therefore, it is possible to accurately detect the proximity, contact, and push-in amount of the measurement object with a simplified structure.

本発明に係る近接・接触センサは、前記上部電極及び/又は前記下部電極が、格子状又は並列に分割された複数の電極からなるものである。   In the proximity / contact sensor according to the present invention, the upper electrode and / or the lower electrode includes a plurality of electrodes divided in a lattice shape or in parallel.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、前記上部電極及び/又は前記下部電極が、格子状又は並列に分割された複数の電極からなるため、座標分解能の向上させて近接、接触、押し込みの位置を特定することができるという効果を奏する。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present invention, the upper electrode and / or the lower electrode is composed of a plurality of electrodes divided in a lattice shape or in parallel. There is an effect that the position of the push-in can be specified.

本発明に係る近接・接触センサは、前記下部電極が前記上部電極に比べて細かい格子状又は並列に分割されているものである。   In the proximity / contact sensor according to the present invention, the lower electrode is divided in a finer grid pattern or in parallel than the upper electrode.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、前記下部電極が前記上部電極に比べて細かい格子状又は並列に分割されているため、上部電極で近接の感度を高めつつ接触においてその位置を正確に特定することが可能になるという効果を奏する。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present invention, since the lower electrode is divided in a fine lattice shape or in parallel with the upper electrode, the position of the upper electrode in contact is improved while increasing the proximity sensitivity. There is an effect that it becomes possible to accurately specify.

本発明に係る近接・接触センサは、前記下部電極の周囲に配設されるシールド電極と、前記シールド電極の周囲に配設されるグラウンド電極とを備えるものである。   The proximity / contact sensor according to the present invention includes a shield electrode disposed around the lower electrode and a ground electrode disposed around the shield electrode.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、前記下部電極の周囲に配設されるシールド電極と、前記シールド電極の周囲に配設されるグラウンド電極とを備えるため、下部電極からの電気力線が電極の外部に漏れるのを防止し、測定精度を向上させることができるという効果を奏する。   As described above, the proximity / contact sensor according to the present invention includes the shield electrode disposed around the lower electrode and the ground electrode disposed around the shield electrode. It is possible to prevent the electric lines of force from leaking to the outside of the electrode and improve the measurement accuracy.

本発明に係る近接・接触センサは、自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、一方の端部から他方の端部に向かって線状の絶縁領域がV字状に形成される少なくとも一以上の絶縁部と、当該絶縁部により一部の領域のみが電気的に接続した状態で2つの領域に区分けされた通電部と、を有する透明電極と、2つの領域に区分けされた前記通電部のそれぞれの領域に接続する静電容量検出回路とを備え、前記透明電極が格子状に複数配列しているものである。   The proximity / contact sensor according to the present invention is a proximity / contact sensor that measures the proximity and contact of an object to be measured by detecting capacitance using a self-capacitance measurement method, from one end to the other end. At least one insulating portion in which a linear insulating region is formed in a V shape, and an energizing portion divided into two regions in a state where only a part of the insulating portion is electrically connected by the insulating portion. And a plurality of transparent electrodes arranged in a grid pattern. The transparent electrode includes a transparent electrode and a capacitance detection circuit connected to each region of the energization section divided into two regions.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、一方の端部から他方の端部に向かって線状の絶縁領域がV字状に形成される少なくとも一以上の絶縁部と、当該絶縁部により一部の領域のみが電気的に接続した状態で2つの領域に区分けされた通電部と、を有する透明電極と、2つの領域に区分けされた前記通電部のそれぞれの領域に接続する静電容量検出回路とを備え、前記透明電極が格子状に複数配列しているため、1層の電極のみで近接、接触を測定することができると共に、マルチタッチの測定が可能になるという効果を奏する。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present invention, at least one insulating portion in which a linear insulating region is formed in a V shape from one end to the other end, and the insulating A transparent electrode having a current-carrying part divided into two regions in a state where only a part of the region is electrically connected by the part, and a static electricity connected to each region of the current-carrying part divided into two regions. Since a plurality of the transparent electrodes are arranged in a lattice shape, it is possible to measure proximity and contact with only one layer of electrodes and to enable multi-touch measurement. Play.

本発明に係る近接・接触センサは、複数の前記透明電極が、前記一方の端部又は前記他方の端部が対向するように縦又は横方向に2列に並列しており、前記静電容量検出回路の配線が、並列された前記複数の透明電極の外周部分で前記通電部のそれぞれの領域に接続されているものである。   In the proximity / contact sensor according to the present invention, the plurality of transparent electrodes are arranged in two rows in the vertical or horizontal direction so that the one end or the other end faces each other, and the capacitance The wiring of a detection circuit is connected to each area | region of the said electricity supply part in the outer peripheral part of the said some transparent electrode arranged in parallel.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、複数の前記透明電極が、前記一方の端部又は前記他方の端部が対向するように縦又は横方向に2列に並列しており、前記静電容量検出回路の配線が、並列された前記複数の透明電極の外周部分で前記通電部のそれぞれの領域に接続されているため、配線を全て外周部分に集めることができ、センサの小型化及び薄型化を実現することができるという効果を奏する。   Thus, in the proximity / contact sensor according to the present invention, the plurality of transparent electrodes are arranged in two rows in the vertical or horizontal direction so that the one end or the other end faces each other. In addition, since the wiring of the capacitance detection circuit is connected to the respective areas of the energizing portion at the outer peripheral portions of the plurality of transparent electrodes arranged in parallel, all the wiring can be collected at the outer peripheral portion, There exists an effect that size reduction and thickness reduction are realizable.

本発明に係る近接・接触センサは、前記通電部の区分けされたそれぞれの領域と前記静電容量検出回路との接続をオン/オフするスイッチを備え、測定対象物の近接の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチのいずれか一方をオフにして前記通電部を一の通電領域とし、測定対象物の接触及び押圧の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチの双方をオンにして前記通電部を2つの通電領域とするものである。   The proximity / contact sensor according to the present invention includes a switch for turning on / off the connection between each divided region of the energization unit and the capacitance detection circuit, and performs proximity measurement of a measurement object. When any one of the switches connected to each region of the energization unit is turned off and the energization unit is set as one energization region to measure contact and press of an object to be measured, each region of the energization unit Both of the switches connected to are turned on to make the energization part two energization regions.

このように、本発明に係る近接・接触センサにおいては、前記通電部の区分けされたそれぞれの領域と前記静電容量検出回路との接続をオン/オフするスイッチを備え、測定対象物の近接の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチのいずれか一方をオフにして前記通電部を一の通電領域とし、測定対象物の接触の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチの双方をオンにして前記通電部を2つの通電領域とするため、近接の測定においては検出感度を高めつつ、接触及び押圧の測定においては座標分解能を高めて接触及び押圧位置を正確に特定することができるという効果を奏する。   As described above, the proximity / contact sensor according to the present invention includes a switch for turning on / off the connection between each of the divided areas of the energization unit and the capacitance detection circuit, When performing measurement, when any one of the switches connected to each region of the energization unit is turned off to set the energization unit as one energization region and the contact of the measurement object is measured, the energization unit Since both of the switches connected to each region are turned on to make the energization part two energization regions, the detection sensitivity is improved in the proximity measurement, and the coordinate resolution is increased in the contact and press measurement. And the effect that a press position can be specified correctly is produced.

第1の実施形態に係る近接・接触センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the proximity / contact sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る近接・接触センサにおけるX電極層及びY電極層の平面図である。It is a top view of the X electrode layer and Y electrode layer in the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る近接・接触センサにおける電極の接続回路を示す図である。It is a figure which shows the connection circuit of the electrode in the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る近接・接触センサにおける測定のイメージ図である。It is an image figure of the measurement in the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る情報端末の断面図である。It is sectional drawing of the information terminal which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る情報端末の表示制御処理を行う部分の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the part which performs the display control process of the information terminal which concerns on 3rd Embodiment. 画面の表示態様を変化させた場合の表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display at the time of changing the display mode of a screen. 第3の実施形態に係る情報端末における表示態様を特定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which specifies the display mode in the information terminal which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る近接・接触センサの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る近接・接触センサのイメージ図である。It is an image figure of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る近接・接触センサの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る近接・接触センサの測定のイメージ図である。It is an image figure of the measurement of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 5th Embodiment. シールド電極及びグラウンド電極の機能を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the function of a shield electrode and a ground electrode. 上部電極及び下部電極の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of an upper electrode and a lower electrode. 第6の実施形態に係る近接・接触センサの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 6th Embodiment. 第6の実施形態に係る近接・接触装置の測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measuring method of the proximity | contact and the contact apparatus which concerns on 6th Embodiment. 実験のために試作したセンサの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the sensor made as an experiment for experiment. 測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows a measurement result. 第5の実施形態に係る近接・接触センサの近接における測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result in the proximity | contact of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る近接・接触センサの押圧における測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result in the press of the proximity | contact and the contact sensor which concerns on 5th Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。   Embodiments of the present invention will be described below. Also, the same reference numerals are given to the same elements throughout the present embodiment.

(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係る近接・接触センサについて、図1ないし図4を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る近接・接触センサの分解斜視図である。近接・接触センサ1は、測定対象物の近接の有無、距離及びその位置を検出する第1検出部10と、測定対象物の接触、並びに、押圧の位置及び強さを検出する圧力センサ20とを備える。第1検出部10は、測定対象物のX軸方向の位置を検出するためのX電極層11と、測定対象物のY軸方向の位置を検出するためのY電極層12と、それぞれの電極層の表面に積層される外層13とが積層された構造となっている。外層13は、例えば、強度が高いガラスを用いる。また、測定対象物としては、例えば、人の指、タッチペン等が利用される。
(First embodiment of the present invention)
The proximity / contact sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view of a proximity / contact sensor according to the present embodiment. The proximity / contact sensor 1 includes a first detection unit 10 that detects the presence / absence of proximity of the measurement object, a distance, and a position thereof, and a pressure sensor 20 that detects the contact of the measurement object and the position and strength of the press. Is provided. The first detector 10 includes an X electrode layer 11 for detecting the position of the measurement object in the X-axis direction, a Y electrode layer 12 for detecting the position of the measurement object in the Y-axis direction, and the respective electrodes. The outer layer 13 is laminated on the surface of the layer. For the outer layer 13, for example, glass having high strength is used. In addition, as a measurement object, for example, a human finger, a touch pen, or the like is used.

図2は、X電極層及びY電極層の平面図である。図2(A)に示すX電極層11は、略同一サイズ、同一形状の矩形状の第1導電体21が一の対角線21aに沿って複数連通して並列した第1電極22を有し、この第1電極22を、第1導電体21の他の対角線21bを結ぶ頂点21c,21dに合わせて前記他の対角線21bに沿って複数並列し、市松模様にて形成されている。並列している各第1電極22は、それぞれ電気的に絶縁された状態(連通していない状態)となっている。そして、この第1電極22は、一の対角線21aを中心に2つに分割されており、それぞれが鋸歯状の第1電極22a及び第1電極22bに分割されている。各第1電極22a及び第1電極22bは絶縁された状態で隣接して配置されている。   FIG. 2 is a plan view of the X electrode layer and the Y electrode layer. The X electrode layer 11 shown in FIG. 2 (A) has a first electrode 22 in which a plurality of rectangular first conductors 21 having substantially the same size and the same shape are arranged in parallel along one diagonal line 21a. A plurality of the first electrodes 22 are juxtaposed along the other diagonal lines 21b in alignment with the vertices 21c and 21d connecting the other diagonal lines 21b of the first conductor 21, and are formed in a checkered pattern. The first electrodes 22 in parallel are in an electrically insulated state (not in communication). And this 1st electrode 22 is divided | segmented into two centering on one diagonal line 21a, and each is divided | segmented into the sawtooth-shaped 1st electrode 22a and the 1st electrode 22b. The first electrodes 22a and the first electrodes 22b are adjacently arranged in an insulated state.

図2(B)に示すY電極層12は、上記X電極層11における第1導電体21と略同一サイズ、同一形状の第2導電体23が、一の対角線23aに沿って複数連通して並列した第2電極24を有し、この第2電極24を、第1電極22と同様に第2導電体23の他の対角線23bを結ぶ頂点23c,23dに合わせて前記他の対角線23bに沿って複数並列し、市松模様にて形成されている。並列している各第2電極24は、それぞれ電気的に絶縁された状態(連通していない状態)となっている。そして、この第2電極24も、一の対角線23aを中心に2つに分割されており、それぞれが鋸歯状の第2電極24a,24bに分割されている。各第2電極24a及び第2電極24bは絶縁された状態で隣接して配置されている。   In the Y electrode layer 12 shown in FIG. 2B, a plurality of second conductors 23 having substantially the same size and shape as the first conductors 21 in the X electrode layer 11 are communicated along one diagonal line 23a. It has the 2nd electrode 24 in parallel, and this 2nd electrode 24 is matched with the said other diagonal line 23b according to the vertexes 23c and 23d which connect the other diagonal line 23b of the 2nd conductor 23 similarly to the 1st electrode 22. Are arranged in a checkered pattern. The second electrodes 24 in parallel are in an electrically insulated state (not in communication). The second electrode 24 is also divided into two parts around one diagonal line 23a, each of which is divided into sawtooth-shaped second electrodes 24a and 24b. The second electrodes 24a and the second electrodes 24b are disposed adjacent to each other in an insulated state.

各電極層におけるそれぞれの電極は、それぞれが平面視で重ならないように配置されており、第1電極22の延出方向と第2電極24の延出方向とは互いに垂直の関係になっている。外層13の表面に測定対象物が近接すると、第1電極22と第2電極24との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することで、測定対象物の位置を特定することができる(相互容量方式)。本実施形態においては、測定対象物の近接距離に応じて、鋸歯状の第1電極22a及び第1電極22bの結合・分解、並びに、鋸歯状の第2電極24a及び第2電極24bの結合・分解が制御される。第1電極22及び第2電極24の結合・分解について、図3及び図4を用いて詳細を説明する。   The electrodes in each electrode layer are arranged so as not to overlap each other in plan view, and the extending direction of the first electrode 22 and the extending direction of the second electrode 24 are perpendicular to each other. . When the measurement object comes close to the surface of the outer layer 13, the capacitance between the first electrode 22 and the second electrode 24 changes. By detecting this change in capacitance, the position of the measurement object can be specified (mutual capacitance method). In the present embodiment, the coupling / disassembly of the sawtooth first electrode 22a and the first electrode 22b and the coupling / disassembly of the sawtooth second electrode 24a and the second electrode 24b according to the proximity distance of the measurement object. Decomposition is controlled. The coupling / disassembly of the first electrode 22 and the second electrode 24 will be described in detail with reference to FIGS.

図3は、本実施形態に係る近接・接触センサにおける電極の接続回路を示す図、図4は、本実施形態に係る近接・接触センサにおける測定のイメージ図である。図3において、測定対象物が遠い場合は、第1電極22a(X、X及びXに相当)及び第1電極22b(X、X及びXに相当)がそれぞれ電気的に接続(X−X、X−X及びX−Xが接続)されて結合し、第2電極24a(Y及びYに相当)及び第2電極24b(Y及びYに相当)がそれぞれ電気的に接続(Y−Y及びY−Yが接続)されて結合する。そして、各結合された第1電極22及び第2電極24の電極間の静電容量が測定される。このときの測定のイメージ図が、図4(A)に対応する。図4(A)に示すように、互いに隣接する第1電極22a及び第1電極22b(X−X、X−X及びX−X)が結合され、互いに隣接する第2電極24a及び第2電極24b(Y−Y及びY−Y)が結合されることで、外側に配設されている電極間の静電容量Cによりセンサ表面から遠い距離まで測定することが可能となり、その静電容量Cの変化を検出することで近接距離(Z軸方向)の感度を格段に上げることが可能となる。 FIG. 3 is a diagram illustrating an electrode connection circuit in the proximity / contact sensor according to the present embodiment, and FIG. 4 is an image diagram of measurement in the proximity / contact sensor according to the present embodiment. In FIG. 3, when the measurement object is far away, the first electrode 22a (corresponding to X 1 , X 3 and X 5 ) and the first electrode 22b (corresponding to X 2 , X 4 and X 6 ) are electrically connected respectively. Connected (X 1 -X 2 , X 3 -X 4 and X 5 -X 6 are connected) and combined to form a second electrode 24a (corresponding to Y 1 and Y 3 ) and a second electrode 24b (Y 2 and Y 4 ) are electrically connected (Y 1 -Y 2 and Y 3 -Y 4 are connected) and coupled. Then, the capacitance between the electrodes of the combined first electrode 22 and second electrode 24 is measured. An image diagram of the measurement at this time corresponds to FIG. As shown in FIG. 4A, the first electrode 22a and the first electrode 22b (X 1 -X 2 , X 3 -X 4 and X 5 -X 6 ) adjacent to each other are combined to form a second adjacent to each other. The electrode 24a and the second electrode 24b (Y 1 -Y 2 and Y 3 -Y 4 ) are combined to measure a distance far from the sensor surface by the capacitance C 1 between the electrodes arranged on the outside. it becomes possible to, the sensitivity of the proximity distance (Z-axis direction) by detecting a change in capacitance C 1 becomes possible remarkably increased.

測定対象物が近づいた場合は、第1電極22(X〜X)と第2電極24(Y〜Y)をそれぞれ分断し電気的に非接続状態にして、第1電極22と第2電極24との間の静電容量の測定を行う。このときの測定のイメージ図が、図4(B)に対応する。図4(B)に示すように、それぞれの電極は結合されていないため、静電容量Cの変化を検出する。電極が結合されていないことから、Z軸方向の感度は図4(A)の場合に比べて下がるものの、細かい電極間の静電容量の変化を検出するため測定対象物の詳細な位置を高精度に検出することが可能となる。 When the measurement object approaches, the first electrode 22 (X 1 to X 6 ) and the second electrode 24 (Y 1 to Y 4 ) are separated from each other to be electrically disconnected from each other. The capacitance between the second electrode 24 and the second electrode 24 is measured. An image diagram of the measurement at this time corresponds to FIG. As shown in FIG. 4 (B), each of the electrodes for not coupled to detect the change in capacitance C 2. Since the electrodes are not coupled, the sensitivity in the Z-axis direction is lower than in the case of FIG. 4A, but the detailed position of the measurement object is increased to detect fine changes in the capacitance between the electrodes. It becomes possible to detect with accuracy.

図4(C)は、測定対象物の接触・押圧力を測定する場合のイメージ図であり、圧力センサ20を利用する。圧力センサ20は、図1に示すように、X電極層11及びY電極層12の四隅(各頂点)に配置されており、測定対象物の中心位置及び押圧力を検出する。この圧力センサ20と上記で説明した第1検出部10の機能を組み合わせることにより、測定対象物の近接におけるZ方向の距離、位置を高感度で且つ正確に測定することができると共に、接触位置、並びに、押圧位置及び押圧力を高精度に測定することができる。また、シングルタップの場合は、その近接、接触、押圧位置及び圧力を正確に測定することができ、マルチタップの場合は、それぞれの複数の近接、接触、押圧位置及び圧力の中心を正確に測定することができる。また、第1検出部10の機能により、検出された複数の接触位置をもとにそれぞれの圧力分布を算出することもできる。   FIG. 4C is an image diagram when the contact / pressing force of the measurement object is measured, and the pressure sensor 20 is used. As shown in FIG. 1, the pressure sensor 20 is disposed at four corners (each vertex) of the X electrode layer 11 and the Y electrode layer 12, and detects the center position and pressing force of the measurement object. By combining the pressure sensor 20 and the function of the first detection unit 10 described above, the distance and position in the Z direction in the vicinity of the measurement object can be measured with high sensitivity and accuracy, and the contact position, In addition, the pressing position and the pressing force can be measured with high accuracy. In the case of a single tap, its proximity, contact, pressing position and pressure can be accurately measured. In the case of a multi-tap, each of multiple proximity, contact, pressing position and pressure centers are accurately measured. can do. In addition, by the function of the first detection unit 10, each pressure distribution can be calculated based on a plurality of detected contact positions.

このように、本実施形態に係る近接・接触センサにおいては、Z軸方向の感度を高めつつ、測定対象物の位置を高精度に検出することができる。特に、分割されている第1電極及び第2電極のそれぞれを結合して電気に接続状態となった場合に、結合されたそれぞれの電極の間に他軸側の電極が介在する構造とはならず、それぞれの結合された電極同士が隣接し、その結果、結合した電極の面積に対応してZ軸方向への感度を十分に上げることができる。   As described above, the proximity / contact sensor according to the present embodiment can detect the position of the measurement object with high accuracy while increasing the sensitivity in the Z-axis direction. In particular, when each of the divided first electrode and second electrode is coupled to be electrically connected, the structure is such that an electrode on the other axis side is interposed between the coupled electrodes. However, the respective coupled electrodes are adjacent to each other, and as a result, the sensitivity in the Z-axis direction can be sufficiently increased corresponding to the area of the coupled electrodes.

また、測定対象物からの押圧力を検出するための圧力センサを備えるため、測定対象物の接触並びに押圧の位置及び強さを検出することができる。特に、押圧力を誘電体の押し込み量ではなく圧力センサで測定するため、機械的な変形を伴うことがなく、素子の劣化を抑えることができると共に、例えば表面の素材にガラスなどの強度が高いものを利用しても、押圧力を正確に測定することが可能になる。   Moreover, since the pressure sensor for detecting the pressing force from the measuring object is provided, the contact of the measuring object and the position and strength of the pressing can be detected. In particular, since the pressing force is measured by a pressure sensor rather than the amount of pressing of the dielectric, it is not accompanied by mechanical deformation, can suppress deterioration of the element, and has high strength such as glass on the surface material, for example. Even if a thing is used, it becomes possible to measure a pressing force correctly.

(本発明の第2の実施形態)
本実施形態に係る情報端末について、図5を用いて説明する。本実施形態に係る情報端末は、前記第1の実施形態に係る近接・接触センサを用いたものであり、圧力センサを利用することで、情報端末の下面側(ディスプレイを表面とした場合に裏面側に相当)からの操作を検知するものである。
(Second embodiment of the present invention)
The information terminal according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The information terminal according to the present embodiment uses the proximity / contact sensor according to the first embodiment. By using the pressure sensor, the information terminal is connected to the lower surface side of the information terminal (the back surface when the display is used as the front surface). Operation corresponding to the side).

図5は、本実施形態に係る情報端末の断面図である。情報端末50は、近接・接触センサ1と、電源や制御基板等の内部部品51と、圧力センサ52とを備え、それらの内部構造全体は筐体53に収納されている。筐体52の底面部54と側面部55は一体であっても別体であってもよいが、測定対象物は平面を有する底面部54を操作することで情報の入出力を行う。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the information terminal according to the present embodiment. The information terminal 50 includes a proximity / contact sensor 1, an internal component 51 such as a power source and a control board, and a pressure sensor 52, and the entire internal structure is housed in a housing 53. The bottom surface portion 54 and the side surface portion 55 of the housing 52 may be integrated or separate, but the measurement object inputs and outputs information by operating the bottom surface portion 54 having a flat surface.

圧力センサ52は、底面部54又は側面部55の内部における各頂点の一部又は全部の頂点部分に配設されており、底面部54表面からの測定対象物の押圧力による底面部54又は側面部55の歪みを検出する。すなわち、各圧力センサ52の測定値に基づいて底面部54や側面部55の歪みを求め、その歪みから測定対象物の押圧位置を特定することができる。また、併せて、圧力センサ52により押圧力も測定することが可能となる。なお、底面部54をマルチタップした場合は、圧力センサ52だけでは複数点を検出することができないため、押圧の中心点の位置及びその押圧力が測定されることとなる。また、第1検出部10の機能により、検出された複数の接触位置をもとにそれぞれの圧力分布を算出することもできる。さらに、情報端末全体に掛かる筐体の歪み、情報端末のディスプレイに掛かる押圧力による歪み、側面部55や底面部54に掛かる押圧力による歪みを測定することで、押圧位置及び押圧力を特定するようにしてもよい。   The pressure sensor 52 is arranged at a part or all of the apexes of each apex inside the bottom surface portion 54 or the side surface portion 55, and the bottom surface portion 54 or the side surface due to the pressing force of the measurement object from the surface of the bottom surface portion 54. The distortion of the unit 55 is detected. That is, the distortion of the bottom surface portion 54 and the side surface portion 55 can be obtained based on the measurement value of each pressure sensor 52, and the pressing position of the measurement object can be specified from the distortion. In addition, the pressure sensor 52 can also measure the pressing force. When the bottom surface portion 54 is multi-tapped, a plurality of points cannot be detected by the pressure sensor 52 alone, and therefore the position of the center point of pressing and the pressing force are measured. In addition, by the function of the first detection unit 10, each pressure distribution can be calculated based on a plurality of detected contact positions. Further, by measuring the distortion of the casing applied to the entire information terminal, the distortion caused by the pressing force applied to the display of the information terminal, and the distortion caused by the pressing force applied to the side surface portion 55 and the bottom surface portion 54, the pressing position and the pressing force are specified. You may do it.

このように、本実施形態に係る情報端末においては、背面側からタッチ操作をすることが可能となり、使い勝手のよい情報端末を提供することができる。   Thus, in the information terminal according to the present embodiment, a touch operation can be performed from the back side, and an easy-to-use information terminal can be provided.

(本発明の第3の実施形態)
本実施形態に係る情報端末について、図6ないし図8を用いて説明する。本実施形態に係る情報端末は、表示画面に表示されている内容が、測定対象物の位置を中心とし当該中心から離れるに連れて順次拡大又は縮小され、且つ、前記内容の全てが表示された状態に維持されるように前記内容の表示を制御するものであり、測定対象物が表示画面に近づくに連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が測定対象物と表示画面との距離に応じて拡大されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が測定対象物と表示画面との距離に応じて順次縮小表示され、測定対象物が表示画面から遠ざかるに連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が測定対象物と表示画面との距離に応じて縮小されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が測定対象物と表示画面との距離に応じて順次拡大表示されるものである。
(Third embodiment of the present invention)
The information terminal according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the information terminal according to the present embodiment, the content displayed on the display screen is sequentially enlarged or reduced as the position of the measurement object is the center, and as the distance from the center is increased, and all the content is displayed. The display of the content is controlled so as to be maintained in a state, and as the measurement object approaches the display screen, the proximity position of the measurement object corresponds to the distance between the measurement object and the display screen. The information is sequentially reduced according to the distance between the measurement object and the display screen as the distance from the center increases, and the measurement object as the measurement object moves away from the display screen. The proximity position of the object is reduced according to the distance between the measurement object and the display screen, and the information is sequentially enlarged and displayed according to the distance between the measurement object and the display screen as the distance from the center increases. Is a thing

図6は、本実施形態に係る情報端末の表示制御処理を行う部分の機能ブロック図である。情報端末50における表示制御部60は、近接・接触センサ1で測定された測定結果情報61を取得して、測定対象物の位置、並びに、近接距離及び押圧力を演算する位置・距離演算部62と、位置・距離演算部62の演算結果に基づいて、画面表示の表示態様を演算して特定する表示態様特定部63と、表示内容を特定された表示態様でディスプレイ65に表示する表示処理部64とを備える。   FIG. 6 is a functional block diagram of a portion that performs display control processing of the information terminal according to the present embodiment. The display control unit 60 in the information terminal 50 acquires the measurement result information 61 measured by the proximity / contact sensor 1 and calculates the position of the measurement object, the proximity distance, and the pressing force, and a position / distance calculation unit 62. A display mode specifying unit 63 that calculates and specifies the display mode of the screen display based on the calculation result of the position / distance calculation unit 62, and a display processing unit that displays the display content on the display 65 in the specified display mode 64.

図7は、測定対象物の位置及び近接距離に基づいて、上記各処理部の処理により画面の表示態様を変化させた場合の表示例を示す図である。測定対象物が検知されていない場合(タッチパネルから遠距離にある場合)は、図7(A)に示すように、特に拡大/縮小等の処理は行われず通常の表示がなされる。図7(A)の状態から、図7(B)及び図7(C)に示すように、測定対象物(図7においては指)をディスプレイに近接させると、近接位置の領域R(図7(B)、(C)においては「K」及びその周辺の一部の領域)が近接距離に応じて拡大する。それと同時に、領域R以外の領域は指の近接距離に応じて縮小する。拡大率及び縮小率は、指とディスプレイとの近接距離に応じて順次変化すると共に、ディスプレイ上における指の中心位置からの距離に応じて順次変化する。   FIG. 7 is a diagram illustrating a display example when the display mode of the screen is changed by the processing of each processing unit based on the position of the measurement object and the proximity distance. When the measurement object is not detected (when it is at a distance from the touch panel), as shown in FIG. 7A, normal display is performed without performing processing such as enlargement / reduction. When the measurement object (finger in FIG. 7) is brought close to the display as shown in FIGS. 7B and 7C from the state of FIG. In (B) and (C), “K” and a part of the surrounding area thereof are enlarged according to the proximity distance. At the same time, the area other than the area R is reduced according to the proximity distance of the finger. The enlargement ratio and the reduction ratio are sequentially changed according to the proximity distance between the finger and the display, and are sequentially changed according to the distance from the center position of the finger on the display.

つまり、領域Rは指の近接距離が近づくに連れて拡大表示すると共に、その他の領域は縮小表示される。また、指の中心位置から遠い距離になる情報ほど縮小率が順次大きくなる。そして、図7(A)の表示内容の全体は常に維持されたまま、前述のように図7(B)、(C)に示すような表示態様が演算される。なお、指をディスプレイから遠ざけるときは、上記の拡大、縮小が逆となる。また、指がディスプレイに接触している場合は、押圧力の強弱に応じて、表示画面の拡大・縮小の態様が変化する。すなわち、押圧力が強い程領域Rが拡大され、押圧力が弱くなるに連れて領域Rが縮小される。   That is, the area R is enlarged and displayed as the proximity distance of the finger approaches, and the other areas are reduced and displayed. In addition, the reduction ratio increases sequentially as the information becomes farther from the center position of the finger. Then, the display mode as shown in FIGS. 7B and 7C is calculated as described above while the entire display content of FIG. 7A is always maintained. When the finger is moved away from the display, the above enlargement and reduction are reversed. When the finger is in contact with the display, the display screen enlargement / reduction mode changes according to the strength of the pressing force. That is, the region R is enlarged as the pressing force is increased, and the region R is reduced as the pressing force is reduced.

図8は、本実施形態に係る情報端末における表示態様を特定する処理を示すフローチャートである。まず、位置・距離情報演算部62が測定結果情報61を取得し、測定対象物の位置及び近接距離(又は接触している場合は押圧力)を演算する(S1)。表示態様特定部63が、近接距離(又は押圧力)に応じて指位置の周辺領域の拡大/縮小率を演算する(S2)。また、指位置を中心に当該指位置からの距離に応じた表示内容の拡大/縮小率を演算する(S3)。表示処理部64が、演算された拡大/縮小率に応じて、表示内容の全体をディスプレイ65に表示して(S4)、処理を終了する。   FIG. 8 is a flowchart showing processing for specifying a display mode in the information terminal according to the present embodiment. First, the position / distance information calculation unit 62 acquires the measurement result information 61, and calculates the position and proximity distance (or pressing force when in contact) of the measurement object (S1). The display mode specifying unit 63 calculates the enlargement / reduction ratio of the peripheral region of the finger position according to the proximity distance (or pressing force) (S2). Further, an enlargement / reduction ratio of the display content corresponding to the distance from the finger position is calculated with the finger position as the center (S3). The display processing unit 64 displays the entire display content on the display 65 according to the calculated enlargement / reduction ratio (S4), and ends the process.

このように、本実施形態に係る情報端末においては、測定対象物の位置における表示内容を拡大して見やすくしつつ、その周辺領域が隠れることなく表示内容全体を視認することができ、使い勝手の良い情報端末を実現することができる。また、拡大する部分と縮小する部分とのバランスで表示内容全体を高い視認性で表示することができる。   As described above, in the information terminal according to the present embodiment, the display content at the position of the measurement object can be enlarged and easily viewed, and the entire display content can be visually recognized without hiding the surrounding area, which is easy to use. An information terminal can be realized. Further, the entire display content can be displayed with high visibility by the balance between the enlarged portion and the reduced portion.

(本発明の第4の実施形態)
本実施形態に係る近接・接触センサについて、図9を用いて説明する。前記第1の実施形態に係る近接・接触センサは、相互容量測定方式による測定を前提としていたのに対して、本実施形態に係る近接・接触センサは、自己容量測定方式を前提とするものである。また、電極自体の構造及び配置は前記第1の実施形態の場合と同じであるが、その結合・分割の手法が異なるものであり、並列する第1電極22同士や並列する第2電極24同士を結合・分割すると共に、第1電極22と第2電極24との間での結合・分割を行うものである。なお、自己容量測定方式とは、グラウンドと電極との間の容量の変化を測定する方式である。
(Fourth embodiment of the present invention)
The proximity / contact sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The proximity / contact sensor according to the first embodiment is premised on the measurement by the mutual capacitance measurement method, whereas the proximity / contact sensor according to the present embodiment is based on the self-capacitance measurement method. is there. Further, the structure and arrangement of the electrodes themselves are the same as those in the first embodiment, but their coupling / division methods are different, and the parallel first electrodes 22 and the parallel second electrodes 24 are the same. Are coupled / divided, and are coupled / divided between the first electrode 22 and the second electrode 24. The self-capacitance measurement method is a method for measuring a change in capacitance between the ground and the electrode.

第1電極22と第2電極24とを電気的に接続して結合した場合は、L字状又は十字状に電極面積が大きくなるため、Z軸方向の感度を高めることができる。例えば、図9において、X、X、Y及びYを接続して結合することで、図中のハッチングで示す部分が一つの電極となる、大きい容量を生み出すことができる。すなわち、測定対象物が遠方にある場合でも検出することが可能となる。 When the first electrode 22 and the second electrode 24 are electrically connected and combined, the electrode area increases in an L shape or a cross shape, and thus the sensitivity in the Z-axis direction can be increased. For example, in FIG. 9, by connecting and combining X 3 , X 3 , Y 3 and Y 4 , a large capacitance can be created in which the hatched portion in the figure becomes one electrode. That is, even when the measurement object is far away, it can be detected.

本実施形態における近接・接触センサの場合は、自己容量測定方式であるため、電極スイッチのON/OFFを順次切り替えることで測定を行う。すなわち、図9の場合は、第1電極22について、電極X−X、X−X、X−Xを結合・分割し、第2電極24について、電極Y−Y、Y−Y、Y−Yを結合・分割するとし、その全ての組み合わせで順次容量測定を行う。組み合わせは図9に示すように9通りあり、この組み合わせで順次容量測定を繰り返し行い、容量の変化が最も大きい組み合わせの電極近傍に測定対象物があることとなる。例えば、(X−X,Y−Y)の組わせが容量の変化が最も大きかったとすると、図9におけるハッチング領域の位置に測定対象物が存在することとなる。 In the case of the proximity / contact sensor according to the present embodiment, since the self-capacitance measurement method is used, measurement is performed by sequentially switching ON / OFF of the electrode switch. That is, in the case of FIG. 9, the electrodes X 1 -X 2 , X 3 -X 4 , and X 5 -X 6 are combined and divided for the first electrode 22, and the electrodes Y 1 -Y 2 for the second electrode 24. , Y 3 -Y 4 , Y 5 -Y 6 are combined / divided, and capacitance measurement is sequentially performed for all combinations thereof. As shown in FIG. 9, there are nine combinations. Capacitance measurement is repeatedly performed sequentially with these combinations, and there is an object to be measured in the vicinity of the combination electrode having the largest capacitance change. For example, if the combination of (X 3 -X 4 , Y 3 -Y 4 ) has the largest change in capacitance, the measurement object exists at the position of the hatched area in FIG.

上記9通りの組み合わせからおおよその測定対象物の位置が特定されると、容量の測定値が所定の閾値を超えた段階(測定対象物がディスプレイに所定の距離以上近づいた段階)で、第1電極22間の電極の分割、第2電極24間の電極の分割、及び/又は、第1電極22と第2電極24との間の電極の分割を行うことで、より小さい電極による詳細な位置を特定する。なお、電極を細かく分割するに連れて、容量測定の処理回数が増大するため、電極を細かく分割した後は、特定されたおおよその測定対象物の位置に相当する領域やその周辺領域の電極についてのみ、容量測定を行うようにしてもよい。   When the approximate position of the measurement object is specified from the above nine combinations, the first measurement is performed when the capacitance measurement value exceeds a predetermined threshold (the measurement object approaches the display by a predetermined distance or more). By dividing the electrodes between the electrodes 22, dividing the electrodes between the second electrodes 24, and / or dividing the electrodes between the first electrode 22 and the second electrode 24, detailed positions by smaller electrodes Is identified. As the electrode is subdivided, the number of times the capacity measurement is performed increases. Therefore, after the electrode is subdivided, the area corresponding to the specified approximate position of the measurement object and the electrodes in the surrounding area are measured. Only the capacity measurement may be performed.

このように、本実施形態に係る近接・接触センサにおいては、第1電極と第2電極とを電気的に接続して結合することで、Z軸方向の感度を高めつつ、測定対象物の位置を高精度に検出することができる。   As described above, in the proximity / contact sensor according to the present embodiment, the first electrode and the second electrode are electrically connected and coupled to increase the sensitivity in the Z-axis direction, and the position of the measurement object. Can be detected with high accuracy.

(本発明の第5の実施形態)
本実施形態に係る近接・接触センサについて、図10ないし図14を用いて説明する。本実施形態に係る近接・接触センサは、例えば、ロボットの表面に配設され、ロボットへの近接や接触を自己容量測定方式にて検出することで安全性を確保することが可能である。
(Fifth embodiment of the present invention)
The proximity / contact sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The proximity / contact sensor according to the present embodiment is disposed on the surface of a robot, for example, and can ensure safety by detecting proximity or contact to the robot by a self-capacitance measurement method.

現在、モータ出力80W以下のロボット及び適切な安全対策を施したロボットには安全柵の必要はなく、人とロボットが同じ環境で協調作業することが期待される。そのような中、ロボットが確実な作業を行うためには触覚センサが重要な役割を果たす。更にロボットを安全に作業させるためには、対象との接触前に近接(非接触)で対象を事前に検出し、不意な衝突を避ける又は衝突による衝撃を弱めることが求められる。そのための手法として、例えば、視覚センサ(カメラ)が主に用いられるが、死角の問題があり十分とは言えない。   At present, a robot with a motor output of 80 W or less and a robot with appropriate safety measures do not need a safety fence, and it is expected that humans and robots work together in the same environment. Under such circumstances, the tactile sensor plays an important role in order for the robot to perform reliable work. Further, in order to make the robot work safely, it is required to detect the object in advance (non-contact) in advance before contact with the object, to avoid an unexpected collision or to weaken the impact caused by the collision. As a technique for that purpose, for example, a visual sensor (camera) is mainly used, but it is not sufficient due to a problem of blind spots.

本実施形態においては、例えばロボットの表面における近接及び接触にて対象の情報を取得可能な近接・接触センサに関するものである。図10は、本実施形態に係る近接・接触センサのイメージ図である。図10において、ロボット表面全体を本実施形態に係る近接・接触センサで覆い、ロボット表面全体の近接(図10(B))及び接触状態(図10(C))で対象の検出を行うことにより安全性を向上させることが可能となる。   The present embodiment relates to a proximity / contact sensor that can acquire target information by proximity and contact on the surface of a robot, for example. FIG. 10 is an image diagram of the proximity / contact sensor according to the present embodiment. In FIG. 10, the entire robot surface is covered with the proximity / contact sensor according to the present embodiment, and the object is detected by the proximity (FIG. 10B) and the contact state (FIG. 10C) of the entire robot surface. It becomes possible to improve safety.

自己容量測定方式を応用し、上部電極、下部電極、接地電極及び弾性体から構成される近接覚・触覚センサが開示されている(参考文献1:S.Tsuji, T.Kohama: ”Development of a Proximity and Tactile Sensor Array Using Self-Capacitance Measurement for Robot Hand”, Proc. the 3rd International Conference on Industrial Application Engineering 2015, pp.403-407, 2015)。   A proximity / tactile sensor composed of an upper electrode, a lower electrode, a ground electrode, and an elastic body is disclosed by applying a self-capacitance measurement method (Reference 1: S. Tsuji, T. Kohama: “Development of a Proximity and Tactile Sensor Array Using Self-Capacitance Measurement for Robot Hand ”, Proc. The 3rd International Conference on Industrial Application Engineering 2015, pp.403-407, 2015).

しかしながら、参考文献1に係るセンサは、上部電極と下部電極の間に接地電極を有しており、電極数が増えるという課題がある。そこで、本実施形態に係る近接・接触センサは、上部電極及び下部電極の2層の電極から構成され、一方を測定用の電極、もう一方をグラウンド又はシールドとして用いることにより、近接及び接触測定を連続的に行うものである。本実施形態においては、ロボット表面をセンサで覆うことを可能にするため、センサを大きくすると共に近接における検出感度を高める構成となっている。   However, the sensor according to Reference Document 1 has a ground electrode between the upper electrode and the lower electrode, which increases the number of electrodes. Therefore, the proximity / contact sensor according to the present embodiment is composed of two layers of an upper electrode and a lower electrode, and one of them is used as a measurement electrode and the other is used as a ground or a shield, thereby performing proximity and contact measurement. It is performed continuously. In this embodiment, in order to make it possible to cover the robot surface with a sensor, the sensor is enlarged and the detection sensitivity in proximity is increased.

図11は、本実施形態に係る近接・接触センサの構造を示す概略図である。本実施形態に係る近接・接触センサ1は、測定対象物が接近し接触・押下する平板状の上部電極101と、上部電極101に対向して配設される平板状の下部電極102と、上部電極101及び下部電極102の間に配設され弾性力を有する弾性体103と、下部電極102の周囲に配設されるシールド電極104、シールド電極104の周囲に配設されるグラウンド電極105と、上部電極101の接続を切り替えるスイッチS1と、下部電極102の接続を切り替えるスイッチS2と、上部電極101や下部電極102の静電容量を検出する検出回路106とを備える。弾性体103としては、例えば、厚さ数ミリ程度のウレタンゲル(硬度0)を用いる。また、測定対象物と上部電極101とを絶縁するために上部電極101の測定対象物が近接、接触する側の面にシリコーンシートを設置する。なお、シールド電極104及びグラウンド電極105は必ずしも配設されなくてもよい。   FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of the proximity / contact sensor according to the present embodiment. The proximity / contact sensor 1 according to this embodiment includes a flat plate-like upper electrode 101 that a measurement object approaches, contacts, and presses, a flat plate-like lower electrode 102 that is disposed to face the upper electrode 101, and an upper portion. An elastic body 103 disposed between the electrode 101 and the lower electrode 102 and having elasticity; a shield electrode 104 disposed around the lower electrode 102; a ground electrode 105 disposed around the shield electrode 104; A switch S1 that switches the connection of the upper electrode 101, a switch S2 that switches the connection of the lower electrode 102, and a detection circuit 106 that detects the capacitance of the upper electrode 101 and the lower electrode 102 are provided. As the elastic body 103, for example, urethane gel (hardness 0) having a thickness of about several millimeters is used. Further, in order to insulate the measurement object from the upper electrode 101, a silicone sheet is installed on the surface of the upper electrode 101 on the side where the measurement object is close to and in contact. Note that the shield electrode 104 and the ground electrode 105 are not necessarily provided.

この近接・接触センサの動作について説明する。図11において、スイッチS1及びS2により上部電極101及び下部電極102を切り替えて、上部電極101又は下部電極102の静電容量を測定する。図12は、本実施形態に係る近接・接触センサの測定のイメージ図である。図12(A)は、スイッチS1及びS2をA(接続A)に設定し、下部電極102の静電容量Cを測定した場合を示している。図12(A)に示すように、上部電極101はグラウンドに接続されているため、上部電極101の上部からの電気的な影響を除去することができ、測定対象物が上部電極101に接触するまで(近接している間)はCが変化しない。測定対象物が上部電極101の表面に接触した場合、グラウンドに接続された上部電極101と下部電極102との間の距離が変化し、その距離の変化に伴いCが変化する。これにより、押圧力(押し込み量)を検出することができる。 The operation of the proximity / contact sensor will be described. In FIG. 11, the upper electrode 101 and the lower electrode 102 are switched by the switches S1 and S2, and the capacitance of the upper electrode 101 or the lower electrode 102 is measured. FIG. 12 is an image diagram of the measurement of the proximity / contact sensor according to the present embodiment. FIG. 12 (A) shows a case where the switches S1 and S2 is set to A (connection A), the capacitance was measured C 2 of the lower electrode 102. As shown in FIG. 12A, since the upper electrode 101 is connected to the ground, the electrical influence from the upper part of the upper electrode 101 can be removed, and the measurement object comes into contact with the upper electrode 101. up (while proximity) is C 2 does not change. If the measurement object is brought into contact with the surface of the upper electrode 101, and the distance change between the upper electrode 101 and lower electrode 102 connected to ground, C 2 is changed with changes in the distance. Thereby, pressing force (push-in amount) can be detected.

これに対して、図12(B)は、スイッチS1及びS2をB(接続B)に設定し、上部電極101の静電容量Cを測定した場合を示している。このとき、下部電極102には上部電極101と同位相の電圧を印加することでシールドとする。この状態で、図12(B)に示すように、測定対象物が近づくと上部電極101の静電容量Cが変化する。このCの変化により測定対象物の接近及び予め測定対象物の種別が特定されている場合は、上部電極101の表面までの距離を検出することができる。 In contrast, FIG. 12 (B) shows a case where setting the switches S1 and S2 to B (connection B), was measured capacitances C 1 of the upper electrode 101. At this time, the lower electrode 102 is shielded by applying a voltage having the same phase as that of the upper electrode 101. In this state, as shown in FIG. 12 (B), the capacitance C 1 of the upper electrode 101 is changed when the measurement object approaches. If the type is particular approach and advance measurement object of the measurement object by a change in the C 1 can detect the distance to the surface of the upper electrode 101.

スイッチS1及びスイッチS2は、断続的に切り替えを行って測定しており、近接及び接触、押し込みを連続的に測定することができる。そして、スイッチS1及びS2が接続Aに接続されている場合に、測定対象物が上部電極101に非接触であると判別した場合、上述したようにCの変化により近接における測定対象物を検出することができると共に、測定対象物が上部電極101に接触していると判別した場合は、Cの変化によりある程度の測定対象物の判別が可能である。つまり、予め測定対象物の種別ごとに誘電率をメモリに記憶しておき、静電容量Cの変化から該当する種別を特定することが可能である。なお、この処理は、測定対象物が上部電極101に非接触である場合や、押し込み中の間は省略することで処理を軽くすることができる。 The switches S1 and S2 are intermittently switched and measured, and proximity, contact, and push-in can be continuously measured. When the switches S1 and S2 are connected to the connection A, when the measurement object is determined to be not in contact with the upper electrode 101, detects the measurement object in proximity by a change in C 1 as described above it is possible to, when the measurement object is determined to have contact with the upper electrode 101 may determine a degree of the measuring object by a change in C 1. That is, it is possible to advance stores a dielectric constant in the memory for each type of measured object, it identifies the appropriate type from the change in capacitance C 1. Note that this process can be lightened by omitting the measurement object when it is not in contact with the upper electrode 101 or during pressing.

なお、シールド電極104及びグラウンド電極105を備えない場合は、図13(A)に示すように、下部電極102からの電気力線が上部電極101及び下部電極102の外側に出てしまうため、側面方向からの影響が出てしまう。これに対して、シールド電極104(上部電極101と同位相の電圧を印加)及びグラウンド電極105を配設する場合は、図13(B)に示すように、電気力線の電極外へのはみ出しはシールド電極104からが主となり、さらにグラウンド電極105を配設することで電位が一定となる。それにより、下部電極102の値が外部からの影響を受けずに測定することが可能となる。また、最下層に下方からのノイズ等を低減するためのグラウンド層やシールド層を配設するようにしてもよい。   In the case where the shield electrode 104 and the ground electrode 105 are not provided, the electric lines of force from the lower electrode 102 come out of the upper electrode 101 and the lower electrode 102 as shown in FIG. Influence from the direction will come out. On the other hand, when the shield electrode 104 (a voltage having the same phase as the upper electrode 101 is applied) and the ground electrode 105 are provided, the electric lines of force protrude outside the electrode as shown in FIG. Is mainly from the shield electrode 104, and further, by arranging the ground electrode 105, the potential becomes constant. As a result, the value of the lower electrode 102 can be measured without being influenced by the outside. Further, a ground layer or a shield layer for reducing noise or the like from below may be provided in the lowermost layer.

次に、上部電極101及び下部電極102の他の構造について説明する。図14は、上部電極及び下部電極の構造の一例を示す図である。本実施形態の静電容量測定において検出感度を高めるためには、電極を大きくする必要がある一方、測定対象物の位置を特定するための座標分解能を高めるためには、電極幅を狭くして電極を細かく配置する必要がある。そこで、図14に示すように、上部電極101を大きく、下部電極102を小さくすることにより、近接における検出感度を高めつつ接触における座標分解能を高める。   Next, another structure of the upper electrode 101 and the lower electrode 102 will be described. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the structure of the upper electrode and the lower electrode. In order to increase the detection sensitivity in the capacitance measurement of the present embodiment, it is necessary to enlarge the electrode. On the other hand, in order to increase the coordinate resolution for specifying the position of the measurement object, the electrode width is reduced. It is necessary to arrange the electrodes finely. Therefore, as shown in FIG. 14, the upper electrode 101 is made larger and the lower electrode 102 is made smaller, so that the coordinate resolution in contact is enhanced while increasing the detection sensitivity in proximity.

図14(A)の場合は、1つの大きな上部電極101に対して、6つの小さな下部電極102を格子状に対向させて配設することで、近接における感度を高めつつ接触における座標分解能を高めている。また、図14(B)の場合は、4つの上部電極101に対して、8つの下部電極102をそれぞれ格子状に対向させて配設することで、近接における感度を高めておおよその近接位置を特定しつつ、接触における位置をある程度細かく特定することが可能となっている。なお、上記のように縦×横が複数である格子状に配設してもよいが、縦1列×横複数列、又は、縦複数列×横1列に電極を並列する構成であってもよい。   In the case of FIG. 14A, six small lower electrodes 102 are arranged in a lattice pattern with respect to one large upper electrode 101, thereby improving the coordinate resolution in contact while increasing the sensitivity in proximity. ing. In the case of FIG. 14B, the eight lower electrodes 102 are arranged opposite to the four upper electrodes 101 in a lattice shape, thereby increasing the sensitivity in proximity and providing an approximate proximity position. While specifying, the position in contact can be specified to some extent. As described above, the electrodes may be arranged in a lattice shape having a plurality of vertical and horizontal directions. However, the electrodes are arranged in parallel in one vertical column × multiple horizontal rows, or multiple vertical columns × horizontal row. Also good.

(本発明の第6の実施形態)
本実施形態に係る近接・接触センサについて、図15ないし図16を用いて説明する。本実施形態に係る近接・接触センサは、例えば、タッチパネルにおける指やタッチペンの近接や接触を自己容量測定方式にて検出するものである。タッチパネルにおける指の位置を検出する技術が開示されている(参考文献2:Susan Pratt、AD7147 CapTouch コントローラ用センサー、アプリケーション・ノート AN-925、[online]、[平成27年11月1日検索]、インターネット<URL: http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/application-notes/AN-925_jp.pdf>)。この中の図6に記載されているレシオメトリック・スライダの技術は、タッチパネルに指を接触させることにより、絶縁領域の右側の電極における静電容量と左側の電極における静電容量との比率に応じて、その位置を特定するものである。また、図8.1には、レシオメトリック・スライダを複数配列することでy軸上の同時タッチを検出できるタッチスクリーンが記載されている。
(Sixth embodiment of the present invention)
The proximity / contact sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The proximity / contact sensor according to the present embodiment detects, for example, the proximity or contact of a finger or a touch pen on a touch panel by a self-capacitance measurement method. A technique for detecting the position of a finger on a touch panel is disclosed (Reference 2: Susan Pratt, AD7147 CapTouch controller sensor, application note AN-925, [online], [searched November 1, 2015], Internet <URL: http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/application-notes/AN-925_en.pdf>). In the ratiometric slider technique described in FIG. 6, the finger touches the touch panel to respond to the ratio between the capacitance of the right electrode and the capacitance of the left electrode of the insulating region. The position is specified. FIG. 8.1 also shows a touch screen that can detect simultaneous touches on the y-axis by arranging a plurality of ratiometric sliders.

しかしながら、参考文献2に示す技術は、x軸方向のマルチタッチを検出することができず、使い勝手が良くないという課題を有する。また、近接の測定には対応していない。そこで、本実施形態においては、上記レシオメトリック・スライダの技術を応用してマルチタッチ及び近接の測定に対応した近接・接触センサを提供する。   However, the technique shown in Reference Document 2 has a problem that it cannot detect multi-touch in the x-axis direction and is not easy to use. Also, it does not support proximity measurement. Therefore, in the present embodiment, a proximity / contact sensor corresponding to multi-touch and proximity measurement is provided by applying the ratiometric slider technology.

図15は、本実施形態に係る近接・接触センサの構造を示す図である。本実施形態に係る近接・接触センサは、1枚の透明電極(例えば、ITOフィルム等)が複数配列して構成されている。透明電極151には、線状の絶縁領域152がV字状に形成され、この絶縁領域152により2つの通電領域153と通電領域154とに大きく区分けされている。通電領域153と通電領域154とは絶縁領域152により接している部分のほとんどが絶縁されているが、一部の接続領域155でのみ電気的に接続されている。それぞれの通電領域153,154は、静電容量を検出するための検出回路156に接続されている。   FIG. 15 is a diagram showing the structure of the proximity / contact sensor according to the present embodiment. The proximity / contact sensor according to the present embodiment is configured by arranging a plurality of transparent electrodes (for example, ITO films). In the transparent electrode 151, a linear insulating region 152 is formed in a V shape, and the insulating region 152 is roughly divided into two energized regions 153 and 154. The energized region 153 and the energized region 154 are mostly insulated by the insulating region 152, but are electrically connected only in a part of the connection regions 155. Each energized region 153, 154 is connected to a detection circuit 156 for detecting capacitance.

なお、図15に示すように、近接・接触センサ1の小型化や薄型化を考慮した場合に、通電領域153,154と検出回路156との接続は、配列された各透明電極151の外周部分で配線されることが望ましい。つまり、配列された各透明電極151の内側に配置される方の通電領域(図15の場合は、通電領域153に相当)と検出回路156とを接続するために、図15に示すような、狭小な配線領域157を形成する。この配線領域157は、内側に配置された通電領域153と直接連通しており、配列された透明電極151の外周部分で検出回路156に配線可能となっている。すなわち、配線の引き回しに相当する役割を配線領域157が担っている。   As shown in FIG. 15, when considering reduction in size and thickness of the proximity / contact sensor 1, the connection between the energized regions 153 and 154 and the detection circuit 156 is performed on the outer peripheral portion of each arranged transparent electrode 151. It is desirable to be wired with. That is, in order to connect the energization region (in the case of FIG. 15, corresponding to the energization region 153) arranged inside each of the arranged transparent electrodes 151 and the detection circuit 156, as shown in FIG. A narrow wiring region 157 is formed. The wiring region 157 communicates directly with the energization region 153 arranged on the inner side, and can be wired to the detection circuit 156 at the outer peripheral portion of the arranged transparent electrodes 151. In other words, the wiring region 157 plays a role corresponding to wiring routing.

この透明電極151に指などの測定対象物が接触すると、通電領域153と通電領域154とにおけるそれぞれの測定対象物との接触面積の比率により、測定対象物の位置を正確に測定することができる。すなわち、透明電極の中心部分ほど通電領域153と通電領域154と面積が均等であり、端部ほど通電領域153と通電領域154と面積が不均衡であることを利用して、測定対象物の位置を特定する。   When a measurement object such as a finger comes into contact with the transparent electrode 151, the position of the measurement object can be accurately measured based on the ratio of the contact area between the current-carrying region 153 and the current-carrying region 154. . That is, by using the fact that the areas of the energized region 153 and the energized region 154 are equal in the center portion of the transparent electrode and the areas of the energized region 153 and the energized region 154 are imbalanced toward the end, Is identified.

また、本実施形態に係る近接・接触センサ1においては、電極を結合することで近接における検出感度を高めることが可能となっている。図16は、本実施形態に係る近接・接触装置の測定方法を示す図である。図16(A)〜(D)は、図15における1個の透明電極151を拡大したものである。図16(A)、(B)は、透明電極を上面から見たイメージ図、図16(C)、(D)は、透明電極を側面からみたイメージ図である。測定対象物が近接している場合は、図16(A)、(C)に示すように、通電領域153又は154のいずれか一方(図16(A)の場合は通電領域153)の側の領域にのみ交流電圧を印加し、透明電極151全体の静電容量の変化を検出する。こうすることで、電極が大きくなり、Z軸方向の検出感度を高めることができると共に、複数配設された各透明電極151の静電容量の変化から測定対象物のXY平面上の位置についても検出することが可能となる(図15の例では、2×8個の透明電極151の位置関係から、測定対象物のXY平面上の位置を検出することができる)。   Further, in the proximity / contact sensor 1 according to the present embodiment, it is possible to increase detection sensitivity in proximity by combining electrodes. FIG. 16 is a diagram illustrating a measuring method of the proximity / contact device according to the present embodiment. 16A to 16D are enlarged views of one transparent electrode 151 in FIG. FIGS. 16A and 16B are image views of the transparent electrode viewed from the top, and FIGS. 16C and 16D are image views of the transparent electrode viewed from the side. When the measurement object is close, as shown in FIGS. 16A and 16C, either the energized region 153 or 154 (in the energized region 153 in FIG. 16A) side. An AC voltage is applied only to the region, and a change in the capacitance of the entire transparent electrode 151 is detected. In this way, the electrode becomes larger and the detection sensitivity in the Z-axis direction can be increased, and the position of the measurement object on the XY plane can also be determined from the change in the capacitance of each of the transparent electrodes 151 provided. It is possible to detect (in the example of FIG. 15, the position of the measurement object on the XY plane can be detected from the positional relationship of 2 × 8 transparent electrodes 151).

さらに、測定対象物の近接距離に応じて個々の透明電極151を結合してZ軸方向の検出感度をより高めることも可能である。すなわち、図16(A)、(C)のように透明電極151を一つの電極とした状態で、さらに隣接する透明電極151の配線を結合することで、電極のサイズをより大きくして検出感度を高めることが可能となる。なお、結合する透明電極151の数は、測定対象物の距離に応じて任意に変更することができるようにしてもよい。   Furthermore, it is also possible to increase the detection sensitivity in the Z-axis direction by combining the individual transparent electrodes 151 according to the proximity distance of the measurement object. That is, with the transparent electrode 151 as one electrode as shown in FIGS. 16A and 16C, the wiring of the adjacent transparent electrode 151 is further combined to further increase the size of the electrode and detect the sensitivity. Can be increased. The number of transparent electrodes 151 to be combined may be arbitrarily changed according to the distance of the measurement object.

測定対象物が透明電極151に接触した場合は、図16(B)、(D)に示すように、双方の通電領域153及び154に交流電圧を印加して、絶縁領域152の延出方向(図15の場合は縦(Y軸)方向)の位置を特定すると共に、絶縁領域152の延出方向に垂直な方向(図15の場合は横(X軸)方向)の位置を配列された複数の各透明電極151ごとの測定結果から特定する。そして、このような検出を行うことで、マルチタッチで接触した場合には、各透明電極151ごとの検出結果(図15の例では、X軸方向は4つの透明電極151、Y軸方向は2つの透明電極151)を用いることで複数のタッチ位置を特定することが可能となる。なお、並列する透明電極151の数は図15の例に限定されず任意に変更することが可能である。   When the measurement object comes into contact with the transparent electrode 151, as shown in FIGS. 16B and 16D, an AC voltage is applied to both the energized regions 153 and 154, and the extending direction of the insulating region 152 ( In the case of FIG. 15, the position in the vertical (Y-axis) direction is specified, and a plurality of positions arranged in the direction perpendicular to the extending direction of the insulating region 152 (in the case of FIG. 15 in the horizontal (X-axis) direction) are arranged. The measurement results for each transparent electrode 151 are specified. Then, by performing such detection, in the case of multi-touch contact, the detection result for each transparent electrode 151 (in the example of FIG. 15, the X-axis direction is four transparent electrodes 151, and the Y-axis direction is 2). A plurality of touch positions can be specified by using one transparent electrode 151). The number of transparent electrodes 151 arranged in parallel is not limited to the example in FIG. 15 and can be arbitrarily changed.

本発明について、以下の実験を行った。図17は、実験のために試作したセンサの構造を示す図である。図17(A)は、特許文献2に示した従来技術におけるセンサ構造と同等のセンサ構造を示しており、図17(B)は、本発明に係るセンサ構造を示している。図17(A)に示すセンサの電極幅が10mmであるのに対して、図17(B)に示しセンサの幅は、結合時が20mm、分割時が10mmとなっている。また、測定対象物は、指のモデルとして接地したアルミニウム(GND)を用いた(図17(C)を参照)。   The following experiment was conducted on the present invention. FIG. 17 is a diagram illustrating the structure of a sensor prototyped for an experiment. FIG. 17A shows a sensor structure equivalent to the sensor structure in the prior art shown in Patent Document 2, and FIG. 17B shows the sensor structure according to the present invention. The electrode width of the sensor shown in FIG. 17A is 10 mm, whereas the width of the sensor shown in FIG. 17B is 20 mm when combined and 10 mm when divided. The object to be measured was grounded aluminum (GND) as a finger model (see FIG. 17C).

図18は、測定結果を示すグラフである。図18(A)は、図17(A)における測定結果と図17(B)の電極を分割した場合の測定結果を合わせて示したものであり、図18(B)は、図17(A)の2つの電極を結合した場合と図17(B)の電極を結合した場合の測定結果を合わせて示したものである。   FIG. 18 is a graph showing the measurement results. FIG. 18A shows the measurement result in FIG. 17A and the measurement result when the electrode in FIG. 17B is divided. FIG. 18B shows the measurement result in FIG. FIG. 18 shows the measurement results when the two electrodes of FIG. 17B and the electrode of FIG. 17B are combined.

図18(A)に示すように、それぞれの測定結果でほとんど差が見られない。これは、本願において電極を分割した場合は、従来の細かい(細い)電極構造と同等の精度で測定対象物を検出できることを示している。一方、図18(B)に示すように、図17(B)の電極を結合した場合は、センサまでの距離dが30mm−1mmにおいて値の変化が大きくなっていることがわかる。つまり、単に図17(A)の構造において電極を結合した場合に比べて、本願の構造の方が近接におけるZ軸方向の感度が向上していることが明らかである。   As shown in FIG. 18A, there is almost no difference between the measurement results. This indicates that when the electrode is divided in the present application, the measurement object can be detected with the same accuracy as the conventional fine (thin) electrode structure. On the other hand, as shown in FIG. 18 (B), when the electrode of FIG. 17 (B) is coupled, it can be seen that the change in the value is large when the distance d to the sensor is 30 mm-1 mm. That is, it is apparent that the sensitivity of the Z-axis direction in the proximity is improved in the structure of the present application as compared with the case where the electrodes are simply combined in the structure of FIG.

以上の実験結果から、本発明に係る近接・接触センサにおいては、測定対象物の近接におけるZ軸方向の感度を高めることができると共に、電極が結合した状態における測定値が所定の値以上変化した場合(例えば、測定対象物が3mm以内に近接した場合)、電極を分割して測定対象物の位置検出の精度を向上させることができることが明らかとなった。また、上述したような圧力センサを用いることで、接触の際の中心位置及び押圧力を検出することができ、近接から接触までの3次元空間における測定対象物の測定が可能となる。   From the above experimental results, in the proximity / contact sensor according to the present invention, the sensitivity in the Z-axis direction in the vicinity of the measurement object can be increased, and the measured value in the state where the electrodes are coupled has changed by a predetermined value or more. In some cases (for example, when the measurement object is close to within 3 mm), it has become clear that the accuracy of the position detection of the measurement object can be improved by dividing the electrode. Further, by using the pressure sensor as described above, the center position and the pressing force at the time of contact can be detected, and the measurement object can be measured in a three-dimensional space from proximity to contact.

次に、第5の実施形態に係る近接・接触センサについて、以下の実験を行った。試作した近接・接触センサに測定対象物を近接、接触、押圧し、その時の静電容量の変化を測定した。試作した近接・接触センサ1は、上部電極101が70×100mm、下部電極102が33×32mm、弾性体103が厚さ2ミリのウレタンゲル(硬度0)からなり、上部電極101の表面を絶縁するために厚さ0.1mmのシリコーンシートをセンサ表面に配設した。静電容量測定IC(Analog Devices社,AD7148)により上部電極101及び下部電極102の静電容量を測定し、パソコンにデータを取り込んだ。測定値はA/D変換したデジタル値で示す。上部電極101をグラウンドに接続するためにアナログスイッチを用いた。測定対象物は、30×30mmのアクリル及び接地したアルミニウム(GND)を用いた。測定対象物をロボットアームに取り付け、上部電極101上に測定対象物を配置して距離を調整した(測定対象物と上部電極101との接触点を0mmとする)。   Next, the following experiment was conducted on the proximity / contact sensor according to the fifth embodiment. The measurement object was brought close to, brought into contact with, and pressed against the prototype proximity / contact sensor, and the change in capacitance at that time was measured. The prototype proximity / contact sensor 1 is made of urethane gel (hardness 0) having an upper electrode 101 of 70 × 100 mm, a lower electrode 102 of 33 × 32 mm, and an elastic body 103 of 2 mm in thickness to insulate the surface of the upper electrode 101. In order to achieve this, a silicone sheet having a thickness of 0.1 mm was disposed on the sensor surface. The capacitances of the upper electrode 101 and the lower electrode 102 were measured by a capacitance measurement IC (Analog Devices, AD7148), and the data was taken into a personal computer. The measured value is shown as a digital value after A / D conversion. An analog switch was used to connect the upper electrode 101 to the ground. As the measurement object, 30 × 30 mm acrylic and grounded aluminum (GND) were used. The measurement object was attached to the robot arm, and the distance was adjusted by placing the measurement object on the upper electrode 101 (the contact point between the measurement object and the upper electrode 101 was set to 0 mm).

図19は、第5の実施形態に係る近接・接触センサの近接における測定結果を示す図である。横軸が測定対象物までの距離、縦軸が測定結果(静電容量変化)である。図19(A)は、下部電極102における静電容量Cの変化、図19(B)は、上部電極101の静電容量Cの変化である。図19(A)より、測定対象物が上部電極101に接触していない場合、ΔCは変化しない。また、測定対象物が上部電極101に接触して押圧する場合(すなわち、押圧が0Nより大きくなる場合)にはΔCが変化することから、測定対象物が上部電極101に接触したことを検出することができる。 FIG. 19 is a diagram illustrating a measurement result in the proximity of the proximity / contact sensor according to the fifth embodiment. The horizontal axis is the distance to the measurement object, and the vertical axis is the measurement result (capacitance change). 19A shows a change in the capacitance C 2 in the lower electrode 102, and FIG. 19B shows a change in the capacitance C 1 in the upper electrode 101. 19 from (A), in the case where the measurement object is not in contact with the upper electrode 101, [Delta] C 2 is not changed. In addition, when the measurement object contacts and presses the upper electrode 101 (that is, when the pressure is greater than 0N), ΔC 2 changes, so that it is detected that the measurement object has contacted the upper electrode 101. can do.

図19(B)より、上部電極101と測定対象物との距離に対してΔCが変化している。ΔCにより上部電極101と測定対象物とが非接触であると判別した場合、ΔCにより測定対象物の接近を検出することができる。なお、図19において、測定対象物がGNDの場合は100mm程度から近接測定が可能であり、アクリルの場合は50mm程度からの近接測定が可能であった。 From FIG. 19B, ΔC 1 changes with respect to the distance between the upper electrode 101 and the measurement object. When it is determined that ΔC 2 is not in contact with the upper electrode 101 and the measurement object, the approach of the measurement object can be detected by ΔC 1 . In FIG. 19, when the measurement object is GND, proximity measurement can be performed from about 100 mm, and when acrylic is used, proximity measurement can be performed from about 50 mm.

図20は、第5の実施形態に係る近接・接触センサの押圧における測定結果を示す図である。横軸が測定対象物から上部電極101への押圧力、縦軸が測定結果(静電容量変化)である。図20(A)は、押圧力に対する静電容量Cの変化、図20(B)は、押圧力に対する静電容量Cの変化である。図20(A)より、押圧力の変化に対してΔCが変化している。上部電極101がグラウンドに接続している場合は、このΔCの変化が測定対象物の電気特性により変化することはないため、押圧力を正確に検知することができる。図20(B)より、測定対象物の電気特性(誘電率)の違いにより、ΔCが異なる。これにより、測定対象物の電気特性の違いによる材質識別が可能となる。 FIG. 20 is a diagram illustrating a measurement result of pressing by the proximity / contact sensor according to the fifth embodiment. The horizontal axis represents the pressing force from the measurement object to the upper electrode 101, and the vertical axis represents the measurement result (capacitance change). FIG. 20 (A) change in the capacitance C 2 against the pressing force, FIG. 20 (B) is the change in the electrostatic capacitance C 1 against the pressing force. From FIG. 20A, ΔC 2 changes with respect to the change of the pressing force. If upper electrode 101 is connected to the ground, because there is no possibility that a change in the [Delta] C 2 is changed by an electric characteristic of the measurement object, it is possible to detect the press force accurately. As shown in FIG. 20B, ΔC 1 differs depending on the difference in electrical characteristics (dielectric constant) of the measurement object. Thereby, material identification by the difference in the electrical property of a measurement object is attained.

以上のように、第5の実施形態に係る近接・接触センサのような簡素化された構造で測定対象物の近接、接触及び押し込み量を正確に検知可能であることが明らかとなった。また、押圧の際に測定対象物の電気特性が押圧力の測定に影響しないことが明らかとなった。また、押圧の際に測定対象物の電気特性から材質識別が可能になることが明らかとなった。   As described above, it has been clarified that the proximity, contact, and push-in amount of the measurement object can be accurately detected with a simplified structure such as the proximity / contact sensor according to the fifth embodiment. Moreover, it became clear that the electrical characteristics of the measurement object do not affect the measurement of the pressing force during pressing. In addition, it became clear that the material can be identified from the electrical characteristics of the measurement object during pressing.

1 近接・接触センサ
10 第1検出部
11 X電極層
12 Y電極層
13 外層
20 圧力センサ
21 第1導電体
21a 一の対角線
21b 他の対角線
21c,21d 頂点
22,22a,22b 第1電極
23 第2導電体
23a 一の対角線
23b 他の対角線
23c,23d 頂点
24,24a,24b 第1電極
50 情報端末
51 内部部品
52 圧力センサ
53 筐体
54 底面部
55 側面部
60 表示制御部
61 測定結果情報
62 位置・距離演算部
63 表示態様特定部
64 表示処理部
101 上部電極
102 下部電極
103 弾性体
104 シールド電極
105 グラウンド電極
106 検出回路
151 透明電極
152 絶縁領域
153,154 通電領域
155 接続領域
156 検出回路
157 配線領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Proximity / contact sensor 10 1st detection part 11 X electrode layer 12 Y electrode layer 13 Outer layer 20 Pressure sensor 21 1st conductor 21a One diagonal line 21b Other diagonal line 21c, 21d Vertex 22,22a, 22b 1st electrode 23 1st Two conductors 23a One diagonal line 23b Other diagonal lines 23c, 23d Vertex 24, 24a, 24b First electrode 50 Information terminal 51 Internal component 52 Pressure sensor 53 Housing 54 Bottom face part 55 Side face part 60 Display control part 61 Measurement result information 62 Position / distance calculation unit 63 Display mode specifying unit 64 Display processing unit 101 Upper electrode 102 Lower electrode 103 Elastic body 104 Shield electrode 105 Ground electrode 106 Detection circuit 151 Transparent electrode 152 Insulation region 153, 154 Current conduction region 155 Connection region 156 Detection circuit 157 Wiring area

Claims (13)

略同一サイズ、同一形状の矩形状の第1導電体を一の対角線に沿って複数連接して並列した第1電極を、当該第1電極の他の対角線を結ぶ頂点に合わせて前記他の対角線に沿って複数並列し、市松模様にて形成されるX電極層と、
前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記市松模様の前記X電極が配列されていない領域に合致するように複数配列して形成されるY電極層と、
前記X電極層における前記第1導電体と前記Y電極層における前記第2導電体との間で相互容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、
前記第1電極及び前記第2電極が、前記一の対角線を中心に物理的に2つに分割されて絶縁されており、
前記検出手段が、測定対象物の近接距離が遠い場合には分割された前記2つの電極を電気的に接続状態し、前記測定対象物の近接距離が近い場合には分割された前記2つの電極をそれぞれ非接続状態とすることを特徴とする近接・接触センサ。
A first electrode in which a plurality of rectangular first conductors having substantially the same size and the same shape are connected in parallel along one diagonal line, and the other diagonal line is aligned with the vertex connecting the other diagonal lines of the first electrode. A plurality of X electrode layers formed in a checkered pattern,
Y formed by arranging a plurality of second electrodes made of a second conductor having substantially the same size and the same shape as the first electrode so as to match a region where the X electrodes of the checkered pattern are not arranged. An electrode layer;
Detecting means for detecting capacitance by a mutual capacitance measurement method between the first conductor in the X electrode layer and the second conductor in the Y electrode layer;
The first electrode and the second electrode are physically divided into two parts around the one diagonal line and insulated;
The detection means electrically connects the two divided electrodes when the proximity distance of the measurement object is long, and the two electrodes divided when the proximity distance of the measurement object is short Proximity / contact sensor characterized in that each is in a disconnected state.
請求項1に記載の近接・接触センサにおいて、
前記第1電極層及び前記第2電極層が、略同一形状の多角形状で重なり合っており、
前記多角形状の頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記測定対象物からの押圧力を検出するための圧力センサを備えることを特徴とする近接・接触センサ。
The proximity / contact sensor according to claim 1,
The first electrode layer and the second electrode layer overlap with each other in substantially the same polygonal shape,
A proximity / contact sensor comprising a pressure sensor for detecting a pressing force from the measurement object at a part of or a plurality of apexes of the apex of the polygonal shape.
請求項1又は2に記載の近接・接触センサを用いた情報端末であって、
前記X電極層、前記Y電極層及び前記検出手段を含む内部部品を収める筐体と、
前記筐体と一体又は別体で前記情報端末の裏面側及び/又は側面側に配設される平面板と、
前記平面板の筐体内部における各頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記平面板の歪みを検出するための圧力センサとを備えることを特徴とする情報端末。
An information terminal using the proximity / contact sensor according to claim 1 or 2,
A housing for housing internal components including the X electrode layer, the Y electrode layer, and the detection means;
A flat plate disposed on the back surface side and / or the side surface side of the information terminal integrally or separately from the housing;
An information terminal comprising: a pressure sensor for detecting distortion of the flat plate at some or all of a plurality of apexes of the respective apexes inside the casing of the flat plate.
請求項1もしくは2のいずれかに記載の近接・接触センサを用いた情報端末、又は、請求項3に記載の情報端末であって、
前記X電極層及び前記Y電極層の下層側に情報を表示するための表示画面と、
前記表示画面に表示されている内容が、前記測定対象物の位置を中心とし当該中心から離れるに連れて順次拡大又は縮小され、且つ、前記内容の全てが表示された状態に維持されるように前記内容の表示を制御する表示制御手段とを備えることを特徴とする情報端末。
An information terminal using the proximity / contact sensor according to claim 1 or 2, or an information terminal according to claim 3,
A display screen for displaying information on a lower layer side of the X electrode layer and the Y electrode layer;
The content displayed on the display screen is enlarged or reduced sequentially as the position of the measurement object is at the center and away from the center, and all the content is maintained in a displayed state. An information terminal comprising display control means for controlling display of the content.
請求項4に記載の情報端末において、
前記表示制御手段が、
前記測定対象物が前記表示画面に近づくに連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて拡大されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次縮小表示し、
前記測定対象物が前記表示画面から遠ざかる連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて縮小されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次拡大表示することを特徴とする情報端末。
In the information terminal according to claim 4,
The display control means is
As the measurement object approaches the display screen, the proximity position of the measurement object is enlarged according to the distance between the measurement object and the display screen, and as the measurement object moves away from the center, The information is sequentially reduced according to the distance between the measurement object and the display screen,
As the measurement object moves away from the display screen, the proximity position of the measurement object is reduced according to the distance between the measurement object and the display screen, and as the measurement object moves away from the center, An information terminal that sequentially enlarges and displays information according to the distance between the measurement object and the display screen.
略同一サイズ、同一形状の第1導電体を一の方向に複数連接して並列した第1電極を、前記一の方向と垂直な他の方向に複数並列して形成されるX電極層と、
前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記第1電極と重複しないように前記一の方向に複数配列して形成されるY電極層と、
前記X電極層における前記第1導電体と測定対象物との間、及び、前記Y電極層における前記第2導電体と前記測定対象物との間で自己容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段が、前記測定対象物の近接距離に応じて、前記X電極層における一又は複数の前記第1導電体と、前記Y電極層における一又は複数の前記第2導電体とを、電気的に接続状態又は非接続状態にすることを特徴とする近接・接触センサ。
An X electrode layer formed by paralleling a plurality of first electrodes having a plurality of first conductors having substantially the same size and the same shape connected in parallel in one direction, in another direction perpendicular to the one direction;
A Y electrode layer formed by arranging a plurality of second electrodes made of a second conductor having substantially the same size and shape as the first electrode in the one direction so as not to overlap the first electrode;
Capacitance is detected by a self-capacitance measurement method between the first conductor and the measurement object in the X electrode layer and between the second conductor and the measurement object in the Y electrode layer. Detecting means,
According to the proximity distance of the measurement object, the detection means electrically connects one or more first conductors in the X electrode layer and one or more second conductors in the Y electrode layer. Proximity / contact sensor characterized in that it is in a connected or disconnected state.
自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、
前記近接・接触センサの上面側に配設され、スイッチングによりグラウンド又は静電容量検出回路のいずれかに接続される上部電極と、
前記上部電極に対向して前記近接・接触センサの下面側に配設され、前記上部電極のスイッチングに対応して、静電容量検出回路又は測定電圧と同位相の電圧のいずれかにスイッチングにより切り替えられる下部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間に配設される弾性体とを備え、
前記上部電極がグラウンドに接続されている場合は、前記下部電極により、当該下部電極と前記上部電極との距離に応じた静電容量が測定され、前記上部電極が静電容量検出回路に接続されている場合は、前記上部電極に印加される測定電圧と同位相の電圧が前記下部電極に印加されて、前記測定対象物の近接による前記上部電極の静電容量の変化が測定されることを特徴とする近接・接触センサ。
In proximity / contact sensors that measure the proximity and contact of measurement objects by detecting capacitance using a self-capacitance measurement method,
An upper electrode disposed on the upper surface side of the proximity / contact sensor and connected to either the ground or the capacitance detection circuit by switching;
It is arranged on the lower surface side of the proximity / contact sensor so as to face the upper electrode, and switches to either a capacitance detection circuit or a voltage having the same phase as the measurement voltage in response to the switching of the upper electrode. A lower electrode,
An elastic body disposed between the upper electrode and the lower electrode;
When the upper electrode is connected to the ground, the lower electrode measures the capacitance according to the distance between the lower electrode and the upper electrode, and the upper electrode is connected to the capacitance detection circuit. A voltage having the same phase as the measurement voltage applied to the upper electrode is applied to the lower electrode, and a change in the capacitance of the upper electrode due to the proximity of the measurement object is measured. Proximity / contact sensor.
請求項7に記載の近接・接触センサにおいて、
前記上部電極及び/又は前記下部電極が、格子状又は並列に分割された複数の電極からなることを特徴とする近接・接触センサ。
The proximity / contact sensor according to claim 7,
The proximity / contact sensor, wherein the upper electrode and / or the lower electrode comprises a plurality of electrodes divided in a grid or in parallel.
請求項8に記載の近接・接触センサにおいて、
前記下部電極が前記上部電極に比べて細かい格子状又は並列に分割されていることを特徴とする近接・接触センサ。
The proximity / contact sensor according to claim 8,
The proximity / contact sensor, wherein the lower electrode is divided in a finer grid pattern or in parallel than the upper electrode.
請求項7ないし9のいずれかに記載の近接・接触センサにおいて、
前記下部電極の周囲に配設されるシールド電極と、
前記シールド電極の周囲に配設されるグラウンド電極とを備えることを特徴とする近接・接触センサ。
The proximity / contact sensor according to any one of claims 7 to 9,
A shield electrode disposed around the lower electrode;
A proximity / contact sensor comprising a ground electrode disposed around the shield electrode.
自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、
一方の端部から他方の端部に向かって線状の絶縁領域がV字状に形成される少なくとも一以上の絶縁部と、当該絶縁部により一部の領域のみが電気的に接続した状態で2つの領域に区分けされた通電部と、を有する透明電極と、
2つの領域に区分けされた前記通電部のそれぞれの領域に接続する静電容量検出回路とを備え、
前記透明電極が格子状に複数配列していることを特徴とする近接・接触センサ。
In proximity / contact sensors that measure the proximity and contact of measurement objects by detecting capacitance using a self-capacitance measurement method,
At least one insulating portion in which a linear insulating region is formed in a V shape from one end portion to the other end portion, and only a part of the region is electrically connected by the insulating portion. A transparent electrode having a current-carrying part divided into two regions;
A capacitance detection circuit connected to each region of the energization section divided into two regions,
A proximity / contact sensor, wherein a plurality of the transparent electrodes are arranged in a lattice pattern.
請求項11に記載の近接・接触センサにおいて、
複数の前記透明電極が、前記一方の端部又は前記他方の端部が対向するように縦又は横方向に2列に並列しており、前記静電容量検出回路の配線が、並列された前記複数の透明電極の外周部分で前記通電部のそれぞれの領域に接続されていることを特徴とする近接・接触センサ。
The proximity / contact sensor according to claim 11,
The plurality of transparent electrodes are arranged in two rows in the vertical or horizontal direction so that the one end or the other end faces each other, and the wiring of the capacitance detection circuit is arranged in parallel A proximity / contact sensor characterized in that it is connected to each region of the energization portion at the outer peripheral portion of a plurality of transparent electrodes.
請求項11又は12に記載の近接・接触センサにおいて、
前記通電部の区分けされたそれぞれの領域と前記静電容量検出回路との接続をオン/オフするスイッチを備え、
測定対象物の近接の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチのいずれか一方をオフにして前記通電部を一の通電領域とし、測定対象物の接触及び押圧の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチの双方をオンにして前記通電部を2つの通電領域とすることを特徴とする近接・接触センサ。
The proximity / contact sensor according to claim 11 or 12,
A switch for turning on / off the connection between each of the divided areas of the energization unit and the capacitance detection circuit;
When measuring the proximity of a measurement object, one of the switches connected to each region of the current-carrying part is turned off so that the current-carrying part is one current-carrying area, and the measurement object is contacted and pressed. The proximity / contact sensor is characterized in that both of the switches connected to each region of the energization unit are turned on to make the energization unit two energization regions.
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