JP2016189037A

JP2016189037A - センサ構造体およびその検出方法

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Publication number: JP2016189037A
Application number: JP2013174250A
Authority: JP
Inventors: 琢磨別司; Takuma Betsushi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2016-11-04
Also published as: US20160209956A1; WO2015029376A1; US9841859B2

Abstract

【課題】各種電子機器に搭載可能なセンサ構造体およびその検出方法に関し、構成が簡素化された薄型のもので移動操作も含めて操作位置検出が簡単にできるものを提供する。【解決手段】センサ構造体２０の第１電極３１〜第４電極３４で構成される略円形の検出領域を仮想的に５行５列のマトリクス状に分割したものとし、そのマトリクス状の各区画へのタッチ操作時に、第１電極３１〜第４電極３４からの検出レベルを予めテーブル化して、そのテーブルと対比することにより操作位置を特定するものとした。【選択図】図４

Description

本発明は、各種電子機器に搭載可能なセンサ構造体およびその検出方法に関するものである。

近年、静電容量式タッチパネルを搭載した電子機器が普及しており、その代表としては、スマートフォンなどの移動体通信機器があげられる。そして、上記移動体通信分野以外の機器に対しても、入力操作部に静電容量式タッチパネルなどを搭載して所定の入力操作で機器を作動するものも増えている。

静電容量式タッチパネルは、図６に示すように、複数の略帯状の上導電層２が形成された上基板１と、上導電層２に対して略直交関係になるように複数の略帯状の下導電層５が形成された下基板４とを、上導電層２と下導電層５とが上方に向くようにして貼り合わせ、さらに上方に露出した上導電層２を保護などするためのカバーフィルム７を重ねて貼り合わせた三枚構成のものが多い。

上基板１の上導電層２のそれぞれは、基板外周位置に設けられた配線部３を介して引き回され、対応する個々の上電極３Ａに接続されている。下基板４の下導電層５のそれぞれも基板外周位置に設けられた配線部６を介して引き回され、対応する個々の下電極６Ａに接続されている。

その操作状態として、指などがカバーフィルム７上に触れているタッチ操作状態になると、上記操作箇所に静電容量値の変化が生じる。その静電容量値の変化は、各導電層２、５から各電極３Ａ、６Ａを通じて機器に搭載された制御部（図示せず）で検出されて上記操作位置の判別がされ、その判別結果に応じて制御部は所定機能を作動させるものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１３−１２０１９号公報

しかしながら、上記静電容量式タッチパネルは、構成部品点数が多いため薄型化を図ることが難しく、またタッチ操作された位置、そのタッチ操作状態のままでの指などの移動操作を、帯状の上導電層２および帯状の下導電層５の全てを検出することによって判別するもののため、全方位への移動方向を含めた精度高い検出は可能であったが、積層状態に配された上導電層２、下導電層５およびそれらに対応する複数の上電極３Ａ、下電極６Ａが必要で高価なものになりやすく、かつ基本的には方形であり異型対応が難しかった。これらに対して、構成が簡素化された薄型のもので少なくとも八方向への移動操作も含めて操作位置検出が簡単にできるものを要望されるようになっていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、構成が簡素化された薄型のもので移動操作も含めて操作位置検出が簡単にできる、センサ構造体およびその検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、複数の電極を並べて検出領域が構成されると共に、上記検出領域を仮想的に３行３列以上のマトリクス状に分割したものとして、上記検出領域内への操作時に、上記各電極から上記マトリクス状に応じた位置情報信号が得られるセンサ構造体としたものである。

また、センサ構造体への検出方法であって、複数の電極を並べて構成された検出領域が仮想的に３行３列以上のマトリクス状に分割したものとされ、上記検出領域内への操作時に、上記各電極から得られる上記マトリクス状に応じた位置情報信号から上記操作位置を判別する、センサ構造体の検出方法としたものである。

これであれば、電極数が少なく構成を簡素化した薄型のセンサ構造体にでき、かつそのセンサ構造体であっても移動操作も含めて操作位置検出が簡単にできるようになるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、構成が簡素化された薄型のもので移動操作も含めて操作位置検出が簡単にできる、センサ構造体およびその検出方法を得ることができるという有利な効果が得られる。

本発明によるセンサ構造体の主要部を示す図同センサ構造体の断面図同センサ構造体を搭載した電子機器を説明するための模式的なブロック構成図同センサ構造体の検出方法を説明するための図同センサ構造体の検出方法を説明するための図従来の静電容量式タッチパネルの分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明によるセンサ構造体の主要部を示す図、図２は同センサ構造体の断面図、図３は同センサ構造体を搭載した電子機器を説明するための模式的なブロック構成図である。

同図に示すように、本発明によるセンサ構造体２０は、所謂静電容量式のものになっている。その構成について説明すると、２２は下基板であり、その上面には互いに独立した四つの第１電極３１〜第４電極３４が配されている。下基板２２は、ＰＥＴやＰＣなどの樹脂製のシート材が好ましいが特に限定はされない。第１電極３１〜第４電極３４の素材としても銀が好ましいが特に限定はされない。

そして、図２に示すように第１電極３１〜第４電極３４上は絶縁レジスト２３で覆われている。さらにその上には第１電極３１〜第４電極３４までの厚み方向の距離が一定になるように、上面が平坦面で形成されたＡＢＳ等からなるカバー部材２４が配されて一体化されている。なお、カバー部材２４は、予め一体化されていると好ましいが、後から組み合わせられてもよい。

第１電極３１〜第４電極３４のそれぞれは、下基板２２上に、略９０度間隔で分割された同じ大きさの略扇形で互いに独立状態に並べて配置されている。その配置位置としては、図１から判るように、その外周が円形を構成するように、第１電極３１が前方位置、第２電極３２が左方位置、第３電極３３が右方位置、第４電極３４が後方位置に配されている。

各電極３１〜３４からは、それぞれ配線部３５〜３８が引き出されている。配線部３５〜３８は下基板２２の上面周囲に沿ってテール部２２Ａまで引き回されており、それぞれの先端はカーボンなどの接続部用皮膜で覆われている。つまり、テール部２２Ａの端部は、コネクタ接続が可能になっている。なお、絶縁レジスト２３は、上記のコネクタ接続箇所を除き、配線部３５〜３８の引き回し部分を含めて設けられている。

当該センサ構造体２０は、以上のように構成されており、上記第１電極３１〜第４電極３４が配された円形範囲内が検出領域に相当するものとなっている。

センサ構造体２０は、例えば移動体通信機器、情報端末機器、家電（特にリモコン）、車載用の機器やステアリングスイッチ、その他の各種電子機器に搭載されて使用される。その搭載状態としては、図３に示すように、機器の制御部５０で第１電極３１〜第４電極３４の静電容量値の変化が検出可能なように、第１電極３１〜第４電極３４からの配線部３５〜３８が制御部５０に接続されて搭載される。機器の制御部５０は、各種機能部５１（５１Ａ、５１Ｂ、・・・）や外部機器５２（５２Ａ、５２Ｂ、・・・）を制御する機能も有している。

検出領域内にあたるカバー部材２４上の位置を指などでタッチ操作すると、それに応じた第１電極３１〜第４電極３４の位置およびその近傍に静電容量値の変化が生じる。その静電容量値の変化を各配線部３５〜３８を介して制御部５０で検出し、演算処理などをすることによって操作位置が判別される。

ここに、本発明によるセンサ構造体２０は、その主要部が、下基板２２上に簡単な外形形状の第１電極３１〜第４電極３４を並べて配し、その上方を絶縁レジスト２３で覆った構成であるため、カバー部材２４を含めたとしても厚みが薄い全体的に簡素な構成のものにでき低コスト化が図れる。言い換えると、従来は基板を三枚重ねた構成品であったが、本発明によるセンサ構造体２０であれば、カバー部材２４を含めても二枚を重ねた構成で済む。

そして、本発明は、このセンサ構造体２０を用いて、少なくとも八方向に向けての移動操作の検出を可能とするように制御部５０で判別することも特徴としている。次に、その検出方法について説明する。

当該センサ構造体２０へのタッチ操作をした場合、上述したように、第１電極３１〜第４電極３４での静電容量値の変化を制御部５０で検出し所定の演算処理をする。そして、制御部５０は、上記演算処理で得られた検出レベルを基にタッチ操作位置を特定する。このときに、当該検出方法では、図４に示すように、センサ構造体２０の検出領域を、仮想的に５行５列のマトリクス状に２５分割で区画分けして特定するものとしている。なお、図４では判り易くするため各電極３１〜３４どうしをくっつけて記載し、上記各区画は数字のみの記載としている。

区画としては、図４に示したように、前方側の１行目には左方から右方にかけて１区画〜５区画が仮想的に横に並べて形成されている。その後方の２行目には同様に６区画〜１０区画が仮想的に横に並べて形成されている。さらに、２行目の後方の３行目には同様に１１区画〜１５区画が仮想的に横に並んで形成され、その内の１３区画は検出領域の中心に対応して形成されている。そして、３行目の後方の４行目には１６区画〜２０区画が、また４行目の後方の５行目には２１区画〜２５区画が仮想的にそれぞれ横に並んで形成されている。なお、上記の区画割りは、図４に示したように、前後方向に等ピッチで平行に引いた直線および左右方向に等ピッチで平行に引いた直線でなされており、各区画は方形形状である。

上記区画割りとする際には、まず、中央位置の区画の大きさを決定する。その大きさとしては、検出領域の中心に位置して必ず各電極３１〜３４のいずれもが所定範囲を占めるように方形で設定し、かつ上記中央位置の区画を中心に上記方形を隙間なくマトリクス状で並べたとき、検出領域内での各行および各列のいずれもが３以上の奇数になるものとする。さらに、それに加えて、隣り合う電極どうしの境の箇所にあたる区画では、必ず隣り合う電極のいずれもが一つの区画内で所定範囲を占めるようにすることも条件としている。なお、当該センサ構造体２０の各電極３１〜３４の形状や配置状態であれば上記中央位置の区画は正方形が好ましいが、電極の形状や配置状態などに応じて長方形や方形以外の多角形の区画割りにしてもよい。

このように、当該検出方法では、センサ構造体２０の上述した円形の検出領域を、上述した中央位置での条件および電極どうしの境の条件を満たすようにして５行５列の仮想的な区画割りのものとしている。

次に、当該検出方法について、第１電極３１へのタッチ操作状態を例として以下に説明する。

第１電極３１は、１区画〜５区画、７区画〜９区画、１３区画に仮想的に分割されたものとなっており、１区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１と第２電極３２の二者から容量値変化が検出され、第３電極３３と第４電極３４からは容量値変化は検出されない。

上記１区画へのタッチ操作状態での第１電極３１の容量値変化は、対応する１区画での容量値変化分とその近傍の２区画、７区画の容量値変化分が加わった状態で検出される。なお、第１電極３１の他の区画からは容量値変化は検出されないように区画割りの設定をしており、上記の容量値変化が請求項のマトリクス状に応じた位置情報信号に相当する。そして、上記容量値変化は制御部５０で検出されて演算処理され、その演算結果で所定の検出レベルが得られる。

また、同様に第２電極３２での容量値変化は、１区画での容量値変化分とその近傍の６区画、７区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第２電極３２の他の区画からは容量値変化は検出されない。なお、上記検出状態になるように区画割りの設定をしていることやその容量値変化の状態が請求項のマトリクス状に応じた位置情報信号に相当することは同様である。そして、上記容量値変化は制御部５０で検出されて演算処理され、その演算結果で所定の検出レベルが得られる。

そして、当該検出方法では、上記各電極３１〜３４より得られる容量値変化に応じた検出レベルを予め制御部５０などにテーブル化して持たせており、そのテーブルとの対比でタッチ操作位置を特定する。

すなわち、制御部５０は、上記テーブルに対して、１区画へのタッチ操作状態で得られる第１電極３１、第２電極３２からの所定の検出レベル、第３電極３３と第４電極３４からの検出レベルが０レベルであることを対比し、１区画へのタッチ操作中であると特定する。なお、以下の各区画へのタッチ操作状態においても制御部５０による判別制御などは同様であり、重複説明を避けるために以下では容量値変化の状態のみを記載する。

２区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１と第２電極３２の二者から容量値変化が検出され、第３電極３３と第４電極３４からは容量値変化は検出されない。第１電極３１での容量値変化は、２区画での容量値変化分とその近傍の１区画、３区画、７区画、８区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第２電極３２での容量値変化は、２区画近傍の１区画、６区画、７区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。

３区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１のみから容量値変化が検出され、第２電極３２〜第４電極３４からは容量値変化は検出されない。第１電極３１での容量値変化は、３区画での容量値変化分とその近傍の２区画、４区画、７区画、８区画、９区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。なお、検出領域の外周が円形であれば、２区画と３区画とが面積差を有するものにでき容量値変化の差がでるために好ましい。

４区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１と第３電極３３の二者から容量値変化が検出され、第２電極３２と第４電極３４からは容量値変化は検出されない。このとき、検出領域の外周が円形であれば、２区画へのタッチ操作時と同様に、第１電極３１での容量値変化は、４区画での容量値変化分とその近傍の３区画、５区画、８区画、９区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第３電極３３での容量値変化は、４区画近傍の５区画、９区画、１０区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。

そして、この４区画へのタッチ操作時における第１電極３１の容量値変化の大きさは、２区画へのタッチ操作時における第１電極３１の容量値変化の大きさと同じになるため、第１電極３１からの検出レベルは共に同じになるが、第１電極３１と第３電極３３とから所定の検出レベルが得られたか、または第１電極３１と第２電極３２とから所定の検出レベルが得られたかによって両者のすみ分けを上述したテーブルに基づいて行う。

５区画にタッチ操作した場合には、１区画の場合の第１電極３１と第２電極３２に代わり、第１電極３１と第３電極３３の二者から容量値変化が検出され、第２電極３２と第４電極３４からは容量値変化は検出されない。このときも、第１電極３１からの検出レベルとしては１区画の場合と同じであるが、第１電極３１と第２電極３２とから所定の検出レベルが得られたか、第１電極３１と第３電極３３とから所定の検出レベルが得られたかによって両者のすみ分けを上述したテーブルに基づいて行う。

７区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１と第２電極３２の二者から容量値変化が検出され、第３電極３３と第４電極３４からは容量値変化は検出されない。第１電極３１での容量値変化は、７区画での容量値変化分とその近傍の１区画、２区画、３区画、８区画、１３区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第２電極３２での容量値変化は、７区画近傍の１区画、６区画、１１区画、１２区画、１３区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。

８区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１〜第３電極３３の三者から容量値変化が検出され、第４電極３４からは容量値変化は検出されない。第１電極３１での容量値変化は、８区画での容量値変化分とその近傍の２区画、３区画、４区画、７区画、９区画、１３区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第２電極３２での容量値変化は、８区画近傍の７区画、１２区画、１３区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第３電極３３での容量値変化は、８区画近傍の９区画、１３区画、１４区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。なお、８区画は、２区画〜４区画のいずれとも同じ面積にならない区画割りになっている。

９区画にタッチ操作した場合には７区画のときと同様で、第１電極３１と第２電極３２に代わって第１電極３１と第３電極３３の二者から容量値変化が検出され、第２電極３２と第４電極３４からは容量値変化は検出されない。

１３区画にタッチ操作した場合には、第１電極３１〜第４電極３４のいずれもから容量値変化が検出される。第１電極３１での容量値変化は、１３区画での容量値変化分とその近傍の７区画、８区画、９区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第２電極３２での容量値変化は、１３区画での容量値変化分とその近傍の７区画、１２区画、１７区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第３電極３３での容量値変化は、１３区画での容量値変化分とその近傍の９区画、１４区画、１９区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。第４電極３４での容量値変化は、１３区画での容量値変化分とその近傍の１７区画、１８区画、１９区画での容量値変化分が加わった状態で検出される。

以上の説明から判るように、第１電極３１内の所定区画へのタッチ操作時に、第１電極３１〜第４電極３４から得られる容量値変化の状態は全て異なるものとなる。そして、当該検出方法では、上述したように、それらの容量値変化の状態に応じた第１電極３１〜第４電極３４での検出レベルを予めテーブルとして制御部５０などに持たせており、上記テーブルとの対比でタッチ操作された区画を判別する。これであれば、タッチ操作された区画の判別が容易で、しかも短時間で特定できる。なお、他の第２電極３２〜第４電極３４へのタッチ操作状態についての説明は同様であるため省略する。ここに、マトリクス状の行数および列数を３以上の奇数で区画割りすると、検出領域のセンター位置が検出できるため好ましい。上記のようにしてタッチ操作された区画が特定され、その結果に応じて制御部５０は対応する各種機能部５１や外部機器５２の所定制御を行う。

そして、当該検出方法では、指などをタッチ操作状態のまま移動させたとしても、その移動操作の判別が可能である。

例えば、８区画へのタッチ操作状態から、３区画に指などをタッチ操作状態のまま移動させると、８区画へのタッチ操作が特定されている状態から時間推移と共に３区画へのタッチ操作が特定される。すなわち、時間差をもって特定位置が変わるため、８区画から３区画への前方に向かう移動操作がされたという判別が可能となる。なお、複数の電極を跨って移動操作された場合でも同様に判別でき、また、左右方向や後方に向かう移動操作、４５度方向に向かう移動操作についても同様に判別できる。以上のように、本発明による検出方法では八方向に向かう移動操作の判別が容易にでき、その判別結果に応じて、制御部５０は対応する各種機能部５１や外部機器５２の所定制御を行う。

以上に説明したように、当該検出方法を用いると、センサ構造体２０として電極数が四つのみの薄型で安価なものであっても、その四つの電極３１〜３４より得られる容量値変化を検出し所定処理をすることによって容易に操作位置が検出でき、さらには八方向に向けての移動操作の検出も可能となる。

なお、以上には、四つの扇形の第１電極３１〜第４電極３４を有するセンサ構造体２０と、その際の検出方法として仮想的に２５分割したものを例として説明したが、それ以外であってもよい。

例えば、図５に示すように、三つの扇形の第１電極６１〜第３電極６３を並べて組み合わせたセンサ構造体７０であれば、同図に示したように仮想的な９分割したものとして、その各区画へのタッチ操作に応じた第１電極６１〜第３電極６３での検出レベルをテーブルとして予め制御部５０などに持たせておけば、上述同様に八方向への移動検出を含めてタッチ操作状態の判別が可能である。なお、図示などは省略するが五つの扇形の電極が外周が円形になるように並べて配されて検出領域が構成されたものでは、その検出領域を仮想的に５行５列のマトリクス状に２５分割したものとすると好ましい。そして、五つの電極の場合では、センター位置に一つの電極が配され、その周囲を四つの電極でリング状に囲むようにして外形円形に構成された検出領域のものとしてもよく、この場合でも上述した仮想的な２５分割したものとすればよい。また、電極が８個の場合では、その検出領域が仮想的に７行７列のマトリクス状に４９分割したものとするとよい。

なお、センサ構造体２０、７０のように検出領域の外形は略円形のものが好ましいが、それ以外に検出領域の外形は楕円であってもよく外形が円弧状のものであるとよい。電極の形状としても扇形以外であってもよい。

また、検出領域における仮想的な分割数として、上記には各行および各列のいずれもが３以上の奇数のものとしたが、センター位置を必要としない場合には偶数のマトリクス状に区画割りをしてもよい。なお、行数と列数とが異なる数であってもよい。

さらに、センサ構造体２０、７０のカバー部材２４上に操作部材などを介在させたものとしてもよい。そして、タッチ操作は指での操作のみに限定されるものではなく、静電容量値の変化を伴うものであればよい。

そして、センサ構造体２０、７０を液晶などの表示素子の前面に配置した構成などとしてもよい。

本発明におけるセンサ構造体およびその検出方法は、構成が簡素で操作位置の検出が簡単にできるという有利な効果を有し、各種電子機器などに有用である。

２０、７０センサ構造体
２２下基板
２２Ａテール部
２３絶縁レジスト
２４カバー部材
３１、６１第１電極
３２、６２第２電極
３３、６３第３電極
３４第４電極
３５〜３８配線部
５０制御部
５１（５１Ａ、５１Ｂ、・・・）各種機能部
５２（５２Ａ、５２Ｂ、・・・）外部機器

Claims

複数の電極を並べて検出領域が構成されると共に、上記検出領域を仮想的に３行３列以上のマトリクス状に分割したものとして、上記検出領域内への操作時に、上記各電極から上記マトリクス状に応じた位置情報信号が得られるセンサ構造体。
検出領域の外周が円弧状である請求項１記載のセンサ構造体。
仮想的に分割する行数および列数が奇数である請求項１記載のセンサ構造体。
センサ構造体への検出方法であって、複数の電極を並べて構成された検出領域が仮想的に３行３列以上のマトリクス状に分割したものとされ、上記検出領域内への操作時に、上記各電極から得られる上記マトリクス状に応じた位置情報信号から上記操作位置を判別する、センサ構造体の検出方法。