JP2019074425A - Detector and input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出装置及び入力装置に関する。 The present invention relates to a detection device and an input device.
従来、容量変化を検出することにより、圧力(荷重)を検出する検出装置がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a detection device that detects a pressure (load) by detecting a change in volume (see, for example, Patent Document 1).
この検出装置は、絶縁性の基板の一面側に設けられた検出部と、基板の他面側に設けられ検出部で検出された信号を処理する回路素子と、基板を厚さ方向に貫通して設けられ検出部と回路素子とを接続する配線部とを備え、圧力(荷重)センサとして構成される検出部を基板の検出電極層上に備え、基板裏面のチップ実装面に圧力センサで検出された電気信号を処理する回路素子を備えて構成されている。検出電極層上には、金属板(対向電極)が接着により取り付けられており、検出電極層からチップ実装面まで貫通するスルーホール電極を介して端子に接続されている。また、この金属板には薄板が用いられており、流体圧により検出電極に接近/離間する方向に弾性変形し、金属板と検出電極とからなる信号検出用コンデンサの静電容量が増減することにより圧力(荷重)を検出するようになっている。 The detection device includes a detection unit provided on one surface side of the insulating substrate, a circuit element provided on the other surface side of the substrate for processing a signal detected by the detection unit, and a substrate penetrating in the thickness direction. A detection unit configured to be a pressure (load) sensor on the detection electrode layer of the substrate, and the pressure sensor detects the chip mounting surface on the back surface of the substrate It comprises the circuit element which processes the electric signal which was carried out. A metal plate (counter electrode) is attached by adhesion on the detection electrode layer, and is connected to a terminal through a through hole electrode penetrating from the detection electrode layer to the chip mounting surface. In addition, a thin plate is used for this metal plate, and it is elastically deformed in the direction approaching / separating to the detection electrode by fluid pressure, and the capacitance of the signal detection capacitor consisting of the metal plate and the detection electrode increases or decreases. The pressure (load) is detected by
従来技術では、グランド電極から取り出し端子までをスルーホール電極で接続しなければならず、配線が複雑になるという課題が生じる。 In the prior art, it is necessary to connect the ground electrode to the takeout terminal with a through hole electrode, resulting in a problem that the wiring becomes complicated.
したがって、本発明の目的は、配線構成を簡略化できる検出装置及び入力装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a detection device and an input device capable of simplifying the wiring configuration.
[1]上記目的を達成するため、基板と、前記基板の底面側に形成された第1検出電極と、前記第1検出電極と同一の面に、少なくとも前記第1検出電極の周囲を囲うように形成されて接地されたグランド電極と、前記基板の底面側に設けられた弾性体と、前記弾性体において前記基板と反対側の面に形成された導体と、を備え、前記グランド電極と前記導体との間の容量結合により、仮想的なグランド状態が生成される、検出装置を提供する。
[2]前記第1検出電極と同一の面に、前記第1検出電極と非接触な状態で形成された第2検出電極を備え、前記グランド電極は、前記第1検出電極、及び前記第2検出電極の周囲を囲うように形成されている、上記[1]に記載の検出装置であってもよい。
[3]また、前記第1検出電極と前記第2検出電極との間の静電容量を検出する検出部を備え、前記検出部は、前記弾性体を挟んだ前記底面側と前記導体との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出する、上記[1]又は[2]に記載の検出装置であってもよい。
[4]また、前記第1検出電極と前記第2検出電極とは、それぞれ、櫛歯状に形成され、互いに噛み合うように配置されている、上記[2]又は[3]に記載の検出装置であってもよい。
[5]また、前記第1検出電極の自己容量に基づく静電容量を検出する検出部を備え、前記検出部は、前記弾性体を挟んだ前記底面側と前記導体との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出する、上記[1]に記載の検出装置であってもよい。
[6]また、上記[1]から[5]のいずれかの検出装置と、静電容量を検出してタッチ検出を行なうタッチパネルを備える、入力装置であってもよい。
[1] In order to achieve the above object, the substrate, the first detection electrode formed on the bottom side of the substrate, and the same surface as the first detection electrode surround at least the periphery of the first detection electrode. And an elastic body provided on the bottom surface side of the substrate, and a conductor formed on the surface of the elastic body opposite to the substrate, the ground electrode and the ground electrode Capacitive coupling with a conductor provides a sensing device in which a virtual ground condition is generated.
[2] A second detection electrode is formed on the same surface as the first detection electrode without being in contact with the first detection electrode, and the ground electrode includes the first detection electrode, and the second detection electrode. The detection device according to the above [1] may be formed so as to surround the periphery of the detection electrode.
[3] Moreover, a detection unit that detects an electrostatic capacitance between the first detection electrode and the second detection electrode is provided, and the detection unit is configured to connect the bottom surface side sandwiching the elastic body and the conductor. The detection device according to the above [1] or [2] may be a load that is detected based on a change in capacitance due to a change in distance therebetween.
[4] The detection device according to the above [2] or [3], wherein the first detection electrode and the second detection electrode are each formed in a comb shape and disposed so as to mesh with each other. It may be
[5] A detection unit for detecting an electrostatic capacitance based on the self-capacitance of the first detection electrode is provided, and the detection unit is based on a change in distance between the bottom side sandwiching the elastic body and the conductor. It may be the detection device according to the above [1], which detects a load based on a change in capacitance.
[6] Further, the input device may be a detection device according to any one of the above [1] to [5] and a touch panel that detects an electrostatic capacitance to perform touch detection.
本発明の検出装置又は入力装置によれば、配線構成を簡略化できる検出装置及び入力装置を提供することができる。 According to the detection device or the input device of the present invention, it is possible to provide the detection device and the input device capable of simplifying the wiring configuration.
(本発明の第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る検出装置としての荷重センサ1は、基板5と、基板5の底面5a側に形成された第1検出電極10と、第1検出電極10と同一の面に、少なくとも第1検出電極10の周囲を囲うように形成されて接地されたグランド電極30と、基板5の底面5a側に設けられた弾性体40と、弾性体40において基板5と反対側の下面40bに形成された導体50と、を備え、グランド電極30と導体50との間の容量結合により、仮想的なグランド状態が生成される、ように構成されている。
First Embodiment of the Present Invention
The
第1の実施の形態は、第1検出電極10と同一の面に、第1検出電極10と非接触な状態で形成された第2検出電極20を備え、グランド電極30は、第1検出電極10、及び第2検出電極20の周囲を囲うように形成されている、相互容量方式の電極構成として説明する。
In the first embodiment, the
また、第1検出電極10と第2検出電極20との間の静電容量を検出する検出部60を備え、検出部60は、弾性体40を挟んだ底面5a側と導体50との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出する、ように構成されている。
The
本発明の実施の形態では、上記説明した荷重センサ1を備えると共に、静電容量を検出してタッチ検出を行なうタッチパネル70を備える、入力装置7として説明する。
The embodiment of the present invention will be described as an input device 7 provided with the above-described
入力装置7は、例えば、図1に示すように、操作面100aへの押圧操作等を検出する荷重センサ1と、操作面100aへのタッチ操作、なぞり操作、タップ操作、ピンチ操作等を検出するタッチパネル70と、を備えて概略構成されている。この入力装置7は、一例として、車両の運転席と助手席の間のフロアコンソールに配置される。
For example, as shown in FIG. 1, the input device 7 detects a
(荷重センサ1の構成)
図1に示すように、荷重センサ1は、操作面100aの形状に合わせて、1又は複数配置される。この操作面100aの形状に合わせた配置とは、一例として、操作面100aの形状に合わせたバランスの良い配置であり、より具体的には、複数の荷重センサ1によって定まる重心が操作面100aの重心と一致するような配置である。本実施の形態の複数の荷重センサ1は、一例として、図1及び図2に示すように、操作面100aの形状に合わせたバランスの良い配置として矩形を有する操作面100aの四隅側の下方、言い換えるなら操作面100aの背面や裏側に配置される。つまり入力装置7は、4つの荷重センサ1を備えている。なお操作面100aの外形は、矩形に限定されず、円形、三角形、台形などやこれらを組み合わせた形状であっても良い。また操作面100aは、平面、凹面及び凸面などやこれらを組み合わせた形状であっても良い。
(Configuration of load sensor 1)
As shown in FIG. 1, one or
基板5は、図1に示すように、例えば、パネル100の操作面100aに対応した形状とされ、荷重センサ1、タッチパネル70、その他の回路部等の配線、電子部品等が形成、実装されている。基板5は、例えば、ガラスエポキシ基板であり、本実施の形態では、図2に示すように、基板5には、荷重センサ1の第1検出電極10、第2検出電極20、グランド電極30、配線部31等が形成され、また、制御部6であるセンサICが実装されており、基板5の一部は荷重センサ1の構成要素として機能する。
As shown in FIG. 1, the substrate 5 has, for example, a shape corresponding to the
図2に示すように、基板5の底面5aは、回路パターン面、部品実装面であって、この底面5aである同一の面上には、第1検出電極10、第2検出電極20、及びグランド電極30が形成されている。第1検出電極10、第2検出電極20、及びグランド電極30は、基板5上に、銅箔等により所定の形状でパターン形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、第1検出電極10と第2検出電極20は、例えば、櫛歯状に形成され、互いに噛み合うように配置されている。第1検出電極10と第2検出電極20は、非接触な状態で形成されている。これにより、第1検出電極10と第2検出電極20は、所定の静電容量で容量結合された状態となる。第1検出電極10、第2検出電極20は、図2で示すように、基板5上で配線部31により制御部6までそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 3, the
また、図3に示すように、グランド電極30は、第1検出電極10及び第2検出電極20の周囲を囲うように形成されている。グランド電極30は、図2で示すように、基板5上で配線部31により制御部6まで接続されている。なお、グランド電極30は、制御部6内において、グランド(あるいはコモン)に接地されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
図2に示すように、弾性体40が、基板5の底面5a側に設けられている。弾性体40は、例えば、シリコン等により、所定の弾性係数(ヤング率)、所定の厚さtで、形成されている。弾性体40は、例えば、第1検出電極10、第2検出電極20、グランド電極30の領域と略同じ大きさで、形成されている。
As shown in FIG. 2, the
弾性体40は、図2に示すように、上面40aが基板5の底面5a側に接するように配置される。なお、本実施の形態では、弾性体40の上面40aが基板5の底面5a側に接着等により固定されているものとする。
The
弾性体40において、基板5と反対側の下面40bには、導体50が形成されている。導体50は、例えば、導電性のカーボンを導体印刷することにより形成することができる。その他には、例えば、銅箔、導体板、導体シール等を弾性体40の下面40bに接着、粘着等により固定してもよい。
A
導体50は、例えば、弾性体40の下面40bの全面に形成されている。したがって、第1検出電極10と導体50の間は容量結合とされている。同様に、第2検出電極20と導体50の間も容量結合とされている。
The
また、グランド電極30と導体50の間も容量結合とされている。グランド電極30は、前述したように、配線部31により制御部6まで接続されて、グランド(あるいはコモン)に接地されている。したがって、導体50は、容量結合により疑似的にグランドに接続されていることになる。
The
図2に示すように、弾性体40の下面40b、導体50は、ベース80に接するように配置されている。また、ベース80は、クッション85を介して筐体90の上に配置されている。したがって、図1、2に示すように、パネル100の操作面100aへの押圧操作により、操作部75は、クッション85の弾性により下方へ移動する。
As shown in FIG. 2, the lower surface 40 b of the
また、弾性体40は、基板5とベース80により挟まれた構成であるので、パネル100の操作面100aへの押圧操作により、弾性体40の厚みtは変化する。具体的には、弾性体40が圧縮されることにより、厚みtは小さくなる。すなわち、弾性体40を挟んだ底面5a側と導体50との間の距離が変化して、第1検出電極10、第2検出電極20と導体50で形成されるコンデンサの容量、グランド電極30と導体50で形成されるコンデンサの容量が変化することになる。検出部60は、操作面100aへの押圧操作による静電容量変化を検出し、作用した荷重を算出することができる。
Further, since the
検出部60は、第1検出電極と前記第2検出電極との間の静電容量を検出する。また、検出部60は、弾性体40を挟んだ底面5a側と導体50との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出することができる。
The
検出部60は、制御部6のマイコン機能を使用して構成されている。制御部6は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うCPU(Central Processing Unit)、半導体メモリであるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)などから構成されるマイクロコンピュータである。このROMには、例えば、制御部6が動作するためのプログラムと、検出された静電容量値に対応する荷重値がテーブル形式で格納されている。また、後述するタッチパネル70によるタッチ検出に使用するタッチ閾値等が格納されている。RAMは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。
The
(荷重センサ1の動作)
パネル100の操作面100aが下方向へ押圧操作されると、弾性体40の厚みtは変化する。これにより、荷重が距離に変換される。
(Operation of load sensor 1)
When the
弾性体40の厚みtが変化すると、第1検出電極10と導体50で形成されるコンデンサの容量値、第2検出電極20と導体50で形成されるコンデンサの容量値、グランド電極30と導体50で形成されるコンデンサの容量値が変化する。
When the thickness t of the
検出部60は、この容量値の変化を検出する。具体的には、例えば、検出部60は、第1検出電極10に対して所定電圧、所定周波数のパルス信号により電圧を所定時間だけ印加して電荷チャージを行なう。検出部60は、第2検出電極20から、チャージされた電荷量を検出する。検出部60は、検出した電荷量をカウンタにより量子化してデジタル量とした静電容量値を検出する。
The
検出部60あるいは制御部6は、検出された静電容量に基づいて、ROMに格納されたテーブル(静電容量値に対応する荷重値)を参照することにより、荷重値を算出する。これにより、操作面100aが下方向へ押圧操作された場合の荷重(操作荷重)を検出することができる。
The
(本発明の第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、第2検出電極20を有しない、自己容量方式による電極構成を有するものである。第2の実施の形態に係る検出装置は、第1検出電極の自己容量に基づく静電容量を検出する検出部を備え、検出部は、弾性体を挟んだ底面側と導体との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出する。
Second Embodiment of the Present Invention
The second embodiment of the present invention has a self-capacitance electrode configuration without the
第1の実施の形態と異なるところは、検出部60は、第1検出電極の自己容量を検出する。すなわち、操作面100aにタッチ等された指等との間の静電容量を検出する。検出部60の静電容量検出動作は、第1検出電極10に対して所定電圧、所定周波数のパルス信号により電圧を所定時間だけ印加して電荷チャージを行なう。検出部60は、第1検出電極10から、チャージされた電荷量を検出する。検出部60は、検出した電荷量をカウンタにより量子化してデジタル量とした静電容量値を検出する。その他の構成、動作は、第1の実施の形態と同様である。
The difference from the first embodiment is that the
(入力装置7)
図4に示すように、荷重センサ1、タッチパネル70を備え、荷重センサ1又はタッチパネル70の静電容量値の検出を行なうことにより荷重、種々のタッチ検出を行なう制御部6(検出部60)を備えて、入力装置7を構成することができる。制御部6(検出部60)は、検出方式が静電容量値の検出であって、荷重センサ1とタッチパネル70に共通する。したがって、制御部6(検出部60)は、荷重センサ1、タッチパネル70の静電容量値の検出に共通に使用できる、あるいは、同じ仕様のマイコンを使用できる。
(Input device 7)
As shown in FIG. 4, the control unit 6 (detection unit 60) is provided with a
(タッチパネル70)
タッチパネル70は、例えば、静電容量方式のタッチセンサであり、マルチタッチを検出するように構成されている。具体的にはタッチパネル70は、複数の駆動電極及び検出電極が絶縁性を保ちながら交差して基板上に設けられている。複数の駆動電極と複数の検出電極の全ての組み合わせの静電容量を読み出して制御部6に出力する。
(Touch panel 70)
The
制御部6は、タッチパネル70により検出された静電容量値がタッチ閾値を越えたタッチ位置を1又は複数のタッチ操作として検出する。これらのタッチ操作に基づいて、タッチ操作、なぞり操作、タップ操作、ピンチ操作等を検出することができる。
The
(実施の形態の効果)
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
(1)本発明の実施の形態に係る検出装置としての荷重センサ1は、基板5と、基板5の底面5a側に形成された第1検出電極10と、第1検出電極10と同一の面に、第1検出電極10と非接触な状態で形成された第2検出電極20と、第1検出電極10と同一の面に、第1検出電極10、及び第2検出電極20の周囲を囲うように形成されて接地されたグランド電極30と、基板5の底面5a側に設けられた弾性体40と、弾性体40において基板5と反対側の下面40bに形成された導体50と、を備え、グランド電極30と導体50との間の容量結合により、仮想的なグランド状態が生成される、ように構成されている。すなわち、グランド電極30と導体50との間が容量結合により、仮想的にグランドに接続された状態になる。これにより、導体50側から基板5への特別な配線を準備する必要が無くなり、荷重センサ1の機械的構成が簡略化できる。
(2)荷重センサ1に関する配線は、すべて基板5上ですることができ、導体50から基板5側へのジャンパー配線を必要としない。荷重センサ1は、パネル100の操作面100aが下方向へ押圧操作されて弾性体40の厚みtが変化することにより荷重が距離に変換され、この距離変化による静電容量の変化を検出することを検出原理としている。したがって、従来技術で示したように、導体50から基板5側へジャンパー配線によりグランド接続を行なうと、操作面100aの押圧操作により弾性体40の厚みtが変化し、これにより、ジャンパー配線の断線等の問題が発生しやすい。本実施の形態に係る荷重センサ1は、導体50から基板5側への特別な配線を準備する必要が無いので、断線等の問題が発生しない。
(3)荷重センサ1とタッチパネル70は、共に、静電容量値の検出を行なう共通性を有しているので、制御部6(検出部60)を共通に使用できる、あるいは、同じ仕様のマイコンを使用できる、という利点を有する。
(Effect of the embodiment)
According to the embodiment of the present invention, the following effects are obtained.
(1) The
(2) All the wiring related to the
(3) Since both the
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are merely examples and do not limit the invention according to the claims. Moreover, these novel embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the scope of the present invention. Further, not all combinations of the features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention. Furthermore, these embodiments are included in the scope and subject matter of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…荷重センサ、5…基板、5a…底面、6…制御部、7…入力装置、10…第1検出電極、20…第2検出電極、30…グランド電極、31…配線部、40…弾性体、40a…上面、40b…下面、50…導体、60…検出部、70…タッチパネル、75…操作部、80…ベース、85…クッション、90…筐体、100…パネル、100a…操作面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の底面側に形成された第1検出電極と、
前記第1検出電極と同一の面に、少なくとも前記第1検出電極の周囲を囲うように形成されて接地されたグランド電極と、
前記基板の底面側に設けられた弾性体と、
前記弾性体において前記基板と反対側の面に形成された導体と、
を備え、
前記グランド電極と前記導体との間の容量結合により、仮想的なグランド状態が生成される、検出装置。 A substrate,
A first detection electrode formed on the bottom side of the substrate;
A ground electrode formed on the same surface as the first detection electrode so as to surround at least the periphery of the first detection electrode, and grounded;
An elastic body provided on the bottom side of the substrate;
A conductor formed on the surface of the elastic body opposite to the substrate;
Equipped with
A detection device in which a virtual ground state is generated by capacitive coupling between the ground electrode and the conductor.
前記グランド電極は、前記第1検出電極、及び前記第2検出電極の周囲を囲うように形成されている、請求項1に記載の検出装置。 The second detection electrode is formed on the same surface as the first detection electrode without being in contact with the first detection electrode,
The detection device according to claim 1, wherein the ground electrode is formed to surround the first detection electrode and the second detection electrode.
前記検出部は、前記弾性体を挟んだ前記底面側と前記導体との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出する、請求項1又は2に記載の検出装置。 A detection unit that detects a capacitance between the first detection electrode and the second detection electrode;
The detection device according to claim 1, wherein the detection unit detects a load based on a change in capacitance due to a change in distance between the conductor and the bottom side sandwiching the elastic body.
前記検出部は、前記弾性体を挟んだ前記底面側と前記導体との間の距離変化による静電容量の変化に基づいて荷重を検出する、請求項1に記載の検出装置。 A detection unit that detects a capacitance based on the self-capacitance of the first detection electrode;
The detection device according to claim 1, wherein the detection unit detects a load based on a change in capacitance due to a change in distance between the conductor and the bottom side sandwiching the elastic body.
静電容量を検出してタッチ検出を行なうタッチパネルを備える、入力装置。 A detection device according to any one of claims 1 to 5;
An input device comprising a touch panel that detects capacitance and performs touch detection.
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