JP2019149207A - 近接・接触センサ - Google Patents

Abstract

【課題】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近接・接触センサを提供する。【解決手段】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１において、近接・接触センサ１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検出回路１０６のいずれかに接続される上部電極１０１と、上部電極１０１に対向して近接・接触センサ１の下面側に配設され、上部電極１０１のスイッチングに対応して、検出回路１０６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１０２と、上部電極１０１と下部電極１０２との間に配設される弾性体１０３とを備える。【選択図】図１１

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。

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。

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。

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。

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。

国際公開第２０１４／０８０９２４号 特開２００８−１５３０２５号公報 特開２０１３−２１８３７９号公報

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。

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。

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。

本発明は、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近接・接触センサを提供する。

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ものである。

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。

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。 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。 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。 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。 第２の実施形態に係る情報端末の断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 上部電極及び下部電極の構造の一例を示す図である。 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。 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。 実験のために試作したセンサの構造を示す図である。 測定結果を示すグラフである。 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。 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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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_１、Ｘ_３及びＸ_５に相当）及び第１電極２２ｂ（Ｘ_２、Ｘ_４及びＸ_６に相当）がそれぞれ電気的に接続（Ｘ_１−Ｘ_２、Ｘ_３−Ｘ_４及びＸ_５−Ｘ_６が接続）されて結合し、第２電極２４ａ（Ｙ_１及びＹ_３に相当）及び第２電極２４ｂ（Ｙ_２及びＹ_４に相当）がそれぞれ電気的に接続（Ｙ_１−Ｙ_２及びＹ_３−Ｙ_４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_１−Ｘ_２、Ｘ_３−Ｘ_４及びＸ_５−Ｘ_６）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_１−Ｙ_２及びＹ_３−Ｙ_４）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_１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_１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。

測定対象物が近づいた場合は、第１電極２２（Ｘ_１〜Ｘ_６）と第２電極２４（Ｙ_１〜Ｙ_４）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_２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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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_３、Ｘ_３、Ｙ_３及びＹ_４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。

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_１−Ｘ_２、Ｘ_３−Ｘ_４、Ｘ_５−Ｘ_６を結合・分割し、第２電極２４について、電極Ｙ_１−Ｙ_２、Ｙ_３−Ｙ_４、Ｙ_５−Ｙ_６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_３−Ｘ_４，Ｙ_３−Ｙ_４）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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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_２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_２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_２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。

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_１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_１が変化する。このＣ_１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。

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_１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_１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_１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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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_２の変化、図１９（Ｂ）は、上部電極１０１の静電容量Ｃ_１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_２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_２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。

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_１が変化している。ΔＣ_２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_１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。

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_２の変化、図２０（Ｂ）は、押圧力に対する静電容量Ｃ_１の変化である。図２０（Ａ）より、押圧力の変化に対してΔＣ_２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_２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_１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。

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。

本発明に関して、以下に付記を示す。

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。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。

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。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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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。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。

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

Claims (4)

1. 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。
2. 請求項１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。
3. 請求項２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。
4. 請求項１ないし３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。