JP2020009358A

JP2020009358A - 静電容量型パネルセンサ

Info

Publication number: JP2020009358A
Application number: JP2018132229A
Authority: JP
Inventors: 田中　良和; Yoshikazu Tanaka; 良和田中; 達也古井; Tatsuya Furui; 洸一北尾; Koichi Kitao; 敦松井; Atsushi Matsui; 茂樹堀; Shigeki Hori
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-16

Abstract

【課題】上面に検出対象物が載置されても所定の剛性と強度が得られ、かつ、検出対象物に対する検出感度を高くすることができる静電容量型パネルセンサを提供すること。【解決手段】送信電極線群パターンの送信電極線１１と受信電極線群パターンの受信電極線１２とが直交して離隔配置され、送信電極線１１と受信電極線１２との交差点をマトリクス状に形成したセンサ基板２上に検出対象物が載置された場合における各交差点の静電容量変化を検出する静電容量型パネルセンサ１であって、センサ基板２の下部に空気層３を形成した。空気層３は、発泡ＡＢＳ樹脂である。【選択図】図２

Description

本発明は、上面に検出対象物が載置されても所定の剛性と強度が得られ、かつ、検出対象物に対する検出感度を高くすることができる静電容量型パネルセンサに関する。

静電容量型タッチパネルは、入出力デバイスに多用されている。静電容量型タッチパネルは、センサ表面にガラスやアクリルなどの厚く硬い加飾パネルを用いることができるという利点がある。静電容量型タッチパネルは、縦横にパターニングされた透明電極を組み合わせ、センサーパネルの表面に指を近づけると、近づけた部分の電極に容量変化が生じ、この容量変化を検出することで指の位置を特定する。

特開２０１６−５０２４５号公報

ところで、静電容量型タッチパネルは、ショーケースの商品棚や倉庫棚の上面に配置し、この静電容量型タッチパネルの上面に載置される商品などの検出対象物を検出する静電容量型パネルセンサとして利用することができる。しかし、静電容量型パネルセンサの直下に板状の強化ガラスで剛性及び強度を持たせると、強化ガラスの誘電率が高いため、静電容量型パネルセンサの上面に検出対象物が載置されても、変位電流が強化ガラス側に引き込まれ、検出対象物側への変位電流の流れが減少し、静電容量変化が小さくなってしまう。この結果、検出対象物に対する検出感度が低いという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、上面に検出対象物が載置されても所定の剛性と強度が得られ、かつ、検出対象物に対する検出感度を高くすることができる静電容量型パネルセンサを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる静電容量型パネルセンサは、送信電極線群パターンの送信電極線と受信電極線群パターンの受信電極線とが直交して離隔配置され、前記送信電極線と前記受信電極線との交差点をマトリクス状に形成したセンサ基板上に検出対象物が載置された場合における各交差点の静電容量変化を検出する静電容量型パネルセンサであって、前記センサ基板の下部に空気層を形成したことを特徴とする。

また、本発明にかかる静電容量型パネルセンサは、上記の発明において、前記空気層は、発泡材で形成したことを特徴とする。

また、本発明にかかる静電容量型パネルセンサは、上記の発明において、前記発泡材は、発泡ＡＢＳ樹脂であることを特徴とする。

また、本発明にかかる静電容量型パネルセンサは、上記の発明において、前記空気層の下部に強化ガラス板を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、上面に検出対象物が載置されても所定の剛性と強度が得られ、かつ、検出対象物に対する検出感度を高くすることができる。

図１は、本発明の実施の形態である静電容量型パネルセンサの全体構成を示す斜視図である。図２は、図１に示した静電容量型パネルセンサの断面構成を示す図である。図３は、センサ基板における送信電極線と受信電極線との配置関係を示す図である。図４は、駆動回路の一部を示す回路図である。図５は、静電容量型パネルセンサの検出値をもとに生成した底面形状画像の一例を示す図である。図６は、送信電極線と受信電極線との交差点近傍における電気力線の状態を示す図である。図７は、センサ基板の直下に強化ガラス板を配置した従来の静電容量型パネルセンサの場合の差分とセンサ基板の直下に空気層を介在させた場合の差分とを比較した図である。図８は、本変形例による静電容量型パネルセンサの断面構成を示す図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態である静電容量型パネルセンサ１の全体構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した静電容量型パネルセンサ１の断面構成を示す図である。図１に示すように、静電容量型パネルセンサ１は、センサ基板２の下部（−Ｚ方向）に誘電率が低い空気層３が配置され、さらに空気層３の下部に板状の強化ガラス板４が配置される。強化ガラス板４の下面には、シールド膜５が形成されている。

図２に示すように、センサ基板２は、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）であるガラスエポキシコア基板１０の上面に複数の送信電極線１１からなる送信電極線パターンが描かれ、ガラスエポキシコア基板１０の下面に複数の受信電極線１２からなる受信電極線パターンが描かれている。複数の送信電極線１１は、Ｘ方向に延びて所定のピッチＰで平行配置される。複数の受信電極線１２は、Ｙ方向に延びて所定のピッチＰで平行配置される。複数の送信電極線１１と複数の受信電極線１２とは、ガラスエポキシコア基板１０の厚みの間隔で離隔配置され、Ｚ方向からみた、複数の送信電極線１１と複数の受信電極線１２との交差点がマトリクス状に配置される。静電容量型パネルセンサ１は、各交差点での静電容量変化を検出し、２次元の静電容量変化画像を生成することによって、上部に載置された検出対象物を検出することができる。

送信電極線パターンの上面及び受信電極線パターンの下面には、それぞれ保護膜としてのグリーンマスク１３，１４が形成される。さらに、グリーンマスク１３の上面は合成樹脂の積層フィルムであるラミネートフィルム１５で覆われている。

センサ基板２のＹ方向端部の下部には、複数の送信電極線１１及び複数の受信電極線１２に接続するコネクタ７ａが配置される。一方、強化ガラス板４のＹ方向端部の下部には、シールド膜５を介して制御基板６が配置され、さらに制御基板６の下部には制御基板６に接続するコネクタ７ｂが配置される。コネクタ７ａとコネクタ７ｂとの間は、空気層３及び強化ガラス板４のＹ方向側部を介して配置されるＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）８で接続される。

ここで、空気層３は、発泡ＡＢＳ樹脂で形成されている。発泡ＡＢＳ樹脂の発泡率は例えば５０％であり、発泡空気の体積分、空気に近い誘電率をもつことになる。発泡率は、任意に設定できる。なお、ＡＢＳ樹脂は、アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン (Butadiene)、スチレン (Styrene)の共重合合成樹脂である。発泡ＡＢＳ樹脂は、ＡＢＳ樹脂を発泡したものであり、ＡＢＳ樹脂と、ＡＢＳ樹脂に混在する空気とからなる。ＡＢＳ樹脂は、剛性及び強度が高く、軽い素材である。

なお、空気層３は、発泡ＡＢＳ樹脂以外に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を発泡したものであってもよい。

また、センサ基板２、空気層３、強化ガラス板４の各間の接合は、硬化性接着剤を用いている。これにより、静電容量型パネルセンサ１が配置される商品棚の微小な撓みによって発生する静電容量変化を抑えている。さらに、空気層３及び強化ガラス板４は、剛性及び強度が高いため、撓みが少ないので、撓みによる静電容量変化への影響は小さい。

＜検出動作＞
次に、静電容量型パネルセンサ１の動作について説明する。図３に示すように、ガラスエポキシコア基板１０を挟んで複数の送信電極線１１及び複数の受信電極線１２が直交して配置される。

図４に示すように、複数の送信電極線１１及び複数の受信電極線１２が直交する交差点は、ガラスエポキシコア基板１０の厚みの間隔で離隔されているため、結合容量が発生している。この状態で、制御基板６は、送信電極線１１に３０Ｖの矩形波信号ＳＡを印加すると、受信電極線１２から各交差点に対応する検出信号ＳＢが出力される。

制御基板６は、受信した検出信号ＳＢと、静電容量型パネルセンサ１の上面に何も配置されていないときの検出信号ＳＢ０との差分ΔＳを各交差点の検出値とし、図５に示すようにＸＹ平面の２次元画像である底面形状画像Ｄを生成する。差分ΔＳは、検出対象物が載置された場合における静電容量変化である。図５は、静電容量型パネルセンサ１上にペットボトルを載置した場合の底面形状画像Ｄであり、底面形状画像Ｄ内にペットボトルの底面に対応する２次元位置に画像Ｄａが現れている。制御基板６は、この底面形状画像Ｄを利用する図示しない外部装置に出力する。

図６（ａ）は、図４に示した交差点であるＡ部の送信電極線１１と受信電極線１２との間で生成する電気力線Ｌの状態を示している。静電容量型パネルセンサ１では、上部に載置された検出対象物を検出ため、この電気力線Ｌを上部（Ｚ方向）に集中させる必要がある。そして、図６（ｂ）に示すように、検出対象物ＤＰが載置されると、検出対象物ＤＰ方向への電気力線Ｌ１が増大し、受信電極線１２側への電気力線Ｌ２が減少する。その結果、交差点における送信電極線１１から受信電極線１２への変位電流が減少し、差分ΔＳを検出することができる。

ところが、従来は、交差点の直下に強化ガラス板２４が直接配置されていたため、電気力線は、誘電率の高い強化ガラス板２４に向き、電気力線Ｌ２が増大し、電気力線Ｌ１が減少する。そして、交差点における送信電極線１１から受信電極線１２への変位電流が増大し、差分ΔＳが小さくなってしまう。

図７は、センサ基板２の直下に強化ガラス板２４を配置した従来の静電容量型パネルセンサの場合の差分ΔＳ１とセンサ基板２の直下に空気層３を介在させた場合の差分ΔＳとを比較した図である。図７に示すように、同一の検出対象物に対する、センサ基板２の直下に強化ガラス板２４を配置した従来の静電容量型パネルセンサの場合の差分ΔＳ１に比べて、本実施の形態の静電容量型パネルセンサ１の場合の差分ΔＳは大きく、検出感度が増大していることがわかる。これは、センサ基板２の直下に誘電率が低い空気層３を形成しているため、センサ基板２の下方に向いた電気力線Ｌ２が少なくなり、センサ基板２の下方での変位電流ロスが少なくなるからである。

なお、本実施の形態では、例えば空気層３の厚さは５ｍｍ、強化ガラス板４の厚さは３．２ｍｍであり、静電容量型パネルセンサ１の全体の厚さは、１０ｍｍ以内である。送信電極線１１及び受信電極線１２のピッチＰは、４ｍｍである。なお、ラミネートフィルム１５の厚さは０．１ｍｍである。なお、これらの厚みやピッチは種々に設定できる。

＜変形例＞
図８は、本変形例による静電容量型パネルセンサ１の断面構成を示す図である。図８に示すように、本変形例では、強化ガラス板４を設けず、空気層３に対応する空気層３３のみによってセンサ基板２を支持している。空気層３３のみとすることによって、静電容量型パネルセンサ１の軽量化をさらに促進することができる。

なお、本実施の形態及び変形例で示した静電容量型パネルセンサ１は、ショーケースの商品棚や倉庫棚以外にも適用することができる。たとえば、ベルトコンベアなどの搬送路上に静電容量型パネルセンサ１を設けることによって、搬送される物品の形状や材料を検出することができる。静電容量型パネルセンサ１は、物品の形状が既知である場合には、物品の材料を検出することができ、物品の材料が既知である場合には、物品の形状を検出することができる。

また、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置及び構成要素の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１静電容量型パネルセンサ
２センサ基板
３空気層
４，２４強化ガラス板
５シールド膜
６制御基板
７ａ，７ｂコネクタ
１０ガラスエポキシコア基板
１１送信電極線
１２受信電極線
１３，１４グリーンマスク
１５ラミネートフィルム
２４強化ガラス板
３３空気層
Ｄ底面形状画像
Ｄａ画像
ＤＰ検出対象物
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２電気力線
Ｐピッチ
ＳＡ矩形波信号
ＳＢ，ＳＢ０検出信号
ΔＳ，ΔＳ１差分

Claims

送信電極線群パターンの送信電極線と受信電極線群パターンの受信電極線とが直交して離隔配置され、前記送信電極線と前記受信電極線との交差点をマトリクス状に形成したセンサ基板上に検出対象物が載置された場合における各交差点の静電容量変化を検出する静電容量型パネルセンサであって、
前記センサ基板の下部に空気層を形成したことを特徴とする静電容量型パネルセンサ。
前記空気層は、発泡材で形成したことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型パネルセンサ。
前記発泡材は、発泡ＡＢＳ樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型パネルセンサ。
前記空気層の下部に強化ガラス板を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の静電容量型パネルセンサ。