JP5446426B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、指やスタイラスペンによるタッチ入力が求められる各種情報端末等で使用される位置検出装置に関するものである。

近年、マンマシンインターフェースの向上を図るため、タッチパネルやタブレット等、タッチ入力を可能とした情報端末が発売されているが、タッチ入力の具現化手段として位置検出装置が使用されている。一般的に位置検出装置は、パネル等の表面に指やスタイラスペン（以降、「位置指示部材」と呼称することがある）が当接した位置を検出する。そして、この検出された当接位置は所定の位置情報に変換され、情報端末は位置情報に基づいて各種の処理を実行するように構成される。

位置指示部材の当接位置を検出する構成として、例えば、（特許文献１）には、位置指示部材をパネル等の表面に押し当てたときの静電容量の変化を検出する位置検出装置が開示されている。

（特許文献１）に開示された位置検出装置は、所定の誘電率を備えるシートの一方の面に、複数の電極（第１の電極群）を互いに平行に並走するように形成し、このシートの他方の面に、第１の電極群と交差する複数の電極（第２の電極群）を互いに平行に並走するように形成し（以降、これらの電極群、または単一の電極を「検出電極」とまとめて呼称することがある）、これら検出電極が形成されたシートを、その両面側からシート状の基板で挟んだ積層構造を備え、この構造によって位置指示部材の当接位置を高精度に検出できるとしている。

米国特許第４６８６３３２号明細書

例えば、（特許文献１）に開示された静電容量変化を利用した位置検出装置において、位置指示部材をパネル表面に当接することによる静電容量変化を△Ｃ、位置指示部材の当
接の有無にかかわらず平行に併走する電極間に存在する隣接電極間容量等を合成した静電容量をＣとすると、位置指示部材の当接による静電容量変化を高精度で安定して検出するには、静電容量Ｃをなるべく小さくし、静電容量の相対変化量である△Ｃを大きくする方
が好ましい。

しかしながら、従来の静電容量変化を利用した位置検出装置を、１００インチ程度の大型のディスプレイ用パネル等に適用した場合、位置検出装置を構成する検出パネルにおいて検出電極の併走する長さは１０００ｍｍを超え、隣接する検出電極間の線間容量が増大し、更に、上述した第１の電極群と第２の電極群の交差箇所（交差面積）も増大する。

具体的には、１００インチサイズの大型の検出パネルを構成した場合には、１つの検出電極の静電容量は１００ｐＦ近くなり、一方位置指示部材を当接させることによる静電容量の変化分△Ｃ１、△Ｃ２は、一般に１ｐＦ以下にしかならない。

即ち、位置指示部材を当接させていないときにも存在している静電容量Ｃが大きく、位置指示部材を当接させたときに生ずる△Ｃが相対的に小さくなって、外部ノイズの影響を
受けやすくなり高精度の位置検出が安定的にできないという課題を有していた。

本発明は、大型のパネル等に静電容量変化に基づく位置検出を適用した場合においても安定して正確に位置検出ができる位置検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、タッチ面となる表面部材と、この表面部材の裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、この第１の電極に交差するように前記表面部材の裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極を挟んで前記表面部材と反対側に位置する背面部材とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極の近傍に複数の空間部を設けたものである。

この構成により、相対的な静電容量の変化量を拡大することができ、大型の位置検出装置においても位置検出精度を向上することができる。

本発明によれば、静電容量変化を利用した位置検出において、相対的な静電容量の変化量を大きくすることができるので、位置検出装置の大型化で検出電極が長くなる場合、位置指示部材の当接面積が小さい場合、ノイズレベルの大きな環境においても位置検出が安定して行えるため、高精度かつ信頼性の高い大型の位置検出装置が提供できるという効果を有する。

本発明の実施例１に係る位置検出装置の構成図 本発明の実施例１に係る位置検出装置の動作を示すタイミングチャート 本発明の実施例１に係る位置検出装置の検出回路の構成図 本発明の実施例１に係る位置検出装置における位置指示部材の断面図 本発明の実施例１に係る位置検出装置おける検出回路で得られる検出信号を示す説明図 本発明の実施例１に係る位置検出装置おける検出回路で得られる検出信号を示す説明図 本発明の実施例１に係る位置検出装置おける検出回路で得られる検出信号を示す説明図 本発明の実施例１に係る位置検出装置の要部断面斜視図 本発明の実施例２に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図 本発明の実施例３に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図 本発明の実施例４に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図 本発明の実施例５に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図 本発明の実施例１に係る位置検出装置における補強材の説明図 本発明の実施例１に係る位置検出装置を応用した電子黒板の概略を示す構成図 本発明の実施例１に係る位置検出装置を応用した電子黒板の他の例を示す構成図

以下、本発明に係る位置検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

図１は本発明の実施例１に係る位置検出装置の構成図である。

図１において、１は位置検出装置であり、例えばディスプレイの映像面に配置され、あるいは電子黒板等に内蔵される（但し、実際の位置検出装置１の表面は、後述する保護層等によって被覆されており、図１の構成が直接的に目視可能にされているものではない）。２は検出パネルであり、位置検出装置１の全体の大部分を占めている。ユーザは検出パネル２の表面に指やスタイラスペンといった位置指示部材１４（図示せず）を当接接触することで、検出パネル２の表面に投影され、あるいは表示されたコンテンツを指示したり、電子黒板やタブレット等においては座標位置を直接的に指し示し、コンピュータ等の情報処理装置に入力することができる。

図１４は本発明の実施例１に係る位置検出装置を応用した電子黒板の概略を示す構成図である。

図１４において、１０３は本体１０７に支持された筆記面、かつ位置検出装置１を構成する検出パネル２の検出面である。ユーザは会議等の場において、筆記面（検出面）１０３に黒、赤、緑、青等の特定色のマーカーで文字や図形等の情報を記入する。更に、電子黒板１０２が図示しないコンピュータ等の情報処理装置に接続されているとき、ユーザが電子黒板１０２の検出面１０３に記入した情報は座標情報として情報処理装置に送信され、情報処理装置側で表示や保存をすることができる。

１０４は光学キャリッジであり、図示しない光源及びイメージセンサを具備している。光学キャリッジ１０４は、検出面１０３に沿って方向Ｘ１、方向Ｘ２に移動可能に本体１０７に支持されている。

図１４に示す電子黒板１０２では検出面１０３が固定されており、光学キャリッジ１０４が検出面１０３に沿って移動する際に、検出面１０３を図示しない光源で照射し、検出面１０３に記入された画像情報を光学キャリッジ４内に設けたイメージセンサ（図示せず）で読み取るように構成されている。イメージセンサで読み取られた画像は、印字部１０５で記録紙１０６に印刷される。

つまり、電子黒板１０２は、検出面１０３に例えば図表等を貼り付け、会議等の場においてディスカッションした記録全体をコピーとして残せ、かつ検出面１０３に記入した内容を直接的に情報処理装置に取り込める構成を備える。後に説明するように、実施例１の位置検出装置１は指によるタッチ入力を可能としており、様々な入力シーンに対応することができる。

図１５は本発明の実施例１に係る位置検出装置を応用した電子黒板の他の例を示す構成図である。

図１５に示す電子黒板１０２は、位置検出装置１を内蔵した本体１０７と、その本体１０７に接続されたコンピュータ等の情報処理装置１１１と、その情報処理装置１１１の画像出力を投影スクリーン等の投影対象に投影する画像投影装置１１０を組み合わせて用いられる。このような電子黒板１０２は、一般には学校等の教育現場や企業内の会議等で利用される。

以降、電子黒板１０２を構成する検出パネル２を投影対象とする場合について説明する。

検出パネル２を投影対象とする場合は、位置検出装置１の検出パネル２の表面（検出面１０３）における検出座標と投影される画像上の座標が概略一致するよう、予め検出面１０３と画像投影装置１１０の光学的な位置関係及び、情報処理装置１１１での位置補正量等を調整しておく。

こうしておいた上で、指やスタイラスペンといった位置指示部材１４により検出面１０３に位置を入力（接触）すると、位置検出装置１に接続された情報処理装置１１１に位置座標が入力される。情報処理装置１１１は新しく入力された座標や前記の位置補正量等から出力画像の対応する座標を計算、画像を更新し、その画像を情報処理装置１１１に接続された画像投影装置１１０に送出、画像投影装置１１０は検出面１０３に画像を投影する。

この位置（座標）入力から画像投影までの一連のプロセスはほぼ瞬時に行われ、かつ、入力座標と出力座標が一致しているので、例えばユーザが指やスタイラスペン等の位置指示部材１４を検出面１０３上で動かせば、ユーザはあたかも検出面１０３に直接描画しているかのような感覚を覚えることとなる。

このように、電子画像を直感的かつ即時的に入力、変化させることが可能であることから、このような電子黒板はインタラクティブボードあるいはインタラクティブホワイトボード等とも呼ばれる。

尚、後述する各実施例も、実施例１と同様に、ディスプレイ、電子黒板等の事務機器一般に応用でき、更に、これらの電子黒板やインタラクティブボードは位置検出装置１の応用例であって、本発明の応用範囲を限定するものではない。

以降、図１に戻って説明を続ける。

３，３ａ，３ｂ〜３ｆは検出パネル２の主走査方向に沿って、互いに平行に並走するように延伸された複数の検出電極（第１の電極３）、４，４ａ，４ｂ〜４ｈは検出パネル２の副走査方向（主走査方向と直交する方向）に沿って、互いに平行に並走するように延伸された複数の検出電極（第２の電極４）である。

図１においては、便宜上、第１の電極３を６本、第２の電極４を８本配置しているが、例えば、位置検出装置１を電子黒板等、大型の機器の入力手段として用いる場合には、これらの本数は多くなる。具体的には、電子黒板を横２００ｃｍ、縦１５０ｃｍの４：３レイアウトとし、検出電極の配置ピッチを１ｃｍとすると、第１の電極３は２００本、第２の電極４は１５０本配置されることとなる。

５は第１の電極３について位置検出動作の可否を制御する行検出電極選択回路、６は第２の電極４について位置検出動作の可否を制御する列検出電極選択回路である。７ａ，７ｂは行検出電極選択回路５又は列検出電極選択回路６の出力に応じて動作する検出回路である。検出回路７ａ，７ｂは、所定の発振回路等を含み第１の電極３と第２の電極４の静電容量の変化を検出する。８は制御回路であり、行検出電極制御回路５、列検出電極選択回路６、検出回路７ａ，７ｂを制御するタイミング等を生成する。

以降、実施例１における位置検出装置１における位置検出の過程を詳細に説明する。

図２は本発明の実施例１に係る位置検出装置の動作を示すタイミングチャートである。

図２に示すように、まず制御回路８により制御される行検出電極選択回路５によって、第１の電極３ａ，３ｂ〜３ｆを順次選択（所定の期間にパルス信号を印加）することで、第１の電極３ａ，３ｂ〜３ｆが走査される。続いて制御回路８により制御される列検出電極選択回路６によって第２の電極４ａ，４ｂ〜４ｈを順次選択（所定の期間パルス信号を印加）することで、第２の電極４ａ，４ｂ〜４ｈが走査される。

各検出電極にパルスを印加した際に、それぞれ検出回路７ａ，７ｂにて各検出電極の静電容量変化量が検出され、これに基づいて第１の電極３及び第２の電極４が交差する位置が一意に決定される。

図３は本発明の実施例１に係る位置検出装置の検出回路の構成図である。以降、図３を用いて実施例１の検出回路７ａ，７ｂの動作について詳細に説明する。

図３に示すように、検出回路７ａ，７ｂは、並走する各検出電極の隣接電極間容量（いわゆる線間容量）、行検出電極（第１の電極３）と列検出電極（第２の電極４）とが交差することによる容量、及び浮遊容量とを含む静電容量Ｃと、時定数を決定する抵抗Ｒ１及び検出電極の合成抵抗Ｒ２とによる時定数回路、動作制御スイッチ１８、電圧コンパレータ９とスイッチ１０とで構成される。

動作制御スイッチ１８は、図１に示す行検出電極選択回路５（列検出電極選択回路６）の出力に従って動作し、図２に示すタイミングチャートの“Ｈｉ”期間にＣＴＬ信号がＯＮとなり、検出回路７ａ（７ｂ）がアクティブに制御される。

スイッチ１０はコンパレータ９によって制御され、スイッチ１０は、電圧コンパレータ９の出力に接続されたノードＢ５０の電圧が"Ｈｉ"ならＯＮ、"Ｌｏｗ"ならＯＦＦに制御される。

以上のように構成された検出回路７ａ，７ｂの動作について詳細に説明する。

行検出電極選択回路５により第１の電極３（第２の電極４）のいずれかが選択されると（即ち、図２の選択信号が“Ｈｉ”になると）動作制御スイッチ１８がＯＮとなって検出回路７ａ（７ｂ）の動作が開始される。その後、抵抗Ｒ１を通して静電容量Ｃが充電されていき、電圧コンパレータ９の入力ノードであるノードＡ５１の電圧が上昇する。これに伴いノードＡ５１の電圧がＶＲＥＦに達するとコンパレータ９の出力に接続されたノードＢ５０の電圧が"Ｈｉ"になり、スイッチ１０がＯＮになる。

これによってコンデンサは一気に放電され、ノードＡ５１の電圧はＶＲＥＦ以下になる。放電によってコンパレータ９の出力は"Ｌｏｗ"に戻るのでスイッチ１０はＯＦＦとなり、再び静電容量Ｃの充電が始まる。このように検出回路７ａ，７ｂは、静電容量Ｃの充放電を繰り返して発振状態を継続する。

図４は本発明の実施例１に係る位置検出装置における位置指示部材の断面図であり、図４（ａ）は検出パネル２の表面に位置指示部材１４を接触させた状態を示す断面図である。図４（ａ）は図１に示すＡ−Ａ断面に対して位置指示部材１４（図４（ａ）においては指）が接触した状態を示している。

図４（ａ）において、１１はその第１面に検出電極としての第１の電極３、第１面の裏面（第２面）に検出電極としての第２の検出電極４を離間した状態で支持する支持体である。支持体１１は例えば厚みを７０μｍ〜２５０μｍとするＰＥＴ等の樹脂で構成された平板状のシートであって、支持体１１の表裏には上述の検出電極がパターンニングされている。この点で、支持体１１はフレキシブルな電極基板としての機能を持つ。

支持体１１の表裏に配置された第１の電極３及び第２の電極４は、例えば銀粒子を含むインクを用いて、いわゆる印刷法、インクジェット法、ノズルプリンティング法等によって形成することができる。また、支持体１１表面に金属膜を付けたものに対しエッチング加工を施すこと等でも同様の構成を得ることができる。

１２は検出パネル２の表面に設けられ、外部に対し検出電極（第１の電極３）を絶縁するとともに、指やその他の物理的接触に対して検出電極を保護する保護層（表面部材）である。保護層（表面部材）１２は例えば厚みを０．２５ｍｍ〜２ｍｍとするフェノール樹脂等で構成されている。

尚、実施例１に限らず、以降説明する各実施例においても「保護層」という表現を用いているが、支持体１１を外部から保護するという効果の有無に関わらず本発明を適用できる。

１３は位置指示部材あるいはその他の部材による物理的接触により検出パネル２の変形を防ぎ、検出電極の断線を防ぐ補強材（背面部材）である。補強材（背面部材）１３は支持部材１１を保護層（表面部材）１２とは逆の面（背面）から支持するが、補強材（背面部材）１３の全体の厚みは特に制約はなく、位置検出装置１の使用態様や設置環境によって適切な厚みを選択可能である。

尚、実施例１に限らず、以降説明する各実施例においても「補強材」という表現を用いているが、支持体１１が変形等しないように補強するという効果の有無に関わらず本発明を適用できる。

これらの保護層（表面部材）１２、支持体１１、補強材（背面部材）１３は、接着材によって接着され、この順に積層されている。

１４は指やスタイラスペン等の位置指示部材である。位置指示部材１４として指以外のものを使用する場合、位置指示部材１４の検出パネル２表面に接触する部位は、所定の接触面積を確保できるように、例えば柔軟性の高いフェルト、特に導電性フェルトを用いるのが好ましい。

以降、補強材（背面部材）１３の構造について詳細に説明する。

実施例１において、補強材（背面部材）１３は、例えば低誘電率を備えたポリプロピレン、ポリスチレン等の樹脂で構成され、凹凸を備えた部材であり、凹部３０から凸部３１の高さを例えば０．５ｍｍとして、凹部３０の存在による全体的な強度の低下を防止しつつ、凹部３０によって補強材（背面部材）１３と支持体１１の間に気体層（空間部）１５を形成している。

そして、凹部３０（これによって形成される気体層（空間部）１５）は検出電極である第１の電極３と第２の電極４の交差位置に重畳するように配置され、検出電極の幅をＬ１、凹部３０の範囲をＬ２とするとき、Ｌ１＜Ｌ２が成立するようなサイズとされている。

実施例１では、このような凹凸構造とすることで、電気的な結合経路を遮断し、位置指示部材１４を検出パネル２の表面に接触させたときの、容量成分変化を高精度に検出することを可能としている（後述）。

尚、このように凹凸を備える補強材（背面部材）１３は、例えば金型プレスによって形成することができる。図４（ａ）では、凸部３１は凹部３０から垂直に切り立って描かれているが、金型からの離型性を考慮すると、例えば台形とするのが好ましい。

また、上述のように図４（ａ）は図１におけるＡ−Ａ断面を示すものであるが、図１におけるＢ−Ｂ断面も同様の構造を備えている（図８を参照）。

図４（ｂ），（ｃ）は図４（ａ）と同じく検出パネルの表面に位置指示部材を接触させた状態を示す断面図の他の例である。

図４（ａ）では、第１の電極３と第２の電極４のうち、いずれか一方を支持体１１の一の面に設け、他方を支持体１１の他の面に設け、第１の電極３と第２の電極４で支持体１１を挟むように構成しているが、図４（ｂ），（ｃ）では、第１の電極３及び第２の電極４を支持体１１の片面に設け、これら検出電極の間に絶縁層１９を設けている。具体的には、図４（ｂ）では、保護層（表面部材）１２から近い側に第１の電極３と第２の電極４を設け、図４（ｃ）では、補強材（背面部材）１３に近い側にこれらの検出電極を設けるようにした。

このように、支持体１１の片面に検出電極を設けるようにすると、支持体１１上に検出電極を形成する際に加工面が１つとなるので、工程が簡略化できる点で有利である。

尚、絶縁層１９は、例えばＰＥＴ等で構成したシートを挟む（この際、当該シート面に、いずれか一方の検出電極を予め形成しておく）構成としてもよいし、第１の電極３を形成した支持体１１に対して、レジン等の絶縁材を塗付して絶縁層１９を形成し、絶縁層１９の表面に第２の電極４を転写法、印刷法、インクジェット法、ノズルプリンティング法等で直接形成してもよい。

また、絶縁層１９表面に金属膜を付けたものに対しエッチング加工を施す等しても同様の構成を得ることができる。尚、第１の電極３と第２の電極４の形成順序は入れ替えても構わない。また、絶縁層１９の形成範囲は、一方の検出電極の形成領域のみを被覆する線状部分、あるいはその後に形成される検出電極と交差する部分のみとしてもよい（この場合、絶縁層１９は検出パネル２の全面に形成されることとはならず、線状あるいは点状という意味で、絶縁部を構成する）。このようにすることで、材料コストを低く抑えることが可能となる。

図５及び図６は、本発明の実施例１に係る位置検出装置おける検出回路で得られる検出信号を示す説明図であり、検出回路７ａ，７ｂで得られる検出信号を示す説明図である。

以降、図４乃至図６を用いて、検出パネル２の保護層（表面部材）１２に位置指示部材１４を当接させた際の静電容量の変化について説明する。

検出パネル２の保護層（表面部材）１２に位置指示部材１４が接触すると、図４に示すように、接触部位の近くに配置された検出電極には、上述した静電容量Ｃに加えて、△Ｃ１、△Ｃ２が加わることになる。図５に破線で示すように、位置指示部材１４が接触した
場合は、接触がない場合に比べて静電容量が増大して、ＶＲＥＦに達するまでの時間が増えるので周期が長くなり、それによって接触がなされた第１の電極３、第２の電極４を特定できることになる。

実際の検出にあたっては、図６に示すように予め決められた検出期間内（図２を用いて説明した、選択信号が“Ｈｉ”の期間）の前半部分（Ｔ１）では、位置指示部材１４の接触の有無による周期差は極めて小さくその差分の検出は誤差を多く含むことになる。故に、周期差が累積される検出期間の後半（Ｔ２）にてＮ番目の周期の時間差（△Ｔ）を検出することが好ましい。

さて、位置指示部材の接触に伴う静電容量変化を、より高精度に検出するためには、位置指示部材１４の接触による静電容量の変化分と静電容量Ｃの比率を大きくすればよい。前述のように静電容量Ｃは各検出電極の隣接電極間容量（線間容量）、行検出電極（第１の電極３）と列検出電極（第２の電極）とが交差することによる容量及び、浮遊容量から成る。

１００インチサイズの大型の検出パネル２においては検出電極の長さも必然的に長く、静電容量Ｃの中で最も大きな成分となるのが隣接電極間容量となる。この隣接電極間容量は、比率としては全静電容量Ｃの約５０％以上を占める。図４等では、便宜上第１の電極３の幅を大きく表現しているが、実際の電極幅は狭く、例えば線間ピッチ１０ｍｍに対し通常１ｍｍ以下として、隣接電極間の距離を大きくして隣接電極間容量を低減しているが、前述のように検出電極の長さが増大すると、支配的な成分となってしまうのである。

一方、支持体１１の両面に形成された行検出電極（第１の電極３）と列検出電極（第２の電極４）とが交差（重畳）する箇所は多数あるにも拘らず、その合成容量は全静電容量Ｃの４０％程度である。その上、行検出電極と列検出電極とが交差すること及びその他の浮遊容量は検出方式及び検出パネル２の構成上、改善の余地はほとんどない。

従って、静電容量の変化分と静電容量Ｃの比率を大きくするためには、隣接電極間容量を低減するか、位置指示部材１４の接触による静電容量の変化分を増強するか、のいずれかの方策が有効である。

図７は本発明の実施例１に係る位置検出装置おける検出回路で得られる検出信号を示す説明図であり、隣接電極間容量を決定づける要因を説明するものである。

図７に示すように、隣接電極間容量のおもな成分は、（１）支持体１１を結合経路として発生する容量成分Ｃａ、（２）保護層（表面部材）１２を結合経路として発生する容量成分Ｃｂ、（３）補強材（背面部材）１３を結合経路として発生する容量成分Ｃｃである。

各容量は結合経路中の材料の誘電率及び電極間距離と実効的な電極面積の積で大きさが決まる。電極間の距離や面積は検出対象物の大きさ、検出パネル２の生産工法等で規定されるため、隣接電極間容量の低減には結合経路中に誘電率の低い部材を置くことが実効的である。

図７において、例えばＰＥＴ樹脂等で構成される支持体１１をガラス製に変更した場合、ＰＥＴ樹脂の誘電率は真空の誘電率の３倍程度、ガラスの誘電率は３．７〜１０倍であるので、上記の容量成分ＣａはＰＥＴ樹脂を使用した場合に比べて１．２〜３．３倍増加することとなる。

また、逆に誘電率の低い材料を用いれば容量成分は減少することになるので、結合経路のすべてを低誘電率の材料に置き換えなくとも、部分的に変更しただけでもその分の容量成分の減少が可能となる。

気体の誘電率は一般に低いが、誘電率の低い部材としては最小の真空（誘電率８．８５４×１０^-12Ｆ／ｍ）の１．００５倍と大差なく、コスト、安定性等を考慮しても空気（あるいは後述するように二酸化炭素）が一番利用しやすい。

実施例１は、補強材（背面部材）１３に凹凸を設け、気体層（空間部）１５を導入することで、上記の（３）、即ち補強材（背面部材）１３を結合経路として発生する容量成分Ｃｃを低減することを可能としたものである。

また、実施例１を構成にて表現すれば、複数の電極を並列に配置した第１の電極３、及びこの第１の電極３と交差して設けられ、複数の電極を並列に配置した第２の電極４とが形成された支持体１１と、支持体１１の一の面に対向して設けられ、所定の位置指示部材が当接される保護層（表面部材）１２と、支持体１１の他方の面に対向して設けられた補強材（背面部材）１３とを積層して備え、補強材（背面部材）１３の、第１の電極３の間又は第２の電極４の間に対応する（重畳する）位置に、凸部３１を設けた位置検出装置である。

尚、後の実施例にて説明するように、この気体層（空間部）１５は支持体１１あるいは保護層（表面部材）１２に設けてもよいし、支持体１１、保護層（表面部材）１２、補強材（背面部材）１３の二以上の部位に設けてもよい。また、気体層（空間部）１５は、実施例に伴って個別に分離していてもよいし、層状に連通した構成としてもよい。

図８は本発明の実施例１に係る位置検出装置の要部断面斜視図である。

図８（ａ）においては、既に説明したように補強材（背面部材）１３には凹凸の構造が形成されており、凸部３１を介在させることで、支持体１１と補強材（背面部材）１３との間に気体層（空間部）１５を設けている。つまり補強材（背面部材）１３は、支持体１１と対向する面に凸部３１を備え、気体層（空間部）１５は、凸部３１が支持体１１と当接することで形成されている。

第１の電極３の間の相互の結合経路と第２の電極４の相互の結合経路のうち、補強材（背面部材）１３内に形成される結合経路に気体を挿入することとなるので容量成分が大幅に抑えられる。この構成により、相対的な静電容量変化量を拡大することができ、大型の位置検出装置１においても位置検出精度を向上することができる。尚、気体層（空間部）１５は補強材（背面部材）１３を金型プレス加工の他、肉抜きを行うことでも容易に得ることができる。

一方で、このような実施例１の構成によれば、補強材（背面部材）１３に均等に凸部３１を設けているため、気体層（空間部）１５を設けても補強材（背面部材）１３の基本的機能である指やスタイラス、その他の部材による物理的接触により検出パネルが変形するのを防ぐことができ、電極の断線を防ぐ機能は実用上損なわれていない。

補強材（背面部材）１３と支持体１１との接触位置（即ち、補強材（背面部材）１３が支持体１１を支持する位置）は、支持体１１を挟んで形成された行検出電極（第１の電極３）と列検出電極（第２の電極４）が配置された箇所と重畳しないように、つまり、支持体１１において、第１の電極と第２の電極が配置されていない位置と重畳する位置に設けられる。

これによって、検出パネル２の保護層（表面部材）１２に位置指示部材１４を当接した際の押圧力による支持体１１の変形によって、行検出電極と列検出電極の相互距離変化が生じないようにされ、位置指示部材１４を当接した際の押圧力の大小による静電容量Ｃ成分の変動を抑えることができる。

尚、実施例１は第１の電極３、第２の電極４、支持体１１、保護層（表面部材）１２のそれぞれの材質や製法等による制約を受けることなく実施することができる。

図１３は本発明の実施例１に係る位置検出装置における補強材の説明図であり、補強材（背面部材）１３に設けられた凸部３１の配置等を説明するものである。尚、図１３（ａ）は、図８（ａ）を上方から見た平面透過図に相当する。

実施例１では、図１３（ａ）に示すように、凸部３１を第１の電極３、第２の電極４のいずれにも交差（あるいは接触）しないように配置しているが、例えば図１３（ｂ）に示すように、凸部３１を第１の電極３の間に、第１の電極３と平行に設けてもよい。このようにすることで、補強材（背面部材）１３による支持体１１の支持を強固にすることができる。

図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）のＦ−Ｆ断面図を示している。

凸部３１を図１３（ｂ）のように配置するときは、第２の電極４を跨いでしまうため、図１３（ｃ）に示すように凸部３１が第２の電極４を跨ぐ部分に切り欠き部３３を形成し、結合経路を遮断するように構成するのが好ましい。この切り欠き部３３は、補強材（背面部材）１３と支持体１１の接触部、即ち補強材（背面部材）１３の上面に設けられるから、凸部３１を形成する際のプレス加工にて一度で形成することができる。

尚、図１３（ｂ）に換えて、凸部３１を第２の電極４の間に、第２の電極４と平行に設けてもよい。

また、図１３（ｄ）に示すように、一部の凸部３１を第１の電極３と平行に配置し、他の凸部３１を第２の電極４と平行に配置するようにしてもよい。凸部３１の長手方向を２方向に組み合わせることで、既に説明した静電容量の低下を図りつつ、補強材（背面部材）１３による支持強度を更に高めることができる。この場合においても、第１の電極３又は第２の電極４を跨ぐ部分は、図１３（ｃ）に示すように切り欠き部３３を設けるのが好ましい。

図８（ｂ）は図８における位置検出装置の要部の変形例を示したものである。

図８（ｂ）において、３５は気体泡を包含するシート材で構成された補強材である。この補強材３５の例としては、発泡スチロールを代表とする、樹脂に気泡を混合させて成型したもの等が使用可能である。このような部材で補強材３５を構成すれば、図８（ａ）に示す構成と同様に第１の電極３相互の結合経路と第２の電極４相互の結合経路のうち、補強材３５内に形成される結合経路に気体を挿入することとなるので容量成分が抑えられる。この構成により、相対的な静電容量変化量を拡大することができ、大型の位置検出装置においても位置検出精度を向上することができる。

本構成によれば、補強材３５は支持体１１の全体について面接触状態で接着されるから、支持体１１を補強するという本来機能を確保できる点で有利となる。また、外郭が硬質材料で構成された中空ビーズ等を補強材３５に混入すると、誘電率を低くする点と補強材としての本来機能を高度に両立できるため、更に好ましい。

図９は本発明の実施例２に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図である。

実施例２においては、気体層（空間部）１５を支持体１１と保護層（表面部材）１２の間に設けるようにした。検出電極の配置、支持体１１の構成、電気的な動作等は実施例１で説明したものと変わりはないため、説明を省略する。

図９に示すように、実施例２の位置検出装置１は、検出パネル２において位置指示部材１４（図示せず）が接触する保護層（表面部材）１２の支持体側の面に凹部を設け、結果として支持体１１との間に気体層（空間部）１５を設けている。

つまり、保護層（表面部材）１２は、支持体１１と対向する面に凸部３１を備えており、凹部である気体層（空間部）１５は、凸部３１が支持体１１と当接することで形成される。また、凸部３１は、支持体１１において第１の電極３又は第２の電極４が配置されている位置と重畳（クロスオーバ）する位置に設けられる。

この構成によって、第１の電極３相互の結合経路と第２の電極４相互の結合経路のうち、保護層（表面部材）１２内に形成される結合経路に気体を挿入することとなるので、発生する容量成分（図７に示すＣｂ）を抑えることができる。

この構成は、保護層（表面部材）１２の支持体１１と対向する面に機械加工、又は金型プレス成型時に凹凸を設けること、あるいは保護層（表面部材）の所定位置を予め穿孔しておき、その表面に更にシート体を接着すること等で容易に実施可能である。

この構成により、相対的な静電容量変化量を拡大することができ、大型の位置検出装置１においても位置検出精度を向上することができる。また、凸部３１を行検出電極（第１の電極３）と列検出電極（第２の電極４）の配置位置と一致（重畳）させているので、検出電極と位置指示部材１４との間は連続的に保護層（表面部材）１２を構成する樹脂等で満たされることになり、位置指示部材１４の押圧による静電容量の相対的な変化量は減少しない。

尚、上記の凸部３１及び気体層（空間部）１５の相当する部分を、発泡スチロールを代表とする樹脂に気泡を混合させて成型した部材と置き換えることで、保護層（表面部材）１２に機械加工等による凹凸を設けなくともほぼ同等の効果が得られる。

尚、実施例２は上記の実施例１と同時に実施することが可能である。

図１０は本発明の実施例３に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図である。

実施例３においては、気体層（空間部）１５を支持体１１に設けるようにした。検出電極の配置、保護層（表面部材）１２の構成、電気的な動作等は実施例１で説明したものと変わりはないため、説明を省略する。

図１０に示すように、実施例３の位置検出装置１は、検出パネル２において第１の電極３及び第２の電極４が配列された支持体１１に気体層（空間部）１５を設けている。

つまり、実施例３では、支持体１１は、第１の電極３及び第２の電極４の配列部分以外を除去したものとして構成される。この構成によって、第１の電極３相互の結合経路と第２の電極４相互の結合経路のうち、支持体１１内に形成される結合経路に気体を挿入することとなるので、発生する容量成分（図７に示すＣａ）を抑えることができる。

この構成は、特にＰＥＴ樹脂等で構成される支持体１１に対し、第１の電極３と第２の電極４を銀カーボン混合物等を主成分とするインクで、スクリーン印刷により形成する場合等に特に有効で、印刷後、支持体１１の検出電極間にあたる部分を穿孔することで容易に実施可能である。

また、例えばメッシュ状に形成（あるいはシート部材を穿孔して形成）した支持体１１に対して、スクリーン印刷法、インクジェット法、ノズルプリンティング法等を応用して必要部分のみに検出電極を形成することも可能である。

尚、上記の支持体１１を発泡スチロール等、気泡を含む材料で構成し、当該支持体１１の全面に対して（穿孔等の処理を行なうことなく）検出電極を形成するようにしてもほぼ同様の効果が得られる。

尚、実施例３は上記の実施例２と同時に実施することが可能である。

図１１は本発明の実施例４に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図である。

実施例４においては、気体層（空間部）１５を支持体１１及び補強材（背面部材）１３に設けるようにした。検出電極の配置、保護層（表面部材）１２の構成、電気的な動作等は実施例１で説明したものと変わりはないため、説明を省略する。

図１１に示すように、支持体１１と補強材（背面部材）１３の両方に気体層（空間部）１５を設けることで、第１の電極３相互の結合経路と第２の電極４相互の結合経路のうち、支持体１１と補強材（背面部材）１３内に形成される結合経路に気体を挿入することとなるので、発生する容量成分（図７に示すＣａ及びＣｃ）が抑えられる。

この構成は実施例１と異なり、補強材（背面部材）１３の凸部３１を、支持体１１を挟んで、行検出電極（第１の電極３）と列検出電極（第２の電極４）とが交差する箇所と一致（重畳、クロスオーバ）するようにしたので、支持体１１の構成を実施例３と同じにしても補強材（背面部材）１３の機構的要素が失われることなく更なる容量成分の削減が可能となる。

この構成により、相対的な静電容量変化量を拡大することができ、大型の位置検出装置においても位置検出精度を向上することができる。尚、実施例４は上記の実施例２と同時に実施可能である。

図１２は本発明の実施例５に係る位置検出装置の構成を示す要部断面斜視図である。

実施例５では、保護層（表面部材）１２に空間部を設け、支持体１１と保護層（表面部材）１２の間に気体層（空間部）１５を形成するようにした。これによって、第１の電極３相互の結合経路と第２の電極４相互の結合経路のうち、支持体１１と保護層（表面部材）１２内に形成される結合経路に気体を挿入することとなるので、発生する容量成分（図７に示すＣｂ）が抑えられる。

更に、実施例５においては、保護層（表面部材）１２内に、例えば水若しくは水溶液若しくは水若しくは水溶液を含むゲル状の物質を封止することで得られる高誘電率部１６が設けられている。この高誘電率部１６は、図示するように、保護層（表面部材）１２に設けられた凸部３２を有し、当該凸部３２は、第１の電極３及び第２の電極４に沿って延伸するように設けられる。従って、凸部３２は、第１の電極３と第２の電極４が支持体１１を介して交差する部分では、略十字形状を構成することとなる。

水は気体に対し約８０倍の誘電率を持つ。よって、上記構成により、位置指示部材１４と第１の電極３との間及び第２の電極４との間の結合経路に誘電率のより高い部材を挿入することでき、保護層（表面部材）１２が樹脂のみにて構成される場合に比べ、検出電極と位置指示部材１４の間の静電結合は強くなる。

よって、検出パネル２を構成する保護層（表面部材）１２に、位置指示部材１４を接触することによる静電容量の変化分の増強を実現しつつ、同時に隣接電極間容量の低減を図ることができる。この構成により、相対的な静電容量変化量を拡大することができ、大型の位置検出装置１においても位置検出精度を向上することができる。

尚、上記の高誘電率部１６を設ける構成を得るには、水等の液体に限らず高誘電率物質の粉体を液体に分散させたものを封入したり、予め成型した高誘電率部材の周りに樹脂をアウトサート成型する等により構成してもよい。

また、実施例５は上記の実施例１、実施例３又は実施例４と同時に実施可能である。

さて、以上述べてきた各実施例においては、定常的に存在する静電容量の抑制を課題としているが、一方で、保護層（表面部材）１２、支持体１１、補強材（背面部材）１３のいずれか、あるいは複数の部材に気体層（空間部）１５を設けるという点で、軽量化を図るという副次的効果も有する。連通され、又はセル状に配置された個々の気体層（空間部）１５の容積は小さいとしても、検出パネル２が大面積となった場合は、大幅な軽量化につながる。

また、以上述べてきた各実施例においては、保護層（表面部材）１２、支持体１１、補強材（背面部材）１３を接着することで、最終的に検出パネル２が構成されるが、上述のように検出電極（例えば第１の電極３）同士の間に気体層（空間部）１５を設けることで、接着工程において各部材を張り合わせる際に気泡や余分な接着材が気体層（空間部）１５に押出され、各部の接合の均一性が向上する。これによって更に検出精度が向上される。

当該効果をより発揮させるためには、既に説明した凸部３１（３２）は、接着材が塗付される部分の面積が小さくされた台形錐、あるいは少なくともその断面が接触部において小さくされた台形形状をなすように構成されているのが、気泡等を押出す観点から好ましい。

尚、実施例１〜５においては、各実施例にて設けられた気体層（空間部）１５に加圧された二酸化炭素を封入している。上述のように、保護層（表面部材）１２、支持体１１、補強材（背面部材）１３は、この順で接着剤によって接着され、外部から密封された構造を備えるが、特に実施例１や実施例４では、検出パネル２の内部に形成された気体層（空間部）１５は連通しており、大量の気体を貯留することができる。

各実施例の位置検出装置１は、いわゆるユーザインタフェースを提供する手段であって、他のハードウェアと組み合わせて、例えば電子黒板や、ディスプレイ装置等を構成する。そして、ユーザインタフェースを確保する主体は、位置検出装置１に含まれる検出パネル２であることから、当該検出パネル２はユーザの見易いように比較的高所に配置され、一般に他の電源部等は装置の下部に装備されることが多い。

このような構成において、何らかの原因で電源装置等の熱源が発熱し、火災に至った場合において、たとえ検出パネル２に火が燃え移ったとしても、検出パネル２が破断すると、内部から大量の二酸化炭素が下部に放出され、延焼を食い止めることが可能となる。

本発明に係る位置検出装置によれば、検出追従性、ノイズ耐性に優れた位置検出装置を構成できるため、電子黒板、プロジェクタ用の位置検出装置や表示装置の各種位置検出装置への利用が可能であり、特に、位置検出装置を大面積化した場合に、極めて有用である。

１ 位置検出装置
２ 検出パネル
３（３ａ〜３ｆ） 第１の電極
４（４ａ〜４ｈ） 第２の電極
５ 行検出電極選択回路
６ 列検出電極選択回路
７ａ，７ｂ 検出回路
８ 制御回路
９ コンパレータ
１０ スイッチ
１１ 支持体
１２ 保護層（表面部材）
１３ 補強材（背面部材）
１４ 位置指示部材
１５ 気体層（空間部）
１６ 高誘電率部
１８ 動作制御スイッチ
１９ 絶縁層
３０ 凹部
３１ 凸部
３２ 凸部
３３ 切り欠き部
３５ 補強材
５０ ノードＢ
５１ ノードＡ
１０２ 電子黒板
１０３ 検出面（筆記面）
１０４ 光学キャリッジ
１０７ 本体
１１０ 画像投影装置
１１１ 情報処理装置

Claims (1)

1. タッチ面となる表面部材と、
   この表面部材の裏面側に設けられた互いに並走する複数の第１の電極と、
   この第１の電極に交差するように前記表面部材の裏面側に設けられた互いに並走する複数の第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極を挟んで前記表面部材と反対側に位置する背面部材とを備え、
   前記背面部材は、気体泡を包含するシート材であることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。

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