JP5748274B2 - 位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents
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Description
第1の方向に配置された複数の第1の導体と、前記第1の方向に対して交差する方向に配置された複数の第2の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第1の導体と前記第2の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出センサであって、
前記複数の第1の導体は可撓性を有しており、
前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第1の導体あるいは前記複数の第2の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第1の導体あるいは前記複数の第2の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第2の導体あるいは前記複数の第1の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間は、前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体とが交差して重なる領域以外の領域であるギャップ領域に配置される突起形状を有するスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第1の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第2の導体あるいは前記複数の第1の導体との間で、距離の変化と当接面積の変化のそれぞれを引き起こさせることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間に前記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする。
[表示機能付機器1の概略構成]
図1は、この実施の形態の表示機能付機器1の構成の概略を説明するための分解斜視図である。図1に示すように、この実施の形態の表示機能付機器1は、筐体1E内の最下層にマザーボード1Dが収納され、その上に表示画面を上側(フロントパネル1A側)にしてLCD(Liquid Crystal Display)1Cが設けられる。当該LCD1Cの表示画面側に位置検出センサ1Bが設けられる。そして、位置検出センサ1Bの上側にフロントパネル1Aが設けられ、上述の各収納物1D、1C、1Bが筐体1E内に保持される。
次に、位置検出センサ1Bを含む位置検出装置の構成例について説明する。図2は、この実施の形態の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。図2に示すように、この実施の形態の位置検出装置は、図1に示した位置検出センサ1Bと、信号供給回路200と、信号受信回路300と、制御回路40とからなる。制御回路40は、この実施の形態の位置検出装置の各部を制御するための回路であり、例えばマイクロコンピュータを搭載して構成されている。
次に、位置検出センサ1Bの構成例について、図3〜図5を参照しながら具体的に説明する。図3は、この実施の形態の位置検出センサ1Bの構成例を説明するための図であり、図4は、この実施の形態の位置検出センサ1Bに対して指示入力が行われた場合の位置検出センサ1Bの状態について説明するための図である。図5は、本発明の動作原理を説明するための図である。
コンデンサの静電容量C=ε0S/D …(1)
当該(1)式において、ε0は電極間に介在する誘電体の比誘電率であり、Sは対向する電極の面積であり、Dは対向する電極間の距離である。ここで、比誘電率ε0は、電極間に介在させる誘電体部材により一意に決まる。
図6、図7は、スペーサ23の構成例を説明するための図である。上述したように、スペーサ23は、透明の誘電体材料を印刷したり、ドットプリンタのインク吐出原理のごとく、誘電体材料を吹きつけしたりすることによって形成される。このため、スペーサ23は、図6に示すように、半球状、あるいは、円柱状であってその頭部が半球状のものとすることができる。なお、スペーサ23の形状は、図6に示した形状に限るものではない。例えば、円柱状や多角柱状に形成したり、円錐状や多角錐状に形成したり、その他、種々の形状としてもよい。
次に、第1の実施の形態の位置検出センサ1Bの基本的な構成についてまとめる。図8は、図3Cに示したY−Y断面図と同様に、位置検出センサ1BのY−Y断面図の一部(右端部)を示す図である。
そして、図8に示した基本的な構成を有する第1の実施の形態の位置検出センサ1Bは、種々の変形が可能である。図9、図10は、第1の実施の形態の位置検出センサ1Bの変形例を説明するための図である。なお、図9、図10において、図8に示した各部と同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明は省略する。
[位置検出センサ1BXの構成例]
次に、第2の実施の形態の位置検出センサ1BXについて説明する。図11は、この第2の実施の形態の位置検出センサ1BXを説明するための断面図である。この第2の実施の形態の位置検出センサ1BXでは、可撓性を有する誘電体部材13に、複数の第1の導体11Xが配置される上側基板10の機能を兼用させるところに特徴がある。
図12は、第1、第2の実施の形態の位置検出センサ1B、1BXの変形例を説明するための図である。上述した第1、第2の実施の形態の位置検出センサ1B、1BXにおいては、スペーサ23やスペーサ23a〜23fは、第1の導体11Xと第2の導体21Yとが重なり合わない領域に設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
第1の導体11Xと第2の導体21Yとの間で、互いの配置関係を入れ替えても良い。また、送信導体群11と受信導体群21との間に設けられる誘電体部材は、フィルム状、シート状などと表現される極薄い形状のものとして構成することが可能である。また、誘電体部材を送信導体群11あるいは受信導体群21に当接させるに際し、塗布、印刷、吹きつけ、融着等の種々の方法により、互いを固着させ、あるいは接着材を介して互いを固着させることも可能である。誘電体部材には、所定形状の複数の貫通孔を設けることもできる。更には、必要に応じて、この貫通孔を貫通させてスペーサを配置することもできる。
従来の静電容量方式の位置検出センサは、指などの指示体を通じてグラウンドに逃げる電荷による静電容量の変化を検出していたが、上述した実施の形態の位置検出センサ1B、1BXは、第1の導体11Xと第2の導体21Yとが構成するコンデンサの自己容量の変化を検出するものである。このため、上述した実施の形態の位置検出センサ1B、1BXの場合には、指示体が導電性を有するものでなくてもよい。例えば、ゴムなどの絶縁体を指示体として用いて指示入力を行っても適切に検出できる。したがって、上述した実施の形態の位置検出センサ1B、1BXは、ゴム手袋をして作業する作業所や手術室などにおいても利用することができるなど、位置検出センサの活用範囲を大幅に広げることができる。また、上述した実施の形態の位置検出センサ1B、1BXは、第1の導体11Xと第2の導体21Yとが構成するコンデンサの静電容量の変化幅(ダイナミックレンジ)を大きくすることができ、これによって感度の良い位置検出センサが実現できる。実験による一例では、上述した位置検出センサ1B、1BXを指示体によって押圧していない状態で、第1の導体11Xと第2の導体21Yとによって構成されるコンデンサとしての初期容量は約1.4pF程度である。これに対して、指示体で押圧した状態では、第1の導体11Xと第2の導体21Yとによって構成するコンデンサの容量は約8.4pFである。したがって、変化レンジは8.4−1.4=7.0pFとなり、従来の静電容量型の位置検出センサに比べ、大幅に静電容量を変化させることができる。
Claims (12)
- 第1の方向に配置された複数の第1の導体と、前記第1の方向に対して交差する方向に配置された複数の第2の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第1の導体と前記第2の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出センサであって、
前記複数の第1の導体は可撓性を有しており、
前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第1の導体あるいは前記複数の第2の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第1の導体あるいは前記複数の第2の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第2の導体あるいは前記複数の第1の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間は、前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体とが交差して重なる領域以外の領域であるギャップ領域に配置される突起形状を有するスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第1の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第2の導体あるいは前記複数の第1の導体との間で、距離の変化と当接面積の変化のそれぞれを引き起こさせることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間に前記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、静電容量方式による位置検出センサ。 - 前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第1の導体に当接しており、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面と前記複数の第2の導体とは、前記スペーサによって互いが所定の距離離間されていることを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記可撓性を有する誘電体部材を前記複数の第1の導体に当接して配置するとともに、更なる誘電体部材を前記複数の第2の導体に当接して配置し、前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第1の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材と、前記更なる誘電体部材との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材と前記更なる誘電体部材を介在させて、前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間に前記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記複数の第1の導体が配置される第1の基板と、前記複数の第2の導体が配置される第2の基板を有し、前記第1の基板は可撓性を備えていることを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記誘電体部材は、フィルム状の形態を有していることを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記誘電体部材は、前記第1の方向に配置された前記複数の第1の導体および前記第1の方向に対して交差する方向に配置された前記複数の第2の導体の、少なくとも一方の複数の導体に固着されていることを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記誘電体部材の固着は、塗布あるいは印刷によって行われることを特徴とする請求項6に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記複数の第1の導体、前記複数の第2の導体、および前記誘電体部材のそれぞれは、光透過性を有していることを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記誘電体部材はガラス素材あるいは樹脂素材で構成されているとともに、前記複数の第1の導体に当接しており、前記指示体による位置の指示に対応した押圧による可撓性を有するように所定の厚みを備えていることを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
- 前記複数の第1の導体および前記複数の第2の導体における、一方の複数の導体に所定の交流信号を供給するための交流信号供給回路と、他方の複数の導体から、前記指示体による位置の指示に対応した押圧によって引き起こされた前記静電容量の変化を検出するための信号受信回路を備え、前記指示体が前記位置検出センサ上にて指示した位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量方式による位置検出センサを備えた位置検出装置。
- 第1の方向に配置された複数の第1の導体と、前記第1の方向に対して交差する方向に配置された複数の第2の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第1の導体と前記第2の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出方法であって、
前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第1の導体あるいは前記複数の第2の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第1の導体あるいは前記複数の第2の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第2の導体あるいは前記複数の第1の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間は、前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体とが交差して重なる領域以外の領域であるギャップ領域に配置される突起形状を有するスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第1の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第2の導体あるいは前記複数の第1の導体との間で、距離の変化と当接面積の変化のそれぞれを引き起こさせることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第1の導体と前記複数の第2の導体との間に前記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、静電容量方式による位置検出方法。 - 前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第1の導体に当接しており、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面と前記複数の第2の導体とは、前記スペーサによって互いが所定の距離離間されていることを特徴とする請求項11に記載の静電容量方式による位置検出方法。
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