JP6488251B2 - Object sensor - Google Patents

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Description

本発明は、物体センサに関し、特に、近傍に存在する対象物の位置を非接触状態で検出するのに適した物体センサに関する。   The present invention relates to an object sensor, and more particularly to an object sensor suitable for detecting the position of an object existing in the vicinity in a non-contact state.

近隣に存在する対象物を検出する物体センサとして、従来から様々なタイプのものが利用されている。その多くは、光波、電波、音波などを対象物に照射し、戻ってくる反射波を測定するタイプのものである。一方、ごく近傍に位置する対象物を検出するセンサとしては、容量素子や抵抗素子を用いた物体センサも提案されており、更に、多数の検出素子を二次元的に配置することにより、対象物の位置を高い精度で検出できる物体センサも提案されている。   Conventionally, various types of object sensors have been used as object sensors for detecting objects existing in the vicinity. Many of them are of a type that irradiates an object with light waves, radio waves, sound waves, etc., and measures the reflected waves that return. On the other hand, an object sensor using a capacitive element or a resistance element has been proposed as a sensor for detecting an object located in the immediate vicinity. Further, by arranging a large number of detection elements two-dimensionally, An object sensor that can detect the position of the object with high accuracy has also been proposed.

たとえば、下記の特許文献1には、車両のドアに手や指などが挟まれるのを防止するために、一対の電極によって構成される容量素子を利用した物体センサが開示されている。また、特許文献2には、多数の抵抗素子を二次元的に配置することにより、対象物の位置を高い精度で検出でき、ロボット用の触覚センサとしての利用に適した物体センサが提案されている。更に、特許文献3には、基板上に多数の行方向電極と多数の列方向電極とを層間絶縁膜を介して立体的に交差するように配置して、交差部分の静電容量値の変化に基づいて物体の接触位置を検出するタッチパネルが開示されており、特許文献4には、多数のマイクロセンサ素子を二次元的に配置することにより、対象物の位置を非接触状態で検出し、非接触型タッチパネルとして利用可能な物体センサが開示されている。   For example, Patent Document 1 below discloses an object sensor that uses a capacitive element formed of a pair of electrodes in order to prevent a hand or a finger from being caught in a vehicle door. Further, Patent Document 2 proposes an object sensor that can detect the position of an object with high accuracy by two-dimensionally arranging a large number of resistance elements and is suitable for use as a tactile sensor for a robot. Yes. Further, in Patent Document 3, a large number of row-direction electrodes and a large number of column-direction electrodes are arranged on a substrate so as to cross three-dimensionally via an interlayer insulating film, and the capacitance value at the intersection is changed. A touch panel that detects the contact position of an object based on the above is disclosed, and Patent Document 4 detects the position of an object in a non-contact state by two-dimensionally arranging a large number of microsensor elements, An object sensor that can be used as a non-contact type touch panel is disclosed.

特開2005−227244号公報JP 2005-227244 A 特開2015−114308号公報JP2015-114308A 特開2014−010671号公報JP, 2014-010671, A 特開2011−221977号公報JP 2011-221977 A

上述の特許文献1に開示された物体センサは、車両のドアへの挟み込みを防止するためのものであるため、近傍に物体が有るか無いか、を判定することができれば足りる。しかしながら、ロボットアームなどに装着して用いる物体センサには、近傍に存在する物体の有無だけでなく、近傍のどの領域に物体が存在するのかを検出する機能が望まれている。上述の特許文献2に開示された物体センサでは、多数の抵抗素子が設けられているため、どの位置に物体が接触したかを検出することができる。しかしながら、このセンサはあくまでも接触を検知するための触覚センサであるため、実際に物体が接触するまで、その存在を検知することはできない。特許文献3に開示されたタッチパネルも同様に、指などによりタッチが行われた位置を検出することを目的とする触覚センサである。   Since the object sensor disclosed in Patent Document 1 described above is for preventing the vehicle from being caught in the door, it is sufficient if it can be determined whether there is an object in the vicinity. However, an object sensor used by being mounted on a robot arm or the like is desired to have a function of detecting not only the presence or absence of an object existing in the vicinity but also in which area the object is present. In the object sensor disclosed in Patent Document 2 described above, since a large number of resistance elements are provided, it is possible to detect which position the object is in contact with. However, since this sensor is a tactile sensor for detecting contact only, its presence cannot be detected until an object actually contacts. Similarly, the touch panel disclosed in Patent Document 3 is also a tactile sensor for detecting a position where a touch is performed with a finger or the like.

今後は、人間社会のあらゆる分野にロボットが広く利用されてゆくものと予想され、ロボットが人に接触して危害を及ぼすような事態を避けるための安全措置が重要になる。上述の特許文献2および3に開示された触覚センサでは、ロボットアームが人に接触するまでは検出信号が得られないため、十分な安全策を講じることが困難である。ロボットに利用する物体センサには、ある程度の近傍に接近した物体を接触前に十分な感度をもって検知し、危険を予知できる機能が望まれている。   In the future, robots are expected to be widely used in all fields of human society, and safety measures will be important to avoid situations where robots come into contact with people and cause harm. In the tactile sensors disclosed in Patent Documents 2 and 3 described above, it is difficult to take sufficient safety measures because a detection signal cannot be obtained until the robot arm contacts a person. An object sensor used for a robot is desired to have a function that can detect an object approaching a certain degree of proximity with sufficient sensitivity before contact and predict a danger.

一方、上述の特許文献4に開示された物体センサでは、多数のマイクロセンサ素子によって電界もしくは磁界の変化を検出することにより、非接触状態で物体の検出が可能になる。しかしながら、個々のマイクロセンサ素子の構造が複雑になり、コストの高騰は避けられない。また、この物体センサは、そもそもタッチパネルへの利用を前提とした装置であるため、個々の検出素子を平面上に配置できれば足りる。このため、個々の検出素子が複雑な構造をもっていても問題は生じない。しかしながら、ロボットなどに装着する物体センサの場合、センサの装着面は、平面や単純な円柱面とは限らない。たとえば、ロボットの指先に取り付ける物体センサの場合、三次元の自由曲面に装着可能な構造が要求される。   On the other hand, in the object sensor disclosed in Patent Document 4 described above, an object can be detected in a non-contact state by detecting a change in an electric field or a magnetic field with a large number of microsensor elements. However, the structure of each microsensor element becomes complicated, and an increase in cost is inevitable. In addition, since this object sensor is an apparatus premised on use for a touch panel, it is only necessary to arrange individual detection elements on a plane. Therefore, no problem occurs even if each detection element has a complicated structure. However, in the case of an object sensor mounted on a robot or the like, the sensor mounting surface is not necessarily a flat surface or a simple cylindrical surface. For example, in the case of an object sensor attached to the fingertip of a robot, a structure that can be mounted on a three-dimensional free-form surface is required.

そこで本発明は、単純な構造でありながら、近傍に位置する対象物の位置を非接触状態でも十分な感度をもって検出することが可能な物体センサを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an object sensor that can detect the position of an object located in the vicinity with sufficient sensitivity even in a non-contact state while having a simple structure.

(1) 本発明の第1の態様は、近傍に存在する対象物の位置を検出する物体センサにおいて、
所定の検出面を支持する支持体と、
この検出面上に定義された複数N個の検出点の近傍にそれぞれ配置された合計N組の容量素子と、
これらN組の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物の位置を検出する位置検出手段と、
を設け、
容量素子のそれぞれは、検出点に配置された中央電極と、この中央電極を取り囲むように配置された周囲電極と、を有し、中央電極および周囲電極は、支持体によって支持されているようにし、
位置検出手段は、各容量素子について中央電極と周囲電極との間の静電容量値を測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値に基づいて、対象物の位置を特定する位置特定部と、を有するようにしたものである。
(1) A first aspect of the present invention is an object sensor for detecting the position of an object existing in the vicinity.
A support that supports a predetermined detection surface;
A total of N sets of capacitive elements respectively disposed in the vicinity of a plurality of N detection points defined on the detection surface;
Position detecting means for detecting the position of the object based on the capacitance values of the N sets of capacitive elements;
Provided,
Each of the capacitive elements has a central electrode disposed at the detection point and a peripheral electrode disposed so as to surround the central electrode, and the central electrode and the peripheral electrode are supported by the support. ,
The position detection means specifies the position of the object based on each capacitance value measured by the capacitance value measurement unit that measures the capacitance value between the central electrode and the surrounding electrode for each capacitance element. And a position specifying unit.

(2) 本発明の第2の態様は、上述した第1の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上の所定の配置軸上にN個の検出点が並んで定義されており、N組の容量素子が配置軸に沿った一次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、配置軸に沿った一次元方向の位置を特定するようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the object sensor according to the first aspect described above,
N detection points are defined side by side on a predetermined arrangement axis on the detection surface, and N sets of capacitive elements constitute a one-dimensional array along the arrangement axis,
The position specifying unit specifies a position in a one-dimensional direction along the arrangement axis for the object.

(3) 本発明の第3の態様は、上述した第1の態様に係る物体センサにおいて、
検出面上に配置された二次元格子の各格子点の位置に検出点が定義されており、
N組の容量素子がこの二次元格子に応じた二次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、この二次元格子に応じた二次元方向の位置を特定するようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the object sensor according to the first aspect described above,
Detection points are defined at the positions of each grid point of the two-dimensional grid placed on the detection surface,
N sets of capacitive elements constitute a two-dimensional array corresponding to the two-dimensional lattice,
The position specifying unit specifies the position in the two-dimensional direction corresponding to the two-dimensional lattice for the object.

(4) 本発明の第4の態様は、上述した第3の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定部が、所定のしきい値Ct以上の静電容量値が測定された容量素子を有意素子と判定し、有意素子が配置された検出点を含む検出面上の領域を有意領域と認識し、検出面上での有意領域の位置を対象物の二次元平面上の位置として出力するようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the object sensor according to the third aspect described above,
The position specifying unit determines that a capacitive element having a capacitance value equal to or greater than a predetermined threshold Ct is a significant element, and recognizes a region on the detection surface including a detection point where the significant element is disposed as a significant region. The position of the significant region on the detection surface is output as the position of the object on the two-dimensional plane.

(5) 本発明の第5の態様は、上述した第4の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定部が、有意領域の面積の値を、特定の対象物の検出面からの高さを示す情報として出力するようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the object sensor according to the fourth aspect described above,
The position specifying unit outputs the value of the area of the significant region as information indicating the height of the specific object from the detection surface.

(6) 本発明の第6の態様は、上述した第4の態様に係る物体センサにおいて、
位置特定部が、有意領域の面積の値を、検出面から特定の高さ位置に存在する対象物の大きさを示す情報として出力するようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the object sensor according to the fourth aspect described above,
The position specifying unit outputs the value of the area of the significant region as information indicating the size of the object existing at a specific height position from the detection surface.

(7) 本発明の第7の態様は、上述した第3〜第6の態様に係る物体センサにおいて、
XYZ三次元直交座標系におけるXY平面に含まれる検出面上に、X軸に平行なI本の横方向格子線とY軸に平行なJ本の縦方向格子線とが定義され、これら格子線の各交点位置に合計N個の格子点がI行J列の行列として定義されており、
同一の横方向格子線に沿って並んだJ個の周囲電極が当該横方向格子線に沿った横方向配線層によって相互に接続されており、同一の縦方向格子線に沿って並んだI個の中央電極が当該縦方向格子線に沿った縦方向配線層によって相互に接続されているようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the object sensor according to the third to sixth aspects described above,
On the detection surface included in the XY plane in the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, I horizontal grid lines parallel to the X axis and J vertical grid lines parallel to the Y axis are defined. A total of N lattice points are defined as a matrix of I rows and J columns at each intersection position of
J peripheral electrodes arranged along the same horizontal grid line are connected to each other by a horizontal wiring layer along the horizontal grid line, and I pieces arranged along the same vertical grid line. These central electrodes are connected to each other by a vertical wiring layer along the vertical grid lines.

(8) 本発明の第8の態様は、上述した第7の態様に係る物体センサにおいて、
容量値測定部が、
第i番目(1≦i≦I)の横方向配線層と第j番目(1≦j≦J)の縦方向配線層とを選択する切替スイッチと、
選択された第i番目の横方向配線層と第j番目の縦方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、第i行第j列に位置する検出点に配置された容量素子の静電容量値を求める測定回路と、
を有し、切替スイッチによって選択対象を切り替えることにより、任意の検出点に配置された容量素子の静電容量値を得るようにしたものである。
(8) An eighth aspect of the present invention is the object sensor according to the seventh aspect described above,
The capacitance value measurement unit
A selector switch for selecting an i-th (1 ≦ i ≦ I) horizontal wiring layer and a j-th (1 ≦ j ≦ J) vertical wiring layer;
Capacitance arranged at the detection point located in the i-th row and j-th column by measuring the capacitance value between the selected i-th lateral wiring layer and j-th vertical wiring layer A measurement circuit for determining the capacitance value of the element;
The capacitance value of the capacitive element arranged at an arbitrary detection point is obtained by switching the selection target with the changeover switch.

(9) 本発明の第9の態様は、上述した第1〜第8の態様に係る物体センサにおいて、
支持体の上面に第1の絶縁層が形成され、この第1の絶縁層の上面に第2の絶縁層が形成されており、第1の絶縁層および第2の絶縁層のうちの一方を主絶縁層、他方を副絶縁層と呼んだ場合に、
中央電極と、周囲電極と、周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、主絶縁層に埋め込まれており、
中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層が、副絶縁層に埋め込まれており、
中央電極と中央電極配線層との間に、主絶縁層と副絶縁層との境界面を貫通する層間配線層が形成されているようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the object sensor according to the first to eighth aspects described above,
A first insulating layer is formed on the upper surface of the support, a second insulating layer is formed on the upper surface of the first insulating layer, and one of the first insulating layer and the second insulating layer is When we call the main insulation layer and the other is the sub insulation layer,
A central electrode, a peripheral electrode, and a peripheral electrode wiring layer for electrically connecting the peripheral electrode to the capacitance measuring unit are embedded in the main insulating layer,
A central electrode wiring layer for electrically connecting the central electrode to the capacitance measuring unit is embedded in the sub-insulating layer,
An interlayer wiring layer penetrating the boundary surface between the main insulating layer and the sub insulating layer is formed between the central electrode and the central electrode wiring layer.

(10) 本発明の第10の態様は、上述した第1〜第8の態様に係る物体センサにおいて、
支持体の上面に第1の絶縁層が形成され、この第1の絶縁層の上面に第2の絶縁層が形成されており、第1の絶縁層および第2の絶縁層のうちの一方を中央電極形成層、他方を周囲電極形成層と呼んだ場合に、
中央電極と、この中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層とが、中央電極形成層に埋め込まれており、
周囲電極と、この周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、周囲電極形成層に埋め込まれているようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the object sensor according to the first to eighth aspects described above,
A first insulating layer is formed on the upper surface of the support, a second insulating layer is formed on the upper surface of the first insulating layer, and one of the first insulating layer and the second insulating layer is When the central electrode forming layer is called the surrounding electrode forming layer,
A central electrode and a central electrode wiring layer for electrically connecting the central electrode to the capacitance value measuring unit are embedded in the central electrode forming layer,
The surrounding electrode and the surrounding electrode wiring layer for electrically connecting the surrounding electrode to the capacitance value measuring unit are embedded in the surrounding electrode forming layer.

(11) 本発明の第11の態様は、上述した第1〜第10の態様に係る物体センサにおいて、
中央電極が、検出点を中心として配置された円盤状の電極であり、周囲電極が、中央電極を取り囲むように配置された円環状の電極であるようにしたものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the object sensor according to the first to tenth aspects described above,
The central electrode is a disc-shaped electrode arranged around the detection point, and the surrounding electrode is an annular electrode arranged so as to surround the central electrode.

(12) 本発明の第12の態様は、上述した第1〜第10の態様に係る物体センサにおいて、
中央電極が、検出点を中心として配置された円盤状の電極であり、周囲電極が、中央電極を取り囲むように配置され、一部に切り欠き部を有する不完全円環状の電極であるようにしたものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the object sensor according to the first to tenth aspects described above,
The center electrode is a disc-shaped electrode arranged around the detection point, and the peripheral electrode is arranged so as to surround the center electrode, and is an incomplete annular electrode having a notch in part. It is a thing.

(13) 本発明の第13の態様は、上述した第1〜第12の態様に係る物体センサにおいて、
支持体が平板状の構造体からなり、当該構造体における容量素子の形成されていない領域に、当該構造体の厚みを貫通する開口部が設けられており、当該構造体全体が変形を生じるように構成したものである。
(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the object sensor according to the first to twelfth aspects described above,
The support is composed of a flat structure, and an opening that penetrates the thickness of the structure is provided in a region of the structure where no capacitive element is formed, so that the entire structure is deformed. It is configured.

(14) 本発明の第14の態様は、上述した第1〜第13の態様に係る物体センサにおいて、
各電極が、支持体の上面に直接もしくは別な絶縁層を介して間接的に形成されており、更に、各電極の上面が絶縁層によって被覆されているようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the object sensor according to the first to thirteenth aspects described above,
Each electrode is formed directly on the upper surface of the support or indirectly through another insulating layer, and further, the upper surface of each electrode is covered with the insulating layer.

本発明の物体センサでは、検出面上に配置された複数の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物の位置を検出することができる。しかも、個々の容量素子は、中央電極とこれを取り囲む周囲電極とによって構成され、対象物が接近しただけで静電容量値に有意な変化が生じるため、近傍に位置する対象物の位置を、非接触状態でも十分な感度をもって検出することができる。   In the object sensor of the present invention, the position of the object can be detected based on the capacitance values of the plurality of capacitive elements arranged on the detection surface. Moreover, each capacitive element is composed of a central electrode and surrounding electrodes surrounding it, and a significant change occurs in the capacitance value just by approaching the object, so the position of the object located in the vicinity is Even a non-contact state can be detected with sufficient sensitivity.

対象物の位置を検出する従来の一般的な物体センサの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the conventional general object sensor which detects the position of a target object. 図1に示す物体センサに設けられている行方向電極および列方向電極の配置を示す上面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the row direction electrode and column direction electrode which are provided in the object sensor shown in FIG. 従来の物体センサの容量素子の構造(図(a) )と本発明に係る物体センサの容量素子の構造(図(b) )とを比較する平面図である(ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない)。FIG. 6 is a plan view comparing the structure of the capacitor element of the conventional object sensor (FIG. (A)) and the structure of the capacitor element of the object sensor according to the present invention (FIG. (B)) (hatching is the planar shape of the electrode portion) For the sake of clarity, not a cross section). 本発明の基本的実施形態に係る物体センサの構成を示す上面図である(ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない)。It is a top view which shows the structure of the object sensor which concerns on basic embodiment of this invention (hatching is for showing the planar shape of an electrode part clearly, and does not show a cross section). 従来の物体センサに用いられている容量素子の電極構成を示す上面図(図(a) :ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない)および側断面図(図(b) )である。Top view showing the electrode configuration of the capacitive element used in the conventional object sensor (Figure (a): The hatching is for clearly showing the planar shape of the electrode part, not the cross section) and It is a sectional side view (figure (b)). 本発明に係る物体センサに用いられている容量素子の電極構成を示す上面図(図(a) :ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない)および側断面図(図(b) )である。The top view which shows the electrode structure of the capacitive element used for the object sensor which concerns on this invention (FIG. (A): The hatching is for showing the planar shape of an electrode part clearly, and does not show a cross section. ) And a side sectional view (FIG. (B)). 図6に示す容量素子の上方に対象物Mが通過する状態を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a state in which an object M passes above the capacitive element shown in FIG. 6. 図6に示す容量素子の上方に対象物Mが通過する状態を示す側断面図である。FIG. 7 is a side cross-sectional view illustrating a state in which an object M passes above the capacitive element illustrated in FIG. 6. 図8に示す通過状態における容量素子の静電容量値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the electrostatic capacitance value of the capacitive element in the passage state shown in FIG. 図8に示す通過状態における容量素子の静電容量の発生原理を示す第1の側断面図である。It is a 1st sectional side view which shows the generation | occurrence | production principle of the electrostatic capacitance of the capacitive element in the passage state shown in FIG. 図8に示す通過状態における容量素子の静電容量の発生原理を示す第2の側断面図である。It is a 2nd sectional side view which shows the generation principle of the electrostatic capacitance of the capacitive element in the passage state shown in FIG. 3組の容量素子を並べた上面図およびその上方に対象物Mが通過する際の各容量素子の静電容量値の変化を示すグラフである(ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない)。It is the top view which arranged three sets of capacitive elements, and a graph which shows the change of the capacitance value of each capacitive element when the target object M passes above (hatching shows clearly the plane shape of an electrode part) And not a cross section). 本発明に係る物体センサにおいて、9行9列に配置された各容量素子の静電容量値の分布図である。In the object sensor according to the present invention, it is a distribution diagram of capacitance values of the capacitive elements arranged in 9 rows and 9 columns. 本発明に係る物体センサにおいて、各容量素子の静電容量値の分布に基づいて対象物の位置を特定する方法を示す三次元グラフである。In the object sensor which concerns on this invention, it is a three-dimensional graph which shows the method of pinpointing the position of a target object based on distribution of the electrostatic capacitance value of each capacitive element. 図13に示す分布図に基づいて対象物の位置を特定した第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example which specified the position of the target object based on the distribution map shown in FIG. 図13に示す分布図に基づいて対象物の位置を特定した第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example which specified the position of the target object based on the distribution map shown in FIG. 図4に示す基本的実施形態に配線を施した実施例の上面図(図(a) )およびこれを切断線17b−17bの位置で切断した状態を示す側断面図(図(b) )である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。FIG. 4 is a top view (FIG. (A)) of an example in which wiring is applied to the basic embodiment shown in FIG. 4 and a side sectional view (FIG. (B)) showing a state where this is cut at the position of the cutting line 17b-17b. is there. The hatching in the top view (a) is for clearly showing the electrode shape, not for showing the cross section. 図17に示す実施例に用いる位置検出手段50の一例を示す回路図(一部はブロック図)である。FIG. 18 is a circuit diagram (partially a block diagram) showing an example of position detecting means 50 used in the embodiment shown in FIG. 図18に示す回路を用いて各静電容量値を測定する際の切替動作を示す表である。It is a table | surface which shows the switching operation | movement at the time of measuring each electrostatic capacitance value using the circuit shown in FIG. 電極を二層構造とする実施例を実施する際の配線の工夫を示す上面図(図(a) )およびこれをXZ平面で切断した側断面図(図(b) )である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。They are a top view (FIG. (A)) which shows the device of the wiring at the time of implementing the Example which makes an electrode a two-layer structure, and a side sectional view (FIG. (B)) which cut | disconnected this by the XZ plane. The hatching in the top view (a) is for clearly showing the electrode shape, not for showing the cross section. 図20(b) に示す層構成を上下逆にした例を示す側断面図である。FIG. 21 is a side sectional view showing an example in which the layer configuration shown in FIG. 図4に示す基本的実施形態に、図20に示す配線の工夫を適用した実施例の上面図(図(a) )およびこれを切断線22b−22bの位置で切断した状態を示す側断面図(図(b) )である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。4 is a top view (FIG. (A)) of an example in which the device of the wiring shown in FIG. 20 is applied to the basic embodiment shown in FIG. 4, and a side sectional view showing the state cut at the cutting line 22b-22b. (Figure (b)). The hatching in the top view (a) is for clearly showing the electrode shape, not for showing the cross section. 図22に示す実施例に開口部を形成した変形例を示す上面図(図(a) )およびこれを切断線23b−23bの位置で切断した状態を示す側断面図(図(b) )である。上面図(a) のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。22 is a top view (FIG. (A)) showing a modification in which an opening is formed in the embodiment shown in FIG. 22 and a side sectional view (FIG. (B)) showing a state in which the opening is cut at the position of the cutting line 23b-23b. is there. The hatching in the top view (a) is for clearly showing the electrode shape, not for showing the cross section. 本発明に用いる中央電極および周囲電極のバリエーションを示す平面図である。ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。It is a top view which shows the variation of the center electrode and surrounding electrode which are used for this invention. Hatching is for clearly showing the electrode shape, not for showing a cross section. 中央電極に対する配線を周囲電極に形成された切り欠き部を利用して行う変形例を示す上面図である。ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。It is a top view which shows the modification which performs the wiring with respect to a center electrode using the notch formed in the surrounding electrode. Hatching is for clearly showing the electrode shape, not for showing a cross section.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1. 本発明で用いる容量素子の特徴 >>>
図1は、対象物の位置を検出する従来の一般的な物体センサの外観を示す斜視図である。ここに示す物体センサの場合、矩形をした板状の支持体10の上面が検出面Sを形成しており、その近傍に存在する対象物Mについて、検出面S上の二次元的な位置(図示の例の場合、検出面S上の検出点Pの位置)を検出する機能を有している。
<<< §1. Features of the capacitive element used in the present invention >>>
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a conventional general object sensor that detects the position of an object. In the case of the object sensor shown here, the upper surface of the rectangular plate-like support 10 forms the detection surface S, and the object M existing in the vicinity thereof has a two-dimensional position on the detection surface S ( In the case of the illustrated example, it has a function of detecting the position of the detection point P on the detection surface S).

スマートフォンやタブレット用の物体センサの場合、透明な基板からなる板状の支持体10が用いられ、この支持体10をディスプレイ画面上に配置することによりタッチパネルとして機能させることができる。この場合、ユーザの指やタッチペンが対象物Mとして検出され、検出点Pに対するユーザの入力操作の検出が可能になる。静電容量式のタッチパネルでは、検出面S上に多数の容量素子を配置し、個々の容量素子の静電容量値の変化を測定することにより、対象物Mの位置が検出される。   In the case of an object sensor for a smartphone or tablet, a plate-like support 10 made of a transparent substrate is used, and the support 10 can be made to function as a touch panel by being placed on a display screen. In this case, the user's finger or touch pen is detected as the object M, and the user's input operation on the detection point P can be detected. In the capacitive touch panel, a large number of capacitive elements are arranged on the detection surface S, and the position of the object M is detected by measuring the change in the capacitance value of each capacitive element.

図2は、前掲の特許文献3などに開示されているタッチパネルの容量素子の構成を示す上面図である。図示のとおり、このタッチパネルの場合、矩形をした板状の支持体10の上面に、多数の行方向電極Ex1,Ex2,Ex3,... と多数の列方向電極とEy1,Ey2,Ey3,... とが設けられている。しかも、両者は層間絶縁膜を介して立体的に交差するように配置されている。図示の例の場合、支持体10の上面(検出面S)に列方向電極Ey1,Ey2,Ey3,... が配置され、その上方に層間絶縁膜を介して行方向電極Ex1,Ex2,Ex3,... が配置されている。   FIG. 2 is a top view showing the configuration of the capacitive element of the touch panel disclosed in the above-mentioned Patent Document 3 and the like. As shown in the figure, in the case of this touch panel, a large number of row direction electrodes Ex1, Ex2, Ex3,..., A large number of column direction electrodes and Ey1, Ey2, Ey3,. .. are provided. Moreover, they are arranged so as to cross three-dimensionally via an interlayer insulating film. In the case of the illustrated example, column direction electrodes Ey1, Ey2, Ey3,... Are arranged on the upper surface (detection surface S) of the support 10, and the row direction electrodes Ex1, Ex2, Ex3 are disposed thereabove via an interlayer insulating film. , ... are arranged.

したがって、両者の立体交差部分には、行方向電極の一部分と列方向電極の一部分とによる局在容量素子が形成される。図示の例の場合、9本の行方向電極Ex1〜Ex9と9本の列方向電極Ey1〜Ey9とによって、合計81箇所に交差部分が形成され、81組の局在容量素子が形成されている。これら各局在容量素子の静電容量値は、特定の列方向電極と特定の行方向電極との間の静電容量値として、それぞれ個別に測定することができる。   Accordingly, a localized capacitance element is formed by a part of the row direction electrode and a part of the column direction electrode at the three-dimensional intersection. In the case of the illustrated example, nine row direction electrodes Ex1 to Ex9 and nine column direction electrodes Ey1 to Ey9 form intersections at a total of 81 locations, and 81 sets of localized capacitance elements are formed. . The capacitance value of each of these localized capacitance elements can be individually measured as a capacitance value between a specific column direction electrode and a specific row direction electrode.

たとえば、図2の上面図において、第i行目の行方向電極Exiと第j列目の列方向電極Eyjとの交差部分の中心に検出点Pijを定義した場合、この検出点Pijの近傍に局在容量素子Cijが形成される。この局在容量素子Cijの静電容量値を同じ符号Cijで表した場合、図示のとおり、列方向電極Eyjに接続された端子T1と行方向電極Exiに接続された端子T2との間の静電容量値として局在容量素子Cijの静電容量値Cijを測定することができる。   For example, in the top view of FIG. 2, when the detection point Pij is defined at the center of the intersection of the i-th row direction electrode Exi and the j-th column direction electrode Eyj, the detection point Pij is located near the detection point Pij. A localized capacitance element Cij is formed. When the electrostatic capacitance value of the localized capacitance element Cij is represented by the same symbol Cij, as shown in the drawing, the static capacitance between the terminal T1 connected to the column direction electrode Eyj and the terminal T2 connected to the row direction electrode Exi is shown. The capacitance value Cij of the localized capacitance element Cij can be measured as the capacitance value.

このように、細長い線状の電極からなる複数本の行方向電極と複数本の列方向電極とを組み合わせれば、その交差部分に局在容量素子を構成することができるため、単純な構造でありながら、検出面S上に多数の局在容量素子を高い密度で二次元的に配置することができる。このため、対象物Mの位置を高い分解能をもって検出することができる。したがって、この図2に示すような構造を有する従来の物体センサは、スマートフォンやタブレット用のタッチパネルとしての用途には、非常に適している。すなわち、細線からなる線状電極を縦横に高い密度で配置すれば、検出点Pijの二次元分布密度を高めることができ、検出面S上でユーザが指定する位置を正確に把握することができる。   In this way, when a plurality of row-direction electrodes composed of elongated linear electrodes and a plurality of column-direction electrodes are combined, a localized capacitance element can be formed at the intersection, so that the structure is simple. However, a large number of local capacitive elements can be two-dimensionally arranged on the detection surface S with high density. For this reason, the position of the object M can be detected with high resolution. Therefore, the conventional object sensor having the structure shown in FIG. 2 is very suitable for use as a touch panel for smartphones and tablets. That is, if linear electrodes made of fine lines are arranged at high density in the vertical and horizontal directions, the two-dimensional distribution density of the detection points Pij can be increased, and the position designated by the user on the detection surface S can be accurately grasped. .

しかしながら、この図2に示す従来の物体センサは、非接触状態の対象物Mの位置を検出する用途にはあまり適していない。図1には、検出面S上の検出点Pから若干離れた位置に対象物Mが存在する例が示されている。このように、対象物Mが物体センサに対して非接触状態であった場合でも、理論的には、検出点Pに配置された局在容量素子の静電容量値に変化が生じるため、原理上、これを検出することは可能である。しかしながら、実際には、物体センサに対して非接触状態である対象物Mが、図2に示すような局在容量素子の静電容量値に与える影響は小さく、実用上は十分な感度をもった検出が困難である。   However, the conventional object sensor shown in FIG. 2 is not very suitable for use in detecting the position of the object M in a non-contact state. FIG. 1 shows an example in which the object M exists at a position slightly away from the detection point P on the detection surface S. In this way, even when the object M is in a non-contact state with respect to the object sensor, theoretically, the capacitance value of the localized capacitance element arranged at the detection point P changes. It is possible to detect this. However, in practice, the object M that is in a non-contact state with respect to the object sensor has a small influence on the capacitance value of the local capacitive element as shown in FIG. 2, and has sufficient sensitivity in practical use. Detection is difficult.

もちろん、スマートフォンやタブレット用のタッチパネルとしての一般的な用途では、ユーザは、対象物M(指やタッチペン)をタッチパネルの表面に接触させて位置の指定を行うため、非接触状態での検出感度が低くても問題は生じない。しかしながら、前述したように、ロボットなどに取り付ける物体センサの場合、安全性を確保するために、ある程度の近傍に接近した物体を接触前に十分な感度をもって検知し、危険を予知できる機能が望まれている。このような観点では、図2に示すような構造の物体センサをロボットに取り付けて用いるのは好ましくない。   Of course, in a general application as a touch panel for smartphones and tablets, the user designates the position by bringing the object M (finger or touch pen) into contact with the surface of the touch panel, so that the detection sensitivity in a non-contact state is high. Even if it is low, no problem occurs. However, as described above, in the case of an object sensor attached to a robot or the like, in order to ensure safety, a function capable of detecting an object approaching a certain degree of proximity with sufficient sensitivity before contact and predicting danger is desired. ing. From such a viewpoint, it is not preferable to use an object sensor having a structure as shown in FIG.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、単純な構造でありながら、近傍に位置する対象物の位置を非接触状態でも十分な感度をもって検出することが可能な物体センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and has a simple structure, but can detect the position of an object located in the vicinity with sufficient sensitivity even in a non-contact state. An object is to provide a sensor.

本発明の特徴は、検出面S上に配置する容量素子の固有の構造にある。図3は、図2に例示した従来の物体センサの容量素子の構造(図(a) )と本発明に係る物体センサの容量素子の構造(図(b) )とを比較する平面図である。なお、図3におけるハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。また、この図3では、説明の便宜上、1組の容量素子の近傍領域(ここでは、検出領域Aと呼ぶ)のみを図示するが、実際の物体センサでは、検出面S上に、このような検出領域Aが複数組隣接して配置されることになる。   The feature of the present invention lies in the unique structure of the capacitive element disposed on the detection surface S. FIG. 3 is a plan view comparing the structure (FIG. (A)) of the conventional capacitive element of the object sensor illustrated in FIG. 2 and the structure (FIG. (B)) of the capacitive element of the object sensor according to the present invention. . In addition, the hatching in FIG. 3 is for showing the planar shape of an electrode part clearly, and does not show a cross section. Further, in FIG. 3, for convenience of explanation, only the vicinity region (here, referred to as a detection region A) of one set of capacitive elements is illustrated. However, in an actual object sensor, such a region is arranged on the detection surface S. A plurality of detection areas A are arranged adjacent to each other.

図3(a) は、図2に示す物体センサにおける線状電極の交差部分を拡大した拡大平面図に相当し、1本の行方向電極Exと1本の列方向電極Eyとの交差部分が示されている。上述したとおり、行方向電極Exは層間絶縁膜を介して列方向電極Eyの上方に配置されている。この両電極Ex,Eyの立体交差部分の中心に検出点Pを定義すると、この検出点Pの近傍に1組の容量素子が形成されることになる。   FIG. 3A corresponds to an enlarged plan view in which the intersecting portion of the linear electrodes in the object sensor shown in FIG. 2 is enlarged, and the intersecting portion of one row direction electrode Ex and one column direction electrode Ey is shown. It is shown. As described above, the row direction electrode Ex is disposed above the column direction electrode Ey via the interlayer insulating film. When the detection point P is defined at the center of the solid intersection of the electrodes Ex and Ey, a set of capacitive elements is formed in the vicinity of the detection point P.

一方、図3(b) は、本発明に係る物体センサに用いられる1組の容量素子を示す平面図である。図3(a) と同様に、検出領域A内に検出点Pが定義され、その近傍に1組の容量素子が配置されているが、その構造は大きく異なっている。すなわち、本発明に用いられる容量素子は、検出点Pに配置された中央電極Ecと、この中央電極Ecを取り囲むように配置された周囲電極Epとを有している。より具体的には、図示の例の場合、中央電極Ecは、検出点Pを中心として配置された円盤状の電極によって構成され、周囲電極Epが、中央電極Ecを取り囲むように配置された円環状(ワッシャ状)の電極によって構成されている。   On the other hand, FIG. 3 (b) is a plan view showing a set of capacitive elements used in the object sensor according to the present invention. Similar to FIG. 3 (a), a detection point P is defined in the detection area A, and a set of capacitive elements are arranged in the vicinity thereof, but their structures are greatly different. That is, the capacitive element used in the present invention has a central electrode Ec disposed at the detection point P and a peripheral electrode Ep disposed so as to surround the central electrode Ec. More specifically, in the case of the illustrated example, the center electrode Ec is configured by a disk-shaped electrode disposed around the detection point P, and the peripheral electrode Ep is disposed so as to surround the center electrode Ec. An annular (washer-like) electrode is used.

図4は、本発明の基本的実施形態に係る物体センサの構成を示す上面図であり、支持体20上に、図3(b) に示す容量素子を9組配置したものである。この例の場合、正方形をした板状の支持体20は、縦横にそれぞれ3等分され、その上面には、3行3列に並べられた9組の検出領域A1〜A9(破線は、各領域の境界を示す)が定義されている。そして、この9組の検出領域A1〜A9のそれぞれに、図3(b) に示す容量素子が配置されている。なお、この図4においても、ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。   FIG. 4 is a top view showing the configuration of the object sensor according to the basic embodiment of the present invention, in which nine sets of the capacitive elements shown in FIG. 3B are arranged on the support 20. In the case of this example, the square plate-like support 20 is divided into three equal parts vertically and horizontally, and nine sets of detection areas A1 to A9 arranged in three rows and three columns on the upper surface (broken lines are each Indicating the boundary of the region). A capacitive element shown in FIG. 3B is arranged in each of the nine sets of detection areas A1 to A9. In FIG. 4 as well, hatching is for clearly showing the planar shape of the electrode portion, and does not show a cross section.

図示のとおり、各検出領域A1〜A9の中心には、それぞれ検出点P1〜P9が定義されており、各検出点P1〜P9を中心として、円盤状の各中央電極Ec1〜Ec9が配置され、それを取り囲むようにして、円環状(ワッシャ状)の各周囲電極Ep1〜Ep9が配置されている。   As shown in the figure, detection points P1 to P9 are defined at the centers of the detection areas A1 to A9, respectively, and the disk-shaped center electrodes Ec1 to Ec9 are arranged around the detection points P1 to P9. To surround it, annular (washer-like) peripheral electrodes Ep1 to Ep9 are arranged.

図5(a) は、図3(a) に示すタイプの従来型容量素子の電極構成を示す上面図であり、1つの検出領域A上に形成された1組の容量素子が示されている。ここでは、便宜上、検出点Pを原点としたXYZ三次元直交座標系が定義されており、図の右方向がX軸、図の上方向がY軸、図の紙面垂直手前方向がZ軸である。正方形をした板状の支持体10の上面には、Y軸方向に伸びる列方向電極Eyが配置されており、その上方には、X軸方向に伸びる行方向電極Exが配置されている。この図5(a) でも、ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。   FIG. 5A is a top view showing the electrode configuration of the conventional capacitive element of the type shown in FIG. 3A, and shows a set of capacitive elements formed on one detection region A. FIG. . Here, for convenience, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system with the detection point P as the origin is defined. The right direction in the figure is the X axis, the upper direction in the figure is the Y axis, and the vertical direction in the drawing is the Z axis. is there. A column-direction electrode Ey extending in the Y-axis direction is disposed on the upper surface of the plate-like support 10 having a square shape, and a row-direction electrode Ex extending in the X-axis direction is disposed above the column-direction electrode Ey. Also in FIG. 5 (a), the hatching is for clearly showing the planar shape of the electrode portion, and does not show a cross section.

図5(b) は、図5(a) に示す構造をXZ平面で切断した側断面図であり、その層構造が明瞭に示されている。図示の例では、板状の支持体10の上面がXY平面に含まれる面となるように座標系が定義されており、検出点Pは、この座標系の原点になる。ここで、板状の支持体10の上面(XY平面)を検出面Sと呼ぶことにすると、列方向電極Eyは図5(b) に示すとおり、検出面S上に配置されている。一方、行方向電極Exは、列方向電極Eyと立体交差させる必要があるため、図示の例の場合、列方向電極Eyを覆うように第1の絶縁層11を形成し、その上面に行方向電極Exを形成し、更にこれを覆うように第2の絶縁層12を形成した構成を採っている。   FIG. 5 (b) is a side sectional view of the structure shown in FIG. 5 (a) cut along the XZ plane, and its layer structure is clearly shown. In the illustrated example, the coordinate system is defined such that the upper surface of the plate-like support 10 is a surface included in the XY plane, and the detection point P is the origin of this coordinate system. Here, if the upper surface (XY plane) of the plate-like support 10 is referred to as a detection surface S, the column direction electrode Ey is disposed on the detection surface S as shown in FIG. On the other hand, since the row direction electrode Ex must be three-dimensionally crossed with the column direction electrode Ey, in the illustrated example, the first insulating layer 11 is formed so as to cover the column direction electrode Ey, and the upper surface thereof is formed in the row direction. The electrode Ex is formed, and the second insulating layer 12 is formed so as to cover the electrode Ex.

このような構成を採ると、検出点P近傍の立体交差した重複領域(図5(a) の正方形の領域)において、行方向電極Exの一部分と列方向電極Eyの一部分とが向かい合い、局在容量素子が構成される。したがって、行方向電極Exと列方向電極Eyとの間の静電容量値を電気的に測定した場合、当該測定値は、この局在容量素子の静電容量値の支配を大きく受けることになり、第2の絶縁層12の表面に指やタッチペンなどの対象物Mが接触すると、当該測定値に有意な変動が生じる。   If such a configuration is adopted, in the overlapping region (a square region in FIG. 5A) in the vicinity of the detection point P, a part of the row direction electrode Ex and a part of the column direction electrode Ey face each other. A capacitive element is configured. Therefore, when the capacitance value between the row direction electrode Ex and the column direction electrode Ey is electrically measured, the measurement value is greatly influenced by the capacitance value of the localized capacitance element. When the object M such as a finger or a touch pen comes into contact with the surface of the second insulating layer 12, a significant change occurs in the measurement value.

一方、図6(a) は、図3(b) に示す本発明に係るタイプの容量素子の電極構成を示す上面図であり、やはり1つの検出領域A上に形成された1組の容量素子が示されている。ここでも、便宜上、検出点Pを原点としたXYZ三次元座標系が定義されており、図の右方向がX軸、図の上方向がY軸、図の紙面垂直手前方向がZ軸である。正方形をした板状の支持体20の上面には、中央電極Ecと周囲電極Epとが配置されている。この図6(a) でも、ハッチングは、電極部分の平面形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すものではない。   On the other hand, FIG. 6 (a) is a top view showing the electrode configuration of the capacitive element of the type shown in FIG. 3 (b), which is also a set of capacitive elements formed on one detection region A. FIG. It is shown. Also here, for convenience, an XYZ three-dimensional coordinate system with the detection point P as the origin is defined, the right direction in the figure is the X axis, the upward direction in the figure is the Y axis, and the front direction perpendicular to the drawing is the Z axis. . A central electrode Ec and a peripheral electrode Ep are arranged on the upper surface of the square plate-like support 20. Also in FIG. 6 (a), the hatching is for clearly showing the planar shape of the electrode portion, and does not show a cross section.

図6(b) は、図6(a) に示す構造をXZ平面で切断した側断面図である。やはり板状の支持体20の上面がXY平面に含まれる面となるように座標系が定義されており、検出点Pは、この座標系の原点になる。なお、図におけるEp(L),Ep(R)は、周囲電極Epの左側部分の断面および右側部分の断面を示している。   FIG. 6B is a side sectional view of the structure shown in FIG. 6A taken along the XZ plane. The coordinate system is defined so that the upper surface of the plate-like support 20 is a plane included in the XY plane, and the detection point P is the origin of this coordinate system. Note that Ep (L) and Ep (R) in the drawing indicate the cross section of the left portion and the right portion of the peripheral electrode Ep.

本発明に係る構造の容量素子を用いた場合、周囲電極Epは中央電極Ecの周囲を取り囲む電極であるため、両電極を立体交差させる必要はない。したがって、両電極は同一平面上に配置されている。すなわち、板状の支持体20の上面(XY平面)を検出面Sと呼ぶことにすると、中央電極Ecは、検出点Pが中心点となるように検出面S上に配置されており、周囲電極Epは、これを取り囲むように、やはり検出点Pが中心点となるように検出面S上に配置されている。   When the capacitive element having the structure according to the present invention is used, the peripheral electrode Ep is an electrode surrounding the periphery of the central electrode Ec, and therefore it is not necessary to make the electrodes cross three-dimensionally. Therefore, both electrodes are arranged on the same plane. That is, when the upper surface (XY plane) of the plate-like support 20 is referred to as a detection surface S, the central electrode Ec is disposed on the detection surface S so that the detection point P becomes the center point, The electrode Ep is disposed on the detection surface S so as to surround the electrode Ep so that the detection point P becomes the center point.

結局、中央電極Ecおよび周囲電極Epは、いずれも検出点Pを通り検出面Sに直交する軸(図示の例の場合はZ軸)を中心軸とするように配置された回転対称体となっており、両者は同心配置されていることになる。なお、図示の例の場合、中央電極Ecおよび周囲電極Epを含む検出面Sの全面を覆うように、絶縁膜21が形成されている。この絶縁膜21は、中央電極Ecおよび周囲電極Epに対する保護膜として機能する。   Eventually, both the center electrode Ec and the surrounding electrode Ep are rotationally symmetric bodies arranged so as to have an axis passing through the detection point P and orthogonal to the detection surface S (Z axis in the illustrated example) as the central axis. Both are arranged concentrically. In the case of the illustrated example, the insulating film 21 is formed so as to cover the entire detection surface S including the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep. The insulating film 21 functions as a protective film for the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep.

この図6(b) の側断面図に示すように、本発明に係る構造の容量素子を採用すると、中央電極Ecおよび周囲電極Epを同一の検出面S上に配置することができるので、図4に示す基本的実施形態の場合も、9組の中央電極Ec1〜Ec9と9組の周囲電極Ep1〜Ep9とは、同一の検出面S(たとえば、支持体20の上面)に配置することが可能である。同一平面上に隣接配置された一対の平板電極からなる容量素子についての静電容量値の変動については、後の§2で詳述する。   As shown in the side sectional view of FIG. 6B, when the capacitive element having the structure according to the present invention is employed, the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep can be arranged on the same detection surface S. Also in the case of the basic embodiment shown in FIG. 4, the nine sets of central electrodes Ec1 to Ec9 and the nine sets of peripheral electrodes Ep1 to Ep9 can be arranged on the same detection surface S (for example, the upper surface of the support 20). Is possible. The variation in the capacitance value of the capacitive element composed of a pair of flat plate electrodes arranged adjacent to each other on the same plane will be described in detail in Section 2 below.

結局、図4に示す物体センサは、近傍に存在する対象物Mの位置を検出する機能を有する物体センサであり、所定の検出面Sを支持する支持体20と、この検出面S上に定義された複数N個の検出点P1〜PN(図示の例の場合、N=9)の近傍にそれぞれ配置された合計N組の容量素子と、これらN組の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物Mの位置を検出する位置検出手段(後述)と、を備えていることになる。   After all, the object sensor shown in FIG. 4 is an object sensor having a function of detecting the position of the object M existing in the vicinity, and the support 20 that supports the predetermined detection surface S and the definition on the detection surface S are defined. A total of N capacitive elements respectively arranged in the vicinity of the plurality of N detection points P1 to PN (N = 9 in the illustrated example), and the capacitance values of these N capacitive elements Based on this, position detecting means (described later) for detecting the position of the object M is provided.

ここで、N組の容量素子のそれぞれは、図3(b) に示すように、検出点Pに配置された中央電極Ecと、この中央電極Ecを取り囲むように配置された周囲電極Epと、を有しており、中央電極Ecおよび周囲電極Epは、いずれも板状の支持体20によって支持されている。   Here, as shown in FIG. 3B, each of the N sets of capacitive elements includes a central electrode Ec arranged at the detection point P, a peripheral electrode Ep arranged so as to surround the central electrode Ec, The center electrode Ec and the peripheral electrode Ep are both supported by the plate-like support 20.

一方、位置検出手段は、N組の各容量素子について、中央電極Ecと周囲電極Epとの間の静電容量値Cを測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値Cに基づいて、対象物Mの位置を特定する位置特定部と、を有している。この位置特定部による具体的な位置特定方法については、後の§3で詳述する。   On the other hand, the position detection means includes, for each of the N sets of capacitance elements, a capacitance value measurement unit that measures the capacitance value C between the central electrode Ec and the surrounding electrode Ep, and the measured capacitance values C. And a position specifying unit for specifying the position of the object M. A specific position specifying method by the position specifying unit will be described in detail in Section 3 below.

図4に示す例では、検出面S上に配置された二次元格子の各格子点(3行3列に並んだ格子点)の位置に検出点P1〜P9が定義されており、9組の容量素子がこの二次元格子に応じた二次元配列を構成している。したがって、この物体センサは、近傍に存在する対象物Mについて、この二次元格子に応じた二次元方向の位置(図4における左右方向および上下方向)を特定することが可能な二次元センサとして機能する。   In the example shown in FIG. 4, detection points P1 to P9 are defined at the positions of the respective grid points (grid points arranged in 3 rows and 3 columns) of the two-dimensional grid arranged on the detection surface S, and The capacitive elements constitute a two-dimensional array corresponding to the two-dimensional lattice. Therefore, this object sensor functions as a two-dimensional sensor capable of specifying a position in the two-dimensional direction corresponding to the two-dimensional lattice (the horizontal direction and the vertical direction in FIG. 4) for the object M present in the vicinity. To do.

もちろん、検出面S上の所定の配置軸上に並ぶようにN個の検出点を定義し、N組の容量素子がこの配置軸に沿った一次元配列を構成するようにすれば、近傍に存在する対象物Mについて、この配置軸に応じた一次元方向の位置を特定することが可能な一次元センサを構成することもできる。   Of course, if N detection points are defined so as to be aligned on a predetermined arrangement axis on the detection surface S, and N sets of capacitive elements form a one-dimensional array along the arrangement axis, the detection points S A one-dimensional sensor capable of specifying a position in a one-dimensional direction corresponding to the arrangement axis for the existing object M can also be configured.

<<< §2. 本発明における静電容量値の変動 >>>
ここでは、本発明の特徴である中央電極Ecと周囲電極Epとによって構成される容量素子に対して、近傍に対象物Mが接近した場合に、どのような静電容量値の変動が生じるかについて説明する。
<<< §2. Variation of capacitance value in the present invention >>
Here, what kind of variation in the capacitance value occurs when the object M approaches the capacitive element constituted by the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep, which is a feature of the present invention. Will be described.

図7は、図6に示す容量素子の上方に対象物Mが通過する状態を示す斜視図である。なお、図7では、板状の支持体20の上面を被覆する絶縁膜21の図示は省略する。前述したとおり、支持体20の上面は、XYZ三次元直交座標系のXY平面に含まれ、検出面Sを構成する。この検出面Sの中心に定義された検出点Pが、当該座標系の原点になる。中央電極Ecは、検出点Pを中心として検出面S上に配置された円盤状の電極であり、周囲電極Epは、やはり検出点Pを中心として検出面S上に配置された円環状の電極である。   FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the object M passes above the capacitive element shown in FIG. In FIG. 7, illustration of the insulating film 21 covering the upper surface of the plate-like support 20 is omitted. As described above, the upper surface of the support 20 is included in the XY plane of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system and constitutes the detection surface S. A detection point P defined at the center of the detection surface S is the origin of the coordinate system. The center electrode Ec is a disc-shaped electrode disposed on the detection surface S with the detection point P as the center, and the peripheral electrode Ep is also an annular electrode disposed on the detection surface S with the detection point P as the center. It is.

いま、図示のとおり、X軸の上方に移動経路Gを定義する。この移動経路Gは、X軸をZ軸正方向に高さhだけ移動させた直線に相当する。そして、この移動経路Gに沿って、図の左側から右側に向かって対象物Mを移動させた場合に、中央電極Ecと周囲電極Epとの間の静電容量値Cがどのように変化するかを考えてみる。図8は、図7の状態をXZ平面で切断した側断面図である。図におけるEp(L),Ep(R)は、周囲電極Epの左側部分の断面および右側部分の断面であり、端子T1および端子T2は、それぞれ周囲電極Epおよび中央電極Ecに電気的に接続された測定用の端子である。なお、後述するように、各端子T1,T2やその配線は、実際には、支持体20の上面などに形成される。   Now, as shown in the figure, a movement path G is defined above the X axis. The movement path G corresponds to a straight line obtained by moving the X axis in the positive direction of the Z axis by a height h. Then, how the capacitance value C between the center electrode Ec and the surrounding electrode Ep changes when the object M is moved from the left side to the right side of the drawing along the movement path G. Think about it. FIG. 8 is a side sectional view of the state of FIG. 7 taken along the XZ plane. In the figure, Ep (L) and Ep (R) are the cross section of the left portion and the right portion of the peripheral electrode Ep, and the terminal T1 and the terminal T2 are electrically connected to the peripheral electrode Ep and the center electrode Ec, respectively. This is a measurement terminal. In addition, as will be described later, the terminals T1 and T2 and the wiring thereof are actually formed on the upper surface of the support 20 or the like.

ここでは、便宜上、対象物Mが中心点Qを有する金属球であるものとし、図示のとおり、中心点Qの位置が、移動経路Gに沿ってQ1→Q2→Q3と変化するように、対象物Mを移動させたものとしよう。図9は、このようにして、対象物Mが移動経路G上を移動したときの端子T1,T2間の静電容量値Cの変化を示すグラフである。グラフの横軸は、対象物Mの中心点QのX座標値であり、グラフの縦軸は、端子T1,T2間(すなわち、電極Ec,Ep間)の静電容量値Cである。図示のとおり、点Qが検出点Pの直上にあるとき(対象物Mが図8における中心点Q2の位置にあるとき)、静電容量値Cは最大値Cmaxをとり、点Qが検出点Pから離れるにしたがって、静電容量値Cは減少してゆく。   Here, for the sake of convenience, it is assumed that the object M is a metal sphere having a center point Q, and as shown in the figure, the position of the center point Q is changed along the movement path G from Q1 → Q2 → Q3. Let's assume that object M has been moved. FIG. 9 is a graph showing a change in the capacitance value C between the terminals T1 and T2 when the object M moves on the movement path G in this way. The horizontal axis of the graph is the X coordinate value of the center point Q of the object M, and the vertical axis of the graph is the capacitance value C between the terminals T1 and T2 (that is, between the electrodes Ec and Ep). As shown in the figure, when the point Q is immediately above the detection point P (when the object M is at the position of the center point Q2 in FIG. 8), the capacitance value C takes the maximum value Cmax, and the point Q is the detection point. As the distance from P increases, the capacitance value C decreases.

この図9に示すグラフは、横軸にX軸をとった一次元方向の位置に関するグラフであるが、図7に示すように、中央電極Ecおよび周囲電極Epによって構成される容量素子は、検出点Pを通るZ軸を中心軸とした回転対称体をなしている。したがって、この図9に示すグラフを検出点Pを通る破線を中心軸として回転させれば、XY平面上の二次元的な位置に関する静電容量値Cを示す立体グラフを得ることができる。当該立体グラフは、検出点Pの位置を頂上とする山状のグラフになる。   The graph shown in FIG. 9 is a graph related to the position in the one-dimensional direction with the X axis as the horizontal axis. As shown in FIG. 7, the capacitive element constituted by the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep is detected. A rotationally symmetric body with the Z axis passing through the point P as the central axis is formed. Therefore, if the graph shown in FIG. 9 is rotated with the broken line passing through the detection point P as the central axis, a three-dimensional graph showing the capacitance value C regarding the two-dimensional position on the XY plane can be obtained. The three-dimensional graph is a mountain-shaped graph with the position of the detection point P at the top.

続いて、この図9に示すようなグラフが得られる理由を説明する。ここでは、まず、図10に示すような単純なモデルを考えてみる。図10は、板状の支持体20の上面に配置された電極E1,E2からなる容量素子における静電容量の発生原理を示す側断面図である。図10(a) は、対象物Mが存在しない状態(この容量素子から十分に離れている状態)において、両電極E1,E2間に電圧を印加した場合に生じる電気力線のイメージを示している。電極E1,E2は、いずれも平板状の導電層(たとえば、金属層)によって構成され、図示のとおり、支持体20の上面に並んで配置されている。このため、両電極E1,E2の対向面は、図に太線で示す側面部分ということになり、これら側面間に多くの電気力線(図には、破線で示す)が描かれることになる。ただ、電極E1,E2の上面や下面間にも、多少の電気力線が描かれる。   Next, the reason why the graph as shown in FIG. 9 is obtained will be described. Here, first, consider a simple model as shown in FIG. FIG. 10 is a side sectional view showing the principle of generation of capacitance in the capacitive element composed of the electrodes E1 and E2 arranged on the upper surface of the plate-like support 20. FIG. 10 (a) shows an image of lines of electric force generated when a voltage is applied between the electrodes E1 and E2 in a state where the object M does not exist (a state where the object M is sufficiently away from the capacitive element). Yes. The electrodes E1 and E2 are both constituted by a flat conductive layer (for example, a metal layer), and are arranged side by side on the upper surface of the support 20 as shown. For this reason, the opposing surfaces of both electrodes E1, E2 are side portions indicated by bold lines in the figure, and many lines of electric force (indicated by broken lines in the figure) are drawn between these side faces. However, some lines of electric force are drawn between the upper and lower surfaces of the electrodes E1 and E2.

したがって、この一対の電極E1,E2を容量素子Cとして把握した場合、容量素子Cを構成する一対の電極の対向面は、図に太線で示す側面部分であるため、静電容量値Cは比較的小さい値をとる。図9のグラフの両端における静電容量値Cが0に近い値になっているのは、一対の電極E1,E2のみでは、小さな静電容量値Cしか得られないためである。グラフの縦軸に示す値C0は、両電極E1,E2間に存在する既存容量の値であり、図10(a) に示すように、対象物Mが存在しない場合において、この容量素子が本来保有する静電容量値に対応する。   Therefore, when this pair of electrodes E1 and E2 is grasped as the capacitive element C, the opposing surfaces of the pair of electrodes constituting the capacitive element C are side portions indicated by bold lines in the figure, and therefore the capacitance value C is compared. Take a small value. The reason why the capacitance value C at both ends of the graph of FIG. 9 is close to 0 is that only a small capacitance value C can be obtained with only the pair of electrodes E1 and E2. The value C0 shown on the vertical axis of the graph is the value of the existing capacitance existing between the electrodes E1 and E2, and as shown in FIG. Corresponds to the capacitance value held.

一方、図10(b) は、一対の電極E1,E2間の上方空間に対象物Mが存在する状態において、両電極E1,E2間に電圧を印加した場合に生じる電気力線のイメージを示している。図10(a) と同様に、両電極E1,E2の対向する側面部分に電気力線が描かれることになるが、それだけではなく、電極E1と対象物Mの対向面および電極E2と対象物Mの対向面(図では、その一部を太線で示す)の間にも電気力線が描かれることになる。これは、導電性材料からなる対象物Mの表面が、電極E1,E2に対する対向電極として機能するためである。   On the other hand, FIG. 10B shows an image of lines of electric force generated when a voltage is applied between the electrodes E1 and E2 in a state where the object M exists in the upper space between the pair of electrodes E1 and E2. ing. Similarly to FIG. 10 (a), lines of electric force are drawn on the opposing side surfaces of both electrodes E1 and E2, but not only that, the opposing surfaces of electrode E1 and object M, and electrode E2 and object. Electric lines of force are also drawn between the opposing surfaces of M (partially indicated by bold lines in the figure). This is because the surface of the object M made of a conductive material functions as a counter electrode for the electrodes E1 and E2.

結局、図10(a) に示すように対象物Mが近傍に存在しない場合は、端子T1,T2間の静電容量値Cは、専ら電極E1とE2との間の既存容量によって定まることになるのに対して、図10(b) に示すように対象物Mが近傍に存在する場合は、端子T1,T2間の静電容量値Cは、電極E1とE2との間の既存容量に、対象物Mとの間に生じる左側付加容量Cleftおよび右側付加容量Cright を加えた値になる。   After all, as shown in FIG. 10 (a), when the object M does not exist in the vicinity, the capacitance value C between the terminals T1 and T2 is determined solely by the existing capacitance between the electrodes E1 and E2. On the other hand, when the object M exists in the vicinity as shown in FIG. 10 (b), the capacitance value C between the terminals T1 and T2 is equal to the existing capacitance between the electrodes E1 and E2. The left additional capacity Cleft and the right additional capacity Cright generated between the object M and the object M are added.

続いて、この図10に示す単純なモデルで生じる上記現象を踏まえて、図8に示す容量素子の上方の移動経路Gに沿って、金属球からなる対象物Mを移動させた場合に、当該容量素子の静電容量値がどのように変化するかを考えてみる。図11は、図8に示す通過状態における容量素子の静電容量の発生原理を示す側断面図である。   Subsequently, based on the above phenomenon that occurs in the simple model shown in FIG. 10, when the object M made of a metal sphere is moved along the movement path G above the capacitive element shown in FIG. Consider how the capacitance value of the capacitive element changes. FIG. 11 is a side sectional view showing the principle of generation of electrostatic capacitance of the capacitive element in the passing state shown in FIG.

まず、図11(a) に示すように、対象物Mの中心点Qが、周囲電極Epの外側上方に位置している場合に、両電極Ec,Ep間に電圧を印加すると、図に破線で示すような電気力線が生じる。すなわち、周囲電極の左側部分Ep(L)と対象物Mの対向面の間および中央電極Ecと対象物Mの対向面(斜めの位置に向い合う面)の間に電気力線が描かれることになる。もちろん、実際には、周囲電極の右側部分Ep(R)と対象物Mの対向面との間にも、若干の電気力線が描かれることになるが、極めて少ないため、図示は省略する。また、中央電極Ecの側面と周囲電極Epの側面との間にも、電気力線(対象物Mが存在しない場合にも生じる既存容量を発生させる電気力線)が描かれることになるが、ここでは図示は省略する(図11(b) ,(c) についても同様)。   First, as shown in FIG. 11 (a), when the center point Q of the object M is positioned outside and above the peripheral electrode Ep, when a voltage is applied between the electrodes Ec and Ep, Electric field lines as shown in FIG. That is, lines of electric force are drawn between the left side portion Ep (L) of the peripheral electrode and the facing surface of the object M and between the central electrode Ec and the facing surface of the object M (surface facing the oblique position). become. Of course, in practice, some electric lines of force are also drawn between the right portion Ep (R) of the surrounding electrode and the facing surface of the object M, but the illustration is omitted because it is extremely small. In addition, electric lines of force (electric lines of force that generate an existing capacity that occurs even when the object M does not exist) are drawn between the side surface of the central electrode Ec and the side surface of the surrounding electrode Ep. The illustration is omitted here (the same applies to FIGS. 11B and 11C).

続いて、図11(b) に示すように、対象物Mの中心点Qが、周囲電極Epと中央電極Ecとの中間位置の上方に位置している場合には、図に破線で示すような電気力線が生じる。すなわち、図11(a) の場合と同様に、周囲電極の左側部分Ep(L)と対象物Mの対向面の間および中央電極Ecと対象物Mの対向面の間に電気力線が描かれることになるが、対象物Mが、電極Ep(L),Ecの直上に位置しているため、電気力線の密度はより高まる。もちろん、実際には、周囲電極の右側部分Ep(R)と対象物Mの対向面との間にも、若干の電気力線が描かれることになるが、図示は省略する。   Subsequently, as shown in FIG. 11 (b), when the center point Q of the object M is located above the intermediate position between the peripheral electrode Ep and the center electrode Ec, as shown by a broken line in the figure. Electric field lines are generated. That is, as in the case of FIG. 11A, electric lines of force are drawn between the left portion Ep (L) of the surrounding electrode and the facing surface of the object M and between the central electrode Ec and the facing surface of the object M. However, since the object M is located immediately above the electrodes Ep (L) and Ec, the density of the electric lines of force is further increased. Of course, in practice, some electric lines of force are also drawn between the right portion Ep (R) of the surrounding electrode and the opposing surface of the object M, but the illustration is omitted.

そして、図11(c) に示すように、対象物Mの中心点Qが、検出点Pの直上に位置している場合には、図に破線で示すような電気力線が生じる。すなわち、周囲電極の左側部分Ep(L)と対象物Mの対向面の間、中央電極Ecと対象物Mの対向面の間、周囲電極の右側部分Ep(R)と対象物Mの対向面の間、のすべてについて、電気力線が描かれることになる。図11(c) は側断面図であるが、実際には、円環状の周囲電極Epの全上面と対象物Mの対向面の間、および、円盤状の中央電極Ecの全上面と対象物Mの対向面の間に電気力線が描かれることになり、電気力線の密度は最大になる。   Then, as shown in FIG. 11 (c), when the center point Q of the object M is located immediately above the detection point P, electric lines of force as shown by broken lines in the figure are generated. That is, between the left side portion Ep (L) of the surrounding electrode and the facing surface of the object M, between the central electrode Ec and the facing surface of the object M, the facing surface of the right side portion Ep (R) of the surrounding electrode and the object M Electric field lines will be drawn for all of the periods. FIG. 11 (c) is a side sectional view, but in practice, between the entire upper surface of the annular peripheral electrode Ep and the opposing surface of the object M, and the entire upper surface of the disk-shaped central electrode Ec and the object. Electric field lines will be drawn between the opposing surfaces of M, and the density of the electric field lines will be maximized.

このような理由から、図9のグラフに示すように、対象物Mが検出点Pの直上に位置したときに、得られる静電容量値は最大値Cmax になり、検出点Pから遠ざかるに従って、静電容量値は徐々に減少してゆくことになる。結局、容量素子の静電容量値Cの変動は、近傍に存在する対象物の検出点Pに対する位置(遠近)を示すパラメータになる。   For this reason, as shown in the graph of FIG. 9, when the object M is positioned immediately above the detection point P, the obtained capacitance value becomes the maximum value Cmax, and as the distance from the detection point P increases, The capacitance value gradually decreases. After all, the fluctuation of the capacitance value C of the capacitive element becomes a parameter indicating the position (far / near) of the object existing in the vicinity with respect to the detection point P.

したがって、図8に示す例のように、予め定められた移動経路G(高さhの経路)上を、予め定められた対象物Mが移動する場合に、図9のグラフに示すような静電容量値Cの変化が生じることがわかっていれば、両端子T1,T2間の静電容量値Cを測定することにより、対象物Mの位置を特定することが可能である。   Therefore, as shown in the example of FIG. 8, when the predetermined object M moves on the predetermined movement route G (the route of height h), the static as shown in the graph of FIG. If it is known that a change in the capacitance value C occurs, the position of the object M can be specified by measuring the capacitance value C between the terminals T1 and T2.

もっとも、図7に示すように、単一の容量素子のみを用いた場合、対象物Mの位置として、Z軸からの距離の情報しか認識することはできない。したがって、対象物Mが必ず移動経路G上を移動する場合であっても、YZ平面に対して左側に位置するのか(X座標値が負の領域)、右側に位置するのか(X座標値が正の領域)、を特定することはできない。また、対象物Mが移動経路G上ではなく、XY平面から高さhの位置に定義された平面(Z=hなる式で定義される平面)上を移動する場合は、Z軸からの距離は認識できるが、その方位を認識することはできない。   However, as shown in FIG. 7, when only a single capacitive element is used, only information on the distance from the Z axis can be recognized as the position of the object M. Therefore, even when the object M always moves on the movement path G, is it positioned on the left side with respect to the YZ plane (area where the X coordinate value is negative) or positioned on the right side (the X coordinate value is Positive area) cannot be specified. When the object M moves on the plane defined by the position of height h from the XY plane (the plane defined by the equation Z = h) instead of on the movement path G, the distance from the Z axis Can be recognized, but its orientation cannot be recognized.

もちろん、対象物Mが、任意の自由空間を移動する場合は、検出点Pとの距離の情報しか認識することができないので、三次元空間上での正確な位置を特定することはできない。そこで、本発明では、このような容量素子を検出面上に定義された複数N個の検出点の近傍にそれぞれ配置し、合計N組の容量素子の静電容量値に基づいて、対象物Mのより正確な位置を特定するようにしている。このような位置の特定を行うための具体的な方法は、§3で述べる。   Of course, when the object M moves in an arbitrary free space, only the information about the distance to the detection point P can be recognized, so that an accurate position in the three-dimensional space cannot be specified. Therefore, in the present invention, such a capacitive element is disposed in the vicinity of a plurality of N detection points defined on the detection surface, and the object M is based on the capacitance values of a total of N capacitive elements. I try to specify a more accurate location. A specific method for specifying such a position will be described in §3.

なお、上述の例は、対象物Mが金属球の例であるが、実際には、人間の指などを対象物Mとした場合にも、図11に示すような現象が生じる。これは、水分を含む指が誘電体の性質を呈するためと考えられる。したがって、実際には、完全な導体に限らず、様々な材質からなる対象物Mの接近により、図9のグラフに準じたグラフが得られることになる。ただ、グラフの正確な形状や静電容量値Cの絶対値は、対象物Mの形状、大きさ、材質によって変化し、また、移動経路Gの高さhによっても変化することになる。   In the above example, the object M is an example of a metal sphere, but actually, even when a human finger or the like is used as the object M, the phenomenon shown in FIG. 11 occurs. This is presumably because the finger containing moisture exhibits a dielectric property. Therefore, in practice, not only a perfect conductor but also a graph according to the graph of FIG. 9 is obtained by the approach of the object M made of various materials. However, the exact shape of the graph and the absolute value of the capacitance value C vary depending on the shape, size, and material of the object M, and also vary depending on the height h of the movement path G.

<<< §3. 本発明における対象物の位置特定方法 >>>
前述したとおり、図7に示すような1組の容量素子のみでは、静電容量値Cの変化に基づいて、「ある程度の大きさをもつ何らかの対象物がある程度の距離に接近している」という漠然とした検出を行うことは可能であるが、当該対象物の正確な位置を検出することはできない。しかしながら、このような容量素子を、検出面S上に複数N組配置すれば、これらN組の容量素子の静電容量値を相互に比較することにより、対象物Mの詳細な位置を特定することが可能になる。ここでは、このような位置を特定するための具体的な方法を説明する。
<<< §3. Method for specifying position of object in the present invention >>
As described above, with only one set of capacitive elements as shown in FIG. 7, based on the change in the capacitance value C, it is said that “some object having a certain size is approaching a certain distance”. Although vague detection can be performed, the exact position of the object cannot be detected. However, if a plurality of N capacitive elements are arranged on the detection surface S, the detailed position of the object M is specified by comparing the capacitance values of the N capacitive elements with each other. It becomes possible. Here, a specific method for specifying such a position will be described.

図12の中段は、上面に検出領域A1,A2,A3が定義された板状の支持体20に、3組の容量素子を配置した構造体の上面図であり、図12の上段は、当該構造体の上方を対象物Mが通過した場合の各容量素子の静電容量値の変化を示すグラフである。検出領域A1,A2,A3は、正方形状の領域であり、X軸方向に並んで配置されている。各検出領域A1,A2,A3の中心には、検出点P1,P2,P3が定義されており、これら検出点P1,P2,P3を中心として、それぞれ容量素子C1,C2,C3が配置されている。   The middle part of FIG. 12 is a top view of a structure in which three sets of capacitive elements are arranged on a plate-like support 20 having detection areas A1, A2, and A3 defined on the upper surface. The upper part of FIG. It is a graph which shows the change of the electrostatic capacitance value of each capacitive element when the target object M passes above a structure. The detection areas A1, A2, and A3 are square areas and are arranged side by side in the X-axis direction. Detection points P1, P2, and P3 are defined at the centers of the detection areas A1, A2, and A3. Capacitance elements C1, C2, and C3 are arranged around the detection points P1, P2, and P3, respectively. Yes.

ここで、各容量素子C1,C2,C3は、いずれも図7に示す構造を有する容量素子である。すなわち、容量素子C1は、中央電極Ec1と周囲電極Ep1とによって構成され、容量素子C2は、中央電極Ec2と周囲電極Ep2とによって構成され、容量素子C3は、中央電極Ec3と周囲電極Ep3とによって構成される。ここでは、各容量素子C1,C2,C3を構成する一対の電極間の静電容量値を、同じ符号を用いてC1,C2,C3と表すことにする。   Here, each of the capacitive elements C1, C2, and C3 is a capacitive element having the structure shown in FIG. That is, the capacitive element C1 is composed of the central electrode Ec1 and the peripheral electrode Ep1, the capacitive element C2 is composed of the central electrode Ec2 and the peripheral electrode Ep2, and the capacitive element C3 is composed of the central electrode Ec3 and the peripheral electrode Ep3. Composed. Here, the capacitance values between a pair of electrodes constituting each of the capacitive elements C1, C2, and C3 are represented as C1, C2, and C3 using the same reference numerals.

図示のとおり、検出点P1,P2,P3は、X軸上に等間隔で定義された点になっている。そこで、図7に示す例と同様に、X軸をZ軸正方向に高さhだけ移動させた直線として移動経路Gを定義し、この移動経路Gに沿って、図の左側から右側に向かって対象物Mを移動させた場合に、各静電容量値C1,C2,C3がどのように変動するかを考えてみる。図12の上段のグラフG1,G2,G3は、このような変動の様子を示している。グラフの横軸は、対象物Mの中心点QのX座標値であり、グラフの縦軸は、各静電容量値Cを示している。なお、縦軸の下端目盛は、各容量素子C1,C2,C3の既存容量値C0(対象物Mが存在しない場合の本来の静電容量値)を示している。   As shown in the figure, the detection points P1, P2, and P3 are points defined at equal intervals on the X axis. Therefore, as in the example shown in FIG. 7, the movement path G is defined as a straight line obtained by moving the X axis in the positive direction of the Z axis by the height h, and along the movement path G from the left side to the right side of the figure. Let us consider how the capacitance values C1, C2, and C3 change when the object M is moved. The upper graphs G1, G2, and G3 in FIG. 12 show such fluctuations. The horizontal axis of the graph represents the X coordinate value of the center point Q of the object M, and the vertical axis of the graph represents each capacitance value C. In addition, the lower end scale of the vertical axis indicates the existing capacitance value C0 of each of the capacitive elements C1, C2, and C3 (original capacitance value when the object M does not exist).

各静電容量値C1,C2,C3の変動が、グラフG1,G2,G3のようになることは、図8に示す容量素子の静電容量値Cの変動が、図9のようなグラフになることを踏まえれば、容易に理解できよう。このようなグラフG1,G2,G3が得られることを考慮すれば、3組の静電容量値C1,C2,C3に基づいて、対象物Mのおおよその位置を特定できることがわかる。   The fluctuations of the capacitance values C1, C2, and C3 are as shown in the graphs G1, G2, and G3. The fluctuation of the capacitance value C of the capacitive element shown in FIG. This makes it easy to understand. Considering that such graphs G1, G2, and G3 are obtained, it can be seen that the approximate position of the object M can be identified based on the three sets of capacitance values C1, C2, and C3.

たとえば、移動経路G上のX座標値ξを示す位置に対象物Mの中心点Qが位置していた場合は、図示のとおり、各容量素子C1,C2,C3の静電容量値は、それぞれC1=ξ1,C2=ξ2,C3=ξ3になる。したがって、対象物MがX軸上方の高さhの位置に定義された移動経路Gを移動するという前提であれば、3組の測定値ξ1,ξ2,ξ3を求めることにより、対象物Mの中心点Qの位置を、この移動経路G上のX座標値ξを示す地点と特定することができる。   For example, when the center point Q of the object M is located at the position indicating the X coordinate value ξ on the movement route G, the capacitance values of the capacitive elements C1, C2, C3 are respectively as shown in the figure. C1 = ξ1, C2 = ξ2, C3 = ξ3. Therefore, if it is assumed that the object M moves along the moving path G defined at the position of the height h above the X axis, three sets of measurement values ξ1, ξ2, and ξ3 are obtained to obtain the object M The position of the center point Q can be specified as the point indicating the X coordinate value ξ on the movement route G.

仮に、移動経路Gの高さhが任意に変動したり、対象物Mの大きさが任意に変動したりする場合であっても、ξ2>ξ1>ξ3との関係が得られれば、対象物Mのおおよその位置として「検出点P1とP2との間の地点の上方」という情報を得ることができる。図12に示す実施例は、3組の容量素子をX軸に沿って一次元配列した例であるが、図4に示す実施例のように、容量素子を二次元配列すれば、対象物Mの二次元的な位置を特定することが可能になる。   Even if the height h of the movement path G is arbitrarily changed or the size of the object M is arbitrarily changed, if the relation of ξ2> ξ1> ξ3 is obtained, the object As an approximate position of M, information “above the point between the detection points P1 and P2” can be obtained. The embodiment shown in FIG. 12 is an example in which three sets of capacitive elements are arranged one-dimensionally along the X axis. However, if the capacitive elements are arranged two-dimensionally as in the embodiment shown in FIG. It becomes possible to specify the two-dimensional position.

以下、9行9列に配置した81組の容量素子を用いた実施例について、対象物Mの二次元的な位置を特定する例を説明する。いま、XY平面からなる検出面Sの上に9行9列に配置された81組の容量素子について、図13に示すような静電容量値の分布が得られた場合を考えてみよう。この図13に示す分布図は、81組の各容量素子について、0〜28の範囲内の静電容量の測定値が得られた結果を示しており、セルC(1,1)内の値「0」は1行1列目の容量素子の静電容量値、セルC(1,2)内の値「0」は1行2列目の容量素子の静電容量値、..., セルC(9,9)内の値「0」は9行9列目の容量素子の静電容量値を示している。なお、ここでは、説明の便宜上、既存容量値C0=0であるものとする。   Hereinafter, an example in which the two-dimensional position of the object M is specified will be described with respect to an example using 81 sets of capacitive elements arranged in 9 rows and 9 columns. Now, let us consider a case where a capacitance value distribution as shown in FIG. 13 is obtained for 81 sets of capacitive elements arranged in 9 rows and 9 columns on the detection surface S formed of the XY plane. The distribution diagram shown in FIG. 13 shows the result of the measurement of the capacitance within the range of 0 to 28 for each of 81 sets of capacitive elements, and the value in the cell C (1, 1). “0” is the capacitance value of the capacitive element in the first row and first column, the value “0” in the cell C (1,2) is the capacitance value of the capacitive element in the first row and second column,. The value “0” in the cell C (9, 9) indicates the capacitance value of the capacitive element in the ninth row and the ninth column. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the existing capacity value C0 = 0.

一般に、容量素子が配置された検出面Sの縦や横の寸法に比べて小さな寸法をもった対象物Mが、当該検出面Sの上方に存在する場合、検出面S上の各容量素子の静電容量値Cの分布は、図14に示す三次元グラフGxyのようになる。図示の例は、各容量素子が配置されている検出面SをXY平面上にとり、各容量素子の静電容量値Cを第3の座標軸にとることによりXYC三次元直交座標系を定義し、当該座標系上に三次元グラフGxyを描いた例である。図示のとおり、この三次元グラフGxyは山状形状をなす。   In general, when an object M having a size smaller than the vertical and horizontal dimensions of the detection surface S on which the capacitive element is disposed is present above the detection surface S, each capacitive element on the detection surface S The distribution of the capacitance value C is as shown in a three-dimensional graph Gxy shown in FIG. In the illustrated example, an XYC three-dimensional orthogonal coordinate system is defined by taking the detection surface S on which each capacitive element is arranged on the XY plane and taking the capacitance value C of each capacitive element on the third coordinate axis. This is an example in which a three-dimensional graph Gxy is drawn on the coordinate system. As shown in the figure, the three-dimensional graph Gxy has a mountain shape.

いま、図14に示すとおり、このXYC三次元直交座標系上で静電容量値Cについて所定のしきい値Ctを設定し、山状のグラフGxyを、式「C=Ct」で表される平面で切断することによって得られる切断面Btを定義する。そして、この切断面BtのXY平面への正射影投影像として、図示のような有意領域Stを求める。ここで、所定のしきい値Ct以上の静電容量値が測定された容量素子を「有意素子」と呼ぶことにすれば、この有意領域Stは、有意素子が配置された検出点(のみ)を含む検出面S上の領域ということになり、その位置は、対象物Mの検出面S上の位置、すなわち、XY平面へ投影したときの二次元平面上の位置(XY平面上の位置)を示していることになる。   Now, as shown in FIG. 14, a predetermined threshold value Ct is set for the capacitance value C on the XYC three-dimensional orthogonal coordinate system, and a mountain-shaped graph Gxy is expressed by the expression “C = Ct”. A cutting plane Bt obtained by cutting along a plane is defined. Then, a significant region St as shown is obtained as an orthogonal projection image of the cut surface Bt onto the XY plane. Here, if a capacitive element whose capacitance value equal to or greater than the predetermined threshold Ct is measured is referred to as a “significant element”, this significant region St is a detection point (only) where the significant element is arranged. The position on the detection surface S includes the position on the detection surface S of the object M, that is, the position on the two-dimensional plane when projected onto the XY plane (position on the XY plane). Will be shown.

図14に示す例の場合は、有意領域Stを決定した後、有意領域Stの重心点g(Xg,Yg)を求め、この重心点g(Xg,Yg)の位置を、対象物Mの二次元平面上の位置と特定している。結局、この例の場合、重心点gの座標値(Xg,Yg)が検出結果として出力される。当該出力は「対象物Mの中心点Qは、重心点g(Xg,Yg)の直上に位置する」との検出結果を示すことになる。なお、重心点gを求める際には、各静電容量値を重みとして用いた加重平均を利用してもよい。   In the case of the example shown in FIG. 14, after determining the significant area St, the center of gravity g (Xg, Yg) of the significant area St is obtained, and the position of the center of gravity g (Xg, Yg) It is specified as a position on the dimension plane. After all, in this example, the coordinate value (Xg, Yg) of the barycentric point g is output as a detection result. The output indicates a detection result that “the center point Q of the object M is located immediately above the center of gravity g (Xg, Yg)”. In calculating the barycentric point g, a weighted average using each capacitance value as a weight may be used.

§1で述べたとおり、本発明に係る物体センサは、対象物Mの位置を検出する位置検出手段を備えており、この位置検出手段は、各容量素子の静電容量値を測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値に基づいて、対象物Mの位置を特定する位置特定部と、を有する。ここで、図14を参照して説明した上記手法を採用した場合、位置特定部は、所定のしきい値Ct以上の静電容量値が測定された容量素子を有意素子と判定し、この有意素子が配置された検出点を含む検出面S上の領域を有意領域Stと認識し、検出面S上での有意領域Stの位置を対象物Mの二次元平面上の位置として出力することになる。   As described in §1, the object sensor according to the present invention includes position detection means for detecting the position of the object M, and this position detection means is a capacitance value for measuring the capacitance value of each capacitive element. A measuring unit; and a position specifying unit that specifies the position of the object M based on each measured capacitance value. Here, when the above-described method described with reference to FIG. 14 is employed, the position specifying unit determines that a capacitive element having a capacitance value greater than or equal to a predetermined threshold Ct is determined as a significant element, and this significance is determined. A region on the detection surface S including the detection point where the element is arranged is recognized as a significant region St, and the position of the significant region St on the detection surface S is output as a position on the two-dimensional plane of the object M. Become.

図13に例示する分布図は、XY平面からなる検出面S上に配置された81組の容量素子についての静電容量値の分布を示すものであるが、第4行第4列目の容量素子の静電容量値「28」が最大値を示しており、その周囲にゆくほど、静電容量値が低減してゆく結果になっている。   The distribution diagram illustrated in FIG. 13 shows the distribution of capacitance values for 81 sets of capacitive elements arranged on the detection surface S formed of the XY plane. The capacitance in the fourth row and the fourth column is shown in FIG. The capacitance value “28” of the element shows the maximum value, and the capacitance value decreases as it goes around the device.

このような測定結果に対して、たとえば、しきい値CtをCt=20に設定すれば、図15に太線で囲った領域が有意領域Stとして認識される。すなわち、この有意領域St内の容量素子は、いずれも「しきい値Ct=20」以上の静電容量値が測定された有意素子である。一方、同じ測定結果に対して、しきい値CtをCt=10に設定すれば、図16に太線で囲った領域が有意領域Stとして認識される。すなわち、この有意領域St内の容量素子は、いずれも「しきい値Ct=10」以上の静電容量値が測定された有意素子である。   For such a measurement result, for example, if the threshold value Ct is set to Ct = 20, the region surrounded by the thick line in FIG. 15 is recognized as the significant region St. In other words, all the capacitive elements in the significant region St are significant elements whose electrostatic capacitance values of “threshold value Ct = 20” or more are measured. On the other hand, if the threshold value Ct is set to Ct = 10 for the same measurement result, the region surrounded by the thick line in FIG. 16 is recognized as the significant region St. That is, all the capacitive elements in the significant region St are significant elements whose electrostatic capacitance values of “threshold value Ct = 10” or more are measured.

このように、有意領域Stは、しきい値Ctの設定次第で、形状および面積が変動する領域になる。一般に、しきい値Ctを高く設定すれば、有意領域Stの面積は小さくなり、しきい値Ctを低く設定すれば、有意領域Stの面積は大きくなる。もちろん、重心点gの座標値(Xg,Yg)も、しきい値Ctの設定次第で変動する。ただ、一般的には、しきい値Ctによる重心点gの位置変動は、それほど大きなものにはならないので、しきい値Ctとして任意の値を設定しても、重心点gの位置は、対象物Mの二次元的な位置を示すある程度の精度をもった情報として利用することができる。   As described above, the significant region St is a region whose shape and area vary depending on the setting of the threshold value Ct. In general, if the threshold value Ct is set high, the area of the significant region St becomes small, and if the threshold value Ct is set low, the area of the significant region St becomes large. Of course, the coordinate values (Xg, Yg) of the barycentric point g also vary depending on the setting of the threshold value Ct. However, in general, the position fluctuation of the barycentric point g due to the threshold value Ct is not so large, so even if an arbitrary value is set as the threshold value Ct, the position of the barycentric point g is It can be used as information with a certain degree of accuracy indicating the two-dimensional position of the object M.

一方、対象物Mが、任意の形状および大きさをもった物体ではなく、予め定められた特定の物体(たとえば、人間の指とか、特定のタッチペンとか)であるという前提であれば、有意領域Stの面積も、対象物Mの位置を示す有用な情報として利用することができる。たとえば、ユーザが指で操作するタッチパネルなどの用途に限定された物体センサであれば、位置特定部は、「人間の指」という特定の対象物に限定した処理を行うことができるので、有意領域Stの面積の値を、「人間の指」の検出面Sからの高さを示す情報として出力することが可能になる。   On the other hand, if the object M is not an object having an arbitrary shape and size but a predetermined specific object (for example, a human finger or a specific touch pen), the significant region is assumed. The area of St can also be used as useful information indicating the position of the object M. For example, in the case of an object sensor limited to applications such as a touch panel operated by a user with a finger, the position specifying unit can perform processing limited to a specific object “human finger”. The value of the area of St can be output as information indicating the height of the “human finger” from the detection surface S.

すなわち、「人間の指」(対象物M)が高い位置(検出面Sから離れた位置)に存在している場合は、静電容量値の変動への影響は小さいため、図14に示す山状のグラフGxyは小さな山になるが、「人間の指」(対象物M)が低い位置(検出面Sに近い位置)まで接近している場合は、静電容量値の変動への影響が大きくなるため、山状のグラフGxyは大きな山になる。したがって、しきい値Ctとして予め適切な固定値を設定しておけば、前者の場合、小さい山を「C=Ct」なる平面で切断することになるため有意領域Stの面積は小さくなるが、後者の場合、大きい山を「C=Ct」なる平面で切断することになるため有意領域Stの面積は大きくなる。このように、サイズ、形状、材質などがある程度決まっている特定の対象物に限定した検出を行う場合は、有意領域Stの面積の値を、当該対象物の高さを示す情報として利用することができる。   That is, when the “human finger” (object M) is present at a high position (a position away from the detection surface S), the influence on the fluctuation of the capacitance value is small, and thus the peaks shown in FIG. The shape graph Gxy is a small mountain, but when the “human finger” (object M) is approaching to a low position (position close to the detection surface S), there is an effect on the fluctuation of the capacitance value. Since it becomes large, the mountain-shaped graph Gxy becomes a large mountain. Accordingly, if an appropriate fixed value is set in advance as the threshold value Ct, the area of the significant region St is reduced because a small mountain is cut by a plane “C = Ct” in the former case. In the latter case, since the large mountain is cut by the plane “C = Ct”, the area of the significant region St becomes large. As described above, when performing detection limited to a specific object whose size, shape, material, and the like are determined to some extent, use the value of the area of the significant region St as information indicating the height of the object. Can do.

これに対して、様々なサイズをもった物体が接近するものの、物体が必ず特定の高さhの位置に現れる、という前提であれば、位置特定部は、有意領域Stの面積の値を、検出面Sから当該特定の高さhの位置に存在する任意の対象物の大きさを示す情報として出力することが可能になる。   On the other hand, if it is assumed that an object having various sizes approaches, but the object always appears at a position having a specific height h, the position specifying unit sets the area value of the significant region St as follows: It is possible to output as information indicating the size of an arbitrary object existing at the specific height h from the detection surface S.

すなわち、XYZ三次元直交座標系におけるXY平面上に検出面Sが定義されており、しかも、任意の対象物Mが「Z=h」なる平面(検出面Sから高さhだけ離れた平面)に沿って移動してくる、という前提であれば、対象物Mの高さ位置は常に一定になる。したがって、有意領域Stの面積が大きければ、対象物Mの大きさ(XY平面に平行な方向に関する大きさ)も大きいことになり、有意領域Stの面積が小さければ、対象物Mの大きさも小さいことになる。よって、有意領域Stの面積の値を、検出された対象物の大きさを示す情報として利用することができる。   That is, the detection surface S is defined on the XY plane in the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system, and a plane in which an arbitrary object M is “Z = h” (a plane separated from the detection surface S by a height h). If the premise is that the object M moves along, the height position of the object M is always constant. Therefore, if the area of the significant region St is large, the size of the object M (size in the direction parallel to the XY plane) is also large. If the area of the significant region St is small, the size of the object M is small. It will be. Therefore, the value of the area of the significant region St can be used as information indicating the size of the detected object.

<<< §4. 具体的な配線を施した実施例 >>>
§1では、図2に示す従来型の容量素子を用いた物体センサと、図4に示す本発明に係る容量素子を用いた物体センサとを対比して示した。ここで、前者は、細長い線状電極を縦横に格子状に配置する構造を採るため、局在容量素子の配置密度を高め、分解能を向上させるメリットが得られるものの、検出感度が低いため、非接触状態での物体検出には向いていないという問題を有する点は、既に述べたとおりである。一方、後者は、中央電極と周囲電極とを配置する構造を採るため、容量素子の配置密度を高める目的には不向きであるが、対象物Mが接触していなくても十分な検出感度が得られ、非接触状態での物体検出に向いているというメリットを有する点も、既に述べたとおりである。
<<< §4. Example with specific wiring >>>
In §1, the object sensor using the conventional capacitive element shown in FIG. 2 is compared with the object sensor using the capacitive element according to the present invention shown in FIG. Here, since the former employs a structure in which elongated linear electrodes are arranged in a grid pattern in the vertical and horizontal directions, the merit of increasing the arrangement density of the local capacitive elements and improving the resolution can be obtained, but the detection sensitivity is low. As described above, the method has a problem that it is not suitable for detecting an object in a contact state. On the other hand, since the latter has a structure in which the center electrode and the peripheral electrode are arranged, it is not suitable for the purpose of increasing the arrangement density of the capacitive elements, but sufficient detection sensitivity can be obtained even if the object M is not in contact. As described above, it has the advantage of being suitable for object detection in a non-contact state.

ここで、対象物Mが非接触状態にあるときの検出感度について、更に付言しておくと、従来型の容量素子の場合、図5に示すように、行方向電極Exと列方向電極Eyとが立体交差する構造をなし、検出点P近傍の立体交差した重複領域(図5(a) の正方形の領域)において、上下に対向する一対の電極によって局在容量素子が構成される。したがって、この上下に対向する一対の電極間に電圧を印加した場合、上下方向に電気力線が描かれることになり、この局在容量素子には、対象物Mが存在しない場合にも、ある程度の既存容量値C0が見込まれることになる。   Here, the detection sensitivity when the object M is in a non-contact state will be further described. In the case of the conventional capacitive element, as shown in FIG. 5, the row direction electrode Ex and the column direction electrode Ey In a three-dimensionally intersecting overlapping area (square area in FIG. 5 (a)) in the vicinity of the detection point P, a local capacitive element is configured by a pair of upper and lower electrodes. Therefore, when a voltage is applied between the pair of upper and lower electrodes, electric lines of force are drawn in the vertical direction, and even if the target M does not exist in this localized capacitance element, it is somewhat. Existing capacity value C0 is expected.

もちろん、図5(b) に示す構造体の上空に、非接触状態の対象物Mが接近すると、この局在容量素子の静電容量値CはΔCだけ増加してC=C0+ΔCになるが、一般的には、変動分のΔCは、既存容量値C0に比べて小さい。非接触状態の対象物Mの存在は、この変動分ΔCとして検出されるため、合計の静電容量値C=C0+ΔCを測定したとしても、変動分ΔCを十分な精度をもって検出することは困難である。   Of course, when the object M in a non-contact state approaches the structure shown in FIG. 5B, the capacitance value C of the localized capacitance element increases by ΔC to C = C0 + ΔC. In general, the variation ΔC is smaller than the existing capacity value C0. The presence of the non-contact state object M is detected as this variation ΔC, so even if the total capacitance value C = C0 + ΔC is measured, it is difficult to detect the variation ΔC with sufficient accuracy. is there.

これに対して、本発明に係る容量素子の場合、上下に対向する一対の電極によって構成されるわけではなく、横方向に隣接して配置された一対の電極によって構成される。このように、横方向に隣接して配置された一対の電極間に電圧を印加した場合、図10(a) に例示するように、主として、側面間に電気力線が描かれることになる。したがって、本発明に係る容量素子の場合、対象物Mが存在しない場合の既存容量値C0はかなり小さくなる。   On the other hand, in the case of the capacitive element according to the present invention, it is not constituted by a pair of electrodes opposed vertically, but by a pair of electrodes arranged adjacent to each other in the lateral direction. In this way, when a voltage is applied between a pair of electrodes arranged adjacent to each other in the horizontal direction, lines of electric force are mainly drawn between the side surfaces as illustrated in FIG. 10 (a). Therefore, in the case of the capacitive element according to the present invention, the existing capacitance value C0 when the object M does not exist is considerably small.

そして、図11に破線で描かれた電気力線に示すとおり、上方に対象物Mが接近した場合、たとえ非接触状態であっても、静電容量値に大きな変動ΔCが生じることになる。すなわち、変動分のΔCは、既存容量値C0に比肩し得る大きな値になる。非接触状態の対象物Mの存在は、この変動分ΔCとして検出されるため、合計の静電容量値C=C0+ΔCを測定すれば、変動分ΔCを十分な精度をもって検出することが可能になる。   Then, as shown by the electric lines of force drawn by broken lines in FIG. 11, when the object M approaches upward, a large variation ΔC occurs in the capacitance value even in a non-contact state. That is, the variation ΔC is a large value comparable to the existing capacity value C0. Since the presence of the non-contact state object M is detected as the variation ΔC, the variation ΔC can be detected with sufficient accuracy by measuring the total capacitance value C = C0 + ΔC. .

このように、本発明に係る容量素子は、非接触状態の対象物Mの存在を検出するのに適しているという利点があるが、容量素子を構成する各電極に対する配線の便宜に関しては、従来型の容量素子の方が優れている。図2を参照すればわかるとおり、従来型の物体センサの場合、行方向電極Exおよび列方向電極Eyは、その一部分が局在容量素子を構成するための電極としての機能を果たすが、同時に、全体が当該電極用の配線としての機能も果たしている。したがって、図2に示す従来型の物体センサでは、局在容量素子を構成する個々の電極に対する個別の配線を施す必要はない。   As described above, the capacitive element according to the present invention has an advantage that it is suitable for detecting the presence of the non-contact state object M. However, with regard to the convenience of wiring for each electrode constituting the capacitive element, the conventional capacitive element is known. The type capacitive element is superior. As can be seen from FIG. 2, in the case of a conventional object sensor, the row-direction electrode Ex and the column-direction electrode Ey function as electrodes for forming a localized capacitance element. The whole also functions as wiring for the electrodes. Therefore, in the conventional object sensor shown in FIG. 2, it is not necessary to provide individual wirings for the individual electrodes constituting the local capacitive element.

ところが、本発明に係る物体センサの場合、個々の容量素子が、それぞれ独立した中央電極Ecおよび周囲電極Epを有しているため、個々の電極に対する個別の配線が必要になる。たとえば、図4に示す実施例の場合、合計9組の容量素子を構成するため、支持体20上には、9組の中央電極Ec1〜Ec9と9組の周囲電極Ep1〜Ep9とが設けられているが、これらの各電極は、それ自身が配線としての機能をもつものではない。したがって、各容量素子の静電容量値を測定するための容量値測定部(容量値測定回路)と各電極との間に、それぞれ配線を設けることが必要になる。   However, in the case of the object sensor according to the present invention, each capacitive element has the independent center electrode Ec and peripheral electrode Ep, and therefore, separate wiring for each electrode is required. For example, in the case of the embodiment shown in FIG. 4, in order to constitute a total of nine sets of capacitive elements, nine sets of central electrodes Ec1 to Ec9 and nine sets of peripheral electrodes Ep1 to Ep9 are provided on the support 20. However, each of these electrodes itself does not have a function as a wiring. Therefore, it is necessary to provide wiring between each electrode and a capacitance value measurement unit (capacitance value measurement circuit) for measuring the capacitance value of each capacitance element.

この§4では、図4に示す本発明の基本的実施形態に係る物体センサについて、具体的な配線を施した実施例を2通り述べておく。   In §4, two examples of specific wiring are described for the object sensor according to the basic embodiment of the present invention shown in FIG.

<4−1.副絶縁層を用いて配線を行う実施例>
まず、具体的な配線を施した第1の実施例として、副絶縁層を用いて配線を行う例を説明する。本発明に係る物体センサを製造する場合、実用上は、図6(b) に示すように、中央電極Ecおよび周囲電極Epを含む検出面Sの全面を覆うように、保護膜として機能する絶縁層21を形成するのが好ましい。図示の例の場合、中央電極Ecおよび周囲電極Epは、いずれも絶縁層21に埋め込まれた状態になっている。ここでは、このように中央電極Ecおよび周囲電極Epが埋め込まれる絶縁層を主絶縁層と呼ぶ。ここで述べる実施例の場合、この主絶縁層とは別個に副絶縁層を設け、必要な配線を副絶縁層に埋め込む形態をとる。
<4-1. Example of wiring using sub-insulating layer>
First, an example in which wiring is performed using a sub-insulating layer will be described as a first embodiment in which specific wiring is performed. When manufacturing the object sensor according to the present invention, as shown in FIG. 6 (b), in practice, an insulation functioning as a protective film so as to cover the entire surface of the detection surface S including the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep. Layer 21 is preferably formed. In the illustrated example, the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep are both embedded in the insulating layer 21. Here, the insulating layer in which the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep are embedded is referred to as a main insulating layer. In the embodiment described here, a sub-insulating layer is provided separately from the main insulating layer, and necessary wiring is embedded in the sub-insulating layer.

図17(a) は、副絶縁層を用いて配線を行う実施例の上面図であり(ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。)、図17(b) は、これを切断線17b−17bの位置で切断した状態を示す側断面図である。この図17に示す実施例は、図4に示す基本的実施形態に配線を施した例であり、板状の支持体20に、9組の容量素子C1〜C9を配置したものである。各容量素子C1〜C9が、中央電極Ec1〜Ec9と周囲電極Ep1〜Ep9とによって構成されている点は、既に§1で述べたとおりである。   FIG. 17A is a top view of an embodiment in which wiring is performed using a sub-insulating layer (hatching is for clearly showing the electrode shape, not for showing a cross section). 17 (b) is a side sectional view showing a state in which this is cut at the position of the cutting line 17b-17b. The example shown in FIG. 17 is an example in which wiring is applied to the basic embodiment shown in FIG. 4, and nine sets of capacitive elements C1 to C9 are arranged on a plate-like support 20. The point that each of the capacitive elements C1 to C9 is constituted by the central electrodes Ec1 to Ec9 and the peripheral electrodes Ep1 to Ep9 is as already described in section 1.

ここでも、説明の便宜上、図示のようなXYZ三次元直交座標系を定義する。すなわち、図17(a) の右方向がX軸、上方向がY軸、紙面垂直手前方向がZ軸であり、図17(b) の右方向がX軸、上方向がZ軸、紙面垂直奥方向がY軸である。   Again, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system as shown is defined. That is, the right direction in FIG. 17A is the X axis, the upper direction is the Y axis, and the front direction perpendicular to the paper surface is the Z axis, and the right direction in FIG. 17B is the X axis, the upper direction is the Z axis, and the paper surface is vertical. The back direction is the Y axis.

図17(b) の側断面図に示されているとおり、板状の支持体20の上面には、第1の絶縁層22が形成され、その上面には、第2の絶縁層23が形成されている。ここで、第2の絶縁層23は上述した主絶縁層であり、中央電極Ecおよび周囲電極Epが埋め込まれている。また、この第2の絶縁層23は保護層としての機能も果たす。なお、図17(a) の上面図では、第2の絶縁層23の図示は省略されている。すなわち、図17(a) に実線で描かれ、ハッチングが施されている構成要素は、いずれも第1の絶縁層22の上面に形成されている構成要素であり、第2の絶縁層23に埋め込まれている構成要素である。一方、図17(a) に破線で描かれている構成要素は、いずれも支持体20の上面に形成されている構成要素であり、第1の絶縁層22に埋め込まれている構成要素である。   As shown in the side sectional view of FIG. 17B, a first insulating layer 22 is formed on the upper surface of the plate-like support 20, and a second insulating layer 23 is formed on the upper surface. Has been. Here, the second insulating layer 23 is the main insulating layer described above, and the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep are embedded therein. The second insulating layer 23 also functions as a protective layer. Note that the second insulating layer 23 is not shown in the top view of FIG. That is, the components drawn with a solid line in FIG. 17 (a) and hatched are components formed on the upper surface of the first insulating layer 22, and the second insulating layer 23 An embedded component. On the other hand, the constituent elements drawn with broken lines in FIG. 17A are constituent elements formed on the upper surface of the support 20 and are constituent elements embedded in the first insulating layer 22. .

図17(a) の上面図に示すとおり、9組の容量素子C1〜C9は、3行3列の行列状に配置されている。そして、同一の行に所属する3組の周囲電極は、X軸に平行な横方向配線層によって相互に接続され、更に右端の端子に接続されている。具体的には、第1行目に所属する周囲電極Ep1,Ep2,Ep3は、横方向配線層Wx1,Wx2,Wx3によって端子Tx1に接続されており、第2行目に所属する周囲電極Ep4,Ep5,Ep6は、横方向配線層Wx4,Wx5,Wx6によって端子Tx2に接続されており、第3行目に所属する周囲電極Ep7,Ep8,Ep9は、横方向配線層Wx7,Wx8,Wx9によって端子Tx3に接続されている。   As shown in the top view of FIG. 17A, nine sets of capacitive elements C1 to C9 are arranged in a matrix of 3 rows and 3 columns. The three sets of peripheral electrodes belonging to the same row are connected to each other by a lateral wiring layer parallel to the X axis, and further connected to the rightmost terminal. Specifically, the peripheral electrodes Ep1, Ep2, Ep3 belonging to the first row are connected to the terminal Tx1 by the lateral wiring layers Wx1, Wx2, Wx3, and the peripheral electrodes Ep4, belonging to the second row. Ep5, Ep6 are connected to the terminal Tx2 by the horizontal wiring layers Wx4, Wx5, Wx6, and the peripheral electrodes Ep7, Ep8, Ep9 belonging to the third row are terminals by the horizontal wiring layers Wx7, Wx8, Wx9. Connected to Tx3.

図17(b) の側断面図における第2の絶縁層23には、行列の第3行目に所属する周囲電極Ep7,Ep8,Ep9が端子Tx3に接続される状態が示されている。図17(b) に示す配線用コンタクトホールHは、第2の絶縁層23に開口されたコンタクトホールであり、端子Tx3に対する外部配線に利用される。端子Tx1,Tx2に対しても、同様に配線用コンタクトホールを介した外部配線がなされる。   The second insulating layer 23 in the side sectional view of FIG. 17B shows a state where the peripheral electrodes Ep7, Ep8, Ep9 belonging to the third row of the matrix are connected to the terminal Tx3. A wiring contact hole H shown in FIG. 17B is a contact hole opened in the second insulating layer 23, and is used for external wiring to the terminal Tx3. Similarly, external wiring through the contact hole for wiring is made for the terminals Tx1 and Tx2.

一方、図17(a) の上面図に破線で示すとおり、同一の列に所属する3組の中央電極は、Y軸に平行な縦方向配線層によって相互に接続され、更に下端の端子に接続されている。具体的には、第1列目に所属する中央電極Ec1,Ec4,Ec7は、縦方向配線層Wy10によって端子Ty1に接続されており、第2列目に所属する中央電極Ec2,Ec5,Ec8は、縦方向配線層Wy20によって端子Ty2に接続されており、第3列目に所属する中央電極Ec3,Ec6,Ec9は、縦方向配線層Wy30によって端子Ty3に接続されている。   On the other hand, as shown by the broken line in the top view of FIG. 17 (a), the three sets of central electrodes belonging to the same column are connected to each other by a vertical wiring layer parallel to the Y axis, and further connected to the lower terminal. Has been. Specifically, the center electrodes Ec1, Ec4, Ec7 belonging to the first column are connected to the terminal Ty1 by the vertical wiring layer Wy10, and the center electrodes Ec2, Ec5, Ec8 belonging to the second column are The central electrodes Ec3, Ec6, Ec9 belonging to the third column are connected to the terminal Ty3 by the vertical wiring layer Wy30.

図17(b) の側断面図における第1の絶縁層22には、3本の縦方向配線層Wy10,Wy20,Wy30の断面が示されている。各縦方向配線層Wy10,Wy20,Wy30が、第1の絶縁層22(副絶縁層)に埋め込まれているのに対して、各中央電極Ec1〜Ec9は、第2の絶縁層23(主絶縁層)に埋め込まれているので、両者を上下方向に接続するための層間配線層が設けられている。図17(a) の各中央電極Ec1〜Ec9の中心位置に描かれている黒丸は、この層間配線層を示している。   In the first insulating layer 22 in the side sectional view of FIG. 17 (b), cross sections of three vertical wiring layers Wy10, Wy20, Wy30 are shown. Each of the vertical wiring layers Wy10, Wy20, Wy30 is embedded in the first insulating layer 22 (sub-insulating layer), whereas each of the central electrodes Ec1 to Ec9 has a second insulating layer 23 (main insulating layer). Therefore, an interlayer wiring layer for connecting the two in the vertical direction is provided. A black circle drawn at the center position of each of the center electrodes Ec1 to Ec9 in FIG. 17A indicates this interlayer wiring layer.

図17(b) の側断面図には、中央電極Ec7と縦方向配線層Wy10とを接続する層間配線層W7、中央電極Ec8と縦方向配線層Wy20とを接続する層間配線層W8、中央電極Ec9と縦方向配線層Wy30とを接続する層間配線層W9が示されている。これら層間配線層は、実際には、第1の絶縁層22に開口された配線用コンタクトホール内に充填された導電性材料によって構成される。なお、図には示されていないが、端子Ty1,Ty2,Ty3の上方には、第1の絶縁層22および第2の絶縁層23を貫通する配線用コンタクトホールが設けられており、これら配線用コンタクトホールを介して、端子Ty1,Ty2,Ty3に対する外部配線がなされる。   FIG. 17B is a side sectional view showing an interlayer wiring layer W7 connecting the central electrode Ec7 and the vertical wiring layer Wy10, an interlayer wiring layer W8 connecting the central electrode Ec8 and the vertical wiring layer Wy20, and the central electrode. An interlayer wiring layer W9 that connects Ec9 and the vertical wiring layer Wy30 is shown. These interlayer wiring layers are actually composed of a conductive material filled in a wiring contact hole opened in the first insulating layer 22. Although not shown in the drawing, wiring contact holes that penetrate the first insulating layer 22 and the second insulating layer 23 are provided above the terminals Ty1, Ty2, and Ty3. External wiring for the terminals Ty1, Ty2, and Ty3 is made through the contact holes.

もちろん、端子Tx1〜Tx3,Ty1〜Ty3を各絶縁層22,23の側端面まで伸ばすようにすれば、配線用コンタクトホールHを用いずに、側端面から露出した各端子に対して直接外部配線を施すこともできる。   Of course, if the terminals Tx1 to Tx3, Ty1 to Ty3 are extended to the side end faces of the insulating layers 22 and 23, the external wiring is directly connected to each terminal exposed from the side end face without using the wiring contact hole H. Can also be applied.

このような配線形態は、非常に単純でありながら、次のような方法によって、任意の容量素子の静電容量値を測定することが可能であるため、非常に効率的でもある。図18は、図17に示す実施例に用いる位置検出手段50の一例を示す回路図(一部はブロック図)である。§1で述べたとおり、本発明に係る物体センサには、複数N組の容量素子の各静電容量値に基づいて、対象物Mの位置を検出する位置検出手段50が設けられている。この位置検出手段50は、図示のとおり、各容量素子についての静電容量値を測定する容量値測定部51と、測定された各静電容量値に基づいて、対象物Mの位置を特定する位置特定部52と、を有している。   Although such a wiring configuration is very simple, it is possible to measure the capacitance value of an arbitrary capacitive element by the following method, and is also very efficient. FIG. 18 is a circuit diagram (partially a block diagram) showing an example of the position detecting means 50 used in the embodiment shown in FIG. As described in §1, the object sensor according to the present invention is provided with the position detection means 50 for detecting the position of the object M based on the capacitance values of a plurality of N capacitive elements. As shown in the figure, the position detection means 50 specifies the position of the object M based on the capacitance value measurement unit 51 that measures the capacitance value of each capacitance element and the measured capacitance values. A position specifying unit 52.

図18に示す位置検出手段50は、図17に示す実施例に適用されるものである。したがって、容量値測定部51の回路図に示されている端子Tx1,Tx2,Tx3は、図17(a) の右端に示されている各端子に相当するものであり、容量値測定部51の回路図に示されている端子Ty1,Ty2,Ty3は、図17(a) の下端に示されている各端子に相当するものである。端子Tx1〜Tx3は、切替スイッチSWx1〜SWx3を介して端子Taに接続され、端子Ty1〜Ty3は、切替スイッチSWy1〜SWy3を介して端子Tbに接続されており、両端子Ta,Tb間の静電容量値Cが測定回路mによって測定されることになる。静電容量値Cの測定を行う測定回路mは公知の回路であるため、ここではその詳細な回路図は省略する。   The position detecting means 50 shown in FIG. 18 is applied to the embodiment shown in FIG. Accordingly, the terminals Tx1, Tx2, and Tx3 shown in the circuit diagram of the capacitance value measuring unit 51 correspond to the respective terminals shown at the right end of FIG. Terminals Ty1, Ty2, Ty3 shown in the circuit diagram correspond to the terminals shown at the lower end of FIG. 17 (a). The terminals Tx1 to Tx3 are connected to the terminal Ta via the changeover switches SWx1 to SWx3, and the terminals Ty1 to Ty3 are connected to the terminal Tb via the changeover switches SWy1 to SWy3. The capacitance value C is measured by the measuring circuit m. Since the measurement circuit m for measuring the capacitance value C is a known circuit, a detailed circuit diagram thereof is omitted here.

図19は、図18に示す容量値測定部51によって、図17に示す9組の容量素子C1〜C9の静電容量値を測定する際の切替動作を示す表であり、左欄に示された各容量素子C1〜C9の静電容量値を測定する際の各切替スイッチSWx1〜SWx3,SWy1〜SWy3のON/OFFの切替状態を示している。たとえば、容量素子C1の静電容量値を測定する際には、切替スイッチSWx1とSWy1とをONにし、他の切替スイッチをOFFにすればよい。そうすれば、端子Ta,Tb間で測定される静電容量値は、図17に示す端子Tx1と端子Ty1との間の静電容量値、すなわち、容量素子C1の静電容量値になる。   FIG. 19 is a table showing a switching operation when the capacitance value measurement unit 51 shown in FIG. 18 measures the capacitance values of the nine capacitive elements C1 to C9 shown in FIG. 17, and is shown in the left column. In addition, ON / OFF switching states of the changeover switches SWx1 to SWx3 and SWy1 to SWy3 when the capacitance values of the capacitive elements C1 to C9 are measured are shown. For example, when measuring the capacitance value of the capacitive element C1, the change-over switches SWx1 and SWy1 may be turned on and the other change-over switches may be turned off. Then, the capacitance value measured between the terminals Ta and Tb is the capacitance value between the terminal Tx1 and the terminal Ty1 shown in FIG. 17, that is, the capacitance value of the capacitive element C1.

したがって、この図19の表にしたがって、各切替スイッチSWx1〜SWx3,SWy1〜SWy3を切り替えることにより、各容量素子C1〜C9の静電容量値を測定することが可能になる。位置特定部52は、こうして得られた静電容量値に基づいて、対象物Mの位置を特定する処理を行う。具体的な処理内容については、既に§3で説明したとおりである。   Therefore, it is possible to measure the capacitance values of the capacitive elements C1 to C9 by switching the selector switches SWx1 to SWx3 and SWy1 to SWy3 according to the table of FIG. The position specifying unit 52 performs a process of specifying the position of the object M based on the capacitance value thus obtained. The specific processing contents are as already described in §3.

図17〜図19に示す実施例は、検出面S上に9組の容量素子を3行3列に配置した例についてのものであるが、I行J列に配置されたN組(N=I×J)の容量素子を用いる物体センサの構成を一般論として述べれば、次のようになる。まず、XYZ三次元直交座標系におけるXY平面上に検出面Sを定義する。そして、X軸に平行なI本の横方向格子線とY軸に平行なJ本の縦方向格子線とを定義し、これら格子線の各交点位置にそれぞれ格子点を定義する。その結果、合計N個の格子点がI行J列の行列として定義される。   The embodiment shown in FIGS. 17 to 19 is for an example in which nine sets of capacitive elements are arranged on the detection surface S in three rows and three columns, but N sets (N = N = N rows arranged in I rows and J columns). The structure of an object sensor using a capacitor element of I × J) is described as a general theory as follows. First, the detection surface S is defined on the XY plane in the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system. Then, I horizontal lattice lines parallel to the X axis and J vertical lattice lines parallel to the Y axis are defined, and lattice points are defined at respective intersection positions of these lattice lines. As a result, a total of N lattice points are defined as a matrix of I rows and J columns.

そして、個々の格子点を検出点Pとして、§1で述べたように、各検出点Pの位置に中央電極Ecおよび周囲電極Epからなる容量素子を配置する。その結果、合計N組の容量素子がI行J列の行列状に配置されることになる。そこで、同一の横方向格子線に沿って並んだJ個の周囲電極Ep1〜EpJを当該横方向格子線に沿った横方向配線層Wxによって相互に接続する配線を行い、同一の縦方向格子線に沿って並んだI個の中央電極Ec1〜EcIを当該縦方向格子線に沿った縦方向配線層Wyによって相互に接続する配線を行う。図17に示す例は、I=3,J=3に設定して、合計N個の容量素子を3行3列の行列状に配置し、上述した配線を施した例である。   Then, with the individual lattice points as the detection points P, as described in §1, the capacitive element including the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep is arranged at the position of each detection point P. As a result, a total of N capacitive elements are arranged in a matrix of I rows and J columns. Therefore, wiring is performed so that the J peripheral electrodes Ep1 to EpJ arranged along the same horizontal grid line are connected to each other by the horizontal wiring layer Wx along the horizontal grid line. Wiring is performed so that the I central electrodes Ec1 to EcI arranged along the vertical line are connected to each other by the vertical wiring layer Wy along the vertical grid line. The example shown in FIG. 17 is an example in which I = 3 and J = 3, a total of N capacitive elements are arranged in a matrix of 3 rows and 3 columns, and the wiring described above is applied.

このような配線を行うために、図17に示す実施例では、支持体20の上面に第1の絶縁層22を形成し、この第1の絶縁層22の上面に第2の絶縁層23を形成している。そして、第2の絶縁層23を主絶縁層と呼び、第1の絶縁層22を副絶縁層と呼んだ場合に、中央電極Ec1〜Ec9と、周囲電極Ep1〜Ep9と、周囲電極Ep1〜Ep9を容量値測定部51に電気的に接続するための周囲電極配線層Wx1〜Wx9(図17(a) の場合、横方向配線層)とを、主絶縁層に埋め込むようにしており、中央電極Ec1〜Ec9を容量値測定部51に電気的に接続するための中央電極配線層Wy10〜Wy30(図17(a) の場合、縦方向配線層)を、副絶縁層に埋め込むようにしている。また、中央電極Ec1〜Ec9と中央電極配線層との間に、主絶縁層と副絶縁層との境界面を貫通する層間配線層(図17(b) の場合、W7〜W9)を形成している。   In order to perform such wiring, in the embodiment shown in FIG. 17, the first insulating layer 22 is formed on the upper surface of the support 20, and the second insulating layer 23 is formed on the upper surface of the first insulating layer 22. Forming. When the second insulating layer 23 is called a main insulating layer and the first insulating layer 22 is called a sub-insulating layer, the central electrodes Ec1 to Ec9, the peripheral electrodes Ep1 to Ep9, and the peripheral electrodes Ep1 to Ep9 are displayed. The peripheral electrode wiring layers Wx1 to Wx9 (in the case of FIG. 17 (a), the lateral wiring layer) for electrically connecting the capacitor to the capacitance measuring unit 51 are embedded in the main insulating layer, and the central electrode The central electrode wiring layers Wy10 to Wy30 (in the case of FIG. 17A, the vertical wiring layer) for electrically connecting Ec1 to Ec9 to the capacitance value measuring unit 51 are embedded in the sub-insulating layer. Further, an interlayer wiring layer (W7 to W9 in the case of FIG. 17B) penetrating the boundary surface between the main insulating layer and the sub insulating layer is formed between the central electrodes Ec1 to Ec9 and the central electrode wiring layer. ing.

なお、図17に示す実施例の場合、支持体20の上面に形成された第1の絶縁層22を副絶縁層とし、その上面に形成された第2の絶縁層23を主絶縁層としているが、逆に、支持体20の上面に形成された第1の絶縁層22を主絶縁層とし、その上面に形成された第2の絶縁層23を副絶縁層としてもよい。   In the case of the embodiment shown in FIG. 17, the first insulating layer 22 formed on the upper surface of the support 20 is used as a sub-insulating layer, and the second insulating layer 23 formed on the upper surface is used as a main insulating layer. However, conversely, the first insulating layer 22 formed on the upper surface of the support 20 may be the main insulating layer, and the second insulating layer 23 formed on the upper surface may be the sub-insulating layer.

ただ、実用上は、図17に示す実施例のように、下層となる第1の絶縁層22を副絶縁層とし、上層となる第2の絶縁層23を主絶縁層とするのが好ましい。これは、上層となる第2の絶縁層23を主絶縁層とすれば、中央電極Ecおよび周囲電極Epが配置される検出面Sが、上層となる第2の絶縁層23の底面になるため、各電極と対象物Mとの間の距離がより小さくなり、より高い検出感度が得られるためである。   However, in practice, as in the embodiment shown in FIG. 17, it is preferable that the lower first insulating layer 22 be a sub-insulating layer and the upper second insulating layer 23 be a main insulating layer. This is because if the second insulating layer 23 that is the upper layer is the main insulating layer, the detection surface S on which the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep are disposed is the bottom surface of the second insulating layer 23 that is the upper layer. This is because the distance between each electrode and the object M becomes smaller and higher detection sensitivity can be obtained.

同様に、図18に示す容量値測定部51の構成を一般論として述べれば、この容量値測定部51は、第i番目(1≦i≦I)の横方向配線層と第j番目(1≦j≦J)の縦方向配線層とを選択する切替スイッチと、選択された第i番目の横方向配線層と第j番目の縦方向配線層との間の静電容量値を測定することにより、第i行第j列に位置する検出点に配置された容量素子の静電容量値を求める測定回路mと、を有しており、切替スイッチによって選択対象を切り替えることにより、任意の検出点に配置された容量素子の静電容量値を測定する構成要素と言うことができる。   Similarly, when the configuration of the capacitance value measuring unit 51 shown in FIG. 18 is described in general terms, the capacitance value measuring unit 51 includes the i-th (1 ≦ i ≦ I) lateral wiring layer and the j-th (1 ≦ j ≦ J) measuring a capacitance value between the selector switch for selecting the vertical wiring layer and the selected i-th horizontal wiring layer and j-th vertical wiring layer And a measurement circuit m for obtaining the capacitance value of the capacitive element arranged at the detection point located in the i-th row and the j-th column, and any detection can be performed by switching the selection target with the changeover switch. It can be said that it is a component that measures the capacitance value of the capacitive element arranged at the point.

<4−2.電極形成層を2層に分けて配線を行う実施例>
続いて、具体的な配線を施した第2の実施例として、電極形成層を2層に分けて配線を行う例を説明する。この実施例の場合、中央電極Ecと周囲電極Epとは、それぞれ別の絶縁層に埋め込まれることになる。ここでは説明の便宜上、まず、1組の容量素子のみが形成された構造体を、図20を参照しながら説明する。図20(a) は、このような構造体の上面図、図20(b) は、これをXZ平面で切断した側断面図である。
<4-2. Example in which electrode formation layer is divided into two layers for wiring>
Subsequently, an example in which wiring is performed by dividing the electrode forming layer into two layers will be described as a second embodiment in which specific wiring is performed. In the case of this embodiment, the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep are embedded in different insulating layers. Here, for convenience of explanation, a structure in which only one set of capacitive elements is formed will be described with reference to FIG. FIG. 20 (a) is a top view of such a structure, and FIG. 20 (b) is a side sectional view of the structure cut along an XZ plane.

図20(a) に示す構造体は、平板状の支持体20の上面に、円盤状の中央電極Ecと、それを取り囲む円環状の周囲電極Epと、を配置して1組の容量素子を構成し、更に、配線を施したものである。なお、この図20(a) に示すハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。図示のとおり、中央電極Ecに対しては縦方向配線層Wyによる配線が施され、端子Tyに対して電気的な接続がなされており、周囲電極Epに対しては横方向配線層Wxによる配線が施され、端子Txに対して電気的な接続がなされている。   In the structure shown in FIG. 20 (a), a disk-shaped central electrode Ec and an annular peripheral electrode Ep surrounding the disk-shaped central electrode Ec are arranged on the upper surface of the flat plate-like support 20, and a set of capacitive elements is arranged. It is configured and further wired. The hatching shown in FIG. 20 (a) is for clearly showing the electrode shape, not for showing the cross section. As shown in the figure, the central electrode Ec is wired by the vertical wiring layer Wy, and is electrically connected to the terminal Ty, and the peripheral electrode Ep is wired by the horizontal wiring layer Wx. And electrical connection is made to the terminal Tx.

ここで述べる実施例の特徴は、中央電極Ecおよび縦方向配線層Wyを第1の絶縁層22に埋め込むように形成し、周囲電極Epおよび横方向配線層Wxを第2の絶縁層23に埋め込むように形成し、両者が電気的に絶縁されるようにした点にある。すなわち、図20(a) の上面図に示すように、平面的な位置関係だけを見ると、中央電極Ecは、周囲電極Epによって囲まれた状態になっているため、縦方向配線層Wyは周囲電極Ecと交差しているが、上記2層構造を採用することにより、当該交差部分は実際には立体交差になり、両者の絶縁状態は維持される。   The feature of the embodiment described here is that the central electrode Ec and the vertical wiring layer Wy are formed so as to be embedded in the first insulating layer 22, and the peripheral electrode Ep and the horizontal wiring layer Wx are embedded in the second insulating layer 23. And the two are electrically insulated from each other. That is, as shown in the top view of FIG. 20 (a), when only the planar positional relationship is seen, the central electrode Ec is surrounded by the surrounding electrode Ep. Although intersecting with the surrounding electrode Ec, by adopting the above two-layer structure, the intersecting portion is actually a three-dimensional intersection, and the insulation state between the two is maintained.

この立体交差の状態は、図20(b) の側断面図に明瞭に示されている。図20(b) は、図20(a) に示す構造体をX軸の位置で切断した断面図である。この図には、平板状の支持体20の上面に第1の絶縁層22が形成され、この第1の絶縁層22の上面に第2の絶縁層23が形成されている状態が示されている。この例の場合、第1の絶縁層22は、中央電極Ec,縦方向配線層Wy,端子Tyを埋め込むための中央電極形成層としての役割を果たし、第2の絶縁層23は、周囲電極Ep,横方向配線層Wx,端子Txを埋め込むための周囲電極形成層としての役割を果たす。図20(b) には現れていないが、縦方向配線層Wyおよび端子Tyは、中央電極Ecと同様に、支持体20の上面に形成されている。   The state of this three-dimensional intersection is clearly shown in the side sectional view of FIG. FIG. 20B is a cross-sectional view of the structure shown in FIG. 20A cut along the X-axis. This figure shows a state in which a first insulating layer 22 is formed on the upper surface of the flat support 20 and a second insulating layer 23 is formed on the upper surface of the first insulating layer 22. Yes. In the case of this example, the first insulating layer 22 serves as a central electrode forming layer for embedding the central electrode Ec, the vertical wiring layer Wy, and the terminal Ty, and the second insulating layer 23 includes the peripheral electrode Ep. , Function as a peripheral electrode forming layer for embedding the lateral wiring layer Wx and the terminal Tx. Although not appearing in FIG. 20B, the vertical wiring layer Wy and the terminal Ty are formed on the upper surface of the support 20 in the same manner as the central electrode Ec.

また、図20(b) に示す例では、第2の絶縁層23に配線用コンタクトホールHが形成されており、端子Txを外部回路(容量値測定部51)に接続できるようにしている。図示されていないが、端子Tyを外部回路に接続するための配線用コンタクトホールも設けられている。もちろん、端子Tx,Tyを各絶縁層22,23の側端面まで伸ばすようにすれば、配線用コンタクトホールHを用いずに、側端面から露出した各端子Tx,Tyに対して直接外部配線を施すこともできる。   In the example shown in FIG. 20B, a wiring contact hole H is formed in the second insulating layer 23 so that the terminal Tx can be connected to an external circuit (capacitance value measuring unit 51). Although not shown, a wiring contact hole for connecting the terminal Ty to an external circuit is also provided. Of course, if the terminals Tx and Ty are extended to the side end faces of the insulating layers 22 and 23, the external wiring is directly connected to the terminals Tx and Ty exposed from the side end faces without using the wiring contact holes H. It can also be applied.

図21は、図20(b) に示す層構造を上下逆にした例を示す側断面図である。すなわち、この例では、第1の絶縁層22が周囲電極形成層としての役割を果たし、第2の絶縁層23が中央電極形成層としての役割を果たす。このため、中央電極Ec,縦方向配線層Wy,端子Tyは第2の絶縁層23に埋め込まれており、周囲電極Ep,横方向配線層Wx,端子Txは第1の絶縁層22に埋め込まれている。   FIG. 21 is a side sectional view showing an example in which the layer structure shown in FIG. That is, in this example, the first insulating layer 22 serves as a peripheral electrode forming layer, and the second insulating layer 23 serves as a central electrode forming layer. Therefore, the central electrode Ec, the vertical wiring layer Wy, and the terminal Ty are embedded in the second insulating layer 23, and the peripheral electrode Ep, the horizontal wiring layer Wx, and the terminal Tx are embedded in the first insulating layer 22. ing.

結局、具体的な配線を施した第2の実施例の場合、第1の絶縁層22および第2の絶縁層23のうちの一方が中央電極形成層としての役割を果たし、他方が周囲電極形成層としての役割を果たすようにし、各容量素子の中央電極Ecが中央電極形成層に埋め込まれており、各容量素子の周囲電極Epが周囲電極形成層に埋め込まれているようにすれば、各層構造の上下関係は不問である。   Eventually, in the case of the second embodiment in which specific wiring is applied, one of the first insulating layer 22 and the second insulating layer 23 serves as a central electrode forming layer, and the other forms a peripheral electrode. If each layer is made to serve as a layer, the center electrode Ec of each capacitor element is embedded in the center electrode formation layer, and the peripheral electrode Ep of each capacitor element is embedded in the peripheral electrode formation layer, each layer The hierarchical relationship of the structure is not questioned.

図22は、図4に示す9組の容量素子を用いた基本的実施形態に、電極形成層を2層に分ける第2の実施例に係る配線形態を適用した構造体を示している。図22(a) は、当該構造体の上面図であり(ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。)、図22(b) は、これを切断線22b−22bの位置で切断した状態を示す側断面図である。ここでも、説明の便宜上、図示のようなXYZ三次元直交座標系が定義されている。すなわち、図22(a) の右方向がX軸、上方向がY軸、紙面垂直手前方向がZ軸であり、図22(b) の右方向がX軸、上方向がZ軸、紙面垂直奥方向がY軸である。   FIG. 22 shows a structure in which the wiring form according to the second example in which the electrode forming layer is divided into two layers is applied to the basic embodiment using nine sets of capacitive elements shown in FIG. FIG. 22 (a) is a top view of the structure (hatching is for clearly showing the electrode shape, not for showing a cross section), and FIG. 22 (b) shows this. It is a sectional side view which shows the state cut | disconnected in the position of the cutting line 22b-22b. Again, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system as shown in the figure is defined. That is, the right direction in FIG. 22 (a) is the X axis, the upward direction is the Y axis, and the front vertical direction is the Z axis. The right direction in FIG. 22 (b) is the X axis, the upward direction is the Z axis, The back direction is the Y axis.

この図22に示す第2の実施例を図17に示す第1の実施例と比較すると、板状の支持体20に、9組の容量素子C1〜C9が配置されている点や、各容量素子C1〜C9が、中央電極Ec1〜Ec9と周囲電極Ep1〜Ep9とによって構成されている点については相違はないが、各構成要素を埋め込むための層構造に若干の違いがある。   Compared with the first embodiment shown in FIG. 17 in the second embodiment shown in FIG. 22, the point that nine sets of capacitive elements C1 to C9 are arranged on the plate-like support 20, and each capacitance There is no difference in that the elements C1 to C9 are constituted by the central electrodes Ec1 to Ec9 and the peripheral electrodes Ep1 to Ep9, but there is a slight difference in the layer structure for embedding each component.

図22(a) に示すとおり、円盤状の中央電極Ec1〜Ec9については、縦方向配線層Wy1〜Wy9を介して端子Ty1〜Ty3までの配線がなされている。同様に、円環状の周囲電極Ep1〜Ep9については、横方向配線層Wx1〜Wx9を介して端子Tx1〜Tx3までの配線がなされている。ただ、図20に示す層構造を採用しているため、円盤状の中央電極Ec1〜Ec9と、これらについての縦方向配線層Wy1〜Wy9と、端子Ty1〜Ty3は、平板状の支持体20の上面に形成されており、第1の絶縁層22に埋め込まれている。図22(b) の側断面図には、第1の絶縁層22内に埋め込まれている3組の中央電極Ec7〜Ec9が示されている。   As shown in FIG. 22 (a), the disk-shaped central electrodes Ec1 to Ec9 are wired to the terminals Ty1 to Ty3 via the vertical wiring layers Wy1 to Wy9. Similarly, the annular peripheral electrodes Ep1 to Ep9 are wired to the terminals Tx1 to Tx3 via the lateral wiring layers Wx1 to Wx9. However, since the layer structure shown in FIG. 20 is adopted, the disk-shaped central electrodes Ec1 to Ec9, the vertical wiring layers Wy1 to Wy9 and the terminals Ty1 to Ty3 thereof are provided on the flat support 20. It is formed on the upper surface and is embedded in the first insulating layer 22. In the sectional side view of FIG. 22B, three sets of central electrodes Ec7 to Ec9 embedded in the first insulating layer 22 are shown.

一方、円環状の周囲電極Ep1〜Ep9と、これらについての横方向配線層Wx1〜Wx9と、端子Tx1〜Tx3は、第1の絶縁層22の上面に形成されており、第2の絶縁層23に埋め込まれている。図22(b) の側断面図には、行列の第3行目の各周囲電極Ep7〜Ep9と、これらを端子Tx3に接続するための横方向配線層Wx7〜Wx9が、第2の絶縁層23内に埋め込まれている状態が示されている。もちろん、図17に示す第1の実施例と同様に、この図22に示す第2の実施例の場合も、各端子Tx1〜Tx3,Ty1〜Ty3に対しては、配線用コンタクトホールHを介して外部への配線が可能である。   On the other hand, the annular peripheral electrodes Ep1 to Ep9, the lateral wiring layers Wx1 to Wx9 thereof, and the terminals Tx1 to Tx3 are formed on the upper surface of the first insulating layer 22, and the second insulating layer 23. Embedded in. In the side sectional view of FIG. 22B, the peripheral electrodes Ep7 to Ep9 in the third row of the matrix and the lateral wiring layers Wx7 to Wx9 for connecting them to the terminal Tx3 are shown as the second insulating layer. The state embedded in 23 is shown. Of course, similarly to the first embodiment shown in FIG. 17, in the second embodiment shown in FIG. 22, the terminals Tx1 to Tx3 and Ty1 to Ty3 are connected via the wiring contact holes H. Wiring to the outside is possible.

この図22に示す実施例は、図20に示す層構造を採用したものであるが、もちろん、層構造の上下を逆にした図21に示す層構造を採用することも可能である。結局、この図22に示す第2の実施例は、支持体20の上面に第1の絶縁層22を形成し、この第1の絶縁層22の上面に第2の絶縁層23を形成する点は、図17に示す第1の実施例と同様であるが、第1の絶縁層22および第2の絶縁層23のうちの一方を中央電極形成層、他方を周囲電極形成層と呼んだ場合に、中央電極Ec1〜Ec9と、この中央電極Ec1〜Ec9を容量値測定部51に電気的に接続するための中央電極配線層Wy1〜Wy9(図22(a) の場合、縦方向配線層)とが、中央電極形成層に埋め込まれており、周囲電極Ep1〜Ep9と、この周囲電極Ep1〜Ep9を容量値測定部51に電気的に接続するための周囲電極配線層Wx1〜Wx9(図22(a) の場合、横方向配線層)とが、周囲電極形成層に埋め込まれていることになる。   The embodiment shown in FIG. 22 adopts the layer structure shown in FIG. 20, but of course, it is also possible to adopt the layer structure shown in FIG. 21 in which the layer structure is turned upside down. Eventually, in the second embodiment shown in FIG. 22, the first insulating layer 22 is formed on the upper surface of the support 20, and the second insulating layer 23 is formed on the upper surface of the first insulating layer 22. Is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 17 except that one of the first insulating layer 22 and the second insulating layer 23 is called a central electrode forming layer and the other is called a surrounding electrode forming layer. The central electrodes Ec1 to Ec9 and the central electrode wiring layers Wy1 to Wy9 for electrically connecting the central electrodes Ec1 to Ec9 to the capacitance value measuring unit 51 (in the case of FIG. 22 (a), the vertical wiring layer) Are embedded in the central electrode forming layer, and the peripheral electrodes Ep1 to Ep9 and the peripheral electrode wiring layers Wx1 to Wx9 for electrically connecting the peripheral electrodes Ep1 to Ep9 to the capacitance value measuring unit 51 (FIG. 22). In the case of (a), the lateral wiring layer) is embedded in the surrounding electrode formation layer I would have.

このように、図17に示す第1の実施例と図22に示す第2の実施例とは、層構造に若干の違いがあるものの、各中央電極Ec1〜Ec9および各周囲電極Ep1〜Ep9と、各端子Tx1〜Tx3,Ty1〜Ty3との間の接続関係は全く同じである。したがって、この図22に示す第2の実施例についても、図18に示す位置検出手段50をそのまま利用して、対象物Mの位置の特定を行うことができる。   As described above, the first embodiment shown in FIG. 17 and the second embodiment shown in FIG. 22 have a slight difference in layer structure, but the respective center electrodes Ec1 to Ec9 and the surrounding electrodes Ep1 to Ep9 are different from each other. The connection relationships between the terminals Tx1 to Tx3 and Ty1 to Ty3 are exactly the same. Therefore, also in the second embodiment shown in FIG. 22, the position of the object M can be specified using the position detecting means 50 shown in FIG. 18 as it is.

ただ、検出感度の観点からは、図17に示す第1の実施例の方が、図22に示す第2の実施例よりも優れている。これは、第1の実施例の場合、図17(b) に示されているとおり、中央電極Ec1〜Ec9および周囲電極Ep1〜Ep9が、いずれも同一の検出面S上に配置されているため、対象物Mの接近に起因する静電容量値の変動がより大きく生じるためである。第2の実施例の場合は、図22(b) に示されているとおり、中央電極Ec1〜Ec9の形成面と周囲電極Ep1〜Ep9の形成面とが同一の面にはならない。このため、一方の電極は他方の電極に比べて対象物Mとの距離が若干大きくなり、対象物Mの接近に起因する静電容量値の変動が若干少なくなる。このため、第2の実施例は第1の実施例に比べて、若干、検出感度が低下することになる。   However, from the viewpoint of detection sensitivity, the first embodiment shown in FIG. 17 is superior to the second embodiment shown in FIG. In the case of the first embodiment, this is because the central electrodes Ec1 to Ec9 and the peripheral electrodes Ep1 to Ep9 are all arranged on the same detection surface S as shown in FIG. This is because the capacitance value fluctuates more greatly due to the approach of the object M. In the case of the second embodiment, as shown in FIG. 22B, the formation surface of the central electrodes Ec1 to Ec9 and the formation surface of the peripheral electrodes Ep1 to Ep9 are not the same surface. For this reason, the distance between the one electrode and the object M is slightly larger than that of the other electrode, and the variation in the capacitance value due to the approach of the object M is slightly reduced. For this reason, the detection sensitivity of the second embodiment is slightly lower than that of the first embodiment.

<4−3.各部の材質や寸法の一例>
§4−1では、図17を参照して具体的な配線を施した第1の実施例を説明し、§4−2では、図22を参照して具体的な配線を施した第2の実施例を説明した。ここでは、これらの各実施例に基づく物体センサを実際に製造する上で、各部の材質や寸法の実例を簡単に述べておく。
<4-3. Examples of materials and dimensions of each part>
§4-1 describes the first embodiment in which specific wiring is performed with reference to FIG. 17, and §4-2 describes the second embodiment in which specific wiring is performed with reference to FIG. 22. Examples have been described. Here, when actually manufacturing the object sensor based on each of these embodiments, examples of materials and dimensions of each part will be briefly described.

まず、板状の支持体20は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板などの剛性基板によって構成することもできるし、ポリイミドフィルムやPETフィルムなどの可撓性フィルムを用いたいわゆるFPC(Flexible Printed Circuits)によって構成することもできるし、シリコーンゴムなどのシートによって構成することもできる。ロボットアームの指先など、任意形状の曲面に装着する用途に利用する場合は、支持体20が可撓性を有していた方が好ましいので、可撓性フィルムからなる支持体20を用いるようにすればよい。   First, the plate-like support 20 can be constituted by a rigid substrate such as a glass epoxy substrate or a ceramic substrate, or by so-called FPC (Flexible Printed Circuits) using a flexible film such as a polyimide film or a PET film. It can also be constituted by a sheet of silicone rubber or the like. In the case where the support body 20 is used for an application to be attached to a curved surface of an arbitrary shape such as a fingertip of a robot arm, it is preferable that the support body 20 has flexibility, so that the support body 20 made of a flexible film is used. do it.

一方、中央電極Ecや周囲電極Epは、たとえば、アルミニウムや銅などの金属や、その他の導電性材料で構成すればよい。具体的には、たとえば、印刷、ポッティング、スタンピングなどの方法で、これらの導電を形成することができる。各配線層や端子も、同様である。   On the other hand, the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep may be made of a metal such as aluminum or copper, or other conductive material, for example. Specifically, these conductive materials can be formed by a method such as printing, potting or stamping. The same applies to each wiring layer and terminal.

また、第1の絶縁層22や第2の絶縁層23は、たとえば、ポリイミドなどの樹脂層によって構成すればよい。これらの絶縁層は、内部に各電極や配線層を埋め込んだ層になるが、実際の製造プロセスでは、各電極や配線層を形成した後、これらを覆うように樹脂を流し込み、硬化させることにより形成することができる。各電極は、支持体20の上面に直接もしくは別な絶縁層を介して間接的に形成されることになり、更に、各電極の上面は絶縁層によって被覆され保護されることになる。   Moreover, what is necessary is just to comprise the 1st insulating layer 22 and the 2nd insulating layer 23 by resin layers, such as a polyimide, for example. These insulating layers are layers in which each electrode or wiring layer is embedded, but in the actual manufacturing process, after forming each electrode and wiring layer, a resin is poured to cover them and cured. Can be formed. Each electrode is formed directly on the upper surface of the support 20 or indirectly through another insulating layer, and the upper surface of each electrode is covered and protected by the insulating layer.

本願発明者が試作した図17の実施例に係る構造体についての各部の実際の寸法を参考までに記載しておくと、次のとおりである。まず、支持体20としては、一辺が80mmの正方形をした厚み1mmの板状部材を用いた。そして、中央電極Ec,周囲電極Ep,各配線層,各端子の厚みは20μmとし、第1の絶縁層22および第2の絶縁層の厚みは30μmとした。また、図17(a) の上面図に示す各部は、中央電極Ecを直径5mmの円盤とし、周囲電極Epを内径8mm,外径10mmの円環状構造体とし、配線Wx1〜Wx9,Wy10〜Wy30の太さを1mmとした。各容量素子C1〜C9の縦および横方向のピッチ(検出点Pのピッチ)は、20mmである。   It is as follows when the actual dimension of each part about the structure which concerns on the Example of FIG. 17 which this inventor made as an experiment is described for reference. First, as the support 20, a plate member having a thickness of 1 mm and a square having a side of 80 mm was used. The thickness of the central electrode Ec, the peripheral electrode Ep, each wiring layer, and each terminal was 20 μm, and the thickness of the first insulating layer 22 and the second insulating layer was 30 μm. Further, in each part shown in the top view of FIG. 17 (a), the central electrode Ec is a disk having a diameter of 5 mm, the peripheral electrode Ep is an annular structure having an inner diameter of 8 mm and an outer diameter of 10 mm, and wirings Wx1 to Wx9, Wy10 to Wy30. The thickness of was 1 mm. The vertical and horizontal pitches (the pitches of the detection points P) of the capacitive elements C1 to C9 are 20 mm.

もちろん、この§4−3で例示した各部の材質や寸法は、参考例として示したものであり、本発明を実施するにあたり、各部の材質や寸法は、上記参考例に限定されるものではない。各部の材質や寸法は、製品として提供される個々の物体センサの用途や価格などに応じて、適宜決定されるべきものである。   Of course, the materials and dimensions of the respective parts exemplified in §4-3 are shown as reference examples, and in carrying out the present invention, the materials and dimensions of the respective parts are not limited to the above reference examples. . The material and dimensions of each part should be appropriately determined according to the use and price of each object sensor provided as a product.

<<< §5. いくつかの変形例 >>>
最後に、いくつかの変形例を述べておく。
<<< §5. Some variations >>>
Finally, some modifications will be described.

<5−1.支持体に開口部を形成する変形例>
これまで、本発明に係る物体センサとして、平板状の支持体20を用いる例を述べてきた。もちろん支持体20は必ずしも平板状である必要はなく、任意形状のものであってもかまわないが、任意の装置に取り付けて用いる上では、平板状の支持体20を用いるのが好ましい。特に、二次元センサを構成する場合は、複数の容量素子を二次元的に配置する必要があるため、支持体20は平板状であることが望ましい。
<5-1. Modified Example of Forming Opening in Support>
Until now, the example which uses the flat support body 20 as an object sensor which concerns on this invention has been described. Of course, the support 20 does not necessarily have a flat plate shape and may have an arbitrary shape, but it is preferable to use the flat plate support 20 for mounting on an arbitrary apparatus. In particular, in the case of configuring a two-dimensional sensor, it is necessary to arrange a plurality of capacitive elements two-dimensionally. Therefore, it is desirable that the support 20 has a flat plate shape.

上述したとおり、支持体20は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板などの剛性基板によって構成することもできるし、ポリイミドフィルムやPETフィルムなどの可撓性フィルムによって構成することもできるし、シリコーンゴムなどのシートによって構成することもできる。ロボットアームの指先など、任意形状の曲面に装着する用途に利用する場合は、支持体20が可撓性を有していた方が好ましいので、可撓性フィルムからなる支持体20を用いるようにすればよい。この場合、任意形状の曲面に装着した時点で、物体センサの検出面Sは平面ではなく、当該任意形状の曲面に変わることになる。   As described above, the support 20 can be formed of a rigid substrate such as a glass epoxy substrate or a ceramic substrate, or can be formed of a flexible film such as a polyimide film or a PET film, or can be formed of a silicone rubber or the like. It can also be constituted by a sheet. In the case where the support body 20 is used for an application to be attached to a curved surface of an arbitrary shape such as a fingertip of a robot arm, it is preferable that the support body 20 has flexibility, so that the support body 20 made of a flexible film is used. do it. In this case, when mounted on a curved surface of an arbitrary shape, the detection surface S of the object sensor is not a flat surface but changes to the curved surface of the arbitrary shape.

また、ある程度の剛性をもった基板を支持体として用いた場合でも、数カ所に開口部を形成するようにすれば、可撓性を付加することができるようになる。図23(a) は、図22に示す実施例に開口部を形成した変形例を示す上面図であり(ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない)、図23(b) は、これを切断線23b−23bの位置で切断した状態を示す側断面図である。図22に示す支持体20と、図23に示す支持体30との相違点は、後者には、複数箇所に開口部U1〜U9が設けられている点である。具体的には、この平板状の構造体からなる支持体30の場合、容量素子の形成されていない領域に、構造体の厚みを貫通する開口部が設けられており、構造体全体が変形を生じやすくなるように構成されている。そのため、当該構造体全体が変形を生じるようになっており、任意形状の曲面に装着する用途に適したものになっている。   Even when a substrate having a certain degree of rigidity is used as a support, if openings are formed at several places, flexibility can be added. FIG. 23 (a) is a top view showing a modification in which an opening is formed in the embodiment shown in FIG. 22 (hatching is for clearly showing the electrode shape, not for showing a cross section). FIG. 23 (b) is a side sectional view showing a state in which this is cut at the position of the cutting line 23b-23b. The difference between the support 20 shown in FIG. 22 and the support 30 shown in FIG. 23 is that the latter is provided with openings U1 to U9 at a plurality of locations. Specifically, in the case of the support 30 made of this flat structure, an opening that penetrates the thickness of the structure is provided in a region where no capacitive element is formed, and the entire structure is deformed. It is configured to easily occur. For this reason, the entire structure is deformed, and is suitable for use on a curved surface having an arbitrary shape.

具体的には、図示の例の場合、開口部U1,U2,U4,U5は、隣接する容量素子の間に配置されており、開口部U3,U6,U7〜U9は、この構造体の縁部に配置されている。このように、開口部を容量素子の配置部を避けた箇所に配置すれば、容量素子による検出動作に支障を及ぼすことはない。図示の例の場合、開口部U1,U2,U4,U5は、正方形状の開口部であるが、他の開口部は様々な形状をしている。これは、開口部の形状のバリエーションを示すための便宜であり、実際には、すべての開口部を同一形状にしてかまわない。図示のバリエーションに示すとおり、開口部は、支持体30に可撓性を付加する効果があれば、どのような形状のものでもよい。   Specifically, in the case of the illustrated example, the openings U1, U2, U4, and U5 are disposed between adjacent capacitive elements, and the openings U3, U6, and U7 to U9 are edges of the structure. It is arranged in the part. As described above, if the opening is arranged at a place avoiding the arrangement portion of the capacitive element, the detection operation by the capacitive element is not hindered. In the case of the illustrated example, the openings U1, U2, U4, U5 are square-shaped openings, but the other openings have various shapes. This is a convenience for showing variations in the shape of the opening, and in practice, all the openings may have the same shape. As shown in the illustrated variation, the opening may have any shape as long as it has an effect of adding flexibility to the support 30.

図示の実施例のように、円盤状の中央電極Ecおよび円環状の周囲電極Epを用いると、隣接する容量素子間に隙間が生じるため、この隙間部分に開口部を効率的に配置することができる。したがって、支持体に開口部を形成する場合は、円盤状の中央電極Ecおよび円環状の周囲電極Epによって容量素子を形成すると好都合である。   When the disk-shaped center electrode Ec and the annular peripheral electrode Ep are used as in the illustrated embodiment, a gap is generated between the adjacent capacitive elements, so that the opening can be efficiently arranged in the gap portion. it can. Therefore, when the opening is formed in the support, it is convenient to form the capacitive element by the disc-shaped center electrode Ec and the annular peripheral electrode Ep.

図23(b) の側断面図に示すとおり、この例の場合、開口部U1〜U9は、平板状の支持体30だけでなく、第1の絶縁層32および第2の絶縁層33も貫通する貫通孔からなる開口部になっている。各絶縁層32,33を樹脂などの可撓性材料によって構成した場合は、開口部は必ずしも各絶縁層32,33まで貫通する貫通孔構造にする必要はないが、実用上は、各絶縁層32,33も含めた構造体の厚みを貫通するような開口部を設けるのが、十分な可撓性を与える上では好ましい。   As shown in the side sectional view of FIG. 23 (b), in this example, the openings U1 to U9 penetrate not only the flat support 30 but also the first insulating layer 32 and the second insulating layer 33. It is the opening part which consists of a through-hole. When each insulating layer 32, 33 is made of a flexible material such as a resin, the opening does not necessarily have a through-hole structure that penetrates to each insulating layer 32, 33. In order to provide sufficient flexibility, it is preferable to provide an opening that penetrates the thickness of the structure including 32 and 33.

このように、複数箇所に開口部を形成した平板状の支持体30は、結局、網目構造を有するシート状構造体を構成し、十分な可撓性を有することになる。このため、ロボットアームの指先など、任意形状の曲面に装着する用途に適した物体センサを実現することができる。   Thus, the flat support 30 having openings at a plurality of locations eventually forms a sheet-like structure having a network structure and has sufficient flexibility. Therefore, it is possible to realize an object sensor suitable for use on a curved surface having an arbitrary shape such as a fingertip of a robot arm.

また、図2に示す従来の物体センサの場合、細長い線状の各電極Ex,Eyは、局在容量素子を構成する役割を担うため、幅を細くしてしまうと、検出感度の低下を招くことになるが、本発明に係る物体センサの場合、隣接する容量素子間を接続する配線層は、配線としての役割を果たすことができればよいので、幅を必要最小限に狭めることができる。したがって、任意形状の曲面に装着する用途が想定される場合には、配線層の幅をなるべく細く設計することにより、十分な可撓性を確保することができる。   Further, in the case of the conventional object sensor shown in FIG. 2, each of the elongated linear electrodes Ex and Ey plays a role of constituting a localized capacitance element, so that if the width is reduced, the detection sensitivity is lowered. However, in the case of the object sensor according to the present invention, the wiring layer connecting the adjacent capacitive elements only needs to be able to play a role as wiring, so that the width can be reduced to the minimum necessary. Therefore, when an application to be attached to a curved surface of an arbitrary shape is assumed, sufficient flexibility can be ensured by designing the width of the wiring layer as thin as possible.

<5−2.電極形状に関する変形例>
これまで、円盤状の中央電極Ecおよび円環状の周囲電極Epを用いて容量素子を構成した例を述べてきたが、本発明を実施する上で、中央電極Ecは必ずしも円盤状の電極である必要はなく、周囲電極Epは必ずしも円環状の電極である必要はない。中央電極Ecは、所定の検出点Pに配置された任意形状の電極であれば足り、周囲電極Epは、この中央電極Ecを取り囲むように配置された電極であれば足りる。
<5-2. Modified example of electrode shape>
So far, an example has been described in which the capacitive element is configured using the disc-shaped center electrode Ec and the annular peripheral electrode Ep. However, in carrying out the present invention, the center electrode Ec is not necessarily a disc-shaped electrode. The peripheral electrode Ep is not necessarily an annular electrode. The center electrode Ec need only be an electrode having an arbitrary shape arranged at a predetermined detection point P, and the peripheral electrode Ep need only be an electrode arranged so as to surround the center electrode Ec.

図24は、本発明に用いる中央電極Ecおよび周囲電極Epのバリエーションを示す平面図である。ここで、図のハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。   FIG. 24 is a plan view showing variations of the central electrode Ec and the peripheral electrode Ep used in the present invention. Here, the hatching in the figure is for clearly showing the electrode shape, not for showing the cross section.

図24(a) は、これまで述べてきた円盤状の中央電極Ecと円環状の周囲電極Epを用いて容量素子を構成した例である。中央電極Ecも周囲電極Epも、検出点Pが中心点となるように同心配置されているため、容量素子全体が回転対称体を構成することになる。このため、検出点Pの周囲360°のいずれの方向から対象物Mが接近してきた場合にも、静電容量値に関して等価な変動が生じることになり、より正確な検出動作が期待できる。また、図23に示すような開口部U1〜U9を形成する場合にも、円形の電極を用いることにより、開口部形成に必要な領域を確保することが容易になる。   FIG. 24A shows an example in which a capacitive element is configured using the disc-shaped center electrode Ec and the annular peripheral electrode Ep described so far. Since the center electrode Ec and the peripheral electrode Ep are concentrically arranged so that the detection point P is the center point, the entire capacitive element forms a rotationally symmetric body. For this reason, even if the object M approaches from any direction around 360 ° around the detection point P, an equivalent change occurs in the capacitance value, and a more accurate detection operation can be expected. Moreover, also when forming the opening parts U1-U9 as shown in FIG. 23, it becomes easy to ensure an area | region required for opening part formation by using a circular electrode.

したがって、本願発明者は、本発明を実施する上では、この図24(a) に示す電極形状が最も好ましいものと考えている。また、本願発明者が行った実験によれば、中央電極Ecの全面積S(Ec)と周囲電極Epの全面積S(Ep)とが等しくなる設定(S(Ec)=S(Ep)となる設定)を行うと、より検出感度が向上する傾向が見られた。したがって、実際には、図6(a) に示す電極構成(S(Ec)<S(Ep))よりも、図24(a) に示す電極構成(S(Ec)=S(Ep))の方が好ましいと言える。   Therefore, the inventor of the present application considers that the electrode shape shown in FIG. 24 (a) is most preferable in carrying out the present invention. Further, according to an experiment conducted by the inventor of the present application, a setting in which the total area S (Ec) of the central electrode Ec is equal to the total area S (Ep) of the peripheral electrode Ep (S (Ec) = S (Ep)) ), The detection sensitivity tended to improve. Therefore, in actuality, the electrode configuration (S (Ec) = S (Ep)) shown in FIG. 24A is more than the electrode configuration shown in FIG. 6A (S (Ec) <S (Ep)). It can be said that it is preferable.

もちろん、原理的には、図24(b) に示すように、矩形状の中央電極Ecの周囲を矩形枠状の周囲電極Epが取り囲むような構造の容量素子を形成してもよいし、図24(c) に示すように、矩形状の中央電極Ecの周囲を円環状の周囲電極Epが取り囲むような構造の容量素子を形成してもよい。また、図24(d) に示すように、円環状の中央電極Ecの周囲を円環状の周囲電極Epが取り囲むような構造の容量素子を形成してもよい。   Of course, in principle, as shown in FIG. 24B, a capacitive element having a structure in which a rectangular frame-shaped peripheral electrode Ep surrounds the rectangular central electrode Ec may be formed. As shown in FIG. 24 (c), a capacitive element having a structure in which an annular peripheral electrode Ep surrounds a rectangular central electrode Ec may be formed. In addition, as shown in FIG. 24 (d), a capacitive element having a structure in which the annular central electrode Ec surrounds the annular central electrode Ep may be formed.

図24(e) は、外輪郭が多数の折れ線(ジグザグ線)からなる星型の中央電極Ecを、内輪郭が多数の折れ線(ジグザグ線)からなる星型をなし、外輪郭が円からなる特殊形状の周囲電極Epによって取り囲むような構造の容量素子を形成した例である。本願発明者が行った実験によれば、中央電極Ecの外輪郭を多数の折れ線(ジグザグ線)によって構成し、周囲電極Epの内輪郭を、これに沿った多数の折れ線(ジグザグ線)によって構成した場合、各輪郭を円によって構成した場合に比べて、より検出感度が向上する傾向が見られた。   FIG. 24 (e) shows a star-shaped central electrode Ec whose outer contour is composed of a large number of polygonal lines (zigzag lines), a star shape whose inner contour is composed of a large number of polygonal lines (zigzag lines), and whose outer contour is composed of a circle. This is an example in which a capacitive element having a structure surrounded by a special-shaped peripheral electrode Ep is formed. According to the experiments conducted by the inventors of the present application, the outer contour of the center electrode Ec is configured by a large number of broken lines (zigzag lines), and the inner contour of the peripheral electrode Ep is configured by a large number of bent lines (zigzag lines) along this. In this case, the detection sensitivity tends to be improved as compared with the case where each contour is formed by a circle.

その理由についての詳細な解析は、現時点ではなされていないが、本願発明者は、中央電極Ecの外輪郭線の全長、およびこれに対向する周囲電極Epの内輪郭線の全長が長くなればなるほど、何らかの要因で、近傍に存在する物体が静電容量値に与える影響が大きくなるためと考えている。   Although the detailed analysis about the reason is not made at present, the inventor of the present application increases the total length of the outer contour line of the center electrode Ec and the inner contour line of the surrounding electrode Ep opposed thereto. This is considered to be because the influence of an object existing in the vicinity on the capacitance value increases for some reason.

図24(f) は、図24(a) における周囲電極Epの一部に切り欠き部Lを設けた例である。本発明における周囲電極Epは、中央電極Ecを取り囲む形状を有している必要があるが、中央電極Ecの周囲360°をすべて取り囲む必要はない。別言すれば、周囲電極Epは、必ずしも完全な環状構造を有している必要はなく、一部に切り欠き部Lが形成されていてもかまわない。図24(f) に示す例は、中央電極Ecが、検出点Pを中心として配置された円盤状の電極であり、周囲電極Epが、この中央電極Ecを取り囲むように配置され、一部に切り欠き部Lを有する不完全円環状の電極である例である。   FIG. 24 (f) is an example in which a notch L is provided in a part of the peripheral electrode Ep in FIG. 24 (a). The peripheral electrode Ep in the present invention needs to have a shape surrounding the central electrode Ec, but it is not necessary to surround all 360 ° around the central electrode Ec. In other words, the peripheral electrode Ep does not necessarily have a complete annular structure, and the cutout portion L may be formed in part. In the example shown in FIG. 24 (f), the central electrode Ec is a disc-shaped electrode disposed around the detection point P, and the peripheral electrode Ep is disposed so as to surround the central electrode Ec. This is an example of an incomplete annular electrode having a notch L.

もちろん、図24(f) に示すように、周囲電極Epの一部に切り欠き部Lを形成してしまうと、容量素子は完全な回転対称体ではなくなるので、検出点Pの周囲360°のいずれの方向から対象物Mが接近してきた場合にも、静電容量値に関して等価な変動が生じる、という特性は失われてしまう。また、切り欠き部Lを設けることにより、静電容量値も低下するため、検出感度も若干低下することになる。しかしながら、この切り欠き部Lを利用して、中央電極Ecに対する配線が可能になるというメリットが得られる。   Of course, as shown in FIG. 24 (f), if the notch L is formed in a part of the peripheral electrode Ep, the capacitive element is not a perfect rotationally symmetric body. Even when the object M approaches from any direction, the characteristic that an equivalent fluctuation occurs in the capacitance value is lost. Moreover, since the capacitance value is reduced by providing the notch L, the detection sensitivity is slightly lowered. However, there is an advantage that wiring to the center electrode Ec becomes possible by using the notch L.

図25は、このようなメリットを利用して配線を行った変形例を示す上面図である。この図25においても、ハッチングは電極形状を明瞭に示すためのものであり、断面を示すためのものではない。この変形例は、板状の支持体20の上面に、X軸方向に沿って3組の容量素子C1〜C3を配置した一次元物体センサの例である。図示のとおり、3組の容量素子C1〜C3は、X軸上に定義された検出点P1〜P3の位置に配置されている。   FIG. 25 is a top view showing a modified example in which wiring is performed using such merits. Also in FIG. 25, hatching is for clearly showing the electrode shape, and is not for showing a cross section. This modification is an example of a one-dimensional object sensor in which three sets of capacitive elements C1 to C3 are arranged on the upper surface of the plate-like support 20 along the X-axis direction. As illustrated, the three sets of capacitive elements C1 to C3 are arranged at the positions of detection points P1 to P3 defined on the X axis.

ここで、各電極に対する配線に着目すると、周囲電極Ep1,Ep2,Ep3は、横方向配線層Wx1,Wx2,Wx3によって端子Txに接続されており、中央電極Ec1,Ec2,Ec3は、縦方向配線層Wy1〜Wy3によって端子Ty1〜Ty3に接続されている。しかも、縦方向配線層Wy1〜Wy3は、周囲電極Ep1,Ep2,Ep3に設けられた切り欠き部を通っているため、周囲電極Ep1,Ep2,Ep3に対して立体交差する必要はない。   Here, paying attention to the wiring for each electrode, the peripheral electrodes Ep1, Ep2, Ep3 are connected to the terminal Tx by the lateral wiring layers Wx1, Wx2, Wx3, and the central electrodes Ec1, Ec2, Ec3 are the vertical wirings. The layers Wy1 to Wy3 are connected to the terminals Ty1 to Ty3. In addition, since the vertical wiring layers Wy1 to Wy3 pass through the notches provided in the peripheral electrodes Ep1, Ep2, and Ep3, it is not necessary to three-dimensionally intersect the peripheral electrodes Ep1, Ep2, and Ep3.

したがって、この図25に示す変形例の場合、中央電極Ec1〜Ec3、周囲電極Ep1〜Ep3、横方向配線層Wx1,Wx2,Wx3、縦方向配線層Wy1〜Wy3、端子Tx,Ty1〜Ty3(図にハッチングを施して示す構成要素)は、いずれも同一の検出面S上に形成することができる。別言すれば、この図25に示す変形例の場合、図17や図22に示すような2層の絶縁層22,23を形成する必要はなく、図6(b) に示すような1層の絶縁層21を形成すれば足りる。このように、周囲電極Epに切り欠き部Lを形成し、中央電極Ecに対する配線を、この切り欠き部Lを通して行うようにすれば、絶縁層の構成を1層のみとすることができ、製造コストを低減させることができる。   Therefore, in the case of the modification shown in FIG. 25, the center electrodes Ec1 to Ec3, the peripheral electrodes Ep1 to Ep3, the lateral wiring layers Wx1, Wx2, Wx3, the vertical wiring layers Wy1 to Wy3, the terminals Tx, Ty1 to Ty3 (FIG. All of the constituent elements shown by hatching can be formed on the same detection surface S. In other words, in the case of the modification shown in FIG. 25, it is not necessary to form the two insulating layers 22 and 23 as shown in FIGS. 17 and 22, but a single layer as shown in FIG. It is sufficient if the insulating layer 21 is formed. In this way, if the notch L is formed in the peripheral electrode Ep and the wiring to the center electrode Ec is performed through the notch L, the configuration of the insulating layer can be made only one layer. Cost can be reduced.

<5−3.絶縁層に関する変形例>
図17(b) や図22(b) に示す例では、支持体20の上面に第1の絶縁層22と第2の絶縁層23とを積層した構成を示したが、これら絶縁層は必ずしも2層構造に分ける必要はなく、両者を融合させた単層構造にしてもかまわない。ただ、実際の製造工程を考慮すると、支持体20の上面に必要な導電層(電極もしくは配線層)を形成し、これを覆うように樹脂などからなる第1の絶縁層22を形成し、その上面に必要な導電層(電極もしくは配線層)を形成し、更にこれを覆うように樹脂などからなる第2の絶縁層23を形成する、というプロセスが好ましい。このようなプロセスを経ると、図示のような2層構造からなる絶縁層が形成されることになる。
<5-3. Modified example of insulating layer>
In the examples shown in FIG. 17B and FIG. 22B, the structure in which the first insulating layer 22 and the second insulating layer 23 are laminated on the upper surface of the support 20 is shown. It is not necessary to divide into a two-layer structure, and a single-layer structure in which both are fused may be used. However, in consideration of the actual manufacturing process, a necessary conductive layer (electrode or wiring layer) is formed on the upper surface of the support 20, and the first insulating layer 22 made of resin or the like is formed so as to cover the conductive layer. A process of forming a necessary conductive layer (electrode or wiring layer) on the upper surface and further forming a second insulating layer 23 made of resin or the like so as to cover it is preferable. Through such a process, an insulating layer having a two-layer structure as shown is formed.

なお、第2の絶縁層23は設けなくても、原理的には動作可能であるが、電極が上面に露出した状態になっていると、対象物の接触による短絡事故が発生するおそれがあり、また、表面が酸化などによる腐食を受けるおそれがあるので、実用上は、電極が露出しないように、その表面を何らかの保護層(上例では、第2の絶縁層23)で覆うようにするのが好ましい。   Although it is possible in principle to operate without the second insulating layer 23, if the electrode is exposed on the upper surface, a short circuit accident due to contact with the object may occur. In addition, since the surface may be corroded by oxidation or the like, in practice, the surface is covered with some protective layer (in the above example, the second insulating layer 23) so that the electrode is not exposed. Is preferred.

要するに、本発明に係る物体センサに用いる各電極は、支持体20の表面に直接もしくは別な絶縁層を介して間接的に形成されているようにし、更に、各電極の上面を絶縁層によって被覆するようにするのが好ましい。絶縁層は保護層として機能し、各電極を腐食から保護することができ、また、外部の導電体が各電極に直接接触して電気的な短絡が生じるのを防止できる。   In short, each electrode used in the object sensor according to the present invention is formed directly on the surface of the support 20 or indirectly through another insulating layer, and the upper surface of each electrode is covered with the insulating layer. It is preferable to do so. The insulating layer functions as a protective layer, can protect each electrode from corrosion, and can prevent an external conductor from coming into direct contact with each electrode and causing an electrical short circuit.

10:支持体
11:第1の絶縁層
12:第2の絶縁層
20:支持体
21:絶縁層
22:第1の絶縁層
23:第2の絶縁層
30:支持体
32:第1の絶縁層
33:第2の絶縁層
50:位置検出手段
51:容量値測定部
52:位置特定部
A,A1〜A9:検出領域
Bt:切断面
C,C1〜C9:容量素子/静電容量値
Cij:容量素子/静電容量値
C(1,1)〜C(9,9):容量素子を示すセル/静電容量値
C0:既存容量値
Cmax:最大静電容量値
Cleft,Cright :左右の付加容量
Ct:静電容量値のしきい値
E1,E2:電極
Ec,Ec1〜Ec9:中央電極
Ep,Ep1〜Ep9:周囲電極
Ep(L):周囲電極の左側部分
Ep(R):周囲電極の右側部分
Ex,Ex1〜Exi:行方向電極
Ey,Ey1〜Eyj:列方向電極
G:移動経路
G1〜G3:グラフ
Gxy:三次元グラフ
g:有意領域Stの重心点
H:配線用コンタクトホール
h:高さ
L:切り欠き部
M:対象物
m:測定回路
P,P1〜P9:検出点
Pij:検出点
Q,Q1〜Q3:対象物の位置
S:検出面
St:有意領域
SWx1〜SWx3:切替スイッチ
SWy1〜SWy4:切替スイッチ
T1,T2:端子
Ta,Tb:端子
Tx,Tx1〜Tx3:端子
Ty1〜Ty3:端子
U1〜U9:開口部
W7〜W9:層間配線層
Wx,Wx1〜Wx9:横方向配線層
Wy,Wy1〜Wy9:縦方向配線層
Wy10〜Wy30:縦方向配線層
X:XYZ三次元直交座標系の座標軸
Xg:重心点gのX座標値
Y:XYZ三次元直交座標系の座標軸
Yg:重心点gのY座標値
Z:XYZ三次元直交座標系の座標軸
ξ:X軸上の位置
ξ1〜ξ3:静電容量値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Support body 11: 1st insulating layer 12: 2nd insulating layer 20: Support body 21: Insulating layer 22: 1st insulating layer 23: 2nd insulating layer 30: Support body 32: 1st insulation Layer 33: Second insulating layer 50: Position detecting means 51: Capacitance value measuring unit 52: Position specifying unit A, A1 to A9: Detection region Bt: Cut plane C, C1 to C9: Capacitance element / capacitance value Cij : Capacitance element / capacitance value C (1,1) to C (9,9): Cell indicating capacitance element / Capacitance value C0: Existing capacitance value Cmax: Maximum capacitance value Cleft, Cright: Left and right Additional capacitance Ct: Capacitance value threshold value E1, E2: Electrodes Ec, Ec1 to Ec9: Center electrode Ep, Ep1 to Ep9: Peripheral electrode Ep (L): Left side portion Ep (R) of the peripheral electrode: Peripheral electrode Right side portions Ex, Ex1 to Exi: row direction electrodes Ey, Ey1 to Eyj: column direction electrodes G: travel length Paths G1 to G3: Graph Gxy: Three-dimensional graph g: Center of gravity H of significant region St: Wiring contact hole h: Height L: Notch M: Object m: Measurement circuit P, P1 to P9: Detection point Pij: Detection points Q, Q1 to Q3: Object position S: Detection surface St: Significant region SWx1 to SWx3: Changeover switch SWy1 to SWy4: Changeover switch T1, T2: Terminal Ta, Tb: Terminal Tx, Tx1 to Tx3: Terminals Ty1 to Ty3: Terminals U1 to U9: Openings W7 to W9: Interlayer wiring layers Wx, Wx1 to Wx9: Horizontal wiring layers Wy, Wy1 to Wy9: Vertical wiring layers Wy10 to Wy30: Vertical wiring layers X: XYZ The coordinate axis Xg of the three-dimensional orthogonal coordinate system: the X coordinate value of the center of gravity point g Y: the coordinate axis Yg of the three-dimensional orthogonal coordinate system Yg: the Y coordinate value of the center of gravity point g Z: the coordinate axis of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system ξ: on the X axis of Location ξ1~ξ3: capacitance value

Claims (5)

近傍に存在する対象物の位置を検出する物体センサであって、
所定の検出面を支持する支持体と、
前記検出面上に定義された複数N個の検出点の近傍にそれぞれ配置された合計N組の容量素子と、
前記N組の容量素子の各静電容量値に基づいて、前記対象物の位置を検出する位置検出手段と、
を備え、
前記容量素子のそれぞれは、前記検出点に配置された中央電極と、この中央電極を取り囲むように配置された周囲電極と、を有し、前記中央電極および前記周囲電極は、前記支持体によって支持されており、
前記位置検出手段は、前記各容量素子について前記中央電極と前記周囲電極との間の静電容量値を測定する容量値測定部と、測定された各静電容量値に基づいて、前記対象物の位置を特定する位置特定部と、を有し、
前記支持体が平板状の構造体からなり、前記構造体における容量素子の形成されていない領域に、前記構造体の厚みを貫通する開口部が設けられており、前記構造体全体が変形を生じるように構成されていることを特徴とする物体センサ。
An object sensor for detecting the position of an object existing in the vicinity,
A support that supports a predetermined detection surface;
A total of N sets of capacitive elements respectively arranged in the vicinity of a plurality of N detection points defined on the detection surface;
Position detecting means for detecting the position of the object based on the capacitance values of the N sets of capacitive elements;
With
Each of the capacitive elements has a central electrode disposed at the detection point and a peripheral electrode disposed so as to surround the central electrode, and the central electrode and the peripheral electrode are supported by the support body. Has been
The position detecting means includes a capacitance value measuring unit that measures a capacitance value between the central electrode and the surrounding electrode for each capacitance element, and the object based on each measured capacitance value. A position specifying part for specifying the position of
The support is made of a flat structure, and an opening that penetrates the thickness of the structure is provided in a region of the structure where no capacitive element is formed, and the entire structure is deformed. An object sensor configured as described above.
請求項1に記載の物体センサにおいて、
検出面上の所定の配置軸上にN個の検出点が並んで定義されており、N組の容量素子が前記配置軸に沿った一次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、前記配置軸に沿った一次元方向の位置を特定することを特徴とする物体センサ。
The object sensor according to claim 1,
N detection points are defined side by side on a predetermined arrangement axis on the detection plane, and N sets of capacitive elements constitute a one-dimensional array along the arrangement axis,
An object sensor, wherein a position specifying unit specifies a position in a one-dimensional direction along the arrangement axis for an object.
請求項1に記載の物体センサにおいて、
検出面上に配置された二次元格子の各格子点の位置に検出点が定義されており、
N組の容量素子が前記二次元格子に応じた二次元配列を構成し、
位置特定部が、対象物について、前記二次元格子に応じた二次元方向の位置を特定することを特徴とする物体センサ。
The object sensor according to claim 1,
Detection points are defined at the positions of each grid point of the two-dimensional grid placed on the detection surface,
N sets of capacitive elements constitute a two-dimensional array corresponding to the two-dimensional lattice,
A position specifying unit specifies a position in a two-dimensional direction corresponding to the two-dimensional grid for an object.
請求項1〜3のいずれかに記載の物体センサにおいて、
支持体の上面に第1の絶縁層が形成され、この第1の絶縁層の上面に第2の絶縁層が形成されており、前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層のうちの一方を主絶縁層、他方を副絶縁層と呼んだ場合に、
中央電極と、周囲電極と、周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、前記主絶縁層に埋め込まれており、
中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層が、前記副絶縁層に埋め込まれており、
中央電極と中央電極配線層との間に、前記主絶縁層と前記副絶縁層との境界面を貫通する層間配線層が形成されていることを特徴とする物体センサ。
The object sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
A first insulating layer is formed on the upper surface of the support, and a second insulating layer is formed on the upper surface of the first insulating layer. Of the first insulating layer and the second insulating layer, When one is called the main insulation layer and the other is the sub insulation layer,
A central electrode, a peripheral electrode, and a peripheral electrode wiring layer for electrically connecting the peripheral electrode to the capacitance measuring unit are embedded in the main insulating layer,
A central electrode wiring layer for electrically connecting the central electrode to the capacitance value measuring unit is embedded in the sub-insulating layer,
An object sensor, wherein an interlayer wiring layer penetrating a boundary surface between the main insulating layer and the sub insulating layer is formed between a central electrode and a central electrode wiring layer.
請求項1〜3のいずれかに記載の物体センサにおいて、
支持体の上面に第1の絶縁層が形成され、この第1の絶縁層の上面に第2の絶縁層が形成されており、前記第1の絶縁層および前記第2の絶縁層のうちの一方を中央電極形成層、他方を周囲電極形成層と呼んだ場合に、
中央電極と、この中央電極を容量値測定部に電気的に接続するための中央電極配線層とが、前記中央電極形成層に埋め込まれており、
周囲電極と、この周囲電極を容量値測定部に電気的に接続するための周囲電極配線層とが、前記周囲電極形成層に埋め込まれていることを特徴とする物体センサ。
The object sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
A first insulating layer is formed on the upper surface of the support, and a second insulating layer is formed on the upper surface of the first insulating layer. Of the first insulating layer and the second insulating layer, When one is called the center electrode formation layer and the other is the surrounding electrode formation layer,
A central electrode and a central electrode wiring layer for electrically connecting the central electrode to the capacitance value measuring unit are embedded in the central electrode forming layer,
An object sensor, wherein a peripheral electrode and a peripheral electrode wiring layer for electrically connecting the peripheral electrode to a capacitance value measuring unit are embedded in the peripheral electrode forming layer.
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