JPWO2018025690A1 - センサおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
1 第1の実施形態(タッチ操作および押圧操作を検出可能なセンサ)
1.1 電子機器の構成
1.2 センサの構成
1.3 操作時のセンサの出力信号
1.4 センサの動作
1.5 効果
1.6 変形例
2 第2の実施形態(タッチ操作および押圧操作を検出可能なセンサ)
2.1 センサの構成
2.2 センサの動作
2.3 効果
2.4 変形例
3 第3の実施形態(押圧操作を検出可能なセンサ)
3.1 センサの構成
3.2 センサの動作
3.3 効果
3.4 変形例
本技術の第1の実施形態に係るセンサ20は、複数または単数の指(導電体)のタッチ位置座標と移動状態とを検出可能であり(図1A参照)、かつ、指で操作面を押圧したときの荷重位置座標も検出可能である(図1B参照)。したがって、センサ20では、指の押し加減の情報を用いた操作も可能である。
本技術の第1の実施形態に係る電子機器10は、いわゆるタブレット型コンピュータであり、図2に示すように、センサ20と、制御部としてのコントローラIC11と、電子機器10の本体であるホスト機器12と、表示装置13とを備える。センサ20がコントローラIC11を含んでいてもよい。
センサ20は、操作面に対するタッチ操作と押圧操作との2種類の入力操作を検出可能なものである。センサ20は、入力操作に応じた静電容量の変化を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC11に出力する。ここで、タッチ操作とは、指などの導電体(接地された物体)が操作面に接近する操作または操作面に接触する操作をいう。また、押圧操作とは、指などの導電体またはスタイラスなどの非導電体により操作面を押圧する操作をいう。
コントローラIC11は、センサ20から供給される、静電容量の変化に応じた出力信号に基づき、センサ20の操作面に対してタッチ操作および押圧操作のいずれかが行われたかを判断し、その判断結果に応じた情報をホスト機器12に出力する。具体的には例えば、コントローラIC11は、2つの閾値A、Bを有し、これらの閾値A、Bに基づき上記判断を行う。タッチ操作が行われたと判断した場合には、コントローラIC11は、タッチ操作なされたことをホスト機器12に通知すると共に、タッチ操作がなされた位置座標の情報をホスト機器12に出力する。一方、コントローラIC11は、押圧操作が行われたと判断した場合には、押圧操作がなされたことをホスト機器12に通知すると共に、押圧操作なされた位置座標の情報をホスト機器12に出力する。更に、コントローラIC11が、押圧力(荷重)に関する情報をホスト機器12に出力するようにしてもよい。
ホスト機器12は、コントローラIC11から供給される情報に基づき、各種の処理を実効する。例えば、表示装置13に対する文字情報や画像情報などの表示、表示装置13に表示されたカーソルの移動、および画面のスクロールなどの処理を実行する。
表示装置13は、ホスト機器12から供給される映像信号や制御信号などに基づき、映像(画面)を表示する。表示装置13としては、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)ディスプレイ、電子ペーパーなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
センサ20は、図3Aに示すように、接地電極21と、接地電極21上に設けられた変形層22と、変形層22上に設けられた容量結合型のセンサ層30と、センサ層30上に設けられた表面層23とを備える。接地電極21、変形層22、センサ層30および表面層23は、可視光に対して透明性を有している。
接地電極21は、センサ20の裏面20SBを構成し、センサ20の厚さ方向にセンサ層30と対向して配置されている。接地電極21が、センサ層30などよりも高い曲げ剛性を有し、センサ20の支持プレートとして機能してもよい。本明細書において、接地電極21における接地とは、駆動ICのGND(グランド)に相当する意味を持っている。接地された物体は、必ずしもアースされている必要は無く、例えば人体のような所定の体積を有した導電体であってもよい
変形層22は、接地電極21とセンサ層30との間を所定間隔で離間する。変形層22は、操作面20SAの押圧操作により弾性変形可能に構成されている。変形層22は、弾性体により構成された弾性層である。弾性体としては、例えば、発泡ゴムなどの柔軟性を有するものが好ましい。変形層22は、フィルム状または板状を有している。
センサ層30は、操作面20SAに対するタッチ操作および押圧操作を検出可能なものである。センサ層30は、複数のセンシング部30Aを含んでいる。センシング部30Aは、タッチ操作および押圧操作による静電容量の変化を検出し、コントローラIC11に出力する。
基材31は、可撓性を有している。基材31は、例えば、フィルム状または板状を有する。基材31の材料としては、無機材料および有機材料のいずれも用いることができ、有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、例えば、公知の高分子材料を用いることができる。公知の高分子材料としては、具体的には例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル(TPEE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などが挙げられる。
以下、図4、図5A〜図10Bを参照して、送信電極32および受信電極33の構成について説明する。送信電極32は、図4に示すように、線状を有する複数のサブ電極(第2サブ電極)32aにより構成されている。複数のサブ電極32aは、Y軸方向に延設されると共に、X軸方向に離して配置されている。X軸方向に隣接するサブ電極32aの間隔は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
C=εS/D=ε(L1×L2)/D
サブ電極32a、33aの形成方法としては、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷などの印刷法、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニング法を用いることができる。
表面層23は、操作面20SAを有し、押圧操作により操作面20SAが押圧された場合にもほぼ一定の厚みを維持可能に構成されている。表面層23は、可視光に対して透明性を有し、かつ可撓性を有する基材である。基材の形状は、フィルム状であってもよいし、板状であってもよい。基材の材料としては、上記の基材31と同様のものが挙げられる。なお、表面層23が、コーティング層であってもよい。
以下、図11を参照して、操作時におけるセンサ20からの出力信号について説明する。ここで、出力信号は、各センシング部30Aにて検出された静電容量の変化に応じたものである。
以下、図12A〜図12Cを参照して、タッチ操作および押圧操作時におけるセンサ20の動作について説明する。なお、図12A、図12BはXZ断面を示しているのに対して、図12CはYZ断面を示している。
第1の実施形態に係るセンサ20は、タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサであり、接地電極21と、接地電極21上に設けられ、複数のサブ電極33aにより構成される受信電極33と、受信電極33上に設けられ、複数のサブ電極32aにより構成される送信電極32とを備える。送信電極32上に操作面20SAが設けられ、サブ電極32a、33aにより交差部30Bが構成される。接地電極21側から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL1が、操作面20SA側から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL2よりも長い。これにより、非導電体による押圧操作の感度を向上し、かつ導電体による押圧操作の感度を低減できる。したがって、非導電体による押圧操作と導電体による押圧操作との感度バランスを調整することができる。また、導電体によるタッチ操作の感度も低減できる。したがって、非導電体による押圧操作と導電体によるタッチ操作との感度バランスも調整することができる。
(変形例1)
上述の第1の実施形態では、サブ電極32a、33aが異なる幅W1、W2を有するようにすること、すなわち交差部30Bの形状を長方形状とすることで、操作感度を変える場合について説明したが、これ以外の構成により操作感度を変えるようにしてもよい。例えば、センサ層30の上面と操作面20SAとの間の距離、およびセンサ層30の下面と接地電極21の上面との間の距離を変えることで、タッチ操作と押圧操作との操作感度を変えるようにしてもよい。
第1の実施形態では、Z軸方向から平面視された交差部30Bの形状が長方形状である場合について説明したが、Z軸方向から平面視された交差部30Bの形状はこれに限定されるものではなく、長さL1、L2がL1>L2の関係を満たす形状であればよい。このような関係を満たしていれば、第1の実施形態と同様に非導電体による押圧操作の感度を向上し、かつ導電体による押圧操作の感度を低減できる。
長方形状を有する交差部30Bの向きは、図18Aに示すように、長さL1の長辺がX軸と平行となるように設定されていてもよいし、図18Bに示すように、長さL1の長辺がY軸と平行となるように設定されていてもよい。具体的には、図18Aに示すように、操作面20SAの側から見て、サブ電極32aをサブ電極33aよりも手前側に設け、サブ電極32aの幅W1をサブ電極33aの幅W2よりも広くするようにしてもよい。あるいは、図18Bに示すように、操作面20SAの側から見て、サブ電極33aをサブ電極32aよりも手前側に設け、サブ電極33aの幅W2をサブ電極32aの幅W1よりも広くするようにしてもよい。
図19に示すように、変形層22に代えて、複数の柱状体22bを備える変形層22aを採用してもよい。この場合、接地電極21が基材21a上に設けられて、電極基材が構成されていてもよい。変形層22aが、接地電極21とセンサ層30との周縁部間に連続的または断続的に設けられた枠部22cをさらに備えていてもよい。柱状体22bの配置形態としては、例えば特許文献1に記載の配置形態を採用することができる。
操作面20SAは、平面状に限られず、曲面または屈曲面であってもよい。この場合、センサ20の全体形状が湾曲または屈曲した形状であってもよい。
送信電極32および受信電極33は、サブ電極により構成された複数の単位電極体と、隣接する単位電極体間を連結する複数の連結部材とを備え、送信電極32と受信電極33との単位電極体の重なりによりセンシング部30Aが構成されていてもよい。この場合、サブ電極により構成される単位電極体は、例えば、櫛歯状、メッシュ状、同心状または螺旋状などを有していてもよい。
操作面20SA側から見て、受信電極33が送信電極32よりも手前側に設けられた構成を採用してもよい。この場合、受信電極33の幅W2を送信電極32の幅W1よりも広くすればよい。
上述の第1の実施形態では、電子機器10がタブレット型コンピュータである場合について説明したが、本技術はこの例に限定されるものではない。例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなど携帯電話、テレビ、カメラ、携帯ゲーム機器、カーナビゲーションシステム、ウェアラブル機器などの電子機器に本技術を適用してもよい。
[2.1 センサの構成]
本技術の第2の実施形態に係るセンサ120は、図20に示すように、センサ層30と表面層23との間に設けられた変形層25をさらに備えている点において、第1の実施形態に係るセンサ20とは異なっている。なお、第2の実施形態において第1の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
以下、図21A〜図21Cを参照して、タッチ操作および押圧操作時におけるセンサ120の動作について説明する。ここでは、操作面20SAに加えられる荷重に対して変形層25が変形層22に比べて変形しやすい場合について説明する。なお、図21A、図21BはXZ断面を示しているのに対して、図21CはYZ断面を示している。
第2の実施形態に係るセンサ120では、センサ層30と表面層23との間に変形層25が備えられているため、導電体51による押圧操作の感度を調整することができる。
(変形例1)
変形層22、25として、複数の柱状体を備える変形層を採用してもよい。柱状体の配置形態としては、例えば特許文献1に記載の配置形態を採用することができる。
センサ層30と表面層23との間に変形層25を備える代わりに、表面層23として変形層25の機能を兼ねるものを用いてもよい。
第2の実施形態に係るセンサ120に対して、第1の実施形態の変形例にて説明した構成を適用してもよい。
[3.1 センサの構成]
本技術の第3の実施形態に係るセンサ220は、図22に示すように、変形層25と表面層23との間に設けられた接地電極26をさらに備えている点において、第2の実施形態に係るセンサ120とは異なっている。なお、第3の実施形態において第2の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
以下、図23A〜図23Cを参照して、押圧操作時におけるセンサ220の動作について説明する。ここでは、指などの導電体51により操作面20SAを押圧操作する場合について説明するが、スタイラスペンなどの非導電体により操作面20SAが押圧操作されてもよい。なお、図23A、図23BはXZ断面を示しているのに対して、図23CはYZ断面を示している。
第3の実施形態に係るセンサでは、−Z方向(接地電極21側)から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL1が、Z方向(操作面20SA側)から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL2よりも長い。これにより、接地電極21に対するセンサ層30の感度を向上し、かつ接地電極26に対するセンサ層30の感度を低減できる。したがって、センサ層30の上下の感度バランスを調整することができる。
(変形例1)
Z方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL2を、−Z方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL1よりも長くしてもよい。具体的には、Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合、長方形状の交差部30Bの長辺が見えるのに対して、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合、長方形状の交差部30Bの短辺が見えるようにしてもよい。このような構成とするためには、操作面20SAから見て手前側となるサブ電極32aの幅W1を、操作面20SAから見て奥側となるサブ電極33aの幅W2よりも狭くするようにすればよい。
変形層22、25のヤング率が異なっていている場合には、変形層22、25のヤング率の違いに対応させて交差部30Bの辺の長さL1、L2を設定し、上下の接地電極21、26に対するセンサ層30の感度バランスを調整してもよい。具体的には、変形層22のヤング率が変形層25のヤング率に比べて大きい場合には、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さL1を、Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さをL2よりも大きくするようにしてもよい。一方、変形層25のヤング率が変形層22のヤング率に比べて大きい場合には、Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さをL2を、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さL1より大きくするようにしてもよい。
第3の実施形態に係るセンサ220に対して、第1または第2の実施形態の変形例にて説明した構成を適用してもよい。
(1)
タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサであって、
接地電極と、
前記接地電極上に設けられ、複数の第1サブ電極により構成される第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、複数の第2サブ電極により構成される第2電極と
を備え、
前記第2電極上に操作面が設けられ、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより交差部が構成され、
前記接地電極側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL1が、前記操作面側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサ。
(2)
前記長さL1と、前記第1サブ電極および前記第2サブ電極間の距離Dとが、L1<2×Dの関係を満たす(1)に記載のセンサ。
(3)
前記操作面側から前記交差部を平面視すると、長方形状を有している(1)または(2)に記載のセンサ。
(4)
前記第2サブ電極の幅は、前記第1サブ電極の幅よりも広い(1)から(3)のいずれかに記載のセンサ。
(5)
前記第2電極が送信電極であり、前記第1電極が受信電極である(1)から(4)のいずれかに記載のセンサ。
(6)
前記接地電極と前記第1電極との間に設けられ、前記操作面の押圧により変形する変形層をさらに備える(1)から(5)のいずれかに記載のセンサ。
(7)
前記接地電極と前記第1電極との間に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第1変形層と、
前記第2電極上に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第2変形層と
をさらに備える(1)から(5)のいずれかに記載のセンサ。
(8)
前記第2電極上に設けられ、前記操作面を有する表面層をさらに備え、
前記表面層の厚みが、前記変形層の厚みよりも厚い(6)に記載のセンサ。
(9)
前記変形層は、弾性体により構成されている(6)または(8)に記載のセンサ。
(10)
前記変形層は、複数の柱状体により構成されている(6)、(8)または(9)に記載のセンサ。
(11)
押圧操作を検出可能なセンサであって、
第1接地電極と、
前記第1接地電極上に設けられ、複数の第1サブ電極により構成される第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、複数の第2サブ電極により構成される第2電極と、
前記第2電極上に設けられた第2接地電極と
を備え、
前記第2接地電極上に操作面が設けられ、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより交差部が構成され、
前記第1接地電極側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL1が、前記操作面側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサ。
(12)
(1)から(11)のいずれかに記載のセンサを備える電子機器。
11 コントローラIC
12 ホスト機器
13 表示装置
20 センサ
20SA 操作面
20SB 裏面
21、26 接地電極
22 変形層(第1変形層)
25 変形層(第2変形層)
23 表面層
30 センサ層
30A センシング部
30B 交差部
31 基材
32 送信電極(第2電極)
32a サブ電極(第2サブ電極)
33 受信電極(第1電極)
33a サブ電極(第1サブ電極)
Claims (12)
- タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサであって、
接地電極と、
前記接地電極上に設けられ、複数の第1サブ電極により構成される第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、複数の第2サブ電極により構成される第2電極と
を備え、
前記第2電極上に操作面が設けられ、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより交差部が構成され、
前記接地電極側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL1が、前記操作面側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサ。 - 前記長さL1と、前記第1サブ電極および前記第2サブ電極間の距離Dとが、L1<2×Dの関係を満たす請求項1に記載のセンサ。
- 前記操作面側から前記交差部を平面視すると、長方形状を有している請求項1に記載のセンサ。
- 前記第2サブ電極の幅は、前記第1サブ電極の幅よりも広い請求項1に記載のセンサ。
- 前記第2電極が送信電極であり、前記第1電極が受信電極である請求項1に記載のセンサ。
- 前記接地電極と前記第1電極との間に設けられ、前記操作面の押圧により変形する変形層をさらに備える請求項1に記載のセンサ。
- 前記接地電極と前記第1電極との間に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第1変形層と、
前記第2電極上に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第2変形層と
をさらに備える請求項1に記載のセンサ。 - 前記第2電極上に設けられ、前記操作面を有する表面層をさらに備え、
前記表面層の厚みが、前記変形層の厚みよりも厚い請求項6に記載のセンサ。 - 前記変形層は、弾性体により構成されている請求項6に記載のセンサ。
- 前記変形層は、複数の柱状体により構成されている請求項6に記載のセンサ。
- 押圧操作を検出可能なセンサであって、
第1接地電極と、
前記第1接地電極上に設けられ、複数の第1サブ電極により構成される第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、複数の第2サブ電極により構成される第2電極と、
前記第2電極上に設けられた第2接地電極と
を備え、
前記第2接地電極上に操作面が設けられ、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより交差部が構成され、
前記第1接地電極側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL1と、前記操作面側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL2とが異なっているセンサ。 - 請求項1に記載のセンサを備える電子機器。
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