TW202202997A - 觸控面板裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種對操作量的檢測可靠且成本低的觸控面板裝置。觸控面板裝置具備：電容式觸控面板，具備電極圖案；以及旋轉操作部，具備與電極圖案對向的對向電極且可自由旋轉地安裝在觸控面板上。電極圖案由相互絕緣的圓形的第一電極(寄生電容)和第二電極構成。第一電極由相互絕緣的多個小圖案(寄生電容)構成。當對旋轉操作部進行旋轉時，對向電極與觸控面板之間會發生電容變化，能夠探測對向電極的位置。由於旋轉操作部是非導電的，因此與人體的電容無關，且由於對位置的探測依賴於電極圖案的寄生電容，因此精度較高。

Description

觸控面板裝置

發明領域

本發明涉及一種觸控面板裝置，其通過觸控面板的電極圖案對安裝在電容式觸控面板上的旋轉操作部的操作進行檢測，尤其涉及一種無論觸碰操作旋轉操作部的人的電容如何，都能夠可靠地檢測旋轉操作部的操作的觸控面板裝置。

發明背景

在具備控制多種物理量的功能的各種電子設備上設有調節部件，供操作人員用手指調節該物理量。這種調節部件已知有：操作人員用手指捏住進行旋轉操作的旋鈕式旋轉操作部(操作旋鈕)。例如，為了進行音響設備中的音量調節和空調中的溫度調節的操作，在各個設備的音量或溫度的調節電路中設有公知的可變電阻器和旋轉編碼器作為調節用的電子元件，在這些旋轉軸上安裝有旋轉操作部。操作人員用手指捏住該旋轉操作部使其進行旋轉便可調節音量或溫度。此外，可變電阻器是一種將機械位置的變化轉換成電阻值的變化並作為類比電信號輸出的電子元件，也稱為電位器。另外，旋轉編碼器是一種使用內置的網格盤將輸入軸的旋轉位移作為數位信號輸出的感測器。

另外，除使用可變電阻器等的旋鈕式調節部件以外，調節部件已知的還有如圖5所示的電容式觸控面板。該觸控面板中構成面板的一部分的蓋板玻璃的下表面側具有由多個電極圖案100構成的觸控鍵101，圖5中僅示出了觸控鍵101，省略了面板的結構構件等。圖5的示例中，觸控鍵101的各個電極圖案100沿操作方向線性排列，例如，如果該觸控鍵101是音響設備中的音量調節用的操作部，如圖5中概念性所示，如果操作人員隔著蓋板玻璃用手指觸碰觸控鍵101，並沿箭頭所示的方向進行滑動手勢操作，則觸控面板會檢測手指接近的電極圖案100的位置，因此，設備根據觸控面板所檢測到的電極圖案100的位置來調節音量。例如，當使手指向箭頭的右側方向滑動時，音量增大，另外，當使手指向箭頭的左側方向滑動時，音量降低。

發明要解決的問題

在可變電阻器和旋轉編碼器的軸上連結了旋轉操作部的調節部件的情況下，由於使旋轉操作部旋轉進行操作，因此即便不直接視覺識別旋轉操作部，也可以僅憑手指的感覺簡單直觀地瞭解操作量。然而，由於可變電阻器和旋轉編碼器由於有旋轉部分，因此存在電子元件有磨損壽命，而且較為昂貴的問題。

另外，在調節部件是觸控面板的情況下，調節操作是由操作人員的手指通過滑動手勢操作來進行。因此，存在除非直接視覺識別觸控鍵和手指，否則無從得知用手指觸碰的觸控鍵的位置，難以僅憑手指的感覺來直觀地瞭解操作量的問題。尤其是在車載用的電子設備的情況下，由於在駕駛時看觸控面板在安全上並不可取，因此，存在駕駛時尤其難以掌握操作量，而且操作本身也容易變得不穩定的問題。

本發明是為瞭解決上述的現有技術問題而完成的，其目的在於提供一種觸控面板裝置，其由於使用了觸控面板，因此成本較低，能夠直觀地把握操作量，且對操作量的檢測可靠。 解決問題的技術方案

在本發明的一示例性實施方式中，提供了一種觸控面板裝置。觸控面板裝置具備：電容式觸控面板，具備電極圖案；以及旋轉操作部，具備與前述電極圖案對向的對向電極且可自由旋轉地安裝在前述觸控面板上。

在前述實施方式的觸控面板裝置中，前述電極圖案由圓形的第一電極和第二電極構成，前述第一電極和第二電極以相互鄰接的方式絕緣配置，前述第一電極和前述第二電極中的至少一方接地，前述對向電極以與前述電極圖案對向的狀態，在直徑方向上橫跨前述第一電極和前述第二電極地配置。

在前述實施方式的觸控面板裝置中，在本發明第二方面前述的觸控面板裝置中，前述第一電極和前述第二電極中的一方在圓周方向上被分隔開且相互絕緣，至少另一方接地。

在前述實施方式的觸控面板裝置中，前述對向電極設有多個。 發明效果

根據前述實施方式的觸控面板裝置，當操作人員用手指捏住旋轉操作部使其旋轉時，旋轉操作部的對向電極相對於觸控面板的電極圖案相對移動，由此對向電極與觸控面板之間發生電容變化，能夠通過觸控面板探測到發生這一變化的位置。在這種位置探測原理的觸控面板裝置中，如果採用不易與操作旋轉操作部的人體的電容相關的構成，如用非導電材料構成旋轉操作部等，則操作旋轉操作部的人體中不易流過電流，因此，上述的通過檢測電容的變化來探測位置，主要依賴於觸控面板的電極圖案側的寄生電容，因此，對位置的檢測動作可靠且精度提高。

另外，根據前述實施方式的觸控面板裝置，當操作人員用手指捏住旋轉操作部使其旋轉時，橫跨第一電極和第二電極配置的對向電極沿觸控面板所具有的圓形的第一電極和第二電極移動。當相對於第一電極和第二電極的對向電極的位置因這一動作在圓周方向上發生變化時，在變化後的位置處，第一電極的寄生電容和第二電極的寄生電容相結合，由於對向電極與觸控面板之間電容在移動前後發生了變化，因此，可以通過觸控面板探測發生這一變化的位置。這樣，在該觸控面板裝置中，通過檢測由第一電極的寄生電容和第二電極的寄生電容結合產生的電容的變化，以探測對向電極的位置，因此，無論接觸旋轉操作部的人體的電容如何，對位置的檢測動作都是可靠的，且精度提高。即，如果用非導電材料構成旋轉操作部，則操作旋轉操作部的人體中沒有電流流過，與人體的電容無關，而且即使用導電材料構成旋轉操作部，流過操作旋轉操作部的人體中的電流也相對較小，因此，人體電容的影響仍然較小。故而，無論是徒手還是戴較厚的手套都能夠進行操作。

另外，根據前述實施方式的觸控面板裝置，由於形成為第一電極和第二電極中的一方在圓周方向上被分隔開且互相絕緣的結構，因此，能夠精密地檢測對向電極的圓周方向的位置。

另外，根據前述實施方式的觸控面板裝置，如果通過適當地設定多個對向電極的圓周方向上的配置，使多個對向電極中的每一個與電極圖案之間分別產生的電容的變化各不相同，則能夠更精密地檢測對向電極的圓周方向的位置，還能夠檢測對向電極的旋轉方向。

較佳實施例之詳細說明

參照圖1-圖3對本發明的第一實施方式進行說明。

如圖1所示，本實施方式的觸控面板裝置1具有：顯示面板2；電容式觸控面板4，用透光性黏合片3黏貼在能夠視覺識別顯示面板2的顯示部的上表面側；透光性蓋板玻璃5，用透光性黏合片3黏貼在觸控面板4的上表面；旋轉操作部6(操作旋鈕)，可自由旋轉地安裝在蓋板玻璃5的上表面。需要說明的是，顯示面板2的顯示原理和顯示內容不限。此外，蓋板玻璃5的下表面的周緣部上設有黑色等的裝飾層7，顯示面板2的顯示部的顯示範圍劃分為框狀。

根據這個觸控面板裝置1，可以隔著觸控面板4從蓋板玻璃5的表面側看到顯示面板2的顯示，能夠在視覺識別該顯示的同時，通過操作旋轉操作部6選擇操作位於旋轉操作部6的正下方的觸控面板4的電極圖案。

如圖2中的(a)和(b)所示，旋轉操作部6為圓柱形。旋轉操作部6由非導電樹脂等非導電材料構成，或是由將表面加工成非導電的導電材料構成。旋轉操作部6上形成有由平行於母線(圓柱形的圓周面上與中心軸平行的線)的多個凹槽組成的防滑紋8。旋轉操作部6的中心處形成有與圓柱形的中心軸線平行的軸孔9。軸孔9不在上表面上開口，而是在底面的中央開口。該底面的一部分上設有矩形的對向電極10，其與軸孔9的邊緣和旋轉操作部6的外圓周相接。對向電極10嵌入旋轉操作部6的底面，對向電極10的表面和旋轉操作部6的底面為同一表面。

詳細內容稍後再進行說明，對向電極10與觸控面板4的電極圖案20(參照圖3中的(c))對向設置。此外，對尺寸的一個示例進行舉例說明，軸孔9的直徑是旋轉操作部6的直徑的(大約40%)。而且對向電極10的圓周方向(旋轉方向)的尺寸(寬度)為旋轉操作部6的圓周的大概(二十分之一)左右，因此，若將旋轉操作部6旋轉對向電極10的寬度來進行旋轉操作，則旋轉角度大概為(15度到20度)左右。

如圖2中的(c)所示，在蓋板玻璃5的表面上設有作為旋轉操作部6的支撐軸的安裝支架(stay)11。即，在安裝支架11的底部上突出設置有兩根固定桿12，在蓋板玻璃5的表面上設有兩處凹部13，通過在凹部13的內部(以及根據需要在凹部13和凹部13之間的蓋板玻璃5的表面上)塗抹黏合劑並將固定桿12插入凹部13中，能夠將安裝支架11垂直固定於蓋板玻璃5的表面。

如圖2中的(c)所示，安裝支架11為上部的尖端略呈錐形的大致圓柱形。安裝支架11的至少上部為中空，其外徑比旋轉操作部6的軸孔9的內徑稍大一些。並且，安裝支架11的上部，從其上端部到大致中央部分，被基本上平行於大致圓柱形的中心軸地形成的多個縱向槽14分割成多個板部15。各板部15的下部是一體的，但上端部是獨立的自由端，因此在半徑方向上能夠彈性變形。另外，安裝支架11的長度與旋轉操作部6的軸孔9的長度基本相同。因此，若按照將蓋板玻璃5上的安裝支架11插入旋轉操作部6的軸孔9中的方式將旋轉操作部安裝到安裝支架11上，則成為安裝支架11的板部15略微向內位移並通過彈力與軸孔9的內表面接觸，旋轉操作部6的底面與蓋板玻璃5的表面相接的狀態。

此外，在安裝支架11的每個板部15的中部設有彎折部16，而且，在旋轉操作部6的軸孔9的內周面的關鍵處設有未圖示的卡止部，因此，當安裝支架11插入旋轉操作部6的軸孔9中時，彎折部16會卡止在軸孔9的卡止部上，故而，即使拉拽安裝好的旋轉操作部6也不會使其輕易地從安裝支架11脫落。

這樣，在將旋轉操作部6安裝在安裝支架11的狀態下，若用手指捏住旋轉操作部6旋轉，則旋轉操作部6能夠相對於安裝支架11進行旋轉。通過這一操作，位於旋轉操作部6的底面上的對向電極10沿蓋板玻璃5的表面在圓周方向上移動。

如圖3所示，旋轉操作部6面對位於蓋板玻璃5的下方的觸控面板4的電極圖案20。即，如圖3中的(a)、(b)所示，在旋轉操作部6的底面上設有對向電極10，如圖3中的(c)所示，該對向電極10面對設在觸控面板4上的由圓形的第一電極21和第二電極22構成的電極圖案20。

圖3中的(c)示出了觸控面板4的電極圖案20的同時，還通過將對向電極10投影在電極圖案20的平面圖上，示出了電極圖案20與對向電極10的位置關係。如圖3中的(c)所示，第一電極21和第二電極22均是與安裝支架11同心的環狀圖案，外側為第一電極21，中心側為第二電極22。第一電極21和第二電極22的半徑方向的尺寸相等且相互絕緣。外側的第一電極21由在圓周方向上分割成的多個(圖中示出了6個)小圖案21a構成。小圖案21a形成為一端為凸三角形，另一端為凹三角形的如彎曲箭頭的形狀，通過面朝同一方向且相互組合，整體上構成了前述的環狀第一電極21。小圖案21a之間相互絕緣。第二電極22為單個環狀電極圖案。

在圖3中的(c)中，如用阻抗符號Z視覺化所示，第一電極21的每個小圖案21a和第二電極22分別具有寄生電容ZP1、ZP2。在同一圖中，第一電極21的小圖案21a的寄生電容ZP1僅顯示了一個小圖案21a，而實際上6個小圖案21a中的每一個都具有寄生電容ZP1。

寄生電容(雜散電容，stray capacity)不是僅由安裝的特定元件引起的，而是通過電子元件內部或電子電路內部的物理結構引起的相互作用產生的，不是設計人員所預期的電容分量。因此，圖3中的(c)中示出了第一電極21(小圖案21a)和第二電極22兩者分別通過寄生電容ZP1、ZP2接地，但是本實施方式中僅第二電極22作為實際電路接地(連接GND)。

此外，這裡的接地是指，用電導體將電極(電極圖案20)連接到電位參考點，地面(GND)多用作典型的電位參考點，但也包括在接地途中介入有佈線、外殼、某些具有阻抗的電子元件等的情況。總之，只要是電荷從電極(電極圖案20)流出的狀態即可。

根據該觸控面板裝置1，當操作人員用手指捏住旋轉操作部6使其旋轉時，旋轉操作部6的對向電極10相對於觸控面板4的電極圖案20進行相對移動，從而，對向電極10與觸控面板4之間發生電容變化，能夠通過觸控面板4探測發生這一變化的位置。詳細來說，通過使旋轉操作部6旋轉，在對向電極10與電極圖案20對向的狀態下，在直徑方向上橫跨第一電極21和第二電極22配置的對向電極10沿觸控面板4的圓形的第一電極21和第二電極22移動，相對於第一電極21和第二電極22的位置在圓周方向上會發生變化。在對向電極10的位置發生變化後，該觸控面板4的系統中的電容ZS成為通過對向電極10結合了第一電極21的寄生電容ZP1和第二電極22的寄生電容ZP2的值。由於該值與移動前的電容ZS的差，對向電極10與觸控面板4之間，電容在移動前後發生了變化，因此，可以通過觸控面板4探測發生這一變化的位置。

這樣，在該觸控面板裝置1中，通過檢測由第一電極21的寄生電容和第二電極22的寄生電容的結合得到的電容的變化，以探測對向電極10的位置。因此，無論與旋轉操作部6相接的人體H的電容如何，對位置的檢測動作都是可靠的，且精度提高。即，由於該觸控面板裝置1的旋轉操作部6是由非導電材料構成的，因此，操作旋轉操作部6的人體H中不會有電流流過，人體H的電容與對向電極10的位置檢測無關。因此，無論是徒手還是戴較厚的手套，任何情況下都能夠進行操作。關於這種使用情況的自由度的高度，由於設想到在汽車駕駛中駕駛員戴著手套，因此，在安裝於車載設備上的情況下等尤其有利。此外，在該觸控面板裝置1中，即使用導電材料構成旋轉操作部6，流過操作旋轉操作部6的人體H的電流相對較小，因此，人體H的電容的影響仍然較小。

參照圖4對本發明的第二實施方式進行說明。

圖4中的(a)是旋轉操作部6的立體圖，對應於第一實施方式的圖3中的(a)。圖4中的(b)示出了電極圖案20和對向電極10的投影圖像，對應於圖3中的(c)。從圖4可知，本實施方式的觸控面板裝置1a與第一實施方式的觸控面板裝置1的不同點在於對向電極10的數量。其他結構與第一實施方式相同，引用第一實施方式的描述，以避免贅述。

如圖4中的(b)所示，本實施方式的觸控面板裝置1a具有兩個對向電極10、10。兩個對向電極10、10配置在自旋轉操作部6的旋轉方向上彼此相隔180度的對稱位置稍偏離一些的位置處，圖示的具體示例中為自前述對稱位置偏離(25度-30度)左右的位置關係。由於第一電極21由相同形狀的6個小圖案21a構成，因此，如果兩個對向電極10、10在旋轉方向上相隔180度，則成為如下狀態：兩個對向電極10、10所面對的小圖案21a的位置彼此相同，且兩個對向電極10、10被投影在相同形狀的不同小圖案21a的同一位置。但是，本實施方式的兩個對向電極10、10配置為偏離前述對稱位置，相對於小圖案21a重疊的相位彼此不同。

在本實施方式的觸控面板裝置1a中，如果用手指捏住旋轉操作部6使其旋轉，則旋轉操作部6的2個對向電極10、10相對於觸控面板4的電極圖案20分別相對移動，從而，2個對向電極10、10與觸控面板4之間發生電容變化，但由於該變化在2個對向電極10、10上各不相同，因此，對對向電極10、10位置的檢測精度比第一實施方式高，而且還可以檢測旋轉操作部6的旋轉方向。此外，若相對於小圖案21a重疊的相位不同，設置3個以上的對向電極10還能夠進一步提高檢測精度。

需要說明的是，如圖1所示，以上前述實施方式的觸控面板裝置1、1a構成為，在顯示面板2上黏貼觸控面板4，在觸控面板4上黏貼蓋板玻璃5，在蓋板玻璃5的上表面上設有旋轉操作部6。但也可以是如下描述的將觸控面板4和蓋板玻璃5一體化的簡單的結構。即，在第一實施方式中的具備裝飾層7的蓋板玻璃5的下表面，在比裝飾層7更加靠內側的範圍內形成電極圖案，用絕緣保護膜覆蓋該電極圖案形成觸控面板。若在顯示面板2上黏貼這種單片結構的觸控面板，在該觸控面板的上表面上設置旋轉操作部6，則能夠形成結構更加簡單的觸控面板裝置。

1,1a:觸控面板裝置 2:顯示面板 3:透光性黏合片 4:電容式觸控面板 5:透光性蓋板玻璃 6:旋轉操作部;操作旋鈕 7:裝飾層 8:防滑紋 9:軸孔 10:對向電極 11:安裝支架 12:固定桿 13:凹部 14:縱向槽 15:板部 16:彎折部 20:電極圖案 21:第一電極 21a:構成第一電極的小圖案 22:第二電極 100:電極圖案 101:觸控鍵 ZP1,ZP2:寄生電容 ZS:電容 H:人體

圖1是示出了第一實施方式的觸控面板裝置的整體結構的側視圖。 圖2中的分圖(a)是從下表面側看到的第一實施方式的觸控面板裝置的旋轉操作部的立體圖；分圖(b)是同一旋轉操作部的底面；分圖(c)是同一觸控面板裝置的分解立體圖。 圖3中的分圖(a)是從上表面側看到的第一實施方式的觸控面板裝置的旋轉操作部的立體圖；分圖(b)是從底面側看到的同一旋轉操作部的立體圖；分圖(c)是示出了同一觸控面板裝置中旋轉操作部的對向電極相對於觸控面板的電極圖案的位置關係、和同一電極圖案的寄生電容的圖。 圖4中的分圖(a)是從上表面側看到的第二實施方式的觸控面板裝置的旋轉操作部的立體圖；分圖(b)是示出了同一觸控面板裝置中旋轉操作部的對向電極相對於觸控面板的電極圖案的位置關係、和同一電極圖案的寄生電容的圖。 圖5是示出了現有電容式觸控面板中的電極圖案(觸控鍵)和通過手指進行的滑動手勢操作的圖。

6:旋轉操作部；操作旋鈕

8:防滑紋

9:軸孔

10:對向電極

20:電極圖案

21:第一電極

21a:構成第一電極的小圖案

22:第二電極

ZP1,ZP2:寄生電容

H:人體

Claims (4)

1. 一種觸控面板裝置，其特徵在於，具備： 電容式觸控面板，具備電極圖案；以及 旋轉操作部，具備與前述電極圖案對向的對向電極且可自由旋轉地安裝在前述觸控面板上。
2. 如請求項1之觸控面板裝置，其特徵在於，前述電極圖案由圓形的第一電極和第二電極構成，前述第一電極和第二電極以相互鄰接的方式絕緣配置， 前述第一電極和前述第二電極中的至少一方接地， 前述對向電極以與前述電極圖案對向的狀態，在直徑方向上橫跨前述第一電極和前述第二電極地配置。
3. 如請求項2之觸控面板裝置，其特徵在於，前述第一電極和前述第二電極中的一方在圓周方向上分隔開且相互絕緣，至少另一方接地。
4. 如請求項1至3中任一項之觸控面板裝置，其特徵在於，前述對向電極設有多個。

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