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PROXIMITY/CONTACT SENSOR AND INFORMATION TERMINAL commons

Patent code P170014046
File No. FU-239
Posted date Apr 19, 2017
Application number P2015-222582
Publication number P2016-167252A
Date of filing Nov 13, 2015
Date of publication of application Sep 15, 2016
Priority data
  • P2015-040329 (Mar 2, 2015) JP
Inventor
  • (In Japanese)辻 聡史
Applicant
  • (In Japanese)学校法人福岡大学
Title PROXIMITY/CONTACT SENSOR AND INFORMATION TERMINAL commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proximity/contact sensor capable of highly accurately detecting a position of a measuring object while improving sensitivity in a Z-axis direction.
SOLUTION: The proximity/contact sensor includes: an X electrode layer 11 formed by arraying a plurality of first electrodes 22, each of which is formed by connecting rectangular first conductors 21 along one orthogonal line 21a, along the other orthogonal line 21b of the first conductor 21 by matching vertexes 21c, 21d connecting the other orthogonal line 21b; a Y electrode layer 12 formed by arraying a plurality of second electrodes 24, each of which is formed by connecting rectangular second conductors 23, so as to be matched with areas in which the first electrodes 21 are not arrayed; and a detection circuit for detecting electrostatic capacitance between the first conductors 21 and the second conductors 23 by a mutual capacitance measuring method. When the first electrodes 22 and the second electrodes 24 are physically divided into two sections and insulated around the orthogonal lines 21a, 23a and a proximity distance between the detection circuit and a measuring object is far, the two electrodes are electrically connected, and when the proximity distance is near, the two electrodes are respectively disconnected.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、携帯端末やゲーム機等の様々な分野でタッチパネルが利用されている。現在、一般的に利用されているタッチパネルの多くは、測定対象物との接触及び位置を検出するものである。そのような中、測定対象物の近接及び接触測定が可能なセンサの開発も進んでいる。近接・接触センサは、特に3Dディスプレイを用いるような場合に多彩な操作が可能となり、高感度且つ高精度な近接・接触センサの開発が望まれている。

上記に関連し、タッチパネルにおける測定対象物の近接及び接触を複合的に測定する技術として、例えば特許文献1、2に示す技術が開示されている。特許文献1に示す技術は、一の方向に通電する複数の上電極11を有するシート状の上電極層12、及び、前記上電極11と絶縁され、前記上電極11の通電方向と異なる他の方向に通電し、前記上電極11と交差して配設される複数の下電極13を有するシート状の下電極層14を含む第1検出部10と、第1検出部10の下方に配設され、対象物の接触又は圧力に応じて変形する中間層15と、中間層15の下方に配設され、対象物の接触又は押圧力に応じた電気的な変化を検出する第2検出部20と、対象物が接近した場合に、上電極11及び下電極14間の電気的な変化に基づいて、対象物の接近を判定すると共に、対象物が接触又は押圧力を加えた場合に、第2検出部で検出された電気的な変化に基づいて、対象物の接触又は押圧力を加えた位置及びその圧力の値を特定する演算部50と、第1検出部10又は第2検出部20のいずれか一方がグラウンドに接続するように所定の間隔で回路の切り替えを行う切替部40とを備えるものである。

特許文献2に示す技術は、遠い位置に存在する検知対象物を検知する場合、複数の検知電極を電気的に結合し、近い位置に存在する検知対象物を検知する場合、電気的に結合されている複数の検知電極を分離する検出電極結合回路5を設け、静電容量検出回路6が検出電極結合回路5により電気的に結合されている検知電極の静電容量を検出するとともに、検出電極結合回路5により分離された検知電極の静電容量を検出するものである。

また、タッチパネルの表示制御に関する技術として、例えば特許文献3に示す技術が開示されている。特許文献3には、指位置検出部15が検出したX座標値及びY座標値の位置を中央とする領域に対して、指位置検出部が検出したZ座標値に基づくタッチパネル13からの距離が短いほど大きく拡大することが開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、測定対象物の近接、接触を検知する近接・接触センサに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
略同一サイズ、同一形状の矩形状の第1導電体を一の対角線に沿って複数連接して並列した第1電極を、当該第1電極の他の対角線を結ぶ頂点に合わせて前記他の対角線に沿って複数並列し、市松模様にて形成されるX電極層と、
前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記市松模様の前記X電極が配列されていない領域に合致するように複数配列して形成されるY電極層と、
前記X電極層における前記第1導電体と前記Y電極層における前記第2導電体との間で相互容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、
前記第1電極及び前記第2電極が、前記一の対角線を中心に物理的に2つに分割されて絶縁されており、
前記検出手段が、測定対象物の近接距離が遠い場合には分割された前記2つの電極を電気的に接続状態し、前記測定対象物の近接距離が近い場合には分割された前記2つの電極をそれぞれ非接続状態とすることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項2】
 
請求項1に記載の近接・接触センサにおいて、
前記第1電極層及び前記第2電極層が、略同一形状の多角形状で重なり合っており、
前記多角形状の頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記測定対象物からの押圧力を検出するための圧力センサを備えることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の近接・接触センサを用いた情報端末であって、
前記X電極層、前記Y電極層及び前記検出手段を含む内部部品を収める筐体と、
前記筐体と一体又は別体で前記情報端末の裏面側及び/又は側面側に配設される平面板と、
前記平面板の筐体内部における各頂点のうちの一部又は全部の複数の頂点部分に、前記平面板の歪みを検出するための圧力センサとを備えることを特徴とする情報端末。

【請求項4】
 
請求項1もしくは2のいずれかに記載の近接・接触センサを用いた情報端末、又は、請求項3に記載の情報端末であって、
前記X電極層及び前記Y電極層の下層側に情報を表示するための表示画面と、
前記表示画面に表示されている内容が、前記測定対象物の位置を中心とし当該中心から離れるに連れて順次拡大又は縮小され、且つ、前記内容の全てが表示された状態に維持されるように前記内容の表示を制御する表示制御手段とを備えることを特徴とする情報端末。

【請求項5】
 
請求項4に記載の情報端末において、
前記表示制御手段が、
前記測定対象物が前記表示画面に近づくに連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて拡大されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次縮小表示し、
前記測定対象物が前記表示画面から遠ざかる連れて、当該測定対象物の近接位置近傍が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて縮小されると共に、前記中心から離れるに連れて、前記情報が前記測定対象物と前記表示画面との距離に応じて順次拡大表示することを特徴とする情報端末。

【請求項6】
 
略同一サイズ、同一形状の第1導電体を一の方向に複数連接して並列した第1電極を、前記一の方向と垂直な他の方向に複数並列して形成されるX電極層と、
前記第1電極と略同一サイズ、同一形状を有する第2導電体からなる第2電極を、前記第1電極と重複しないように前記一の方向に複数配列して形成されるY電極層と、
前記X電極層における前記第1導電体と測定対象物との間、及び、前記Y電極層における前記第2導電体と前記測定対象物との間で自己容量測定方式により静電容量を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段が、前記測定対象物の近接距離に応じて、前記X電極層における一又は複数の前記第1導電体と、前記Y電極層における一又は複数の前記第2導電体とを、電気的に接続状態又は非接続状態にすることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項7】
 
自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、
前記近接・接触センサの上面側に配設され、スイッチングによりグラウンド又は静電容量検出回路のいずれかに接続される上部電極と、
前記上部電極に対向して前記近接・接触センサの下面側に配設され、前記上部電極のスイッチングに対応して、静電容量検出回路又は測定電圧と同位相の電圧のいずれかにスイッチングにより切り替えられる下部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間に配設される弾性体とを備え、
前記上部電極がグラウンドに接続されている場合は、前記下部電極により、当該下部電極と前記上部電極との距離に応じた静電容量が測定され、前記上部電極が静電容量検出回路に接続されている場合は、前記上部電極に印加される測定電圧と同位相の電圧が前記下部電極に印加されて、前記測定対象物の近接による前記上部電極の静電容量の変化が測定されることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項8】
 
請求項7に記載の近接・接触センサにおいて、
前記上部電極及び/又は前記下部電極が、格子状又は並列に分割された複数の電極からなることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項9】
 
請求項8に記載の近接・接触センサにおいて、
前記下部電極が前記上部電極に比べて細かい格子状又は並列に分割されていることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項10】
 
請求項7ないし9のいずれかに記載の近接・接触センサにおいて、
前記下部電極の周囲に配設されるシールド電極と、
前記シールド電極の周囲に配設されるグラウンド電極とを備えることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項11】
 
自己容量測定方式により静電容量を検出して測定対象物の近接、接触を測定する近接・接触センサにおいて、
一方の端部から他方の端部に向かって線状の絶縁領域がV字状に形成される少なくとも一以上の絶縁部と、当該絶縁部により一部の領域のみが電気的に接続した状態で2つの領域に区分けされた通電部と、を有する透明電極と、
2つの領域に区分けされた前記通電部のそれぞれの領域に接続する静電容量検出回路とを備え、
前記透明電極が格子状に複数配列していることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項12】
 
請求項11に記載の近接・接触センサにおいて、
複数の前記透明電極が、前記一方の端部又は前記他方の端部が対向するように縦又は横方向に2列に並列しており、前記静電容量検出回路の配線が、並列された前記複数の透明電極の外周部分で前記通電部のそれぞれの領域に接続されていることを特徴とする近接・接触センサ。

【請求項13】
 
請求項11又は12に記載の近接・接触センサにおいて、
前記通電部の区分けされたそれぞれの領域と前記静電容量検出回路との接続をオン/オフするスイッチを備え、
測定対象物の近接の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチのいずれか一方をオフにして前記通電部を一の通電領域とし、測定対象物の接触及び押圧の測定を行う場合に、前記通電部の各領域に接続されるスイッチの双方をオンにして前記通電部を2つの通電領域とすることを特徴とする近接・接触センサ。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2015222582thum.jpg
State of application right Published
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