JP2015176171A - 静電検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】静電検出センサに関し、操作状態の検出が精度良くできるものを提供する。
【解決手段】座標位置検出用に互いに交差状態で配された複数の帯状の第１センサ電極３１、第２センサ電極４２に加えて、さらにそれらとは絶縁され、座標位置の検出に用いない第３センサ電極５３を有する構成の静電検出センサ２０とした。これであれば、第３センサ電極５３を用いて所定面積以上の水８０がかかった状態か否かの判定をし、所定面積以上の水８０がかかっている状態であるとの判定結果が得られた場合に、第１センサ電極３１と第２センサ電極４２へのスキャンを高いドライブ周波数に切り換えて行うことができる。このため、所定面積以上の水８０がかかった状態となった折にも指等での操作状態が精度よく検出でき、水中での使用までも可能となるものとして提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器などの入力操作部用に配される静電検出センサに関するものである。

近年、各種電子機器は、入力操作部の入力操作範囲内へのタッチ操作で使用するものが増えており、その代表として移動体通信機器のスマートフォンがあげられる。

スマートフォンでは、通常、静電検出センサとしてなる静電容量式タッチパネルが表示素子の前方位置に配置されて入力操作部が構成され、静電容量式タッチパネルのカバー部材上を指等でタッチ操作して使用するものが普及している。

ここで、静電検出センサについて、静電容量式タッチパネルを例として以下に説明する。図８は従来の静電検出センサの分解斜視図である。

従来の静電検出センサ１０は、第１基板１上に帯状に形成された複数の第１センサ電極３と、第２基板５上に帯状に形成された複数の第２センサ電極７とを備えている。第１基板１と第２基板５は、透明性を有した樹脂フィルム等からなる。

第１センサ電極３は、透明性を有し、Ｄ１方向に沿って直線状に伸びる形状で形成され、ＩＴＯなどからなる。複数の第１センサ電極３が、Ｄ１方向と直交するＤ２方向に定ピッチで第１基板１上に配列されている。第１センサ電極３は、対応する引き回し部４を介して第１基板１の外縁端部にそれぞれ引き出されている。

第２センサ電極７は、透明性を有し、Ｄ２方向に沿って直線状に伸びる形状で形成され、ＩＴＯなどからなる。複数の第２センサ電極７が、Ｄ１方向に定ピッチで第２基板５上に配列されている。第２センサ電極７は、引き回し部８を介して第２基板５の外縁端部にそれぞれ引き出されている。

第１基板１の上方に第２基板５が重ねられ、さらに第２基板５の上方に透明性を有するカバー部材９が重ねられ、それぞれの間が図示しない接着剤で接着されて、静電検出センサ１０が構成されている。なお、静電検出センサとしては、第１センサ電極３および第２センサ電極７を互いに絶縁状態で一枚の同じ基板上に配設した構成のものもある。

従来の静電検出センサ１０は、第１センサ電極３および第２センサ電極７を機器の制御部（図示せず）に接続させ、その状態で液晶等からなる表示素子（図示せず）の前方位置に配されて搭載される。

静電検出センサ１０を搭載した機器では、電源がオン状態になったときから、第１センサ電極３、第２センサ電極７へのスキャンが制御部による制御で繰り返して行われる。

操作者は、表示素子に各種のアイコンなどを表示させた状態で、所望のアイコンに応じたカバー部材９の上面箇所を指等でタッチ操作する。タッチ操作がされると、タッチ操作箇所に応じた静電検出センサ１０位置の静電容量値が変化し、繰り返して行われている第１センサ電極３、第２センサ電極７のスキャンの結果から制御部でタッチ操作箇所が特定され、所望のアイコンに割り当てられた機能が作動するものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１３−２３５４１０号公報

しかしながら、従来の静電検出センサ１０は、大気中での使用を前提としており、カバー部材９上に例えば水がかかった状態で通常のスキャンがされると、カバー部材９が介在していても水と第１センサ電極３（または第２センサ電極７）のグランド電位のものが結合状態になって、その水を指として誤検出してしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、水がかかった状態となった折にも操作状態が精度よく検出でき、水中での使用までも可能となる静電検出センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、座標位置検出用に互いに交差状態で配された複数の帯状の第１センサ電極、複数の帯状の第２センサ電極に加えて、さらにそれらとは絶縁され、座標位置の検出に用いない第３センサ電極を有する構成の静電検出センサとしたものである。

これであれば、第３センサ電極を用いて水等がかかった状態か否かを判定し、水等がかかっている状態であるとの判定結果が得られた場合には、第１センサ電極および第２センサ電極へのスキャンを相応するものに切り換えて行うことができる。このため、水等がかかった状態となった折にも指等での操作状態が精度よく検出でき、水中での使用までも可能となる静電検出センサとして提供することができるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、水等がかかった状態となった折にも操作状態が精度よく検出でき、水中での使用までも可能となる静電検出センサを得ることができるという有利な効果が得られる。

本発明の実施の形態による静電検出センサの分解斜視図 要部である各センサ電極を透過状態で示す拡大平面図 機器への搭載状態を示すブロック図 制御フローを示す図 水がかかった状態を示す図 変形事例の構成を示すための分解斜視図 変形事例の構成を示すための分解斜視図 従来の静電検出センサの分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態による静電検出センサの分解斜視図、図２は要部である各センサ電極を透過状態で示す拡大平面図、図３は機器への搭載状態を示すブロック図、図４は制御フローを示す図、図５は水がかかった状態を示す図、図６は変形事例の構成を示すための分解斜視図、図７は変形事例の構成を示すための分解斜視図である。

当該実施の形態による静電検出センサ２０は、図１や図２に示すように、第１センサ電極３１と、第２センサ電極４２と、第３センサ電極５３とを有したものとなっている。なお、以下では、静電検出センサ２０として、入力操作をする入力操作範囲が透明性を有したものを例として説明することとする。

第１センサ電極３１は、Ｆ１方向に沿って直線状に伸びる帯状である。複数の第１センサ電極３１が、第１基板３０上にＦ１方向と直交するＦ２方向に配列されて形成されている。

第２センサ電極４２は、Ｆ２方向に沿って直線状に伸びる帯状である。複数の第２センサ電極４２が、第２基板４０上にＦ１方向に配列されて形成されている。

第１基板３０と第２基板４０は、透明性を有し、例えばＰＥＴ樹脂やＰＣ樹脂の樹脂フィルムなどからなる。第１センサ電極３１と第２センサ電極４２は、透明性を有し、例えばＩＴＯなどで形成される。

第３センサ電極５３は、第１センサ電極３１と同様に第１基板３０上に配されている。第３センサ電極５３は、隣り合う第１センサ電極３１同士の間毎に配置され、Ｆ１方向に沿って直線状に伸びる複数の検知部５４と、検知部５４同士を電気的に接続する結合部５５とから構成されている。つまり、第３センサ電極５３は、結合部５５に複数の検知部５４が一体化されている一つの電極構造体からなっている。第３センサ電極５３のそれぞれの検知部５４や結合部５５は、第１センサ電極３１に対して電気的絶縁状態で第１基板３０上に配されている。

図１などに示した第３センサ電極５３は、機器への組み込み状態で、入力操作範囲外の位置に結合部５５が位置する組み込み状態になるものである。このため、検知部５４はＩＴＯ等の透明性を有する材質で形成されているが、結合部５５は導電性の高い銅箔などで形成されている。なお、検知部５４や結合部５５の材質は上記以外のものであってもよい。

複数の検知部５４は、入力操作範囲内の全体を網羅するように配置されている。検知部５４毎の同じ端部側が、直線状に形成された結合部５５に接続されている。なお、第３センサ電極５３は上記以外の形状であってもよい。

第１センサ電極３１は、対応する引き回し部３２を介して第１基板３０の外縁端部に引き出されている。第３センサ電極５３の結合部５５も第１基板３０の外縁端部に引き出されている。なお、結合部５５そのものを引き出す代わりに、対応する引き回し部を設けて、その引き回し部を第１基板３０の外縁端部に引き出すようにしてもよい。

第２センサ電極４２は、対応する引き回し部４３を介して第２基板４０の外縁端部に引き出されている。

そして、第１基板３０の上方に第２基板４０が重ねられ、さらに第２基板４０の上方に透明性を有するカバー部材６０が重ねられて、それぞれの間が図示しない接着剤などで接着されると共に、外縁端部にフレキシブル配線基板６３が配されて静電検出センサ２０が構成されている。つまり、この静電検出センサ２０は、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２、および第３センサ電極５３を、フレキシブル配線基板６３を介して機器に接続させるものとなっている。

ここで、図２を用いて、第１センサ電極３１〜第３センサ電極５３の個々の形状などについて簡単に説明する。

第１センサ電極３１は、略矩形状の第１電極片３１ＡがＦ１方向に沿って繋がって形成されている。第２センサ電極４２は、略六角形の第２電極片４２ＡがＦ２方向に沿って繋がって形成されている。第３センサ電極５３の検知部５４は、Ｆ１方向に細長い矩形状の第３電極片５４ＡがＦ１方向に沿って繋がって形成されている。第１電極片３１Ａ同士の連結箇所、第２電極片４２Ａ同士の連結箇所、第３電極片５４Ａ同士の連結箇所は、いずれも細幅で連結されたものとなっている。

そして、図２から判るように、第２電極片４２Ａ同士の連結箇所は、Ｆ２方向に沿って交互に順に位置する第１電極片３１Ａ同士の連結箇所、第３電極片５４Ａ同士の連結箇所に対向している。言い換えると、第２センサ電極４２の第２電極片４２Ａは、第１センサ電極３１のＦ１方向で隣り合う第１電極片３１Ａと第３センサ電極５３のＦ１方向に伸びる検知部５４で囲まれた空隙部に対向して位置している。また、第１センサ電極３１の第１電極片３１Ａと第３センサ電極５３の検知部５４を構成する第３電極片５４Ａは、第２電極片４２Ａが形成されていない空隙部に対向して位置している。

第１センサ電極３１と第２センサ電極４２は、入力操作された位置を検出するために配されている。すなわち、第１センサ電極３１と第２センサ電極４２とは、操作される座標位置の検出が必要となる入力操作範囲（所謂ビューエリア）またはそれよりも少し大きい範囲に亘って交差状態で配置されている。

一方、第３センサ電極５３は、所定面積以上の水等がかかっている状態か否かの判定を行うために配されており、複数の検知部５４は、第１センサ電極３１と第２センサ電極４２とが配設されている範囲の全体にいきわたるように配置されている。

以上のように、当該実施の形態による静電検出センサ２０は構成されており、機器への搭載時には、図３に示すように、制御部７０に接続された状態で液晶等からなる表示素子７５の前方位置に配されて搭載状態とされる。なお、制御部７０への接続はフレキシブル配線基板６３を介して行われ、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２、および第３センサ電極５３のいずれもが制御部７０に接続される。そして、表示素子７５についても制御部７０に接続されて制御される構成になされる。

続いて、上記のように搭載された静電検出センサ２０の制御状態について図４を用いて説明する。

静電検出センサ２０は、機器の電源がオン状態になったときから、制御部７０による制御で、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２、および第３センサ電極５３へのスキャンが所定順序で繰り返して行われている。

図４に示すように、まずは、ステップ１にて、制御部７０による制御で、第３センサ電極５３へのスキャンが行われる。

ここで、第３センサ電極５３の複数の検知部５４は、想定される操作者の指径領域（例えばφ４ｍｍ〜φ１５ｍｍ）内に、平行関係で隣り合う二つ以上が位置する配置ピッチＰ１（図５参照）で配されている。そして、第３センサ電極５３へのスキャンは、カバー部材６０（図１参照）上つまりセンサ上に上記指径領域よりも大きい面積以上の水がかかった状態であるか否かの判定をするために行われる。なお、指径領域の大きさは、タッチ操作状態での指の接触面積を基に設定すればよい。

図５に、指径領域よりも大きい面積の水８０がかかった状態を示す。なお、図５については、判りやすくするため、カバー部材６０を省略した図示にすると共に、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２、第３センサ電極５３を透過状態で示している。

そして、図５に示したように、水８０が少なくとも二つ以上の検知部５４に跨ってかかった状態、言い換えると、想定される操作者の指径領域よりも大きい面積の水８０がかかった状態になると、その水８０の位置に応じた検知部５４毎に静電容量値の変化が生じて、それらの合計が結合部５５を介して制御部７０で検出され、第３センサ電極５３の所定のセンサ感度が得られる。

次に、図４に示すステップ２として、制御部７０は、第３センサ電極５３の所定のセンサ感度を、予め設定されている水検出用閾値と対比する。第３センサ電極５３の所定のセンサ感度が水検出用閾値より大きい場合には、想定される操作者の指径領域よりも大きい面積である所定面積以上の水８０がかかっている状態と判定してステップ３に進む。

第３センサ電極５３のセンサ感度が水検出用閾値以下の場合には、所定面積以上の水８０はかかっていない状態と判定してステップ４に進む。なお、この第３センサ電極５３のセンサ感度が水検出用閾値以下の場合は、想定される操作者の指径領域よりも小さい面積となる水滴がカバー部材６０上つまりセンサ上にのっている場合を含んでおり、この場合もステップ４に進む。

なお、第３センサ電極５３は、一つの電極構造体で構成されているため、例えば当該センサの設計時に想定した操作者の指径領域を越えた面積の水８０がある場合以外、第３センサ電極５３の静電容量値の変化は水検出用閾値を下回る。つまり、指でのタッチ操作中などで上記指径領域内に収まる面積の導電物があったとしても第３センサ電極５３の反応は小さく、水検出用閾値を越える所定のセンサ感度が得られることはない。

ステップ２で所定面積以上の水８０がかかっていない状態との判定結果が得られた場合にはステップ４に移行する。

ステップ４では、制御部７０の制御で、操作される座標位置を検出するためのスキャンが、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２に対して行われる。

このスキャンとしては、制御部７０は、複数の第１センサ電極３１および複数の第２センサ電極４２の内、例えば検出対象とするセンサ電極を例えば１．５ＭＨｚ程度の所定の低いドライブ周波数かつ所定電位でスキャンする。その際、制御部７０は、スキャン中であるセンサ電極以外の第１センサ電極３１、第２センサ電極４２と、第３センサ電極５３とを、スキャン中のセンサ電極と同じ周波数かつ同じ電位でドライブしている。

上記状態でスキャンすることによって、想定される操作者の指径領域よりも小さい面積の水滴がカバー部材６０上つまりセンサ上にのっていたとしても、その水滴による影響が排除される。

そして、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２へのスキャンを通じて、カバー部材６０上への指等で入力操作された座標位置が検出され、機器の相応する所定機能が作動される。

ステップ２で、想定される操作者の指径領域よりも大きい面積の水８０がかかっている状態との判定結果が得られた場合には、ステップ３に移行する。

ステップ３では、第１センサ電極３１、第２センサ電極４２のスキャンがされる。その際のドライブ周波数は、制御部７０による制御で、所定の高い周波数に切り換えて行われる。例えば検出対象とするセンサ電極を例えば６ＭＨｚ程度の所定の高いドライブ周波数かつ所定電位でスキャンする。第３センサ電極５３は、誤検出を防止するため、電位がかかっていないフローティング状態にされている。

第１センサ電極３１、第２センサ電極４２へのスキャンを高いドライブ周波数で行うと、検出対象とするセンサ電極では小さい電界が構成され、所定面積以上の水８０がかかった状態であっても、その水８０を指等として誤検出することがなくなり、操作している指等のみが検出可能となる。また、水中で操作されたとしても同様に操作中の指等のみの検出が可能となる。この高いドライブ周波数での第１センサ電極３１、第２センサ電極４２のスキャンを通じて、カバー部材６０上への指等での入力操作された座標位置が検出され、機器の相応する所定機能が作動される。

このように、当該実施の形態による静電検出センサ２０では、想定される操作者の指径領域よりも大きい面積の水８０がかかった状態では第１センサ電極３１、第２センサ電極４２へのスキャンを、あえて電界を小さくして操作された座標位置検出をするものとしている。このために、想定される操作者の指径領域よりも大きい面積以上の水８０がかかった状態や水中で使用する際を含んで、指等による操作位置が精度よく検出されるものに実現できる。

なお、ステップ３やステップ４で、操作する指等が検出されなかった場合や、検出されていた指等が離されたらステップ１に戻る。

以上に説明したように、当該実施の形態による静電検出センサ２０であれば、第３センサ電極５３を用いて、想定される操作者の指径領域よりも大きい所定面積以上の水８０がかかった状態か否かを判定し、所定面積以上の水８０がかかっている状態であるとの判定結果が得られた場合には、第１センサ電極３１および第２センサ電極４２へのスキャンを高いドライブ周波数で行うように切り換えて行うことができる。このために、所定面積以上の水８０がかかった状態や水中での使用状態であっても、指等での操作状態が精度よく検出できるものとして提供することができる。

なお、想定される操作者の指径領域よりも大きい面積以上の水８０がかかっている場合の第１センサ電極３１および第２センサ電極４２へのスキャンは、４ＭＨｚ〜８ＭＨｚくらいでのドライブ周波数で行うと望ましい。そして、上記のように所定面積以上の水８０がかかっている場合の第１センサ電極３１および第２センサ電極４２へのドライブ周波数は、所定面積以上の水８０がかかっていない場合の第１センサ電極３１および第２センサ電極４２へのドライブ周波数に対して３倍〜５倍となるドライブ周波数で行う設定にするとよい。

そして、所定面積以上の水８０を検出するための第３センサ電極５３は、入力操作可能に設定された入力操作範囲内の全体を網羅可能で、しかも一つの電極構造体であるとよい。なお、上記には複数の検知部５４を有した一つの電極構造体からなる第３センサ電極５３を説明したが、電極構造体の詳細形状はこれに限定されることはない。なお、一つの電極構造体からなる第３センサ電極５３の変形事例については後述する。

また、第３センサ電極５３が、想定される操作者の指径領域よりも大きい所定面積以上の水８０がかかる可能性のある部分のみに配されたものとしてもよい。なお、入力操作範囲の全体に亘って互いに独立した複数個の電極構造体が配置されているものなどとしてもよい。その場合には、所定面積以上の水８０がかかる可能性のある箇所に配された電極構造体のみの検出をするようにしてもよい。

なお、以上には、透明性を有する静電検出センサ２０について説明したが、透明性を要しない構成のものとしてもよい。その際には、各構成部材を不透明の材質からなるもの等とすればよい。

また、上記の静電検出センサ２０では、三種類の第１センサ電極３１と第２センサ電極４２と第３センサ電極５３とを、二つの第１基板３０と第２基板４０とに振り分けて設置した構成を説明したが、その振り分け方は特に限定されない。また、二つの第１基板３０と第２基板４０の上下での重ね合わせ順序等も限定されない。

さらには、図６に示した静電検出センサ９０のように、第１基板３０と第２基板４０とに加えて三つ目の第３基板９５を有したものとして、第１基板３０に第１センサ電極３１のみを設置し、第２基板４０に第２センサ電極４２のみを設置し、第３基板９５に第３センサ電極５３のみを設置してもよい。第３基板９５は、第１基板３０や第２基板４０と同じ材質等とすればよい。なお、その他の構成は上述したものと同じである。また、第１基板３０、第２基板４０、第３基板９５の上下での重ね合わせ順序の限定などがされないことも同じである。

なお、三つ目の第３基板９５を用いる場合には、第３センサ電極５３の設置自由度が増すため、第３センサ電極５３の形状の制約が少なくなる。例えば、図７に示す構成の静電検出センサ９１としてもよい。静電検出センサ９１では、複数の検知部５４を有した第３センサ電極５３の代わりに、座標位置検出用に配された第１センサ電極３１および第２センサ電極４２の設置範囲の全体を覆うことができる大きさで設定した面状部分を有する第３センサ電極５３Ａを設置したものとしている。

この第３センサ電極５３Ａであれば、入力操作可能な入力操作範囲内の全体に対応して面状部分が対向状態で位置するもの、言い換えると検知部５４同士のような隙間を有することなく、入力操作範囲内の全面に亘って面状部分が位置する構成にでき、第３センサ電極５３Ａの製作も容易で、想定される操作者の指径領域よりも大きい所定面積以上の水８０をより高い精度で検出できるものに実現できる。なお、三つ目の第３基板９５を用いることに拘わることなく、第３センサ電極５３、５３Ａの形状は、第１センサ電極３１と第２センサ電極４２との設置状態や形状等に応じて適宜設定すればよい。

なお、ジャンパー部を多用すれば三種類の第１センサ電極３１と第２センサ電極４２と第３センサ電極５３とを一つの基板上に形成した構成とすることも可能である。

なお、以上では第３センサ電極５３による検出対象物を水８０として説明したが、水８０以外の液体の導電物質を検出対象物としてもよい。

以上のように、静電検出センサ２０、９０、９１は、所定面積以上の水８０がかかった状態や水中での使用状態となった折にも操作状態が精度よく検出できるもののため、例えば、スマートフォンを代表とする持ち運び可能な情報通信機器や情報端末機器、カメラなどの各種電子機器、車両のドアハンドル、洗濯機などの家電機器などへの搭載に適し、さらには水中で使用される水中カメラなどにも適用できる。または、所定面積以上の水８０のかかる可能性の低い各種電子機器に搭載して入力操作部を構成してもよい。

本発明における静電検出センサは、水等がかかった状態となった折にも操作状態が精度よく検出でき、水中での使用までも可能となるものが得られるという有利な効果を有し、各種電子機器の入力操作部を構成する際などに有用である。

２０、９０、９１ 静電検出センサ
３０ 第１基板
３１ 第１センサ電極
３１Ａ 第１電極片
３２ 引き回し部
４０ 第２基板
４２ 第２センサ電極
４２Ａ 第２電極片
４３ 引き回し部
５３、５３Ａ 第３センサ電極
５４ 検知部
５４Ａ 第３電極片
５５ 結合部
６０ カバー部材
６３ フレキシブル配線基板
７０ 制御部
７５ 表示素子
８０ 水
９５ 第３基板

Claims (7)

1. 複数の帯状に形成された座標位置検出用の第１センサ電極と、前記第１センサ電極と絶縁状態で前記第１センサ電極と交差する複数の帯状に形成された座標位置検出用の第２センサ電極とを備え、さらに前記第１センサ電極および前記第２センサ電極とは絶縁され、座標位置の検出に用いない第３センサ電極を有する静電検出センサ。
2. 前記第３センサ電極での検出対象物の検出有無によって、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極へのスキャンを異なるドライブ周波数で行う請求項１記載の静電検出センサ。
3. 前記第３センサ電極の検出対象物が所定面積以上の水である請求項１記載の静電検出センサ。
4. 前記検出対象物が検出された場合の前記第１センサ電極と前記第２センサ電極へのドライブ周波数が、前記検出対象物が検出されなかった場合の前記第１センサ電極と前記第２センサ電極のドライブ周波数に対して３倍〜５倍である請求項２記載の静電検出センサ。
5. 前記第３センサ電極は複数の検知部と前記複数の検知部を接続する結合部とを有し、前記第１センサ電極および前記第２センサ電極の設置範囲の全体に亘って前記複数の検知部が配された請求項１記載の静電検出センサ。
6. 前記第３センサ電極は面状部分を有し、前記第１センサ電極および前記第２センサ電極の設置範囲の全体に対応させて前記面状部分が配された請求項１の静電検出センサ。
7. 座標位置検出の際に、前記第１、第２センサ電極の検出対象のセンサ電極を、所定のドライブ周波数かつ所定電位でスキャンする時、スキャン中であるセンサ電極以外の前記第１、第２センサ電極と、前記第３電極とを、前記スキャン中のセンサ電極と同じ周波数かつ同じ電位でドライブする請求項１記載の静電検出センサ。

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