特許 5770324 操作検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5770324

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】操作検出装置

(51)【国際特許分類】

   H01H 36/00 20060101AFI20150806BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20150806BHJP

【ＦＩ】

   H01H36/00 J

   G06F3/041 470

   G06F3/041 450

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-43533(P2014-43533)

(22)【出願日】2014年3月6日

【審査請求日】2014年5月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100071526

【弁理士】

【氏名又は名称】平田 忠雄

(74)【代理人】

【識別番号】100128211

【弁理士】

【氏名又は名称】野見山 孝

(72)【発明者】

【氏名】九鬼 篤史

【審査官】 段 吉享

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１７４１９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３６／００

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作がなされる操作領域を有する操作部材と、
前記操作領域の裏側に配置され、前記操作領域に接近及び接触する検出対象と静電結合を行う少なくとも１つの検出電極と、
前記少なくとも１つの検出電極の周囲に配置されると共に、前記少なくとも１つの検出電極から絶縁され、電磁波が前記少なくとも１つの検出電極に与える影響を抑制するシールド部と、
前記シールド部に対向するように前記操作部材に設けられ、前記操作部材よりも誘電率が低い低誘電率部と、
を備えた操作検出装置。

【請求項2】

前記低誘電率部は、前記シールド部に対向するように、前記操作部材に設けられた凹部である、
請求項１に記載の操作検出装置。

【請求項3】

前記低誘電率部は、前記凹部内に配置された低誘電率部材を備えた、
請求項２に記載の操作検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操作検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の技術として、センサ電極が表面に形成されたタッチパネル基板と、光遮光層が裏面に形成されたフロントカバーと、を備えたタッチパネル装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

このタッチパネル装置は、光遮光層がセンサ電極を囲むようにフロントカバーの外周に形成され、さらに導電性材料で構成されると共にＧＮＤに接続されている。従ってタッチパネル装置は、光遮光層がシールドとなり、センサ電極を外部の静電気から保護している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２１５９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来のタッチパネル装置は、水滴が、フロントカバーを介してセンサ電極と光遮光層とを跨ぐように付着した場合、この水滴の寄生容量により、検出対象である指を誤検出する可能性があった。

【0006】

従って、本発明の目的は、誤検出を抑制する操作検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、操作がなされる操作領域を有する操作部材と、操作領域の裏側に配置され、操作領域に接近及び接触する検出対象と静電結合を行う少なくとも１つの検出電極と、少なくとも１つの検出電極の周囲に配置されると共に、少なくとも１つの検出電極から絶縁され、電磁波が少なくとも１つの検出電極に与える影響を抑制するシールド部と、シールド部に対向するように操作部材に設けられ、操作部材よりも誘電率が低い低誘電率部と、を備えた操作検出装置を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、誤検出を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るタッチセンサの分解斜視図であり、図１（ｂ）は、タッチセンサの上面図である。

【図2】図２（ａ）は、第１の実施の形態に係るタッチセンサの図１（ｂ）のII（ａ）-II（ａ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、図２（ｂ）は、タッチセンサの等価回路図である。

【図3】図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る水滴が付着したタッチセンサの上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIII（ｂ）-III（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、図３（ｃ）は、タッチセンサの比較例を示す要部断面図である。

【図4】図４（ａ）は、第２の実施の形態に係るタッチセンサの要部断面図であり、図４（ｂ）は、第３の実施の形態に係るタッチセンサの要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る操作検出装置は、操作がなされる操作領域を有する操作部材と、操作領域の裏側に配置され、操作領域に接近及び接触する検出対象と静電結合を行う少なくとも１つの検出電極と、少なくとも１つの検出電極の周囲に配置されると共に、少なくとも１つの検出電極から絶縁され、電磁波が少なくとも１つの検出電極に与える影響を抑制するシールド部と、シールド部に対向するように操作部材に設けられ、操作部材よりも誘電率が低い低誘電率部と、を備えて概略構成されている。

【0011】

この操作検出装置は、低誘電率部を備えない場合と比べて、寄生容量を有する異物が、操作部材を介して検出電極とシールド部とを跨ぐように付着した際に発生する可能性がある、検出対象の誤検出を抑制することができる。

【0012】

[第１の実施の形態]
（タッチセンサ１の全体構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るタッチセンサの分解斜視図であり、図１（ｂ）は、タッチセンサの上面図である。図２（ａ）は、第１の実施の形態に係るタッチセンサの図１（ｂ）のII（ａ）-II（ａ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、図２（ｂ）は、タッチセンサの等価回路図である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。

【0013】

操作検出装置としてのタッチセンサ１は、図１に示すように、例えば、検出対象としての操作者の体の一部（例えば、指）及び専用のペンで操作領域５２に接近及び接触することにより、触れた操作領域５２上の位置を検出するタッチセンサである。操作者は、例えば、操作領域５２に操作を行うことにより、接続された電子機器の操作を行うことが可能となる。このタッチセンサ１は、静電容量方式のセンサである。なお、以下では、指による操作について説明する。

【0014】

このタッチセンサ１は、操作領域５２になされたタッチ操作を検出するセンサ部２を備えている。タッチセンサ１は、例えば、車両に搭載された電子機器の機能のオン、オフを切り替えるスイッチとして構成される。

【0015】

具体的には、タッチセンサ１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、操作がなされる操作領域５２を有する操作部材としてのパネル部５と、操作領域５２の裏側に配置され、操作領域５２に接近及び接触する操作指と静電結合を行う検出電極３と、検出電極３の周囲に配置されると共に、検出電極３から絶縁され、電磁波が検出電極３に与える影響を抑制するシールド部４と、シールド部４に対向するようにパネル部５に設けられ、パネル部５よりも誘電率が低い低誘電率部５５と、を備えて概略構成されている。

【0016】

（センサ部２の構成）
センサ部２は、基板２０と、検出電極３と、シールド部４と、を備えて概略構成されている。検出電極３及びシールド部４は、基板２０の配置面２００に設けられている。

【0017】

基板２０は、一例として、ポリエチレンテレフタレート及びポリイミド等の柔軟性がある樹脂をフィルム状に加工して得られるフレキシブル基板である。この基板２０は、基部２１と、配線部２２と、を備えて概略構成されている。

【0018】

基部２１は、パネル部５に応じた長方形状を有している。また配線部２２は、基部２１の側面から延びて設けられ、基部２１よりも細長い長方形状を有している。配線部２２は、例えば、タッチセンサ１が電気的に接続される電子機器のコネクタと接続される。この接続により、タッチセンサ１は、そのコネクタを有する電子機器と電気的に接続され、当該電子機器の機能のオン、オフを切り替えるスイッチとして動作する。

【0019】

（検出電極３の構成）
検出電極３は、基板２０の基部２１より小さい、長方形状を有している。この検出電極３は、配線３０が設けられている。この配線３０は、基部２１から配線部２２に向かって延びるように配置されている。

【0020】

この検出電極３及び配線３０は、例えば、導電性を有する銀及び銅等の金属を含んで構成されている。操作領域５２は、図２（ａ）に示すように、検出電極３をパネル部５に投影した領域である。

【0021】

この検出電極３は、図２（ｂ）に示すように、電子機器と電気的に接続されることにより、コンデンサＣ_１を介して接地（ＧＮＤ）されている。

【0022】

検出電極３は、図２（ｂ）に示すように、接続された電子機器に検出信号Ｓ_１を出力するように構成されている。電子機器の制御部は、取得した検出信号Ｓ_１に基づいた静電容量と、しきい値と、を比較して、操作領域５２にタッチ操作がなされたか否かを判定するように構成されている。

【0023】

この検出信号Ｓ_１は、操作領域５２に接近及び接触した操作指と検出電極３との静電結合に基づく信号である。

【0024】

なお変形例として、検出電極３は、複数の電極で構成されても良い。タッチセンサ１は、一例として、検出電極３が複数の電極から構成されると共に、この複数の電極が交差するように配置され、その周囲にシールド部４が配置されても良い。またタッチセンサ１は、検出電極３が複数の電極から構成され、この複数の電極が、実質的に一次元的及び二次元的に配置され、その周囲にシールド部４が配置されても良い。

【0025】

（シールド部４の構成）
シールド部４は、例えば、検出電極３と同材料を用いて形成されている。このシールド部４は、細長い形状を有し、検出電極３を囲むように配置されている。

【0026】

このシールド部４の一方端部４０及び他方端部４１は、図１（ｂ）に示すように、配線部２２に配置されている。また一方端部４０及び他方端部４１は、検出電極３の配線３０を挟むように配置されている。

【0027】

このシールド部４は、検出電極３とは電気的に絶縁されている。またシールド部４は、図２（ｂ）に示すように、接地（ＧＮＤ）されている。

【0028】

シールド部４は、主に、検出電極３に及ぼす、電磁波の影響を抑制する目的で配置されている。この電磁波は、例えば、エンジンの点火装置や搭載された電子機器から不可避的に生じるものである。従ってシールド部４は、この電磁波をＧＮＤに落とすように、検出電極３の周囲に配置されている。

【0029】

（パネル部５の構成）
パネル部５は、例えば、ガラス、及びポリカーボネート等の樹脂、を用いて板形状に形成されている。このパネル部５は、例えば、表面５０に印刷等により意匠が形成された保護部材が重ねられても良いし、表面５０に意匠が形成されても良い。タッチセンサ１は、このパネル部５とセンサ部２とが重ねられて構成されている。

【0030】

なおセンサ部２は、例えば、接着剤によりパネル部５に貼り付けられても良いし、両面テープで貼り付けられても良い。しかしタッチセンサ１は、操作指と検出電極３との距離が短い方が、検出精度が高いことから、当該距離が大きくなる接着剤等による貼り付けを行わずに重ねられて取り付けられる方が好ましい。

【0031】

パネル部５は、例えば、図２（ａ）に示すように、操作領域５２の厚みがｔ_１である。またパネル部５は、例えば、シールド部４に対向する低誘電率部５５の厚みが操作領域５２の厚みｔ_１よりも薄い厚みｔ_２となっている。従ってパネル部５は、厚みが異なる領域を備えている。

【0032】

この低誘電率部５５は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、パネル部５の裏面５１に形成された凹形状の連続した凹部５６として形成されている。この凹部５６は、センサ部２とパネル部５とが重ね合された状態において、シールド部４の上方に位置するように形成される。従ってシールド部４の上方には、空気層６が形成されている。なお、凹部５６の形状は、空気層６が形成される形状であれば、凹形状に限定されない。

【0033】

ここで変形例として、上述の低誘電率部５５は、連続した凹部に限定されず、誤検出を抑制するのに効果的な部分のみに形成されても良い。タッチセンサ１は、一例として、その表面５０の一部が隠れるように配置された場合、誤検出が生じないと思われる隠れた場所には、低誘電率部５５を形成しなくても良い。従って、低誘電率部５５は、以下に記載する他の実施の形態においても同様に、効果的な部分のみに形成されても良い。

【0034】

（低誘電率部５５について）
図３（ａ）は、第１の実施の形態に係る水滴が付着したタッチセンサの上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIII（ｂ）-III（ｂ）線で切断した断面を矢印方向から見た断面図であり、図３（ｃ）は、タッチセンサの比較例を示す要部断面図である。この図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、図を見やすくするため、パネル部の断面を示す斜線を省略している。まず、以下では、比較例について説明する。

【0035】

この比較例のタッチセンサ７は、例えば、上面から見た形状が本実施の形態と同形状であるものとする。よって図３（ｃ）に示す断面は、図３（ｂ）に対応する箇所でタッチセンサ７を切断した断面を示すものとする。

【0036】

この比較例のタッチセンサ７は、図３（ｃ）に示すように、基板７０と、検出電極７１と、シールド部７２と、パネル部７３と、を備えている。この比較例のタッチセンサ７は、低誘電率部を備えない構成となっている。

【0037】

図３（ｃ）に示すように、水滴８が検出電極７１とシールド部７２を跨ぐように表面７３０に付着した場合、水滴８の寄生容量Ｃ_３を介して検出電極７１とシールド部７２とが電気的に接続する。この接続は、図２（ｂ）に示すように、人体の寄生容量Ｃ_２を介してＧＮＤと接続することと類似している。従って比較例の検出電極７１は、操作指９が表面７３０に接触した場合と同様の検出信号Ｓ_２を出力し、誤検出が生じると考えられる。

【0038】

一方、本実施の形態のタッチセンサ１は、上述のように、パネル部５の厚みが異なっている。つまり、タッチセンサ１は、パネル部５の厚みにより、検出電極３と検出電極３の上方の表面５０の間の第１の誘電率と、シールド部４とシールド部４の上方の表面５０の間の第２の誘電率と、が異なっている。

【0039】

低誘電率部５５の空気層６の誘電率は、パネル部５の誘電率よりも低い。一例として、パネル部５がポリカーボネートを用いて形成されている場合、その誘電率は、およそ３であり、空気の誘電率は、およそ１である。従って上述のように、低誘電率部５５の第２の誘電率は、操作領域５２の第１の誘電率よりも低くなる。

【0040】

静電容量は、検出電極３と操作指９との間に形成されるコンデンサの容量であり、当該コンデンサは、誘電率に比例するので、誘電率が低いほど静電容量が小さくなる。

【0041】

つまり本実施の形態のタッチセンサ１は、寄生容量Ｃ_３を有する水滴８が、図３（ｂ）に示すように、表面５０を介して検出電極３とシールド部４とに跨るように付着した場合、本実施の形態のタッチセンサ１が検出する静電容量が、比較例のタッチセンサ７が検出する静電容量よりも小さくなる。従ってタッチセンサ１は、水滴８等の寄生容量がある異物の付着に基づく誤検出を抑制することが可能となる。

【0042】

以下に、本実施の形態のタッチセンサ１の動作について説明する。この説明は、タッチセンサ１が電子機器と接続されているものとして行うものとする。

【0043】

（動作）
車両の電源が投入されると、電子機器は、タッチセンサ１の検出電極３から検出信号Ｓ_１を取得する。

【0044】

電子機器は、取得した検出信号Ｓ_１と予め定められたしきい値と、を比較して、検出対象である操作指が操作領域５２において検出されたか否かを判定すると共に、判定結果に基づいて、タッチセンサ１が割り当てられた機能のオン、オフを切り替える。

【0045】

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係るタッチセンサ１は、誤検出を抑制することができる。具体的には、このタッチセンサ１は、低誘電率部を備えない場合と比べて、寄生容量を有する異物が、パネル部５を介して検出電極３とシールド部４とを跨ぐように付着した際に発生する可能性がある、検出対象の誤検出を抑制することができる。

【0046】

またタッチセンサ１は、上述の誤検出を抑制するために静電容量と比較されるしきい値を調整する場合と比べて、パネル部５に低誘電率部５５を設けることにより誤検出を抑制することができるので、製造コストが低減される。

【0047】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、低誘電率部が低誘電率部材としての発泡部材を備えている点で他の実施の形態と異なっている。

【0048】

図４（ａ）は、第２の実施の形態に係るタッチセンサの要部断面図である。なお以下に記載する実施の形態において、第１の実施の形態と同じ機能及び構成を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

【0049】

本実施の形態のタッチセンサ１は、図４（ａ）に示すように、低誘電率部５５が、凹部５６内に配置された低誘電率部材としての発泡部材５７を備えている。

【0050】

発泡部材５７は、例えば、合成樹脂にガスを分散させて形成される多孔質形状（ポーラス形状）を有している。この合成樹脂は、例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリプロピレン等である。また上記のガスは、例えば、空気であるがこれに限定されない。

【0051】

このタッチセンサ１は、低誘電率部５５が多孔質形状を有し、誘電率が同じ厚さのパネル部５よりも低くなる。従ってタッチセンサ１は、検出電極３上の第１の誘電率よりもシールド部４上の第２の誘電率の方が低くなるので、上述のように寄生容量を有する水滴等の異物が付着しても誤検出を抑制することができる。

【0052】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、シールド部に対向するパネル部の領域に多孔質領域が形成されている点で他の実施の形態と異なっている。

【0053】

図４（ｂ）は、第３の実施の形態に係るタッチセンサの要部断面図である。このタッチセンサ１は、図４（ｂ）に示すように、パネル部５に多孔質領域５８が形成されている。

【0054】

この多孔質領域５８は、パネル部５の他の領域と異なり、多数の孔が設けられている。従って多孔質領域５８は、他の領域と比べて誘電率が低くなっている。よってタッチセンサ１は、検出電極３上の第１の誘電率よりもシールド部４上の第２の誘電率の方が低くなるので、上述のように寄生容量を有する水滴等の異物が付着しても誤検出を抑制することができる。

【0055】

この多孔質領域５８は、一例として、パネル部５を形成する際に部分的にガスを分散させて形成されても良いし、二色成形により形成されても良い。また多孔質領域５８は、一例として、加速された荷電粒子を注入することにより形成されても良い。

【0056】

以上述べた少なくとも１つの実施の形態のタッチセンサ１によれば、誤検出を抑制することが可能となる。

【0057】

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0058】

１…タッチセンサ、２…センサ部、３…検出電極、４…シールド部、５…パネル部、６…空気層、７…タッチセンサ、８…水滴、９…操作指、２０…基板、２１…基部、２２…配線部、３０…配線、４０…一方端部、４１…他方端部、５０…表面、５１…裏面、５２…操作領域、５５…低誘電率部、５６…凹部、５７…発泡部材、５８…多孔質領域、７０…基板、７１…検出電極、７２…シールド部、７３…パネル部、２００…配置面、７３０…表面

【要約】

【課題】誤検出を抑制する操作検出装置を提供する。
【解決手段】タッチセンサ１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、操作がなされる操作領域５２を有するパネル部５と、操作領域５２の裏側に配置され、操作領域５２に接近及び接触する操作指と静電結合を行う検出電極３と、検出電極３の周囲に配置されると共に、検出電極３から絶縁され、電磁波が検出電極３に与える影響を抑制するシールド部４と、シールド部４に対向するようにパネル部５に設けられ、パネル部５よりも誘電率が低い低誘電率部５５と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】