(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1電極は、前記グランド領域を前記第1方向から挟み込むように前記第2方向に延びて形成された第1電極線と第2電極線とを有する請求項1に記載の静電容量式位置検出装置。
前記グランド領域の面積は、前記第1電極または前記第2電極の当該グランド領域を囲む部分の面積より大きい請求項1〜5のいずれかに記載の静電容量式位置検出装置。
前記第1電極は、前記グランド領域を前記1方向から挟み込むように前記第2方向に延びて形成された第7電極線及び第8電極線と、前記第7電極線及び前記第8電極線から前記第2電極に向けて延びる複数の第9電極線とを有し、
前記第2の電極の各々は、前記第2方向に延びる第10電極線と、当該第10電極線から前記第1方向に延びる複数の第11電極線とで各々構成され、前記第1方向に順に形成された複数の電極パターンを有し、
前記第2方向で隣接する2つの前記第11電極線の間に、前記第9電極線の少なくとも一部が位置するように形成されている請求項8に記載の静電容量式位置検出装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、近年、ノートPC等に搭載される静電容量式位置検出装置は、大型化が求められるとともに、低価格化が求められる。そのような要求を満足させるためには電極のピッチを大きくして電極数を増やさないようにすればよいが、電極ピッチが大きくなると位置検出精度が悪化するという問題があった。
ところで、駆動電極・検出電極・グランド電極を備えた静電容量式位置検出装置は、駆動電極と検出電極の間の静電容量が指を近接させることにより減少し、その減少分を電極毎に検出して位置検出を行なう。
【0006】
しかしながら、このような静電容量式位置検出装置は、駆動電極と検出電極の交点が最も感度の高い部分となり、電極ピッチを大きくしたときに、位置による感度バラツキが大きく、位置検出精度が悪化するという問題があった。
また、指等の指示体は、駆動電極と検出電極との間の静電容量を減少させる接地導体としての作用が大きいが、駆動電極と検出電極との間の静電容量を増大させる浮遊導体としての作用もある。この浮遊導体としての作用は検出誤差(反転検知誤差)の原因となり、検出精度を高める障害となっている。
【0007】
本発明は、上述した課題を解決するもので、電極ピッチを大きくした場合でも、位置感度のバラツキや、反転検知誤差を抑制し、高い位置検出精度を得ることができる静電容量式位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の静電容量式位置検出装置は、第1方向において平行に並び、前記第1方向と直交する第2方向に延びて基板に形成された複数の第1電極と、前記基板上の前記第2方向において平行に並び、前記第1方向に延びて基板に形成された複数の第2電極と、前記基板に形成されたグランド電極とを有し、前記第1電極及び前記第2電極のうち一方の電極を電気的に駆動し、他方の電極の電気出力を検出し、当該検出結果に基づいて前記基板上に物体が近接した位置を検出する静電容量式位置検出装置であって、前記グランド電極は、前記基板の平面視において前記複数の第2電極の各々の前記第1方向に平行な第1仮想中心線と、前記複数の第1電極の各々の前記第2方向に平行な第2仮想中心線との各交点に、当該交点が内側に位置するグランド領域を有し、前記第1電極は、
前記基板の平面視において、前記グランド領域の外側に形成され、前記第2電極は、
前記基板の平面視において、前記交点に対して前記第1電極の外側に形成さている。
【0009】
この構成によれば、上記交点にグランド領域を形成し、その外側に第1電極及び第2電極を形成したことで、従来のように交点の感度が極端に高くなり、感度バラツキが生じることを効果的に抑制できる。すなわち、この構成によれば、感度の高い部分が交点の周囲に分散したので、位置による感度バラツキが抑えられ、位置検出精度を高められる。
【0010】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記第1電極は、前記グランド領域を前記第1方向から挟み込むように前記第2方向に延びて形成された第1電極線と第2電極線とを有する。
この構成によれば、第1電極を基板上に広範囲に形成することができ、感度バラツキを抑制できる。
【0011】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記グランド電極は、前記第2方向で隣接する2つの前記グランド領域を接続し、前記第2方向に延びるグランド線を有する。
この構成によれば、上記交点のグランド領域の面積を大きくすることが可能になり、指等の指示体の接地導体としての作用を大きくし、浮遊導体としての作用が小さくでき、従来技術で説明した反転検知誤差を小さくし、検出感度を高めることができる。
【0012】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記第2電極の各々は、前記第2方向に延びる第3電極線と、当該第3電極線の両端にそれぞれ位置し前記第1方向に延びる第4電極線及び第5電極線とで各々構成され、前記第1方向に順に形成された複数の電極パターンを有し、前記第1方向で隣接し合う2つの前記グランド領域の間に位置する前記第1電極線と前記第2電極線との間に前記第3電極線が形成され、且つ前記交点に対して前記第1電極線及び前記第2電極線の外側に前記第4電極線と前記第5電極線とが形成されている。
この構成によれば、指示体の近接によって静電容量が変化する範囲を広範囲に分散でき、感度バラツキを抑制できる。
【0013】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記第1電極、前記第2電極及び前記グランド領域は、前記基板の第1面に形成され、前記基板の前記第1面と反対の第2面に、前記第1方向で隣接する前記第2電極の前記第5電極線の間を電気的に接続する第6電極線が形成されている。
この構成によれば、平面視において第5電極線と第6電極線との交点の感度が局所的に高くなることを防止できる。すなわち、駆動電極と検出電極を基板の同一面に形成し、両電極の間に絶縁層を形成した場合には交点は感度が高くなる。一方、この構成によれば、基板の厚みの分だけ第5電極線と第6電極線とを離すことができ、局所的に感度が高くなることを防止することができる。
また、上述したように絶縁層を形成する構成では、絶縁層の製造バラツキによって、静電容量値のバラツキが生じ、特性が一定しない。一方、本発明の構成によれば、このようなバラツキを抑制し、製造誤差を抑制できる。
【0014】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記グランド領域の面積は、前記第1電極または前記第2電極の当該グランド領域を囲む部分の面積より大きい。
この構成によれば、指等の指示体の接地導体としての作用を大きくし、浮遊導体としての作用が小さくでき、従来技術で説明した反転検知誤差を小さくし、検出感度を高めることができる。
【0015】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記第1電極は、前記他方の電極であり、前記第2電極は、前記一方の電極である。
この構成によれば、検出電極である前記他方の電極を、駆動電極である前記一方の内側に位置させることで、検出電極の面積を小さくし、耐ノイズ特性を容易に高めることができる。
【0016】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記グランド領域は、前記第2仮想中心線上に位置する複数の前記交点が内側に位置するように前記基板に形成され、前記第1電極は、前記グランド領域を内側に囲むように形成されている。
この構成によれば、指示体の近接によって静電容量が変化する範囲を広範囲に分散でき、感度バラツキを抑制できる。
【0017】
好適には、本発明の静電容量式位置検出装置の前記第1電極は、前記グランド領域を前記1方向から挟み込むように前記第2方向に延びて形成された第7電極線及び第8電極線と、前記第7電極線及び前記第8電極線から前記第2電極に向けて延びる複数の第9電極線とを有し、前記第2の電極の各々は、前記第2方向に延びる第10電極線と、当該第10電極線から前記第1方向に延びる複数の第11電極線とで各々構成され、前記第1方向に順に形成された複数の電極パターンを有し、前記第2方向で隣接する2つの前記第11電極線の間に、前記第9電極線の少なくとも一部が位置するように形成されている。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、電極ピッチを大きくした場合でも、位置感度のバラツキや、反転検知誤差を抑制し、高い位置検出精度を得ることができる静電容量式位置検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
<第1実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る静電容量式位置検出装置1の構成図である。
本実施形態において、X方向及びY方向が、それぞれ本発明の第2方向及び第1方向一例であり、第1仮想中心線31が本発明の第1仮想中心線の一例であり、第2仮想中心線33が本発明の第2仮想中心線の一例である。
また、検出電極5、駆動電極7及びグランド電極9が、それぞれ本発明の第1電極、第2電極及びグランド電極の一例である。また、グランド領域19が本発明のグランド領域の一例である。また、交点35が本発明の交点の一例である。
【0021】
図1に示すように、静電容量式位置検出装置1は、絶縁基板3の表面上に、複数の検出電極5と、複数の駆動電極7と、複数のグランド電極9とが形成されている。静電容量式位置検出装置1は、パーソナルコンピュータの入力用のタッチパッド等に用いられる。
検出電極5、駆動電極7及びグランド電極9の上はコーティング層17が形成され、コーティング層17の表面が、操作者による指等の指示体が接触する表面17aとなる。
また、静電容量式位置検出装置1は、検出回路11、駆動回路13及び判定回路15を有する。
【0022】
静電容量式位置検出装置1では、操作者による指等の指示体が表面17aへの接触した位置の静電容量が当該接触の前後で変化することを利用して接触位置の検出を行う。
すなわち、静電容量式位置検出装置1では、駆動回路13によって複数の駆動電極7を順に駆動し、検出回路11において複数の検出電極5の電圧を検出する。
そして、判定回路15において、検出回路11において電圧変化を検出した検出電極5と、当該電圧変化が生じたときに駆動回路13によって駆動された駆動電極7とを特定することで、表面17aの上記接触位置を特定する。
【0023】
絶縁基板3は、ガラス織布にエポキシ樹脂を滲みこませた絶縁性の合成樹脂素材を用いている。検出電極5、駆動電極7及びグランド電極9は、銅または銅合金からなり、フォトリソグラフィーを用いてパターニングされている。
【0024】
図2は、
図1に示す静電容量式位置検出装置1の点線Xで囲まれた部分の拡大図である。
図3は
図2に示す断面線A−Aの断面図である。
図1及び
図2に示すように、複数の検出電極5は、Y方向において平行に並び、X方向に延びて絶縁基板3の表面3a上に形成されている。
また、複数の駆動電極7は、X方向において平行に並び、Y方向に延びて絶縁基板3の表面3a上に形成されている。
【0025】
なお、絶縁基板3上には、平面視において、複数の駆動電極5の各々についてY方向に平行な第1仮想中心線31と、複数の検出電極7の各々についてX方向に平行な第2仮想中心線33とが規定されている。
第1仮想中心線31は、同一のX方向の位置でY方向に沿って位置する複数の交点35を通る線である。第2仮想中心線33は、同一のY方向の位置でX方向に沿って位置する複数の交点35を通る線である。
【0026】
グランド電極9は、絶縁基板3の平面視において、第1仮想中心線31と第2仮想中心線33との各交点35に、交点35が内側に位置するグランド領域19を有する。
図2に示す例では、グランド領域19は矩形であり、その重心が交点35となる。
グランド電極9は、X方向で隣接するグランド領域19を接続し、X方向に延びるグランド線21を有する。
【0027】
図2に示すように、検出電極5はグランド領域19の外側に形成されている。また、駆動電極7は、交点35に対して検出電極5の外側に形成されている。
検出電極5は、グランド領域19をY方向から挟み込むようにX方向に延びて形成された第1電極線41と第2電極線43とを有する。
第1電極線41及び第2電極線43は、平面視において、グランド領域19の近傍でグランド領域19の矩形の輪郭と略等距離を隔てて形成されている。
グランド領域19のY方向の両側に位置する第1電極線41と第2電極線43とは、当該グランド領域19内の交点35を通る第2仮想中心線33に対して線対称に形成されている。
ここで、第1電極線41及び第2電極線43がそれぞれ本発明の第1電極線及び第2電極線の一例である。
【0028】
駆動電極7の各々は、複数の電極パターン57を、Y方向に順に配置して構成される。
電極パターン57の各々は、X方向に延びる第3電極線51と、第3電極線51の両端にそれぞれ位置しY方向に延びる第4電極線53及び第5電極線55とで構成される。
ここで、第3電極線51は、Y方向で隣接するグランド領域19の間に位置する第1電極線41及び第2電極線43のX方向に平行な部分の間に形成されている。
また、第4電極線53及び第5電極線55は、第1電極線41及び第2電極線43のY方向に平行な部分と対向して形成されている。
ここで、第3電極線51、第4電極線53及び第5電極線55がそれぞれ本発明の第3電極線、第4電極線及び第5電極の一例である。また、電極パターン57が本発明の電極パターンの一例である。
【0029】
第3電極線51、第4電極線53及び第5電極線55は、これらに対向して位置する第1電極線41及び第2電極線43の部分と略等距離を隔てて形成されている。
なお、グランド領域19のY方向の両側に位置する電極パターン57は、当該グランド領域19内の交点35を通る第2仮想中心線33に対して線対称に形成されている。
さらに、グランド領域19を外側から囲む第1電極線41及び第2電極線43の部分と、その外側に位置する電極パターン57は、当該グランド領域19の交点35を通る第1仮想中心線31に対して線対称に形成されている。
【0030】
絶縁基板3の裏面3bには、Y方向で隣接する第5電極線55の間を電気的に接続する第6電極線59が形成されている。すなわち、絶縁基板3の第5電極線55の両端の位置にスルーホール(図示せず)が形成されており、このスルーホールを介して第5電極線55と第6電極線59とが電気的に接続されている。これにより、検出電極5と駆動電極7とが電気的に接続することを回避している。
【0031】
静電容量式位置検出装置1では、グランド領域19の面積は、検出電極5及び駆動電極7のグランド領域19を囲む部分の各々の面積より大きい。これにより、指等の指示体の接地導体としての作用を大きくし、浮遊導体としての作用が相対的に小さくできる。その結果、従来技術で説明した反転検知誤差を小さくし、検出感度を高めることができる。
なお、ノイズの影響を小さくするには検出電極5の面積を小さくすることが望ましい。
【0032】
また、絶縁基板3の表面3aと直交する方向において第6電極線59とグランド領域19とが重なり合わないよう形成されている。
【0033】
以下、
図1及び
図2に示す静電容量式位置検出装置1の作用を説明する。
静電容量式位置検出装置1は、操作者による指等の指示体の接触が表面17a上であった場合に、当該接触位置付近の第1仮想中心線31と第2仮想中心線33との交点35近傍の検出電極5と駆動電極7との間の静電容量が上記表面17aへの指示体の接触によって減少する。
【0034】
静電容量式位置検出装置1では、駆動回路13によって複数の駆動電極7を順に駆動し、検出回路11において複数の検出電極5の電圧を検出する。
上述したように、指示体が接触した表面17a上の位置付近にある交点35に対応した検出電極5の静電容量が減少するため、当該交点35に対応した駆動電極7が駆動されたとき、上記減少に応じた電圧変化が検出電極5に生じる。
このとき、交点35にはグランド領域19の中心が位置するため、交点35の検出感度が局所的に高くなることはない。
そして、判定回路15において、検出回路11が電圧変化を検出した検出電極5と、当該電圧変化が生じたときに駆動回路13によって駆動された駆動電極7とを特定することで、表面の上記接触位置を特定する。
【0035】
以上説明したように、静電容量式位置検出装置1では、検出電極5のY方向の配置を中心を規定する第1仮想中心線31と、駆動電極7のX方向の配置の中心を規定する第2仮想中心線33との交点35にグランド領域19を形成し、その外側に検出電極5及び駆動電極7を形成したことで、従来のように交点の感度が極端に高くなり、感度バラツキが生じることを効果的に抑制できる。すなわち、静電容量式位置検出装置1によれば、感度の高い部分が交点35の周囲に分散したので、位置による感度バラツキを抑え、位置検出精度を高めることができる。そのため、検出電極5、駆動電極7及びグランド電極9の上に形成されたコーティング層が薄い場合でも、感度バラツキを抑制し、高い位置検出精度を得ることができる。
【0036】
また、静電容量式位置検出装置1では、グランド領域19と駆動電極7との間に検出電極5を形成したことから、駆動電極7から発生した電界がグランド領域19で吸収されてしまう量を少なくできる。これにより、検出感度を向上することができる。
【0037】
また、静電容量式位置検出装置1では、グランド領域19の面積を検出電極5及び駆動電極7のグランド領域19を囲む部分の各々の面積より大きくした。これにより、指等の指示体の接地導体としての作用を大きくし、浮遊導体としての作用が小さくでき、従来技術で説明した反転検知誤差を小さくし、検出感度を高めることができる。
【0038】
また、静電容量式位置検出装置1によれば、検出電極5を、駆動電極7の内側(交点35に近い側)に形成したことで、検出電極5の面積を小さくすることができ、高い耐ノイズ特性を得ることができる。
【0039】
また、静電容量式位置検出装置1では、Y方向で隣接する第5電極線55の間を電気的に接続する第6電極線59を絶縁基板3の裏面3bに形成している。このようにすることで、平面視において第5電極線55と第6電極線59との交点の感度が局所的に高くなることを防止できる。すなわち、駆動電極と検出電極を基板の同一面に形成し、両電極の間に絶縁層を形成した場合には交点は感度が高くなる。一方、本実施形態では、絶縁基板3の厚みの分だけ第5電極線55と第6電極線59とを離すことができ、局所的に感度が高くなることを防止することができる。
【0040】
また、上述したように絶縁層を形成する構成では、絶縁層の製造バラツキによって、静電容量値のバラツキが生じ、特性が一定しない。本実施形態のように第6電極線59を絶縁基板3の裏面3bに形成することで、このような製造誤差を抑制できる。
また、静電容量式位置検出装置1では、Y方向で隣接する電極パターン57の第5電極線55の端部を第6電極線59で接続することで、第6電極線59の距離を短くできる。これにより、ノイズによる検出精度の低下を小さくできる。
【0041】
また、静電容量式位置検出装置1では、検出電極5、駆動電極7及びグランド電極9のうち、駆動電極7の第6電極線59のみを絶縁基板3の裏面3bに形成し、それ以外の構成を表面3aに形成している。そのため、検出電極5と駆動電極7を近接でき感度が高くなる。また、絶縁基板3の裏面3bの配線を少なくでき、表面3aが裏面3bから受けるノイズを小さくできる。
また、絶縁基板3の裏面3bの配線の自由度を高めることができる。
【0042】
<第2実施形態>
図4は、本発明の第2実施形態の電極パターンを示す図である。
図4に示すように、本実施形態の静電容量式位置検出装置は、検出電極と駆動電極とのパターンが第1実施形態と逆になっている点を除いて、第1実施形態と同じである。
【0043】
図4に示すように、複数の検出電極105は、X方向において平行に並び、Y方向に延びて絶縁基板3の表面3a上に形成されている。
また、複数の駆動電極107は、Y方向において平行に並び、X方向に延びて絶縁基板3の表面3a上に形成されている。
グランド電極9及びグランド領域19は第1実施形態と同じである。
【0044】
図4に示すように、駆動電極107はグランド領域19の外側に位置する。また、検出電極105は、交点35に対して駆動電極107の外側に形成されている。
駆動電極107は、第1実施形態の検出電極5と同じパターンを有している。また、検出電極105は、第1実施形態の駆動電極7と同じパターンを有している。
【0045】
第2実施形態によっても、上述した第1実施形態の効果のうち、検出電極を駆動電極の内側に形成したことによる効果以外の効果を得ることができる。
【0046】
<第3実施形態>
図5は、本発明の第3実施形態の電極パターンを示す図である。
本実施形態においても、
図1に示す全体構成は同じである。
図5に示すように、本実施形態の複数の検出電極205は、Y方向において平行に並び、X方向に延びて絶縁基板3の表面3a上に形成されている。
また、複数の駆動電極207は、X方向において平行に並び、Y方向に延びて絶縁基板3の表面3a上に形成されている。
【0047】
なお、絶縁基板3上には、平面視において、複数の駆動電極207の各々についてY方向に平行な第1仮想中心線231と、複数の検出電極205の各々についてX方向に平行な第2仮想中心線233とが規定されている。
第1仮想中心線231は、同一のX方向の位置でY方向に沿って位置する複数の交点235を通る線である。第2仮想中心線233は、同一のY方向の位置でX方向に沿って位置する複数の交点235を通る線である。
【0048】
本実施形態では、グランド電極209は一つのグランド領域219で形成されている。グランド領域219は、第2仮想中心線233上に位置する複数の交点235が内側に位置するように形成されている。
図5に示す例では、グランド領域219は矩形である。
【0049】
図5に示すように、検出電極205はグランド領域219の外側に位置する。また、駆動電極207は、グランド領域219に対して検出電極205の外側に形成されている。
検出電極205は、グランド領域219を囲い込むように形成され、X方向に延びて形成された第7電極線241と第8電極線243とを有する。
第7電極線241及び第8電極線243は、平面視において、グランド領域219の近傍でグランド領域219の矩形の輪郭と略等距離を隔てて形成されている。
また、第7電極線241と第8電極線243からグランド領域219の外側に向けて複数の第9電極線245が形成されている。
【0050】
駆動電極207の各々は、複数の電極パターン257を、Y方向に順に配置して構成される。
電極パターン257の各々は、X方向に延びる第10電極線251と、第10電極線251からY方向に延びる複数の第11電極253,255,257とで構成される。
第11電極253,255,257の間には、検出電極205の第9電極線245の少なくとも一部が位置している。
【0051】
絶縁基板3の裏面3bには、Y方向で隣接する第11電極線255の間を電気的に接続する電極線259が形成されている。すなわち、絶縁基板3の第11電極線255の両端の位置にスルーホール(図示せず)が形成されており、このスルーホールを介して第11電極線255と電極線259とが電気的に接続されている。これにより、検出電極5と駆動電極7とが電気的に接続することを回避している。
【0052】
本実施形態よっても第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0053】
本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
上述した第1実施形態では、Y方向で隣接する第5電極線55の間を電気的に接続する第6電極線59を絶縁基板3の裏面3bに形成した場合を例示したが、第6電極線59を絶縁基板3の表面3aに形成してもよい。すなわち2層で形成してもよい。この場合には、第1電極線41及び第2電極線43と、第6電極線59との間に絶縁層を形成する。
【0054】
また、本発明は、検出電極5,105,205、駆動電極7,107,207及びグランド電極9,109,209を3層以上で形成する場合にも適用可能である。
【0055】
また、上述した検出電極5,105,205、駆動電極7,107,207及びグランド電極9,109,209の形状及び配置は一例であり、これらは請求項の発明で特定される範囲内であれば特に限定されない。
また、上述した実施形態では、本発明をパーソナルコンピュータの入力用のタッチパッド等に適用した場合を例示したが、本発明を、その他の機器や、タッチパネル等に適用してもよい。