特開 2023-123137 静電検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023123137

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】静電検出装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20230829BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20230829BHJP

   H01H 36/00 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 512

G06F3/044 124

G06F3/041 430

H01H36/00 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022027022

(22)【出願日】2022-02-24

(71)【出願人】

【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】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】村田 健二

【テーマコード（参考）】

5G046

【Ｆターム（参考）】

5G046AB03

5G046AC24

5G046AD22

5G046AD23

(57)【要約】

【課題】基板を共用化できる静電検出装置を提供する。
【解決手段】静電検出装置５は、ユーザの身体を接触又は接近させるタッチ操作を検出する複数の電極６と、複数の電極６の静電容量の変化に基づきタッチ操作を判定する静電検出モジュール７とを備えている。静電検出装置５は、複数の電極６の各々が静電検出モジュール７のどのポート１０に接続されるのかを設定するのに用いる複数のランド部１６を有する基板１７を備えている。複数のランド部１６に対し、接続部１５を選択的に接続することにより、複数の電極６を組み分けして、組ごとの電極群をタッチ操作の検出単位とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザの身体を接触又は接近させるタッチ操作を検出する複数の電極と、前記複数の電極の静電容量の変化に基づき前記タッチ操作を判定する静電検出モジュールとを備えている静電検出装置であって、
前記複数の電極の各々が前記静電検出モジュールのどのポートに接続されるのかを設定するのに用いる複数のランド部が設けられた基板と、
前記ランド部に選択的に接続されることにより、前記複数の電極を組み分けして、組ごとの電極群を前記タッチ操作の検出単位とする接続部と
を備えている静電検出装置。

【請求項2】

前記複数の電極ごとに設けられ、組をなす前記ポートに対して各々延びる複数の接続配線と、
前記複数の接続配線のうち、隣同士の前記接続配線の組を接続する複数の連結配線とを備え、
前記ランド部は、前記連結配線の各々に設けられた複数の第１ランド部と、前記接続配線の各々に設けられた複数の第２ランド部とを有する
請求項１に記載の静電検出装置。

【請求項3】

前記接続部は、ゼロオーム抵抗である
請求項１又は請求項２に記載の静電検出装置。

【請求項4】

前記基板は、前記静電検出モジュールが実装されている
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の静電検出装置。

【請求項5】

前記静電検出モジュールは、
前記複数の電極の静電容量を、前記ポートを介して検出する静電検出部と、
前記静電検出部の検出信号に基づき前記タッチ操作を判定するとともに、前記タッチ操作の判定結果として判定信号を出力する信号処理部と
を備えている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の静電検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極の静電容量の変化からタッチ操作を検出する静電検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電極の静電容量を検出することによって、静電センサに対して指等で操作が行われているか否かを判定する入力装置が周知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の入力装置は、電極を複数備えるとともに、これら電極の各々の静電容量の変化に基づき、複数の電極の各々に対する操作を判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１８２３１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、電極が複数の入力装置は、仕様に応じて、必要となる電極数が異なることがある。この場合、入力装置は、必要となる電極数に応じて、異なる基板のパターンが必要となることがある。しかし、基板パターンが増えてしまった場合、歩留まりによるコスト増の懸念や、品番管理が必要となるなどの課題が生じる可能性があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決する静電検出装置は、ユーザの身体を接触又は接近させるタッチ操作を検出する複数の電極と、前記複数の電極の静電容量の変化に基づき前記タッチ操作を判定する静電検出モジュールとを備えている構成であって、前記複数の電極の各々が前記静電検出モジュールのどのポートに接続されるのかを設定するのに用いる複数のランド部が設けられた基板と、前記ランド部に選択的に接続されることにより、前記複数の電極を組み分けして、組ごとの電極群を前記タッチ操作の検出単位とする接続部とを備えている。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、基板を共用化できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態の車両の運転席を示す斜視図である。

【図2】入力装置及び静電検出装置の概略構成図である。

【図3】静電検出装置の基板構成を示す概要図である。

【図4】タッチ操作の機能数を「４」としたときの基板構成の概要図である。

【図5】タッチ操作の検出数を「６」としたときの基板構成の概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の一実施形態を説明する。
［入力装置１の具体例］
図１に示すように、車両の運転席には、車載機器の入力インターフェースとして入力装置１が設けられている。入力装置１は、運転席に設けられた操作パネル２を身体でタッチ操作することによって、車載機器の作動状態を切り替えるタッチパネル式である。タッチ操作は、ユーザの身体を接触又は接近させる操作を含む。車載機器は、車内を空調するエアーコンディショナー装置、カーオーディオを作動させるカーオーディオ装置、シート状態を調整するシート調整装置などである。操作パネル２は、車載機器がエアーコンディショナー装置の場合、ヒーターコントロールパネルである。

【0009】

［静電検出装置５の構成］
図２に示すように、入力装置１は、静電容量の変化によって操作パネル２へのタッチ操作を検出する静電検出装置５を備えている。静電検出装置５は、操作パネル２のタッチ操作を検出する複数の電極６と、複数の電極６の静電容量の変化に基づきタッチ操作を判定する静電検出モジュール７とを備えている。本例の場合、電極６の検出方式は、例えば、自己容量型の静電容量式センサであることが好ましい。図２の場合、第１電極６Ａ、第２電極６Ｂ、第３電極６Ｃ、及び第４電極６Ｄが図示されている。

【0010】

静電検出モジュール７は、静電検出部８及び信号処理部９を備えている。静電検出部８は、複数の電極６の静電容量を、ポート１０を介して検出する。すなわち、静電検出部８は、ポート１０を介して電極６の静電容量を監視し、検出した静電容量の値に応じた検出信号Ｓ１を信号処理部９に出力する。信号処理部９は、静電検出部８の検出信号Ｓ１に基づきタッチ操作を判定するとともに、タッチ操作の判定結果として判定信号Ｓ２を出力する。信号処理部９は、この判定信号Ｓ２を、車載機器の制御装置１１に出力する。

【0011】

制御装置１１は、静電検出モジュール７から判定信号Ｓ２を入力すると、判定信号Ｓ２に基づき、車載機器のアクチュエータ１２を制御する。具体的には、制御装置１１は、操作パネル２に対するタッチ操作に応じた作動状態を車載機器がとるように、アクチュエータ１２を制御する。このようにして、操作パネル２へのタッチ操作によって、エアーコンディショナー装置、カーオーディオ装置などの車載機器の作動状態が、操作パネル２へのタッチ操作に応じて適宜切り替えられる。

【0012】

図３に示すように、静電検出装置５は、複数の電極６の各々が静電検出モジュール７のどのポート１０に接続されるのかを設定するのに用いる複数のランド部１６が設けられた基板１７を備えている。また、静電検出装置５は、ランド部１６に選択的に接続されることにより、複数の電極６を組み分けして、組ごとの電極群をタッチ操作の検出単位とする接続部１５を備えている。接続部１５は、例えば、ゼロオーム抵抗１８である。また、基板１７には、静電検出モジュール７が実装されている。

【0013】

静電検出装置５は、接続配線２１及び連結配線２２を備えている。接続配線２１は、複数の電極６ごとに設けられ、組をなすポート１０に対して各々延びる配線である。接続配線２１は、接続配線２１及び連結配線２２の接続点２３とポート１０とを繋ぐ分岐線２４を含む。連結配線２２は、複数の接続配線２１のうち、隣同士の接続配線２１の組を接続する配線である。接続配線２１及び連結配線２２は、ともに複数設けられている。

【0014】

本例の場合、接続配線２１は、紙面の上から順に、第１接続配線２１Ａ～第１２接続配線２１Ｌの１２本ある。具体的には、接続配線２１は、第１電極６Ａ及び第１ポート１０Ａを繋ぐ第１接続配線２１Ａと、第２電極６Ｂ及び第２ポート１０Ｂを繋ぐ第２接続配線２１Ｂと、第３電極６Ｃ及び第３ポート１０Ｃを繋ぐ第３接続配線２１Ｃとを有する。接続配線２１は、第４電極６Ｄ及び第４ポート１０Ｄを繋ぐ第４接続配線２１Ｄと、第５電極６Ｅ及び第５ポート１０Ｅを繋ぐ第５接続配線２１Ｅと、第６電極６Ｆ及び第６ポート１０Ｆを繋ぐ第６接続配線２１Ｆとを有する。接続配線２１は、第７電極６Ｇ及び第７ポート１０Ｇを繋ぐ第７接続配線２１Ｇと、第８電極６Ｈ及び第８ポート１０Ｈを繋ぐ第８接続配線２１Ｈと、第９電極６Ｉ及び第９ポート１０Ｉを繋ぐ第９接続配線２１Ｉとを有する。接続配線２１は、第１０電極６Ｊ及び第１０ポート１０Ｊを繋ぐ第１０接続配線２１Ｊと、第１１電極６Ｋ及び第１１ポート１０Ｋを繋ぐ第１１接続配線２１Ｋと、第１２電極６Ｌ及び第１２ポート１０Ｌを繋ぐ第１２接続配線２１Ｌとを有する。

【0015】

また、連結配線２２は、紙面の上から順に、第１連結配線２２Ａ～第１１連結配線２２Ｋの１１本ある。具体的には、連結配線２２は、第１接続配線２１Ａ及び第２接続配線２１Ｂを繋ぐ第１連結配線２２Ａと、第２接続配線２１Ｂ及び第３接続配線２１Ｃを繋ぐ第２連結配線２２Ｂと、第３接続配線２１Ｃ及び第４接続配線２１Ｄを繋ぐ第３連結配線２２Ｃとを有する。連結配線２２は、第４接続配線２１Ｄ及び第５接続配線２１Ｅを繋ぐ第４連結配線２２Ｄと、第５接続配線２１Ｅ及び第６接続配線２１Ｆを繋ぐ第５連結配線２２Ｅと、第６接続配線２１Ｆ及び第７接続配線２１Ｇを繋ぐ第６連結配線２２Ｆとを有する。連結配線２２は、第７接続配線２１Ｇ及び第８接続配線２１Ｈを繋ぐ第７連結配線２２Ｇと、第８接続配線２１Ｈ及び第９接続配線２１Ｉを繋ぐ第８連結配線２２Ｈと、第９接続配線２１Ｉ及び第１０接続配線２１Ｊを繋ぐ第９連結配線２２Ｉとを有する。連結配線２２は、第１０接続配線２１Ｊ及び第１１接続配線２１Ｋを繋ぐ第１０連結配線２２Ｊと、第１１接続配線２１Ｋ及び第１２接続配線２１Ｌを繋ぐ第１１連結配線２２Ｋとを有する。

【0016】

ランド部１６は、連結配線２２の各々に設けられた複数の第１ランド部１６ａと、接続配線２１の各々に設けられた複数の第２ランド部１６ｂとを有する。本例の場合、第２ランド部１６ｂは、各接続配線２１の分岐線２４に設けられている。第１ランド部１６ａは、接続部１５の接続有無により、隣同士の接続配線２１の連結有無を設定する。第２ランド部１６ｂは、接続部１５の接続有無により、接続配線２１の有効無効を設定する。

【0017】

次に、本実施形態の静電検出装置５の作用について説明する。
［タッチ操作の機能数を「４」に設定する場合］
図４は、操作パネル２のタッチ操作の検出単位数を「４」、すなわちタッチ操作の機能数（タッチ箇所）を「４」と設定するときの具体図である。この場合、第１連結配線２２Ａ、第２連結配線２２Ｂ、第４連結配線２２Ｄ、第５連結配線２２Ｅ、第７連結配線２２Ｇ、第８連結配線２２Ｈ、第１０連結配線２２Ｊ、及び第１１連結配線２２Ｋの各々の第１ランド部１６ａに、接続部１５（本例の場合、ゼロオーム抵抗１８）を取り付ける。また、第２接続配線２１Ｂ、第５接続配線２１Ｅ、第８接続配線２１Ｈ、第１１接続配線２１Ｋの各々の第２ランド部１６ｂに、接続部１５（本例の場合、ゼロオーム抵抗１８）と取り付ける。ゼロオーム抵抗１８は、例えば、実装装置（図示略）によって基板１７に取り付け固定される。

【0018】

これにより、第１電極６Ａ～第３電極６Ｃの電極群、第４電極６Ｄ～第６電極６Ｆの電極群、第７電極６Ｇ～第９電極６Ｉの電極群、及び、第１０電極６Ｊ～第１２電極６Ｌの電極群の各々が、タッチ操作の検出単位となる。このようにして、タッチ操作の機能数が「４」に設定されることにより、操作パネル２の操作エリアが４つに区分けされる。

【0019】

また、タッチ操作の機能数が「４」のとき、静電検出モジュール７は、複数のポート１０のうち、４つの電極群に対して各々対応するポート１０が有効となるように、アプリケーション（ソフトウェア）が設定される。タッチ操作の機能数が「４」の場合、第２ポート１０Ｂ、第５ポート１０Ｅ、第８ポート１０Ｈ、及び第１１ポート１０Ｋの各々が有効とされ、それ以外のポート１０が無効とされる。

【0020】

これにより、静電検出部８は、第１電極６Ａ～第３電極６Ｃの電極群の静電容量を、第２ポート１０Ｂを介して入力する。静電検出部８は、第４電極６Ｄ～第６電極６Ｆの電極群の静電容量を、第５ポート１０Ｅを介して入力する。静電検出部８は、第７電極６Ｇ～第９電極６Ｉの電極群の静電容量を、第８ポート１０Ｈを介して入力する。静電検出部８は、第１０電極６Ｊ～第１２電極６Ｌの電極群の静電容量を、第１１ポート１０Ｋを介して入力する。以上のようにして、静電検出部８は、タッチ操作の機能数が「４」に設定された各電極群から静電容量を検出する。

【0021】

［タッチ操作の機能数を「６」に設定する場合］
図５は、操作パネル２のタッチ操作の検出単位数を「６」、すなわちタッチ操作の機能数（タッチ箇所）を「６」と設定するときの具体図である。この場合、第１連結配線２２Ａ、第３連結配線２２Ｃ、第５連結配線２２Ｅ、第７連結配線２２Ｇ、第９連結配線２２Ｉ、及び第１１連結配線２２Ｋの各々の第１ランド部１６ａに、接続部１５（本例の場合、ゼロオーム抵抗１８）を取り付ける。また、第１接続配線２１Ａ、第３接続配線２１Ｃ、第５接続配線２１Ｅ、第７接続配線２１Ｇ、第９接続配線２１Ｉ、及び第１１接続配線２１Ｋの各々の第２ランド部１６ｂに、接続部１５（本例の場合、ゼロオーム抵抗１８）を取り付ける。ゼロオーム抵抗１８は、例えば、実装装置（図示略）によって基板１７に取り付け固定される。

【0022】

これにより、第１電極６Ａ及び第２電極６Ｂの電極群、第３電極６Ｃ及び第４電極６Ｄの電極群、第５電極６Ｅ及び第６電極６Ｆの電極群、第７電極６Ｇ及び第８電極６Ｈの電極群、第９電極６Ｉ及び第１０電極６Ｊの電極群、及び、第１１電極６Ｋ及び第１２電極６Ｌの電極群の各々が、タッチ操作の検出単位となる。このようにして、タッチ操作の機能数が「６」に設定されることにより、操作パネル２の操作エリアが６つに区分けされる。

【0023】

また、タッチ操作の機能数が「６」のとき、静電検出モジュール７は、複数のポート１０のうち、６つの電極群に対して各々対応するポート１０が有効となるように、アプリケーション（ソフトウェア）が設定される。タッチ操作の機能数が「６」の場合、第１ポート１０Ａ、第３ポート１０Ｃ、第５ポート１０Ｅ、第７ポート１０Ｇ、第９ポート１０Ｉ及び第１１ポート１０Ｋの各々が有効とされ、それ以外のポート１０が無効とされる。

【0024】

これにより、静電検出部８は、第１電極６Ａ及び第２電極６Ｂの電極群の静電容量を、第１ポート１０Ａを介して入力する。静電検出部８は、第３電極６Ｃ及び第４電極６Ｄの電極群の静電容量を、第３ポート１０Ｃを介して入力する。静電検出部８は、第５電極６Ｅ及び第６電極６Ｆの電極群の静電容量を、第５ポート１０Ｅを介して入力する。静電検出部８は、第７電極６Ｇ及び第８電極６Ｈの電極群の静電容量を、第７ポート１０Ｇを介して入力する。静電検出部８は、第９電極６Ｉ及び第１０電極６Ｊの電極群の静電容量を、第９ポート１０Ｉを介して入力する。静電検出部８は、第１１電極６Ｋ及び第１２電極６Ｌの電極群の静電容量を、第１１ポート１０Ｋを介して入力する。以上のようにして、静電検出部８は、タッチ操作の機能数が「６」に設定された各電極群から静電容量を検出する。

【0025】

同様に、必要とするタッチ操作の機能数に応じて、接続部１５の配置パターンを選択することにより、機能数を適宜設定することが可能となる。このため、１つの共通の静電検出装置５（具体的には、操作パネル２や基板１７）を用いて、機能数が異なる複数種類の静電検出装置５を提供することが可能となる。よって、部品共用化によって部品コストの削減に繋げることが可能となる。

【0026】

［実施形態の効果］
上記実施形態の静電検出装置５によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）静電検出装置５は、ユーザの身体を接触又は接近させるタッチ操作を検出する複数の電極６と、複数の電極６の静電容量の変化に基づきタッチ操作を判定する静電検出モジュール７とを備えている。静電検出装置５は、複数の電極６の各々が静電検出モジュール７のどのポート１０に接続されるのかを設定するのに用いる複数のランド部１６が設けられた基板１７を備えている。静電検出装置５は、ランド部１６に選択的に接続されることにより、複数の電極６を組み分けして、組ごとの電極群をタッチ操作の検出単位とする接続部１５を備えている。

【0027】

本例の構成によれば、同じ基板１７であっても、基板１７のどのランド部１６に接続部１５を配置するかの組み合わせによって、複数の電極６を組み分けすることが可能となる。よって、基板１７を共用化することができる。

【0028】

（２）静電検出装置５は、複数の接続配線２１と、複数の連結配線２２とを備えている。接続配線２１の各々は、電極６ごとに設けられ、組をなすポート１０に対して延びている。連結配線２２の各々は、複数の接続配線２１のうち、隣同士の接続配線２１の組を接続する。ランド部１６は、連結配線２２の各々に設けられた複数の第１ランド部１６ａと、接続配線２１の各々に設けられた複数の第２ランド部１６ｂとを有する。この構成によれば、隣同士の接続配線２１を連結配線２２で繋ぐ配線構造で済む。また、接続配線２１及び連結配線２２のどのランド部１６に接続部１５を配置するかの組み合わせによって、複数の電極６を簡易に組み分けすることができる。

【0029】

（３）接続部１５は、ゼロオーム抵抗１８である。この構成によれば、ゼロオーム抵抗１８は、他のデバイスとともに実装装置（図示略）によって基板１７に自動で実装可能である。よって、実装作業を容易とすることができる。

【0030】

（４）基板１７は、静電検出モジュール７が実装されている。この構成によれば、静電検出モジュール７及びランド部１６がともに設けられた１つの基板１７とすることが可能となる。よって、基板数を少なく抑えることに寄与する。

【0031】

（５）静電検出モジュール７は、静電検出部８及び信号処理部９を備えている。静電検出部８は、複数の電極６の静電容量を、ポート１０を介して検出する。信号処理部９は、静電検出部８の検出信号Ｓ１に基づきタッチ操作を判定するとともに、タッチ操作の判定結果として判定信号Ｓ２を出力する。この構成によれば、静電検出モジュール７は、複数の電極６の静電容量を静電検出部８で検出するとともに、静電検出部８の検出信号Ｓ１に基づいて信号処理部９でタッチ判定を行うことができる。

【0032】

［他の実施形態］
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0033】

・ポート１０の有効無効は、プログラムのアプリケーションによって設定されることに限らず、例えば配線を結線するなどして、機械的な構成によって設定されてもよい。
・電極６及びポート１０を配線の繋ぎ方は、実施例に開示した接続配線２１及び連結配線２２による配策構造に限定されない。例えば、基板１７の表裏面の両方を実装面とする場合、配線を立体的に配策するなどして、電極６を所望のポート１０に接続する繋ぎ方をしてもよい。

【0034】

・接続部１５は、ゼロオーム抵抗１８に限定されず、例えば、ジャンパー線としてもよい。
・静電検出モジュール７及びランド部１６は、異なる基板に配置されてもよい。

【0035】

・静電検出装置５の検出方式は、自己容量型に限定されず、例えば、相互容量型としてもよい。また、静電検出装置５の検出方式は、静電容量式に限定されず、例えば、抵抗膜式、光学式、超音波式に変更してもよい。

【0036】

・電極６の配線は、例えば、ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）を含んでいてもよい。
・静電検出装置５は、車載用に限定されず、他の機器や装置に使用されてもよい。

【0037】

・本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0038】

５…静電検出装置、６…電極、７…静電検出モジュール、８…静電検出部、９…信号処理部、１０…ポート、１５…接続部、１６…ランド部、１６ａ…第１ランド部、１６ｂ…第２ランド部、１７…基板、１８…ゼロオーム抵抗、２１…接続配線、２２…連結配線、Ｓ１…検出信号、Ｓ２…判定信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】