(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基材と、
前記基材に対向して配置された、導電性と可撓性を有する表面板と、
前記基材と前記表面板との間に配置された、非導電性のスペーサと、
前記基材に設けられた１つ以上の検出電極とを備え、
前記表面板が接地していない第１の検出状態と前記表面板が接地した第２の検出状態とを有し、
前記第１の検出状態において前記表面板に対して操作体が近接する近接度合いを検出し、前記第２の検出状態において前記操作体によって前記表面板が押圧されたか否かを検出し、
前記第１の検出状態と前記第２の検出状態とを互いに切り替える制御部を備え、
前記制御部は、前記第１の検出状態において前記操作体と前記表面板との前記近接度合いが第１閾値以下となったときに、前記第２の検出状態に切り替えることを特徴とする静電容量式入力装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の検出状態において前記操作体と前記表面板との前記近接度合いが前記第１閾値以下となって前記第２の検出状態に切り替えられた後に、一定時間ごとに前記第１の検出状態と前記第２の検出状態を互いに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式入力装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の検出状態から前記第１の検出状態に切り替わったときに、前記操作体と前記表面板との前記近接度合いが前記第１閾値よりも大きくなっている場合は、前記第１閾値以下となるまで前記第１の検出状態を保持することを特徴とする請求項２に記載の静電容量式入力装置。
【請求項４】
板状の基材と、
前記基材に対向して配置された、導電性と可撓性を有する表面板と、
前記基材と前記表面板との間に配置された、非導電性のスペーサと、
前記基材に設けられた１つ以上の検出電極とを備え、
前記表面板が接地していない第１の検出状態と前記表面板が接地した第２の検出状態とを有し、
前記第１の検出状態において前記表面板に対して操作体が近接する近接度合いを検出し、前記第２の検出状態において前記操作体によって前記表面板が押圧されたか否かを検出し、
前記第２の検出状態は、前記表面板に接触した前記操作体を介して接地した状態であり、
前記表面板と離間していた前記操作体が前記表面板に接触することによって前記第１の検出状態から前記第２の検出状態へ切り替わり、
前記表面板に接触していた前記操作体が前記表面板から離間することによって前記第２の検出状態から前記第１の検出状態へ切り替わることを特徴とする静電容量式入力装置。
【請求項５】
前記基材には、１つ以上の駆動電極が設けられ、
前記第１の検出状態において、前記駆動電極のそれぞれに対して駆動電圧が印加され、前記検出電極のそれぞれにおける電流変化に基づいて、前記操作体が前記表面板に近接したことが検出されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電容量式入力装置。
【請求項６】
前記第１の検出状態において、前記検出電極における電流変化に基づいて、前記操作体が前記表面板に近接したことが検出されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電容量式入力装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の検出状態において前記操作体と前記表面板との前記近接度合いが第２閾値以下となったときに、発光部を発光させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の静電容量式入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面板に対する操作体の近接度合いの検出と、操作体が表面板を押圧したか否かの検出とを行う静電容量式入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の荷重センサは、金属材よりなる板状の固定基板と、この固定基板に対向するように配置された可撓性金属材よりなる可動基板とを備え、固定基板と可動基板との間には、絶縁材よりなる２つの封止部材に挟まれた金属スペーサが配置されている。この荷重センサにおいては、操作体の押圧で可動基板が撓むことによって生じる、固定基板と可動基板との間の静電容量の変化に基づいて、可動基板に対する操作体による荷重を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、荷重センサを各種機器に適用する場合に、荷重センサの位置の明示等の目的で、操作体が荷重センサに近づいたときに、可動基板を照光させたり、又は、可動基板を発光させる機能が求められつつある。しかしながら、特許文献１に記載の荷重センサでは、操作体が近づいたことを検出するには、近接検出用の電極や赤外線センサなどを新たに設ける必要があるため、部品コストの増大や装置の大型化を招くおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、赤外線センサなどの新たな部材を追加することなく、表面板に対する操作体の近接度合いの検出と、操作体が表面板を押圧したか否かの検出とを行うことのできる静電容量式入力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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の静電容量式入力装置は、板状の基材と、基材に対向して配置された、導電性と可撓性を有する表面板と、基材と表面板との間に配置された、非導電性のスペーサと、基材に設けられた１つ以上の検出電極とを備え、表面板が接地していない第１の検出状態と表面板が接地した第２の検出状態とを有し、第１の検出状態において表面板に対して操作体が近接する近接度合いを検出し、第２の検出状態において操作体によって表面板が押圧されたか否かを検出することを基本的な特徴としている。
これにより、センサなどの新たな部材を追加することなく、表面板に対する操作体の接近検出と、表面板が操作体によって押圧されたか否かの検出との両方を実行することが可能となる。
【０００８】
上記基本的な特徴に加えて、本発明の静電容量式入力装置は、第１の検出状態と第２の検出状態とを互いに切り替える制御部を備え、制御部は、第１の検出状態において操作体と表面板との近接度合いが第１閾値以下となったときに、第２の検出状態に切り替えることをさらなる特徴とする。
これにより、操作体が表示板に充分近づいたときに、近接度合いを検出する第１の検出状態から、操作体による押圧操作を検出する第２の検出状態に切り替えることとなるため、近接検出と押圧検出のそれぞれについて検出漏れを少なくしつつスムーズに検出状態を切り替えることができる。
【０００９】
本発明の静電容量式入力装置の第１の態様において、制御部は、第１の検出状態において操作体と表面板との近接度合いが第１閾値以下となって第２の検出状態に切り替えられた後に、一定時間ごとに第１の検出状態と第２の検出状態を互いに切り替えることが好ましい。
これにより、押圧操作をしていた操作者が表面板から指等を離したことを確実に検出することができ、これにより、その後の近接度合いの検出と押圧操作の検出を正確に実行することができる。
【００１０】
本発明の静電容量式入力装置の第１の態様において、制御部は、前記第２の検出状態から第１の検出状態に切り替わったときに、操作体と表面板との近接度合いが第１閾値よりも大きくなっている場合は、第１閾値以下となるまで第１の検出状態を保持することが好ましい。
これにより、操作体が表面板から離れていったのにもかかわらずに第２の検出状態にもどってしまう事態を避けることができ、表面板から離れた操作体が再び表面板に接近したときに、近接度合いを検出することができる。
【００１２】
あるいは、本発明の静電容量式入力装置は、第２の検出状態は、表面板に接触した操作体を介して接地した状態であり、表面板と離間していた操作体が表面板に接触することによって第１の検出状態から第２の検出状態へ切り替わり、表面板に接触していた操作体が表面板から離間することによって第２の検出状態から第１の検出状態へ切り替わることをさらなる特徴とする。
これにより、制御部による切り替え処理が省略できるため、コストを抑えた形で、表面板に対する操作体の接近検出と、表面板に対する操作体による押圧の有無の検出との両方を行うことができる。
【００１３】
本発明の静電容量式入力装置において、基材には、１つ以上の駆動電極が設けられ、第１の検出状態において、駆動電極のそれぞれに対して駆動電圧が印加され、検出電極のそれぞれにおける電流変化に基づいて、操作体が表面板に近接したことが検出されることが好ましい。
このようにして検出された相互容量を用いることにより、表面板に対する操作体の接近検出と、表面板に対する操作体による押圧の有無の検出との両方を精度良く行うことができる。
【００１４】
本発明の静電容量式入力装置において、第１の検出状態において、検出電極における電流変化に基づいて、操作体が表面板に近接したことが検出されることが好ましい。
このようにして検出された自己容量を用いることにより、表面板に対する操作体の接近検出と、操作体による表面板の押圧の有無の検出との両方を、コンパクトな構成で実行することができる。
【００１５】
本発明の静電容量式入力装置において、制御部は、第１の検出状態において操作体と表面板との近接度合いが第２閾値以下となったときに、発光部を発光させることが好ましい。
これにより、操作者に対して、センサ部又は操作領域の位置などを明確に示すことができ、操作者の便宜に資することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、赤外線センサなどの新たな部材を追加することなく、表面板に対する操作体の近接度合いの検出と、操作体によって表面板が押圧されたか否かの検出とを精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る静電容量式入力装置のセンサ部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る静電容量式入力装置の機能ブロック図である。
【図３】変形例に係る静電容量式入力装置のセンサ部の基本構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る静電容量式入力装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。本実施形態の静電容量式入力装置は、携帯電話その他の携帯情報端末、家電製品、車載用電子機器などに適用できる。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は、センサ部の上下方向に沿っており、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。以下の説明において、Ｚ方向から見た状態を平面視ということがある。また、以下の説明において、操作体とは、静電容量式入力装置を操作する操作者の指や手である。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る静電容量式入力装置のセンサ部１０の構成を示す断面図である。図２は、本実施形態に係る静電容量式入力装置の機能ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の静電容量式入力装置におけるセンサ部１０は、板状の基材１１と、上下方向（Ｚ方向）において基材１１に対向して配置された表面板１２と、基材１１と表面板１２の間に配置されたスペーサ１３とを備える。このセンサ部１０においては、１対の駆動電極１４と検出電極１５が設けられている。
【００２０】
基材１１は、非導電性の材料、例えばプラスチックやガラスで構成され、静電容量式入力装置が適用されるデバイス、例えば液晶パネルに固定される。基材１１は、適用するデバイスの仕様等に応じて、光透過性（透光性）を有する材料と非透光性の材料のいずれを選択することもできる。
【００２１】
表面板１２は、可撓性を有する板状の材料を用いて、少なくとも、上面１２ａのうちの操作領域１７（入力領域）の全体が導電性を有するように構成される。ここで、図１に示すように、操作領域１７は、ＸＹ平面においてスペーサ１３に対応する領域の内側の領域であり、操作領域１７の外側のスペーサ１３に対応する領域は非操作領域１８となっている。
【００２２】
表面板１２は、適用するデバイスの仕様等に応じて光透過性を有する材料と非透光性の材料のいずれかを選択することができる。表面板１２を光透過性材料で構成する場合は、例えば、可撓性を有する透明なプラスチック板の上面の操作領域１７に対応する範囲全体に、スパッタリングや蒸着等の薄膜形成法によって、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電性材料を形成する。一方、表面板１２を非透光性材料で構成する場合は、例えば、可撓性の金属板で構成するほか、可撓性で非導電性の板状の材料の上面の操作領域１７に対応する範囲全体に、非透光性の導電性薄膜や導電性ナノワイヤを形成する。ここで、導電性ナノワイヤはバインダによって板状の材料の上面に定着される。導電性ナノワイヤとしては、例えば、銀ナノワイヤなどの金属ナノワイヤやカーボンナノチューブなどがある。
【００２３】
図２に示すように、表面板１２には、接地されていない第１の検出状態と、接地された第２の検出状態とを互いに切り替えるためのスイッチ２２が接続され、このスイッチは制御部２１によって動作が制御される。
【００２４】
スペーサ１３は、基材１１の上面１１ａの外周部において枠状に設けられている。スペーサ１３は、非導電性の材料、例えば、顔料を含有させることによって非透光性とした接着剤によって形成され、スペーサ１３によって、基材１１と表面板１２が互いに対向するように固定される。
【００２５】
図１に示すように、センサ部１０には、基材１１、表面板１２、及びスペーサ１３によって囲まれた空間１６が形成されている。この空間１６において、基材１１の上面１１ａに駆動電極１４と検出電極１５が設けられている。駆動電極１４と検出電極１５は、例えば、スパッタリングや蒸着等の薄膜形成法によって、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電性材料によって、所定の平面形状、例えば矩形に形成される。
【００２６】
駆動電極１４と検出電極１５は、上下方向において表面板１２との間に所定の間隔Ｌ１を有するように形成される。これにより、操作者が操作領域１７の範囲内で表面板１２に指を接触させることによって、表面板１２が下方へ押圧されて撓んだときであっても、駆動電極１４及び検出電極１５と、表面板１２とは離間した状態を維持する。
【００２７】
図２に示すように、制御部２１には発光部２３が接続されている。発光部２３は、例えば発光ダイオードであり、表面板１２又は操作領域１７の全体又は特定の範囲を照らすように、センサ部１０の空間１６の内壁、基材１１の下面、表面板１２上などに配置される。発光部２３は、制御部２１からの指示信号にしたがって、操作体と表面板１２との近接度合いが第２閾値以下となったときに発光を開始する。発光部２３の発光は、例えば第１の検出状態から第２の検出状態へ切り替わったときに、制御部２１の制御によって停止される。
【００２８】
制御部２１は、検出回路２５からの出力に基づいてスイッチ２２を動作させ、表面板１２をＧＮＤに接続させない状態、すなわち、接地させない第１の検出状態と、表面板１２をＧＮＤに接続させて接地させた第２の検出状態とに互いに切り替える。静電容量式入力装置を起動させた初期状態では、第１の検出状態として検出が実行され、検出回路２５からの出力により、操作体と表面板１２との近接度合いが第１閾値以下となったと判断したとき、制御部２１は、第１の検出状態から第２の検出状態に切り替えるようにスイッチ２２に対して指示信号を出力する。ここで、近接度合いは、操作体と表面板１２の距離に対応して変化する数値であって、検出回路２５が出力する検出値に基づいて制御部２１で算出され、操作体と表面板１２との距離が大きい場合に大きな値になるものとする。上記第１閾値は、例えば１ｍｍに対応する近接度合いを示す値であり、０よりも大きいことが好ましい。
【００２９】
また、検出回路２５では、検出電極１５から出力された測定値から、予め定めたオフセット値を引く演算を行っている。このオフセット値は、静電容量式入力装置の出荷時や、出荷後の起動時に行うキャリブレーションによって決定され、制御部２１が備える記憶部（不図示）に保存される。このようなオフセット値を用いることにより、表面板１２の物性、検出電極１５の検出特性、静電容量式入力装置が設置された環境等に応じて、操作体による押圧がないときの表面板１２の撓みや、検出電極１５に入るノイズ成分の影響を抑えることができ、近接検出や押圧検出をより高精度に行うことができる。
【００３０】
第１の検出状態においては、制御部２１は、駆動電極１４に対して所定の駆動電圧、例えば一定周期の矩形波を印加させるように駆動回路２４を制御する。第１の検出状態では、接地されていない表面板１２の操作領域１７に操作体を接近させていくと、その近接度合いに応じて操作体と表面板１２との間の静電容量が増加する。この静電容量の増加に応じて、駆動電極１４から表面板１２を経て検出電極１５に流れる電流が減少し、駆動電極１４と検出電極１５との間の静電容量（相互容量）が減少するため、制御部２１において、検出電極１５における出力信号に基づいて、操作体と表面板１２との近接度合いを検出することができる。
【００３１】
また、制御部２１は、操作体と表面板１２との近接度合いが第２閾値以下となったときに、発光部２３に対して指示信号を出力し、発光部２３の発光を開始させる。さらに、制御部２１は、操作体と表面板１２との近接度合いが、第２閾値よりも小さな第１閾値以下となったときに、表面板１２を接地させるようにスイッチ２２に指示信号を出力し、スイッチ２２の動作によって表面板１２が接地されることによって第２の検出状態に切り替わる。ここで、第２閾値は、例えば第１閾値が１ｍｍに対応する近接度合いを示す値である場合に、それよりも大きな値として、例えば１ｃｍに対応する近接度合いを示す値に設定される。発光部２３の発光は、第１の検出状態から第２の検出状態へ切り替わったときに、制御部２１の制御によって停止させるのが好ましいが、発光の開始から一定時間後に自動的に停止させるようにしてもよいし、第２の検出状態において、表面板１２が押圧されたことを検出したときに停止させてもよい。
【００３２】
第２の検出状態においては、制御部２１は、駆動電極１４に対して所定の駆動電圧、例えば一定周期の矩形波を印加させるように駆動回路２４を制御する。この状態において、操作体が表面板１２を基材１１側へ押し下げると、表面板１２と駆動電極１４との間隔および表面板１２と検出電極１５との間隔が小さくなるため、表面板１２と駆動電極１４との間の静電容量および表面板１２と検出電極１５との間の静電容量が増加する一方、駆動電極１４と検出電極１５との間の静電容量（相互容量）が減少する。この静電容量の変化に応じて、駆動電極１４から検出電極１５に流れる電流が減少する。これにより、操作体が表面板１２を押圧したこと、さらには、上下方向における表面板１２と検出電極１５の近接度合いが検出される。
【００３３】
ここで、第２の検出状態では表面板１２が接地されているため、操作体が表面板１２に接触していたとしても表面板１２が基材１１側へ撓まなければ、駆動電極１４と検出電極１５との間の静電容量が減少しない。このため、操作者が誤って表面板１２に触れたような場合や水分が表面板１２の上面１２ａに付着した場合に、誤検出が起きることを防止できる。また、第２の検出状態では、表面板１２の撓みによって生じる駆動電極１４と検出電極１５との間の静電容量の減少を検出しているため、非導電性の操作体、例えば、手袋をした手で行った押圧操作を検出することが可能となる。
【００３４】
制御部は、第１の検出状態から第２の検出状態に切り替えられた後に、検出電極１５からの出力信号にかかわらずに、一定時間ごとに第１の検出状態と第２の検出状態を交互に切り替えることが好ましい。ここで、一定時間とは、例えば１０ｍｓである。このような切り替えにより、第２の検出状態にある場合に操作者が押圧操作を中断又は終了したときに、操作体が表面板１２から離れたことを第１の検出状態で確実に検出することができるようになる。このように第１の検出状態と第２の検出状態を交互に切り替えている過程において、第１の検出状態にもどって操作体が表面板１２から離れたことを検出した場合においても、制御部２１は、操作体と表面板１２との近接度合いが第１閾値を超えているか否かを判別する。この判別において、操作体と表面板１２との近接度合いが第１閾値よりも大きくなっているときは、第１閾値以下となるまで第１の検出状態を維持し、第１閾値以下となったときに第２の検出状態へ切り替える。このような制御を行うことにより、操作体が表面板１２から離れていったのにもかかわらずに第２の検出状態にもどってしまう事態を避けることができ、さらに、表面板１２から離れた操作体が表面板１２に再び接近したときに、近接度合いを第１の検出状態で検出することができ、第２閾値に至るまで接近したときに発光部２３を確実に発光させることができる。
【００３５】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、赤外線センサなどの新たな部材を追加することなく、表面板に対する操作体の近接度合いの検出と、操作体が表面板を押圧したか否かの検出との両方を精度良く行うことができる。
【００３６】
また、操作体と表面板１２の近接度合いが第１閾値以下となったとき、すなわち、操作体が表示板に充分近づいたときに、近接度合いを検出する第１の検出状態から、押圧操作を検出する第２の検出状態に切り替えるため、近接検出と押圧検出のそれぞれについて検出漏れを少なくしつつスムーズに検出状態を切り替えることができる。
【００３７】
さらにまた、第１の検出状態において操作体と表面板１２との近接度合いが第２閾値以下となったときに発光部２３を発光させるため、操作者に対して、センサ部１０又は操作領域１７の位置などを明確に示すことができ、操作者の便宜に資することができる。例えば、家電製品等の制御スイッチとして本実施形態の静電容量式入力装置を利用する場合、操作者が表面板１２に指を近づけていくと、操作体と表面板１２との近接度合いが第２閾値以下となったときに発光部２３が発光するため、制御スイッチで押圧すべき範囲として操作領域１７等が照光される。この状態から操作者がさらに指を表面板１２に近づけると第１の検出状態から第２の検出状態へ切り替わり、操作者が表面板１２を押圧すると、これを制御部２１が検出して、予め定めた信号が家電製品側へ出力される。さらに、このような静電容量式入力装置を複数並べて配置して用いることができ、この場合、それぞれの静電容量式入力装置が有する発光部２３の発光形態、例えば、色、画像等を互いに異なるものとすると、操作者は、制御スイッチとしての複数の静電容量式入力装置を容易に判別することが可能となる。
【００３８】
以下に変形例について説明する。
（１）上述の実施形態では、相互容量を用いて操作体の近接度合いを検出していたが、図３に示す静電容量式入力装置５０のように、基材１１、表面板１２、及び、スペーサ１３で囲まれた空間１６内において、基材１１上に検出電極５５のみを設ける構成として自己容量を検出するようにしてもよい。ここで、図３は、変形例に係る静電容量式入力装置のセンサ部の基本構成を示す断面図である。検出電極５５は、上記実施形態の駆動電極１４及び検出電極１５と同様に、上下方向において表面板１２との間に所定の間隔Ｌ１を有するように形成されている。この静電容量式入力装置５０では、第１の検出状態において、検出電極５５における電流変化に基づいて、検出電極５５における浮遊容量（自己容量）が検出され、これを用いて、操作体が表面板１２に近接したことが検出される。
【００３９】
（２）上述の実施形態では、第１の検出状態において操作体と表面板１２との近接度合いが第１閾値以下となったときに、第２の検出状態に切り替えていたが、これに代えて、操作体と表面板１２との近接度合いにかかわらず、すなわち検出電極１５からの出力信号にかかわらずに、予め定めた時間ごとに２つの検出状態を切り替えるようにしてもよい。この場合も、２つの検出状態の切り替えは制御部２１が制御し、各検出状態は、例えば１０ｍｓごとに切り替える。また、切り替えまでの時間は、第１の検出状態と第２の検出状態とで互いに異なっても良い。これにより、表面板１２に対する操作体の接近検出と、表面板１２に対する操作体の押圧の有無の検出との両方を確実に実行することができる。
【００４０】
（３）上述の実施形態及び上記変形例では、制御部２１の制御によって、第１の検出状態と第２の検出状態を互いに切り替えていたが、これに代えて、操作体としての操作者の指や手が表面板１２に接触するか否かによって、第１の検出状態と第２の検出状態を互いに切り替えてもよい。この場合においても、第１の検出状態では操作体と表面板１２との近接度合いが検出され、近接度合いが第２閾値以下となったときには、制御部２１によって、発光部２３が発光するように制御される。また、表面板１２に、導電体としての指等が接触すると、表面板１２は接地された状態となって、この状態で操作体が表面板１２を押し下げると、表面板１２と検出電極１５との近接度合いに応じた静電容量が検出される。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明に係る静電容量式入力装置は、表面板に対する操作体の近接度合いの検出と、操作体が表面板を押圧したか否かの検出との両方を簡素な構成で実行できる点で有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    センサ部
１１    基材
１２    表面板
１３    スペーサ
１４    駆動電極
１５    検出電極
１７    操作領域
１８    非操作領域
２１    制御部
２２    スイッチ
２３    発光部
２４    駆動回路
２５    検出回路
５０    センサ部
５５    検出電極
【図１】
0006525320.tif 000002
【図２】
0006525320.tif 000003
【図３】
0006525320.tif 000004