(57)【要約】【課題】静電容量式位置検出装置の小型化を実現する。【解決手段】検知電極２は、紙面左側Ｌの検知電極２Ｌと紙面右方向Ｒの検知電極２Ｒとを備えて構成されている。検知電極２Ｌは、右方向Ｒが櫛歯状に形成されており、櫛歯は右方向Ｒにいくに従って次第に細くなる。一方の検知電極２Ｒは、左側Ｌが櫛歯状に形成されており、櫛歯は左側Ｌにいくに従って次第に細くなる。検知電極２Ｌ及び検知電極２Ｒは、互いの櫛歯の隙間を介するよう歯合するように配されており、互いの電圧が独立するようにわずかな隙間が介されている。検知電極２Ｌ、２Ｒは、それぞれ静電容量検知回路に接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物体の近接を検知する２以上の検知電極と、
前記検知電極の静電容量の変化を電圧などの検出値に変換する静電容量検知回路と、
前記検出値に従って被検知物体の所定方向における位置を出力する制御回路とを備えた静電容量式位置検出装置であって、
前記２以上の検知電極は、単位面積当たりに占める面積比が前記所定の方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする静電容量式位置検出装置。
【請求項２】
前記検知電極は、第１の検知電極と第２の検知電極を有し、前記第１の検知電極の単位面積当たりに占める面積比は第１の方向の一方の側に近づくほど減少し、前記第２の検知電極の単位面積当たりに占める面積比は前記第１の方向の前記一方の側に近づくほど増加することを特徴とする請求項１記載の静電容量式位置検出装置。
【請求項３】
前記検知回路は、前記第１及び第２の検知電極を、前記第１の方向と直交する第２の方向に複数組配置してなることを特徴とする請求項２記載の静電容量式位置検出装置。
【請求項４】
前記検知電極は、単位面積当たりに占める面積比が第１の方向の一方の側に近づくほど減少する第１の検知電極及び前記第１の方向の一方の側に近づくほど増加する第２の検知電極と、単位面積当たりに占める面積比が前記第１の方向と直交する第２の方向の一方の側に近づくほど減少する第３の検知電極及び前記第２の方向の一方の側に近づくほど増加する第４の検知電極とを有することを特徴とする請求項１記載の静電容量式位置検出装置。
【請求項５】
前記検知電極は、複数の領域に分割された電極により構成されていることを特徴とする請求項１〜４記載の静電容量式位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指などの近接又は接触した位置を検出する静電容量式位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、指などの被検知物体の近接を検知電極によって検出し、この検知電極の静電容量変化から被検知物体の近接を検知することができる非接触又は接触型の静電容量式位置検出装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
このような静電容量式位置検出装置では、被検知物体を検出する方法として、直接検知電極のインピーダンスを測定し静電容量を検出することで検知する方法や、検知電極で検出した静電容量を電圧に変換して入力する発信回路を構成し、その発信周波数を測定する方法、ＲＣ充放電回路を構成してその放電時間を計測する方法、既知電圧で充電された静電容量を既知容量のコンデンサに移動させて、該既知容量のコンデンサが所定電圧まで充電される時間を測定する方法、または、該既知容量のコンデンサに充放電を繰り返しその回数をカウントする方法などが知られている。
【特許文献１】特開平８−６４３６４、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような静電容量式位置検出装置では、検出したい位置の数と同数の検知電極を配し、各検知電極にそれぞれ接続された検知回路を設置しなければならないため多数の検出位置を設定するには小型化が困難である。
【０００５】
また、これを解決するために複数の検知電極を切り替え装置を介して検知回路に接続し、切り替え装置を時間的にずらして切り替えて測定することができる。この切り替え装置は、機械的なスイッチ（例えばリレー）でも良いし、電気的なスイッチ（トランジスタ）でもよい。しかしながら、このような静電容量式位置検出装置は、切り替え装置を配さなければならないため高価であり、また、配線が複雑になるという問題点を有する。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で被検知物体の位置を検出することができる静電容量式位置検出装置の小型化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電容量式位置検出装置は、被検知物体の近接を検知する２以上の検知電極と、前記検知電極の静電容量の変化を電圧などの検出値に変換する静電容量検知回路と、前記検出値に従って被検知物体の所定方向における位置を出力する制御回路とを備えた静電容量式位置検出装置であって、前記２以上の検知電極は、単位面積当たりに占める面積比が前記所定の方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の静電容量式位置検出装置によれば、２以上の検知電極の単位面積当たりに占める面積比をある方向の一方の側に沿って変化させ、制御回路が２以上の検知電極から検知される静電容量を比較することで、被検知物体の位置を検出することができる。これにより簡易な構成で静電容量式位置検出装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量式位置検出装置の構成を示す平面図である。
【００１１】
この静電容量式位置検出装置１００は、被覆材としての意匠板１と、この意匠板１の裏側に配された検知電極２と、これら検知電極２が接続された制御装置３とを備えて構成されている。
【００１２】
意匠板１は、例えば、樹脂やガラス等の材料により形成され、その上面１ａに文字や図形など４が形成されていてもよい。検知電極２は、配線基板５上に配置され、すべて制御装置３に接続されている。制御装置３は、検知電極２が接続されると共に、図示しない外部電気回路に接続されている。なお、配線基板５は、フレキシブルプリント基板、リジットプリント基板や、ＰＥＴ上或いはＰＥＮ上の銀回路（又は銅回路）によって構成することができる。
【００１３】
図２は、同静電容量式位置検出装置１００の検知電極２を示す平面図である。
【００１４】
検知電極２は、紙面左側Ｌの検知電極２Ｌと紙面右方向Ｒの検知電極２Ｒとを備えて構成されている。検知電極２Ｌは、右方向Ｒが櫛歯状に形成されており、この櫛歯は右方向Ｒに近づくにつれて次第に細くなる。一方の検知電極２Ｒは、左側Ｌが櫛歯状に形成されており、櫛歯は左側Ｌに近づくにつれて次第に細くなる。検知電極２Ｌ及び検知電極２Ｒは、所定の隙間を介して互いの櫛歯部が歯合するように配されている。このように、検知電極２Ｌの単位面積当たりの面積比は右方向Ｒに近づくにつれて小さくなる一方、検知電極２Ｒの単位面積当たりの面積比は左側Ｌに近づくにつれて小さくなるように構成されている。
【００１５】
図３は、同静電容量式位置検出装置１００の電気的構成を示すブロック図である。
【００１６】
検知電極２Ｌ、２Ｒは、それぞれ静電容量検知回路６Ｌ、６Ｒに接続されている。静電容量検知回路６Ｌ、６Ｒは、検知電極２Ｌ、２Ｒと接地との間の静電容量ＣｘＬ、ＣｘＲに応じた検出値ＶＬ、ＶＲを出力する。静電容量検知回路６Ｌ、６Ｒは、いずれも制御回路７に接続されている。制御回路７は、図示しない外部電気回路に接続され、静電容量検知回路６Ｌ、６Ｒから入力される検出値ＶＬ、ＶＲに応じて被検知物体の検出位置を出力するよう構成されている。ここで、静電容量検知回路６Ｌ、６Ｒは、例えば発振回路を内蔵し、静電容量ＣｘＬ、ＣｘＲに応じて発振周波数又はデューティ比が変化する信号を生成するように構成することができる。
【００１７】
次に、このように構成された静電容量式位置検出装置１００の動作について説明する。
【００１８】
操作者が指を意匠板１に近接させると、検知電極２Ｌ、２Ｒの静電容量ＣｘＬ、ＣｘＲが増加する。検知回路６Ｒ、６Ｌは、この静電容量ＣｘＬ、ＣｘＲを電圧などの検出値ＶＬ、ＶＲに変換して制御回路７に出力する。制御回路７は、入力した検出値ＶＬ、ＶＲに応じて被検知物体の検出位置を出力する。以下に、制御回路７が被検知物体の検出位置を出力する動作を説明する。
【００１９】
図４は、指の位置と指が覆う検知電極２の面積の関係を示す図である。
【００２０】
ここで、Ｓ２Ｌ：指が覆う検知電極２Ｌの面積、Ｓ２Ｒ：指が覆う検知電極２Ｌの面積をＳ２Ｒ、Ｌ：検知電極２Ｌの左端から検知電極２Ｒの右端までの長さ、ｘ：検知電極２Ｌの左端からの指までの距離とする。指が覆う検知電極２Ｌの面積Ｓ２Ｌは、距離ｘが大きくなるに従い小さくなる一方、指が覆う検知電極２Ｒの面積Ｓ２Ｒは、距離ｘが大きくなるに従い大きくなる。この関係より、指が覆う検知電極２の全体の面積Ｓに対する指が覆う検知電極２Ｌの面積Ｓ２Ｌ、及び指が覆う検知電極２の全体の面積Ｓに対する指が覆う検知電極２Ｒの面積Ｓ２Ｒは、以下のように表すことができる。
式（１）Ｓ２Ｌ／Ｓ＝ｘ／Ｌ
式（２）Ｓ２Ｒ／Ｓ＝１−ｘ／Ｌ
次に、指と検知電極２とを平行平板として模擬すると、検知電極２Ｒの静電容量ＣｘＲに対する検知電極２Ｌの静電容量ＣｘＬは以下のようになる。ここで、ε：誘電率、ｄ：指と検知電極２との距離とする。
式（３）ＣｘＬ／ＣｘＲ＝（εＳ２Ｌ／ｄ）／（εＳ２Ｒ／ｄ）
以上の式（１）〜式（３）より次式が得られる。
式（４）ＣｘＬ／ＣｘＲ＝ｘ／（Ｌ−ｘ）
式（４）より、静電容量ＣｘＬ、ＣｘＲの比から指の位置ｘを検出することができる。制御回路７は、静電容量ＣｘＬ、ＣｘＲを変換した検出値ＶＬ、ＶＲの比を判定することで、被検知物体がどこに位置しているのかを検知しそれに応じた検出位置を出力する。
【００２１】
このように、２つの検知電極２Ｌ、２Ｒを位置によって電極面積Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒの単位面積当たりの面積比を変化するように構成することで、簡易な構成で被検知物体の位置を的確に検出することができる。また、従来のように検出する位置毎に検知電極を配置しなくてよいため、静電容量式位置検出装置の小型化を実現することができる。
【００２２】
本実施形態では、検知電極２Ｌ、２Ｒの一部を櫛歯形状としたが、これは形状を限定するものではなく被検知物体の位置によって２以上の検知電極の面積比が変化するように構成されていればよい。以下に、他の検知電極の構成を示す。
【００２３】
図５は、他の検知電極の構成を示す平面図である。
【００２４】
第１の実施形態では、検知電極２は櫛歯形状を有していたが、この検知電極８Ｌ、８Ｒは、櫛歯がそれぞれ独立した検知電極によって構成されている。検知電極８Ｌは、Ｘ方向に近づくに従い電極面積が小さくなる一方、検知電極８Ｒは、Ｘ方向に近づくに従い極面積が大きくなる。複数の検知電極８Ｌ、８Ｒは、Ｙ方向に交互に並べて配されている。左側Ｌの検知電極８Ｌは、それぞれ別の静電容量回路に接続されるように構成してもよい。または、２以上の検知電極８Ｌが切り替え器を介して同一の静電容量検知回路に接続され、この切り替え器を切り替えることで静電容量検知回路をスキャンするように構成してもよい。同様に、右方向Ｒの検知電極８Ｒは、各静電容量検知回路に接続されていてもよく、また、２以上の検知電極８Ｒが切り替え器を介して同一の静電容量検知回路に接続されていてもよい。
【００２５】
このように検知電極８Ｌ、８ＲをＹ方向にも複数配することでＹ方向における指の位置を検出することができる。これにより、指の位置をＸ方向及びＹ方向の二次元的に検出することができる。
【００２６】
図６は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【００２７】
この検知電極９は、左右方向の指の位置を検出する検知電極９Ｌ，９Ｒと、上下方向の指の位置を検出する検知電極９Ａ、９Ｂとを備えて構成されている。第１の実施形態と同様に、検知電極９Ｌは右方向Ｒに近づくに従い電極面積Ｓ９Ｌが小さくなる一方、検知電極９Ｒは、左方向Ｌに近づくに従い電極面積Ｓ９Ｒが小さくなる。また、左右方向の指の位置を検出する検知電極９Ｌ，９Ｒの電極領域内には、検知電極９Ｌ，９Ｒから電気的に独立し、微小な検知領域に分割された検知電極９Ａ、９Ｂが形成されている。検知電極９Ａは、Ａ方向に近づく従って電極の分布数が増える一方、検知電極９Ｂは、Ｂ方向に近づくに従って電極の分布数が増える。これにより単位面積当たりに占める検知電極９Ａの電極面積Ｓ９Ａと検知電極９Ｂの電極面積Ｓ９Ｂは相対的に増減する。これら検知電極９Ｌ、９Ｒ、９Ａ、９Ｂは、電極パターンとして同一面に形成され各電極間は絶縁加工が施されている。ここで、左右方向を検出する検知電極９Ｌ、９Ｒは、上下方向を検出する検知電極９Ａ、９Ｂと同様に、複数の電極領域に分割して構成してもよい。
【００２８】
図７は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【００２９】
この検知電極１０は、２つの検知電極１０Ｌ、１０Ｒが円弧を描くように配されており、検知電極１０Ｌは円弧の左側Ｌから右方向Ｒにかけて電極面積が小さくなる一方、検知電極１０Ｒは円弧の右方向Ｒから左側にかけて電極面積が小さくなるように構成されている。
【００３０】
図８は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【００３１】
第１の実施形態では検知電極２は、一部が左右方向ＲＬに伸びる櫛歯形状をしていたが、この検知電極１１Ｌ、１１Ｒでは、櫛歯部が紙面上下方向ＡＢに形成されている。検知電極１１Ｌは、右方向Ｒにいくに従い櫛歯の電極面積が小さくなる一方、検知電極１１Ｒは、右側Ｌにいくに従い櫛歯の電極面積が小さくなるように構成されている。
【００３２】
図９は、更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【００３３】
この検知電極は、第１の実施形態における検知電極２Ｌ、２Ｒを、微小な検知電極１２Ｌ、１２Ｒによって構成したものである。検知電極１２Ｌは、右方向Ｒにいくに従い電極面積が小さくなる一方、検知電極１２Ｒは、左側Ｌにいくに従い電極面積が小さくなるように配されている。
【００３４】
以上の実施形態は検知電極の形状を限定するものではなく、検知したい被検知物体の位置に従って電極面積が変化すれば、任意の形状として構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る静電容量式位置検出装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】同静電容量式位置検出装置の検知電極を示す平面図である。
【図３】同静電容量式位置検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】同静電容量式位置検出装置における指の位置と電極面積比との関係を示す図である。
【図５】他の検知電極の構成を示す平面図である。
【図６】更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【図７】更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【図８】更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【図９】更に他の検知電極の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…意匠板、２、８〜…検知電極、３…制御装置、４…インジケータ、５…配線基板、６…静電容量検知回路、７…制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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