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JP2004335273A - Touch sensor - Google Patents

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JP2004335273A
JP2004335273A JP2003129714A JP2003129714A JP2004335273A JP 2004335273 A JP2004335273 A JP 2004335273A JP 2003129714 A JP2003129714 A JP 2003129714A JP 2003129714 A JP2003129714 A JP 2003129714A JP 2004335273 A JP2004335273 A JP 2004335273A
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counter electrode
operation surface
touch sensor
capacitance
electrode
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JP2003129714A
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Kunio Sato
邦生 佐藤
Yoshihisa Endo
芳久 遠藤
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a touch sensor capable of detecting whether a finger is moving on an operation panel or not and detecting a direction of movement, moving speed, and a position of the finger or the like with a simple construction. <P>SOLUTION: Since a distance d between the finger H and an opposing electrode 23 differs according to the position of the finger H on the operation panel 24, a static capacity C between the finger and the electrode can be changed in compliance with the position of the finger H. Accordingly, the position of the finger on the operation panel 24 can be detected by detecting a voltage corresponding to the static capacity C by a C/V conversion means. Further, as the voltage decreases according to the movement of the finger in an X2 direction, and increases according to the movement in an X1 direction, existence of the movement, and the moving speed as well can be detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば人の指との間の静電容量を検出可能なタッチセンサに係わり、特に簡単な構成で指の移動の有無やその移動方向などを検出できるようにしたタッチセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
本願発明と同種の技術分野の先行技術文献としては、例えば特許文献1に示すものが存在する。
【0003】
前記技術文献1に記載された静電容量式センサでは、特に実施形態1の場合には指を電極に近づける度合いによって電極の周辺に発生する浮遊容量Cの変化を検出部およびC/V変換器によって電圧へ変換するというものである。
【0004】
また実施形態2などに示されるものでは、電極に平行に弾性変形可能な板状部材が設けられており、指による板状部材の押し込み度合いにより電極の周辺に発生する浮遊容量Cの変化を検出部およびC/V変換器によって電圧へ変換するというものである。
【0005】
さらに実施形態3および5に示されるものでは、基板上に複数の電極が配置されており、前記電極の周辺に発生する浮遊容量相互間の差を電圧に変換するというものである。
【0006】
【特許文献1】
特開平2000−18905号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の静電容量式センサでは、以下に示すような問題がある。
(1)実施形態1の静電容量式センサでは、電極に指が近づいたことを検出することができるが、指が移動しているのか又は電極上の一点に留まっているのかの検出(移動の有無の検出)をすることができない。
(2)実施形態2では板状部材が指の押し力で弾性変形し、指と電極との間の距離が変わるため、浮遊容量の変化を検出することが可能である。ただし、この浮遊容量の変化は押し込み量、すなわち指の押し力の大きさを意味するものであり、指の移動の有無や移動方向を検出できるというものではない。
(3)実施形態3および5に示されるものでは、電極間の浮遊容量の差を検出することにより、操作軸が傾倒させられる方向、すなわち外力が与えられた方向を検出できるに留まり、指の移動の有無や移動方向を検出すること不可能である。
【0008】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、簡単な構成で指の移動の有無又はその移動方向などを検出できるようにしたタッチセンサを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固定部側に設けられた対向電極と、前記対向電極に対向配置された絶縁性の操作面と、前記操作面に沿って移動する可動電極と前記対向電極との間に発生する静電容量Cを、その大きさに応じた電圧Vとして検出するC/V変換手段と、を備えたタッチセンサにおいて、
前記可動電極が操作面上を移動するときに、前記可動電極と対向電極との間の対向距離、対向面積または誘電率の少なくとも1つ以上の要素が変更させられることを特徴とするものである。
【0010】
本発明では、可動電極が操作面上を移動したときに、対向距離、対向面積または誘電率の少なくとも1つ以上の要素を変更させるようにして静電容量に変化を生じさせるというものであるが、具体的には以下のような簡単な構成で実現している。
【0011】
例えば、前記対向電極または操作面の一方が平面であり、他方が前記平面に対して湾曲させられているものである。
【0012】
または、前記対向電極および操作面はともに平面で形成されており、前記対向電極は前記操作面に対して傾斜する状態に設けられているものである。
【0013】
さらには、前記対向電極は、前記操作面に対して平行に設けられており、且つ対向電極には所定の幅寸法からなるスリットが並設されているものである。
【0014】
この場合、前記対向電極に形成された隣り合うスリットとスリットとの間の導電部の幅寸法が、一方の端部から他方の端部に向かうしたがって徐々に狭まるように形成されるものとして構成できる。
【0015】
また前記対向電極は、前記操作面に対して平行に設けられており、且つ前記操作面と対向電極との間に一方の端部から他方の端部までの距離に応じて誘電率が直線的またはステップ的に変化する誘電体が設けられているものである。
【0016】
または、前記操作面と対向電極との間には、所定の幅寸法からなるとともに誘電率の異なる誘電体が並設されており、且つ前記誘電体は一方の端部から他方の端部に向かうにしたがって誘電率が低くなるように配置されているものである。
【0017】
また静電容量は、前記C/V検出手段は、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、前記操作面上を可動電極が移動するときに前記対向電極で検知される容量に応じて前記クロック信号に立ち上がりの遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段を経由しない前記クロック信号を基準として、遅延が与えられた遅延量に応じた信号を生成する平滑手段と、前記変化量に応じた信号をA/D変換するA/D変換手段と、を有するもの検出することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下の各実施の形態に示すタッチセンサは、例えばコンピュータ、PDA、ゲーム機などのコントローラ、AV機器、ロボット玩具などあらゆる電子機器に搭載可能である。
【0019】
図1は本発明のタッチセンサの第1の実施の形態を示す断面図、図2はタッチセンサの静電容量を電圧に変換するC/V変換手段を示す回路構成図、図3は図2のC/V変換手段の各部における信号を示しており、AはAND回路の一方の入力部に入力されるクロック信号、BはAND回路の他方の入力部に入力される信号遅延手段からの出力信号、CはAND回路の出力信号、Dは平滑手段の出力信号を示している。また実線は静電容量Cが大きい場合、点線は静電容量Cが小さい場合を示している。
【0020】
図1に示すタッチセンサ1は、固定部側に図示X方向を長辺とする平面長方形状の枠体2を有しており、この枠体2の内部底面2aにX方向に延びる平面状の対向電極3が敷設されている。前記枠体2のX方向の一方の縁部2bと他方の縁部2cとの間には、絶縁性のシートなどからなる操作面4が設けられている。
【0021】
前記操作面4は湾曲に形成されており、この第1の実施の形態では図示Z2方向に中心を有する円筒(半径r)の一部から構成されている。よって、前記操作面4と対向電極3との距離は、前記一方の縁部2bと他方の縁部2cにおいて最も短い対向距離d1に設定され、前記一方の縁部2bおよび他方の縁部2cから両者の中間地点に向かうほど対向距離は延び、前記中間地点で最も長い対向距離d2に設定されている。
【0022】
なお、前記対向電極3と操作部との間は、空気層であってもよいし、所定の誘電率からなる誘電体が設けられていてもよい。
【0023】
図1に示すように、タッチセンサ1の前記対向電極3に電圧を印加させた状態で、前記操作面4に指などの人体(可動電極)Hを接触させると、前記人体Hと対向電極3との間に静電容量Cが形成される。このとき、前記対向電極3と人体Hとの間の対向距離をd、対向面積をS、誘電率をεとすると、対向電極3と人体Hとの間の静電容量Cは、C=ε・S/dとなる。
【0024】
そして、人体Hを前記操作面4の表面に沿って図示X方向に移動させたときの前記静電容量Cは、前記対向面積Sと誘電率εを一定とみなせば、前記対向電極3と人体Hとの間の対向距離dに依存するようになる。すなわち、枠体2のX方向の両端においてC1=ε・S/d1、中間地点でC2=ε・S/d2で表わされ、d2>d1であるから静電容量CはC1>C2に関係になる。すなわち、このタッチセンサ1では、人体Hが枠体2の両端から中間地点に向かうほど静電容量Cが小さくなるように設定されている。したがって、前記人体Hは、前記対向電極3との間で静電容量Cを形成する可動電極として機能している。
【0025】
なお、操作面4を平面で形成し、対向電極3を湾曲に形成したものであってもよい。
【0026】
図2に示すように、前記静電容量CはC/V変換手段10の一部を構成している。前記C/V変換手段10は、クロック信号生成手段11と、信号遅延手段12、遅延量検出手段13、A/D変換手段14および制御部15が設けられている。この実施の形態では、
前記クロック信号生成手段11は、所定の周波数からなる規則的なパルス信号を連続的に出力するものである。前記信号遅延手段12は、前記静電容量Cと前記クロック信号生成手段11との間に接続された抵抗R(一定)とで構成されている。また遅延量検出手段13は、AND回路13Aとその後段に設けられた抵抗RaとコンデンサCaからなる平滑手段13Bとで構成されている。前記AND回路13Aの入力部13a,13bには、前記信号遅延手段12を経由した信号と前記クロック信号生成手段11の出力であるクロック信号CK(信号遅延手段12を経由しないクロック信号)とが入力されており、このAND回路13Aの出力が前記平滑手段13Bに入力されている。
【0027】
前記遅延量検出手段13の平滑手段13Bの後段には、例えば8ビットのA/D変換手段14が接続されている。前記各A/D変換手段14は、所定のサンプリング周期で前記平滑手段13Bの出力電圧(アナログ量)をディジタル出力D0〜D7に変換して出力し、これを制御部15に送る。前記制御部15は、CPUを主体として構成されており、各A/D変換手段14から出力されるディジタル出力D0〜D7のデータを監視している。
【0028】
前記クロック信号生成手段11から図3Aに示すような振幅電圧Vccの所定の周波数からなるクロック信号CKが、前記AND回路13Aおよび信号遅延手段12に出力されている状態において、操作面4に接触させた人体HをX方向に移動させると、上記のように対向距離dが変化するため静電容量Cが変化させられる。
【0029】
すなわち、人体HがX方向の両端部に位置する場合には、信号遅延手段12の抵抗Rとこの間の静電容量C1(C1=ε・S/d1)の積で規定される時定数C1・Rが大きくなるため、前記信号遅延手段12の出力は図3Bに実線で示すような三角波状の信号Saとなる。よって、前記AND回路13Aの出力(論理積)は、図3Cに実線に示すようなパルス幅taのパルス波形となる。なお、ここではAND回路13AにおけるHレベルとLレベルのしきい値SLをVcc/2としている。
【0030】
一方、前記人体Hを操作面4上の中間地点に移動させると、信号遅延手段12の抵抗Rとこの間の静電容量C2(C2=ε・S/d2)の積で規定される時定数C2・Rが小さくなるため、前記信号遅延手段12の出力は図3Bに一点鎖線で示すような波形Sbとなる。よって、前記AND回路13Aの出力(論理積)は、図3Cに一点鎖線に示すように、パルス幅tbのパルス波形となる。
【0031】
ここで、前記静電容量Cが小さい場合のパルス幅taと静電容量Cが大きい場合のパルス幅tbとは、ta<tbの関係にある。よって、平滑手段13Bの出力電圧は、人体Hを操作面4上の中間地点に移動させた場合(静電容量Cが小さい場合)の出力電圧Vbの方が、両端部に移動させた場合(静電容量Cが大きい場合)の出力電圧Vaよりも大きな値(Va<Vb)として出力される。
【0032】
前記平滑手段13Bの出力電圧VaやVbは、前記A/D変換手段14によってディジタル出力D0〜D7に変換されて前記制御部15に送られる。
【0033】
前記平滑手段13Bの出力は人体Hの移動に合わせて時間的に変化するため、これに応じてA/D変換手段14のディジタル出力D0〜D7も変化させられる。
【0034】
よって、制御部15は、前記A/D変換手段14のディジタル出力D0〜D7を定期的に監視することにより、すなわち静電容量Cの大きさが時間的に変化するか否かにより、操作面4上を人体Hが移動しているか否かを検知することが可能である。
【0035】
また人体Hを枠体2の両端部から中間地点方向へ移動させた場合には静電容量Cの大きさが徐々に減少し、中央地点から枠体2の両端部方向へ移動させた場合には静電容量Cの大きさが徐々に増加していくようになる。よって、前記制御部15は前記静電容量Cの大きさが減少する方向に変化しているか、または増加する方向に変化しているかによって、人体Hが枠体2の端部から中央地点の方向へ移動しているのか、または中央地点から両端部の方向に移動しているのかを検出することも可能である。
【0036】
ただし、上記第1の実施の形態では、人体HがX1方向へ移動しているのか、あるいはX2方向へ移動しているかは不明である。そこで、人体Hの移動方向や位置を検出可能なタッチセンサについて説明する。
【0037】
図4は本発明のタッチセンサの第2の実施の形態を示す断面図である。なお、静電容量を電圧に変換するC/V変換手段は、図2に示す構成と同じである。
【0038】
図4に示す第2の実施の形態のタッチセンサ21では、枠体22の内部底面が水平なX軸に対して傾斜する傾斜面22aで形成されており、この傾斜面22aに対向電極23が傾斜して敷設されている。枠体22の縁部22b,22cには絶縁性のシートなどからなる操作面24がX軸に対して平行に設けられている。
【0039】
前記操作面24と対向電極23との対向距離dは、図示X1の端部が最も短い対向距離d1に設定され、図示X2方向に向かうほど比例して徐々に対向距離dが延び、図示X2側の端部で最も長い対向距離d2に設定されている。よって、操作面4上に人体Hを接触させた状態で移動させると、静電容量CはX1側の端部で最も大きく、X2方向に向かうほど徐々に減少し、X2側の端部で最も小さな値を示すようになる。
【0040】
よって、上記C/V変換手段10を用いて静電容量Cの変化を定期的に検出することにより、人体Hの移動の有無およびその移動方向、位置および移動速度などを検出することができる。
【0041】
すなわち、A/D変換手段のディジタル出力D0〜D7が電圧の減少を示すものである場合には、人体Hは対向距離dが延びる方向である図示X2方向に移動していることを検知でき、前記ディジタル出力D0〜D7が電圧の増加を示す場合には人体Hは対向距離dが狭まる方向である図示X1方向に移動していることを検知することができる。
【0042】
また静電容量Cの大きさは、誘電率εと対向面積Sが一定であるとすると、対向距離dに反比例して変化する。よって、前記静電容量Cの大きさからX方向の位置を検出することができる。さらに前記位置から移動距離を求めることが可能となり、前記移動距離を時間微分することにより、移動速度をも検出することができる。
【0043】
図5ないし図7は本発明のタッチセンサの第3および第4の実施の形態を示している。図5はタッチセンサの断面図を示し、第3および第4の実施の形態に共通するものである。そして、図6は第3の実施の形態を示す対向電極の平面図、図7Aは第4の実施の形態を示す対向電極の平面図、図7Bおよび図7Cは第4の実施の形態の変形例を示す対向電極の平面図、図8は第5の実施の形態を示す対向電極の平面図である。なお、静電容量を電圧に変換するC/V変換手段は、上記図2に示す構成と同じである。
【0044】
図5に示すように、第3および第4の実施の形態に示すタッチセンサ31は、枠体32の縁部32b,32cに絶縁性のシートからなる操作面34がX軸に対して平行に設けられている点において上記第2の実施の形態と同じである。ただし、枠体32の内部底面32aは前記操作面34に平行な平面で形成されており、この底面32aに図6、図7AないしCに示すいずれかの対向電極が設けられている点で異なっている。
【0045】
第3の実施の形態では、前記枠体32の底面32aに図6に示す対向電極33が設けられている。前記対向電極33は導電板上に長方形状に幅寸法Wsで切り欠かれたスリット33aがX方向に等しいピッチPaで複数形成されている。
【0046】
図6に示すように前記操作面34に人体Hの一部である指などを接触させると、スリット33aを除いた対向電極33の導電部33bと人体Hとが対向する斜線部分が対向面積Sとなり、対向電極33と人体Hとの間の誘電率をεとすると、両者の間にはC=ε・S/dからなる静電容量Cが形成される。
【0047】
そして、前記人体HをX方向に移動させると、静電容量Cに変化を生じさせることができる。すなわち、人体Hを対向電極33に対向させると、人体Hと対向する領域の状態が、スリット33aの方が多く含まれる状態と、スリット33aとスリット33aとの間の対向電極33の方が多く含まれる状態とが形成されるが、前記人体HをX方向に移動させると、前記スリット33aの方が多く含まれる状態と対向電極33の方が多く含まれる状態とが交互に繰り返されるようになる。よって、人体HのX方向への移動により、前記対向面積Sが変動するため、C=ε・S/dで規定される静電容量Cを周期的に変動させることができる。よって、制御部15は、C/V変換手段10が前記静電容量Cの周期的な変動を検出すれば、人体HがX方向に移動しているということを検知することができる。また静電容量Cの変動の周期は人体Hの移動距離に応じて発生するため、1周期に要する時間を求めることにより、人体Hの移動速度を検出することが可能である。
【0048】
ただし、第3の実施の形態においては、移動方向を検出することは困難である。そこで移動方向を検出できるようにした構成を第4ないし第6の実施の形態において説明する。
【0049】
図7Aに示す第4の実施の形態では、対向電極43に形成されたスリット43aの幅寸法Wsは全て同寸法であるが、隣り合うスリット43aとスリット43aとの間の導電部43bの幅寸法Wbは、図示X1側が最も幅の広いWb1であり、X2方向ほど徐々に狭くなって図示X1側が最も幅の狭いWb6で形成されている(Wb1>Wb2>・・・・>Wb6)。なお、その他の構成は上記第3の実施の形態同様である。
【0050】
第4の実施の形態においても、人体HをX方向に移動させると、対向面積Sを変化させることができるため、静電容量Cを人体Hの移動に応じて変化させることが可能となる。すなわち、図示X1側からX2方向に移動させると、対向面積Sが徐々の小さくなるため、C=ε・S/dで規定される静電容量Cの大きさも徐々に小さくなる。よって、C/V変換手段10から検出される電圧も徐々に小さくなる方向に変化させることができる。また図示X2側からX1方向に移動させると、対向面積Sが徐々の大きくなるため、静電容量Cの大きさも徐々に大きくなる。よって、C/V変換手段10から検出される電圧を徐々に大きくなる方向に変化させることができる。
【0051】
よって、制御部15は、C/V変換手段10から検出される電圧が徐々に小さくなる方に変化するときには、人体HがX1側からX2側へ移動していることを検知することができ、また電圧が徐々に大きくなる方に変化するときには、前記とは逆方向に移動していることを検知することができる。
【0052】
図7Bおよび図7Cは、前記図7Aに示す第4に実施の形態の変形例を示している。図7Bに示す対向電極53は、スリット53aとスリット53aを繋ぐ電極の一部を交互にカット(切断)することによって形成したものであり、図7Cに示す対向電極63は、スリット63aとスリット63aを繋ぐ電極のY方向の一方の縁部(図7CではY2方向の縁部)をカット(切断)することによって形成したものであり、その他の構成は前記図7Aの対向電極43と同じである。
【0053】
第4の実施の形態では、前記のようになスリット53aまたは63aを形成することによっても、図7Aと同様に人体Hの移動方向を検出することが可能である。
【0054】
図8に示す第5の実施の形態は、前記第4の実施の形態における変形例として示した図7Cの対向電極63をさらに円形に変形したものである。この実施の形態では、対向電極93の各スリット93aは全てが同じ角度θで形成されている。ただし、隣り合うスロット93aとスリット93aとの間の導電部93bの角度φは、導電部93b1から図示反時計回り方向に導電部93b6に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成されている。すなわち、導電部93b1,93b2,・・・,93b6の角度を、それぞれφ1,φ2,・・・,φ6とするとすると、φ1<φ2<・・・<φ6の関係にある。
【0055】
第5の実施の形態においては、人体Hを前記対向電極93の導電部93b1,93b2,・・・,93b6に対向させた状態で、時計回り方向または反時計回り方向に移動させると、人体Hと対向電極93との対向面積Sを変化させることができるため、静電容量Cを人体Hの移動に応じて変化させることが可能となる。すなわち、人体Hを導電部93b1から導電部93b6に向かって図示反時計回り方向に移動させると、対向面積Sが徐々の大きくなるため、C=ε・S/dで規定される静電容量Cを大きさも徐々に大きくすることができる。よって、C/V変換手段10から検出される電圧も徐々に大きくなる方向に変化させることができる。また人体Hを導電部93b6から導電部93b1に向かって図示時計回り方向に移動させると、対向面積Sが徐々の小さくなるため、静電容量Cの大きさも徐々に小さくなる。よって、C/V変換手段10から検出される電圧を徐々に小さくなる方向に変化させることができる。
【0056】
よって、前記制御部15は、C/V変換手段10から検出される電圧が徐々に大きくなる方に変化するときには、人体Hが反時計回り方向に移動していることを検知することができ、また電圧が徐々に小さくなる方に変化するときには、人体Hのが時計回り方向に移動していることを検知することが可能である。
【0057】
図9は本発明のタッチセンサの第6の実施の形態を示し、Aはタッチセンサの断面図、Bは電離体の誘電率の状態を示す遷移図である。図10は本発明のタッチセンサの第7の実施の形態を示し、Aはタッチセンサの断面図、Bは電離体の誘電率の状態を示す遷移図である。
【0058】
図9Aに示す第6の実施の形態のタッチセンサ71では、枠体72の縁部72b,72cに絶縁性のシートからなる操作面74がX軸に対して平行に設けられている。枠体72の内部底面72aは前記操作面34に平行な平面で形成されており、この底面72aに平板状の対向電極73が敷設されている。
【0059】
図9Aに示すように、前記タッチセンサ71は前記対向電極73と操作面74との間に誘電体75は設けられている。図9Bに示すように、前記誘電体75では、図示X1側の端部の誘電率をε1とし、図示X2側の端部の誘電率をε2とすると、両者はε1<ε2の関係にあり、且つX1側の端部からX2側の端部まで距離とともに直線的に変化するように形成されている。
【0060】
一方、図10Aに示す第7の実施の形態のタッチセンサ81は、対向電極83と操作面84との間に誘電体85が設けられている点で、前記第5の実施の形態のタッチセンサ71と同じ構成である。ただし、このタッチセンサ81では、前記誘電体85の誘電率εが徐々に遷移するものではなく、誘電率εの異なる複数の誘電体(図10では11種類)を所定の幅寸法で並設されている点において異なる。前記タッチセンサ81における隣り合う誘電体85の関係は、図示右側の誘電体の方が左側の誘電体の誘電率εよりも低くなるように配置されている。すなわち、誘電体85a,85b,85c,・・・・,誘電体85kの各誘電率をεa,εb,εc,・・・,εkとすると,εa>εb>εc>・・・>εkの関係にあり、図10Bに示すように誘電率はεaからεkまでステップ状(階段状)に変化している。
【0061】
第6の実施の形態では、対向面積Sと対向距離dが一定であり、人体HをX方向に移動させると、X方向の位置に応じて誘電率εを変えることができる。そして、人体Hを図示X1側からX2方向に移動させると、誘電率εが徐々に小さくなるため、C=ε・S/dで規定される静電容量Cの大きさも徐々に小さくなる。よって、C/V変換手段10から検出される電圧も徐々に小さくなる。また図示X2側からX1方向に移動させると、誘電率εが徐々の大きくなるため、静電容量Cの大きさも徐々に大きくなる。すなわち、C/V変換手段10の出力をX方向の位置に応じた電圧とすることができる。
【0062】
よって、前記制御部15は、C/V変換手段10から検出される電圧が徐々に小さくなる方に変化するときには、人体HがX1側からX2側へ移動していることを検知することができ、また前記電圧が徐々に大きくなる方に変化するときには、前記とは逆の方向に移動していることを検知することができる。
【0063】
また第7の実施の形態では、人体HをX方向に移動させると、誘電体85の幅寸法で規定される所定の距離ごと(ステップごと)に静電容量Cを変化させることができる。よって、第6の実施の形態の場合同様に、制御部15はC/V変換手段10から検出される電圧が減少方向か、または増加方向かによって人体Hの移動方向を検知することができる。
【0064】
また第6および第7の実施の形態のタッチセンサでは、操作面上における人体の位置を検出することも可能である。
【0065】
なお、第3ないし第7の実施の形態に示すタッチセンサでは、第1および第2の実施の形態に示すように、前記対向電極や操作面を湾曲に形成したり、傾斜状とする必要がないため、タッチセンサを薄型化することが可能である。
【0066】
また上記実施の形態では、対向距離d、対向面積Sおよび誘電率εのいずれか1つの要素のみを変えるようにしたタッチセンサを説明したが、前記2以上の要素が組み合わされて変化するタッチセンサとしたものであってもよい。
【0067】
また、可動電極は、人体に限られるものではなく、入力ペンなどであってもよい。
【0068】
【発明の効果】
以上のように本発明では、簡単な構成で静電容量を形成する対向距離、対向面積または誘電率の少なくとも1つ以上の要素を変えことができるため、人体を操作面上に沿って移動させた場合に、前記人体の移動の有無、移動方向、移動速度、位置などを検出することが可能なタッチセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のタッチセンサの第1の実施の形態を示す断面図、
【図2】タッチセンサの静電容量を電圧に変換するC/V変換手段を示す回路構成図、
【図3】C/V変換手段の各部における信号を示しており、AはAND回路の一方の入力部に入力されるクロック信号、BはAND回路の他方の入力部に入力される信号遅延手段からの出力信号、CはAND回路の出力信号、Dは平滑手段の出力信号、
【図4】本発明のタッチセンサの第2の実施の形態を示す断面図、
【図5】本発明のタッチセンサの第3および第4の実施の形態を示す断面図、
【図6】第3の実施の形態を示す対向電極の平面図、
【図7】第4の実施の形態を示す対向電極の平面図であり、BおよびCは第4の実施の形態の変形例を示す対向電極の平面図、
【図8】図8は第5の実施の形態を示す対向電極の平面図、
【図9】Aは本発明のタッチセンサの第5の実施の形態を示す断面図、Bは電離体の誘電率の状態を示す遷移図、
【図10】本発明のタッチセンサの第6の実施の形態を示す断面図、Bは電離体の誘電率の状態を示す遷移図、
【符号の説明】
1,21,31,71,81 タッチセンサ
2,22,32,72,82 枠体(固定部)
3,23,33,43,53,63,73,83 対向電極
4,24,34,74,84 操作面(絶縁シート)
10 C/V変換手段
11 クロック信号生成手段
12 信号遅延手段
13 遅延量検出手段
13A AND回路
13B 平滑手段
14 A/D変換手段
15 制御部
33a,43a,53a,63a スリット
33b,43b,53b,63b 導電部
75,85,85a〜85k 誘電体
C 静電容量
d 対向距離
S 対向面積
ε 誘電率
H 人体(可動電極)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a touch sensor capable of detecting, for example, a capacitance between a human finger and a touch sensor, and particularly relates to a touch sensor capable of detecting presence / absence of a finger movement and a moving direction thereof with a simple configuration.
[0002]
[Prior art]
As a prior art document in the same technical field as the present invention, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.
[0003]
In the capacitance type sensor described in the above-mentioned technical document 1, in the case of the first embodiment, in particular, the detection unit and the C / V converter detect a change in the stray capacitance C generated around the electrode according to the degree to which the finger approaches the electrode. Is converted into a voltage.
[0004]
In the second embodiment and the like, a plate-like member elastically deformable is provided in parallel with the electrode, and a change in the stray capacitance C generated around the electrode is detected based on the degree of pushing of the plate-like member by a finger. And voltage conversion by the C / V converter.
[0005]
Further, in the third and fifth embodiments, a plurality of electrodes are arranged on a substrate, and a difference between stray capacitances generated around the electrodes is converted into a voltage.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-18905
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional capacitance type sensor has the following problems.
(1) The capacitance-type sensor according to the first embodiment can detect that a finger has approached the electrode, but can detect whether the finger is moving or remains at one point on the electrode (movement). Detection of the presence or absence of
(2) In the second embodiment, since the plate-shaped member is elastically deformed by the pressing force of the finger and the distance between the finger and the electrode changes, it is possible to detect a change in the stray capacitance. However, this change in the stray capacitance means the amount of depression, that is, the magnitude of the pressing force of the finger, and does not mean that the presence or absence or the moving direction of the finger can be detected.
(3) In the third and fifth embodiments, the direction in which the operation axis is tilted, that is, the direction in which an external force is applied can be detected by detecting the difference in the stray capacitance between the electrodes. It is impossible to detect the presence or absence of movement and the direction of movement.
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a touch sensor capable of detecting the presence or absence of a finger movement or the direction of movement thereof with a simple configuration.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is generated between a counter electrode provided on the fixed portion side, an insulating operation surface arranged to face the counter electrode, and a movable electrode moving along the operation surface and the counter electrode. C / V conversion means for detecting the capacitance C as a voltage V according to the magnitude of the capacitance C.
When the movable electrode moves on an operation surface, at least one or more elements of a facing distance, a facing area, or a dielectric constant between the movable electrode and a facing electrode are changed. .
[0010]
According to the present invention, when the movable electrode moves on the operation surface, at least one element of the facing distance, the facing area, or the dielectric constant is changed to cause a change in the capacitance. Specifically, it is realized by the following simple configuration.
[0011]
For example, one of the counter electrode and the operation surface is a plane, and the other is curved with respect to the plane.
[0012]
Alternatively, the counter electrode and the operation surface are both formed as flat surfaces, and the counter electrode is provided to be inclined with respect to the operation surface.
[0013]
Further, the counter electrode is provided in parallel with the operation surface, and the counter electrode is provided with a slit having a predetermined width.
[0014]
In this case, the width of the conductive portion between the adjacent slits formed in the counter electrode can be configured to be gradually narrowed from one end to the other end. .
[0015]
The counter electrode is provided in parallel with the operation surface, and has a linear dielectric constant between the operation surface and the counter electrode according to a distance from one end to the other end. Alternatively, a dielectric that changes stepwise is provided.
[0016]
Alternatively, between the operation surface and the counter electrode, dielectrics having a predetermined width dimension and different dielectric constants are juxtaposed, and the dielectrics are directed from one end to the other end. Are arranged so that the dielectric constant becomes lower in accordance with the following.
[0017]
In addition, the C / V detection means may include a clock signal generation means for generating a clock signal, and the C / V detection means may include a clock signal according to a capacitance detected by the counter electrode when the movable electrode moves on the operation surface. Delay means for giving rise delay to a signal; smoothing means for generating a signal corresponding to the delay amount given delay with reference to the clock signal not passing through the delay means; and a signal corresponding to the change amount. A / D conversion means for performing A / D conversion can be detected.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The touch sensor described in each of the following embodiments can be mounted on any electronic device such as a controller such as a computer, a PDA, and a game machine, an AV device, and a robot toy.
[0019]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the touch sensor of the present invention, FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing C / V conversion means for converting the capacitance of the touch sensor into a voltage, and FIG. A shows a signal at each part of the C / V conversion means, where A is a clock signal inputted to one input part of the AND circuit, and B is an output from the signal delay means inputted to the other input part of the AND circuit. A signal C indicates an output signal of the AND circuit, and D indicates an output signal of the smoothing means. The solid line shows the case where the capacitance C is large, and the dotted line shows the case where the capacitance C is small.
[0020]
The touch sensor 1 shown in FIG. 1 has a flat rectangular frame 2 having a long side in the X direction in the drawing on the fixed portion side, and a planar shape extending in the X direction on an inner bottom surface 2 a of the frame 2. The counter electrode 3 is laid. An operation surface 4 made of an insulating sheet or the like is provided between one edge 2b and the other edge 2c in the X direction of the frame 2.
[0021]
The operation surface 4 is formed in a curved shape, and in the first embodiment, is constituted by a part of a cylinder (radius r) having a center in the Z2 direction in the figure. Therefore, the distance between the operation surface 4 and the opposing electrode 3 is set to the shortest opposing distance d1 between the one edge 2b and the other edge 2c, and the distance from the one edge 2b and the other edge 2c is set. The opposing distance extends toward the intermediate point between the two, and is set to the longest opposing distance d2 at the intermediate point.
[0022]
In addition, an air space may be provided between the opposing electrode 3 and the operation unit, or a dielectric having a predetermined dielectric constant may be provided.
[0023]
As shown in FIG. 1, when a human body (movable electrode) H such as a finger is brought into contact with the operation surface 4 in a state where a voltage is applied to the counter electrode 3 of the touch sensor 1, the human body H and the counter electrode 3 And a capacitance C is formed between them. At this time, if the opposing distance between the opposing electrode 3 and the human body H is d, the opposing area is S, and the dielectric constant is ε, the capacitance C between the opposing electrode 3 and the human body H is C = ε・ S / d.
[0024]
When the human body H is moved along the surface of the operation surface 4 in the X direction in the figure, the capacitance C is equal to that of the human body H, if the facing area S and the dielectric constant ε are considered to be constant. H depends on the facing distance d. That is, C1 = ε · S / d1 at both ends in the X direction of the frame 2 and C2 = ε · S / d2 at the intermediate point. Since d2> d1, the capacitance C is related to C1> C2. become. That is, in the touch sensor 1, the capacitance C is set so that the capacitance C decreases as the human body H moves from both ends of the frame 2 toward the intermediate point. Therefore, the human body H functions as a movable electrode that forms a capacitance C with the counter electrode 3.
[0025]
Note that the operation surface 4 may be formed in a plane, and the counter electrode 3 may be formed in a curved shape.
[0026]
As shown in FIG. 2, the capacitance C constitutes a part of the C / V conversion means 10. The C / V conversion unit 10 includes a clock signal generation unit 11, a signal delay unit 12, a delay amount detection unit 13, an A / D conversion unit 14, and a control unit 15. In this embodiment,
The clock signal generator 11 continuously outputs a regular pulse signal having a predetermined frequency. The signal delay means 12 includes a resistance R (constant) connected between the capacitance C and the clock signal generation means 11. The delay amount detecting means 13 is composed of an AND circuit 13A and a smoothing means 13B provided at a subsequent stage and composed of a resistor Ra and a capacitor Ca. Input signals 13a and 13b of the AND circuit 13A receive a signal passed through the signal delay unit 12 and a clock signal CK (a clock signal not passed through the signal delay unit 12) output from the clock signal generation unit 11. The output of the AND circuit 13A is input to the smoothing means 13B.
[0027]
At the subsequent stage of the smoothing means 13B of the delay amount detecting means 13, for example, an 8-bit A / D converting means 14 is connected. Each of the A / D conversion means 14 converts the output voltage (analog amount) of the smoothing means 13B into digital outputs D0 to D7 at a predetermined sampling cycle and outputs the digital outputs D0 to D7. The control unit 15 is mainly configured by a CPU, and monitors data of digital outputs D0 to D7 output from each A / D conversion unit 14.
[0028]
In the state where the clock signal CK having a predetermined frequency of the amplitude voltage Vcc as shown in FIG. 3A is being output from the clock signal generation means 11 to the AND circuit 13A and the signal delay means 12, the operation signal is brought into contact with the operation surface 4. When the human body H is moved in the X direction, the facing distance d changes as described above, so that the capacitance C changes.
[0029]
In other words, when the human body H is located at both ends in the X direction, the time constant C1 · multiplied by the product of the resistance R of the signal delay means 12 and the capacitance C1 (C1 = ε · S / d1) therebetween. Since R becomes large, the output of the signal delay means 12 becomes a triangular signal Sa as shown by a solid line in FIG. 3B. Therefore, the output (logical product) of the AND circuit 13A has a pulse waveform with a pulse width ta as shown by a solid line in FIG. 3C. Here, the threshold SL of the H level and the L level in the AND circuit 13A is set to Vcc / 2.
[0030]
On the other hand, when the human body H is moved to an intermediate point on the operation surface 4, a time constant C2 defined by the product of the resistance R of the signal delay means 12 and the capacitance C2 (C2 = ε · S / d2) therebetween. Since R becomes small, the output of the signal delay means 12 has a waveform Sb as shown by a chain line in FIG. 3B. Therefore, the output (logical product) of the AND circuit 13A has a pulse waveform with a pulse width tb, as shown by the dashed line in FIG. 3C.
[0031]
Here, the pulse width ta when the capacitance C is small and the pulse width tb when the capacitance C is large have a relationship of ta <tb. Therefore, the output voltage of the smoothing means 13B is such that the output voltage Vb when the human body H is moved to the intermediate point on the operation surface 4 (when the capacitance C is small) is moved to both ends ( It is output as a value (Va <Vb) larger than the output voltage Va when the capacitance C is large.
[0032]
The output voltages Va and Vb of the smoothing unit 13B are converted into digital outputs D0 to D7 by the A / D conversion unit 14 and sent to the control unit 15.
[0033]
Since the output of the smoothing means 13B changes with time according to the movement of the human body H, the digital outputs D0 to D7 of the A / D conversion means 14 are also changed accordingly.
[0034]
Therefore, the control unit 15 periodically monitors the digital outputs D0 to D7 of the A / D conversion means 14, that is, determines whether or not the magnitude of the capacitance C changes with time. 4, it is possible to detect whether or not the human body H is moving.
[0035]
When the human body H is moved from both ends of the frame 2 toward the intermediate point, the capacitance C gradually decreases, and when the human body H is moved from the center point toward both ends of the frame 2. The magnitude of the capacitance C gradually increases. Therefore, depending on whether the magnitude of the capacitance C is decreasing or increasing, the control unit 15 moves the human body H from the end of the frame 2 toward the center point. It is also possible to detect whether it is moving in the direction from the center to the ends.
[0036]
However, in the first embodiment, it is unknown whether the human body H is moving in the X1 direction or in the X2 direction. Therefore, a touch sensor capable of detecting the moving direction and position of the human body H will be described.
[0037]
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the touch sensor of the present invention. The C / V conversion means for converting the capacitance into a voltage is the same as the configuration shown in FIG.
[0038]
In the touch sensor 21 according to the second embodiment shown in FIG. 4, the inner bottom surface of the frame 22 is formed by an inclined surface 22a inclined with respect to the horizontal X axis, and the counter electrode 23 is formed on the inclined surface 22a. It is laid at an angle. An operation surface 24 made of an insulating sheet or the like is provided on the edges 22b and 22c of the frame 22 in parallel with the X axis.
[0039]
The opposing distance d between the operation surface 24 and the opposing electrode 23 is set to the shortest opposing distance d1 at the end of the illustrated X1, and the opposing distance d gradually increases in proportion to the direction toward the illustrated X2. Is set to the longest facing distance d2 at the end of. Therefore, when the human body H is moved on the operation surface 4 in a state of contact, the capacitance C is the largest at the end on the X1 side, gradually decreases toward the X2 direction, and becomes the smallest at the end on the X2 side. It shows a small value.
[0040]
Therefore, by periodically detecting the change in the capacitance C using the C / V conversion means 10, it is possible to detect the presence or absence of the movement of the human body H, the direction, position, and speed of the movement.
[0041]
That is, when the digital outputs D0 to D7 of the A / D conversion means indicate a decrease in the voltage, it can be detected that the human body H is moving in the illustrated X2 direction, which is the direction in which the facing distance d extends. When the digital outputs D0 to D7 indicate an increase in the voltage, it can be detected that the human body H is moving in the X1 direction shown in the drawing, in which the facing distance d decreases.
[0042]
The magnitude of the capacitance C changes in inverse proportion to the facing distance d, assuming that the permittivity ε and the facing area S are constant. Therefore, the position in the X direction can be detected from the magnitude of the capacitance C. Further, the moving distance can be obtained from the position, and the moving speed can be detected by differentiating the moving distance with time.
[0043]
FIGS. 5 to 7 show third and fourth embodiments of the touch sensor of the present invention. FIG. 5 shows a cross-sectional view of a touch sensor, which is common to the third and fourth embodiments. 6 is a plan view of a counter electrode according to a third embodiment, FIG. 7A is a plan view of a counter electrode according to a fourth embodiment, and FIGS. 7B and 7C are modifications of the fourth embodiment. FIG. 8 is a plan view of a counter electrode showing an example, and FIG. 8 is a plan view of a counter electrode showing a fifth embodiment. The C / V conversion means for converting the capacitance into a voltage is the same as the configuration shown in FIG.
[0044]
As shown in FIG. 5, in the touch sensor 31 according to the third and fourth embodiments, the operation surface 34 made of an insulating sheet is provided on the edges 32b and 32c of the frame 32 in parallel with the X axis. It is the same as the second embodiment in that it is provided. However, the inner bottom surface 32a of the frame 32 is formed as a plane parallel to the operation surface 34, and the bottom surface 32a is provided with one of the counter electrodes shown in FIGS. 6, 7A to 7C. ing.
[0045]
In the third embodiment, a counter electrode 33 shown in FIG. 6 is provided on the bottom surface 32a of the frame 32. The opposing electrode 33 has a plurality of slits 33a cut out in a rectangular shape with a width dimension Ws on the conductive plate at a pitch Pa equal to the X direction.
[0046]
As shown in FIG. 6, when a finger or the like that is a part of the human body H is brought into contact with the operation surface 34, the hatched portion where the conductive portion 33b of the counter electrode 33 except for the slit 33a and the human body H face each other has an opposing area S. Assuming that the dielectric constant between the counter electrode 33 and the human body H is ε, a capacitance C of C = ε · S / d is formed between the two.
[0047]
Then, when the human body H is moved in the X direction, the capacitance C can be changed. That is, when the human body H is opposed to the counter electrode 33, the state of the region facing the human body H includes a state in which more slits 33a are included and a state in which the counter electrode 33 between the slits 33a is larger. When the human body H is moved in the X direction, a state in which more slits 33a are included and a state in which more counter electrodes 33 are included are alternately repeated. Become. Therefore, the opposing area S changes due to the movement of the human body H in the X direction, so that the capacitance C defined by C = ε · S / d can be changed periodically. Therefore, if the C / V converter 10 detects the periodic fluctuation of the capacitance C, the control unit 15 can detect that the human body H is moving in the X direction. Since the cycle of the change in the capacitance C occurs in accordance with the moving distance of the human body H, the moving speed of the human body H can be detected by calculating the time required for one cycle.
[0048]
However, in the third embodiment, it is difficult to detect the moving direction. Therefore, a configuration in which the moving direction can be detected will be described in the fourth to sixth embodiments.
[0049]
In the fourth embodiment shown in FIG. 7A, the widths Ws of the slits 43a formed in the opposing electrode 43 are all the same, but the width of the conductive portion 43b between the adjacent slits 43a. Wb is the widest Wb1 on the X1 side in the drawing, gradually narrows in the X2 direction, and is formed with the narrowest Wb6 on the X1 side in the drawing (Wb1>Wb2>...> Wb6). The other configuration is the same as that of the third embodiment.
[0050]
Also in the fourth embodiment, when the human body H is moved in the X direction, the facing area S can be changed, so that the capacitance C can be changed according to the movement of the human body H. In other words, when moved in the X2 direction from the illustrated X1 side, the opposing area S gradually decreases, so that the capacitance C defined by C = ε · S / d also gradually decreases. Therefore, the voltage detected from the C / V conversion means 10 can also be changed in a direction to gradually decrease. In addition, when moving from the X2 side in the figure to the X1 direction, the facing area S gradually increases, so that the capacitance C also gradually increases. Therefore, the voltage detected from the C / V conversion means 10 can be changed in a gradually increasing direction.
[0051]
Therefore, when the voltage detected from the C / V conversion means 10 gradually decreases, the control unit 15 can detect that the human body H is moving from the X1 side to the X2 side, When the voltage gradually increases, it is possible to detect that the voltage is moving in the opposite direction.
[0052]
7B and 7C show a modification of the fourth embodiment shown in FIG. 7A. The counter electrode 53 shown in FIG. 7B is formed by alternately cutting (cutting) a part of the electrode connecting the slit 53a and the slit 53a. The counter electrode 63 shown in FIG. 7C has a slit 63a and a slit 63a. Are formed by cutting (cutting) one edge in the Y direction (the edge in the Y2 direction in FIG. 7C) of the electrode connecting the electrodes, and the other configuration is the same as that of the counter electrode 43 in FIG. 7A. .
[0053]
In the fourth embodiment, the moving direction of the human body H can be detected by forming the slits 53a or 63a as described above, similarly to FIG. 7A.
[0054]
In the fifth embodiment shown in FIG. 8, the counter electrode 63 of FIG. 7C shown as a modification of the fourth embodiment is further modified to a circular shape. In this embodiment, all the slits 93a of the counter electrode 93 are formed at the same angle θ. However, the angle φ of the conductive portion 93b between the adjacent slot 93a and the slit 93a is formed so as to gradually increase from the conductive portion 93b1 to the conductive portion 93b6 in the counterclockwise direction in the drawing. That is, assuming that the angles of the conductive portions 93b1, 93b2, ..., 93b6 are φ1, φ2, ..., φ6, respectively, there is a relationship of φ1 <φ2 <... <φ6.
[0055]
In the fifth embodiment, when the human body H is moved clockwise or counterclockwise in a state where the human body H faces the conductive portions 93b1, 93b2,..., 93b6 of the counter electrode 93, the human body H Therefore, the capacitance C can be changed in accordance with the movement of the human body H. That is, when the human body H is moved in the counterclockwise direction in the figure from the conductive portion 93b1 to the conductive portion 93b6, the facing area S gradually increases, and thus the capacitance C defined by C = ε · S / d. Can also be gradually increased in size. Therefore, the voltage detected from the C / V conversion means 10 can also be changed in a direction to gradually increase. Further, when the human body H is moved from the conductive portion 93b6 toward the conductive portion 93b1 in the clockwise direction in the drawing, the facing area S gradually decreases, and the magnitude of the capacitance C also gradually decreases. Therefore, the voltage detected from the C / V conversion means 10 can be changed in a gradually decreasing direction.
[0056]
Therefore, when the voltage detected from the C / V conversion means 10 gradually increases, the control unit 15 can detect that the human body H is moving in the counterclockwise direction, When the voltage gradually decreases, it is possible to detect that the human body H is moving in the clockwise direction.
[0057]
FIG. 9 shows a touch sensor according to a sixth embodiment of the present invention, in which A is a cross-sectional view of the touch sensor, and B is a transition diagram showing the state of the dielectric constant of the ionizer. FIG. 10 shows a touch sensor according to a seventh embodiment of the present invention, wherein A is a cross-sectional view of the touch sensor, and B is a transition diagram showing the state of the dielectric constant of the ionizer.
[0058]
In the touch sensor 71 of the sixth embodiment shown in FIG. 9A, an operation surface 74 made of an insulating sheet is provided on the edges 72b and 72c of the frame 72 in parallel with the X axis. An inner bottom surface 72a of the frame 72 is formed as a plane parallel to the operation surface 34, and a flat counter electrode 73 is laid on the bottom surface 72a.
[0059]
As shown in FIG. 9A, the touch sensor 71 has a dielectric 75 provided between the counter electrode 73 and the operation surface 74. As shown in FIG. 9B, in the dielectric 75, when the dielectric constant of the end on the X1 side in the drawing is ε1 and the dielectric constant of the end on the X2 side in the drawing is ε2, the two have a relationship of ε1 <ε2, And it is formed so that it may change linearly with distance from the end on the X1 side to the end on the X2 side.
[0060]
On the other hand, the touch sensor 81 according to the seventh embodiment shown in FIG. 10A is different from the touch sensor 81 according to the fifth embodiment in that a dielectric 85 is provided between the opposing electrode 83 and the operation surface 84. It has the same configuration as 71. However, in the touch sensor 81, the dielectric constant ε of the dielectric 85 does not change gradually, and a plurality of dielectrics (11 types in FIG. 10) having different dielectric constants ε are arranged in parallel with a predetermined width. Is different. The relationship between adjacent dielectrics 85 in the touch sensor 81 is such that the right dielectric in the figure is lower than the dielectric constant ε of the left dielectric. That is, assuming that the dielectric constants of the dielectrics 85a, 85b, 85c,..., Dielectric 85k are εa, εb, εc,. As shown in FIG. 10B, the dielectric constant changes stepwise (stepwise) from εa to εk.
[0061]
In the sixth embodiment, the facing area S and the facing distance d are constant, and when the human body H is moved in the X direction, the permittivity ε can be changed according to the position in the X direction. When the human body H is moved from the X1 side in the figure to the X2 direction, the dielectric constant ε gradually decreases, so that the capacitance C defined by C = ε · S / d also gradually decreases. Therefore, the voltage detected from the C / V converter 10 also gradually decreases. Further, when the substrate is moved from the X2 side in the figure to the X1 direction, the dielectric constant ε gradually increases, so that the magnitude of the capacitance C also gradually increases. That is, the output of the C / V converter 10 can be a voltage corresponding to the position in the X direction.
[0062]
Therefore, when the voltage detected from the C / V conversion means 10 gradually decreases, the control unit 15 can detect that the human body H is moving from the X1 side to the X2 side. When the voltage changes to a gradually increasing direction, it can be detected that the voltage is moving in the opposite direction.
[0063]
In the seventh embodiment, when the human body H is moved in the X direction, the capacitance C can be changed for each predetermined distance (for each step) defined by the width of the dielectric 85. Therefore, similarly to the case of the sixth embodiment, the control unit 15 can detect the moving direction of the human body H depending on whether the voltage detected by the C / V conversion unit 10 is decreasing or increasing.
[0064]
In the touch sensors of the sixth and seventh embodiments, it is also possible to detect the position of the human body on the operation surface.
[0065]
In the touch sensors described in the third to seventh embodiments, as shown in the first and second embodiments, the counter electrode and the operation surface need to be formed in a curved shape or be inclined. Therefore, the thickness of the touch sensor can be reduced.
[0066]
Further, in the above-described embodiment, the touch sensor in which only one of the facing distance d, the facing area S, and the permittivity ε is changed has been described. However, the touch sensor that changes by combining the two or more elements is described. May be used.
[0067]
The movable electrode is not limited to a human body, but may be an input pen or the like.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, at least one element of the facing distance, the facing area, or the dielectric constant that forms the capacitance can be changed with a simple configuration, so that the human body is moved along the operation surface. In this case, it is possible to provide a touch sensor capable of detecting whether or not the human body has moved, a moving direction, a moving speed, a position, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a touch sensor according to the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram showing C / V conversion means for converting the capacitance of the touch sensor into a voltage,
FIG. 3 shows signals at various parts of the C / V conversion means, where A is a clock signal input to one input part of the AND circuit, and B is a signal delay means input to the other input part of the AND circuit. , C is the output signal of the AND circuit, D is the output signal of the smoothing means,
FIG. 4 is a sectional view showing a touch sensor according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing third and fourth embodiments of the touch sensor of the present invention;
FIG. 6 is a plan view of a counter electrode according to a third embodiment,
FIG. 7 is a plan view of a counter electrode showing a fourth embodiment, and B and C are plan views of a counter electrode showing a modification of the fourth embodiment;
FIG. 8 is a plan view of a counter electrode according to a fifth embodiment,
FIG. 9A is a sectional view showing a fifth embodiment of the touch sensor of the present invention, FIG. 9B is a transition diagram showing a state of the dielectric constant of the ionizer,
FIG. 10 is a sectional view showing a touch sensor according to a sixth embodiment of the present invention, FIG. 10B is a transition diagram showing the state of the dielectric constant of the ionizer,
[Explanation of symbols]
1,21,31,71,81 Touch sensor
2,22,32,72,82 Frame (fixed part)
3,23,33,43,53,63,73,83 Counter electrode
4,24,34,74,84 Operation surface (insulating sheet)
10 C / V conversion means
11 Clock signal generating means
12 Signal delay means
13 Delay amount detection means
13A AND circuit
13B smoothing means
14 A / D conversion means
15 Control unit
33a, 43a, 53a, 63a slit
33b, 43b, 53b, 63b conductive part
75, 85, 85a-85k Dielectric
C capacitance
d Opposition distance
S Opposing area
ε dielectric constant
H human body (movable electrode)

Claims (8)

固定部側に設けられた対向電極と、前記対向電極に対向配置された絶縁性の操作面と、前記操作面に沿って移動する可動電極と前記対向電極との間に発生する静電容量Cを、その大きさに応じた電圧Vとして検出するC/V変換手段と、を備えたタッチセンサにおいて、
前記可動電極が操作面上を移動するときに、前記可動電極と対向電極との間の対向距離、対向面積または誘電率の少なくとも1つ以上の要素が変更させられることを特徴とするタッチセンサ。
A counter electrode provided on the fixed portion side, an insulating operation surface arranged to face the counter electrode, and a capacitance C generated between the movable electrode moving along the operation surface and the counter electrode. And C / V conversion means for detecting as a voltage V according to the magnitude of
A touch sensor, wherein when the movable electrode moves on an operation surface, at least one or more elements of a facing distance, a facing area, or a dielectric constant between the movable electrode and a facing electrode are changed.
前記対向電極または操作面の一方が平面であり、他方が前記平面に対して湾曲させられている請求項1記載のタッチセンサ。The touch sensor according to claim 1, wherein one of the counter electrode and the operation surface is a plane, and the other is curved with respect to the plane. 前記対向電極および操作面はともに平面で形成されており、前記対向電極は前記操作面に対して傾斜する状態に設けられている請求項1記載のタッチセンサ。2. The touch sensor according to claim 1, wherein the counter electrode and the operation surface are both formed as flat surfaces, and the counter electrode is provided to be inclined with respect to the operation surface. 前記対向電極は、前記操作面に対して平行に設けられており、且つ対向電極には所定の幅寸法からなるスリットが並設されている請求項1記載のタッチセンサ。The touch sensor according to claim 1, wherein the counter electrode is provided in parallel with the operation surface, and a slit having a predetermined width is provided in the counter electrode. 前記対向電極に形成された隣り合うスリットとスリットとの間の導電部の幅寸法が、一方の端部から他方の端部に向かうしたがって徐々に狭まるように形成されている請求項4記載のタッチセンサ。The touch according to claim 4, wherein a width dimension of the conductive portion between the adjacent slits formed in the counter electrode is gradually narrowed from one end to the other end. Sensors. 前記対向電極は、前記操作面に対して平行に設けられており、且つ前記操作面と対向電極との間に一方の端部から他方の端部までの距離に応じて誘電率が直線的またはステップ的に変化する誘電体が設けられている請求項1記載のタッチセンサ。The counter electrode is provided in parallel with the operation surface, and has a linear dielectric constant or a dielectric constant depending on the distance from one end to the other end between the operation surface and the counter electrode. The touch sensor according to claim 1, further comprising a dielectric that changes stepwise. 前記操作面と対向電極との間には、所定の幅寸法からなるとともに誘電率の異なる誘電体が並設されており、且つ前記誘電体は一方の端部から他方の端部に向かうにしたがって誘電率が低くなるように配置されている請求項1記載のタッチセンサ。Between the operation surface and the counter electrode, dielectrics having a predetermined width dimension and different dielectric constants are juxtaposed, and the dielectrics move from one end to the other end. The touch sensor according to claim 1, wherein the touch sensor is arranged to have a low dielectric constant. 前記C/V変換手段は、クロック信号を発生するクロック信号生成手段と、前記操作面上を可動電極が移動するときに前記対向電極で検知される容量に応じて前記クロック信号に立ち上がりの遅延を与える遅延手段と、前記遅延手段を経由しない前記クロック信号を基準として、遅延が与えられた遅延量に応じた信号を生成する平滑手段と、前記変化量に応じた信号をA/D変換するA/D変換手段と、を有する請求項1ないし7のいずれか記載のタッチセンサ。The C / V conversion means includes a clock signal generation means for generating a clock signal, and a delay in rising of the clock signal according to a capacitance detected by the counter electrode when the movable electrode moves on the operation surface. Delay means for applying, a smoothing means for generating a signal corresponding to the delay amount given delay with reference to the clock signal which does not pass through the delay means, and an A / D converter for A / D converting the signal corresponding to the change amount The touch sensor according to any one of claims 1 to 7, further comprising: / D conversion means.
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