JP6908043B2 - Sensors and electronics - Google Patents
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Description
本技術は、タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサ、およびそれを備える電子機器に関する。 The present technology relates to a sensor capable of detecting a touch operation and a pressing operation, and an electronic device including the sensor.
圧力検出型容量センサとして、交差する送信電極および受信電極を含むセンサ層と、センサ層の一方の面側に変形層を介して設けられた第1接地電極と、センサの他方の面側に変形層を介して設けられた第2接地電極とを備えるものが提案されている(例えば特許文献1参照)。このセンサでは、操作面を押圧すると、送信電極および受信電極の交差部分の相互容量が、上下に配された接地電極の影響によって変化する。この相互容量の変化をコントローラICにて検出することで、操作面に対する押圧操作を検出することができる。 As a pressure detection type capacitive sensor, a sensor layer including intersecting transmitting electrodes and receiving electrodes, a first grounding electrode provided on one surface side of the sensor layer via a deformation layer, and deformation on the other surface side of the sensor. A device including a second ground electrode provided via a layer has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this sensor, when the operation surface is pressed, the mutual capacitance of the intersection of the transmitting electrode and the receiving electrode changes due to the influence of the ground electrodes arranged above and below. By detecting this change in mutual capacitance with the controller IC, it is possible to detect the pressing operation on the operation surface.
上記構成を有するセンサでは、第1接地電極および第2接地電極のうち操作面側に設けられた電極を取り除くことで、タッチ操作と押圧操作との両方を検出することが可能となる。しかしながら、上述のように一方の電極を取り除いた構成のセンサでは、スタイラスペンなどの非導電体により操作面を押圧操作した場合の操作感度が低い。 In the sensor having the above configuration, it is possible to detect both the touch operation and the pressing operation by removing the electrode provided on the operation surface side of the first ground electrode and the second ground electrode. However, in the sensor having the configuration in which one of the electrodes is removed as described above, the operation sensitivity is low when the operation surface is pressed by a non-conductor such as a stylus pen.
本技術の目的は、タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサにおいて、非導電体による押圧操作の感度を向上できるセンサ、およびそれを備える電子機器を提供することにある。 An object of the present technology is to provide a sensor capable of detecting a touch operation and a pressing operation, a sensor capable of improving the sensitivity of the pressing operation by a non-conductor, and an electronic device including the sensor.
上述の課題を解決するために、第1の技術は、
タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサであって、
接地電極と、
接地電極上に設けられた複数の第1電極と、
第1電極上に設けられた複数の第2電極と
を備え、
第2電極上に操作面が設けられ、
第1電極と第2電極との第1交差部にセンシング部が構成され、
各第1電極は、複数の第1サブ電極により構成され、
各第2電極は、複数の第2サブ電極により構成され、
第1サブ電極と第2サブ電極とにより第2交差部が構成され、
接地電極側から第2交差部を平面視した場合に見える第2交差部の境界線の長さL1が、操作面側から第2交差部を平面視した場合に見える第2交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサである。
In order to solve the above-mentioned problems, the first technique is
It is a sensor that can detect touch operation and pressing operation.
Ground electrode and
A plurality of first electrodes provided on the ground electrode and
It is provided with a plurality of second electrodes provided on the first electrode.
An operation surface is provided on the second electrode,
A sensing unit is configured at the first intersection of the first electrode and the second electrode.
Each first electrode is composed of a plurality of first sub-electrodes.
Each second electrode is composed of a plurality of second sub-electrodes.
The second intersection is composed of the first sub-electrode and the second sub-electrode.
The length of the second intersection of the boundary line that looks when the ground electrode and the second cross-section in plan view L1 is a boundary line of the second intersecting portion looks when the operation surface side and the second cross-section in plan view It is a sensor longer than the length L2 of.
第2の技術は、
押圧操作を検出可能なセンサであって、
第1接地電極と、
第1接地電極上に設けられた複数の第1電極と、
第1電極上に設けられた複数の第2電極と、
第2電極上に設けられた第2接地電極と
を備え、
第2接地電極上に操作面が設けられ、
第1電極と第2電極との第1交差部にセンシング部が構成され、
各第1電極は、複数の第1サブ電極により構成され、
各第2電極は、複数の第2サブ電極により構成され、
第1サブ電極と第2サブ電極とにより第2交差部が構成され、
第1接地電極側から第2交差部を平面視した場合に見える第2交差部の境界線の長さL1と、操作面側から第2交差部を平面視した場合に見える第2交差部の境界線の長さL2とが異なっているセンサである。
The second technology is
A sensor that can detect pressing operations
With the first ground electrode
A plurality of first electrodes provided on the first ground electrode and
A plurality of second electrodes provided on the first electrode and
A second ground electrode provided on the second electrode is provided.
An operation surface is provided on the second ground electrode,
A sensing unit is configured at the first intersection of the first electrode and the second electrode.
Each first electrode is composed of a plurality of first sub-electrodes.
Each second electrode is composed of a plurality of second sub-electrodes.
The second intersection is composed of the first sub-electrode and the second sub-electrode.
The length L1 of the second intersection of the boundary line that looks when the first ground electrode and the second cross-section in plan view, the second cross section looks when the operation surface side and the second cross-section in plan view It is a sensor having a different boundary line length L2.
第3の技術は、第1または第2の技術のセンサを備える電子機器である。 A third technique is an electronic device comprising a sensor of the first or second technique.
本技術によれば、タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサにおいて、非導電体による押圧操作の感度を向上できる。 According to the present technology, in a sensor capable of detecting a touch operation and a pressing operation, the sensitivity of the pressing operation by a non-conductor can be improved.
本技術の実施形態について以下の順序で説明する。
1 第1の実施形態(タッチ操作および押圧操作を検出可能なセンサ)
1.1 電子機器の構成
1.2 センサの構成
1.3 操作時のセンサの出力信号
1.4 センサの動作
1.5 効果
1.6 変形例
2 第2の実施形態(タッチ操作および押圧操作を検出可能なセンサ)
2.1 センサの構成
2.2 センサの動作
2.3 効果
2.4 変形例
3 第3の実施形態(押圧操作を検出可能なセンサ)
3.1 センサの構成
3.2 センサの動作
3.3 効果
3.4 変形例Embodiments of the present technology will be described in the following order.
1 First embodiment (sensor capable of detecting touch operation and pressing operation)
1.1 Electronic device configuration 1.2 Sensor configuration 1.3 Sensor output signal during operation 1.4 Sensor operation 1.5 Effect 1.6 Modification example 2 Second embodiment (touch operation and pressing operation) Sensor that can detect)
2.1 Sensor configuration 2.2 Sensor operation 2.3 Effect 2.4 Modification 3 Third embodiment (sensor capable of detecting pressing operation)
3.1 Sensor configuration 3.2 Sensor operation 3.3 Effect 3.4 Modification example
<1 第1の実施形態>
本技術の第1の実施形態に係るセンサ20は、複数または単数の指(導電体)のタッチ位置座標と移動状態とを検出可能であり(図1A参照)、かつ、指で操作面を押圧したときの荷重位置座標も検出可能である(図1B参照)。したがって、センサ20では、指の押し加減の情報を用いた操作も可能である。<1 First Embodiment>
The
一般的のタッチパッドやタッチパネルなどでは、ある程度の導電性を持った物体の位置座標を検出可能であるが、非導電性のスタイラスペンなどの非導電体の位置座標を検出することは困難である。これに対して、第1の実施形態に係るセンサ20では、非導電体により操作面が操作された場合にも、その荷重位置を検出することが可能である(図1C参照)。したがって、センサ20では、非導電体の押し加減の情報を用いた操作も可能である。
With a general touch pad or touch panel, it is possible to detect the position coordinates of an object with a certain degree of conductivity, but it is difficult to detect the position coordinates of a non-conductive object such as a non-conductive stylus pen. .. On the other hand, in the
[1.1 電子機器の構成]
本技術の第1の実施形態に係る電子機器10は、いわゆるタブレット型コンピュータであり、図2に示すように、センサ20と、制御部としてのコントローラIC11と、電子機器10の本体であるホスト機器12と、表示装置13とを備える。センサ20がコントローラIC11を含んでいてもよい。[1.1 Configuration of electronic devices]
The
(センサ)
センサ20は、操作面に対するタッチ操作と押圧操作との2種類の入力操作を検出可能なものである。センサ20は、入力操作に応じた静電容量の変化を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC11に出力する。ここで、タッチ操作とは、指などの導電体(接地された物体)が操作面に接近する操作または操作面に接触する操作をいう。また、押圧操作とは、指などの導電体またはスタイラスなどの非導電体により操作面を押圧する操作をいう。(Sensor)
The
(コントローラIC)
コントローラIC11は、センサ20から供給される、静電容量の変化に応じた出力信号に基づき、センサ20の操作面に対してタッチ操作および押圧操作のいずれかが行われたかを判断し、その判断結果に応じた情報をホスト機器12に出力する。具体的には例えば、コントローラIC11は、2つの閾値A、Bを有し、これらの閾値A、Bに基づき上記判断を行う。タッチ操作が行われたと判断した場合には、コントローラIC11は、タッチ操作なされたことをホスト機器12に通知すると共に、タッチ操作がなされた位置座標の情報をホスト機器12に出力する。一方、コントローラIC11は、押圧操作が行われたと判断した場合には、押圧操作がなされたことをホスト機器12に通知すると共に、押圧操作なされた位置座標の情報をホスト機器12に出力する。更に、コントローラIC11が、押圧力(荷重)に関する情報をホスト機器12に出力するようにしてもよい。(Controller IC)
The
(ホスト機器)
ホスト機器12は、コントローラIC11から供給される情報に基づき、各種の処理を実効する。例えば、表示装置13に対する文字情報や画像情報などの表示、表示装置13に表示されたカーソルの移動、および画面のスクロールなどの処理を実行する。(Host device)
The
(表示装置)
表示装置13は、ホスト機器12から供給される映像信号や制御信号などに基づき、映像(画面)を表示する。表示装置13としては、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)ディスプレイ、電子ペーパーなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。(Display device)
The
[1.2 センサの構成]
センサ20は、図3Aに示すように、接地電極21と、接地電極21上に設けられた変形層22と、変形層22上に設けられた容量結合型のセンサ層30と、センサ層30上に設けられた表面層23とを備える。接地電極21、変形層22、センサ層30および表面層23は、可視光に対して透明性を有している。[1.2 Sensor configuration]
As shown in FIG. 3A, the
変形層22とセンサ層30との間は、図示しない貼合層により貼り合わされていている。また、センサ層30と表面層23との間も、図示しない貼合層により貼り合わされている。接地電極21は、変形層22の裏面に直接設けられていてもよいが、貼合層を介して貼り合わされていてもよい。
The
センサ20の両面のうち一方の面が、平面状の操作面20SAとなっている。以下では、センサ20の両主面のうち、操作面20SAとは反対側の主面を裏面20SBという。センサ層30の両主面のうち、操作面20SA側となる面を上面といい、裏面20SB側となる面を下面ということがある。また、操作面20SA内において互いに直交する軸をそれぞれX軸およびY軸といい、操作面20SAに垂直な軸をZ軸という。Z軸方向を上方といい、−Z軸方向を下方ということがある。
One of both sides of the
センサ20は、表示装置13の表示面上に設けられている。センサ20と表示装置13との間は、貼合層24により貼り合わされている。貼合層24は、接着剤により構成されている。接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤およびウレタン系接着剤などからなる群より選ばれる1種以上を用いることができる。本明細書において、粘着(pressure sensitive adhesion)は接着(adhesion)の一種と定義する。なお、変形層22とセンサ層30との間、およびセンサ層30と表面層23との間に設けられた貼合層も、貼合層24と同様の接着剤により構成されている。
The
センサ層30の上面に対向して接地電極が設けられていないのに対して、センサ層30の下面に対向して接地電極21が設けられている。すなわち、センサ20は、操作面20SA側においてはセンサ層30が外部に対して電界的に遮断されていないのに対して、裏面20SB側においてはセンサ層30が外部に対して電界的に遮断されている構成を有している。また、センサ20は、接地電極21とセンサ層30との間の距離が操作面20SAの押圧により変化可能な構成を有している。
While the ground electrode is not provided facing the upper surface of the
センサ20が上記構成を有しているため、電界的に遮断されていない側の操作面20SAに対して、導電体または接地された物体が近づくと、センサ層30により容量変化が検出される。また、操作面20SAが導電体または非導電体により押圧されると、接地電極21とセンサ層30との間の距離が変化するため、センサ層30により容量変化が検出される。
Since the
(接地電極)
接地電極21は、センサ20の裏面20SBを構成し、センサ20の厚さ方向にセンサ層30と対向して配置されている。接地電極21が、センサ層30などよりも高い曲げ剛性を有し、センサ20の支持プレートとして機能してもよい。本明細書において、接地電極21における接地とは、駆動ICのGND(グランド)に相当する意味を持っている。接地された物体は、必ずしもアースされている必要は無く、例えば人体のような所定の体積を有した導電体であってもよい(Ground electrode)
The
接地電極21は、接地された透明導電層である。接地電極21の材料としては、例えば、電気的導電性を有する金属酸化物材料、金属材料、炭素材料および導電性ポリマーなどからなる群より選ばれる1種以上を用いることができる。金属酸化物材料としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系などが挙げられる。金属材料としては、例えば、金属ナノ粒子、金属ワイヤーなどを用いることができる。それらの具体的材料としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンテル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛などの金属、またはこれらの合金などが挙げられる。炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルおよびナノホーンなどが挙げられる。導電性ポリマーとしては、例えば、置換または無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびこれらから選ばれる1種または2種からなる(共)重合体などを用いることができる。
The
接地電極21の形状としては、例えば、板状、箔状、薄膜状、メッシュ状などが挙げられるが、これに限定されるものではない。接地電極21が基材上に設けられていてもよい。この場合、基材は、可視光に対して透明性を有し、かつ可撓性を有するものである。基材の形状は、フィルム状であってもよいし、板状であってもよい。ここで、フィルムには、シートも含まれるものとする。
Examples of the shape of the
接地電極21がセンサ20の裏面20SBに設けられていることで、表示装置13などからの外部ノイズ(外部電場)が裏面20SB側からセンサ層30内に入り込むことを抑制できる。
Since the
(変形層)
変形層22は、接地電極21とセンサ層30との間を所定間隔で離間する。変形層22は、操作面20SAの押圧操作により弾性変形可能に構成されている。変形層22は、弾性体により構成された弾性層である。弾性体としては、例えば、発泡ゴムなどの柔軟性を有するものが好ましい。変形層22は、フィルム状または板状を有している。(Deformed layer)
The
(センサ層)
センサ層30は、操作面20SAに対するタッチ操作および押圧操作を検出可能なものである。センサ層30は、複数のセンシング部30Aを含んでいる。センシング部30Aは、タッチ操作および押圧操作による静電容量の変化を検出し、コントローラIC11に出力する。(Sensor layer)
The
センサ層30は、図3A、図3Bに示すように、基材31と、基材31の上面に設けられた複数の送信電極(第2電極)32と、基材31の下面に設けられた複数の受信電極(第1電極)33とを備える。複数の送信電極32は、全体としてストライプ状を有している。具体的には、複数の送信電極32は、Y軸方向に延設されるとともに、X軸方向に一定の間隔離して配置されている。複数の受信電極33は、全体としてストライプ状を有している。具体的には、複数の受信電極33は、X軸方向に延設されるとともに、Y軸方向に一定の間隔離して配置されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
操作面20SA側から見て、送信電極32が受信電極33よりも手前側に設けられている。送信電極32と受信電極33とは直交に交差するように配置されており、その交差部にセンシング部30Aが構成されている。Z軸方向から複数のセンシング部30Aを平面視すると、複数のセンシング部30Aは、マトリックス状に2次元的に配置されている。
When viewed from the operation surface 20SA side, the
送信電極32の一端から配線34が引き出され、基材31の周縁部に引き回れて図示しないフレキシブルプリント配線基板(Flexible Printed Circuit:FPC)に接続されている。受信電極33の一端からも配線35が引き出され、基材31の周縁部に引き回れて図示しないFPCに接続されている。
A
(基材)
基材31は、可撓性を有している。基材31は、例えば、フィルム状または板状を有する。基材31の材料としては、無機材料および有機材料のいずれも用いることができ、有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、例えば、公知の高分子材料を用いることができる。公知の高分子材料としては、具体的には例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル(TPEE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などが挙げられる。(Base material)
The
(送信電極、受信電極)
以下、図4、図5A〜図10Bを参照して、送信電極32および受信電極33の構成について説明する。送信電極32は、図4に示すように、線状を有する複数のサブ電極(第2サブ電極)32aにより構成されている。複数のサブ電極32aは、Y軸方向に延設されると共に、X軸方向に離して配置されている。X軸方向に隣接するサブ電極32aの間隔は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。(Transmission electrode, reception electrode)
Hereinafter, the configurations of the transmitting
受信電極33は、図4に示すように、線状を有する複数のサブ電極(第1サブ電極)33aにより構成されている。複数のサブ電極33aは、X軸方向に延設されると共に、Y軸方向に離して配置されている。Y軸方向に隣接するサブ電極33aの間隔は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
As shown in FIG. 4, the receiving
サブ電極32a、33aにより交差部30Bが構成される。操作面20SA側から見て、サブ電極32aがサブ電極33aよりも手前側に設けられている。コントローラIC11がサブ電極32a、33a間に電圧を印加すると、サブ電極32a、33aの交差部30Bが容量結合(電気力線)を形成する。センシング部30Aは、交差部30Bに含まれる複数の交差部30Bの容量変化の合算値を検出して、コントローラICに出力する。
The
サブ電極32a、33aの幅W1、W2は異なっており、サブ電極32aの幅W1がサブ電極33aの幅W2よりも広くなっている。このため、操作面20SAに垂直な方向(以下「Z軸方向」という。)、またはそれとは反対側の裏面20SBに垂直な方向(以下「−Z軸方向」という。)から交差部30Bを平面視すると、交差部30Bは、長さW1の長辺と長さW2の短辺とを持つ長方形状を有している。
The widths W1 and W2 of the sub-electrodes 32a and 33a are different, and the width W1 of the sub-electrode 32a is wider than the width W2 of the sub-electrode 33a. Therefore, the
Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合には、図7Aに示すように、交差部30Bの境界線C1、C2として交差部30Bの短辺が見える。一方、−Z軸方向から交差部を平面視した場合には、図8Aに示すように、交差部30Bの境界線D1、D2として交差部30Bの長辺が見える。したがって、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線D1、D2の長さL1(図8A参照)は、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線C1、C2の長さL2(図7A参照)よりも長くなっている。
When the
ここで、センシング部50Aの感度向上の原理について説明する。図10Aに示すように、対向配置された電極41、42の長さLが電極41、42間の距離Dに比べて大きい構成(以下「電極構成A」という。)と、図10Bに示すように、対向配置された電極41、42の長さLが電極41、42間の距離Dにほぼ等しい構成(以下「電極構成B」という。)とを想定する。
Here, the principle of improving the sensitivity of the sensing unit 50A will be described. As shown in FIG. 10A, the length L of the
対向配置された電極41、42の周囲から漏れる電気力線は、導電体の接近により影響を受ける。図10A、図10Bからわかるように、電極41、42間の電気力線43の総本数に対する電極41、42間の周囲から漏れる電気力線43の本数の割合は、電極構成Aよりも電極構成Bの方が大きい。このため、導電体の接近に対する影響を、電極構成Aよりも電極構成Bの方が受けやすい。すなわち、導電体の接近によって、電極構成Aよりも電極構成Bの方が容量変化しやすい。上記の特徴を考慮すると、交差部30Bは、上方よりも下方の方が導電体の接近の影響を受けやすいことがわかる(図7B、図8B参照)。
The lines of electric force leaking from the periphery of the
第1の実施形態に係るセンサ20では、サブ電極32a、33a間の距離Dおよび長方形状の交差部30Bの辺の長さL1、L2(すなわちサブ電極32a、33aの幅W1、W2)の3つのパラメータを感度調整の主要なパラメータ(感度調整の影響因子)としている。これ以外に、基材31、変形層22および表面層23をそれぞれ構成する材料の誘電率、変形層22の厚みBDおよび表面層の厚みFDなどを感度調整のパラメータとしてもよい。
In the
並行に配置されたサブ電極32a、33a間の静電容量は、サブ電極32a、33a間の誘電率をε、交差部30Bの面積をS(=L1×L2)、サブ電極32a、33a間の距離をDとすると、静電容量Cは以下の式により求められる。
C=εS/D=ε(L1×L2)/DThe capacitance between the sub-electrodes 32a and 33a arranged in parallel is such that the dielectric constant between the sub-electrodes 32a and 33a is ε, the area of the
C = εS / D = ε (L1 × L2) / D
サブ電極32a、33a間の距離Dが辺の長さL1、L2に対して非常に小さい場合(図10Aの模式図に示すような構成の場合)、サブ電極32a、33aの周縁からの電気力線の漏れの影響は無視できるため、上記の式により静電容量を精度良く計算することができる。これに対して、サブ電極32a、33a間の距離Dと辺の長さL1、L2とがほぼ等しい場合(図10Bの模式図に示すような構成の場合)、サブ電極32a、33aの周縁からの電気力線の漏れの影響が大きく、上記の式により求められる静電容量と実際の静電容量との間に差が生じる。 When the distance D between the sub-electrodes 32a and 33a is very small with respect to the side lengths L1 and L2 (in the case of the configuration as shown in the schematic diagram of FIG. 10A), the electric force from the peripheral edges of the sub-electrodes 32a and 33a. Since the effect of wire leakage can be ignored, the capacitance can be calculated accurately by the above formula. On the other hand, when the distance D between the sub-electrodes 32a and 33a and the side lengths L1 and L2 are substantially equal (in the case of the configuration as shown in the schematic diagram of FIG. 10B), from the peripheral edge of the sub-electrodes 32a and 33a. The influence of the leakage of the electric lines of force is large, and a difference occurs between the capacitance obtained by the above formula and the actual capacitance.
第1の実施形態に係るセンサ20では、図7A、図7Bに示すように、Z軸方向から容量結合部を平面視すると、容量結合部を構成するサブ電極(上部電極)32a、サブ電極(下部電極)33aの長さL1、M1は、(容量結合部を構成するサブ電極32aの長さL1)<(容量結合部を構成するサブ電極33aの長さM1)となっている。
In the
一方、図8A、図8Bに示すように、−Z軸方向から容量結合部を平面視すると、容量結合部を構成するサブ電極(上部電極)32a、サブ電極(下部電極)33aの長さL2、M2は、(容量結合部を構成するサブ電極33aの長さL2)<(容量結合部を構成するサブ電極32aの長さM2)となっている。 On the other hand, as shown in FIGS. 8A and 8B, when the capacitive coupling portion is viewed in a plan view from the −Z axis direction, the length L2 of the sub-electrode (upper electrode) 32a and the sub-electrode (lower electrode) 33a constituting the capacitive coupling portion. , M2 is (length L2 of the sub-electrode 33a constituting the capacitive coupling portion) <(length M2 of the sub-electrode 32a constituting the capacitive coupling portion).
したがって、第1の実施形態に係るセンサ20では、交差部30Bの面積S(L1×L2)よりも大きな面30Cで容量結合しており、図7A、図7B、図8A、図8Bに示すように、交差部30Bの対向面積S1と、容量結合している実効面積(面30Cの面積)S2とは、S1<S2となる。
Therefore, in the
容量結合したサブ電極32a、33a間では、所定の周波数の電気信号が容量結合によって送受信される。このような状態にある交差部30Bに接地電極21が近づくと、信号の一部が接地電極21に流れ、サブ電極32a、33a間の信号のやり取りが減少する(エネルギーの一部が接地電極21に漏洩する)、別言すると、結合容量が減少するということになる。
Between the capacitively coupled sub-electrodes 32a and 33a, an electric signal having a predetermined frequency is transmitted and received by the capacitive coupling. When the
上述のように、サブ電極32aの幅W1(=L1)とサブ電極33aの幅W2(=L2)とを異ならせて、交差部30Bの形状を長方形状にしているので、図9A、図9Bに示すように、操作面20SAに接近する導電体(例えば指など)と、センサ20の裏面20SB側に設けられた接地電極21とでは、電気力線の漏れが生じる辺の長さL1、L2が異なる。
As described above, the width W1 (= L1) of the sub-electrode 32a and the width W2 (= L2) of the sub-electrode 33a are made different so that the shape of the
図9Aに示すように、Z軸方向から交差部30Bを平面視すると、交差部30Bの両短辺側の部分36で電気力線が大きく漏れている。一方、図9Bに示すように、−Z軸方向から交差部30Bを平面視すると、交差部30Bの両長辺側の部分37で電気力線が大きく漏れている。
As shown in FIG. 9A, when the
図9A、図9Bからわかるように、上述の構成を有する交差部30Bでは、電気力線は、操作面20SA側よりも裏面20SB側に流れやすくなっている。したがって、交差部30Bの電気力線は、操作面20SAに接近または接触する導電体よりも、接地電極21に流れやすい。すなわち、上述の構成を有する交差部30Bでは、センシング部30Aの下方の感度が向上するのに対して、センシング部30Aの上方の感度が低下する。このように、サブ電極32a、33aの幅W1、W2を変えることにより、接地電極21に対するセンシング部30Aの感度と、操作面20SAに接近または接触する導電体に対するセンシング部30Aの感度とを変えることが可能になる。
As can be seen from FIGS. 9A and 9B, in the
第1の実施形態に係るセンサ20では、サブ電極32a、33a間の距離Dと、交差部30Bの長辺の長さL1の関係とが、L1<2×Dの関係を満たす場合に、上述の感度調整の効果が特に顕著に発現する。例えば、サブ電極32a、33a間の距離D=250μmの場合、サブ電極32aの幅L1<500μmであることが好ましい。
In the
また、サブ電極32a、33a間の距離Dと、交差部30Bの長辺の長さL1、L2が、D>L1、L2の関係を満たすことが好ましい。例えば、D=250μmのとき、L1=150μmとすることが好ましい。
Further, it is preferable that the distance D between the sub-electrodes 32a and 33a and the lengths L1 and L2 of the long sides of the
L1とL2の比率は、目的とするセンシング部30Aの感度に応じて設定すればよく、特に限定されるものではない。一例として挙げるならば、L1≒0.5×L2である。具体的にはL2=200μmの場合、L1≒100μmである。
The ratio of L1 and L2 may be set according to the sensitivity of the
サブ電極32a、33aは、可視光に対して透明性を有する透明電極である。サブ電極32a、33aの材料としては、上述の接地電極21と同様の材料を挙げることができる。
サブ電極32a、33aの形成方法としては、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷などの印刷法、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニング法を用いることができる。The sub-electrodes 32a and 33a are transparent electrodes having transparency to visible light. Examples of the materials of the sub-electrodes 32a and 33a include the same materials as those of the above-mentioned
As a method for forming the sub-electrodes 32a and 33a, for example, a printing method such as screen printing, gravure printing, gravure offset printing, flexographic printing, inkjet printing, or a patterning method using a photolithographic technique can be used.
(表面層)
表面層23は、操作面20SAを有し、押圧操作により操作面20SAが押圧された場合にもほぼ一定の厚みを維持可能に構成されている。表面層23は、可視光に対して透明性を有し、かつ可撓性を有する基材である。基材の形状は、フィルム状であってもよいし、板状であってもよい。基材の材料としては、上記の基材31と同様のものが挙げられる。なお、表面層23が、コーティング層であってもよい。(Surface layer)
The
[1.3 操作時のセンサの出力信号]
以下、図11を参照して、操作時におけるセンサ20からの出力信号について説明する。ここで、出力信号は、各センシング部30Aにて検出された静電容量の変化に応じたものである。[1.3 Sensor output signal during operation]
Hereinafter, the output signal from the
図11に示すように、操作面20SAに対して指などの導電体により操作がなされる場合(曲線(A))と、操作面20SAに対してスタイラスなどの非導電体により操作がなされる場合(曲線(B))とでは、センサ20からの出力信号が異なる。
As shown in FIG. 11, when the operation surface 20SA is operated by a conductor such as a finger (curve (A)) and when the operation surface 20SA is operated by a non-conductor such as a stylus. The output signal from the
導電体が操作面20SAに近づくに従って出力信号が増加し、導電体が操作面20SAに接触する程度まで近づくと出力信号が急激に増加する。導電体が操作面20SAに接触後、導電体により操作面20SAが押圧されると、押圧力の増加に伴って出力信号が増加する。 The output signal increases as the conductor approaches the operation surface 20SA, and the output signal sharply increases as the conductor approaches the operation surface 20SA. When the operating surface 20SA is pressed by the conductor after the conductor comes into contact with the operating surface 20SA, the output signal increases as the pressing force increases.
非導電体が操作面20SAに近づいても出力信号は変化せず、非導電体が操作面20SAに接触し、非導電体により操作面20SAが押圧されると、押圧力の増加に伴って出力信号が増加する。 The output signal does not change even when the non-conductor approaches the operation surface 20SA, and when the non-conductor comes into contact with the operation surface 20SA and the operation surface 20SA is pressed by the non-conductor, the output is accompanied by an increase in pressing force. The signal increases.
コントローラIC11は、センサ20からの出力信号に対して閾値A、閾値Bを有している。閾値Aは、例えば、導電体の接近により出力信号が急激に増加する範囲に設定される。閾値Bは、例えば、導電体が操作面20SAに接触したときの出力信号値よりも大きく、かつ、非導電体による操作面20SAの押圧を検出可能な範囲に設定される。なお、コントローラICが複数の閾値Bを有し、これらの閾値Bにより押圧力の強弱を段階的に検出してもよい。
The
コントローラIC11は、センサ20からの出力信号が閾値Aを超え、閾値B以下である場合には、操作面20SAにタッチ操作がなされたと判断する。一方、コントローラIC11は、センサ20からの出力信号が閾値Bを超えた場合には、操作面20SAに対して押圧操作がなされたと判断する。
When the output signal from the
[1. 4 センサの動作]
以下、図12A〜図12Cを参照して、タッチ操作および押圧操作時におけるセンサ20の動作について説明する。なお、図12A、図12BはXZ断面を示しているのに対して、図12CはYZ断面を示している。[1. 4 Sensor operation]
Hereinafter, the operation of the
コントローラIC11がサブ電極32a、33a間に電圧を印加すると、図12Aに示すように、各交差部30Bにてサブ電極32a、33aが電気力線(容量結合)を形成する。
When the
図12Bに示すように、指などの導電体51が操作面20SAに接近または接触すると、交差部30Bの短辺側から漏れる電気力線が導電体51に流れて、交差部30Bの静電容量が変化する。センシング部30Aを構成する複数の交差部30Bの静電容量変化の合算値がセンサ20からコントローラIC11に出力信号として供給される。コントローラIC11は、センサ20から供給される出力信号に基いて、タッチ操作が行われたことを判断すると共に、タッチ操作がなされた位置を検出し、その結果をホスト機器12に通知する。
As shown in FIG. 12B, when a
図12Cに示すように、スタイラスなどの非導電体52により操作面20SAが押圧されると、表面層23とセンサ層30とが接地電極21に向けて撓み、変形層22が変形する。これにより、センサ層30が接地電極21に近づき、交差部30Bの長辺側から漏れる電気力線が接地電極21に流れて、交差部30Bの静電容量が変化する。センシング部30Aを構成する複数の交差部30Bの静電容量変化の合算値がセンサ20からコントローラIC11に出力信号として供給される。コントローラIC11は、センサ20から供給される出力信号に基いて、押圧操作が行われたことを判断すると共に、押圧操作がなされた位置を検出し、その結果をホスト機器12に通知する。
As shown in FIG. 12C, when the operation surface 20SA is pressed by a non-conductor 52 such as a stylus, the
なお、導電体51により操作面20SAが押圧された場合には、交差部30Bの短辺側から漏れる電気力線が導電体51に流れると共に、交差部30Bの長辺側から漏れる電気力線が接地電極21に流れることになる。
When the operation surface 20SA is pressed by the
[1.5 効果]
第1の実施形態に係るセンサ20は、タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサであり、接地電極21と、接地電極21上に設けられ、複数のサブ電極33aにより構成される受信電極33と、受信電極33上に設けられ、複数のサブ電極32aにより構成される送信電極32とを備える。送信電極32上に操作面20SAが設けられ、サブ電極32a、33aにより交差部30Bが構成される。接地電極21側から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL1が、操作面20SA側から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL2よりも長い。これにより、非導電体による押圧操作の感度を向上し、かつ導電体による押圧操作の感度を低減できる。したがって、非導電体による押圧操作と導電体による押圧操作との感度バランスを調整することができる。また、導電体によるタッチ操作の感度も低減できる。したがって、非導電体による押圧操作と導電体によるタッチ操作との感度バランスも調整することができる。[1.5 effect]
The
また、第1の実施形態に係るセンサ20では、長方形状の交差部30Bの辺の長さL1、L2、すなわちサブ電極32a、33bの幅W1、W2により、センサ層30の上下方向の感度を変えることができる。したがって、寸法制約やプロセス制約などの設計上の制約をあまり受けずに、センサ層30の上下方向の感度を調整することができる。すなわち、センサ20の設計自由度を損なわずに、センサ層30の上下方向の感度を調整することができる。
Further, in the
また、第1の実施形態に係るセンサ20では、一般的なタッチパネルやタッチパッドのように指などの導電体(接地された物体)によるタッチ操作を検出することが可能である。また、導電体または非導電帯により押圧操作も検出可能である。更に、一般的なタッチパネルやタッチパッドが乾燥した指や爪先などの検出を苦手としているのに対して、第1の実施形態に係るセンサ20では、押圧力による容量変化を検出することも可能であるため、乾燥した指や爪先などを検出することもできる。
Further, the
[1.6 変形例]
(変形例1)
上述の第1の実施形態では、サブ電極32a、33aが異なる幅W1、W2を有するようにすること、すなわち交差部30Bの形状を長方形状とすることで、操作感度を変える場合について説明したが、これ以外の構成により操作感度を変えるようにしてもよい。例えば、センサ層30の上面と操作面20SAとの間の距離、およびセンサ層30の下面と接地電極21の上面との間の距離を変えることで、タッチ操作と押圧操作との操作感度を変えるようにしてもよい。[1.6 Deformation example]
(Modification example 1)
In the first embodiment described above, the case where the sub-electrodes 32a and 33a have different widths W1 and W2, that is, the shape of the
以下、変形層22の厚さBDおよび表面層23の厚さFDを変えることによる操作感度の調整について説明する。ここでは、図3Aに示すように、センサ20の総厚は、FD+D+BDと仮定する。なお、Dはセンサ層30の厚みである。また、以下の説明において、参考例のセンサとは、W1=W2(L1=L2)、FD=BDの関係を満たす以外の点では第1の実施形態に係るセンサ20と同様の構成を有するものをいう。
Hereinafter, the adjustment of the operation sensitivity by changing the thickness BD of the
タッチ操作感度を向上させるためには、FDは小さく、BDは大きいことが好ましい。例えば、FD、BDがFD<BDの関係を満たすことが好ましい。一方、押圧操作の感度を向上させるためには、FDは大きく、BDは小さいことが好ましい。例えば、FD、BDがFD>BDの関係を満たすことが好ましい。但し、押圧操作の感度の場合には、押圧力(操作荷重)に対するBDの変化率が感度に影響を与えるので、変形層22、センサ層30、表面層23の曲げ剛性を考慮することが好ましい。
In order to improve the touch operation sensitivity, it is preferable that the FD is small and the BD is large. For example, it is preferable that FD and BD satisfy the relationship of FD <BD. On the other hand, in order to improve the sensitivity of the pressing operation, it is preferable that the FD is large and the BD is small. For example, it is preferable that FD and BD satisfy the relationship of FD> BD. However, in the case of the sensitivity of the pressing operation, the rate of change of the BD with respect to the pressing pressure (operating load) affects the sensitivity, so it is preferable to consider the bending rigidity of the
一般的なタッチセンサでは、導電体による操作時のセンサ出力は、操作荷重に対して図13に示す曲線(a)のように変化する。すなわち、一般的なタッチセンサでは、導電体が操作面に近づいてくると、操作面と導電体の空気層を介した電気力線(電界)の漏れによりセンサ出力が徐々に増加し、空気層の厚みがほぼゼロ、すなわち導電体が操作面に接触する程度まで接近すると、センサ出力が一気に増加する。接触後に、導電体は操作荷重によって導電体の一部(例えば指先など)が変形して接触面積が増加するので、センサ出力は僅かながら増加する。 In a general touch sensor, the sensor output during operation by the conductor changes as shown in the curve (a) shown in FIG. 13 with respect to the operating load. That is, in a general touch sensor, when the conductor approaches the operation surface, the sensor output gradually increases due to leakage of electric lines of force (electric field) through the operation surface and the air layer of the conductor, and the air layer. When the thickness of the sensor is almost zero, that is, when the conductor approaches the operation surface, the sensor output increases at once. After the contact, a part of the conductor (for example, a fingertip) is deformed by the operating load of the conductor to increase the contact area, so that the sensor output is slightly increased.
一方、参考例のセンサでは、接触後の荷重によってBDが変化するため、導電体による操作時のセンサ出力は、操作荷重に対して図13に示す曲線(b)のように大きく変化する。また、参考例のセンサでは、非導電体による押圧操作も検出可能であり、非導電体による操作時のセンサ出力は、操作荷重に対して図14Aに示す曲線(c)に示すように変化する。 On the other hand, in the sensor of the reference example, since the BD changes depending on the load after contact, the sensor output at the time of operation by the conductor changes greatly with respect to the operation load as shown in the curve (b) shown in FIG. Further, the sensor of the reference example can also detect the pressing operation by the non-conductor, and the sensor output during the operation by the non-conductor changes as shown in the curve (c) shown in FIG. 14A with respect to the operation load. ..
図14Aから明らかなように、参考例のセンサでは、原理的に、(導電体に対するセンサ出力)>(非導電体に対するセンサ出力)となり、導電体と非導電体とによる操作感度の差が大きい。このため、参考例のセンサにおいては、この操作感度の差を抑制することが望ましい。 As is clear from FIG. 14A, in the sensor of the reference example, in principle, (sensor output for the conductor)> (sensor output for the non-conductor), and the difference in operating sensitivity between the conductor and the non-conductor is large. .. Therefore, in the sensor of the reference example, it is desirable to suppress this difference in operating sensitivity.
上記の操作感度の差を抑制するためには、FD、BDがFD>BDの関係を満たすことが好ましい。この関係を満たすセンサは、参考例のセンサに比べて非導電体による操作感度を向上し、かつ参考例のセンサに比べて導電体による操作感度を低減できる。これにより、導電体および非導電体による操作時のセンサ出力を、図14Bの曲線(b’)、(c’)に示すように変化させることができる。したがって、導電体と非導電体とによる操作感度の差を抑制することができる。 In order to suppress the above difference in operating sensitivity, it is preferable that FD and BD satisfy the relationship of FD> BD. A sensor satisfying this relationship can improve the operation sensitivity by the non-conductor as compared with the sensor of the reference example, and can reduce the operation sensitivity by the conductor as compared with the sensor of the reference example. As a result, the sensor output during operation by the conductor and the non-conductor can be changed as shown in the curves (b') and (c') of FIG. 14B. Therefore, it is possible to suppress the difference in operating sensitivity between the conductor and the non-conductor.
センサ層の総厚(=FD+D+BD)を100とすると、BDの厚みは、(0.1×D)以上(0.5×D)以下であることが好ましい。また、FDの厚みは、(1.1×BD)以上(2×BD)以下であることが好ましい。 Assuming that the total thickness of the sensor layer (= FD + D + BD) is 100, the thickness of the BD is preferably (0.1 × D) or more and (0.5 × D) or less. Further, the thickness of the FD is preferably (1.1 × BD) or more and (2 × BD) or less.
更に上述の第1の実施形態に係るセンサ20のように、サブ電極32a、33aの幅W1、W2がW1>W2の関係を満たすようにすることで、導電体および非導電体の操作時のセンサ出力を、図14Cの曲線(b’’)、(c’’)に示すように変化させることができる。したがって、導電体と非導電体との操作感度の差をさらに抑制することができる。
Further, as in the
また、基材31を構成する材料の誘電率εD、表面層23を構成する材料の誘電率εFD、および変形層22を構成する材料の誘電率εBDを設定することで、操作感度を調整するようにしてもよい。タッチ操作の感度を向上するためには、εD、εFDがεD<εFDの関係を満たすことが好ましい。一方、押圧操作の感度を向上するためには、εD、εBDがεD<εBDの関係を満たすことが好ましい。Further, by setting the dielectric constant ε D of the material constituting the base material 31, the dielectric constant ε FD of the material constituting the
(変形例2)
第1の実施形態では、Z軸方向から平面視された交差部30Bの形状が長方形状である場合について説明したが、Z軸方向から平面視された交差部30Bの形状はこれに限定されるものではなく、長さL1、L2がL1>L2の関係を満たす形状であればよい。このような関係を満たしていれば、第1の実施形態と同様に非導電体による押圧操作の感度を向上し、かつ導電体による押圧操作の感度を低減できる。(Modification 2)
In the first embodiment, the case where the shape of the
Z軸方向から交差部30Bを平面視すると、図15A、図16Aに示すように、交差部30Bの境界線C1、C2が見える。一方、裏面20SBに垂直な方向から交差部30Bを平面視すると、図15B、図16Bに示すように、交差部30Bの境界線D1、D2が見える。交差部30Bの境界線D1、D2の長さL1は、交差部30Bの境界線C1、C2の長さL2よりも長くなっている。ここで、交差部30Bは、境界線C1、C2、D1、D2により囲まれる部分である。
When the
図15A、図15Bでは、交差部30Bの境界線D1、D2が、円弧状を有している例が示されている。図16A、図16Bでは、交差部30Bの境界線D1、D2が、長方形状を有している例が示されている。この場合、電極形成時におけるサブ電極32a、33aの位置ズレを抑制することが好ましい。図17A、図17Bに示すように、サブ電極32a、33aの位置ズレが大きくなると、交差部30Bの形状が目的とする形状とは異なってしまう。このため、結合容量のバラツキや、上下方向の感度にバラツキが発生して、所望の特性が得られなくなる虞がある。
15A and 15B show an example in which the boundary lines D1 and D2 of the
(変形例3)
長方形状を有する交差部30Bの向きは、図18Aに示すように、長さL1の長辺がX軸と平行となるように設定されていてもよいし、図18Bに示すように、長さL1の長辺がY軸と平行となるように設定されていてもよい。具体的には、図18Aに示すように、操作面20SAの側から見て、サブ電極32aをサブ電極33aよりも手前側に設け、サブ電極32aの幅W1をサブ電極33aの幅W2よりも広くするようにしてもよい。あるいは、図18Bに示すように、操作面20SAの側から見て、サブ電極33aをサブ電極32aよりも手前側に設け、サブ電極33aの幅W2をサブ電極32aの幅W1よりも広くするようにしてもよい。(Modification example 3)
The orientation of the
操作物体の接触面または荷重面の形状は必ずしもほぼ円形になるとは限らない。例えば、図18A、図18Bに示すように、操作物体の接触/荷重面A1の形状がほぼ楕円形状などになる場合がある。対象とする操作物体の接触/荷重面A1の形状に合わせ、交差部30Bの長辺の向きをX軸方向またはY軸方向に設定することで、座標位置の検出精度を向上するようにしてもよい。
The shape of the contact surface or load surface of the operating object is not always substantially circular. For example, as shown in FIGS. 18A and 18B, the shape of the contact / load surface A1 of the operating object may be substantially elliptical. Even if the direction of the long side of the
(変形例4)
図19に示すように、変形層22に代えて、複数の柱状体22bを備える変形層22aを採用してもよい。この場合、接地電極21が基材21a上に設けられて、電極基材が構成されていてもよい。変形層22aが、接地電極21とセンサ層30との周縁部間に連続的または断続的に設けられた枠部22cをさらに備えていてもよい。柱状体22bの配置形態としては、例えば特許文献1に記載の配置形態を採用することができる。(Modification example 4)
As shown in FIG. 19, instead of the
(変形例5)
操作面20SAは、平面状に限られず、曲面または屈曲面であってもよい。この場合、センサ20の全体形状が湾曲または屈曲した形状であってもよい。(Modification 5)
The operation surface 20SA is not limited to a flat surface, but may be a curved surface or a bent surface. In this case, the overall shape of the
(変形例6)
送信電極32および受信電極33は、サブ電極により構成された複数の単位電極体と、隣接する単位電極体間を連結する複数の連結部材とを備え、送信電極32と受信電極33との単位電極体の重なりによりセンシング部30Aが構成されていてもよい。この場合、サブ電極により構成される単位電極体は、例えば、櫛歯状、メッシュ状、同心状または螺旋状などを有していてもよい。(Modification 6)
The transmitting
(変形例7)
操作面20SA側から見て、受信電極33が送信電極32よりも手前側に設けられた構成を採用してもよい。この場合、受信電極33の幅W2を送信電極32の幅W1よりも広くすればよい。(Modification 7)
A configuration may be adopted in which the receiving
(変形例8)
上述の第1の実施形態では、電子機器10がタブレット型コンピュータである場合について説明したが、本技術はこの例に限定されるものではない。例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなど携帯電話、テレビ、カメラ、携帯ゲーム機器、カーナビゲーションシステム、ウェアラブル機器などの電子機器に本技術を適用してもよい。(Modification 8)
In the first embodiment described above, the case where the
<2 第2の実施形態>
[2.1 センサの構成]
本技術の第2の実施形態に係るセンサ120は、図20に示すように、センサ層30と表面層23との間に設けられた変形層25をさらに備えている点において、第1の実施形態に係るセンサ20とは異なっている。なお、第2の実施形態において第1の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。<2 Second embodiment>
[2.1 Sensor configuration]
As shown in FIG. 20, the
変形層25は、センサ層30と表面層23との間を所定間隔で離間する。変形層25は、フィルム状または板状を有している。変形層25は、弾性体により構成された弾性層であり、操作面20SAの押圧操作により弾性変形可能に構成されている。弾性体としては、変形層22と同様のものを用いることができる。変形層22、25のヤング率は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。変形層22のヤング率が変形層25のヤング率に比べて大きくてもよいし、変形層25のヤング率が変形層22のヤング率に比べて大きくてもよい。すなわち、操作面20SAに加えられる荷重に対して変形層25が変形層22に比べて変形しやすくてもよいし、操作面20SAに加えられる荷重に対して変形層22が変形層25に比べて変形しやすくてもよい。
The
[2.2 センサの動作]
以下、図21A〜図21Cを参照して、タッチ操作および押圧操作時におけるセンサ120の動作について説明する。ここでは、操作面20SAに加えられる荷重に対して変形層25が変形層22に比べて変形しやすい場合について説明する。なお、図21A、図21BはXZ断面を示しているのに対して、図21CはYZ断面を示している。[2.2 Sensor operation]
Hereinafter, the operation of the
図21Aに示すように、指などの導電体51が操作面20SAに接近または接触すると、交差部30Bの短辺側から漏れる電気力線が導電体51に流れて、交差部30Bの静電容量が変化する。
As shown in FIG. 21A, when a
図21Bに示すように、導電体51により操作面20SAが押圧されると、表面層23がセンサ層30に向けて撓み、変形層25が変形する。これにより、導電体51がセンサ層30に近づき、交差部30Bの短辺側から導電体51に流れる電気力線が増加して、サブ電極32a、33a間の容量変化が増大する。また、図21Cに示すように、押圧力(荷重)を更に増加させると、表面層23とセンサ層30とが接地電極21に向けて撓み、変形層22が変形する。これにより、センサ層30が接地電極21に近づき、交差部30Bの長辺側から漏れる電気力線が接地電極21に流れて、交差部30Bの静電容量が変化する。
As shown in FIG. 21B, when the operation surface 20SA is pressed by the
[2.3 効果]
第2の実施形態に係るセンサ120では、センサ層30と表面層23との間に変形層25が備えられているため、導電体51による押圧操作の感度を調整することができる。[2.3 effect]
In the
[2. 4 変形例]
(変形例1)
変形層22、25として、複数の柱状体を備える変形層を採用してもよい。柱状体の配置形態としては、例えば特許文献1に記載の配置形態を採用することができる。[2. 4 Modification example]
(Modification example 1)
As the
(変形例2)
センサ層30と表面層23との間に変形層25を備える代わりに、表面層23として変形層25の機能を兼ねるものを用いてもよい。(Modification 2)
Instead of providing the
(その他の変形例)
第2の実施形態に係るセンサ120に対して、第1の実施形態の変形例にて説明した構成を適用してもよい。(Other variants)
The configuration described in the modified example of the first embodiment may be applied to the
<3 第3の実施形態>
[3.1 センサの構成]
本技術の第3の実施形態に係るセンサ220は、図22に示すように、変形層25と表面層23との間に設けられた接地電極26をさらに備えている点において、第2の実施形態に係るセンサ120とは異なっている。なお、第3の実施形態において第2の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。<3 Third embodiment>
[3.1 Sensor configuration]
As shown in FIG. 22, the
第3の実施形態に係るセンサ220は、操作面20SAに対する押圧操作を検出するものである。センサ層30の下面に対向して接地電極21が設けられていると共に、センサ層30の上面に対向して接地電極26が設けられる。したがって、容量結合型のセンサ層30は、操作面20SAおよび裏面20SBの両側において、外部に対して電界的に遮断されている。接地電極26の構成は、接地電極21と同様である。
The
[3.2 センサの動作]
以下、図23A〜図23Cを参照して、押圧操作時におけるセンサ220の動作について説明する。ここでは、指などの導電体51により操作面20SAを押圧操作する場合について説明するが、スタイラスペンなどの非導電体により操作面20SAが押圧操作されてもよい。なお、図23A、図23BはXZ断面を示しているのに対して、図23CはYZ断面を示している。[3.2 Sensor operation]
Hereinafter, the operation of the
コントローラIC11がサブ電極32a、33a間に電圧を印加すると、図23Aに示すように、各交差部30Bにてサブ電極32a、33aが電気力線(容量結合)を形成する。
When the
導電体51により操作面20SAが押圧されると、図23Bに示すように、表面層23および接地電極26が撓み、変形層25が変形する。これにより、接地電極26がセンサ層30に近づき、交差部30Bの短辺側から漏れる電気力線が接地電極26に流れる。
When the operation surface 20SA is pressed by the
また、操作面20SAに加えられた押圧力が表面層23、接地電極26および変形層25を介してセンサ層30の上面に加わり、図23Cに示すように、センサ層30が接地電極21に向けて撓み、変形層22が変形する。これにより、センサ層30が接地電極21に近づき、交差部30Bの長辺側から漏れる電気力線が接地電極21に流れる。
Further, the pressing force applied to the operation surface 20SA is applied to the upper surface of the
上述のように電気力線が交差部30Bの短辺側、長辺側から接地電極26、21にそれぞれ流れることで、交差部30Bの静電容量が変化する。
As described above, the electric field lines flow from the short side side and the long side side of the
[3.3 効果]
第3の実施形態に係るセンサでは、−Z方向(接地電極21側)から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL1が、Z方向(操作面20SA側)から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL2よりも長い。これにより、接地電極21に対するセンサ層30の感度を向上し、かつ接地電極26に対するセンサ層30の感度を低減できる。したがって、センサ層30の上下の感度バランスを調整することができる。[3.3 effect]
In the sensor according to the third embodiment, the length L1 of the boundary line of the
[3.4 変形例]
(変形例1)
Z方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL2を、−Z方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの境界線の長さL1よりも長くしてもよい。具体的には、Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合、長方形状の交差部30Bの長辺が見えるのに対して、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合、長方形状の交差部30Bの短辺が見えるようにしてもよい。このような構成とするためには、操作面20SAから見て手前側となるサブ電極32aの幅W1を、操作面20SAから見て奥側となるサブ電極33aの幅W2よりも狭くするようにすればよい。[3.4 Deformation example]
(Modification example 1)
From the length L2 of the boundary line of the
上記構成を採用した場合には、接地電極21に対するセンサ層30の感度を低減し、かつ接地電極26に対するセンサ層30の感度を向上できる。したがって、センサ層30の上下の感度バランスを調整することができる。
When the above configuration is adopted, the sensitivity of the
(変形例2)
変形層22、25のヤング率が異なっていている場合には、変形層22、25のヤング率の違いに対応させて交差部30Bの辺の長さL1、L2を設定し、上下の接地電極21、26に対するセンサ層30の感度バランスを調整してもよい。具体的には、変形層22のヤング率が変形層25のヤング率に比べて大きい場合には、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さL1を、Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さをL2よりも大きくするようにしてもよい。一方、変形層25のヤング率が変形層22のヤング率に比べて大きい場合には、Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さをL2を、−Z軸方向から交差部30Bを平面視した場合に見える交差部30Bの辺の長さL1より大きくするようにしてもよい。(Modification 2)
When the Young's modulus of the
(その他の変形例)
第3の実施形態に係るセンサ220に対して、第1または第2の実施形態の変形例にて説明した構成を適用してもよい。(Other variants)
The configuration described in the modified example of the first or second embodiment may be applied to the
以上、本技術の実施形態およびその変形例について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Although the embodiment of the present technology and its modification have been specifically described above, the present technology is not limited to the above-described embodiment and its modification, and various modifications based on the technical idea of the present technology. Is possible.
例えば、上述の実施形態および変形例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。 For example, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. given in the above-described embodiments and modifications are merely examples, and if necessary, different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. May be used.
また、上述の実施形態およびその変形例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 In addition, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments and modifications thereof can be combined with each other as long as they do not deviate from the gist of the present technology.
また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
(1)
タッチ操作と押圧操作とを検出可能なセンサであって、
接地電極と、
前記接地電極上に設けられ、複数の第1サブ電極により構成される第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、複数の第2サブ電極により構成される第2電極と
を備え、
前記第2電極上に操作面が設けられ、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより交差部が構成され、
前記接地電極側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL1が、前記操作面側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサ。
(2)
前記長さL1と、前記第1サブ電極および前記第2サブ電極間の距離Dとが、L1<2×Dの関係を満たす(1)に記載のセンサ。
(3)
前記操作面側から前記交差部を平面視すると、長方形状を有している(1)または(2)に記載のセンサ。
(4)
前記第2サブ電極の幅は、前記第1サブ電極の幅よりも広い(1)から(3)のいずれかに記載のセンサ。
(5)
前記第2電極が送信電極であり、前記第1電極が受信電極である(1)から(4)のいずれかに記載のセンサ。
(6)
前記接地電極と前記第1電極との間に設けられ、前記操作面の押圧により変形する変形層をさらに備える(1)から(5)のいずれかに記載のセンサ。
(7)
前記接地電極と前記第1電極との間に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第1変形層と、
前記第2電極上に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第2変形層と
をさらに備える(1)から(5)のいずれかに記載のセンサ。
(8)
前記第2電極上に設けられ、前記操作面を有する表面層をさらに備え、
前記表面層の厚みが、前記変形層の厚みよりも厚い(6)に記載のセンサ。
(9)
前記変形層は、弾性体により構成されている(6)または(8)に記載のセンサ。
(10)
前記変形層は、複数の柱状体により構成されている(6)、(8)または(9)に記載のセンサ。
(11)
押圧操作を検出可能なセンサであって、
第1接地電極と、
前記第1接地電極上に設けられ、複数の第1サブ電極により構成される第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、複数の第2サブ電極により構成される第2電極と、
前記第2電極上に設けられた第2接地電極と
を備え、
前記第2接地電極上に操作面が設けられ、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより交差部が構成され、
前記第1接地電極側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL1が、前記操作面側から前記交差部を平面視した場合に見える前記交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサ。
(12)
(1)から(11)のいずれかに記載のセンサを備える電子機器。In addition, the present technology can also adopt the following configurations.
(1)
It is a sensor that can detect touch operation and pressing operation.
Ground electrode and
A first electrode provided on the ground electrode and composed of a plurality of first sub-electrodes,
A second electrode provided on the first electrode and composed of a plurality of second sub-electrodes is provided.
An operation surface is provided on the second electrode, and an operation surface is provided.
An intersection is formed by the first sub-electrode and the second sub-electrode.
The length L1 of the boundary line of the intersection seen when the intersection is viewed in a plan view from the ground electrode side is the length of the boundary line of the intersection seen when the intersection is viewed in a plan view from the operation surface side. A sensor longer than L2.
(2)
The sensor according to (1), wherein the length L1 and the distance D between the first sub-electrode and the second sub-electrode satisfy the relationship of L1 <2 × D.
(3)
The sensor according to (1) or (2), which has a rectangular shape when the intersection is viewed in a plan view from the operation surface side.
(4)
The sensor according to any one of (1) to (3), wherein the width of the second sub-electrode is wider than the width of the first sub-electrode.
(5)
The sensor according to any one of (1) to (4), wherein the second electrode is a transmitting electrode and the first electrode is a receiving electrode.
(6)
The sensor according to any one of (1) to (5), further comprising a deformable layer provided between the ground electrode and the first electrode and deformed by pressing the operation surface.
(7)
A first deformation layer provided between the ground electrode and the first electrode and deformed by pressing the operation surface,
The sensor according to any one of (1) to (5), further comprising a second deformation layer provided on the second electrode and deformed by pressing the operation surface.
(8)
A surface layer provided on the second electrode and having the operation surface is further provided.
The sensor according to (6), wherein the thickness of the surface layer is thicker than the thickness of the deformed layer.
(9)
The sensor according to (6) or (8), wherein the deformed layer is made of an elastic body.
(10)
The sensor according to (6), (8) or (9), wherein the deformed layer is composed of a plurality of columnar bodies.
(11)
A sensor that can detect pressing operations
With the first ground electrode
A first electrode provided on the first ground electrode and composed of a plurality of first sub-electrodes, and a first electrode.
A second electrode provided on the first electrode and composed of a plurality of second sub-electrodes,
A second ground electrode provided on the second electrode is provided.
An operation surface is provided on the second ground electrode.
An intersection is formed by the first sub-electrode and the second sub-electrode.
The length L1 of the boundary line of the intersection seen when the intersection is viewed in a plan view from the first ground electrode side is the boundary line of the intersection seen when the intersection is viewed in a plan view from the operation surface side. A sensor longer than the length L2.
(12)
An electronic device including the sensor according to any one of (1) to (11).
10 電子機器
11 コントローラIC
12 ホスト機器
13 表示装置
20 センサ
20SA 操作面
20SB 裏面
21、26 接地電極
22 変形層(第1変形層)
25 変形層(第2変形層)
23 表面層
30 センサ層
30A センシング部
30B 交差部
31 基材
32 送信電極(第2電極)
32a サブ電極(第2サブ電極)
33 受信電極(第1電極)
33a サブ電極(第1サブ電極)10
12
25 Deformed layer (second deformed layer)
23
32a sub-electrode (second sub-electrode)
33 Receiving electrode (first electrode)
33a sub-electrode (first sub-electrode)
Claims (12)
接地電極と、
前記接地電極上に設けられた複数の第1電極と、
前記第1電極上に設けられた複数の第2電極と
を備え、
前記第2電極上に操作面が設けられ、
前記第1電極と前記第2電極との第1交差部にセンシング部が構成され、
各前記第1電極は、複数の第1サブ電極により構成され、
各前記第2電極は、複数の第2サブ電極により構成され、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより第2交差部が構成され、
前記接地電極側から前記第2交差部を平面視した場合に見える前記第2交差部の境界線の長さL1が、前記操作面側から前記第2交差部を平面視した場合に見える前記第2交差部の境界線の長さL2よりも長いセンサ。 It is a sensor that can detect touch operation and pressing operation.
Ground electrode and
A plurality of first electrodes provided on the ground electrode and
A plurality of second electrodes provided on the first electrode are provided.
An operation surface is provided on the second electrode, and an operation surface is provided.
A sensing unit is configured at the first intersection of the first electrode and the second electrode.
Each of the first electrodes is composed of a plurality of first sub-electrodes.
Each of the second electrodes is composed of a plurality of second sub-electrodes.
A second intersection is formed by the first sub-electrode and the second sub-electrode.
The length L1 of the boundary line of the second intersection seen when the second intersection is viewed in a plan view from the ground electrode side is the first visible when the second intersection is viewed in a plan view from the operation surface side. 2 Sensors longer than the length L2 of the boundary line at the intersection.
前記第2電極上に設けられ、前記操作面の押圧により変形する第2変形層と
をさらに備える請求項1から5のいずれか1項に記載のセンサ。 A first deformation layer provided between the ground electrode and the first electrode and deformed by pressing the operation surface,
The sensor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second deformable layer provided on the second electrode and deformed by pressing the operation surface.
前記表面層の厚みが、前記変形層の厚みよりも厚い請求項6に記載のセンサ。 A surface layer provided on the second electrode and having the operation surface is further provided.
The sensor according to claim 6, wherein the thickness of the surface layer is thicker than the thickness of the deformed layer.
前記制御部は、前記センシング部を構成する複数の前記第2交差部の静電容量変化の合算値を検出する請求項1から9のいずれか1項に記載のセンサ。 With more control
The sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit detects a total value of changes in capacitance of a plurality of the second intersections constituting the sensing unit .
第1接地電極と、
前記第1接地電極上に設けられた複数の第1電極と、
前記第1電極上に設けられた複数の第2電極と、
前記第2電極上に設けられた第2接地電極と
を備え、
前記第2接地電極上に操作面が設けられ、
前記第1電極と前記第2電極との第1交差部にセンシング部が構成され、
各前記第1電極は、複数の第1サブ電極により構成され、
各前記第2電極は、複数の第2サブ電極により構成され、
前記第1サブ電極と前記第2サブ電極とにより第2交差部が構成され、
前記第1接地電極側から前記第2交差部を平面視した場合に見える前記第2交差部の境界線の長さL1と、前記操作面側から前記第2交差部を平面視した場合に見える前記第2交差部の境界線の長さL2とが異なっているセンサ。 A sensor that can detect pressing operations
With the first ground electrode
A plurality of first electrodes provided on the first ground electrode and
A plurality of second electrodes provided on the first electrode and
A second ground electrode provided on the second electrode is provided.
An operation surface is provided on the second ground electrode.
A sensing unit is configured at the first intersection of the first electrode and the second electrode.
Each of the first electrodes is composed of a plurality of first sub-electrodes.
Each of the second electrodes is composed of a plurality of second sub-electrodes.
A second intersection is formed by the first sub-electrode and the second sub-electrode.
The length L1 of the boundary line of the second intersection, which is visible when the second intersection is viewed in a plan view from the first ground electrode side, and the second intersection, which is visible when the second intersection is viewed in a plan view from the operation surface side. A sensor having a different length L2 from the boundary line of the second intersection.
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