JP6898771B2 - Touch sensor - Google Patents
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Description
本発明は、音楽プレイヤー、家電製品、携帯機器、コンピュータ機器、情報通信機器、自動車搭載機器等に用いられるタッチセンサに関するものである。 The present invention relates to a touch sensor used in a music player, a home electric appliance, a mobile device, a computer device, an information communication device, an automobile-mounted device, and the like.
静電容量式センサには様々なタイプがあるが、その一つとして、スライド可能なスライダを用いるタイプがあげられる(特許文献1、2参照)。このタイプは、図示しないが、静電容量を検出する複数の検出電極が配設され、各検出電極による検出結果が演算されることにより、指等の誘電体の位置が検出回路で検出される。複数の検出電極の数は、長い距離、例えば80mmの距離間で指等の誘電体の位置の検出が求められる場合には、検出精度を向上させる観点から、増やされる。
There are various types of capacitive sensors, one of which is a type that uses a slidable slider (see
従来における静電容量式センサは、以上のように構成されているので、長い距離間で誘電体の位置を高精度に検出する場合には、多数の検出電極を配設しなければならず、これに伴い、検出回路も増加を要するという問題がある。この問題を解消するには、検出回路数を削減する観点から、検出回路の入力切替用の切り替え手段を採用すれば良いが、そうすると、回路が複雑化し、しかも、製造コストの増大を招くという大きな問題が新たに生じることとなる。 Since the conventional capacitance type sensor is configured as described above, in order to detect the position of the dielectric with high accuracy over a long distance, a large number of detection electrodes must be arranged. Along with this, there is a problem that the detection circuit also needs to be increased. In order to solve this problem, a switching means for switching the input of the detection circuit may be adopted from the viewpoint of reducing the number of detection circuits, but this complicates the circuit and increases the manufacturing cost. New problems will arise.
本発明は上記に鑑みなされたもので、検出回路数の減少や回路の複雑化防止を図ることができ、しかも、製造コストの低減を図ることのできるタッチセンサを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a touch sensor capable of reducing the number of detection circuits, preventing circuit complications, and reducing manufacturing costs.
本発明においては上記課題を解決するため、誘電体に絶縁性の操作保護層を介して接近される導電検出線材と、この導電検出線材用の形態維持部材と、導電検出線材に交流電圧を印加する印加手段と、導電検出線材と印加手段に接続される検出判定手段とを備え、
形態維持部材は、絶縁性の筒形に成形されてその外周面に導電検出線材が所定のピッチで軸方向にコイル形に巻かれるとともに、この巻かれて隣接する導電検出線材と導電検出線材との間に空気層が介在し、操作保護層の下方に外周面を向けた状態で近接設置されており、
検出判定手段は、誘電体と導電検出線材とが接近してインダクタンス値とインピーダンス値に変化が生じた場合に、これらインダクタンス値とインピーダンス値のうち、少なくとも誘電体と導電検出線材との接近時におけるインピーダンス値を検出し、このインピーダンス値を用いて誘電体の接近を判別することを特徴としている。
In the present invention, in order to solve the above problems, an AC voltage is applied to the conductive detection wire rod that is approached to the dielectric via an insulating operation protection layer, the form-maintaining member for the conductive detection wire rod, and the conductive detection wire rod. The application means, the conductive detection wire, and the detection determination means connected to the application means are provided.
The form-maintaining member is formed into an insulating tubular shape, and the conductive detection wire is wound around the outer peripheral surface in a coil shape in the axial direction at a predetermined pitch, and the conductive detection wire and the conductive detection wire adjacent to each other are wound. An air layer is interposed between the two, and it is installed in close proximity with the outer peripheral surface facing below the operation protection layer.
When the dielectric and the conductive detection wire are close to each other and the inductance value and the impedance value are changed, the detection determination means is at least when the dielectric and the conductive detection wire are close to each other among these inductance values and impedance values. It is characterized in that an impedance value is detected and the approach of a dielectric is determined using this impedance value.
ここで、特許請求の範囲における誘電体には、少なくとも専用の筆記用具や指等があげられる。また、導電検出線材としては、少なくとも導電線が絶縁材で被覆された線材、流動性の導電材が硬化した線材や帯材、可撓性の樹脂シート(例えば、PET等)に金属箔、メッキ、ITO等の無機物により回路が形成された回路シート等があげられる。 Here, examples of the dielectric in the claims include at least a dedicated writing instrument, a finger, and the like. Further, as the conductive detection wire, at least a wire in which the conductive wire is coated with an insulating material, a wire or band in which the fluid conductive material is hardened, a flexible resin sheet (for example, PET, etc.) is plated with a metal foil. , A circuit sheet or the like in which a circuit is formed of an inorganic substance such as ITO.
形態維持部材は、樹脂、樹脂シート、樹脂フィルム等により、筒形に形成することができる。この形態維持部材は、可撓性や弾性の有無を特に問うものではない。さらに、検出判定手段には、変化前後のインピーダンス値あるいはインダクタンス値を閾値と比較させることができる。 The form-maintaining member can be formed into a tubular shape by using a resin, a resin sheet, a resin film, or the like. The form-maintaining member does not particularly ask whether or not it is flexible or elastic. Further, the detection determination means can compare the impedance value or the inductance value before and after the change with the threshold value.
本発明によれば、導電検出線材に交流電圧が印加された後、導電検出線材に誘電体が接近すると、巻かれた導電検出線材間の寄生容量が増加し、インダクタンス値とインピーダンス値がそれぞれ変化する。この変化したインダクタンス値とインピーダンス値の少なくともインピーダンス値を検出すれば、導電検出線材に誘電体が接近したと判定したり、接近位置を特定することができる。 According to the present invention, when an AC voltage is applied to the conductive detection wire and then the dielectric approaches the conductive detection wire, the parasitic capacitance between the wound conductive detection wires increases, and the inductance value and the impedance value change, respectively. To do. By detecting at least the impedance value of the changed inductance value and the impedance value, it is possible to determine that the dielectric has approached the conductive detection wire and to specify the approaching position.
本発明によれば、隣接する導電検出線材と導電検出線材との間に寄生容量を発生させることができるので、導電検出線材の巻回数を増やせば、簡単に検出電極機能の向上を図ることができる。また、検出判定手段を増やしたり、入力切替用の切り替え手段を採用する必要性を省くことができる。したがって、回路構成の簡素化を図ることができ、しかも、製造コストの削減が期待できる。また、形態維持部材に導電検出線材をコイル形に巻き付けて形態が崩れるのを防止するので、導電検出線材の巻回状態を長期に亘り維持することが可能となる。また、導電検出線材がソレノイドコイルとなるので、巻かれた導電検出線材間に寄生容量を形成することができ、ソレノイドコイルに誘電体を接近させれば、ソレノイドコイルの導電検出線材間の寄生容量を増加させ、インダクタンス値とインピーダンス値をそれぞれ小さく変化させることが可能となる。 According to the present invention, since a parasitic capacitance can be generated between the adjacent conductive detection wire and the conductive detection wire, the detection electrode function can be easily improved by increasing the number of windings of the conductive detection wire. it can. Further, it is possible to eliminate the need to increase the number of detection and determination means and to adopt the switching means for input switching. Therefore, the circuit configuration can be simplified, and the manufacturing cost can be expected to be reduced. Further, since the conductive detection wire is wound around the shape maintaining member in a coil shape to prevent the shape from collapsing, the wound state of the conductive detection wire can be maintained for a long period of time. Further, since the conductive detection wire becomes a solenoid coil, a parasitic capacitance can be formed between the wound conductive detection wires, and if a dielectric is brought close to the solenoid coil, the parasitic capacitance between the conductive detection wires of the solenoid coil can be formed. Can be increased to make the inductance value and the impedance value small.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態におけるタッチセンサは、図1に示すように、誘電体である指1に接近される導電検出線2と、この導電検出線2用の形態維持部材10と、導電検出線2に交流電圧を印加する印加手段である交流電源と、導電検出線2と交流電源に接続される検出判定回路20とを備え、指1と導電検出線2とが接近してインダクタンス値とインピーダンス値に変化が生じた場合に、少なくとも指1と導電検出線2との接近時におけるインピーダンス値を検出するようにしている。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the touch sensor in the present embodiment includes a
導電検出線2は、例えば銅線が絶縁性のエナメルで被包された被覆電線が使用され、形態維持部材10に巻回される。この導電検出線2は、特に限定されるものではなく、銅合金線がエナメルで被包された被覆電線やアルミニウム線がエナメルで被包された被覆電線等でも良い。また、導電検出線2は、エナメルの代わりに、絶縁性のポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が必要に応じて用いられる。
For the
形態維持部材10は、例えば絶縁性の樹脂を用いて細く小さい円筒形のパイプに成形され、絶縁性の操作保護層11の下方に固定して設置されており、この操作保護層11の加飾された表面に指1が接触して操作する。形態維持部材10の樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えばポリエステル系、ポリプロピレン系、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ガラス繊維含浸エポキシ樹脂、アクリル樹脂等があげられる。これらの中でも、寸法安定性や絶縁性に優れるポリエチレンテレフタレート樹脂やポリカーボネート樹脂が好適である。
The form-maintaining
形態維持部材10は、その外周面に導電検出線2が所定の等間隔ピッチで軸方向にコイル形にスペース巻きされ、このスペース巻きされて隣接する導電検出線2と導電検出線2との間に空気層3が介在する。このような導電検出線2はコイル形に巻回されることにより、円筒のソレノイドコイル4を形成し、交流電圧の印加により、巻かれて隣接する導電検出線2と導電検出線2との間に、コンデンサ成分の寄生容量(浮遊容量)が生じる。この寄生容量は、隣接する導電検出線2間の距離が短くなるほど、大きくなるという特徴を有する。
In the form-maintaining
検出判定回路20は、例えばマイクロコントローラ等からなり、RAMに所定の履歴等が記憶されるとともに、ROMに所定のプログラムが記憶され、この所定のプログラムが制御コントローラにより、必要に応じて書き換えられる。この検出判定回路20は、導電検出線2の両端部に接続され、インダクタンス値とインピーダンス値のうち、少なくともインピーダンス値を自動的に検出する。
The detection /
このような検出判定回路20は、CPUがRAM領域を作業領域としてROMに記憶された所定のプログラムを読み込むことにより、コンピュータとして所定の機能を実現し、タッチセンサを搭載した機器の制御に資するよう機能する。すなわち、検出判定回路20は、インピーダンス値を予め設定された閾値と常時比較する機能と、比較したインピーダンス値が閾値以上となる場合には、指1が非接近状態にあると判定する機能と、比較したインピーダンス値が閾値未満となる場合には、指1が接近状態にあると判定する機能とを実現する。
Such a
次に、タッチセンサの動作原理について説明すると、一般にソレノイドコイル4は、純粋なインダクタンスLだけではなく、導電検出線2自体の抵抗Rと、隣接する導電検出線2間の寄生容量Cとを有するので、図2に示す等価回路を構成する。このようなソレノイドコイル4に交流電圧を印加した後、指1を接触させると、指1が誘電体として作用し、寄生容量が増加するので、ソレノイドコイル4を流れる電流の変化と、ソレノイドコイル4両端部の電圧の変化に伴い、インダクタンスとインピーダンスの値がそれぞれ小さくなる。したがって、少なくとも指1の接触後のインピーダンス値を検出すれば、タッチセンサとして利用することが可能となる。
Next, the operating principle of the touch sensor will be described. Generally, the
上記構成において、導電検出線2に交流電圧を印加した後、操作保護層11表面の所定箇所に指1が接触すると、指1と操作保護層11の所定箇所の直下に位置する導電検出線2とが接近するので、操作保護層11の所定箇所直下に位置する導電検出線2間の寄生容量が増加し、インダクタンス値とインピーダンス値とがそれぞれ変化して小さくなり、インピーダンス値が変化して検出判定回路20に出力される。
In the above configuration, when the
検出判定回路20は、変化前のインピーダンス値と予め設定された閾値とを比較しているが、変化したインピーダンス値が出力されると、変化後のインピーダンス値と予め設定された閾値とを比較する。比較の結果、変化後のインピーダンス値が閾値未満となるので、操作保護層11表面の所定箇所に指1が接触したと高精度に判定され、この判定により、タッチセンサを搭載した機器の所定の機能、例えば温度調整機能が実行される。
The
上記構成によれば、隣接する導電検出線2と導電検出線2との間に寄生容量を発生させることができるので、導電検出線2の巻回数を増やせば、簡単に従来の検出電極機能の向上を図ることができる。また、検出判定回路20を増やしたり、入力切替用の切り替え手段を採用する必要性を省くことができる。したがって、回路構成の簡素化を図ることができ、しかも、製造コストの削減が大いに期待できる。さらに、導電検出線2をコイル形に単に巻回するのではなく、形態維持部材10に導電検出線2をコイル形に巻き付けて形態が崩れるのを未然に防止するので、導電検出線2の巻回状態を長期に亘り維持することができる。
According to the above configuration, a parasitic capacitance can be generated between the adjacent
次に、図3は本発明の第2の実施形態を示すもので、この場合には、形態維持部材10の外周面に導電検出線2をコイル形に巻回してソレノイドコイル4とする際、導電検出線2の巻きピッチを全て均等にするのではなく、部分的に変更して寄生容量の変化量を増減させるようにしている。
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this case, when the
導電検出線2は、形態維持部材10の一端部(図3の左側)外周面に巻回される場合には、通常の基準ピッチよりも狭い巻きピッチでスペース巻きされ、形態維持部材10の中央部外周面に巻回される場合には、通常の基準ピッチでスペース巻きされており、形態維持部材10の他端部(図3の右側)外周面に巻回される場合には、通常の基準ピッチよりも広い巻きピッチでスペース巻きされる。
When the
このような導電検出線2は、形態維持部材10の一端部側では寄生容量が大きくなり、形態維持部材10の他端部側では寄生容量が小さくなる。また、形態維持部材10の一端部側、形態維持部材10の中央部、又は形態維持部材10の他端部側に指1を接近させた場合、例え指1の対向面積が同一でも、寄生容量の増加分の値が相違することとなる。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
Such a
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、形態維持部材10の一端部側、形態維持部材10の中央部、又は形態維持部材10の他端部側に指1を接近させた場合、インダクタンス値及びインピーダンス値がそれぞれ異なるので、インダクタンス値やインピーダンス値から指1の接近位置を容易に特定することができるのは明らかである。
In this embodiment as well, the same effects as those in the above embodiment can be expected, and the
また、導電検出線2の巻きピッチを徐々に変化させ、寄生容量の変化量を徐々に増加又は減少させるようにすれば、指1の接触位置とインダクタンス値及びインピーダンス値との間に相関性が生じるので、操作保護層11の表面に接触した指1をずらすことにより、スライダ操作して温度や音量等を調整することができる(図3の矢印参照)。
Further, if the winding pitch of the
次に、図4は本発明の第3の実施形態を示すもので、この場合には、導電検出線2を立体的な円筒のソレノイドコイル4に形成するのではなく、略板形の形態維持部材10Aの表面に平面略楕円の渦巻き形にパターン形成するようにしている。
導電検出線2は、被覆電線を平面略楕円の渦巻き形に巻いてパターン形成した後、形態維持部材10Aの表面に接着しても良いが、流動性の導電材を平面略楕円の渦巻き形にスクリーン印刷して硬化させたり、塗布して硬化させたり、あるいはエッチングしてパターン形成しても良い。
Next, FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In this case, the
The
流動性の導電材としては、特に限定されるものではないが、例えば導電ペースト、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、導電性ポリマー、ITO等があげられる。また、導電検出線2の巻きピッチは、基本的には等間隔とされるが、大小の寄生容量を発生させたい場合には、一側部5が大きな寄生容量の変化を発生させる狭いピッチとされ、他側部6が小さな寄生容量の変化を発生させる広いピッチとされる。
The fluid conductive material is not particularly limited, and examples thereof include conductive pastes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, conductive polymers, and ITO. Further, the winding pitches of the
形態維持部材10Aは、表裏面のうち、少なくとも表面が平坦な薄板に形成され、上方には指1が接触する操作保護層11が設置されており、この操作保護層11の表面には、導電検出線2の上方に位置する複数の操作ボタン12が間隔をおいて形成される。複数の操作ボタン12は、導電検出線2の巻きピッチが異なる場合、少なくとも一の操作ボタン13が導電検出線2の一側部5の直上に位置し、他の操作ボタン14が導電検出線2の他側部6の直上に位置する。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
The form-maintaining
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、操作ボタン13に指を接触させた場合、操作ボタン14に指を接触させた場合、又は操作ボタン12に指を接触させない場合では、インダクタンス値及びインピーダンス値がそれぞれ異なるので、インダクタンス値やインピーダンス値から指1の接近位置を容易に特定することができるのは明白である。また、形態維持部材10Aの表面に導電検出線2を低くパターン形成するので、嵩張ることがなく、タッチセンサの薄型化や省スペース化を図ることができるのは明らかである。
In this embodiment as well, the same action and effect as those in the above embodiment can be expected, and moreover, when the operation button 13 is touched with the finger, the
なお、上記実施形態では形態維持部材10に導電検出線2として被覆電線を巻回したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、可撓性の樹脂シート(例えば、PETシート)に金属箔、メッキ、ITO等の無機物により回路が形成された長尺の回路シートを所定のピッチで巻回しても良い。また、略板形の形態維持部材10Aの表面に長尺の回路シートを略渦巻き形にパターン形成しても良い。
In the above embodiment, the coated electric wire is wound around the
また、上記実施形態では検出判定回路20にインピーダンス値を検出させたが、インダクタンス値を検出させても良いし、インダクタンス値とインピーダンス値とを共に検出させても良い。インダクタンス値を検出する場合、検出判定回路20には、インダクタンス値を予め設定された閾値と常時比較する機能と、比較したインダクタンス値が閾値以上となる場合には、指1が非接近状態にあると判定する機能と、比較したインダクタンス値が閾値未満となる場合には、指1が接近状態にあると判定する機能とを実現させることができる。
Further, in the above embodiment, the
また、検出判定回路20には、インピーダンス値あるいはインダクタンス値を検出値に変換する機能と、この検出値と予め設定された閾値と常時比較する機能と、比較した検出値が閾値以上となる場合には、指1が非接近状態にあると判定する機能と、比較した検出値が閾値未満となる場合には、指1が接近状態にあると判定する機能とを実現させることができる。
Further, the
以下、本発明に係るタッチセンサの実施例を説明すると、形態維持部材を図5に示すように、塩化ビニル樹脂製で円筒形のパイプに成形し、この形態維持部材の外周面に導電検出線を所定の等間隔ピッチで軸方向にコイル形に巻回することにより、円筒のソレノイドコイルを形成した。
パイプの外径はφ76mmとした。また、導電検出線は、線径0.55mmのエナメル被覆銅線とし、35回スペース巻きした。ソレノイドコイルは、35mmの長さに設定した。
Hereinafter, an embodiment of the touch sensor according to the present invention will be described. As shown in FIG. 5, the form-maintaining member is formed into a cylindrical pipe made of vinyl chloride resin, and a conductive detection line is formed on the outer peripheral surface of the form-maintaining member. A cylindrical solenoid coil was formed by winding the coil in a coil shape in the axial direction at a predetermined equidistant pitch.
The outer diameter of the pipe was φ76 mm. The conductive detection wire was an enamel-coated copper wire having a wire diameter of 0.55 mm, and was space-wound 35 times. The solenoid coil was set to a length of 35 mm.
円筒のソレノイドコイルを形成したら、このソレノイドコイルにLCRメータ(HIOKI社製:商品名IM3536)を接続した後、ソレノイドコイルの両端部に2MHz/0.25Vの交流電圧を印加し、インダクタンス値とインピーダンス値とを測定した。測定したところ、インダクタンス値は98μH、インピーダンス値は1.23kΩであった。 After forming a cylindrical solenoid coil, connect an LCR meter (manufactured by HIOKI, trade name IM3536) to this solenoid coil, and then apply an AC voltage of 2MHz / 0.25V to both ends of the solenoid coil to determine the inductance value and impedance. The value and was measured. As a result of measurement, the inductance value was 98 μH and the impedance value was 1.23 kΩ.
次いで、ソレノイドコイルの表面に指を接触させ、インダクタンス値とインピーダンス値を再度測定した。測定したところ、インダクタンス値は92μH、インピーダンス値は1.17kΩを示した。
以上の測定結果から、ソレノイドコイルに交流電圧を印加し、インダクタンス値とインピーダンス値の少なくともいずれかの値を利用すれば、タッチセンサを得ることができるのを確認した。
Then, a finger was brought into contact with the surface of the solenoid coil, and the inductance value and the impedance value were measured again. As a result of measurement, the inductance value was 92 μH and the impedance value was 1.17 kΩ.
From the above measurement results, it was confirmed that a touch sensor can be obtained by applying an AC voltage to the solenoid coil and using at least one of the inductance value and the impedance value.
本発明に係るタッチセンサは、音楽プレイヤー、家電製品、携帯機器、コンピュータ機器、情報通信機器、自動車搭載機器等の製造分野で使用される。 The touch sensor according to the present invention is used in the manufacturing field of music players, home appliances, mobile devices, computer devices, information communication devices, automobile-mounted devices, and the like.
1 指(誘電体)
2 導電検出線(導電検出線材)
3 空気層
4 ソレノイドコイル
10 形態維持部材
10A 形態維持部材
11 操作保護層
12 操作ボタン
13 操作ボタン
14 操作ボタン
20 検出判定回路(検出判定手段)
1 finger (dielectric)
2 Conductive detection wire (conductive detection wire)
3
Claims (1)
形態維持部材は、絶縁性の筒形に成形されてその外周面に導電検出線材が所定のピッチで軸方向にコイル形に巻かれるとともに、この巻かれて隣接する導電検出線材と導電検出線材との間に空気層が介在し、操作保護層の下方に外周面を向けた状態で近接設置されており、
検出判定手段は、誘電体と導電検出線材とが接近してインダクタンス値とインピーダンス値に変化が生じた場合に、これらインダクタンス値とインピーダンス値のうち、少なくとも誘電体と導電検出線材との接近時におけるインピーダンス値を検出し、このインピーダンス値を用いて誘電体の接近を判別することを特徴とするタッチセンサ。 A conductive detection wire that is approached to a dielectric via an insulating operation protection layer, a form-maintaining member for the conductive detection wire, an application means for applying an AC voltage to the conductive detection wire, and a conductive detection wire and an application means. Equipped with a detection and determination means connected to
The form-maintaining member is formed into an insulating tubular shape, and the conductive detection wire is wound around the outer peripheral surface in a coil shape in the axial direction at a predetermined pitch. An air layer is interposed between the two, and it is installed in close proximity with the outer peripheral surface facing below the operation protection layer.
When the dielectric and the conductive detection wire are close to each other and the inductance value and the impedance value are changed, the detection determination means is at least when the dielectric and the conductive detection wire are close to each other among these inductance values and impedance values. A touch sensor characterized in that it detects an impedance value and uses this impedance value to determine the approach of a dielectric.
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