DE112022006818T5

DE112022006818T5 - Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE112022006818T5
Application number: DE112022006818.3T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Matsuda
Original assignee: Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-12-19
Also published as: TW202401220A; US20240411403A1; WO2023171075A1; JP7651795B2; TWI840013B; CN118591788A; JPWO2023171075A1

Abstract

Eine Eingabevorrichtung mit einer einfachen Konfiguration, fähig Annäherung und Kontakt eines Detektionsziels und Druck durch das Detektionsziel zu erkennen, ist bereitgestellt. Die Eingabevorrichtung umfasst eine erste Elektrode, ein elastisches Dielektrikum, welches auf einer Rückseite der ersten Elektrode bereitgestellt ist, eine zweite Elektrode, bei der das elastische Dielektrikum zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode vorgesehen ist, einen Detektor, der Annäherung und Kontakt eines Detektionsziels an und mit der ersten Elektrode und Drücken der ersten Elektrode durch das Detektionsziel auf der Basis einer Ausgabe der ersten Elektrode detektiert, und eine dritte Elektrode, die angrenzend an die zweite Elektrode bereitgestellt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Eingabevorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt ein herkömmliches Touch-Panel, welches ein in der Draufsicht rechteckiges Touch-Sensor-Substrat umfasst, auf welchem eine Sensorelektrode ausgebildet ist, die eine Berührungsposition eines zeigenden Objekts detektiert, ein Abdeck-Panel, das auf einer Oberfläche des Touch-Sensor-Substrats befestigt ist und das durch das zeigende Objekt gedrückt wird, eine erste Elektrode, welche außerhalb eines Displaybereichs einer Oberfläche des Abdeck-Panels gegenüber einer durch das zeigende Objekt gedrückten Oberfläche ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode, welche außerhalb eines Displaybereichs der einen Oberfläche des Touch-Sensor-Substrats ausgebildet ist.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode überlappen sich zumindest teilweise in der Draufsicht. Die zweite Elektrode ist in zumindest einer Ecke des Touch-Sensor Substrats ausgebildet und elektrisch von der Sensorelektrode isoliert. Die zweite Elektrode detektiert ein Druckniveau, mit welchem das zeigende Objekt das Touch-Sensor Substrat durch das Abdeck-Panel hindurchdrückt, indem sie als eine Änderung der Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Änderung eines Abstands zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu einem Zeitpunkt misst, an dem die Oberfläche des Abdeck-Panels durch das zeigende Objekt gedrückt wird. Eine Masse-Elektrode, welche in einer Peripherie der ersten Elektrode des Abdeck-Panels ausgebildet ist, ist ferner umfasst (siehe z.B. PTL 1).
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2021-125158
Beschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Da die Sensorelektrode zum Detektieren der Position der Berührung und die erste und zweite Elektrode zum Detektieren des Drucks in einem herkömmlichen Touch-Panel separat bereitgestellt werden, ist die Anzahl der Teile groß und die Konfiguration nicht einfach.
Es ist eine Aufgabe, eine Eingabevorrichtung mit einer einfachen Konfiguration bereitzustellen, welche fähig ist, Annäherung und Kontakt eines Detektionsziels und Drücken mittels des Detektionsziels zu erkennen.
Lösung des Problems
Eine Eingabevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste Elektrode, ein elastisches Dielektrikum, welches auf einer Rückseite der ersten Elektrode bereitgestellt ist, eine zweite Elektrode, welche mit dem elastischen Dielektrikum zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode bereitgestellt ist, einen Detektor, welcher Annäherung und Kontakt eines Detektionsziels an und mit einer Bedienoberfläche, welche sich auf einer Vorderseite der ersten Elektrode befindet, und Drücken der Bedienoberfläche durch das Detektionsziel auf der Basis einer Ausgabe der ersten Elektrode detektiert, und eine dritte Elektrode, welche neben der zweiten Elektrode bereitgestellt ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Eine Eingabevorrichtung mit einer einfachen Konfiguration, die fähig ist, Annäherung und Kontakt eines Detektionsziels und Drücken mittels des Detektionsziels zu erkennen, kann bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[1] 1 ist ein Diagramm zur Illustration einer planaren Konfiguration einer Eingabevorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform.
[2] 2 ist ein Diagramm, welches einen Querschnitt entlang eines Pfeils A-A in 1 zeigt.
[3] 3 ist ein Diagramm, welches eine an jede der Elektroden angelegte Spannung veranschaulicht.
[4A] 4A ist ein Diagramm, welches eine Querschnittskonfiguration eines Simulationsmodells einer vergleichenden Eingabevorrichtung 10 illustriert.
[4B] 4B ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis der Simulation der elektrischen Feldverteilung der vergleichenden Eingabevorrichtung 10 zeigt.
[5A] 5A ist ein Diagramm zur Illustration der Charakteristiken der Kapazität der vergleichenden Eingabevorrichtung 10.
[5B] 5B ist ein Diagramm, welches andere Charakteristiken der Kapazität der vergleichenden Eingabevorrichtung 10 illustriert.
[5C] 5C ist ein Diagramm, welches eine weitere Charakteristik der Kapazität der vergleichenden Eingabevorrichtung 10 zeigt.
[6A] 6A ist ein Diagramm, welches eine Querschnittskonfiguration eines Simulationsmodells der Eingabevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform illustriert.
[6B] 6B ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis der Simulation der elektrischen Feldverteilung der Eingabevorrichtung 100 zeigt.
[6C] 6C ist ein Diagramm zur Illustration einer Charakteristik der Kapazität der Eingabevorrichtung 100.
[7] 7 ist ein Diagramm, welches eine Querschnittsstruktur einer Eingabevorrichtung 100A gemäß einer ersten Modifikation der Ausführungsform zeigt.
[8] 8 ist eine Draufsicht, welche eine Eingabevorrichtung 100C gemäß einer zweiten Modifikation der Ausführungsform zeigt.
[9] 9 ist ein Diagramm zur Illustration der planaren Konfiguration einer Eingabevorrichtung 100D gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform.
[10] 10 ist ein Diagramm, welches einen Querschnitt entlang eines Pfeils A-A in 9 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform, bei welcher eine Eingabevorrichtung aus der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, wird im Folgenden beschrieben.
<Ausführungsform>
1 ist ein Diagramm, welches die planare Konfiguration einer Eingabevorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform illustriert. 2 ist ein Diagramm, welches einen Querschnitt entlang eines Pfeils A-A in 1 zeigt. In der folgenden Beschreibung wird ein XYZ-Koordinatensystem definiert. Eine Richtung parallel zu einer X-Achse (X-Richtung), eine Richtung parallel zu einer Y-Achse (Y-Richtung) und eine Richtung parallel zu einer Z-Achse (Z-Richtung) stehen senkrecht zueinander. Obwohl eine -Z-Richtung der Einfachheit halber als abwärts oder unten und eine +Z-Richtung als aufwärts oder oben bezeichnet wird, bedeuten diese Begriffe keine universelle vertikale Beziehung. Eine Draufsicht bezieht sich auf eine Ansicht in der XY-Ebene. Länge, Dicke und dergleichen der einzelnen Komponenten können übertrieben dargestellt werden, um Konfigurationen leicht verständlich zu machen.
< Konfiguration der Eingabevorrichtung 100>
Die Eingabevorrichtung 100 umfasst ein oberes Panel 101, ein Substrat 102, ein elastisches Dielektrikum 103, ein Substrat 104, eine erste Elektrode 110, eine zweite Elektrode 120, eine dritte Elektrode 130, einen Detektor 140, einen Treiber 141 und eine MCU (Micro Controller Unit) 150. 2 illustriert den Detektor 140 und die MCU 150 zusammen mit einer Fingerspitze des Benutzers FT.
Der Nutzer gibt eine Operation in die Eingabevorrichtung 100 ein, indem er eine Operationsoberfläche (obere Oberfläche) des oberen Panels 101 mit seiner Fingerspitze FT berührt (kontaktiert). Die Fingerspitze FT ist ein Beispiel für ein Detektionsziel. Die Eingabevorrichtung 100 kann auch mit einem anderen Medium als der Fingerspitze FT bedient werden, aber in der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Eingabevorrichtung 100 mit der Fingerspitze FT bedient wird.
Die Eingabevorrichtung 100 detektiert Annäherung und Kontakt der Fingerspitze FT des Nutzers an und mit der Bedienoberfläche des oberen Panels 101 und Drücken der Bedienoberfläche durch die Fingerspitze FT des Nutzers und gibt Daten aus, welche Details einer Eingabeoperation an ein mit der Eingabevorrichtung 100 verbundenes zu bedienendes Gerät anzeigen. Die Eingabevorrichtung 100 kann zur Fernsteuerung der zu bedienende Vorrichtung verwendet werden oder in die zu bedienende Vorrichtung integriert sein. Die Eingabevorrichtung 100 kann tragbar sein oder an einer Oberfläche an einer Wand oder ähnlichem befestigt werden, stattdessen.
In einem Beispiel besteht das obere Panel 101 aus transparentem Glas oder einem Harz, kann sich verformen, wenn es von der oberen Oberfläche gedrückt wird, und ist in der Draufsicht ein rechteckiges, plattenförmiges Element, dessen obere Oberfläche eine Operation-Oberfläche ist, mit welcher der Nutzer mit seiner Fingerspitze FT durch Kontakt eine Operation eingibt. Der Nutzer kann die obere Oberfläche des oberen Panels 101 nach unten drücken.
Die erste Elektrode 110 ist auf einer oberen Oberfläche des Substrats 102 bereitgestellt, welches unter einer unteren Oberfläche des oberen Panels 101 bereitgestellt ist. Eine obere Oberflächen-Seite (nach oben) der ersten Elektrode 110 ist eine Vorderseite, die dem oberen Panel 101 zugewandt ist, und eine untere Oberflächen-Seite (nach unten) der ersten Elektrode 110 ist eine Rückseite gegenüber der Vorderseite. Die Bedienoberfläche, welche die obere Oberfläche des oberen Panels 101 ist, befindet sich also auf der Vorderseite der ersten Elektrode 110. Die erste Elektrode 110 ist zum Beispiel eine transparente Elektrode wie ITO (Indium-Zinn-Oxid).
In einem Beispiel ist die erste Elektrode 110 in der Draufsicht rechteckig, und eine Ausführung, bei der die erste Elektrode 110 quadratisch ist, wird im Folgenden beschrieben. Die Fläche der ersten Elektrode 110 ist die gleiche wie die der zweiten Elektrode 120, und die erste Elektrode 110 ist so bereitgestellt, dass die Gesamtheit einer äußeren Kante der ersten Elektrode 110 in der Draufsicht mit derjenigen der zweiten Elektrode 120 übereinstimmt.
Die erste Elektrode 110 ist über einen Draht mit dem Detektor 140 verbunden. Die erste Elektrode 110 ist bereitgestellt, um Annäherung oder Kontakt der Fingerspitze FT auf der Grundlage einer absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 zu detektieren. Die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 ist eine Kapazität Ct zwischen der ersten Elektrode 110 und der Fingerspitze FT, wie in 2 dargestellt. Die erste Elektrode 110 ist bereitgestellt, um das Drücken durch die Fingerspitze FT auf der Grundlage einer gegenseitigen Kapazität relativ zur zweiten Elektrode 120 zu detektieren. Die gegenseitige Kapazität ist eine Kapazität Cp zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120, wie in 2 dargestellt.
Das Substrat 102 ist ein transparentes Substrat, welches die erste Elektrode 110 trägt und muss sich, wie das obere Panel 101, nur verformen können, wenn es von einer oberen Oberfläche her gedrückt wird. In einem Beispiel kann das Substrat 102 ein transparentes Polyimid-Substrat sein.
Das elastische Dielektrikum 103 ist unter (hinter) dem Substrat 102 bereitgestellt. Da das Substrat 102 unter (hinter) der ersten Elektrode 110 bereitgestellt ist, ist das elastische Dielektrikum 103 unter (hinter) der ersten Elektrode 110 bereitgestellt, wobei das Substrat 102 zwischen dem elastischen Dielektrikum 103 und der ersten Elektrode 110 eingebettet ist. Dabei kann die erste Elektrode 110 direkt auf einer oberen Oberfläche des elastischen Dielektrikums 103 bereitgestellt werden, ohne dass das Substrat 102 auf dem elastischen Dielektrikum 103 bereitgestellt wird. Das heißt, das Bereitstellen des elastischen Dielektrikums 103 unter (hinter) der ersten Elektrode 110 bezieht sich sowohl auf einen Fall, in dem das elastische Dielektrikum 103 indirekt unter (hinter) der ersten Elektrode 110 bereitgestellt wird, wobei das Substrat 102 zwischen dem elastischen Dielektrikum 103 und der ersten Elektrode 110 eingeschlossen ist, als auch auf einen Fall, in dem das elastische Dielektrikum 103 direkt unter (hinter) der ersten Elektrode 110 bereitgestellt wird, ohne dass das Substrat 102 zwischen dem elastischen Dielektrikum 103 und der ersten Elektrode 110 angeordnet ist. Dies umfasst auch einen Fall, wo zwischen der ersten Elektrode 110 und dem elastischen Dielektrikum 103 anstelle des Substrats 102 eine isolierende Schicht oder dergleichen bereitgestellt wird, und einen Fall, wo zusätzlich zum Substrat 102 eine Struktur wie eine isolierende Schicht bereitgestellt wird.
Das elastische Dielektrikum 103 ist ein transparentes, elastisch verformbares Dielektrikum und besteht zum Beispiel aus einem Urethanharz. Das elastische Dielektrikum 103 ist an einer Position bereitgestellt, die das obere Panel 101, die erste Elektrode 110 und das Substrat 102 in der Draufsicht überlappt, und seine Dicke in Z-Richtung ist gleichmäßig. Da das elastische Dielektrikum 103 elastisch verformbar ist, verformt sich das elastische Dielektrikum 103 und zieht sich zusammen, und die erste Elektrode 110 und das Substrat 102 werden leicht nach unten verschoben, wenn der Nutzer einen Teil der Bedienoberfläche des oberen Panels 101 direkt über einer Detektionselektrode 111 mit der Fingerspitze nach unten drückt FT.
Die zweite Elektrode 120 ist auf einer oberen Oberfläche des Substrats 104 bereitgestellt, welches unterhalb des elastischen Dielektrikums 103 bereitgestellt ist. Das heißt, die zweite Elektrode 120 ist mit dem Substrat 102 bereitgestellt und das elastische Dielektrikum 103 ist zwischen der zweiten Elektrode 120 und der ersten Elektrode 110 eingeschlossen. Zum Beispiel ist die zweite Elektrode 120 in der Draufsicht rechteckig. Eine Ausführung, bei der die zweite Elektrode 120 in der Draufsicht quadratisch ist, wird im Folgenden beschrieben. Da die erste Elektrode 110 direkt an der oberen Oberfläche des elastischen Dielektrikums 103 bereitgestellt werden kann, ohne das Substrat 102 wie oben beschrieben an dem elastischen Dielektrikum 103 bereitzustellen, muss die zweite Elektrode 120 nur mit dem elastischen Dielektrikum 103 versehen werden, welches zwischen der zweiten Elektrode 120 und der ersten Elektrode 110 liegt.
Die zweite Elektrode 120 und die erste Elektrode 110 weisen ähnliche Elektrodenformen auf, und ihre zentralen Positionen stimmen in der Draufsicht überein. Eine Fläche der zweiten Elektrode 120 ist die gleiche wie die der ersten Elektrode 110. Die zweite Elektrode 120 ist daher so bereitgestellt, dass die äußere Kante der zweiten Elektrode 120 mit derjenigen der ersten Elektrode 110 übereinstimmt.
Die zweite Elektrode 120 ist bereitgestellt, um das Abwärtsdrücken des oberen Panels 101 mittels der Fingerspitze FT auf der Grundlage der gegenseitigen Kapazität relativ zur ersten Elektrode 110 zu detektieren. Zum Beispiel besteht die zweite Elektrode 120 aus einem transparenten, leitfähigen Material wie einer ITO-Schicht.
Die dritte Elektrode 130 ist auf der oberen Oberfläche des Substrats 104 so bereitgestellt, dass sie die zweite Elektrode 120 in der Draufsicht umgibt. Mit anderen Worten: Die dritte Elektrode 130 ist angrenzend an die zweite Elektrode 120 bereitgestellt. Die dritte Elektrode 130 weist in der Draufsicht eine rechteckige Ringform auf. Die dritte Elektrode 130 ist so bereitgestellt, dass ihre zentrale Position in der Draufsicht mit der Position der zweiten Elektrode 120 und der ersten Elektrode 110 zusammenpasst.
Die dritte Elektrode 130 ist bereitgestellt, um potentialfreie Kapazitäten von einer Masse (einer Struktur mit Massepotential) um die Eingabevorrichtung 100 herum zu blockieren, wenn die Annäherung und der Kontakt der Fingerspitze FT an und mit der oberen Oberfläche des oberen Panels 101 detektiert wird, und um die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 zu stabilisieren, wenn Drücken durch die Fingerspitze FT detektiert wird. Zum Beispiel besteht die dritte Elektrode 130 aus einem transparenten, leitfähigen Material wie einer ITO-Schicht. Die dritte Elektrode 130 ist bereitgestellt, um Bewegung eines elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode 120 zu der Fingerspitze FT zu reduzieren, indem das elektrische Feld von der zweiten Elektrode 120 zu der dritten Elektrode 130 gezogen wird, deren Einzelheiten später beschrieben werden. Das Bereitstellen der dritten Elektrode 130 angrenzend an die zweite Elektrode 120 bezieht sich daher auf eine Situation, in welcher die dritte Elektrode 130 angrenzend an die zweite Elektrode 120 bereitgestellt wird, und zwar nahe genug an der zweiten Elektrode 120, um die Bewegung eines elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode 120 zur Fingerspitze FT mittels Ablenkens des elektrischen Feldes in Richtung der dritten Elektrode 130 reduzieren zu können.
Obwohl ein Modus, bei dem die dritte Elektrode 130 in der Draufsicht eine rechteckige Ringform hat und die zweite Elektrode 120 in der Draufsicht umgibt, im Folgenden beschrieben wird, ist die dritte Elektrode 130 nicht auf eine rechteckige Ringform beschränkt und muss keine Ringform aufweisen. Wenn die zweite Elektrode 120 zum Beispiel rechteckig ist, kann die dritte Elektrode 130 stattdessen aus vier Elektroden oder ähnlichem bestehen, welche entlang vier Seiten der zweiten Elektrode 120 bereitgestellt werden. Die dritte Elektrode 130 umgibt in diesem Fall die zweite Elektrode 120 in der Draufsicht nicht vollständig, sondern wird angrenzend an die zweite Elektrode 120 bereitgestellt. Das Substrat 104 ist ein transparentes Substrat, welches die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 hält. Zum Beispiel kann das Substrat 104 ein transparentes Polyimid-Substrat wie das Substrat 102 sein, es kann aber auch ein transparentes Glas- oder Harzsubstrat sein, das sich kaum verzieht, selbst wenn die obere Oberfläche des oberen Panels 101 gedrückt wird.
Im Folgenden wird ein Modus beschrieben, bei dem das obere Panel 101, die erste Elektrode 110, das Substrat 102, das elastische Dielektrikum 103, die zweite Elektrode 120, die dritte Elektrode 130 und das Substrat 104 transparent sind, wobei davon ausgegangen wird, dass unter der Eingabevorrichtung 100 ein Flüssigkristall- oder organisches EL-Display (Elektrolumineszenz) bereitgestellt wird. Wenn jedoch kein Display Panel bereitgestellt wird, müssen diese Komponenten nicht transparent sein. In diesem Fall können das obere Panel 101, die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 aus einem undurchsichtigen, leitfähigen Material wie Metallplatten bestehen.
Der Detektor 140 ist mit der ersten Elektrode 110 und der MCU 150 verbunden. Der Treiber 141 ist mit der zweiten Elektrode 120, der dritten Elektrode 130 und der MCU 150 verbunden. Der Detektor 140 detektiert Annäherung und Kontakt der Fingerspitze FT des Nutzers an und mit der Bedienoberfläche des oberen Panels 101 und Drücken des oberen Panels 101 mittels der Fingerspitze FT des Nutzers auf der Basis einer Ausgabe der ersten Elektrode 110. Zu diesem Zeitpunkt wendet der Treiber 141 Steuerspannungen auf die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 an. Genauer gesagt, detektiert der Detektor 140 Annäherung oder Kontakt der Fingerspitze FT an oder mit der Bedienoberfläche auf der Basis der absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 und detektiert Drücken der Bedienoberfläche mittels der Fingerspitze FT auf der Basis der gegenseitigen Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120. Zum Beispiel kann der Detektor 140 mittels einer IC (integrierten Schaltung) realisiert werden.
Der Detektor 140 wandelt die absolute Eigenkapazität (Analogwert) der ersten Elektrode 110 und die gegenseitige Kapazität (Analogwert) zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 in digitale Werte um und gibt Detektionsdaten, welche die digitalen Kapazitätswerte anzeigen, an die MCU 150 aus. Das Anlegen der Spannung an die erste Elektrode 110 mittels des Detektors 140 und das Antreiben der zweiten Elektrode 120 und der dritten Elektrode 130 mittels des Treibers 141, welcher die Spannungen verwendet, erfolgt in einer zeitlich geteilten Weise. Einzelheiten dazu werden später beschrieben.
Die MCU 150 bestimmt Einzelheiten einer Operation auf der Grundlage von Detektionsdaten, welche von dem Detektor 140 eingegeben werden, und gibt Daten, welche die bestimmten Einzelheiten der Eingabeoperation anzeigen, an eine zu bedienende Vorrichtung aus, welche mit der Eingabevorrichtung 100 verbunden ist. Die MCU 150 bestimmt Anwesenheit oder Abwesenheit von Annäherung oder Kontakt der Fingerspitze FT an oder mit der Bedienoberfläche auf der Basis von Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigen, welche von dem Detektor 140 eingegeben werden, und bestimmt Anwesenheit oder Abwesenheit von Drücken der Bedienoberfläche durch die Fingerspitze FT auf der Basis von Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigen, welche von dem Detektor 140 eingegeben werden.
Wenn der Detektor 140 die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 und die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 detektiert, steuert die MCU 150 die von dem Detektor 140 und dem Treiber 141 an die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 angelegten Spannungen in einer zeitlich geteilten Weise.
< Auf jede Elektrode angewendete Spannung >
3 ist ein Diagramm, welches eine an jede Elektrode angelegte Spannung illustriert. 3 veranschaulicht Spannungen, welche an die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 angewendet werden, wenn die Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 detektieren, erhalten werden und wenn die Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigen, erhalten werden. Die in 3 dargestellten Spannungen werden an die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 angelegt, wenn die MCU 150 den Detektor 140 und den Treiber 141 steuert. Der Detektor 140 wendet eine Spannung auf die erste Elektrode 110 an, und der Treiber 141 wendet Spannungen auf die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 an.
Wenn die Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigen, erhalten wurden, werden an die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 Sinusspannungen („Wechselstromspannung“) mit der gleichen Frequenz, Amplitude und Phase angewendet.
Die erste Elektrode 110 kann die Eigenkapazität allein detektieren, aber wenn nur die erste Elektrode 110 verwendet wird, detektiert die erste Elektrode 110 unerwünschter Weise eine potenzialfreie Kapazität einer Masse außerhalb der Eingabevorrichtung 100, wodurch die Kapazität erhöht wird. Als Folge davon wird es schwierig, die Empfindlichkeit der Detektion zu erhöhen. Um die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 zu detektieren, blockiert die Eingabevorrichtung 100 daher potentialfreie Kapazitäten von einer externen Masse mit der zweiten Elektrode 120 und der dritten Elektrode 130, indem sie auch Wechselstromspannungen mit der gleichen Wellenform an die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 anwendet.
Da zwischen der ersten Elektrode 110 und sowohl der zweiten Elektrode 120 als auch der dritten Elektrode 130 kein Potentialunterschied besteht, wird die erste Elektrode 110 kaum von einer Kapazität einer Masse beeinflusst, und die Eingabevorrichtung 100 kann die Detektionsempfindlichkeit der absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 verbessern. Auf diese Weise kann sogar ein Annäherungszustand detektiert werden, bei dem die Fingerspitze FT nicht in Kontakt mit der Bedienoberfläche ist, sondern sich extrem nahe an der Bedienoberfläche befindet. Wenn die absolute Eigenkapazität detektiert wird, werden die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 als aktive Abschirmung verwendet.
Wenn die Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigen, erhalten werden, wendet die Eingabevorrichtung 100 eine Wechselstromspannung (bestimmte Wechselstromspannung) an die zweite Elektrode 120 an und hält die erste Elektrode 110 und die dritte Elektrode 130 auf einem bestimmten Potential. Zum Beispiel ist die an die zweite Elektrode 120 angelegte Wechselstromspannung die gleiche wie die an die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 angelegte, um die Detektionsdaten zu erhalten, welche die absolute Eigenkapazität anzeigen.
Da die Bewegung elektrischer Ladungen (Strom) detektiert wird, während eine Wechselstromspannung an die zweite Elektrode 120 angelegt und die erste Elektrode 110 auf einer bestimmten Spannung gehalten wird, wird die zweite Elektrode 120 zu einer Übertragungsseite (Tx) und die erste Elektrode 110 zu einer Empfangsseite (Rx).
Wenn die erste Elektrode 110 und die dritte Elektrode 130 auf einem bestimmten Potential fixiert sind und eine Wechselstromspannung an die zweite Elektrode 120 angelegt wird, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120, und die Eingabevorrichtung 100 kann Bewegung elektrischer Ladungen (Strom) basierend auf der gegenseitigen Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 messen. Da die Potentiale der ersten Elektrode 110 und der dritten Elektrode 130 nur konstant sein müssen, kann eine beliebige Gleichstromspannung angewendet werden, stattdessen.
< Ergebnis der Simulation einer vergleichbaren Eingabevorrichtung 10>
4A ist ein Diagramm, welches eine Querschnittskonfiguration eines Simulationsmodells einer vergleichbaren Eingabevorrichtung 10 illustriert. 4B ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis einer Simulation von elektrischer Feldverteilung der vergleichbaren Eingabevorrichtung 10 illustriert. 5A, 5B und 5C sind Diagramme, welche Charakteristiken der Kapazität der vergleichbaren Eingabevorrichtung 10 illustrieren. Hier werden das Ergebnis der Simulation der vergleichbaren Eingabevorrichtung 10 und Probleme beschrieben, bevor ein Ergebnis der Simulation der Eingabevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform beschrieben wird.
In Bezug auf eine Position der Fingerspitze FT in Z-Richtung ist Z = 0 mm eine Position der Fingerspitze FT in Kontakt mit der Bedienoberfläche. Ein positiver Wert von Z zeigt an, dass sich die Fingerspitze FT über der Bedienoberfläche befindet, und ein negativer Wert von Z zeigt an, dass die Fingerspitze FT die Bedienoberfläche nach unten drückt.
Wie in 4A dargestellt, weist die vergleichende Eingabevorrichtung 10 eine Konfiguration auf, welche mittels Entfernens der dritten Elektrode 130 von der Eingabevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform erhalten wird. 4A zeigt eine Masseplatte 11 unter dem Substrat 104. Die Masseplatte 11 ist zum Beispiel eine Masseschicht oder dergleichen, auf welcher die vergleichende Eingabevorrichtung 10 montiert ist, wie beispielsweise eine Leiterplatte.
Da die Verteilung des elektrischen Feldes mit einer Wechselspannung berechnet wird, welche an die zweite Elektrode 120 angelegt wird, und die erste Elektrode 110 auf Massepotential gehalten wird, wird der zweiten Elektrode 120 ein Tx-Zeichen (Übertragungsseite) und der ersten Elektrode 110 ein Rx-Zeichen (Empfangsseite) gegeben. Eine solche Anwendung von Spannungen entspricht der Anwendung von Spannungen zum Erhalten der Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 in der Eingabevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform anzeigen.
4B zeigt mit Pfeilen die Verteilung des elektrischen Feldes in einem Teil, der in 4A durch ein gestricheltes Rechteck definiert ist. Es ist zu erkennen, dass ein elektrisches Feld von der zweiten Elektrode 120 (Tx) in Richtung der Fingerspitze FT via der ersten Elektrode 110 (Rx) entlang eines langen Pfeils A von Tx in Richtung Fingerspitze FT stark ist, d. h. die Bewegung des elektrischen Feldes in Richtung der Fingerspitze FT ist signifikant. 4A zeigt denselben Pfeil A wie in 4B. Dies liegt daran, dass ein Potential der Fingerspitze FT das Massepotential ist und das elektrische Feld sich von der zweiten Elektrode 120 (Tx) zur Fingerspitze FT bewegt hat.
5A zeigt ein Ergebnis der Simulation von Änderungen der Kapazität, in Bezug auf die Position der Fingerspitze FT in der Z-Richtung zu einem Zeitpunkt, wenn die Position der Fingerspitze FT Z ≥ 0 ist. Eine gestrichelte Linien-Charakteristik ist eine Charakteristik der Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigt, und eine durchgezogene Linien-Charakteristik ist eine Charakteristik der Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigt.
5B zeigt ein Ergebnis der Simulation von Änderungen der Kapazität, in Bezug auf Betätigungskraft (N) an der Bedienoberfläche zu einem Zeitpunkt, wenn die Position der Fingerspitze FT Z < 0 ist. Eine gestrichelte Linien-Charakteristik ist eine Charakteristik der Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigen, und eine durchgezogene Linien-Charakteristik ist eine Charakteristik der Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigt. Eine Position der Druckkraft von 0 (N) in 5B entspricht einer Position von Z = 0 mm in 5A.
5C zeigt ein Ergebnis der Simulation von Änderungen der Kapazität (die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120) in Bezug auf die Position der Fingerspitze FT in Z-Richtung. In 5C reicht die Position der Fingerspitze FT in der Z-Richtung von einem positiven Wert (Z = +20 mm) bis zu einem negativen Wert (Z = etwa -1 mm). Eine Charakteristik in einem Abschnitt von Z ≥ 0 in 5C ist dieselbe wie die durchgezogene Linien-Charakteristik in 5A. Eine Charakteristik in einem Abschnitt von Z < 0 in 5C wird mittels Umwandlung einer horizontalen Achse der durchgezogenen Linien-Charakteristik in 5B in die Position in der Z-Richtung erhalten.
Wie bei der Eingabevorrichtung 100 bestimmt die vergleichende Eingabevorrichtung 10 Anwesenheit oder Abwesenheit von Annäherung oder Kontakt der Fingerspitze FT zu oder mit der Operationsoberfläche auf der Grundlage der Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigen, eingegeben vom Detektor 140, und bestimmt Anwesenheit oder Abwesenheit des Drückens der Bedienoberfläche durch die Fingerspitze FT auf der Grundlage der Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigen, eingegeben vom Detektor 140.
Wenn die vergleichende Eingabevorrichtung 10 Anwesenheit oder Abwesenheit von Annäherung oder Kontakt von einem Zustand aus bestimmt, in dem die Fingerspitze FT keine Operation ausführt, bestimmt die vergleichende Eingabevorrichtung 10 daher Anwesenheit oder Abwesenheit von Annäherung oder Kontakt auf der Grundlage der unterbrochenen Linien-Charakteristik in 5A. Da sich die Kapazität entlang der Charakteristik in 5A von links nach rechts ändert, wenn sich die Fingerspitze FT der Bedienoberfläche nähert, kann die vergleichende Eingabevorrichtung 10 zum Beispiel die Annäherung der Fingerspitze FT bestimmen, wenn eine Kapazität Zahl zu einem Annäherung Bestimmungsschwellenwert TH1 wird, und den Kontakt der Fingerspitze FT bestimmen, wenn die Kapazität Zahl zu einem Kontakt Bestimmungsschwellenwert TH2 wird. In einem Beispiel beträgt der Annäherung Bestimmungsschwellenwert TH1 500 und der Kontakt Bestimmungsschwellenwert TH2 1.300. Da Kapazitanz in Abhängigkeit von einem Finger variiert, muss der Kontakt Bestimmungsschwellenwert TH2 unvermeidlich relativ niedrig eingestellt werden, um Kontakt sicher zu bestimmen. Der Kontakt Bestimmungsschwellenwert TH2 in dem in 5A dargestellten Beispiel ist daher auf einen Wert kleiner als ein Zählwert (etwa 4.100) eingestellt, welcher an der Position von Z = 0 mm erhalten wird, und der Kontakt wird bei Z = etwa 1 mm bestimmt, was unmittelbar vor der Position von Z = 0 mm ist, an welcher die Fingerspitze FT in Kontakt mit der Bedienoberfläche kommt.
Nachdem Anwesenheit oder Abwesenheit von Annäherung oder Kontakt bestimmt wurde, wird die Anwesenheit oder Abwesenheit von Drücken auf der Grundlage, der in 5B dargestellten Charakteristik mit durchgezogenen Linien bestimmt. Da die Druckkraft zunimmt, steigt die Kapazität von einem Referenzwert, welcher eine gegenseitige Kapazität zu einem Zeitpunkt ist, an dem festgestellt wird, dass die Fingerspitze FT mit der Bedienoberfläche in Kontakt ist, kann die Druckkraft in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der gemessenen Kapazität und dem Referenzwert berechnet werden, oder es kann ein Bestimmungs-Schwellenwert für den Druck (z. B. 1.000) bereitgestellt werden und das Drücken kann bestimmt werden.
Wie durch die durchgezogene Linien-Charakteristik in 5A (die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120) verdeutlicht, liegt eine gegenseitige Kapazität Zahl bei etwa -250, wenn eine absolute Eigenkapazität Zahl die Kontakt Bestimmungsschwelle TH2 (1.300) an der Position von Z = etwa 1 mm erreicht und festgestellt wird, dass die Fingerspitze FT in Kontakt mit der Bedienoberfläche ist. Die gegenseitige Kapazität Zahl an der Position von Z = 0 mm, jedoch sinkt auf etwa -300. Darüber hinaus in der durchgezogenen Linie Charakteristik in 5B (die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120), die Anzahl, wenn die Druckkraft 0 N ist, etwa -300, und die Druckkraft beträgt etwa 0,4 N, wenn die gegenseitige Kapazität den gleichen Wert wie die gegenseitige Kapazität Zahl (etwa -250) an der Position von Z = etwa 1 mm in 5A erreicht. In einem Bereich von Druckkraft von 0 N bis etwa 0,4 N, fällt daher die gemessene gegenseitige Kapazität Zahl unter dem Referenzwert, und eine tote Zone, wo die Druckkraft nicht berechnet werden kann, wird verursacht.
Da die tote Zone existiert, ist es für die vergleichende Eingabevorrichtung 10 schwierig, zwischen Drücken und Annäherung bei der Bestimmung eines Operationszustands basierend auf der Kapazität Zahl unter Verwendung der durchgezogenen Linien Charakteristiken in 5A und 5B dargestellt zu unterscheiden, wenn zum Beispiel die Fingerspitze FT Drücken und Annäherung wiederholt, während die Druckkraft der Fingerspitze FT nach dem Drücken abnimmt.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass es, wie in 5C dargestellt, für die vergleichende Eingabevorrichtung 10 schwierig ist, zwischen Drücken und Annäherung zu unterscheiden, wenn der Betriebszustand basierend auf der Kapazität unter Verwendung der in 5C dargestellten Charakteristik bestimmt wird, wenn zum Beispiel die Fingerspitze FT das Drücken und Annähern wiederholt, während die Druckkraft der Fingerspitze FT nach dem Drücken abnimmt. Dies liegt daran, dass die Kapazität um Z = 0 mm herum abfällt, wie in der Charakteristik in 5C durch einen gestrichelten Kreis um Z = 0 mm herum dargestellt, und dieser Abschnitt verhält sich wie eine tote Zone. Dieser Abfall der Kapazität um Z = 0 mm herum wird durch Bewegung des elektrischen Feldes zur Fingerspitze FT verursacht. Das heißt, wenn sich das elektrische Feld in einen Raum zwischen der zweiten Elektrode 120 und einem Finger bewegt, wird eine detektierte Kapazität (gegenseitige Kapazität) um Z = 0 mm herum niedriger als ohne einen Finger und beginnt dann infolge des Drückens zuzunehmen. Das Drücken kann daher nicht wie oben beschrieben bestimmt werden, und es wird eine tote Zone verursacht.
Die Eingabevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform löst die oben beschriebenen Probleme, und der Betriebszustand kann leicht und genau bestimmt werden, insbesondere um Z = 0 mm, wenn der Betriebszustand unter Verwendung der gegenseitigen Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 bestimmt wird.
< Ergebnis der Simulation der Eingabevorrichtung 100 gemäß Ausführungsform >
6A ist ein Diagramm, welches eine Querschnittskonfiguration eines Simulationsmodells der Eingabevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. 6B ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis der Simulation der elektrischen Feldverteilung der Eingabevorrichtung 100 veranschaulicht. 6C ist ein Diagramm, welches eine Charakteristik der Kapazität der Eingabevorrichtung 100 veranschaulicht. 6C illustriert eine Charakteristik, welche derjenigen der vergleichenden Eingabevorrichtung 10 in 5C entspricht.
6B veranschaulicht Verteilung des elektrischen Feldes in einem Zustand, in dem eine Wechselstromspannung auf die zweite Elektrode 120 angewendet wird und die erste Elektrode 110 und die dritte Elektrode 130 auf Massepotential gehalten werden, um die Detektionsdaten zu erhalten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigen. 6B illustriert die Verteilung des elektrischen Feldes in einem Teil, welcher in 6A durch ein gestricheltes Rechteck definiert ist.
Wie in 6B dargestellt, da ein elektrisches Feld von der zweiten Elektrode 120 (Tx) in Richtung der dritten Elektrode 130 (GND) durch einen Pfeil B angezeigt wird, ist das elektrische Feld schwächer als in 4B von der zweiten Elektrode 120 (Tx) in Richtung der Fingerspitze FT.
Wie in 6C dargestellt, wird im Ergebnis der Simulation von Änderungen der Kapazität (der gegenseitigen Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120) in Bezug auf die Position der Fingerspitze FT in der Z-Richtung ein Abfall (tote Zone) der Kapazität um Z = 0 mm eliminiert und ein im Wesentlichen konstanter Wert in einer Richtung erhalten, in welcher die Fingerspitze FT von Z = 0 mm weggeht. Während eine Z-Koordinate positiv ist, ist die Kapazität Zahl im Wesentlichen konstant, bis Z = 0 mm, und die Kapazität steigt stark von Z = 0 mm in dieser Charakteristik.
Ein Grund, warum sich die Charakteristik um Z = 0 verbessert, ist, dass, da die dritte Elektrode 130 so bereitgestellt wird, dass sie die zweite Elektrode 120 umgibt, und die dritte Elektrode 130 auf Massepotential gehalten wird, wenn die gegenseitige Kapazität detektiert wird, eine elektrische Feldkomponente, welche sich von der zweiten Elektrode 120 zur dritten Elektrode 130 bewegt, verursacht wird, wie in 6B dargestellt, und eine elektrische Feldkomponente, welche sich von der zweiten Elektrode 120 zur Fingerspitze FT bewegt, reduziert wird.
Im Allgemeinen wird ein elektrisches Feld an einer Kante einer Elektrode am stärksten. Um eine elektrische Feldkomponente, welche sich von der zweiten Elektrode 120 zur dritten Elektrode 130 bewegt, effektiv zu verursachen, kann Folgendes durchgeführt werden. Wie in 1 und 2 dargestellt, liegen eine Position einer Kante der ersten Elektrode 110 und eine Position einer Kante der zweiten Elektrode 120 in der Draufsicht extrem nahe beieinander. Um eine elektrische Feldkomponente, welche sich von der zweiten Elektrode 120 zur dritten Elektrode 130 bewegt, effektiv zu verursachen, werden daher die Positionen der Kanten der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 und eine Position einer inneren Kante eines rechteckigen Rings der dritten Elektrode 130 in der Draufsicht nahe beieinander gebildet.
<Effekte>
Wie oben beschrieben, umfasst die Eingabevorrichtung 100 die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120, welche mit dem elastischen Dielektrikum 103 bereitgestellt wird, welches zwischen der zweiten Elektrode 120 und der ersten Elektrode 110 angeordnet ist, die dritte Elektrode 130, welche benachbart zu der zweiten Elektrode 120 bereitgestellt wird, und den Detektor 140, welcher Annäherung und Kontakt der Fingerspitze FT zu und mit der Bedienoberfläche, welche auf der Vorderseite der ersten Elektrode 110 angeordnet ist, und Drücken der Bedienoberfläche durch die Fingerspitze FT auf der Grundlage einer Ausgabe der ersten Elektrode 110 detektiert. Mit einer einfachen Konfiguration, welche die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 umfasst, können daher Annäherung und Kontakt der Fingerspitze FT und Drücken mittels der Fingerspitze FT auf der Grundlage der Ausgabe der ersten Elektrode 110 detektiert werden.
Die Eingabevorrichtung 100 mit einer einfachen Konfiguration, die fähig ist, Annäherung und Kontakt der Fingerspitze FT und Drücken mittels der Fingerspitze FT zu detektieren, kann daher bereitgestellt werden.
Zusätzlich kann, da die dritte Elektrode 130 auf einem bestimmten Potential gehalten wird, wenn der Detektor 140 das Drücken durch die Fingerspitze FT detektiert, die Bewegung des elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode 120 zu der Fingerspitze FT reduziert werden, indem die Bewegung des elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode 120 zu der Fingerspitze FT zu der dritten Elektrode 130 abgelenkt wird. Als ein Ergebnis, wie in 6C dargestellt, kann ein Rückgang der Kapazität Zahl um Z = 0 mm in der Charakteristik der Änderungen der Kapazität (die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120) in Bezug auf die Position der Fingerspitze FT in Z-Richtung eliminiert werden. Die Eingabevorrichtung 100, welche fähig ist, den Operationszustand um Z = 0 mm genau zu bestimmen, kann daher bereitgestellt werden.
Zusätzlich detektiert der Detektor 140 Annäherung oder Kontakt der Fingerspitze FT auf der Basis der absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 und detektiert Drücken mittels der Fingerspitze FT auf der Basis der gegenseitigen Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120. Die Eingabevorrichtung 100 mit einer einfachen Konfiguration, welche fähig ist, Annäherung oder Kontakt der Fingerspitze FT zu oder mit der Bedienoberfläche und Drücken der Bedienoberfläche unter Verwendung der Ausgabe der ersten Elektrode 110 zu detektieren, kann daher bereitgestellt werden.
Zusätzlich werden, wenn der Detektor 140 eine Annäherung oder einen Kontakt der Fingerspitze FT detektiert, Wechselstromspannungen, welche die gleiche Frequenz und die gleiche Phase aufweisen, auf die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 angewendet. Als ein Ergebnis können die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 als aktive Abschirmungen fungieren und potentialfreie Kapazität von einer externen Masse blockieren. Da keine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 sowie der dritten Elektrode 130 besteht, wird die erste Elektrode 110 kaum von einer Kapazität einer Masse beeinflusst und die Detektionsempfindlichkeit der absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 kann verbessert werden. Ein Annäherungszustand kann auch detektiert werden.
Zusätzlich werden die erste Elektrode 110 und die dritte Elektrode 130 auf einem bestimmten Potential gehalten, wenn der Detektor 140 Drücken durch die Fingerspitze FT detektiert, und eine bestimmte Wechselstromspannung wird auf die zweite Elektrode 120 angewendet, wenn der Detektor 140 Drücken durch die Fingerspitze FT detektiert. Als Ergebnis kann eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 verursacht werden und die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 kann gemessen werden. Wie tief die Bedienoberfläche gedrückt wird, kann dann auf der Grundlage der gegenseitigen Kapazität detektiert werden.
Zusätzlich, da die dritte Elektrode 130 derart bereitgestellt wird, dass sie die zweite Elektrode 120 umgibt, können die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 als aktive Abschirmungen fungieren, wodurch eine größere Blockier Wirkung erzeugt, werden kann, wenn potentialfreie Kapazität von einer Masse blockiert wird, und die Detektionsempfindlichkeit der absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 kann verbessert werden.
Zusätzlich, da die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 ähnliche Elektrodenformen aufweisen und zentrale Positionen davon in der Draufsicht übereinstimmen, kann die Eingabevorrichtung 100, welche in der Draufsicht symmetrisch angeordnet ist, wenige Ungleichgewichte in jeglicher Richtung in der Draufsicht aufweist und fähig ist, den Operationszustand genau zu bestimmen, bereitgestellt werden.
< Erste Modifikation >
7 ist ein Diagramm, welches eine Querschnittsstruktur einer Eingabevorrichtung 100A gemäß einer ersten Modifikation der Ausführungsform veranschaulicht. In 7 sind der Detektor 140 und die MCU 150 weggelassen. Die Eingabevorrichtung 100A weist eine Konfiguration auf, bei der eine Abschirmelektrode 160, welche so bereitgestellt ist, dass sie die erste Elektrode 110 in der Draufsicht umgibt, zu der in 2 dargestellten Eingabevorrichtung 100 zwischen dem oberen Panel 101 und dem elastischen Dielektrikum 103 hinzugefügt ist. Die Abschirmelektrode 160 kann zum Beispiel eine rechteckige Ringform wie die dritte Elektrode 130 aufweisen oder es können vier Elektroden sein, welche entlang der vier Seiten der ersten Elektrode 110 bereitgestellt werden.
Die gleiche Spannung wie für die dritte Elektrode 130 kann an die Abschirmelektrode 160 angelegt werden. Das heißt, wenn die Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigen, erhalten werden, kann die gleiche Wechselstromspannung wie die, die an die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 angelegt wird, an die Abschirmelektrode 160 angelegt werden. Wenn die Detektionsdaten, welche die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 anzeigen, erhalten werden, können die Abschirmelektrode 160 und die dritte Elektrode 130 auf demselben bestimmten Potential gehalten werden. Auf diese Weise kann, wenn die Detektionsdaten, welche die absolute Eigenkapazität der ersten Elektrode 110 anzeigen, erhalten werden, eine potentialfreie Kapazität von einer externen Masse effektiver blockiert werden, und die Detektionsempfindlichkeit der ersten Elektrode 110 kann ferner erhöht werden.
<Zweite Modifikation>
8 ist eine Draufsicht, welche eine Eingabevorrichtung 100C gemäß einer zweiten Modifikation der Ausführungsform veranschaulicht. Die Eingabevorrichtung 100C weist eine Konfiguration auf, in welcher die in 1 dargestellte Eingabevorrichtung 100 in der X-Richtung verlängert ist. Das obere Panel 101, das elastische Dielektrikum 103, das Substrat 104, die erste Elektrode 110, für welche ein resistives Elektrodenmaterial verwendet wird, die zweite Elektrode 120 und die dritte Elektrode 130 erstrecken sich daher in X-Richtung.
Die Eingabevorrichtung 100C kann als Schieberegler verwendet werden. Wenn sich eine Position der Fingerspitze FT in der X-Richtung ändert, ändert sich ein Widerstand, von einem Verbindungsende der ersten Elektrode 110 aus betrachtet, und dementsprechend ändert sich die Menge der Ladung, welche mittels des Detektors 140 detektiert wird. Mittels Anordnens des Detektors 140 an beiden Enden der ersten Elektrode 110 und Erhalten eines Verhältnisses der Menge der Ladung kann daher die Position der Fingerspitze FT in der X-Richtung detektiert werden.
<Dritte Modifikation>
9 ist ein Diagramm, welches eine planare Konfiguration einer Eingabevorrichtung 100D gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform veranschaulicht. 10 ist ein Diagramm, welches einen Querschnitt entlang eines Pfeils A-A in 9 veranschaulicht.
Die Eingabevorrichtung 100D gemäß der dritten Modifikation wird erhalten, indem die Fläche der ersten Elektrode 110 der in den 1 und 2 dargestellten Eingabevorrichtung 100 größer gemacht wird als der der zweiten Elektrode 120.
Die erste Elektrode 110 ist in der Draufsicht rechteckig, in diesem Beispiel quadratisch. Die Fläche der ersten Elektrode 110 ist größer als die der zweiten Elektrode 120, und die erste Elektrode 110 wird so bereitgestellt, dass sich die Gesamtheit der äußeren Kante der ersten Elektrode 110 in der Draufsicht außerhalb der der zweiten Elektrode 120 befindet. Die äußere Kante der zweiten Elektrode 120 wird daher in der Draufsicht von der äußeren Kante der ersten Elektrode 110 umfasst.
Die Fläche der ersten Elektrode 110 ist größer als die der zweiten Elektrode 120, und die Gesamtheit der äußeren Kante der ersten Elektrode 110 befindet sich in der Draufsicht außerhalb der der zweiten Elektrode 120. Zum Beispiel können die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 ähnliche Elektrodenformen aufweisen und deren zentrale Positionen können in der Draufsicht übereinstimmen.
In der vorliegenden Modifikation kann, wenn die gegenseitige Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 detektiert wird, nicht nur Bewegung eines elektrischen Feldes von der zweiten Elektrode 120 zu einem Finger reduziert werden, indem die dritte Elektrode 130 auf einem bestimmten Potential gehalten wird, sondern auch die Fläche der ersten Elektrode 110, die näher am Finger ist, vergrößert wird, um die zweite Elektrode 120 vollständig abzudecken und die Bewegung des elektrischen Feldes zum Raum zwischen der zweiten Elektrode 120 und dem Finger weiter zu reduzieren. Da es daher zu keiner Verringerung der Kapazität zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 kommt und keine tote Zone entsteht, kann der Detektor 140 einen Druck sicher detektieren. Folglich kann die Bewegung des elektrischen Feldes zum Finger effektiver unterdrückt werden, wenn die Fläche der ersten Elektrode 110 größer ist als die der zweiten Elektrode 120, als wenn die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 die gleiche Fläche aufweisen.
Daher kann die Eingabevorrichtung 100 mit einer einfachen Konfiguration bereitgestellt werden, welche fähig ist, Annäherung und Kontakt der Fingerspitze FT und Drücken mittels der Fingerspitze FT genauer zu detektieren.
Obwohl eine Eingabevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die spezifisch offengelegte Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert oder verändert werden, ohne vom Gegenstand der Ansprüche abzuweichen.
Die vorliegende internationale Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-037453 , die am 10. März 2022 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

101: oberes Panel
102: Substrat
103: elastisches Dielektrikum
104: Substrat
110: erste Elektrode
120: zweite Elektrode
130: dritte Elektrode
140: Detektor
150: MCU

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021-125158 [0004]
JP 2022-037453 [0079]

Claims

Eine Eingabevorrichtung aufweisend: eine erste Elektrode; ein elastisches Dielektrikum, welches auf einer Rückseite der ersten Elektrode bereitgestellt ist; eine zweite Elektrode, welche mit dem elastischen Dielektrikum bereitgestellt wird, welches zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode eingeschlossen ist; einen Detektor, welcher Annäherung und Kontakt eines Detektionsziels an und mit einer Bedienoberfläche, welche sich auf einer Vorderseite der ersten Elektrode befindet, und Drücken der Bedienoberfläche mittels des Detektionsziels auf der Basis einer Ausgabe der ersten Elektrode detektiert; und eine dritte Elektrode, welche angrenzend an die zweite Elektrode bereitgestellt ist.
Die Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, wenn der Detektor ein Drücken mittels des Detektionsziels detektiert, die dritte Elektrode auf einem bestimmten Potential gehalten wird.
Die Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektor Annäherung oder Kontakt des Detektionsziels auf der Basis einer absoluten Eigenkapazität der ersten Elektrode und Druck mittels des Detektionsziels auf der Basis einer gegenseitigen Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode detektiert.
Die Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei, wenn der Detektor Annäherung oder Kontakt des Detektionsziels detektiert, Wechselstromspannungen mit einer gleichen Frequenz und einer gleichen Phase an die erste Elektrode, die zweite Elektrode und die dritte Elektrode angewandt werden.
Die Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei, wenn der Detektor Drücken mittels des Detektionsziels detektiert, die erste Elektrode und die dritte Elektrode auf einem bestimmten Potential gehalten werden, und wobei, wenn der Detektor Drücken mittels des Detektionsziels detektiert, eine bestimmte Wechselspannung an die zweite Elektrode angelegt wird.
Die Eingabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dritte Elektrode so bereitgestellt ist, dass sie die zweite Elektrode umgibt.
Die Eingabevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Fläche der ersten Elektrode größer ist als eine Fläche der zweiten Elektrode, und wobei eine Gesamtheit einer äußeren Kante der ersten Elektrode in der Draufsicht außerhalb einer äußeren Kante der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Die Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode ähnliche Elektrodenformen aufweisen, und die zentralen Positionen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in Draufsicht übereinstimmen.