位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法
【課題】静電容量の変化に基づいて、指示体による指示位置及び当該指示位置に加えられた押圧力を感度良く検出できるようにする。
【解決手段】第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に、可撓性を有する誘電体部材１３を設けるとともに、第１の導体１１Ｘあるいは第２の導体２１Ｙと誘電体部材１３との間を互いに所定距離離間させるためのスペーサ２３を設けて位置検出センサを構成する。指示体による押圧によって第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間が誘電体部材１３の厚みを介して当接するように構成されるとともに、誘電体部材１３が導体に当接されて形成される当接面積が、指示体による押圧力に対応して変化するように構成されているために、コンデンサとしての静電容量を大きく変化させることができ、これによって指示体が指示する位置と当該指示位置に加えられた力を感度良くおよび精度良く検出できる。
【解決手段】第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に、可撓性を有する誘電体部材１３を設けるとともに、第１の導体１１Ｘあるいは第２の導体２１Ｙと誘電体部材１３との間を互いに所定距離離間させるためのスペーサ２３を設けて位置検出センサを構成する。指示体による押圧によって第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間が誘電体部材１３の厚みを介して当接するように構成されるとともに、誘電体部材１３が導体に当接されて形成される当接面積が、指示体による押圧力に対応して変化するように構成されているために、コンデンサとしての静電容量を大きく変化させることができ、これによって指示体が指示する位置と当該指示位置に加えられた力を感度良くおよび精度良く検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、指示体により指示された位置の静電容量の変化を検出することで指示体が指示する位置の検出を行う位置検出センサおよびこの位置検出センサを備える位置検出装置およびこれらのセンサ及び装置で用いられる位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチパネル等に用いられる指示体の位置検出の方式として静電容量方式の指示体検出装置の開発が盛んに行われている。静電容量方式には、表面型（Surface Capacitive Type）と投影型（Projected Capacitive Type）の２種類の方式があり、両方式ともセンサ電極と指示体（例えば、指、静電ペン等）との間の静電結合状態の変化を検出して、指示体の位置を検出する。
【０００３】
例えば特許文献１（特開２００９−２６５７５９号公報）には、表面型の静電容量方式の指示体検出装置が紹介されている。また、投影型の静電容量方式の指示体検出装置は、例えばガラスなどの透明基板や透明フィルム上に複数の電極を所定パターンで形成して構成し、指示体が接近した際の指示体と電極との静電結合状態の変化を検出する。この投影型の静電容量方式の指示体検出装置は、例えば特許文献２（特開２００３−２２１５８号公報）、特許文献３（特開平９−２２２９４７号公報）、特許文献４（特開平１０−１６１７９５号公報）などに開示されている。
【０００４】
そして、投影型静電容量方式を発展させたクロスポイント静電容量方式と呼ばれる方式の指示体検出装置が提案されている。
【０００５】
図１３に、クロスポイント静電容量方式の指示体検出装置におけるセンサ部の概略構成を示す。このクロスポイント静電容量方式の指示体検出装置は、複数本の指など、複数個の指示体の検出が同時に可能なマルチタッチ対応とされる。
【０００６】
このクロスポイント静電容量方式の指示体検出装置の位置検出センサでは、複数個の上部電極Ｅｘと、複数個の下部電極Ｅｙとを、指示入力面の例えばＸ軸方向（横方向）およびＹ軸方向（縦方向）に、互いに直交させて配置させる。この場合、上部電極Ｅｘと下部電極Ｅｙとの間の重なり部分（クロスポイント）には所定の静電容量Ｃｏ（固定容量）が形成される。そして、使用者の指などの指示体ｆｇが、指示入力面に近づく、あるいは接触した位置においては、その位置の電極Ｅｘ，Ｅｙと指示体ｆｇとの間に静電容量Ｃｆが形成される。そして、指などの指示体ｆｇは人体を通じてグラウンドに所定の静電容量Ｃｇを通じて接続される。この結果、その静電容量ＣｆおよびＣｇのために、その指示体ｆｇの位置では、上部電極Ｅｘと下部電極Ｅｙとの間の電荷が変化する。従来のクロスポイント静電容量方式の指示体検出装置では、この電荷の変化を検出することで、指示入力面内において指示体により指示された位置が特定される。
【０００７】
また、特許文献５（特開２０１０−７９７９１号公報）には、指や静電ペンなど以外の指示体を検出することができるようにした静電容量型入力装置が開示されている。この特許文献５の入力装置の指示体検出センサは、図１４Ａに示すように、第１の基板２と、この第１の基板２に対して空気層４を介して対向する可撓性の第２の基板３と、第１の基板２の第２の基板３側の面のほぼ全面に形成された第１の電極５と、第２の基板３の第１の基板２側の面に形成された複数個の第２の電極６とを備える。
【０００８】
この特許文献５の入力装置の指示体検出センサでは、指示体により第２の基板３が押圧されていないときには、図１４Ａに示すように、複数の第２の電極６のそれぞれと、第１の電極５との間に静電容量Ｃ１が形成される。
【０００９】
そして、第２の基板３が指示体により第１の基板２側に押圧されると、第２の基板３は可撓性を有しているために、図１４Ｂにおいて矢印で示すように、押圧位置において第２の基板３が第１の基板２側に撓み、第１の基板２と第２の基板３間の距離が短くなり、その部分の第１の電極５と第２の電極６とで構成される静電容量が、前記Ｃ１よりも大きいＣ２になる。さらに、図１４Ｂにおいて矢印で示すように押圧されると、第１の電極５に第２の電極６が接触することで導通状態になる。
【００１０】
特許文献５の入力装置では、上記の第１の電極５と第２の電極６とで構成される静電容量がＣ１より大きくなることを検出することで、指示体による第２の基板３への押圧入力（押圧位置）を検出することができると共に、さらに第１の電極５に第２の電極６が接触して導通状態になることを検出することで、当該押圧位置での押圧入力を確定することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２６５７５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２１５８号公報
【特許文献３】特開平９−２２２９４７号公報
【特許文献４】特開平１０−１６１７９５号公報
【特許文献５】特開２０１０−７９７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１３を用いて上述したクロスポイント静電容量方式の指示体検出センサにおいては、電極ＥｘおよびＥｙ間の距離は物理的に固定されており、クロスポイントにおける電極間の静電容量Ｃｏも固定値であり、例えば０．５ｐＦである。そして、電極に指が近づく、あるいは接触したときには、人体が持つ静電容量の影響によって、電極Ｅｘおよび電極Ｅｙ間の静電容量Ｃｏの値が変化するので、その変化を検出することにより、指示体としての指を検出する。すなわち、クロスポイント静電容量方式の指示体検出センサは、人体などの所定の静電容量を有する指示体が近づいたときの影響の度合いを検出するものである。
【００１３】
しかしながら、指を近づけたときのクロスポイントでの静電容量の変化は非常に小さく、電極ＥｘおよびＥｙ間の静電容量Ｃｏの値が例えば０．５ｐＦであるのに対して、僅かに０．０５ｐＦ程度である。このため、指示体の検出出力の対ノイズに対するマージンが厳しく、指などの指示体を感度良く検出することが困難であり、ましてや、指などの指示体の押圧力を検出することは非常に困難である。
【００１４】
また、クロスポイント静電容量方式の検出手法は、クロスポイントに、指などの導電体を近づけることで電極間の静電容量に影響を与える方式（相互容量）であるので、人体を含む導電体でしか検出できず、例えば指の乾燥具合で感度が変わり、また、ゴム手袋等には反応しないという問題があった。
【００１５】
特許文献５の発明の場合には、指示体にこのような制約はなく、ゴム手袋等を装着していても、押圧指示位置の検出が可能である。しかし、特許文献５の検出手法は、静電容量型であっても、最終的には、第１の電極５に第２の電極６が接触して導通する状態を検出することで、押圧入力を確定するようにしている。したがって、指示体により押圧された位置を検出することはできても、指示体の第２の基板３に対する押圧力を精度良く検出することは困難である。
【００１６】
すなわち、第２の基板３は、指示体の第２の基板３に対する押圧力に応じた大きさで撓むので、第２の電極６が第１の電極５に接触するまでは、第１の電極５と第２の電極６間の静電容量は、短くなる距離に反比例して大きくなる。しかし、第２の電極６が第１の電極５に接触すると両者は導通するために、第１の電極５と第２の電極６間の静電容量はゼロになる。
【００１７】
このことから、特許文献５の場合の指示体センサでは、指示体による第２の基板３に対する押圧力を静電容量の変化に基づいて検出できるのは、第２の電極６が第１の電極５に接触するまでである。
【００１８】
この発明は、以上の点に鑑み、静電容量の変化を監視するだけで、指示体による指示位置を検出することができると共に、当該指示位置に加えられた押圧力を感度良くおよび精度良く検出することができる静電容量方式の位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の位置検出センサは、
第１の方向に配置された複数の第１の導体と、前記第１の方向に対して交差する方向に配置された複数の第２の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第１の導体と前記第２の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出センサであって、
前記複数の第１の導体は可撓性を有しており、
前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間はスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
この請求項１に記載の発明の位置検出センサによれば、当該位置検出センサは、複数の第１の導体と複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在している。当該誘電体部材の一方の面は複数の第１の導体あるいは複数の第２の導体に当接されており、当該誘電体部材の他方の面は、スペーサによって複数の第２の導体あるいは複数の第１の導体に対して所定距離離間して対向した構成を有している。
【００２１】
そして、指示体によって、位置検出センサが、複数の第１の導体側から複数の第２の導体側の方向に押圧されると、可撓性を有する誘電体部材と、当該可撓性を有する誘電体部材に対して所定の距離離間して対向配置された複数の第２の導体あるいは複数の第１の導体との当接面積が変化する。すなわち、指示体による押圧に対応して可撓性を有する誘電体部材の、導体（電極）との当接面積が変化することになり、その結果、指示体による押圧に対応して、第１の導体と第２の導体との間に形成される静電容量を大きく変化させることができる。
【００２２】
このように、指示体による押圧に対応して、可撓性を有する誘電体部材の電極に対する当接面積を変化させるようにすることで、第１の導体と第２の導体との間の静電容量を大きく変化させることができ、この変化を検出することにより、指示体による指示位置を感度良く検出することができる。また、当該静電容量の変化量に応じて、どの程度の力（押圧力）が加えられているかを検出することができる。このように、可撓性を有する誘電体部材の電極に対する当接面積を指示体による押圧に対応して変化させることで、第１の導体と第２の導体との間の静電容量を大きく変化させることができ、指示位置を感度良く検出することができると共に、当該指示位置に加えられた力（押圧力）を感度良くおよび精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、指示体による押圧に対応して、誘電体部材が有する厚みを介して第１の導体と第２の導体を互いに近接させるとともに、可撓性を有する誘電体部材の、導体との当接面積を変化させることで静電容量の大きな変化を引き起こすことができ、指示体による指示位置を感度良く検出することができると共に、当該指示位置に加えられた力（押圧力）を感度良くおよび精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態の表示機能付機器１の構成の概略を説明するための分解斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの構成例を説明するための図である。
【図４】位置検出センサ１Ｂに対して指示操作が行われた場合の位置検出センサ１Ｂの状態について説明するための図である。
【図５】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図６】スペーサ２３の構成例を説明するための図である。
【図７】位置検出センサ１Ｂが押圧されたときのスペーサ２３の状態を説明するための図である。
【図８】位置検出センサ１ＢのＹ−Ｙ断面図の一部（右端部）を示す図である。
【図９】位置検出センサ１Ｂの変形例を説明するための図である。
【図１０】位置検出センサ１Ｂの他の変形例を説明するための図である。
【図１１】第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸを説明するための断面図である。
【図１２】位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの変形例を説明するための図である。
【図１３】クロスポイント静電容量方式の指示体検出装置におけるセンサ部の概略構成を示す図である。
【図１４】従来の位置検出センサの一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図を参照しながら、この発明の位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法の実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態においては、表示機能付タブレット装置、タブレット型情報端末あるいはパッド型情報端末などと呼ばれる表示機能付機器に、この発明を適用した場合を例にして説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
［表示機能付機器１の概略構成］
図１は、この実施の形態の表示機能付機器１の構成の概略を説明するための分解斜視図である。図１に示すように、この実施の形態の表示機能付機器１は、筐体１Ｅ内の最下層にマザーボード１Ｄが収納され、その上に表示画面を上側（フロントパネル１Ａ側）にしてＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１Ｃが設けられる。当該ＬＣＤ１Ｃの表示画面側に位置検出センサ１Ｂが設けられる。そして、位置検出センサ１Ｂの上側にフロントパネル１Ａが設けられ、上述の各収納物１Ｄ、１Ｃ、１Ｂが筐体１Ｅ内に保持される。
【００２７】
ここで、マザーボード１Ｄには、通信回路、ＬＣＤ１Ｃ用の制御回路、位置検出センサ１Ｂに信号を供給する信号供給回路、位置検出センサ１Ｂからの信号を受信して、指示位置等を検出する信号受信回路等の種々の回路が形成されている。ＬＣＤ１Ｃは、この実施の形態の表示機能付機器１の表示機能を実現するための表示手段である。位置検出センサ１Ｂは、この発明が適用されて構成されたものであり、ユーザからの種々の指示入力（操作入力）を受け付ける受付手段としての機能を実現している。
【００２８】
上述したように、ＬＣＤ１Ｃの表示画面は位置検出センサ１Ｂを介して観視される。このため、位置検出センサ１Ｂは光透過性（透明性）を有するように構成されている。これにより、ユーザは、表示機能付機器１のフロントパネル１Ａ側からＬＣＤ１Ｃに表示される情報を観視しながら、位置検出センサ１Ｂを通じて、種々の指示入力を行うことができるようにされる。
【００２９】
なお、図１には図示しなかったが、ＬＣＤ１Ｃと位置検出センサ１Ｂとは、マザーボードの対応する回路部にそれぞれ接続される。そして、詳しくは後述もするが、位置検出センサ１Ｂと、マザーボード１Ｄに設けられている信号供給回路や信号受信回路により、位置検出装置が構成される。また、表示機能付機器１は、その外観の大きさが、例えば、用紙サイズでいえば、Ａ５版サイズ、Ｂ５版サイズ、Ａ４版サイズなど、種々の大きさのものとして実現される。
【００３０】
［位置検出装置の構成例］
次に、位置検出センサ１Ｂを含む位置検出装置の構成例について説明する。図２は、この実施の形態の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。図２に示すように、この実施の形態の位置検出装置は、図１に示した位置検出センサ１Ｂと、信号供給回路２００と、信号受信回路３００と、制御回路４０とからなる。制御回路４０は、この実施の形態の位置検出装置の各部を制御するための回路であり、例えばマイクロコンピュータを搭載して構成されている。
【００３１】
位置検出センサ１Ｂは、信号供給回路２００に接続される複数の第１の導体（送信導体）と、信号受信回路３００に接続される複数の第２の導体（受信導体）とを備える。そして、第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍは送信導体群１１を構成する。また、第２の導体２１Ｙ１〜２１Ｙｎは受信導体群２１を構成する。
【００３２】
なお、以下の説明において、特に区別して示す場合を除き、第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍを総称して第１の導体１１Ｘといい、第２の導体２１Ｙ１〜２１Ｙｎを総称して第２の導体２１Ｙという。また、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘの数や受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙの数は、ユーザによって操作される位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳのサイズなど、実施の態様に応じて適宜設定される。また、この実施の形態においては、送信導体群１１側が、ユーザの指等の指示体によって指示入力が行われる指示入力面１ＢＳとされる。
【００３３】
図２においては、右下端部に示したＸ軸矢印がＸ軸方向を示し、同様にＹ軸矢印がＹ軸方向を示している。そして、詳しくは後述もするが、送信導体群１１は、位置検出センサ１ＢのＹ軸方向に延伸された細長（平板状）のｍ本の第１の導体１１Ｘが、Ｘ軸方向に所定間隔を隔てて配列されて構成されたものである。また、受信導体群２１は、位置検出センサ１ＢのＸ軸方向に延伸された細長（平板状）のｎ本の第２の導体２１Ｙが、Ｙ軸方向に所定間隔を隔てて配列されて構成されたものである。
【００３４】
また、詳しくは後述するが、送信導体群１１と受信導体群２１は、誘電体部材と複数のスペーサとを介して対向配置されている。これにより、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分では、コンデンサが構成されるようなっている。なお、この実施の形態において、第１の導体１１Ｘおよび第２の導体２１Ｙは、例えば、銀パターンやＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）膜からなる透明電極膜、あるいは銅箔等で形成される。
【００３５】
信号供給回路２００は、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対する指示体による指示位置や指示位置に加えられた押圧力の検出を可能にするための信号を、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘのそれぞれに供給する。信号供給回路２００は、図２に示したように、選択回路２４と信号発生回路２５とを備えている。選択回路２４は、制御部４０からの制御に応じて、信号発生回路２５からの信号を第１の導体１１Ｘに選択的に供給する。信号発生回路２５は、制御部４０の制御に応じて、所定の周波数を有する、正弦波、矩形波などの交流信号を発生させ、これを選択回路２４に供給する。
【００３６】
そして、この実施の形態の選択回路２４は、制御回路４０によって、所定時間内に全ての第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍに対して信号発生回路２５からの信号を供給するように切換制御される。このように、選択回路２４によって信号発生回路２５からの交流信号を第１の導体１１Ｘに選択的に供給するのは、指示入力面１ＢＳ上で複数の指示位置と、これらに加えられた押圧力とを検出することができるようにするためである。
【００３７】
信号受信回路３００は、受信導体群２１を構成する複数の第２の導体２１Ｙから得られる受信信号に対して信号処理をすることにより、指示体による指示入力面１ＢＳ上の指示位置の検出と、当該指示位置に加えられた押圧力の検出とを行うものである。図２に示すように、信号受信回路３００は、増幅回路３１と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路３２と、指示位置及び押圧力検出回路３３とを備えている。
【００３８】
増幅回路３１は、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙから得られる受信信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３２に供給する。Ａ／Ｄ変換回路３２は、増幅回路３１において増幅された第２の導体２１Ｙからの受信信号をデジタル信号に変換し、これらを指示位置及び押圧力検出回路３３に供給する。
【００３９】
指示位置及び押圧力検出回路３３は、Ａ／Ｄ変換回路３２からの信号に基づいて、位置検出センサ１Ｂに対して指示体による指示入力が行われた場合に、指示された指示入力面１ＢＳ上の指示位置の検出（識別）と加えられた力（押圧力）の検出とを行う。上述したように、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分ではコンデンサが構成される。そして、詳しくは後述するが、位置検出センサ１Ｂに対して押圧力が加えられると、その押圧力が加えられた送信導体群１１側と受信導体群２１側との間では、積層された各部材の接触状態が変化する。
【００４０】
すなわち、位置検出センサ１Ｂを押圧すると、送信導体群１１と受信導体群２１との間に介在する誘電体部材と、送信導体群１１あるいは受信導体群２１との接触状態が変化する。ここで、接触状態とは、積層された部材が直接に接触する場合だけでなく、互いが距離的に近づく状態をも含んでいる。すなわち、例えば、送信導体群１１側から受信導体群２１側に押圧力が加えられると、誘電体部材の、第２の導体２１Ｙあるいは第１の導体１１Ｘとの接触面積が増加する。
【００４１】
そして、誘電体部材と、この誘電体部材に対向する受信導体群２１あるいは送信導体群１１との間の接触面積の増加が支配的な要因となって、押圧力に応じて、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとで構成されるコンデンサの静電容量が変化する。このため、静電容量が変化した部分では第２の導体２１Ｙに流れる信号（電流）が増加することになる。
【００４２】
そこで、複数の第２の導体２１Ｙのそれぞれの導体に流れる信号量（電流量）を監視することにより、指示体が位置検出センサ１Ｂ上のどの位置を指示操作しているのかを検出することができる。なお、どの第１の導体１１Ｘに交流信号を供給しているのかは、制御回路４０からの情報により認識することができる。これらの情報により、信号発生回路２５からの交流信号が供給されている第１の導体１１Ｘと、指示体による指示位置に応じて信号量が変化した第２の導体２１Ｙとが交差する部分が、指示体によって指示された位置領域であると検出することができる。しかも、指示体による押圧に応じてコンデンサの静電容量が変化するため、第２の導体２１Ｙに流れる信号量を検出することで、指示体によって位置検出センサ１Ｂにどの位の押圧力が加えられたかも検出することができる。
【００４３】
このように、指示位置及び押圧力検出回路３３は、指示体が指示する位置に加え、指示体による押圧力に応じた信号を検出することができる。この指示位置及び押圧力検出回路３３で検出された指示位置や押圧力は、マザーボード１Ｄの中の所定の制御回路に供給され、ユーザからの入力情報として用いられる。
【００４４】
［位置検出センサ１Ｂの構成例］
次に、位置検出センサ１Ｂの構成例について、図３〜図５を参照しながら具体的に説明する。図３は、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂの構成例を説明するための図であり、図４は、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂに対して指示入力が行われた場合の位置検出センサ１Ｂの状態について説明するための図である。図５は、本発明の動作原理を説明するための図である。
【００４５】
上述したように、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、従来の静電容量方式の位置検出センサのように、指示体を通じてグラウンドに逃げる電荷による静電容量の変化を検出するものではない。この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、指示体による押圧力に応じた第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間の静電容量の変化を、可撓性を有する誘電体部材１３を介在させて検出するものである。このため、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、指示入力のために用いる指示体は指などの導体である必要はなく、絶縁体であっても良い。したがって、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、ゴム手袋をしたユーザの指で操作しても、その指示位置及び押圧力を良好に検出することができるものである。
【００４６】
そして、図３Ａは、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳ（指、ペンなどの指示体により指示入力される面）側から見た正面図である。また、図３Ｂは、図３ＡにおけるＸ−Ｘ断面図であり、図３Ｃは、図３ＡにおけるＹ−Ｙ断面図である。なお、図３に示す位置検出センサ１Ｂでは、指示入力面１ＢＳ側からみて、第１の導体１１Ｘが配列された方向がＸ軸方向であり、第２の導体２１Ｙが配列された方向がＹ軸方向である。
【００４７】
図３Ｂ、Ｃに示すように、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、上側基板（第１の基板）１０と下側基板（第２の基板）２０とが上下に配置されて構成される。上側基板１０の、下側基板２０との対向面とは反対側の面１０ａが指示入力面１ＢＳとなる。
【００４８】
上側基板１０は、指示入力面１ＢＳ（上側基板１０の上面１０ａ）において指示体による押圧がなされたときに下側基板２０側に撓むことが可能な可撓性の材料からなり、この例では、比較的に厚みが薄いガラス基板や、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などの、透明の合成樹脂からなるフィルム基板で構成されている。下側基板２０は、この例では、ガラス基板や剛体の透明の合成樹脂からなる。
【００４９】
そして、上側基板１０の下側基板２０との対向面側には、それぞれ所定の幅Ｗｘを有し、Ｙ軸方向に延伸されたｍ（ｍは２以上の整数）本の細長（平板状）の第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍが、所定の配列ピッチＰｘ（＞Ｗｘ）で、Ｘ軸方向に配列されている。この第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍのそれぞれは、この例では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極で構成される。この第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍのそれぞれからは、第１の接続導体１２Ｘ１，１２Ｘ２，・・・，１２Ｘｍが導出される。これら第１の接続導体１２Ｘ１，１２Ｘ２，・・・，１２Ｘｍが、マザーボード１Ｄに設けられる図２に示した信号供給回路２００を構成する選択回路２４に接続される。
【００５０】
また、下側基板２０の上側基板１０との対向面側には、それぞれ所定の幅Ｗｙを有し、Ｘ軸方向に延伸されたｎ（ｎは２以上の整数）本の細長（平板状）の第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎが、所定の配列ピッチＰｙ（＞Ｗｙ）でＹ軸方向に配列されている。この第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎのそれぞれは、この例では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極で構成される。この第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎのそれぞれからは、第２の接続導体２２Ｙ１，２２Ｙ２，・・・，２２Ｙｎが導出される。これら第２の接続導体２２Ｙ１，２２Ｙ２，・・・，２２Ｙｎが、マザーボード１Ｄに設けられた、図２に示した信号受信回路３００を構成する増幅回路３１に接続される。
【００５１】
なお、この実施の形態では、前記幅Ｗｘ、Ｗｙは、例えばＷｘ＝Ｗｙ＝２〜２．５ｍｍに選定され、また、前記配列ピッチＰｘ、Ｐｙは、例えばＰｘ＝Ｐｙ＝３．２ｍｍに選定される。また、ガラス基板あるいは合成樹脂素材からなるフィルム基板などが適用される、可撓性を有する上側基板１０には、第１の導体１１Ｘが蒸着、印刷などの既知の導体形成プロセスによって上側基板１０と一体的に形成される。同様にして、ガラス基板あるいは合成樹脂基板などが適用される下側基板２０には、第２の導体２１Ｙが蒸着、印刷などの既知の導体形成プロセスによって下側基板２０と一体的に形成される。
【００５２】
さらに、上側基板１０には、この複数個の第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍの全体を覆うように誘電体部材１３が設けられる。この誘電体部材１３は、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などの比誘電率が２〜１０程度の誘電体からなる透明の誘電体フィルムで構成される。この誘電体層１３の厚さは、例えば５〜１５μｍとされる。また、ガラス素材も誘電体部材１３として適用しうる。更には、この誘電体部材１３は、高誘電率フィラーを高密度に充填した誘電体フィルム（比誘電率が４０以上）により構成しても良い。この他、誘電体部材１３としては、透明エポキシ樹脂、フォトレジスト用アクリル系樹脂、高光透過性フッ素樹脂、１液性のウレタン系樹脂などの透明性を有する種々の誘電体が適用しうる。
【００５３】
そして、上側基板１０の周部と下側基板２０の周部とが、所定の空隙ｄだけ隔てられるように、枠形状の張り合わせ部材３０を介して張り合わされる。したがって、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂにおいては、下側基板２０の第２の導体２１Ｙ１〜２１Ｙｎが形成されている面と、上側基板１０の誘電体部材１３の面との間には、空気層１４が介在する。
【００５４】
そして、この実施の形態では、指示入力面１ＢＳ（１０ａ）への押圧力が存在しないときに、上側基板１０と下側基板２０とが所定の距離離間するように、すなわち空気層１４の層厚を維持するように、下側基板２０の、上側基板１０との対向面側に、スペーサ２３が設けられる。具体的には、下側基板２０上であって、第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎと第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍとが空間的に交差して重なる領域以外の領域（導体間のギャップ領域）に、突起形状を有するスペーサ２３が所定の間隔毎に配置される。
【００５５】
スペーサ２３は、この例では、Ｘ軸方向には、第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍの、互いが隣接する導体の間に、配列ピッチＰｘで配列されると共に、Ｙ軸方向には第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎの、互いが隣接する導体の間に、配列ピッチＰｙで配列されている。これらのスペーサ２３は、例えば、透明の誘電体材料を印刷したり、ドットプリンタにおけるインク吐出のような原理で形成される。また、スペーサ２３の高さは、空隙ｄと同じ、あるいはそれ以下であって、例えば２０μｍ〜１００μｍ程度とされる。
【００５６】
この結果、指示入力面１ＢＳが指示体によって押圧されると、第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍと第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎとが空間的に交差する部分において、上側基板１０が下側基板２０側に撓む。
【００５７】
また、送信導体群１１を構成する複数の第１の導体１１Ｘのそれぞれは、上側基板１０に対して十分に薄いものであるために、上側基板１０の撓みに対応した位置にある第１の導体１１Ｘもまた撓むことになる。さらに、誘電体部材１３もまた、例えばフィルム状に薄く形成されて可撓性を有しており、上側基板１０の撓みに応じて、誘電体部材１３の対応する位置もまた撓むことになる。このため、指やペンなどの指示体が指示入力面１ＢＳを押圧すると、第１の導体１１Ｘが第２の導体２１Ｙ側に近づくように、互いが近接する。
【００５８】
この場合、位置検出センサ１Ｂに対して、指を指示体として用いて指示入力を行うことを想定すると、個人差はあるものの、指示入力面１ＢＳ上の指が接触する部分は、凡そ直径が９ｍｍ前後の略円形状あるいは楕円形状となる。上述したように、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、それぞれが２．０〜２．５ｍｍの幅を有する第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが、配列ピッチ３．２ｍｍで交差するように配列されている。
【００５９】
このため、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに指が接触すると、その押圧部分は、例えば、図４Ａにおいて円形で示したような領域となる。すなわち、当該押圧部分の領域には、それぞれの配列方向において、互いに隣接する３本の第１の導体１１Ｘ及び第２の導体２１Ｙが含まれる。斜線で示した領域において、上側基板１０と第１の導体１１Ｘと誘電体部材１３とが撓み、第２の導体２１Ｙに近づくことになる。
【００６０】
図４Ｂは、図４Ａに対応しており、指が位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳを押圧している場合の第１の導体１１Ｘ２部分のＹ−Ｙ断面図である。すなわち、図４Ｂは、第１の導体１１Ｘ２部分における図３Ｃに示したＹ−Ｙ断面図と同様のものである。この例は、指示入力面１ＢＳ上であって、第１の導体１１Ｘ２と第２の導体２１Ｙ３とが交差する部分を中心にして、指により押圧力がかけられた初期の状態を模式的に示す。
【００６１】
図４Ｂに示すように、指によって指示入力面１ＢＳが次第に押圧されると、第１の導体１１Ｘ２は、第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４と対向する部分で撓み、これによって誘電体部材１３が第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４のそれぞれに接近することになる。更には、誘電体部材１３は第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４に当接するようになり、最終的には、誘電体部材１３と第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４の間で形成されるそれぞれの当接面積が増加するようになる。
【００６２】
ここで、図５を参照して、本発明の動作原理を説明する。一般に、コンデンサの静電容量Ｃは、次の（１）式により与えられる。
コンデンサの静電容量Ｃ＝ε０Ｓ／Ｄ …（１）
当該（１）式において、ε０は電極間に介在する誘電体の比誘電率であり、Ｓは対向する電極の面積であり、Ｄは対向する電極間の距離である。ここで、比誘電率ε０は、電極間に介在させる誘電体部材により一意に決まる。
【００６３】
下側基板２０には、複数の第２の導体２１Ｙが、それぞれの導体間に所定のギャップ（Ｐｙ−Ｗｙ）が設けられた状態で、配置されている。また、スペーサ２３は、導体間ギャップ（Ｐｙ−Ｗｙ）の領域に、所定の間隔で、所定の形状及び高さを有して、設けられている。可撓性を有する上側基板１０には、可撓性を有する複数の第１の導体１１Ｘがそれぞれの導体間に所定のギャップ（Ｐｘ−Ｗｘ）が設けられた状態で、配置されている。誘電体部材１３もまた可撓性を有しており、複数の第１の導体１１Ｘを覆うように、上側基板１０に当接している。また、誘電体部材１３と複数の第２の導体２１Ｙとは、互いに対向するように配置されている。
【００６４】
本発明では、（１）式に示すコンデンサの原理を応用して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に形成される静電容量の大きな変化を引き起こす構造を有している。
【００６５】
すなわち、指示体によって上側基板１０が押圧されていない状態においては、誘電体部材１３は、スペーサ２３によって第２の導体２１Ｙ３と所定の距離離間している。
【００６６】
次に、指示体によって上側基板１０が上側基板１０から下側基板２０の方向に押圧されると、図５Ａに示すように、上側基板１０、第１の導体１１Ｘ２、誘電体部材１３はそれぞれ可撓性を有しているために、第１の導体１１Ｘ２は誘電体部材１３を介して第２の導体２１Ｙ３と当接した状態となる。図５Ｂに示すように、指示体による更なる押圧力が加わると、第１の導体１１Ｘ２と第２の導体２１Ｙ３との間の距離は誘電体部材１３の厚みで規定される所定の値となるものの、指示体による押圧に対応して誘電体部材１３と第２の導体２１Ｙ３との当接面積は変化することになる。
【００６７】
すなわち、本発明では、指示体による押圧力が加わると、第１の導体１１Ｘ２と第２の導体２１Ｙ３との間は、誘電体部材１３の厚みを介して、互いが極めて近接する距離関係を形成することでコンデンサとしての静電容量を高め、更には斯かる近接状態において、誘電体部材１３と該誘電部材１３に当接した第２の導体２１Ｙ３との間で形成される当接面積が押圧力に応じて変化するように構成することで、コンデンサとしての静電容量を押圧力に対応して変化させる。すなわち、押圧力が加えられると、上述の（１）式における距離Ｄを最小値とすることで大きな静電容量を確保し、しかもこの状態で押圧力に応じたＳの変化を引き起こすことで、押圧力の有無ならびに押圧力の大きさを感度良くおよび精度良く検出することができる。
【００６８】
ところで、電極間の距離（空隙）Ｄは、この実施の形態においては、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられていない状態では、例えば１００μｍ程度とされる。しかし、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、受信導体群２１と送信導体群１１は誘電体部材１３を介して互いが当接することとなる。この場合、受信導体群２１あるいは送信導体群１１と誘電体部材１３とが当接する面積Ｓは押圧力に対応して変化する。図５に示すように、このように押圧力が加えられた状態では、受信導体群２１と送信導体群１１は誘電体部材１３を介して互いが当接しており、誘電体部材１３の厚みが（１）式に示す電極間の距離（空隙）Ｄに相当する。この実施の形態では、一例として、誘電体部材１３の厚みは１０μｍ程度とされている。
【００６９】
すなわち、図４Ａ、Ｂに示す本発明の実施の形態を参照してより詳細に説明すると、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられていない状態では、送信導体群１１に当接した１０μｍ程度の厚みを有する誘電体部材１３は、スペーサ２３によって受信導体群２１とは所定の距離（１０μｍ〜６０μｍ）離間した状態にある。指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する所定の第２の導体２１Ｙと当接するとともに、押圧力に対応して誘電体部材１３と所定の第２の導体２１Ｙとの当接面積が変化する。この場合、誘電体部材１３の所定の第２の導体２１Ｙとは当接した状態にあるため、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間は、１０μｍ程度の厚みを有する誘電体部材１３を介して互いが極めて近い距離関係を保持する。
【００７０】
上述の記載から明らかなように、本発明では、コンデンサの原理を応用して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に形成される静電容量に大きな変化を引き起こす構成を有している。すなわち、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間は、誘電体部材１３を介して、互いが極めて近接する距離関係を形成することでコンデンサとしての静電容量を高める。更には斯かる近接状態において、誘電体部材１３と該誘電部材１３に当接した第２の導体２１Ｙとの間で形成される当接面積が押圧力に応じて変化するように構成することで、コンデンサとしての静電容量を押圧力に対応して変化させる。すなわち、押圧力が加えられると、上述の（１）式における距離Ｄを、誘電体部材１３の厚みに対応した、最小値とすることで大きな静電容量を確保し、しかもこの状態で押圧力に応じたＳの変化を引き起こすことで、押圧力の有無ならびに押圧力の大きさを感度良くおよび精度良く検出することができる。
【００７１】
［スペーサ２３の構成例］
図６、図７は、スペーサ２３の構成例を説明するための図である。上述したように、スペーサ２３は、透明の誘電体材料を印刷したり、ドットプリンタのインク吐出原理のごとく、誘電体材料を吹きつけしたりすることによって形成される。このため、スペーサ２３は、図６に示すように、半球状、あるいは、円柱状であってその頭部が半球状のものとすることができる。なお、スペーサ２３の形状は、図６に示した形状に限るものではない。例えば、円柱状や多角柱状に形成したり、円錐状や多角錐状に形成したり、その他、種々の形状としてもよい。
【００７２】
また、スペーサ２３を、例えば、透明シリコンゴムなどの弾性を有する材料により形成することもできる。そして、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられていない状態においては、スペーサ２３によって、送信導体群１１に当接した誘電体部材１３は、受信導体群２１に対して所定距離離間している。
【００７３】
次に、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられると、上述したように、上側基板１０、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙに当接する。
【００７４】
すなわち、図７に示すように、指示体としての指が位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳを押圧すると、上側基板１０、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘ２、誘電体部材１３が撓むことにより、最終的には、誘電体部材１３と受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する状態となる。この当接状態において、誘電体部材１３と受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する面積は押圧力に対応して変化する。このような構成を備えることで、指示入力面１ＢＳ上の指示位置や指示位置に加えられた押圧力を感度良くおよび精度良く検出できる。なお、図７においては、スペーサ２３は弾性を備えており、指による押圧力に応じた弾性変形が生じている。
【００７５】
［第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの構成のまとめ］
次に、第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの基本的な構成についてまとめる。図８は、図３Ｃに示したＹ−Ｙ断面図と同様に、位置検出センサ１ＢのＹ−Ｙ断面図の一部（右端部）を示す図である。
【００７６】
図３を用いて説明したように、この第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、上側基板１０の下側基板２０と対向する面には、Ｙ軸方向に延伸された所定幅Ｗｘを有する複数の第１の導体（送信導体）１１Ｘが、所定のピッチＰｘでＸ軸方向に配列される。そして、複数の第１の導体１１Ｘ（送信導体群１１）を覆うように、誘電体部材１３が当接されている。一方、下側基板２０の上側基板１０と対向する面には、Ｘ軸方向に延伸された所定幅Ｗｙを有する複数の第２の導体（受信導体）２１Ｙが、所定のピッチＰｙでＹ軸方向に配列される。また、上側基板１０の下側基板２０に対向する面には、図３Ａに示したように、複数の第１の導体１１Ｘを構成するそれぞれの導体の間に所定のギャップ（Ｐｘ−Ｗｘ）が設けられている。同様に、下側基板２０の上側基板１０と対向する面には、複数の第２の導体２１Ｙを構成するそれぞれの導体の間に所定のギャップ（Ｐｙ−Ｗｙ）が設けられている。スペーサ２３は、この例では、下側基板２０上に設けられた複数の第２の導体２１Ｙのそれぞれの導体の間に設けられたギャップの領域であって、第１の導体１１Ｘとは空間的に重なり合わない位置に所定の間隔で配置されている。
【００７７】
そして、複数の第１の導体１１Ｘを介して当接された誘電体部材１３を備える上側基板１０と、複数の第２の導体２１Ｙとスペーサ２３が配置された下側基板２０とが、上側基板１０と下側基板２０のそれぞれの周部にて張り合わせ部材３０によって張り合わされる。これにより、図８に示すような積層構造の位置検出センサ１Ｂが構成される。
【００７８】
図８に示す各部材の厚みについての一例を示せば以下のようになる。上側基板１０の厚みは例えば１７５μｍ〜３００μｍ程度とされ、第１の導体１１Ｘの厚みは例えば０．１μｍ程度され、誘電体部材１３の厚みは例えば１０μｍ程度とされる。また、下側基板２０の厚みは例えば７００μｍ程度とされ、第２の導体２１Ｙの厚みは例えば０．１μｍ程度とされる。また、スペーサ２３の高さは例えば１０μｍ〜６０μｍ程度とされ、スペーサの下側基板２０に当接する面の直径は例えば５０μｍ程度とされる。そして、下側基板２０から誘電体部材１３までの距離（空隙）ｄは、スペーサ２３の高さにも依存するが、例えば２０μｍ〜１００μｍ程度とされる。なお、第１の導体１１Ｘ及び第２の導体２１Ｙの厚みは、極めて薄いものであるが、この図ではそれらの配設位置を明確に示すために厚みを付けて示している。また、スペーサ２３についても、本来は誘電体部材１３と当接するものであるが、各図では敢えて離間した状態で示している。
【００７９】
また、第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂにおいては、第１の導体１１Ｘ、第２の導体２１Ｙとも、その幅は例えば２．０ｍｍ〜２．５ｍｍ程度とされ、スペーサ２３の配設ピッチは例えば３．２ｍｍ程度とされている。なお、ここで説明した各部材の厚み、高さ、幅、配列ピッチ、空隙の距離等は全て一例であり、適宜調整することが可能である。
【００８０】
［第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの変形例］
そして、図８に示した基本的な構成を有する第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、種々の変形が可能である。図９、図１０は、第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの変形例を説明するための図である。なお、図９、図１０において、図８に示した各部と同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明は省略する。
【００８１】
図９Ａに示す位置検出センサでは、スペーサ２３ａが一体形成された誘電体部材１３ａが複数の第１の導体１１Ｘを介して上側基板１０に当接するとともに、下側基板２０に対向している。また、図９Ｂに示す位置検出センサにおけるスペーサ２３ｂは、図８において下側基板２０上に設けられたスペーサ２３を、誘電体部材１３上に下側基板２０に対向するようにして設けているものである。
【００８２】
図９Ａと図９Ｂを比較した場合、図９Ａのスペーサ２３ａが誘電体部材１３ａと一体的に形成されたものであるのに対して、図９Ｂのスペーサ２３ｂは、誘電体部材１３とは別体に設けられている。したがって、図９Ｂに示した位置検出センサの場合には、誘電体部材１３とスペーサ２３ｂとを異なる材料により形成することが可能となる。なお、図９に示した位置検出センサにおいて、スペーサ２３ａ、２３ｂが配置される位置は、図８等に示した第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの場合と同じである。
【００８３】
また、図１０Ａに示す位置検出センサでは、受信導体としての複数の第２の導体２１Ｙが配置された下側基板２０の、上側基板１０と対向する面の側に複数の第２の導体２１Ｙを覆うようにして誘電体部材１３ｂが設けられている。送信導体としての複数の第１の導体１１Ｘが配置された上側基板１０側には、スペーサ２３ｃが誘電体部材１３ｂに対向するように設けられている。
【００８４】
また、図１０Ｂに示す位置検出センサでは、スペーサ２３ｄが一体形成された誘電体部材１３ｃが、受信導体としての複数の第２の導体２１Ｙが配置された下側基板２０上の、上側基板１０と対向する面の側に複数の第２の導体２１Ｙを覆うようにして設けられている。上側基板１０には、送信導体としての複数の第１の導体１１Ｘが下側基板２０に対向するように配置されている。また、スペーサ２３ｄは、図９Ｂに示した位置検出センサの場合と同様に、誘電体部材１３ｃとは別体に設けてもよい。このように別体とした場合には、誘電体部材１３ｃとスペーサ２３ｄとを異なる材料によって形成することができる。
【００８５】
図１０Ｃに示す位置検出センサでは、上側基板１０に複数の第１の導体１１Ｘが配置され、下側基板２０には、複数の第２の導体２１Ｙが配置されている。上側基板１０と下側基板２０との間には、誘電体部材１３ｄが配置されている。誘電体部材１３ｄには、上側基板１０に対向するようにスペーサ２３ｅｕが一体的に設けられている。また、同様に、下側基板２０に対向するようにスペーサ２３ｅｄが一体的に設けられている。従って、スペーサ２３ｅｕ、２３ｅｄによって、複数の第１の導体１１Ｘと複数の第２の導体２１Ｙとの間には所定の距離が形成されている。従って、指などの押圧力に対応して上側基板１０に配置された複数の第１の導体１１Ｘと下側基板２０に配置された複数の第２の導体２１Ｙが誘電体部材１３ｄを介して当接するようになるとともに、更には、押圧力に対応して、複数の第１の導体１１Ｘと誘電体部材１３ｄとの間の当接面積および複数の第２の導体２１Ｙと誘電体部材１３ｄとの間の当接面積が変化することになる。なお、図１０Ｃにおいても、誘電体部材１３ｄとスペーサ２３ｅｕ、２３ｅｄのそれぞれは一体的に形成されているが、互いを別体とすることもできる。
【００８６】
また、図１０Ｄに示す位置検出センサでは、複数の第１の導体１１Ｘが配置された上側基板１０には、複数の第１の導体１１Ｘを覆うように、第１の誘電体部材１３ｅが設けられている。同様に、複数の第２の導体２１Ｙが配置された下側基板２０には、複数の第２の導体２１Ｙを覆うように、第２の誘電体部材１３ｆが設けられている。さらに、第１の誘電体部材１３ｅと第２の誘電体部材１３ｆとの間にはスペーサ２３ｆが設けられている。従って、指などの押圧力に対応して誘電体部材１３ｅと誘電体部材１３ｆが当接するようになるとともに、更には、押圧力に対応して、誘電体部材１３ｅと誘電体部材１３ｆとの間の当接面積が変化することになる。なお、図１０Ｄに示した位置検出センサにおいても、第１の誘電体部材１３ｅと第２の誘電体部材１３ｆとスペーサ２３ｆとを一体的に形成することも可能である。
【００８７】
なお、図１０に示した４つ形態の位置検出センサにおいても、スペーサ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅｕ、２３ｅｄ、２３ｆは、図８等に示した第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの場合と同様な位置に配置される。また、図１０においても、上側基板１０と下側基板２０を互いに張り合わせるための張り合わせ部材３０ａ、３０ｂが使用されている。
【００８８】
［第２の実施の形態］
［位置検出センサ１ＢＸの構成例］
次に、第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸについて説明する。図１１は、この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸを説明するための断面図である。この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸでは、可撓性を有する誘電体部材１３に、複数の第１の導体１１Ｘが配置される上側基板１０の機能を兼用させるところに特徴がある。
【００８９】
図１１に示すように、この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸでは、可撓性を有する誘電体部材１３の一方の面に複数の第１の導体１１Ｘが配置されている。また、複数の第１の導体１１Ｘには可撓性を備える保護層１５が設けられており、ユーザが指示入力面１ＢＳ上にて指示体による位置指示を行う際に、指示体の操作から複数の第１の導体１１Ｘを保護する。従って、誘電体部材１３の一方の面には、複数の第１の導体１１Ｘを介して保護層１５が設けられた構造を備える。下側基板２０には、上述したように、複数の第２の導体２１Ｙとスペーサ２３が設けられている。誘電体部材１３の他方の面は、下側基板２０に対向している。
【００９０】
この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸでは、誘電体部材１３が上側基板１０としての機能を果たすようにしたものであり、その素材としては、上側基板１０の素材として例示した、例えば光透過性を有するガラス基板が用いられる。ガラス素材は、誘電率が比較的に高いので誘電体として使用するに適しているからである。誘電体部材１３としてガラス素材が採用される場合には、ガラス基板上にセンサ導体、この例では複数の第１の導体１１Ｘが蒸着あるいは印刷などで一体的に形成された、可撓性を有する程度にその厚みが薄く設定されたセンサ基板が適用できる。上述したように、ガラス素材で構成された誘電体部材１３は、上側基板１０と同様に、厚みは例えば１７５μｍ〜３００μｍ程度とされ、第１の導体１１Ｘ自体の厚みも例えば０．１μｍ程度とされ、その厚みは、それぞれ極めて薄いものである。保護層１５の厚みも極めて薄いものとなっている。
【００９１】
なお、誘電体部材１３としてはガラス素材に限定されないことは明らかである。例えば、既述したように、フィルム状の光透過性を有する合成樹脂を採用することもできる。誘電体部材１３としてフィルム状の合成樹脂を採用する場合には、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などのフィルム基板にセンサ導体、この例では複数の第１の導体１１Ｘ、が一体的に形成された、フィルム状センサ基板が適用できる。合成樹脂基板にセンサ導体が一体的に形成された素材（基板）を誘電体部材１３として採用する場合、その厚みが極めて薄いと、必要以上の可撓性を有することがある。従って、この場合には、保護層１５としてガラス基板など適度な可撓性を有する素材を採用することで、誘電体部材１３、複数の第１の導体１１Ｘ、および保護層１５から成る全体としての可撓性を適切に設定することができる。また、ガラス素材に代えて、光透過性を有する合成樹脂によって保護層１５を形成することもできる。
【００９２】
従って、位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられていない状態においては、スペーサ２３によって、送信導体群１１に当接している誘電体部材１３は、受信導体群２１に対して所定距離離間している。
【００９３】
次に、位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられると、上述したように、保護層１５、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙに当接するようになる。すなわち、指示体としての指が位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳを押圧すると、保護層１５、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、最終的には、誘電体部材１３と、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する状態となる。このように、第１の導体１１Ｘと第１の導体２１Ｙとが誘電体部材１３の厚みを介して近接した状態において、誘電体部材１３と、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとの当接面積は押圧力に対応して変化する。
【００９４】
なお、図１１においては、スペーサ２３は下側基板２０の側に設けられているが、上述したように、誘電体部材１３と一体的に形成され、あるいは誘電体部材１３上に別部材としてあるいは一体的に設けることもできる。
【００９５】
［第１、第２の実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの変形例］
図１２は、第１、第２の実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの変形例を説明するための図である。上述した第１、第２の実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸにおいては、スペーサ２３やスペーサ２３ａ〜２３ｆは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが重なり合わない領域に設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
【００９６】
例えば、図１２Ａに示すように、スペーサ２３Ｘを導体上、例えば第２の導体２１Ｙ上に設けるようにしてもよい。すなわち、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分にも、スペーサ２３Ｘを設けるようにしてもよい。この場合、スペーサ２３Ｘの大きさや高さは必要に応じ種々に調整される。
【００９７】
また、図１２Ｂに示すような誘電体部材１３ｇを設けることもできる。誘電体部材１３ｇの一方の面は、送信導体群１１を介して上側基板１０に当接している。下側基板２０に対向する誘電体部材１３ｇの他方の面は、多数の凹凸が設けられた表面形状を有する。この場合、誘電体部材１３ｇの、下側基板２０と対向する面に設けられた多数の凹凸が、上述したスペーサとしての役割を果たすものである。指などの指示体によって押圧されていない場合には、誘電体部材１３ｇに形成された凸部が下側基板２０および第２の導体２１Ｙに対し微小な面積で当接している。指などの指示体によって押圧されると、誘電体部材１３ｇが弾性変形することで、誘電体部材１３ｇに形成された凸部と下側基板２０および第２の導体２１Ｙとが近接するとともに、誘電体部材１３ｇに形成された凸部と下側基板２０および第２の導体２１Ｙとの間に形成される当接面積が増加するようになる。
【００９８】
［他の変形例］
第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間で、互いの配置関係を入れ替えても良い。また、送信導体群１１と受信導体群２１との間に設けられる誘電体部材は、フィルム状、シート状などと表現される極薄い形状のものとして構成することが可能である。また、誘電体部材を送信導体群１１あるいは受信導体群２１に当接させるに際し、塗布、印刷、吹きつけ、融着等の種々の方法により、互いを固着させ、あるいは接着材を介して互いを固着させることも可能である。誘電体部材には、所定形状の複数の貫通孔を設けることもできる。更には、必要に応じて、この貫通孔を貫通させてスペーサを配置することもできる。
【００９９】
また、上述した実施の形態においては、誘電体部材は、送信導体群１１あるいは受信導体群２１の全面を覆うように設けるようにしたが、必ずしも全面を覆う必要もない。
【０１００】
更には、下側基板２０は基本的には可撓性を有するものでなくてよいが、下側基板２０もまた、例えばフィルム状基板など、可撓性を有する構成とすることもできる。
【０１０１】
スペーサについても、可撓性を有する素材でも、可撓性を有しない素材でも採用しうる。また、スペーサを、第１の導体１１Ｘ間に形成されたギャップの領域に、第１の導体に沿うようにライン状に設けたり、第２の導体２１Ｙ間に形成されたギャップの領域に、第２の導体に沿うようにライン状に設けたりしてもよい。
【０１０２】
また、上述した実施の形態において、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、ＬＣＤ１Ｃの表示画面側に設けられるものであるため、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸを構成する各部分は、光透過性のあるもの（透明なもの）として形成するようにした。しかし、これに限るものではない。例えば、ＬＣＤ、有機ＥＬなどの表示装置を備えていない、タブレット型の位置入力装置であって、パーソナルコンピュータなどに接続されて用いられる場合には、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、光透過性のある材料（透明な材料）で形成される必要はない。
【０１０３】
［実施の形態の効果］
従来の静電容量方式の位置検出センサは、指などの指示体を通じてグラウンドに逃げる電荷による静電容量の変化を検出していたが、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが構成するコンデンサの自己容量の変化を検出するものである。このため、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの場合には、指示体が導電性を有するものでなくてもよい。例えば、ゴムなどの絶縁体を指示体として用いて指示入力を行っても適切に検出できる。したがって、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、ゴム手袋をして作業する作業所や手術室などにおいても利用することができるなど、位置検出センサの活用範囲を大幅に広げることができる。また、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが構成するコンデンサの静電容量の変化幅（ダイナミックレンジ）を大きくすることができ、これによって感度の良い位置検出センサが実現できる。実験による一例では、上述した位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸを指示体によって押圧していない状態で、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサとしての初期容量は約１．４ｐＦ程度である。これに対して、指示体で押圧した状態では、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成するコンデンサの容量は約８．４ｐＦである。したがって、変化レンジは８．６−１．４＝７．２ｐＦとなり、従来の静電容量型の位置検出センサに比べ、大幅に静電容量を変化させることができる。
【０１０４】
また、この発明の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸでは、指示体による押圧に対応して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサとしての静電容量が変化するので、この静電容量の変化に応じて、押圧力の検出を精度よく行なうことができる。
【０１０５】
更には、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に介在させる誘電体部材の厚さ、比誘電率を適切に選択することにより、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサの静電容量の変化特性を目的に応じて設定することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１…表示機能付機器、１Ａ…フロントパネル、１Ｂ、１ＢＸ…位置検出センサ、１Ｃ…ＬＣＤ、１Ｄ…マザーボード、１Ｅ…筐体、１１…送信導体群、１１Ｘ、１１Ｘ１〜１１Ｘｍ…第１の導体（送信導体）、２１…受信導体群、２１Ｙ、２１Ｙ１〜２１Ｙｎ…第２の導体（受信導体）、２００…信号供給回路、２４…選択回路、２５…信号発生回路、３００…信号受信回路、３１…増幅回路、３２…Ａ／Ｄ変換回路、３３…指示位置及び押圧力検出回路、４０…制御回路、１０…上側基板（第１の基板）、１３…誘電体部材（誘電体フィルム）、１４…空気層、２０…下側基板（第２の基板）、２３…スペーサ、１ＢＳ…指示入力面、１３ａ〜１３ｆ…誘電体部材、２３ａ〜２３ｆ…スペーサ、２３ｅｕ、２３ｅｄ…スペーサ、２３ｘ…スペーサ、１５…保護層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、指示体により指示された位置の静電容量の変化を検出することで指示体が指示する位置の検出を行う位置検出センサおよびこの位置検出センサを備える位置検出装置およびこれらのセンサ及び装置で用いられる位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タッチパネル等に用いられる指示体の位置検出の方式として静電容量方式の指示体検出装置の開発が盛んに行われている。静電容量方式には、表面型（Surface Capacitive Type）と投影型（Projected Capacitive Type）の２種類の方式があり、両方式ともセンサ電極と指示体（例えば、指、静電ペン等）との間の静電結合状態の変化を検出して、指示体の位置を検出する。
【０００３】
例えば特許文献１（特開２００９−２６５７５９号公報）には、表面型の静電容量方式の指示体検出装置が紹介されている。また、投影型の静電容量方式の指示体検出装置は、例えばガラスなどの透明基板や透明フィルム上に複数の電極を所定パターンで形成して構成し、指示体が接近した際の指示体と電極との静電結合状態の変化を検出する。この投影型の静電容量方式の指示体検出装置は、例えば特許文献２（特開２００３−２２１５８号公報）、特許文献３（特開平９−２２２９４７号公報）、特許文献４（特開平１０−１６１７９５号公報）などに開示されている。
【０００４】
そして、投影型静電容量方式を発展させたクロスポイント静電容量方式と呼ばれる方式の指示体検出装置が提案されている。
【０００５】
図１３に、クロスポイント静電容量方式の指示体検出装置におけるセンサ部の概略構成を示す。このクロスポイント静電容量方式の指示体検出装置は、複数本の指など、複数個の指示体の検出が同時に可能なマルチタッチ対応とされる。
【０００６】
このクロスポイント静電容量方式の指示体検出装置の位置検出センサでは、複数個の上部電極Ｅｘと、複数個の下部電極Ｅｙとを、指示入力面の例えばＸ軸方向（横方向）およびＹ軸方向（縦方向）に、互いに直交させて配置させる。この場合、上部電極Ｅｘと下部電極Ｅｙとの間の重なり部分（クロスポイント）には所定の静電容量Ｃｏ（固定容量）が形成される。そして、使用者の指などの指示体ｆｇが、指示入力面に近づく、あるいは接触した位置においては、その位置の電極Ｅｘ，Ｅｙと指示体ｆｇとの間に静電容量Ｃｆが形成される。そして、指などの指示体ｆｇは人体を通じてグラウンドに所定の静電容量Ｃｇを通じて接続される。この結果、その静電容量ＣｆおよびＣｇのために、その指示体ｆｇの位置では、上部電極Ｅｘと下部電極Ｅｙとの間の電荷が変化する。従来のクロスポイント静電容量方式の指示体検出装置では、この電荷の変化を検出することで、指示入力面内において指示体により指示された位置が特定される。
【０００７】
また、特許文献５（特開２０１０−７９７９１号公報）には、指や静電ペンなど以外の指示体を検出することができるようにした静電容量型入力装置が開示されている。この特許文献５の入力装置の指示体検出センサは、図１４Ａに示すように、第１の基板２と、この第１の基板２に対して空気層４を介して対向する可撓性の第２の基板３と、第１の基板２の第２の基板３側の面のほぼ全面に形成された第１の電極５と、第２の基板３の第１の基板２側の面に形成された複数個の第２の電極６とを備える。
【０００８】
この特許文献５の入力装置の指示体検出センサでは、指示体により第２の基板３が押圧されていないときには、図１４Ａに示すように、複数の第２の電極６のそれぞれと、第１の電極５との間に静電容量Ｃ１が形成される。
【０００９】
そして、第２の基板３が指示体により第１の基板２側に押圧されると、第２の基板３は可撓性を有しているために、図１４Ｂにおいて矢印で示すように、押圧位置において第２の基板３が第１の基板２側に撓み、第１の基板２と第２の基板３間の距離が短くなり、その部分の第１の電極５と第２の電極６とで構成される静電容量が、前記Ｃ１よりも大きいＣ２になる。さらに、図１４Ｂにおいて矢印で示すように押圧されると、第１の電極５に第２の電極６が接触することで導通状態になる。
【００１０】
特許文献５の入力装置では、上記の第１の電極５と第２の電極６とで構成される静電容量がＣ１より大きくなることを検出することで、指示体による第２の基板３への押圧入力（押圧位置）を検出することができると共に、さらに第１の電極５に第２の電極６が接触して導通状態になることを検出することで、当該押圧位置での押圧入力を確定することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２６５７５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２１５８号公報
【特許文献３】特開平９−２２２９４７号公報
【特許文献４】特開平１０−１６１７９５号公報
【特許文献５】特開２０１０−７９７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１３を用いて上述したクロスポイント静電容量方式の指示体検出センサにおいては、電極ＥｘおよびＥｙ間の距離は物理的に固定されており、クロスポイントにおける電極間の静電容量Ｃｏも固定値であり、例えば０．５ｐＦである。そして、電極に指が近づく、あるいは接触したときには、人体が持つ静電容量の影響によって、電極Ｅｘおよび電極Ｅｙ間の静電容量Ｃｏの値が変化するので、その変化を検出することにより、指示体としての指を検出する。すなわち、クロスポイント静電容量方式の指示体検出センサは、人体などの所定の静電容量を有する指示体が近づいたときの影響の度合いを検出するものである。
【００１３】
しかしながら、指を近づけたときのクロスポイントでの静電容量の変化は非常に小さく、電極ＥｘおよびＥｙ間の静電容量Ｃｏの値が例えば０．５ｐＦであるのに対して、僅かに０．０５ｐＦ程度である。このため、指示体の検出出力の対ノイズに対するマージンが厳しく、指などの指示体を感度良く検出することが困難であり、ましてや、指などの指示体の押圧力を検出することは非常に困難である。
【００１４】
また、クロスポイント静電容量方式の検出手法は、クロスポイントに、指などの導電体を近づけることで電極間の静電容量に影響を与える方式（相互容量）であるので、人体を含む導電体でしか検出できず、例えば指の乾燥具合で感度が変わり、また、ゴム手袋等には反応しないという問題があった。
【００１５】
特許文献５の発明の場合には、指示体にこのような制約はなく、ゴム手袋等を装着していても、押圧指示位置の検出が可能である。しかし、特許文献５の検出手法は、静電容量型であっても、最終的には、第１の電極５に第２の電極６が接触して導通する状態を検出することで、押圧入力を確定するようにしている。したがって、指示体により押圧された位置を検出することはできても、指示体の第２の基板３に対する押圧力を精度良く検出することは困難である。
【００１６】
すなわち、第２の基板３は、指示体の第２の基板３に対する押圧力に応じた大きさで撓むので、第２の電極６が第１の電極５に接触するまでは、第１の電極５と第２の電極６間の静電容量は、短くなる距離に反比例して大きくなる。しかし、第２の電極６が第１の電極５に接触すると両者は導通するために、第１の電極５と第２の電極６間の静電容量はゼロになる。
【００１７】
このことから、特許文献５の場合の指示体センサでは、指示体による第２の基板３に対する押圧力を静電容量の変化に基づいて検出できるのは、第２の電極６が第１の電極５に接触するまでである。
【００１８】
この発明は、以上の点に鑑み、静電容量の変化を監視するだけで、指示体による指示位置を検出することができると共に、当該指示位置に加えられた押圧力を感度良くおよび精度良く検出することができる静電容量方式の位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の位置検出センサは、
第１の方向に配置された複数の第１の導体と、前記第１の方向に対して交差する方向に配置された複数の第２の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第１の導体と前記第２の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出センサであって、
前記複数の第１の導体は可撓性を有しており、
前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間はスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
この請求項１に記載の発明の位置検出センサによれば、当該位置検出センサは、複数の第１の導体と複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在している。当該誘電体部材の一方の面は複数の第１の導体あるいは複数の第２の導体に当接されており、当該誘電体部材の他方の面は、スペーサによって複数の第２の導体あるいは複数の第１の導体に対して所定距離離間して対向した構成を有している。
【００２１】
そして、指示体によって、位置検出センサが、複数の第１の導体側から複数の第２の導体側の方向に押圧されると、可撓性を有する誘電体部材と、当該可撓性を有する誘電体部材に対して所定の距離離間して対向配置された複数の第２の導体あるいは複数の第１の導体との当接面積が変化する。すなわち、指示体による押圧に対応して可撓性を有する誘電体部材の、導体（電極）との当接面積が変化することになり、その結果、指示体による押圧に対応して、第１の導体と第２の導体との間に形成される静電容量を大きく変化させることができる。
【００２２】
このように、指示体による押圧に対応して、可撓性を有する誘電体部材の電極に対する当接面積を変化させるようにすることで、第１の導体と第２の導体との間の静電容量を大きく変化させることができ、この変化を検出することにより、指示体による指示位置を感度良く検出することができる。また、当該静電容量の変化量に応じて、どの程度の力（押圧力）が加えられているかを検出することができる。このように、可撓性を有する誘電体部材の電極に対する当接面積を指示体による押圧に対応して変化させることで、第１の導体と第２の導体との間の静電容量を大きく変化させることができ、指示位置を感度良く検出することができると共に、当該指示位置に加えられた力（押圧力）を感度良くおよび精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、指示体による押圧に対応して、誘電体部材が有する厚みを介して第１の導体と第２の導体を互いに近接させるとともに、可撓性を有する誘電体部材の、導体との当接面積を変化させることで静電容量の大きな変化を引き起こすことができ、指示体による指示位置を感度良く検出することができると共に、当該指示位置に加えられた力（押圧力）を感度良くおよび精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態の表示機能付機器１の構成の概略を説明するための分解斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの構成例を説明するための図である。
【図４】位置検出センサ１Ｂに対して指示操作が行われた場合の位置検出センサ１Ｂの状態について説明するための図である。
【図５】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図６】スペーサ２３の構成例を説明するための図である。
【図７】位置検出センサ１Ｂが押圧されたときのスペーサ２３の状態を説明するための図である。
【図８】位置検出センサ１ＢのＹ−Ｙ断面図の一部（右端部）を示す図である。
【図９】位置検出センサ１Ｂの変形例を説明するための図である。
【図１０】位置検出センサ１Ｂの他の変形例を説明するための図である。
【図１１】第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸを説明するための断面図である。
【図１２】位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの変形例を説明するための図である。
【図１３】クロスポイント静電容量方式の指示体検出装置におけるセンサ部の概略構成を示す図である。
【図１４】従来の位置検出センサの一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図を参照しながら、この発明の位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法の実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態においては、表示機能付タブレット装置、タブレット型情報端末あるいはパッド型情報端末などと呼ばれる表示機能付機器に、この発明を適用した場合を例にして説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
［表示機能付機器１の概略構成］
図１は、この実施の形態の表示機能付機器１の構成の概略を説明するための分解斜視図である。図１に示すように、この実施の形態の表示機能付機器１は、筐体１Ｅ内の最下層にマザーボード１Ｄが収納され、その上に表示画面を上側（フロントパネル１Ａ側）にしてＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１Ｃが設けられる。当該ＬＣＤ１Ｃの表示画面側に位置検出センサ１Ｂが設けられる。そして、位置検出センサ１Ｂの上側にフロントパネル１Ａが設けられ、上述の各収納物１Ｄ、１Ｃ、１Ｂが筐体１Ｅ内に保持される。
【００２７】
ここで、マザーボード１Ｄには、通信回路、ＬＣＤ１Ｃ用の制御回路、位置検出センサ１Ｂに信号を供給する信号供給回路、位置検出センサ１Ｂからの信号を受信して、指示位置等を検出する信号受信回路等の種々の回路が形成されている。ＬＣＤ１Ｃは、この実施の形態の表示機能付機器１の表示機能を実現するための表示手段である。位置検出センサ１Ｂは、この発明が適用されて構成されたものであり、ユーザからの種々の指示入力（操作入力）を受け付ける受付手段としての機能を実現している。
【００２８】
上述したように、ＬＣＤ１Ｃの表示画面は位置検出センサ１Ｂを介して観視される。このため、位置検出センサ１Ｂは光透過性（透明性）を有するように構成されている。これにより、ユーザは、表示機能付機器１のフロントパネル１Ａ側からＬＣＤ１Ｃに表示される情報を観視しながら、位置検出センサ１Ｂを通じて、種々の指示入力を行うことができるようにされる。
【００２９】
なお、図１には図示しなかったが、ＬＣＤ１Ｃと位置検出センサ１Ｂとは、マザーボードの対応する回路部にそれぞれ接続される。そして、詳しくは後述もするが、位置検出センサ１Ｂと、マザーボード１Ｄに設けられている信号供給回路や信号受信回路により、位置検出装置が構成される。また、表示機能付機器１は、その外観の大きさが、例えば、用紙サイズでいえば、Ａ５版サイズ、Ｂ５版サイズ、Ａ４版サイズなど、種々の大きさのものとして実現される。
【００３０】
［位置検出装置の構成例］
次に、位置検出センサ１Ｂを含む位置検出装置の構成例について説明する。図２は、この実施の形態の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。図２に示すように、この実施の形態の位置検出装置は、図１に示した位置検出センサ１Ｂと、信号供給回路２００と、信号受信回路３００と、制御回路４０とからなる。制御回路４０は、この実施の形態の位置検出装置の各部を制御するための回路であり、例えばマイクロコンピュータを搭載して構成されている。
【００３１】
位置検出センサ１Ｂは、信号供給回路２００に接続される複数の第１の導体（送信導体）と、信号受信回路３００に接続される複数の第２の導体（受信導体）とを備える。そして、第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍは送信導体群１１を構成する。また、第２の導体２１Ｙ１〜２１Ｙｎは受信導体群２１を構成する。
【００３２】
なお、以下の説明において、特に区別して示す場合を除き、第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍを総称して第１の導体１１Ｘといい、第２の導体２１Ｙ１〜２１Ｙｎを総称して第２の導体２１Ｙという。また、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘの数や受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙの数は、ユーザによって操作される位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳのサイズなど、実施の態様に応じて適宜設定される。また、この実施の形態においては、送信導体群１１側が、ユーザの指等の指示体によって指示入力が行われる指示入力面１ＢＳとされる。
【００３３】
図２においては、右下端部に示したＸ軸矢印がＸ軸方向を示し、同様にＹ軸矢印がＹ軸方向を示している。そして、詳しくは後述もするが、送信導体群１１は、位置検出センサ１ＢのＹ軸方向に延伸された細長（平板状）のｍ本の第１の導体１１Ｘが、Ｘ軸方向に所定間隔を隔てて配列されて構成されたものである。また、受信導体群２１は、位置検出センサ１ＢのＸ軸方向に延伸された細長（平板状）のｎ本の第２の導体２１Ｙが、Ｙ軸方向に所定間隔を隔てて配列されて構成されたものである。
【００３４】
また、詳しくは後述するが、送信導体群１１と受信導体群２１は、誘電体部材と複数のスペーサとを介して対向配置されている。これにより、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分では、コンデンサが構成されるようなっている。なお、この実施の形態において、第１の導体１１Ｘおよび第２の導体２１Ｙは、例えば、銀パターンやＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）膜からなる透明電極膜、あるいは銅箔等で形成される。
【００３５】
信号供給回路２００は、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対する指示体による指示位置や指示位置に加えられた押圧力の検出を可能にするための信号を、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘのそれぞれに供給する。信号供給回路２００は、図２に示したように、選択回路２４と信号発生回路２５とを備えている。選択回路２４は、制御部４０からの制御に応じて、信号発生回路２５からの信号を第１の導体１１Ｘに選択的に供給する。信号発生回路２５は、制御部４０の制御に応じて、所定の周波数を有する、正弦波、矩形波などの交流信号を発生させ、これを選択回路２４に供給する。
【００３６】
そして、この実施の形態の選択回路２４は、制御回路４０によって、所定時間内に全ての第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍに対して信号発生回路２５からの信号を供給するように切換制御される。このように、選択回路２４によって信号発生回路２５からの交流信号を第１の導体１１Ｘに選択的に供給するのは、指示入力面１ＢＳ上で複数の指示位置と、これらに加えられた押圧力とを検出することができるようにするためである。
【００３７】
信号受信回路３００は、受信導体群２１を構成する複数の第２の導体２１Ｙから得られる受信信号に対して信号処理をすることにより、指示体による指示入力面１ＢＳ上の指示位置の検出と、当該指示位置に加えられた押圧力の検出とを行うものである。図２に示すように、信号受信回路３００は、増幅回路３１と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路３２と、指示位置及び押圧力検出回路３３とを備えている。
【００３８】
増幅回路３１は、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙから得られる受信信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３２に供給する。Ａ／Ｄ変換回路３２は、増幅回路３１において増幅された第２の導体２１Ｙからの受信信号をデジタル信号に変換し、これらを指示位置及び押圧力検出回路３３に供給する。
【００３９】
指示位置及び押圧力検出回路３３は、Ａ／Ｄ変換回路３２からの信号に基づいて、位置検出センサ１Ｂに対して指示体による指示入力が行われた場合に、指示された指示入力面１ＢＳ上の指示位置の検出（識別）と加えられた力（押圧力）の検出とを行う。上述したように、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分ではコンデンサが構成される。そして、詳しくは後述するが、位置検出センサ１Ｂに対して押圧力が加えられると、その押圧力が加えられた送信導体群１１側と受信導体群２１側との間では、積層された各部材の接触状態が変化する。
【００４０】
すなわち、位置検出センサ１Ｂを押圧すると、送信導体群１１と受信導体群２１との間に介在する誘電体部材と、送信導体群１１あるいは受信導体群２１との接触状態が変化する。ここで、接触状態とは、積層された部材が直接に接触する場合だけでなく、互いが距離的に近づく状態をも含んでいる。すなわち、例えば、送信導体群１１側から受信導体群２１側に押圧力が加えられると、誘電体部材の、第２の導体２１Ｙあるいは第１の導体１１Ｘとの接触面積が増加する。
【００４１】
そして、誘電体部材と、この誘電体部材に対向する受信導体群２１あるいは送信導体群１１との間の接触面積の増加が支配的な要因となって、押圧力に応じて、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとで構成されるコンデンサの静電容量が変化する。このため、静電容量が変化した部分では第２の導体２１Ｙに流れる信号（電流）が増加することになる。
【００４２】
そこで、複数の第２の導体２１Ｙのそれぞれの導体に流れる信号量（電流量）を監視することにより、指示体が位置検出センサ１Ｂ上のどの位置を指示操作しているのかを検出することができる。なお、どの第１の導体１１Ｘに交流信号を供給しているのかは、制御回路４０からの情報により認識することができる。これらの情報により、信号発生回路２５からの交流信号が供給されている第１の導体１１Ｘと、指示体による指示位置に応じて信号量が変化した第２の導体２１Ｙとが交差する部分が、指示体によって指示された位置領域であると検出することができる。しかも、指示体による押圧に応じてコンデンサの静電容量が変化するため、第２の導体２１Ｙに流れる信号量を検出することで、指示体によって位置検出センサ１Ｂにどの位の押圧力が加えられたかも検出することができる。
【００４３】
このように、指示位置及び押圧力検出回路３３は、指示体が指示する位置に加え、指示体による押圧力に応じた信号を検出することができる。この指示位置及び押圧力検出回路３３で検出された指示位置や押圧力は、マザーボード１Ｄの中の所定の制御回路に供給され、ユーザからの入力情報として用いられる。
【００４４】
［位置検出センサ１Ｂの構成例］
次に、位置検出センサ１Ｂの構成例について、図３〜図５を参照しながら具体的に説明する。図３は、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂの構成例を説明するための図であり、図４は、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂに対して指示入力が行われた場合の位置検出センサ１Ｂの状態について説明するための図である。図５は、本発明の動作原理を説明するための図である。
【００４５】
上述したように、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、従来の静電容量方式の位置検出センサのように、指示体を通じてグラウンドに逃げる電荷による静電容量の変化を検出するものではない。この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、指示体による押圧力に応じた第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間の静電容量の変化を、可撓性を有する誘電体部材１３を介在させて検出するものである。このため、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、指示入力のために用いる指示体は指などの導体である必要はなく、絶縁体であっても良い。したがって、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、ゴム手袋をしたユーザの指で操作しても、その指示位置及び押圧力を良好に検出することができるものである。
【００４６】
そして、図３Ａは、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳ（指、ペンなどの指示体により指示入力される面）側から見た正面図である。また、図３Ｂは、図３ＡにおけるＸ−Ｘ断面図であり、図３Ｃは、図３ＡにおけるＹ−Ｙ断面図である。なお、図３に示す位置検出センサ１Ｂでは、指示入力面１ＢＳ側からみて、第１の導体１１Ｘが配列された方向がＸ軸方向であり、第２の導体２１Ｙが配列された方向がＹ軸方向である。
【００４７】
図３Ｂ、Ｃに示すように、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、上側基板（第１の基板）１０と下側基板（第２の基板）２０とが上下に配置されて構成される。上側基板１０の、下側基板２０との対向面とは反対側の面１０ａが指示入力面１ＢＳとなる。
【００４８】
上側基板１０は、指示入力面１ＢＳ（上側基板１０の上面１０ａ）において指示体による押圧がなされたときに下側基板２０側に撓むことが可能な可撓性の材料からなり、この例では、比較的に厚みが薄いガラス基板や、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などの、透明の合成樹脂からなるフィルム基板で構成されている。下側基板２０は、この例では、ガラス基板や剛体の透明の合成樹脂からなる。
【００４９】
そして、上側基板１０の下側基板２０との対向面側には、それぞれ所定の幅Ｗｘを有し、Ｙ軸方向に延伸されたｍ（ｍは２以上の整数）本の細長（平板状）の第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍが、所定の配列ピッチＰｘ（＞Ｗｘ）で、Ｘ軸方向に配列されている。この第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍのそれぞれは、この例では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極で構成される。この第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍのそれぞれからは、第１の接続導体１２Ｘ１，１２Ｘ２，・・・，１２Ｘｍが導出される。これら第１の接続導体１２Ｘ１，１２Ｘ２，・・・，１２Ｘｍが、マザーボード１Ｄに設けられる図２に示した信号供給回路２００を構成する選択回路２４に接続される。
【００５０】
また、下側基板２０の上側基板１０との対向面側には、それぞれ所定の幅Ｗｙを有し、Ｘ軸方向に延伸されたｎ（ｎは２以上の整数）本の細長（平板状）の第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎが、所定の配列ピッチＰｙ（＞Ｗｙ）でＹ軸方向に配列されている。この第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎのそれぞれは、この例では、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明電極で構成される。この第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎのそれぞれからは、第２の接続導体２２Ｙ１，２２Ｙ２，・・・，２２Ｙｎが導出される。これら第２の接続導体２２Ｙ１，２２Ｙ２，・・・，２２Ｙｎが、マザーボード１Ｄに設けられた、図２に示した信号受信回路３００を構成する増幅回路３１に接続される。
【００５１】
なお、この実施の形態では、前記幅Ｗｘ、Ｗｙは、例えばＷｘ＝Ｗｙ＝２〜２．５ｍｍに選定され、また、前記配列ピッチＰｘ、Ｐｙは、例えばＰｘ＝Ｐｙ＝３．２ｍｍに選定される。また、ガラス基板あるいは合成樹脂素材からなるフィルム基板などが適用される、可撓性を有する上側基板１０には、第１の導体１１Ｘが蒸着、印刷などの既知の導体形成プロセスによって上側基板１０と一体的に形成される。同様にして、ガラス基板あるいは合成樹脂基板などが適用される下側基板２０には、第２の導体２１Ｙが蒸着、印刷などの既知の導体形成プロセスによって下側基板２０と一体的に形成される。
【００５２】
さらに、上側基板１０には、この複数個の第１の導体１１Ｘ１〜１１Ｘｍの全体を覆うように誘電体部材１３が設けられる。この誘電体部材１３は、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などの比誘電率が２〜１０程度の誘電体からなる透明の誘電体フィルムで構成される。この誘電体層１３の厚さは、例えば５〜１５μｍとされる。また、ガラス素材も誘電体部材１３として適用しうる。更には、この誘電体部材１３は、高誘電率フィラーを高密度に充填した誘電体フィルム（比誘電率が４０以上）により構成しても良い。この他、誘電体部材１３としては、透明エポキシ樹脂、フォトレジスト用アクリル系樹脂、高光透過性フッ素樹脂、１液性のウレタン系樹脂などの透明性を有する種々の誘電体が適用しうる。
【００５３】
そして、上側基板１０の周部と下側基板２０の周部とが、所定の空隙ｄだけ隔てられるように、枠形状の張り合わせ部材３０を介して張り合わされる。したがって、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂにおいては、下側基板２０の第２の導体２１Ｙ１〜２１Ｙｎが形成されている面と、上側基板１０の誘電体部材１３の面との間には、空気層１４が介在する。
【００５４】
そして、この実施の形態では、指示入力面１ＢＳ（１０ａ）への押圧力が存在しないときに、上側基板１０と下側基板２０とが所定の距離離間するように、すなわち空気層１４の層厚を維持するように、下側基板２０の、上側基板１０との対向面側に、スペーサ２３が設けられる。具体的には、下側基板２０上であって、第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎと第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍとが空間的に交差して重なる領域以外の領域（導体間のギャップ領域）に、突起形状を有するスペーサ２３が所定の間隔毎に配置される。
【００５５】
スペーサ２３は、この例では、Ｘ軸方向には、第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍの、互いが隣接する導体の間に、配列ピッチＰｘで配列されると共に、Ｙ軸方向には第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎの、互いが隣接する導体の間に、配列ピッチＰｙで配列されている。これらのスペーサ２３は、例えば、透明の誘電体材料を印刷したり、ドットプリンタにおけるインク吐出のような原理で形成される。また、スペーサ２３の高さは、空隙ｄと同じ、あるいはそれ以下であって、例えば２０μｍ〜１００μｍ程度とされる。
【００５６】
この結果、指示入力面１ＢＳが指示体によって押圧されると、第１の導体１１Ｘ１，１１Ｘ２，・・・，１１Ｘｍと第２の導体２１Ｙ１，２１Ｙ２，・・・，２１Ｙｎとが空間的に交差する部分において、上側基板１０が下側基板２０側に撓む。
【００５７】
また、送信導体群１１を構成する複数の第１の導体１１Ｘのそれぞれは、上側基板１０に対して十分に薄いものであるために、上側基板１０の撓みに対応した位置にある第１の導体１１Ｘもまた撓むことになる。さらに、誘電体部材１３もまた、例えばフィルム状に薄く形成されて可撓性を有しており、上側基板１０の撓みに応じて、誘電体部材１３の対応する位置もまた撓むことになる。このため、指やペンなどの指示体が指示入力面１ＢＳを押圧すると、第１の導体１１Ｘが第２の導体２１Ｙ側に近づくように、互いが近接する。
【００５８】
この場合、位置検出センサ１Ｂに対して、指を指示体として用いて指示入力を行うことを想定すると、個人差はあるものの、指示入力面１ＢＳ上の指が接触する部分は、凡そ直径が９ｍｍ前後の略円形状あるいは楕円形状となる。上述したように、この実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、それぞれが２．０〜２．５ｍｍの幅を有する第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが、配列ピッチ３．２ｍｍで交差するように配列されている。
【００５９】
このため、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに指が接触すると、その押圧部分は、例えば、図４Ａにおいて円形で示したような領域となる。すなわち、当該押圧部分の領域には、それぞれの配列方向において、互いに隣接する３本の第１の導体１１Ｘ及び第２の導体２１Ｙが含まれる。斜線で示した領域において、上側基板１０と第１の導体１１Ｘと誘電体部材１３とが撓み、第２の導体２１Ｙに近づくことになる。
【００６０】
図４Ｂは、図４Ａに対応しており、指が位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳを押圧している場合の第１の導体１１Ｘ２部分のＹ−Ｙ断面図である。すなわち、図４Ｂは、第１の導体１１Ｘ２部分における図３Ｃに示したＹ−Ｙ断面図と同様のものである。この例は、指示入力面１ＢＳ上であって、第１の導体１１Ｘ２と第２の導体２１Ｙ３とが交差する部分を中心にして、指により押圧力がかけられた初期の状態を模式的に示す。
【００６１】
図４Ｂに示すように、指によって指示入力面１ＢＳが次第に押圧されると、第１の導体１１Ｘ２は、第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４と対向する部分で撓み、これによって誘電体部材１３が第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４のそれぞれに接近することになる。更には、誘電体部材１３は第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４に当接するようになり、最終的には、誘電体部材１３と第２の導体２１Ｙ２、２１Ｙ３、２１Ｙ４の間で形成されるそれぞれの当接面積が増加するようになる。
【００６２】
ここで、図５を参照して、本発明の動作原理を説明する。一般に、コンデンサの静電容量Ｃは、次の（１）式により与えられる。
コンデンサの静電容量Ｃ＝ε０Ｓ／Ｄ …（１）
当該（１）式において、ε０は電極間に介在する誘電体の比誘電率であり、Ｓは対向する電極の面積であり、Ｄは対向する電極間の距離である。ここで、比誘電率ε０は、電極間に介在させる誘電体部材により一意に決まる。
【００６３】
下側基板２０には、複数の第２の導体２１Ｙが、それぞれの導体間に所定のギャップ（Ｐｙ−Ｗｙ）が設けられた状態で、配置されている。また、スペーサ２３は、導体間ギャップ（Ｐｙ−Ｗｙ）の領域に、所定の間隔で、所定の形状及び高さを有して、設けられている。可撓性を有する上側基板１０には、可撓性を有する複数の第１の導体１１Ｘがそれぞれの導体間に所定のギャップ（Ｐｘ−Ｗｘ）が設けられた状態で、配置されている。誘電体部材１３もまた可撓性を有しており、複数の第１の導体１１Ｘを覆うように、上側基板１０に当接している。また、誘電体部材１３と複数の第２の導体２１Ｙとは、互いに対向するように配置されている。
【００６４】
本発明では、（１）式に示すコンデンサの原理を応用して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に形成される静電容量の大きな変化を引き起こす構造を有している。
【００６５】
すなわち、指示体によって上側基板１０が押圧されていない状態においては、誘電体部材１３は、スペーサ２３によって第２の導体２１Ｙ３と所定の距離離間している。
【００６６】
次に、指示体によって上側基板１０が上側基板１０から下側基板２０の方向に押圧されると、図５Ａに示すように、上側基板１０、第１の導体１１Ｘ２、誘電体部材１３はそれぞれ可撓性を有しているために、第１の導体１１Ｘ２は誘電体部材１３を介して第２の導体２１Ｙ３と当接した状態となる。図５Ｂに示すように、指示体による更なる押圧力が加わると、第１の導体１１Ｘ２と第２の導体２１Ｙ３との間の距離は誘電体部材１３の厚みで規定される所定の値となるものの、指示体による押圧に対応して誘電体部材１３と第２の導体２１Ｙ３との当接面積は変化することになる。
【００６７】
すなわち、本発明では、指示体による押圧力が加わると、第１の導体１１Ｘ２と第２の導体２１Ｙ３との間は、誘電体部材１３の厚みを介して、互いが極めて近接する距離関係を形成することでコンデンサとしての静電容量を高め、更には斯かる近接状態において、誘電体部材１３と該誘電部材１３に当接した第２の導体２１Ｙ３との間で形成される当接面積が押圧力に応じて変化するように構成することで、コンデンサとしての静電容量を押圧力に対応して変化させる。すなわち、押圧力が加えられると、上述の（１）式における距離Ｄを最小値とすることで大きな静電容量を確保し、しかもこの状態で押圧力に応じたＳの変化を引き起こすことで、押圧力の有無ならびに押圧力の大きさを感度良くおよび精度良く検出することができる。
【００６８】
ところで、電極間の距離（空隙）Ｄは、この実施の形態においては、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられていない状態では、例えば１００μｍ程度とされる。しかし、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、受信導体群２１と送信導体群１１は誘電体部材１３を介して互いが当接することとなる。この場合、受信導体群２１あるいは送信導体群１１と誘電体部材１３とが当接する面積Ｓは押圧力に対応して変化する。図５に示すように、このように押圧力が加えられた状態では、受信導体群２１と送信導体群１１は誘電体部材１３を介して互いが当接しており、誘電体部材１３の厚みが（１）式に示す電極間の距離（空隙）Ｄに相当する。この実施の形態では、一例として、誘電体部材１３の厚みは１０μｍ程度とされている。
【００６９】
すなわち、図４Ａ、Ｂに示す本発明の実施の形態を参照してより詳細に説明すると、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられていない状態では、送信導体群１１に当接した１０μｍ程度の厚みを有する誘電体部材１３は、スペーサ２３によって受信導体群２１とは所定の距離（１０μｍ〜６０μｍ）離間した状態にある。指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する所定の第２の導体２１Ｙと当接するとともに、押圧力に対応して誘電体部材１３と所定の第２の導体２１Ｙとの当接面積が変化する。この場合、誘電体部材１３の所定の第２の導体２１Ｙとは当接した状態にあるため、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間は、１０μｍ程度の厚みを有する誘電体部材１３を介して互いが極めて近い距離関係を保持する。
【００７０】
上述の記載から明らかなように、本発明では、コンデンサの原理を応用して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に形成される静電容量に大きな変化を引き起こす構成を有している。すなわち、指示体により位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して押圧力が加えられると、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間は、誘電体部材１３を介して、互いが極めて近接する距離関係を形成することでコンデンサとしての静電容量を高める。更には斯かる近接状態において、誘電体部材１３と該誘電部材１３に当接した第２の導体２１Ｙとの間で形成される当接面積が押圧力に応じて変化するように構成することで、コンデンサとしての静電容量を押圧力に対応して変化させる。すなわち、押圧力が加えられると、上述の（１）式における距離Ｄを、誘電体部材１３の厚みに対応した、最小値とすることで大きな静電容量を確保し、しかもこの状態で押圧力に応じたＳの変化を引き起こすことで、押圧力の有無ならびに押圧力の大きさを感度良くおよび精度良く検出することができる。
【００７１】
［スペーサ２３の構成例］
図６、図７は、スペーサ２３の構成例を説明するための図である。上述したように、スペーサ２３は、透明の誘電体材料を印刷したり、ドットプリンタのインク吐出原理のごとく、誘電体材料を吹きつけしたりすることによって形成される。このため、スペーサ２３は、図６に示すように、半球状、あるいは、円柱状であってその頭部が半球状のものとすることができる。なお、スペーサ２３の形状は、図６に示した形状に限るものではない。例えば、円柱状や多角柱状に形成したり、円錐状や多角錐状に形成したり、その他、種々の形状としてもよい。
【００７２】
また、スペーサ２３を、例えば、透明シリコンゴムなどの弾性を有する材料により形成することもできる。そして、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられていない状態においては、スペーサ２３によって、送信導体群１１に当接した誘電体部材１３は、受信導体群２１に対して所定距離離間している。
【００７３】
次に、位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられると、上述したように、上側基板１０、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙに当接する。
【００７４】
すなわち、図７に示すように、指示体としての指が位置検出センサ１Ｂの指示入力面１ＢＳを押圧すると、上側基板１０、送信導体群１１を構成する第１の導体１１Ｘ２、誘電体部材１３が撓むことにより、最終的には、誘電体部材１３と受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する状態となる。この当接状態において、誘電体部材１３と受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する面積は押圧力に対応して変化する。このような構成を備えることで、指示入力面１ＢＳ上の指示位置や指示位置に加えられた押圧力を感度良くおよび精度良く検出できる。なお、図７においては、スペーサ２３は弾性を備えており、指による押圧力に応じた弾性変形が生じている。
【００７５】
［第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの構成のまとめ］
次に、第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの基本的な構成についてまとめる。図８は、図３Ｃに示したＹ−Ｙ断面図と同様に、位置検出センサ１ＢのＹ−Ｙ断面図の一部（右端部）を示す図である。
【００７６】
図３を用いて説明したように、この第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、上側基板１０の下側基板２０と対向する面には、Ｙ軸方向に延伸された所定幅Ｗｘを有する複数の第１の導体（送信導体）１１Ｘが、所定のピッチＰｘでＸ軸方向に配列される。そして、複数の第１の導体１１Ｘ（送信導体群１１）を覆うように、誘電体部材１３が当接されている。一方、下側基板２０の上側基板１０と対向する面には、Ｘ軸方向に延伸された所定幅Ｗｙを有する複数の第２の導体（受信導体）２１Ｙが、所定のピッチＰｙでＹ軸方向に配列される。また、上側基板１０の下側基板２０に対向する面には、図３Ａに示したように、複数の第１の導体１１Ｘを構成するそれぞれの導体の間に所定のギャップ（Ｐｘ−Ｗｘ）が設けられている。同様に、下側基板２０の上側基板１０と対向する面には、複数の第２の導体２１Ｙを構成するそれぞれの導体の間に所定のギャップ（Ｐｙ−Ｗｙ）が設けられている。スペーサ２３は、この例では、下側基板２０上に設けられた複数の第２の導体２１Ｙのそれぞれの導体の間に設けられたギャップの領域であって、第１の導体１１Ｘとは空間的に重なり合わない位置に所定の間隔で配置されている。
【００７７】
そして、複数の第１の導体１１Ｘを介して当接された誘電体部材１３を備える上側基板１０と、複数の第２の導体２１Ｙとスペーサ２３が配置された下側基板２０とが、上側基板１０と下側基板２０のそれぞれの周部にて張り合わせ部材３０によって張り合わされる。これにより、図８に示すような積層構造の位置検出センサ１Ｂが構成される。
【００７８】
図８に示す各部材の厚みについての一例を示せば以下のようになる。上側基板１０の厚みは例えば１７５μｍ〜３００μｍ程度とされ、第１の導体１１Ｘの厚みは例えば０．１μｍ程度され、誘電体部材１３の厚みは例えば１０μｍ程度とされる。また、下側基板２０の厚みは例えば７００μｍ程度とされ、第２の導体２１Ｙの厚みは例えば０．１μｍ程度とされる。また、スペーサ２３の高さは例えば１０μｍ〜６０μｍ程度とされ、スペーサの下側基板２０に当接する面の直径は例えば５０μｍ程度とされる。そして、下側基板２０から誘電体部材１３までの距離（空隙）ｄは、スペーサ２３の高さにも依存するが、例えば２０μｍ〜１００μｍ程度とされる。なお、第１の導体１１Ｘ及び第２の導体２１Ｙの厚みは、極めて薄いものであるが、この図ではそれらの配設位置を明確に示すために厚みを付けて示している。また、スペーサ２３についても、本来は誘電体部材１３と当接するものであるが、各図では敢えて離間した状態で示している。
【００７９】
また、第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂにおいては、第１の導体１１Ｘ、第２の導体２１Ｙとも、その幅は例えば２．０ｍｍ〜２．５ｍｍ程度とされ、スペーサ２３の配設ピッチは例えば３．２ｍｍ程度とされている。なお、ここで説明した各部材の厚み、高さ、幅、配列ピッチ、空隙の距離等は全て一例であり、適宜調整することが可能である。
【００８０】
［第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの変形例］
そして、図８に示した基本的な構成を有する第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂは、種々の変形が可能である。図９、図１０は、第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの変形例を説明するための図である。なお、図９、図１０において、図８に示した各部と同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明は省略する。
【００８１】
図９Ａに示す位置検出センサでは、スペーサ２３ａが一体形成された誘電体部材１３ａが複数の第１の導体１１Ｘを介して上側基板１０に当接するとともに、下側基板２０に対向している。また、図９Ｂに示す位置検出センサにおけるスペーサ２３ｂは、図８において下側基板２０上に設けられたスペーサ２３を、誘電体部材１３上に下側基板２０に対向するようにして設けているものである。
【００８２】
図９Ａと図９Ｂを比較した場合、図９Ａのスペーサ２３ａが誘電体部材１３ａと一体的に形成されたものであるのに対して、図９Ｂのスペーサ２３ｂは、誘電体部材１３とは別体に設けられている。したがって、図９Ｂに示した位置検出センサの場合には、誘電体部材１３とスペーサ２３ｂとを異なる材料により形成することが可能となる。なお、図９に示した位置検出センサにおいて、スペーサ２３ａ、２３ｂが配置される位置は、図８等に示した第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの場合と同じである。
【００８３】
また、図１０Ａに示す位置検出センサでは、受信導体としての複数の第２の導体２１Ｙが配置された下側基板２０の、上側基板１０と対向する面の側に複数の第２の導体２１Ｙを覆うようにして誘電体部材１３ｂが設けられている。送信導体としての複数の第１の導体１１Ｘが配置された上側基板１０側には、スペーサ２３ｃが誘電体部材１３ｂに対向するように設けられている。
【００８４】
また、図１０Ｂに示す位置検出センサでは、スペーサ２３ｄが一体形成された誘電体部材１３ｃが、受信導体としての複数の第２の導体２１Ｙが配置された下側基板２０上の、上側基板１０と対向する面の側に複数の第２の導体２１Ｙを覆うようにして設けられている。上側基板１０には、送信導体としての複数の第１の導体１１Ｘが下側基板２０に対向するように配置されている。また、スペーサ２３ｄは、図９Ｂに示した位置検出センサの場合と同様に、誘電体部材１３ｃとは別体に設けてもよい。このように別体とした場合には、誘電体部材１３ｃとスペーサ２３ｄとを異なる材料によって形成することができる。
【００８５】
図１０Ｃに示す位置検出センサでは、上側基板１０に複数の第１の導体１１Ｘが配置され、下側基板２０には、複数の第２の導体２１Ｙが配置されている。上側基板１０と下側基板２０との間には、誘電体部材１３ｄが配置されている。誘電体部材１３ｄには、上側基板１０に対向するようにスペーサ２３ｅｕが一体的に設けられている。また、同様に、下側基板２０に対向するようにスペーサ２３ｅｄが一体的に設けられている。従って、スペーサ２３ｅｕ、２３ｅｄによって、複数の第１の導体１１Ｘと複数の第２の導体２１Ｙとの間には所定の距離が形成されている。従って、指などの押圧力に対応して上側基板１０に配置された複数の第１の導体１１Ｘと下側基板２０に配置された複数の第２の導体２１Ｙが誘電体部材１３ｄを介して当接するようになるとともに、更には、押圧力に対応して、複数の第１の導体１１Ｘと誘電体部材１３ｄとの間の当接面積および複数の第２の導体２１Ｙと誘電体部材１３ｄとの間の当接面積が変化することになる。なお、図１０Ｃにおいても、誘電体部材１３ｄとスペーサ２３ｅｕ、２３ｅｄのそれぞれは一体的に形成されているが、互いを別体とすることもできる。
【００８６】
また、図１０Ｄに示す位置検出センサでは、複数の第１の導体１１Ｘが配置された上側基板１０には、複数の第１の導体１１Ｘを覆うように、第１の誘電体部材１３ｅが設けられている。同様に、複数の第２の導体２１Ｙが配置された下側基板２０には、複数の第２の導体２１Ｙを覆うように、第２の誘電体部材１３ｆが設けられている。さらに、第１の誘電体部材１３ｅと第２の誘電体部材１３ｆとの間にはスペーサ２３ｆが設けられている。従って、指などの押圧力に対応して誘電体部材１３ｅと誘電体部材１３ｆが当接するようになるとともに、更には、押圧力に対応して、誘電体部材１３ｅと誘電体部材１３ｆとの間の当接面積が変化することになる。なお、図１０Ｄに示した位置検出センサにおいても、第１の誘電体部材１３ｅと第２の誘電体部材１３ｆとスペーサ２３ｆとを一体的に形成することも可能である。
【００８７】
なお、図１０に示した４つ形態の位置検出センサにおいても、スペーサ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅｕ、２３ｅｄ、２３ｆは、図８等に示した第１の実施の形態の位置検出センサ１Ｂの場合と同様な位置に配置される。また、図１０においても、上側基板１０と下側基板２０を互いに張り合わせるための張り合わせ部材３０ａ、３０ｂが使用されている。
【００８８】
［第２の実施の形態］
［位置検出センサ１ＢＸの構成例］
次に、第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸについて説明する。図１１は、この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸを説明するための断面図である。この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸでは、可撓性を有する誘電体部材１３に、複数の第１の導体１１Ｘが配置される上側基板１０の機能を兼用させるところに特徴がある。
【００８９】
図１１に示すように、この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸでは、可撓性を有する誘電体部材１３の一方の面に複数の第１の導体１１Ｘが配置されている。また、複数の第１の導体１１Ｘには可撓性を備える保護層１５が設けられており、ユーザが指示入力面１ＢＳ上にて指示体による位置指示を行う際に、指示体の操作から複数の第１の導体１１Ｘを保護する。従って、誘電体部材１３の一方の面には、複数の第１の導体１１Ｘを介して保護層１５が設けられた構造を備える。下側基板２０には、上述したように、複数の第２の導体２１Ｙとスペーサ２３が設けられている。誘電体部材１３の他方の面は、下側基板２０に対向している。
【００９０】
この第２の実施の形態の位置検出センサ１ＢＸでは、誘電体部材１３が上側基板１０としての機能を果たすようにしたものであり、その素材としては、上側基板１０の素材として例示した、例えば光透過性を有するガラス基板が用いられる。ガラス素材は、誘電率が比較的に高いので誘電体として使用するに適しているからである。誘電体部材１３としてガラス素材が採用される場合には、ガラス基板上にセンサ導体、この例では複数の第１の導体１１Ｘが蒸着あるいは印刷などで一体的に形成された、可撓性を有する程度にその厚みが薄く設定されたセンサ基板が適用できる。上述したように、ガラス素材で構成された誘電体部材１３は、上側基板１０と同様に、厚みは例えば１７５μｍ〜３００μｍ程度とされ、第１の導体１１Ｘ自体の厚みも例えば０．１μｍ程度とされ、その厚みは、それぞれ極めて薄いものである。保護層１５の厚みも極めて薄いものとなっている。
【００９１】
なお、誘電体部材１３としてはガラス素材に限定されないことは明らかである。例えば、既述したように、フィルム状の光透過性を有する合成樹脂を採用することもできる。誘電体部材１３としてフィルム状の合成樹脂を採用する場合には、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＬＣＰ（liquid crystal polymer）などのフィルム基板にセンサ導体、この例では複数の第１の導体１１Ｘ、が一体的に形成された、フィルム状センサ基板が適用できる。合成樹脂基板にセンサ導体が一体的に形成された素材（基板）を誘電体部材１３として採用する場合、その厚みが極めて薄いと、必要以上の可撓性を有することがある。従って、この場合には、保護層１５としてガラス基板など適度な可撓性を有する素材を採用することで、誘電体部材１３、複数の第１の導体１１Ｘ、および保護層１５から成る全体としての可撓性を適切に設定することができる。また、ガラス素材に代えて、光透過性を有する合成樹脂によって保護層１５を形成することもできる。
【００９２】
従って、位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられていない状態においては、スペーサ２３によって、送信導体群１１に当接している誘電体部材１３は、受信導体群２１に対して所定距離離間している。
【００９３】
次に、位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳに対して指示体により押圧力が加えられると、上述したように、保護層１５、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、誘電体部材１３は受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙに当接するようになる。すなわち、指示体としての指が位置検出センサ１ＢＸの指示入力面１ＢＳを押圧すると、保護層１５、送信導体群１１、誘電体部材１３が撓むことにより、最終的には、誘電体部材１３と、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとが当接する状態となる。このように、第１の導体１１Ｘと第１の導体２１Ｙとが誘電体部材１３の厚みを介して近接した状態において、誘電体部材１３と、受信導体群２１を構成する第２の導体２１Ｙとの当接面積は押圧力に対応して変化する。
【００９４】
なお、図１１においては、スペーサ２３は下側基板２０の側に設けられているが、上述したように、誘電体部材１３と一体的に形成され、あるいは誘電体部材１３上に別部材としてあるいは一体的に設けることもできる。
【００９５】
［第１、第２の実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの変形例］
図１２は、第１、第２の実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの変形例を説明するための図である。上述した第１、第２の実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸにおいては、スペーサ２３やスペーサ２３ａ〜２３ｆは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが重なり合わない領域に設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
【００９６】
例えば、図１２Ａに示すように、スペーサ２３Ｘを導体上、例えば第２の導体２１Ｙ上に設けるようにしてもよい。すなわち、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが対向する部分にも、スペーサ２３Ｘを設けるようにしてもよい。この場合、スペーサ２３Ｘの大きさや高さは必要に応じ種々に調整される。
【００９７】
また、図１２Ｂに示すような誘電体部材１３ｇを設けることもできる。誘電体部材１３ｇの一方の面は、送信導体群１１を介して上側基板１０に当接している。下側基板２０に対向する誘電体部材１３ｇの他方の面は、多数の凹凸が設けられた表面形状を有する。この場合、誘電体部材１３ｇの、下側基板２０と対向する面に設けられた多数の凹凸が、上述したスペーサとしての役割を果たすものである。指などの指示体によって押圧されていない場合には、誘電体部材１３ｇに形成された凸部が下側基板２０および第２の導体２１Ｙに対し微小な面積で当接している。指などの指示体によって押圧されると、誘電体部材１３ｇが弾性変形することで、誘電体部材１３ｇに形成された凸部と下側基板２０および第２の導体２１Ｙとが近接するとともに、誘電体部材１３ｇに形成された凸部と下側基板２０および第２の導体２１Ｙとの間に形成される当接面積が増加するようになる。
【００９８】
［他の変形例］
第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間で、互いの配置関係を入れ替えても良い。また、送信導体群１１と受信導体群２１との間に設けられる誘電体部材は、フィルム状、シート状などと表現される極薄い形状のものとして構成することが可能である。また、誘電体部材を送信導体群１１あるいは受信導体群２１に当接させるに際し、塗布、印刷、吹きつけ、融着等の種々の方法により、互いを固着させ、あるいは接着材を介して互いを固着させることも可能である。誘電体部材には、所定形状の複数の貫通孔を設けることもできる。更には、必要に応じて、この貫通孔を貫通させてスペーサを配置することもできる。
【００９９】
また、上述した実施の形態においては、誘電体部材は、送信導体群１１あるいは受信導体群２１の全面を覆うように設けるようにしたが、必ずしも全面を覆う必要もない。
【０１００】
更には、下側基板２０は基本的には可撓性を有するものでなくてよいが、下側基板２０もまた、例えばフィルム状基板など、可撓性を有する構成とすることもできる。
【０１０１】
スペーサについても、可撓性を有する素材でも、可撓性を有しない素材でも採用しうる。また、スペーサを、第１の導体１１Ｘ間に形成されたギャップの領域に、第１の導体に沿うようにライン状に設けたり、第２の導体２１Ｙ間に形成されたギャップの領域に、第２の導体に沿うようにライン状に設けたりしてもよい。
【０１０２】
また、上述した実施の形態において、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、ＬＣＤ１Ｃの表示画面側に設けられるものであるため、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸを構成する各部分は、光透過性のあるもの（透明なもの）として形成するようにした。しかし、これに限るものではない。例えば、ＬＣＤ、有機ＥＬなどの表示装置を備えていない、タブレット型の位置入力装置であって、パーソナルコンピュータなどに接続されて用いられる場合には、位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、光透過性のある材料（透明な材料）で形成される必要はない。
【０１０３】
［実施の形態の効果］
従来の静電容量方式の位置検出センサは、指などの指示体を通じてグラウンドに逃げる電荷による静電容量の変化を検出していたが、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが構成するコンデンサの自己容量の変化を検出するものである。このため、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸの場合には、指示体が導電性を有するものでなくてもよい。例えば、ゴムなどの絶縁体を指示体として用いて指示入力を行っても適切に検出できる。したがって、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、ゴム手袋をして作業する作業所や手術室などにおいても利用することができるなど、位置検出センサの活用範囲を大幅に広げることができる。また、上述した実施の形態の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸは、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとが構成するコンデンサの静電容量の変化幅（ダイナミックレンジ）を大きくすることができ、これによって感度の良い位置検出センサが実現できる。実験による一例では、上述した位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸを指示体によって押圧していない状態で、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサとしての初期容量は約１．４ｐＦ程度である。これに対して、指示体で押圧した状態では、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成するコンデンサの容量は約８．４ｐＦである。したがって、変化レンジは８．６−１．４＝７．２ｐＦとなり、従来の静電容量型の位置検出センサに比べ、大幅に静電容量を変化させることができる。
【０１０４】
また、この発明の位置検出センサ１Ｂ、１ＢＸでは、指示体による押圧に対応して、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサとしての静電容量が変化するので、この静電容量の変化に応じて、押圧力の検出を精度よく行なうことができる。
【０１０５】
更には、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとの間に介在させる誘電体部材の厚さ、比誘電率を適切に選択することにより、第１の導体１１Ｘと第２の導体２１Ｙとによって構成されるコンデンサの静電容量の変化特性を目的に応じて設定することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１…表示機能付機器、１Ａ…フロントパネル、１Ｂ、１ＢＸ…位置検出センサ、１Ｃ…ＬＣＤ、１Ｄ…マザーボード、１Ｅ…筐体、１１…送信導体群、１１Ｘ、１１Ｘ１〜１１Ｘｍ…第１の導体（送信導体）、２１…受信導体群、２１Ｙ、２１Ｙ１〜２１Ｙｎ…第２の導体（受信導体）、２００…信号供給回路、２４…選択回路、２５…信号発生回路、３００…信号受信回路、３１…増幅回路、３２…Ａ／Ｄ変換回路、３３…指示位置及び押圧力検出回路、４０…制御回路、１０…上側基板（第１の基板）、１３…誘電体部材（誘電体フィルム）、１４…空気層、２０…下側基板（第２の基板）、２３…スペーサ、１ＢＳ…指示入力面、１３ａ〜１３ｆ…誘電体部材、２３ａ〜２３ｆ…スペーサ、２３ｅｕ、２３ｅｄ…スペーサ、２３ｘ…スペーサ、１５…保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に配置された複数の第１の導体と、前記第１の方向に対して交差する方向に配置された複数の第２の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第１の導体と前記第２の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出センサであって、
前記複数の第１の導体は可撓性を有しており、
前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間はスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項２】
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体に当接しており、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面と前記複数の第２の導体とは、前記スペーサによって互いが所定の距離離間されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項３】
前記可撓性を有する誘電体部材を前記複数の第１の導体に当接して配置するとともに、更なる誘電体部材を前記複数の第２の導体に当接して配置し、前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材と、前記更なる誘電体部材との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材と前記更なる誘電体部材を介在させて、前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項４】
前記複数の第１の導体が配置される第１の基板と、前記複数の第２の導体が配置される第２の基板を有し、前記第１の基板は可撓性を備えていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項５】
前記スペーサは、前記第１の基板に配置された前記複数の第１の導体および前記第２の基板に配置された前記複数の第２の導体の、少なくとも一方の複数の導体の、導体間領域に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項６】
前記スペーサは、前記第２の基板上に所定の突起形状を有して点在配置されていることを特徴とする請求項５に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項７】
前記スペーサは、シート状の形態を有するとともに、微細な凹凸が形成された表面状態を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項８】
前記誘電体部材は、フィルム状の形態を有していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項９】
前記誘電体部材は、前記第１の方向に配置された前記複数の第１の導体および前記第１の方向に対して交差する方向に配置された前記複数の第２の導体の、少なくとも一方の複数の導体に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１０】
前記誘電体部材の固着は、塗布あるいは印刷によって行われることを特徴とする請求項９に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１１】
前記複数の第１の導体、前記複数の第２の導体、および前記誘電体部材のそれぞれは、光透過性を有していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１２】
前記誘電体部材はガラス素材あるいは樹脂素材で構成されているとともに、前記複数の第１の導体に当接しており、前記指示体による位置の指示に対応した押圧による可撓性を有するように所定の厚みを備えていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１３】
前記複数の第１の導体および前記複数の第２の導体における、一方の複数の導体に所定の交流信号を供給するための交流信号供給回路と、他方の複数の導体から、前記指示体による位置の指示に対応した押圧によって引き起こされた上記静電容量の変化を検出するための信号受信回路を備え、前記指示体が前記位置検出センサ上にて指示した位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサを備えた位置検出装置。
【請求項１４】
第１の方向に配置された複数の第１の導体と、前記第１の方向に対して交差する方向に配置された複数の第２の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第１の導体と前記第２の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出方法であって、
前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間はスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、静電容量方式による位置検出方法。
【請求項１５】
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体に当接しており、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面と前記複数の第２の導体とは、前記スペーサによって互いが所定の距離離間されていることを特徴とする請求項１４に記載の静電容量方式による位置検出方法。
【請求項１】
第１の方向に配置された複数の第１の導体と、前記第１の方向に対して交差する方向に配置された複数の第２の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第１の導体と前記第２の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出センサであって、
前記複数の第１の導体は可撓性を有しており、
前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間はスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項２】
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体に当接しており、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面と前記複数の第２の導体とは、前記スペーサによって互いが所定の距離離間されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項３】
前記可撓性を有する誘電体部材を前記複数の第１の導体に当接して配置するとともに、更なる誘電体部材を前記複数の第２の導体に当接して配置し、前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材と、前記更なる誘電体部材との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材と前記更なる誘電体部材を介在させて、前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項４】
前記複数の第１の導体が配置される第１の基板と、前記複数の第２の導体が配置される第２の基板を有し、前記第１の基板は可撓性を備えていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項５】
前記スペーサは、前記第１の基板に配置された前記複数の第１の導体および前記第２の基板に配置された前記複数の第２の導体の、少なくとも一方の複数の導体の、導体間領域に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項６】
前記スペーサは、前記第２の基板上に所定の突起形状を有して点在配置されていることを特徴とする請求項５に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項７】
前記スペーサは、シート状の形態を有するとともに、微細な凹凸が形成された表面状態を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項８】
前記誘電体部材は、フィルム状の形態を有していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項９】
前記誘電体部材は、前記第１の方向に配置された前記複数の第１の導体および前記第１の方向に対して交差する方向に配置された前記複数の第２の導体の、少なくとも一方の複数の導体に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１０】
前記誘電体部材の固着は、塗布あるいは印刷によって行われることを特徴とする請求項９に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１１】
前記複数の第１の導体、前記複数の第２の導体、および前記誘電体部材のそれぞれは、光透過性を有していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１２】
前記誘電体部材はガラス素材あるいは樹脂素材で構成されているとともに、前記複数の第１の導体に当接しており、前記指示体による位置の指示に対応した押圧による可撓性を有するように所定の厚みを備えていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサ。
【請求項１３】
前記複数の第１の導体および前記複数の第２の導体における、一方の複数の導体に所定の交流信号を供給するための交流信号供給回路と、他方の複数の導体から、前記指示体による位置の指示に対応した押圧によって引き起こされた上記静電容量の変化を検出するための信号受信回路を備え、前記指示体が前記位置検出センサ上にて指示した位置を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式による位置検出センサを備えた位置検出装置。
【請求項１４】
第１の方向に配置された複数の第１の導体と、前記第１の方向に対して交差する方向に配置された複数の第２の導体を備え、指示体による位置の指示に対応して前記第１の導体と前記第２の導体との間に形成される静電容量の変化を検出することで前記指示体によって指示された位置を検出する、静電容量方式による位置検出方法であって、
前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間には、可撓性を有する誘電体部材が介在するとともに、前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体に当接しており、
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面に当接した前記複数の第１の導体あるいは前記複数の第２の導体が前記可撓性を有する誘電体部材を介して対向する、前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体と、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面との間はスペーサによって互いが所定の距離離間されており、
前記指示体による位置の指示に対応して前記複数の第１の導体が押圧されることによって、前記可撓性を有する誘電体部材の前記他方の面と、前記他方の面に対向する前記複数の第２の導体あるいは前記複数の第１の導体との間の当接面積を変化させることで、前記可撓性を有する誘電体部材を介在させて前記複数の第１の導体と前記複数の第２の導体との間に上記静電容量の変化を引き起こさせるようにしたことを特徴とする、静電容量方式による位置検出方法。
【請求項１５】
前記可撓性を有する誘電体部材の一方の面は前記複数の第１の導体に当接しており、前記可撓性を有する誘電体部材の他方の面と前記複数の第２の導体とは、前記スペーサによって互いが所定の距離離間されていることを特徴とする請求項１４に記載の静電容量方式による位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−２０３７０（Ｐ２０１３−２０３７０Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２０７３（Ｐ２０１１−１５２０７３）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００１３９４０３）株式会社ワコム (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００１３９４０３）株式会社ワコム (118)
【Ｆターム（参考）】
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