JP5623750B2 - 接触表面センサ - Google Patents

Description

本発明は、感圧抵抗体素子（ＦＳＲセンサ「力検知抵抗素子」としても知られている）を用いた接触感応面を有するセンサに関する。

また、本発明は、ＦＳＲの接触感応面を介して電気的に制御を行う装置、特に、少なくとも１つの開成要素を開閉する電動機構、マルチメディアスクリーンのための電子部材、空調システムのような自動車の制御装置に適用しうるものである。

最近、これらの制御に際して、圧力の検出位置、および／または、表面上で圧力が移動する位置に従って車両の一部を制御して、特定のタイプの動作又は制御を行うため、指による単純な圧力を検知しうる接触感応面を利用することが提案されている。

この接触感応面としては、感圧抵抗体素子の技術を用いるものが増えている。感圧抵抗体素子は、適用の容易性および堅牢性の点で、例えば容量型や他の光技術を用いた同等の技術を上回っている。

このようなセンサは、例えば、「デジタイザパッド」として知られており、特許文献１〜４等に、先行技術として記載されている。

これらのセンサは、例えば、導電層と抵抗層との間に挟まれた半導体層を備えている。ＦＳＲ層の抵抗値は、圧力を加えると減少する。従って、適切な電圧をかけることにより、加えられた圧力を測定したり、圧力が加えられた場所を特定したりすることができる。

センサにより得られた座標は、ユーザの手が触れた領域に関連する特定の電子機能の制御に用いられる。

閉ループのような閉じた線路での作動指の移動を検出したい場合、センサは、自己完結する円形ループからなる接触感応面を備えるものとされる。

先行技術を示す図１は、作動指４０の円運動（矢印３８）を検出する感圧抵抗体素子を用いた接触感応面３６を備えるセンサを示す。

作動指４０の座標は、作動指４０の加圧領域における加圧点の重心を決定することにより求められる。

米国特許第４８１０９９２号明細書 米国特許第５００８４９７号明細書 仏国特許発明第２６８３６４９号明細書 欧州特許第０５４１１０２号明細書

このような構成のセンサの欠点は、作動指４０がセンサを構成するループの両端部の隙間４２に置かれたとき、作動指４０の位置の解釈に誤りが生じることである。

特に、作動指がセンサのループの両端部に重なったとき、作動指の真の位置は、加圧点の重心に対応しなくなってしまう。その結果、位置の解釈が不正確となる。

図１において、隙間４２での作動指４０の位置、すなわち、接触感応面３６の両端部が重なる位置は、クロス印４４で示すように、作動指４０の真の位置に対して、径方向に反対の位置であるセンサの両端部の重心位置と解釈される。

本発明の目的は、従来技術による表面センサの欠点がなく、一定の領域での作動指の移動を検出できるＦＳＲ型の接触感応面を有するセンサを提供することにある。

従って、本発明の主題は、少なくとも１つの閉結路を形成する制御領域に、感圧抵抗体素子を使用した接触感応面を備えるセンサであって、前記接触感応面は、作動指の作用した加圧領域に対応する第１信号を処理ユニットに供給可能な第１能動ストリップと、作動指の作用した加圧領域に対応する第２信号を処理ユニットに供給可能な少なくとも１つの第２能動ストリップとを備え、前記各能動ストリップは、全制御領域で圧力の位置を検知できるように配置されていることを特徴とするセンサを提供することにある。

接触感応面を有する本発明のセンサは、以下のような特徴を有することがある。
− 各能動ストリップは、隙間を介して開口する環状であり、制御領域において、各隙間が角度的に互いにオフセットするように重ね合わされている。
− ２つの対面する能動ストリップは、各能動ストリップの線路のいずれかの面を支持する１つの共通の支持層を有する。
− 各能動ストリップは、連続的に組み立てられる。
− 制御領域は、多角形である。
− 制御領域は、円形である。
− 少なくとも1つの能動ストリップは、円弧状である。
− 能動ストリップは、実質的に同一のものである。
− 前期制御領域は、少なくとも2つの閉じた線路を形成し、前記各能動ストリップは、実質的に対称形である。
− 前記制御領域は、2つの能動ストリップを備えている。
− 前記能動ストリップ間の隙間は、作動指の加圧領域の幅よりも実質的に小さい。
− 少なくとも能動ストリップの両端部は、実質的に互いに平行であり、かつ閉じた線路の中心からの移動方向に対して相対的に傾斜するように、端部同士が配置されている。
− 同じ能動ストリップの少なくとも両端部は、実質的に互いに平行である。
− 端部同士が突き合わされた能動ストリップの少なくとも２つの端部は、山形状である。

本発明の更なる主題は、上述したような接触感応面を有するセンサを備えることを特徴とする電子制御装置を得ることである。

本発明の上記以外の利点および特徴は、以下の説明および添付の図面を読むことにより明らかになると思う。

上述した先行技術におけるセンサの略図である。 本発明の第１の実施形態であるセンサの分解概略図である。 図３ａは、本発明に係るセンサの第２の実施形態の略平面図である。 図３ｂは、図３ａにおける制御領域の斜視図である。 図４ａは、本発明に係るセンサの第２の実施形態の変形例の略平面図である。 図４bは、制御領域の斜視図である。 図５ａは、本発明に係るセンサの第２の実施形態の変形例の略平面図である。 図５bは、制御領域の斜視図である。 図６ａは、本発明に係るセンサの第２の実施形態の変形例の略平面図である。 図６bは、本発明に係るセンサの第２の実施形態の変形例の略平面図である。 本発明に係るセンサの第３の実施形態の略図である。 変形例の略図である。

各図面において、同一の要素には、同一の符号を付してある。

図２は、感圧抵抗体素子（ＦＳＲセンサ「力検知抵抗素子」としても知られている）を用いた本発明に係る接触感応面を有するセンサ１を示す。

このセンサ１は、ＦＳＲタイプの接触感応面を用いて電気的に制御を行う装置、特に、少なくとも１つの開成要素を開閉する電動機構、マルチメディアスクリーンのための電子部材、空調システム、その他、電動シート制御、ドーム型読書灯、背景照明等の照明制御のような自動車のあらゆる電気的な制御を行う装置に組み込みうるように設計されている。

接触感応面を有するセンサ１は、少なくとも1つの閉じた線路を形成する制御領域２に感圧抵抗体素子を用いた接触感応面を備えている。

接触感応面は、作動指が作用した加圧領域に対応する第１信号６ａを、処理装置８に供給しうる第１能動ストリップ３と、作動指が作用した加圧領域に対応する第２信号６ｂを処理装置８に供給しうる少なくとも１つの第２能動ストリップ５とを備えている。

加圧領域は、能動ストリップ３、５のオーム抵抗を変える制御領域２に作動指によって加えられる圧力に対応している。

適切な電圧をかけることにより、処理装置８は、加えられた圧力、および／または、各能動ストリップ３、５に圧力が加えられた位置に対応する信号を測定し、各能動ストリップ３、５から供給される信号により、加圧領域の重心位置を決定する。

処理装置８は、２つの測定信号の整合性を検証することにより、制御領域２における加圧領域の正しい位置を決定する。

能動ストリップ３、５は、「スライディング」ストリップと呼ばれ、ユーザの指の加圧領域が検出されるだけでなく、その移動、特に「自動」モードにおいて、制御するユーザの指の移動方向も検出される。

能動ストリップ３、５は、全制御領域２で圧力の位置を検知できるように配置されている。この特徴は、制御領域２を２つの能動ストリップ３、５で構成することにより得られる。

図２に示す第１実施形態において、各能動ストリップ３、５は、隙間１０ａ、１０ｂを介してオープンとなる環状であり、制御領域２において、各隙間１０ａ、１０ｂが角度的に互いにオフセットするように重ね合わされる。

各能動ストリップ３、５は、重ね合わされた能動ストリップ３、５の隙間１０ａ、１０ｂが重なり合わないよう、角度βだけオフセットしている。その結果、加圧領域は、２つの隙間１０a、１０ｂが同時に重なり合うことはなく、処理装置８により誤って解釈される２つの信号を同時に供給することはない。

センサ１の容積と部品数を減らすため、２つの対面する能動ストリップ３、５は、各能動ストリップ３、５の線路をいずれかの面で支持する１つの共通の支持層１２に配設されている。

線路は、黒鉛をスクリーン印刷して作成することができる。各能動ストリップ３、５の層は、２つの同心のワッシャからなるスペーサ１３ａ、１３ｂによって、互いに離間させることができる。

従って、ユーザの作動指が制御領域２の上を移動する場合、作動指が能動ストリップ３、５の隙間１０ａ、１０ｂと重なる場合を除き、作動指は、重ね合わされた能動ストリップ３、５を同時に加圧する。

制御領域２の作動指の各位置に対応して、作動指の正しい位置を推定するため、各能動ストリップ３、５は、処理装置８に第１信号６ａ、第２信号６ｂを供給する。

例えば、作動指が、図２のクロス印１５で示される制御領域２に置かれているとき、作動指は、上部の能動ストリップ３、及び底部の能動ストリップ５を押圧する。各能動ストリップ３、５は、処理装置８に第１信号６ａ、第２信号６ｂを供給する。

処理装置８は、受信した第１信号６ａ、および第２信号６ｂに基づいて、加圧位置を決定する。２つの第１信号６ａ、第２信号６ｂから得られる加圧位置が一致する場合、加圧位置は有効であり、上述したように、引き続いて制御に使用することができる。

得られる２つの加圧位置に差がある場合、ユーザが両端部を押圧したときに得られる重心位置を記憶している処理装置８は、有効な位置を示す他の測定した第１信号６ａ、第2信号６ｂにより正当性を確認し、この測定値を排除することができる。

クロス１７で示される位置に作動指が置かれている場合を例に挙げる。作動指は、隙間１０ａに置かれ、上部の能動ストリップ３の両端部３ａ、３ｂ、および底部の能動ストリップ５を押圧する。

処理装置８は、この状態を認識し、ユーザの作動指の位置を正しく解釈するようにプログラムされている。

この実施形態は、どんな不感帯も含まないように制御領域2を完全にカバーできるという利点を有する。

さらに、この実施形態では、作動指が隙間１０ａ、１０ｂを通過するとき、ユーザに違和感を与えることはない。

図３ａ、図３ｂに示す第２実施形態では、制御領域２における圧力の位置を検知するために、少なくとも１つの閉じた制御線路として、能動ストリップ３、５が連続的に組み立てられている。

この実施形態において、制御領域２は、多角形、円形、その他のいかなる形状であってもよい。また、能動ストリップ３、５は、組み立て易い同一形状を有し、制御領域２の全体をカバーしている。連続する能動ストリップ３、５間に、少なくとも２つの隙間１０ａ、１０ｂがあったとしても、制御領域２がカバーされるように配慮される。

図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂは、制御領域２が円形である実施形態を示す。この場合、能動ストリップ３、５の少なくとも１つが弓形状であると有利である。

ユーザの作動指が制御領域２上を移動するとき、作動指は、能動ストリップ３、５を連続的に加圧し、ときには、隙間１０ａ、１０ｂと重なり合う。

作動指の各位置に対応して、各能動ストリップ３、５は、加圧領域の位置を推定する処理装置８に、第１信号６ａ、第2信号６ｂを供給する。

例えば作動指が、図３ａにクロス印１５で示す制御領域２に置かれると、作動指は、能動ストリップ５を加圧するが、能動ストリップ３は加圧しない。

能動ストリップ５は、作動指の加圧領域に対応する第2信号６ｂを返すが、能動ストリップ３は、圧力が加わらないため、信号、すなわち第１信号６ａを供給しない。

従って処理装置８は、作動指の正しい位置を容易に決定することができる。

第２の例では、作動指は、図３ａにクロス印１７で示す隙間１０ａの位置に置かれ、能動ストリップ３、５の両端部３ａ、５ａを同時に加圧する。

能動ストリップ３は、端部３ａの加圧領域に対応する第１信号６ａを返し、能動ストリップ５は、端部５ａの加圧領域に対応する第2信号６ｂを返す。処理装置８は、これらの第1信号６ａ、第2信号６ｂから、作動指の正しい位置を決定することが可能となる。

この第２実施形態は、廉価であって、容易に製造できるという利点がある。

前記の２つの実施形態における製造および信号処理をより簡単にするため、図２、図３ｂ、図５ｂに示すように、能動ストリップ３、５を実質的に同一とすることができる。

図６ａ、図６ｂは、能動ストリップ３、５が任意の形状からなる閉じた線路を形成する制御領域２を、連続的に組み立てて構成される２つの他の実施形態を示す。

また、第３実施形態では、接触感応センサ１の制御領域２は、実質的に対称形状である少なくとも２つの能動ストリップ３、５から形成される。能動ストリップ３、５は、２つの閉じた線路で形成されることが望ましい。

図７は、２つの閉じた線路を形成する制御領域２である第３実施形態を示す。

制御領域２は、２つの能動ストリップ３、５を備えている。能動ストリップ３は、３つの端部３ａ、３ｃ、３ｄを備え、これらの端部は、３つの隙間１０ａ、１０ｂ、１０ｃを形成する他の能動ストリップ５の３つの端部５ａ、５ｃ、５ｄと組み合わせられる。

能動ストリップ３、５間の隙間１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、作動指の加圧領域の幅より実質的に小さい幅であるのが有利である。これにより、不感帯の発生を抑制することができる。

図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａに示す変形例においては、少なくとも能動ストリップ３、５の両端部３ａ、３ｃ、５ａ、５ｃが、実質的に互いに平行であり、かつ、閉じた線路の中心からの移動方向１９に対して、相対的に傾斜するように端部同士が配置されている。

また、特に図５ａ、図５ｂに示すように、少なくとも同じ能動ストリップ３、５の両端部３ａ、３ｃ、５ａ、５ｃは、実質的に互いに平行である。

図８に示す実施形態において、少なくとも能動ストリップ３、５の端部同士を接続する２つの端部３ａ、５ａは、山形状である。

このように、第１能動ストリップ３と、少なくとも１つの第２能動ストリップ５とを備える接触感応面を有するセンサ１は、能動ストリップ３、５に作用した作動指の加圧領域に対応する第１信号６ａ、第2信号６ｂを処理装置８に供給することができる。能動ストリップ３、５は、いかなる制御領域２においても圧力の位置を検知できるように配置されている。センサ１の各能動ストリップ３、５により取得された重心位置に基づき、隙間１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内に置かれた作動指の加圧領域の加圧点の重心を容易に決定することができる。これにより、制御の不正確な解釈を排除することが可能となる。

１ センサ
２ 制御領域
３ 第１能動ストリップ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、５ａ、５ｃ、５ｄ 端部
５ 第２能動ストリップ
６ａ 第１信号
６ｂ 第２信号
８ 処理装置
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、４２ 隙間
１２ 支持層
１３ａ、１３ｂ スペーサ
１５、１７、４４ クロス印
１９ 移動方向
３６ 接触感応面
３８ 矢印
４０ 作動指
４２ 隙間
４４ ×印

Claims (9)

1. 少なくとも１つの閉じた線路を形成する制御領域（２）に感圧抵抗体素子を使用した接触感応面を有するセンサ（１）であり、前記接触感応面は、作動指が作用した加圧領域に対応する第１信号（６ａ）を処理装置（８）に供給可能な第１能動ストリップ（３）と、作動指が作用した加圧領域に対応する第２信号（６ｂ）を処理装置（８）に供給可能な少なくとも１つの第２能動ストリップ（５）とを備え、前記両能動ストリップ（３、５）によって、全制御領域（２）で圧力の位置を検知できるようになっており、各能動ストリップ（３、５）は、隙間（１０ａ、１０ｂ）を介してオープンとなる環状であり、制御領域（２）において、各隙間（１０ａ、１０ｂ）が角度的に互いにオフセットするように重ね合わされていることを特徴とする接触感応面を有する接触表面センサ。
2. ２つの対面する能動ストリップ（３、５）は、各能動ストリップ（３、５）の線路をいずれかの面で支持する１つの共通の支持層（１２）を有することを特徴とする請求項１記載の接触感応面を有する接触表面センサ。
3. 前記能動ストリップ（３、５）は、両能動ストリップの形状が実質的に同一であることを特徴とする請求項１または２記載の接触表面センサ。
4. 前記制御領域（２）は、２つの能動ストリップ（３、５）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接触感応面を有する接触表面センサ。
5. 前記能動ストリップ（３、５）間の隙間（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は、作動指の加圧領域の幅よりも実質的に狭幅であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接触感応面を有する接触表面センサ。
6. 能動ストリップ（３、５）の少なくとも２つの端部（３ａ、３ｃ、５ａ、５ｃ）は、実質的に互いに平行であり、かつ閉じた線路によって構成される全制御領域の中心から、当該中心から離間する向きへの移動方向（１９）に対して、相対的に傾斜するように端部同士が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の接触感応面を有する接触表面センサ。
7. 少なくとも同じ能動ストリップ（３、５）のそれぞれの両端部（３ａ、３ｃ）、（５ａ、５ｃ）は、実質的に互いに平行であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の接触感応面を有する接触表面センサ。
8. 対向する位置に配置された能動ストリップ（３、５）の少なくとも２つの端部（３ａ、５ａ）は、山形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の接触感応面を有する接触表面センサ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の接触感応面を有するセンサを備えることを特徴とする電子制御装置。

Images