(57)【要約】【課題】ＦＥＴを用いた従来の感圧検出回路は、寄生容量の影響が大きいため、感圧検出回路を含むセンサ装置を小型化することができなかった。【解決手段】センサ装置６０は、感圧センサ３０に充電される電流が入力されるバイポーラトランジスタ６６と、感圧センサ３０とバイポーラトランジスタ６６との間に電源６３からの電流を出力するバイアス抵抗と、バイポーラトランジスタ６６とカレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタ６７と、感圧センサ３０からの放電を促す放電ダイオード６５と、バイポーラトランジスタ６７を流れる電流により充電される参照用コンデンサＣxと、参照用コンデンサＣxが充電されることにより、バイポーラトランジスタ６７と参照用コンデンサＣxの接続点である検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化に基づいて、感圧センサ３０が押圧されたことを検出する演算回路６４と、を備える。【選択図】図４
2020020620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を発生する入力信号発生回路と、
少なくとも一部が対向する複数の電極の一端に接続された前記入力信号発生回路から入力する前記入力信号の変化に応じて充電及び放電を繰り返すセンサ部と、
前記センサ部の他端の電極に接続され、前記センサ部に充電される電流が入力される入力側のバイポーラトランジスタと、
前記センサ部と前記入力側のバイポーラトランジスタとの間に電源からの電流を供給するバイアス抵抗と、
前記入力側のバイポーラトランジスタとカレントミラー回路を構成する出力側のバイポーラトランジスタと、
前記入力側のバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、前記センサ部からの放電を促す放電ダイオードと、
前記出力側のバイポーラトランジスタ及び前記電源との間に接続され、前記出力側のバイポーラトランジスタを流れる電流により充電される参照用コンデンサと、
前記参照用コンデンサが充電されることにより、前記出力側のバイポーラトランジスタと前記参照用コンデンサの接続点である検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化に基づいて、前記センサ部が押圧されたことを検出する演算回路と、を備える
センサ装置。
【請求項２】
前記入力信号発生回路は、前記入力信号の変化する回数をカウントするカウンタを備え、
前記演算回路は、前記入力信号発生回路がカウントする前記入力信号が変化する回数により、前記参照用コンデンサの検出側端子の電位が前記所定の閾値に達するまでの期間の変化を検出する
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
さらに、前記入力側のバイポーラトランジスタ及び前記出力側のバイポーラトランジスタのエミッタにそれぞれ接続される抵抗器を備え、
前記抵抗器の抵抗値に応じて、前記入力側のバイポーラトランジスタに流れる電流に対して、前記出力側のバイポーラトランジスタに流れる電流を変える
請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記入力信号発生回路及び前記演算回路は一体化された制御回路として構成され、
前記制御回路は、デジタルＩ／Ｏポートの出力電圧の“Ｈ”と“Ｌ”を切り替えて前記センサ部に入力信号を供給することにより前記入力信号発生回路として機能する、
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記制御回路は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられたアナログ／デジタルコンバータの電圧が“Ｈ”から“Ｌ”に変わったことを、前記参照用コンデンサの検出側端子の電位が前記所定の閾値に達したことを検出する前記演算回路として機能する、
請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記制御回路は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられたコンパレータの結果に基づいて前記参照用コンデンサの検出側端子の電位が前記所定の閾値に達したことを検出する前記演算回路として機能する
請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記制御回路は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられた汎用Ｉ／Ｏ入力の結果に基づいて前記参照用コンデンサの検出側端子の電位が前記所定の閾値に達したことを検出する前記演算回路として機能する
請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記センサ部は、感圧検出回路又はタッチセンサのいずれかである
請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
少なくとも一部が対向する複数の電極の一端に接続された入力信号発生回路から入力する入力信号の変化に応じて充電及び放電を繰り返すセンサ部と、感圧検出回路とが一体化されたセンサモジュールであって、
前記感圧検出回路は、
前記センサ部の他端の電極に接続され、前記センサ部から放電された電流が入力する入力側のバイポーラトランジスタと、
電源に接続され、前記センサ部と前記入力側のバイポーラトランジスタとの間に前記電源からの電流を供給するバイアス抵抗と、
前記入力側のバイポーラトランジスタとカレントミラー回路を構成する出力側のバイポーラトランジスタと、
前記出力側のバイポーラトランジスタの検出側端子に接続され、前記出力側のバイポーラトランジスタから出力される電流により充電される参照用コンデンサと、
前記参照用コンデンサが放電された状態から充電されることにより、前記参照用コンデンサの前記検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化に基づいて、前記センサ部が押圧されたことを検出する演算回路と、を備える
センサモジュール。
【請求項１０】
入力信号発生回路からの出力を“Ｌ”にして、センサ部を構成する感圧センサに充電されている電荷を放電させるステップと、
前記入力信号発生回路からの出力を“Ｈ”にして、前記センサ部を構成する感圧センサに充電するステップと、
前記感圧センサに接続されるカレントミラー回路の出力側のバイポーラトランジスタに接続された参照用コンデンサに電源からの電流により充電するステップと、
前記出力側のバイポーラトランジスタと前記参照用コンデンサの接続点である検出側端子の電位を演算回路により検出するステップと、
前記参照用コンデンサが放電された状態から充電されることにより、前記出力側のバイポーラトランジスタと前記参照用コンデンサの接続点である前記検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化に基づいて、前記演算回路により前記センサ部が押圧されたことを検出するステップと、を含む
感圧検出方法。
【請求項１１】
さらに、前記入力信号発生回路が、前記入力信号を“Ｌ”から“Ｈ”に変化させたタイミングでカウンタを加算するステップを含み、
前記演算回路は、前記入力信号発生回路から取得した前記カウンタの値により、前記参照用コンデンサが放電された状態から充電されて、前記参照用コンデンサの前記検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間を求める
請求項１０に記載の感圧検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置、センサモジュール及び感圧検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、指等で容易かつ感覚的に操作できるタッチパネルが広く普及しており、タッチパネルの小型化、薄型化、軽量化、省電力化及び低コスト化等に関する多様な研究及び開発が行われている。指等の指示媒体がタッチパネルにタッチした位置（「タッチ位置」と呼ぶ）を検知する方式としては、電気抵抗の変化を検知する抵抗膜式、超音波等を利用する表面弾性波方式、静電容量の変化を検知する静電容量方式等が知られている。中でも、複数のタッチ位置を検知できる点等において、静電容量方式のタッチパネルが注目されている。
【０００３】
静電容量方式のタッチパネルは、静電容量を発生させる透明電極と、静電容量の変化を検知する外部回路とを備えている。近年では、スタイラスペン、指等によりタッチパネルが押圧されたときの押圧力を検知可能な感圧センサを備えたタッチパネルが提供されている。  
【０００４】
例えば、特許文献１には、トッププレート及びタッチパネルが押圧方向に移動することにより変位した感圧センサの上部電極と下部電極の静電容量の変化に基づいて、入力操作面への押圧による入力決定操作がなされたことを判定する技術が開示されている。特許文献１に開示されたセンサ装置は、入力操作位置を検出するタッチパネルと、押圧操作力を検出する感圧センサと、検出回路とを有する。ここで、特許文献１に開示された従来のセンサ装置の構成例を説明する。
【０００５】
図１は、従来のセンサ装置１００の構成例を示す説明図である。
従来のセンサ装置１００は、入力信号発生回路１０１、感圧センサ１０２、感圧検出回路１０３、電源１０４、演算回路１０５を備える。
入力信号発生回路１０１は、矩形波の入力信号を感圧センサ１０２に印加する。
感圧センサ１０２は、静電容量型感圧センサの一例であり、不図示のタッチパネルの下部に設けられる。この感圧センサ１０２は、互いに対向した上部電極及び下部電極からなるコンデンサを備える。そして、感圧センサ１０２は、入力信号発生回路１０１から印加される入力信号の“Ｈ”及び“Ｌ”により、コンデンサへの充電及び放電を繰返す。入力信号発生回路１０１から矩形波の入力信号が印加されると、感圧センサ１０２及び感圧検出回路１０３に電圧が印加される。
【０００６】
感圧検出回路１０３は、Ｎチャネル型ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であるＦＥＴ１１０，１１１、及び参照用コンデンサＣxを有する。ＦＥＴ１１０のソースは接地され、ゲート及びドレインは感圧センサ１０２に接続される。ＦＥＴ１１０のゲートはさらにＦＥＴ１１１のゲートと接続される。一方、ＦＥＴ１１１のソースは接地され、ドレインは参照用コンデンサＣxを介して電源１０４に接続される。ＦＥＴ１１１のドレインはさらに演算回路１０５に接続される。この感圧検出回路１０３では、ＦＥＴ１１０及びＦＥＴ１１１によりカレントミラー回路が構成される。すなわち、ＦＥＴ１１０のドレイン−ソース電流に比例した電流がＦＥＴ１１１のドレイン−ソース間を流れる。
【０００７】
電源１０４は、感圧検出回路１０３に設けられた参照用コンデンサＣxに電圧を加える。
参照用コンデンサＣxは、感圧検出回路１０３に印加された電圧により発生する電流が充電される。
感圧検出回路１０３は、感圧センサ１０２から印加される電圧により変化する、参照用コンデンサＣxの検出側端子と、ＦＥＴ１１１のドレインとの接続点の電位（以下、「コンデンサＣxの検出側端子の電位」と呼ぶ）を演算回路１０５に出力する。
演算回路１０５は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等で構成されており、感圧検出回路１０３から入力する参照用コンデンサＣxとＦＥＴ１１１の接続点の電位に基づいて、タッチパネルが押圧されたか否かを判断するための演算を行う。
【０００８】
感圧検出回路１０３では、電源１０４によって参照用コンデンサＣxが充電され、その充電電圧が演算回路１０５に出力される。また、感圧センサ１０２からの電圧（出力信号）が感圧検出回路１０３へ供給されると、ＦＥＴ１１０で発生したドレイン−ソース電流に比例した電流がカレントミラー回路で生み出され、参照用コンデンサＣxに充電される。これにより、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が徐々に下降し、演算回路１０５への出力電圧が徐々に低下する。出力電圧の低下率は、感圧検出回路１０３へ入力されるドレイン−ソース電流の大きさによって異なる。演算回路１０５は、参照用コンデンサＣxからの出力電圧の出力値や当該出力値の低下率（時間変化率）等に基づき、感圧センサ１０２のコンデンサの静電容量の変化を検出する。これにより、演算回路１０５は、タッチパネルを通じて行われた押圧力を検出することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１３４０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ＦＥＴで構成された感圧検出回路１０３を含むセンサ装置１００には様々な寄生容量が発生することが知られている。図１に示されるように、ＦＥＴ１１０のゲート・ソース間には寄生容量Ｃgsが存在し、ドレイン・ソース間には寄生容量Ｃdsが存在する。また、入力信号発生回路１０１と感圧センサ１０２との間の配線、及び感圧センサ１０２と感圧検出回路１０３との間の配線にもそれぞれ寄生容量Ｃpが存在する。さらに、ＦＥＴ１１０のドレイン・ゲート間には寄生容量Ｃdgが存在する。
【００１１】
感圧センサ１０２の静電容量の変化はごくわずかである。しかし、寄生容量Ｃgs、Ｃds、Ｃdg、Ｃpが存在すると、感圧センサ１０２の静電容量が変化して出力される電圧が、寄生容量Ｃgs、Ｃds、Ｃdg、Ｃpを充電するために消費され、ＦＥＴ１１０をオンすることが可能な十分に高いゲート電圧が得られない。例えば、ＦＥＴ１１０，１１１に印加されるゲート電圧は、例えば、１．５Ｖ程度なければ、ＦＥＴ１１０，１１１がオンしない。
【００１２】
そこで、予め寄生容量Ｃgs、Ｃds、Ｃdg、Ｃpを充電し、かつ、感圧センサ１０２のわずかな電位変化でもＦＥＴ１１０がオンするようなゲート電圧が求められる。しかし、センサ装置１００において、寄生容量Ｃgs、Ｃds、Ｃdg、Ｃpを充電し、かつＦＥＴ１１０をオンすることが可能なゲート電圧を得るためには以下の２つの制約を満たさなければならない。
・感圧センサ１０２の静電容量を大きくする。
・ＦＥＴ１１０に印加する出力信号の電圧を高くする。
【００１３】
しかし、感圧センサ１０２の容量を大きくするには、感圧センサ１０２に含まれる上部電極及び下部電極の面積を大きくしなければならず、感圧センサ１０２の小型化の要望に反する。そして、感圧センサ１０２が大型化すると、感圧センサ１０２を含むセンサ装置１００も大型化してしまう。また、ゲート電圧を高くするには、昇圧回路等の素子を、感圧センサ１０２と感圧検出回路１０３の間に追加しなければならない。しかし、素子を追加することでセンサ装置１００の製造コストが上がるばかりでなく、センサ装置１００に素子の設置スペースも用意しなければならず、センサ装置１００が大型化してしまう。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、センサ装置を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るセンサ装置は、入力信号を発生する入力信号発生回路と、少なくとも一部が対向する複数の電極の一端に接続された入力信号発生回路から入力する入力信号の変化に応じて充電及び放電を繰り返すセンサ部と、センサ部の他端の電極に接続され、センサ部に充電される電流が入力される入力側のバイポーラトランジスタと、センサ部と入力側のバイポーラトランジスタとの間に電源からの電流を供給するバイアス抵抗と、入力側のバイポーラトランジスタとカレントミラー回路を構成する出力側のバイポーラトランジスタと、入力側のバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、センサ部からの放電を促す放電ダイオードと、出力側のバイポーラトランジスタ及び電源との間に接続され、出力側のバイポーラトランジスタを流れる電流により充電される参照用コンデンサと、参照用コンデンサが充電されることにより、出力側のバイポーラトランジスタと参照用コンデンサの接続点である検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化に基づいて、センサ部が押圧されたことを検出する演算回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バイアス抵抗から供給される電流により寄生容量が充電されるため、参照用コンデンサには、信号発生回路から入力する入力信号が変化した分だけの電流による充電が行われるので、感圧センサが押圧されたことの検出を正確に行うことができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のセンサ装置の構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るセンサ装置を備えたタッチパネル装置の概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置の内部構成例を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置内の各部における電圧波形及び電流波形の例を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位の時間変化の様子を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例１に係るセンサ装置の内部構成例を説明するための図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例２に係るセンサ装置の内部構成例を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例３に係るセンサ装置の内部構成例を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る感圧検出回路に設けられる電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流が変化する様子を説明するための図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が変化する様子を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置の構成例を説明するための図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置内の電圧及び電流の変化の例を説明するための図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が変化する様子を説明するための図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネル装置に設けられた感圧センサの概略構成例を説明するための図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネル装置の構成例を示す上面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係るセンサモジュールの構成例を説明するための図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る曲面ディスプレイを採用したタッチパネル装置の構成例を示す部分拡大図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係るセンサモジュールが筐体に設置される様子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置を備えたタッチパネル装置の概略断面図である。
タッチパネル装置１（情報処理装置の一例）は、トッププレート４０と、センサユニット２と、表示素子としての表示パネル４３と、表示パネル４３に対して光を照射するバックライト４４と、これらを収容する筐体１０とを備える。バックライト４４の裏面には、筐体１０と一体化される背板パネルが設けられる。
【００２０】
タッチパネル装置１において、ユーザー側から見て、トッププレート４０、センサユニット２、表示パネル４３、バックライト４４が順に配置される。
トッププレート４０は、その下部に位置するタッチパネル２０の表面を保護するものであるが、トッププレート４０を省略した構成としてもよい。トッププレート４０には透明のガラス基板やフィルムなどが用いられる。トッププレート４０の表面は、ユーザーによる入力操作時に、指やタッチペン等の指示媒体が接触する入力操作面４１となる。以下、ユーザーの指を指示媒体の例として説明する。
【００２１】
トッププレート４０とセンサユニット２は、接着層により接着固定されている。センサユニット２は、平面矩形状のタッチパネル２０と、タッチパネル２０の周囲に配置される感圧センサ３０とを備え、両者は接着固定されている。本実施形態において、トッププレート４０は、タッチパネル２０の一部として構成される。
【００２２】
タッチパネル２０は、入力操作面４１のｘｙ座標を検出する静電容量方式の入力デバイスである。静電容量方式のタッチパネル２０は、局所的に静電容量が変化した部位を検出することにより、ユーザーの指がタッチパネル２０の入力操作面４１に触れた位置を検出し、さらに指が触れた位置の変化を検出する。
【００２３】
感圧センサ３０（センサ部の一例）は、後述する図３に示すように、筐体１０に設けられた額縁部、すなわち、額縁上のタッチパネル２０の裏面に６個配置される。タッチパネル２０はトッププレート４０側、感圧センサ３０は表示パネル４３側に配置される。表示パネル４３は、タッチパネル２０の背面側に配置されている。本実施形態においては、入力操作面４１に操作子が近接あるいは接触（以下、「接触」と総称する。）することで、タッチパネル装置１に対する入力操作が行われる。
【００２４】
感圧センサ３０は、後述する図３に示す弾性体３３と、弾性体３３を挟み込むように配置され少なくとも一部が対向する上部電極３１及び下部電極３５を備える。そして、感圧センサ３０は、静電容量型感圧センサの一例として用いられる。
感圧センサ３０は、上部電極３１及び下部電極３５により形成されるコンデンサの静電容量に応じた電流を、後述する図４に示す感圧検出回路６２に出力する。
【００２５】
入力操作面４１と垂直な方向（図面ｚ軸方向）に入力操作面４１が押圧されると、弾性体３３が縮小するように歪み、感圧センサ３０が接着固定されているトッププレート４０及びタッチパネル２０が押圧方向に移動する。指による押圧によって感圧センサ３０の変位分だけ、タッチパネル２０が表示パネル４３に近づくように移動するので、タッチパネル２０の移動分を考慮してセンサユニット２と表示パネル４３との間には空隙４２が設けられている。なお、タッチパネル２０と表示パネル４３が接着される場合には、図２に示すような空隙４２を設けることはできない。この場合、表示パネル４３又はバックライト４４の背面に空隙を設けてもよい。また、空隙４２の代わりに、厚みが変形する部材を設けてもよい。
【００２６】
図３は、タッチパネル装置１の概略構成図である。
図３の上面図（Ａ）には、上面視したタッチパネル２０に設置される感圧センサ３０の位置と、筐体１０の額縁の位置とが破線で示されている。上述したように筐体１０の額縁には、６個の感圧センサ３０が設けられ、感圧センサ３０の上にはタッチパネル２０が設けられる。このため、ユーザーが感圧センサ３０を直接見ることはない。設置される感圧センサ３０の数は、通常は複数個（図３では６個）であるが、図示される複数の感圧センサ３０から選択した１個にしてもよい。なお、タッチパネル２０に１個の感圧センサ３０を実装する際には、額縁に沿って枠状に形成された感圧センサ３０を設けるとよい。
【００２７】
図３の断面図（Ｂ）には、タッチパネル２０及び感圧センサ３０の断面図が示される。この断面図は、図２の丸印Ａ１で囲まれた領域を拡大視した図である。
【００２８】
タッチパネル２０は、例えば、透明なＸ座標タッチ電極２１、接着層２２、Ｙ座標タッチ電極２３を順に積層して構成される。トッププレート４０とＸ座標タッチ電極２１は、接着層５３により接着固定されている。Ｘ座標タッチ電極２１及びＹ座標タッチ電極２３は、それぞれ矩形状を有する。そして、Ｘ座標タッチ電極２１及びＹ座標タッチ電極２３は、接着層２２にて接着される。Ｘ座標タッチ電極２１に形成されるＸ方向検知電極（不図示）と、Ｙ座標タッチ電極２３に形成されるＹ方向検知電極（不図示）が互いに平面的に重なる領域が、ＸＹ平面の座標検知領域となる。感圧センサ３０は、タッチパネル２０のＸＹ平面の座標検知領域外の周縁領域（額縁）に配置される。
【００２９】
感圧センサ３０は、タッチパネル２０と筐体１０との間に配置された誘電材料からなる弾性体３３と、弾性体３３を挟むように配置され、コンデンサを形成する上部電極３１及び下部電極３５とを備える。感圧センサ３０はさらに、弾性体３３と上部電極３１とを接着固定する接着層３２と、弾性体３３と下部電極３５とを接着固定する接着層３４とを備える。上部電極３１は、タッチパネル電極２１に接着される。ただし、タッチパネル電極２１の一部に上部電極３１が用いられる場合、上部電極３１とタッチパネル電極２１間の接着層は不要である。同様に、下部電極３５は、筐体１０と一体となった電極或いは図示されない接着層で固定されている。本実施の形態においては、６個の感圧センサ３０で１つの弾性体３３を共有するため、弾性体３３が１つの枠状に構成される。弾性体３３を枠状に設けることにより、タッチパネル２０と筐体１０との間、つまりタッチパネル２０と表示パネル４３との間の空隙４２に外部からのゴミ等の異物が侵入することを防止できる。
また、６個の感圧センサ３０の６個の上部電極３１が１つの下部電極３５を共有するようにしたので、下部電極３５は１つの枠状に構成されている。これに対して、下部電極３５側を６個にして、上部電極３１を１つの枠状に形成してもよい。なお、枠状に形成された１つの感圧センサ３０がタッチパネル２０に用いられる場合、上部電極３１及び下部電極３５の形状も感圧センサ３０と同様に枠状に形成される。
【００３０】
弾性体３３には、例えば、残留ひずみが少なく、復元率（復元速度）が高い材料が用いられる。弾性体３３に用いられる材料としては、例えばシリコーンゴム、ウレタン系ゴムがある。弾性体３３は、例えば、元の弾性体３３の高さに対して最大で１０％程度変位すればよい。例えば、感圧センサ３０に用いられる厚み０．５ｍｍの弾性体３３であれば、１０μｍ程度変位すればよい。
【００３１】
＜センサ装置の内部構成例＞
図４は、第１の実施の形態に係るセンサ装置６０の内部構成例を示す説明図である。
センサ装置６０は、感圧センサ３０に加えて、入力信号発生回路６１、感圧検出回路６２、電源６３、演算回路６４を備える。センサ装置６０は、タッチパネル装置１の筐体１０内に収納される。
【００３２】
感圧センサ３０は、上部電極３１又は下部電極３５の一端に接続された入力信号発生回路６１から入力する矩形波の入力信号の変化に応じて充電及び放電を繰り返す。例えば、入力信号が“Ｈ”である時に感圧センサ３０のコンデンサが充電し、入力信号が“Ｌ”である時に感圧センサ３０のコンデンサが放電する。そして、入力信号発生回路６１から矩形波の入力信号が印加されると、感圧センサ３０及び感圧検出回路６２に電圧が印加される。
【００３３】
感圧検出回路６２は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ６６，６７により構成されるカレントミラー回路と、参照用コンデンサＣxと、バイアス抵抗Ｒbiasと、放電ダイオード６５と、を備える。バイポーラトランジスタ６６は、感圧センサ３０の他端の電極に接続され、感圧センサ３０に充電される電流が入力される入力側のバイポーラトランジスタの一例として用いられる。バイポーラトランジスタ６７は、参照用コンデンサＣxに対して、参照用コンデンサＣxを充電する電流を出力する出力側のバイポーラトランジスタの一例として用いられる。
【００３４】
参照用コンデンサＣxは、バイポーラトランジスタ６７及び電源６３との間に接続される。このため、参照用コンデンサＣxは、一方の電極が電源６３に接続され、他方の電極がバイポーラトランジスタ６７のコレクタに接続される。電源６３は、感圧検出回路６２に設けられた参照用コンデンサＣxに充電電圧を加える。参照用コンデンサＣxには、感圧センサ３０から感圧検出回路６２に入力する電流に応じて、感圧検出回路６２内のカレントミラー回路が発生する電流、すなわちバイポーラトランジスタ６７を流れる電流が供給され、充電される。
【００３５】
演算回路６４は、ＭＰＵ等で構成されており、バイポーラトランジスタ６７と参照用コンデンサＣxの間の接続点である検出側端子の電位に基づいて、タッチパネルが押圧されたか否かを判断するための演算を行う。このため、演算回路６４は、感圧検出回路６２の参照用コンデンサＣxが放電された状態から充電されることにより、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が降下して、この電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化、すなわち参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値以下になるまでの期間の変化に基づいて、感圧センサ３０が押圧されたことを検出する。
【００３６】
ここで感圧検出回路６２の構成例について説明する。
放電ダイオード６５のアノードは接地され、カソードは感圧センサ３０の出力電極、及びバイポーラトランジスタ６６のコレクタ及びベースに接続される。放電ダイオード６５は、感圧センサ３０からの放電を促す。このため、入力信号発生回路６１が発生する入力信号が“Ｌ”の時に、感圧センサ３０は放電ダイオード６５を通して放電がなされる。
【００３７】
バイポーラトランジスタ６６のエミッタは接地され、コレクタ及びベースは感圧センサ３０に接続されている。バイポーラトランジスタ６６のベースは、さらにバイポーラトランジスタ６７のベースに接続される。
一方、バイポーラトランジスタ６７のエミッタは接地され、コレクタは参照用コンデンサＣxを介して電源６３に接続される。また、バイポーラトランジスタ６７のコレクタはさらに演算回路６４に接続されている。
【００３８】
感圧検出回路６２は、バイポーラトランジスタ６６，６７によりカレントミラー回路を形成する。したがって、バイポーラトランジスタ６７には、バイポーラトランジスタ６６のコレクタ電流に比例したコレクタ電流が流れる。
【００３９】
バイポーラトランジスタ６６，６７によりカレントミラー回路が形成される感圧検出回路６２では、上述した図１に示したＦＥＴ１１０，１１１に存在していたゲート・ソース間の寄生容量Ｃgsやドレイン・ソース間の寄生容量Ｃdsがなくなる。しかし、図１に示した寄生容量Ｃpは、なくならないで依然として残った状態のままとなる。
【００４０】
感圧センサ３０のコンデンサは、入力信号発生回路６１から入力する矩形波の入力信号が“Ｈ”である期間にバイポーラトランジスタ６６を介して充電し、矩形波の入力信号が“Ｌ”である期間に放電ダイオード６５を介して放電する。入力信号発生回路６１は、自身の内部に設けたカウンタにより、入力信号が“Ｌ”から“Ｈ”に変化する回数をカウントする。図示されていないが、入力信号発生回路６１と演算回路６４は接続されており、入力信号発生回路６１のカウンタのカウント値は、演算回路６４にも供給される。
【００４１】
感圧検出回路６２では、上述したように、感圧センサ３０に充電される電流がバイポーラトランジスタ６６に入力する。そして、バイポーラトランジスタ６６とカレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタ６７を流れる電流により参照用コンデンサＣxが充電される。後述するように、入力信号発生回路６１から感圧センサ３０に入力信号が１回印加されて、感圧センサ３０を通じて流れる電流、すなわち感圧センサ３０を充電する電流が感圧検出回路６２に流れ込む。しかし、参照用コンデンサＣxを充電する電流の電荷はごくわずかである。しかし、感圧センサ３０が多数回の充放電を繰り返すことで、参照用コンデンサＣxに多数の電荷が蓄積され、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が徐々に下降していく。
【００４２】
そこで、演算回路６４は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位の低下率（時間変化率）等に基づき、感圧センサ３０の静電容量の変化を検出する。そして、演算回路６４は、入力信号発生回路６１がカウントする入力信号が変化する回数により、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達するまで、すなわち、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値以下になるまでの時間変化を検出する。
【００４３】
図４では、入力信号発生回路６１と感圧センサ３０の間に電圧波形観察点ＰＡを設け、バイポーラトランジスタ６６のエミッタに電流波形観察点ＰＢを設けている。さらに、参照用コンデンサＣxとバイポーラトランジスタ６７のコレクタの間に電圧波形観察点ＰＣを設ける。これらの観察点ＰＡ、ＰＢ、ＰＣにおける各波形の様子は、後述する図５にて説明する。
【００４４】
既に述べたように、図４に示す感圧検出回路６２は、従来の感圧検出回路１０３が備えたＦＥＴ１１０，１１１を、それぞれバイポーラトランジスタ６６，６７に置き換えたことで、寄生容量Ｃgs、Ｃdsがなくなった。しかし、感圧センサ３０とバイポーラトランジスタ６６のコレクタとを接続する配線の寄生容量Ｃpは、なくならないで残っている。そこで、図４では、バイアス抵抗Ｒbiasを電源６３とバイポーラトランジスタ６６のコレクタ間に接続する。バイアス抵抗Ｒbiasは、感圧センサ３０とバイポーラトランジスタ６６との間に電源６３からの電流を供給することで、寄生容量Ｃpを充電する。
【００４５】
このように、バイアス抵抗Ｒbiasを通じて電源６３から寄生容量Ｃpに電荷が供給されることで、寄生容量Ｃpは常時充電された状態になっている。このため、センサ装置６０が感圧センサ３０の感圧を検出する際に生じる、寄生容量Ｃpの影響を低減することが可能となる。また、バイアス抵抗Ｒbiasを通じてバイポーラトランジスタ６６、６７に予め電流を流すことによって、感圧センサ３０のわずかな電流変化により参照用コンデンサＣxを確実に充電することができる。
【００４６】
図５は、センサ装置６０内の各部（観察点ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ）における電圧波形又は電流波形の例を示す説明図である。図５に示す各グラフは、横軸の時間軸を同じものとしている。ここでは、図４に示したセンサ装置６０における各部の動作例について説明する
【００４７】
図５のグラフ（Ａ）は、図４に示した観察点ＰＡにおける電圧波形であり、入力信号発生回路６１が感圧センサ３０に印加する入力信号の電圧波形の例を示す。グラフ（Ａ）の縦軸は入力信号の電圧値である。入力信号発生回路６１は、“Ｈ”の期間が約２．５μ秒、“Ｌ”の期間が約４．０μ秒である矩形波の入力信号を感圧センサ３０に印加する。なお、図５のグラフ（Ａ）では矩形波を用いた例が示されるが、この入力信号は矩形波に限定されない。
【００４８】
図５のグラフ（Ｂ）は、図４に示した観察点ＰＢにおける電流波形であり、バイポーラトランジスタ６６のエミッタで観察された電流波形の例を示す。グラフ（Ｂ）の縦軸はエミッタ電流の電流値である。バイポーラトランジスタ６６のエミッタ電流は、グラフ（Ａ）に示した入力信号の立ち上がりのタイミングに合わせて、初期値（約１５μＡ）から１２０μＡまで一瞬立ち上がる。その後、エミッタ電流は、初期値に戻り、グラフ（Ａ）に示した入力信号の立ち下がりタイミングに合わせて、−５０μＡまで一瞬立ち下がる。その後、バイポーラトランジスタ６６のエミッタ電流は、再び初期値に戻る。このように、バイポーラトランジスタ６６のエミッタ電流は、入力信号発生回路６１から出力される入力信号電圧波形の“Ｈ”及び“Ｌ”のタイミングに合わせて変化する。
【００４９】
図５のグラフ（Ｃ）は、図４に示した観察点ＰＣにおける電圧波形であり、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位の変化の例を示す。
入力信号発生回路６１が感圧センサ３０に印加する入力信号の立ち上がりに同期して、カレントミラー回路を流れた電流により参照用コンデンサＣxが充電される。そして、図５のグラフ（Ｃ）に示すように、充電の回数が増えるに従って参照用コンデンサＣxの両端電圧が大きくなる。その結果、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電圧（電位）は徐々に低下していく。
【００５０】
図６は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位の時間変化の様子を示す説明図である。図６のグラフは、横軸に時間、縦軸に参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位を示している。
【００５１】
図５のグラフ（Ｃ）に示すように、入力信号発生回路６１から感圧センサ３０に印加された入力信号は、感圧センサ３０を通して電流として感圧検出回路６２に入力され、参照用コンデンサＣxに電荷が蓄積される。参照用コンデンサＣxに電荷が蓄積される動作は、入力信号が“Ｈ”になる度に繰り返され、電荷が蓄積される度に参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が低くなる。このため、電圧波形観察点ＰＣにおける参照用コンデンサＣxの検出側端子の電圧は、時間経過と共に少しずつ下がる。例えば、０〜７ミリ秒の間に入力信号発生回路６１から感圧センサ３０に印加される入力信号が“Ｌ”から“Ｈ”の変化を繰り返す回数が５０００回であるとする。この場合、０〜７ミリ秒の間に参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が、約３．３Ｖから約２．０Ｖに下がる。
【００５２】
＜変形例１＞
以上、図４に示したセンサ装置６０の構成と動作について説明したが、センサ装置６０は、図４に示す以外にも様々な変形例が考えられる。
図７は、第１の実施の形態の変形例１に係るセンサ装置６０Ａの内部構成例を示す。
【００５３】
センサ装置６０Ａは、図４に示したセンサ装置６０の感圧検出回路６２を感圧検出回路６２Ａに置き換えた構成としている。ここで、感圧検出回路６２Ａは、感圧検出回路６２が備える各部に加えて、電流可変用抵抗Ｒ１、Ｒ２（抵抗器の一例）を備える。電流可変用抵抗Ｒ１は、バイポーラトランジスタ６６のエミッタに一端が接続され、他端が接地される。電流可変用抵抗Ｒ２は、バイポーラトランジスタ６７のエミッタに一端が接続され、他端が接地される。
【００５４】
電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２は、いずれも感圧検出回路６２Ａのインピーダンスを変換する機能を有し、この電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続することにより、参照用コンデンサＣxに充電する電流が変化する。電流可変用抵抗Ｒ１と電流可変用抵抗Ｒ２の抵抗値に応じて、バイポーラトランジスタ６６とバイポーラトランジスタ６７を流れる電流を変えることができる。電流可変用抵抗Ｒ１と電流可変用抵抗Ｒ２の抵抗値を同じに設定した場合には、両者の電流はほぼ同じになる。
なお、感圧検出回路６２Ａの更なる変形例としては、電流可変用抵抗Ｒ１のみを接続してもよいし、電流可変用抵抗Ｒ２のみを接続してもよい。
【００５５】
電流可変用抵抗Ｒ１には、入力信号発生回路６１からの入力信号が“Ｌ”から“Ｈ”になる立ち上がりに同期して電流が流れる。そして、カレントミラー回路により、電流可変用抵抗Ｒ１に流れる電流に同期して、バイポーラトランジスタ６７に接続された電流可変用抵抗Ｒ２にも電流が流れる。この電流により、参照用コンデンサＣxに電荷が蓄積され、蓄積が繰り返される毎に、参照用コンデンサＣxの両極間の電圧が大きくなる。図７に示すセンサ装置６０Ａでも、図４の例と同様に、演算回路６４は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値以下になったことを検知して、感圧センサ３０の押圧を検出することができる。
【００５６】
＜変形例２＞
図８は、第１の実施の形態の変形例２に係るセンサ装置６０Ｂの内部構成例を示す。
センサ装置６０Ｂは、図７に示したセンサ装置６０Ａと同様の構成であるが、感圧検出回路６２Ｂを構成するバイポーラトランジスタ６８、６９がｐｎｐ型トランジスタである点が異なる。このため、バイポーラトランジスタ６８のエミッタは、電流可変用抵抗Ｒ１を介して入力信号発生回路６１に接続される。また、バイポーラトランジスタ６８のコレクタは感圧センサ３０の一端に接続され、感圧センサ３０の他端は接地される。また、放電ダイオード６５のアノードには、バイポーラトランジスタ６８のコレクタが接続され、カソードには入力信号発生回路６１が接続されている。
【００５７】
一方、バイポーラトランジスタ６８のベース及びコレクタと、バイポーラトランジスタ６９のベースとが接続される。このため、バイポーラトランジスタ６８，６９はカレントミラー回路を構成する。そして、バイポーラトランジスタ６９のエミッタが電流可変用抵抗Ｒ２を介して電源６３に接続される。また、バイポーラトランジスタ６９のコレクタが参照用コンデンサＣxの一端に接続されている。参照用コンデンサＣxの他端は、接地される。バイポーラトランジスタ６９のコレクタと参照用コンデンサＣxの接続点に演算回路６４が接続される。
【００５８】
図８に示すカレントミラー回路では、参照用コンデンサＣxが充電される回数が増える毎に、参照用コンデンサＣxの検出側の電圧（電位）が徐々に上昇する。したがって、図８の例では、演算回路６４は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化、すなわち参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値以上になるまでの期間の変化に基づいて感圧センサ３０が押圧されたことを検出する。
【００５９】
＜変形例３＞
図９は、第１の実施の形態の変形例３に係るセンサ装置６０Ｃの内部構成例を示す。
センサ装置６０Ｃは、感圧センサ３０、感圧検出回路６２Ａに加えて制御回路７０を備える。制御回路７０は、図７に示した入力信号発生回路６１、電源６３及び演算回路６４を一体化して一つの集積回路としたものである。制御回路７０として、例えば、ＭＰＵ等のマイクロコンピューターが用いられる。なお、図４に示したセンサ装置６０に対して、入力信号発生回路６１、電源６３及び演算回路６４を一体化した制御回路７０を設けてもよい。
【００６０】
入力信号発生回路６１に対応する機能は、制御回路７０がデジタルＩ／Ｏポートの出力信号の“Ｈ”と“Ｌ”を切り替えて感圧センサ３０に入力信号を供給することで実現できる。また、制御回路７０は、制御回路７０に供給される電源電圧以上の入力信号を感圧センサ３０に印加することもできる。この場合には、制御回路７０に外付けの電源及びスイッチング素子を加えることで実現される。
【００６１】
電源６３に対応する機能は、制御回路７０がデジタルＩ／Ｏポートの出力信号を“Ｈ”で与えることで実現することができる。これにより、制御回路７０からバイアス抵抗Ｒbiasを通じて寄生容量Ｃpが充電される。また、制御回路７０から参照用コンデンサＣxが充電される。
【００６２】
また、演算回路６４に対応する機能は、制御回路７０がデジタルＩ／Ｏポートから入力する信号に基づいて演算することで実現できる。
ここで、制御回路７０は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電圧が閾値以下となったこと、すなわち、デジタルＩ／Ｏポートの入力が“Ｈ”から”Ｌ”に変わったことを検知して、感圧センサ３０が押圧されたことを検出する。
また、制御回路７０は、デジタルＩ／Ｏポートの入力が“Ｈ”から”Ｌ”に変わり、かつ、入力信号が“Ｈ”から”Ｌ”へ反転したタイミングを検出する。そして、このタイミングに基づいて、制御回路７０は、感圧センサ３０が押圧された時点を検出する。
上述したように、センサ装置６０Ｃでも、制御回路７０は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電圧の変化に基づいて感圧センサ３０が押圧されたことを検出する。
【００６３】
なお、制御回路７０は、デジタルＩ／Ｏポートからの入力の代わりに、Ａ／Ｄ（Analog-to-digital）コンバータ入力、コンパレータ入力又は汎用Ｉ／Ｏ入力を用いてもよい。
例えば、制御回路７０は、感圧検出回路６２Ａからのアナログ出力をデジタル出力に変換したＡ／Ｄコンバータ入力信号に基づいて所定の演算を行う。そして、制御回路７０は、デジタルＩ／Ｏ（デジタル入出力回路）のインプットに設けられたＡ／Ｄコンバータの電圧が“Ｈ”から”Ｌ”に変わったことを、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達したこと、すなわち電位が閾値まで下がったこととして検出する演算回路６４として機能する。
【００６４】
また、コンパレータ入力では、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値を超えたか否かを検出した結果が制御回路７０に加えられる。そして、制御回路７０は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられたコンパレータの結果に基づいて参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達したこと、すなわち電位が閾値まで下がったことを検出する演算回路６４として機能する。
【００６５】
また、汎用Ｉ／Ｏ入力は、入力電位が“Ｈ”又は”Ｌ“のいずれであるかを判別する回路で構成されている。“Ｈ”と”Ｌ“を識別する際に用いられる閾値電圧は、例えば、３．３Ｖで動作するようなＩＣ（Integrated Circuit）ではおおよそ２．０［Ｖ］である。これを利用すると、制御回路７０は、コンパレータやＡ／Ｄコンバータを用いなくても、汎用Ｉ／Ｏ入力の結果に基づいて参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値電圧より高いか、低いかを判別できる。そして、制御回路７０は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられた汎用Ｉ／Ｏ入力の結果に基づいて参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達したこと、すなわち電位が閾値まで下がったことを検出する演算回路６４として機能する。
【００６６】
＜センサ装置の動作例＞
次に、センサ装置の動作例について説明する。
図１０は、センサ装置６０Ａの動作例を示すフローチャートである。
【００６７】
始めに、入力信号発生回路６１は、感圧センサ３０に印加する入力信号のカウンタを“０”にリセットする（Ｓ１）。
次に、入力信号発生回路６１は、入力信号の出力を“Ｌ”に変える（Ｓ２）。入力信号の出力が“Ｌ”に変わると、放電ダイオード６５を介して感圧センサ３０が放電する。このとき、感圧センサ３０は、蓄積していた電荷を放出する。
【００６８】
次に、電源６３の出力を“Ｈ”にして、参照用コンデンサＣxに電源を供給する（Ｓ３）。このとき、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位を電源電位と同じ電位となる様に、演算回路６４から参照用コンデンサＣxの検出側端子への出力を“Ｈ”とする（Ｓ４）。この状態は、参照用コンデンサＣxに充電されていない状態、すなわち、参照用コンデンサＣxが放電された状態と同じになる。そして、演算回路６４の入力インピーダンスを、ハイ・インピーダンス状態とする（Ｓ５）。
【００６９】
次に、入力信号発生回路６１のカウンタを“１”加算する（Ｓ６）。ステップＳ６でカウンタを“１”加算することは、入力信号発生回路６１から入力信号が“Ｌ”から“Ｈ”に変化することを意味する。なお、入力信号が“Ｈ”から“Ｌ”に変化するときにカウンタを“１”加算してもよい。
入力信号発生回路６１から入力信号が“Ｌ”から“Ｈ”に変化すると（Ｓ７）、感圧センサ３０のコンデンサがバイポーラトランジスタ６６を介して充電し、この充電電流に等しい電流がカレントミラー回路を構成するもう一方のバイポーラトランジスタ６７に流れる。この結果、参照用コンデンサＣｘが充電され、参照用コンデンサＣｘの検出側端子の電位が降下する。
【００７０】
ステップＳ６で、カウンタが加算される期間は、例えば図６に示すように、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が、約３．３Ｖから約２．０Ｖに下がる７ミリ秒の期間である。この期間の間に、入力信号発生回路６１が感圧センサ３０に印加した入力信号のパルス数がカウンタ値として得られる。そして、カウンタ値が入力信号発生回路６１から演算回路６４に出力される。
【００７１】
次に、演算回路６４は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位を検出することで、感圧検出回路６２からの入力が“Ｈ”又は“Ｌ”のいずれであるかを判定する（Ｓ８）。演算回路６４への入力が“Ｈ”であれば、演算回路６４における押圧判定が続いている。このため、入力信号発生回路６１は、入力信号の出力を“Ｌ”に変え、感圧センサ３０を放電する（Ｓ９）。そして、再びステップＳ６、Ｓ７を繰り返し、入力信号発生回路６１を“Ｈ”にして、感圧センサ３０に対する次の充電を行う。
これにより、カレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタ６７に電流が流れて、参照用コンデンサＣxが充電される。
【００７２】
一方、ステップＳ８において、演算回路６４への入力が“Ｌ”であれば、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値以下であることが判定される。このとき、入力信号発生回路６１は、演算回路６４にカウンタ値を出力し（Ｓ１０）、本処理を終了する。
演算回路６４は、入力信号発生回路６１から入力されたカウンタ値に基づいて、参照用コンデンサＣxが放電された状態から充電されて、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達するまでの期間の変化に基づいて、感圧センサ３０が押圧されたことを確認する。
【００７３】
なお、ステップＳ６において、演算回路６４にＡ／Ｄコンバータ又はコンパレータを設けておき、Ａ／Ｄコンバータ又はコンパレータからの出力に基づいて、入力信号発生回路６１がカウンタを“１”加算するようにしてもよい。
【００７４】
図１１は、図７に示す感圧検出回路６２Ａに設けられる電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流が変化する様子を示す図である。
図１１のグラフ（Ａ）は、電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流波形の例である。図１１のグラフ（Ａ）の横軸に時間、縦軸に電流可変用抵抗Ｒ１の電流値を示す。図１１のグラフ（Ａ）は、上述した図５のグラフ（Ｂ）とほぼ同じである。上述したように入力信号発生回路６１が感圧センサ３０に入力信号を印加するタイミングに合わせて、電流可変用抵抗Ｒ１の電流値が変化する。
【００７５】
ただし、図７に示すセンサ装置６０Ａでは、電源６３に接続されたバイアス抵抗Ｒbiasから電流が供給され続ける。このため、入力信号の出力が“Ｌ”、“Ｈ”のいずれであっても、電流可変用抵抗Ｒ１には、領域７１で示すような電流が流れ続ける。
【００７６】
なお、感圧検出回路６２Ａのバイポーラトランジスタ６６、６７はカレントミラー回路を構成する。このため、電流可変用抵抗Ｒ１の電流値の変化に合わせて、電流可変用抵抗Ｒ２の電流値も同様に変化する。
【００７７】
図１１のグラフ（Ｂ）は、図１１のグラフ（Ａ）にて一点鎖線の丸印Ａ２で囲った電流波形のピーク部分の拡大図である。図２に示した入力操作面４１が押圧されていなければ、感圧センサ３０の上部電極３１及び下部電極３５の間の距離は変わらない。このため、感圧センサ３０の静電容量も初期値のままである。そこで、図１１のグラフ（Ｂ）には、入力操作面４１が押圧されていない状態で電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流の電流値が電流波形Ｌ１で表される。また、図２に示した入力操作面４１が押圧された状態で電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流の電流値が電流波形Ｌ２で表される。ただし、電流波形Ｌ１，Ｌ２のピーク値の差はごくわずかである。
図１１のグラフ（Ａ）の電流波形では、入力操作面４１が押圧されていない状態と、入力操作面４１が押圧された状態とでほぼ変わらないように見えるが、図１１のグラフ（Ｂ）のように拡大すると、その違いが判別可能となる。
【００７８】
入力操作面４１が押圧されると、感圧センサ３０の上部電極３１及び下部電極３５の間の距離が縮む。感圧センサ３０を構成するコンデンサの静電容量は、電極間の距離に反比例するので、感圧センサ３０が押圧されると、その静電容量は初期値よりも増加し、入力操作面４１が押圧される前より多くの電荷が蓄積される。
【００７９】
そして、感圧センサ３０を通して流れた電荷（電流）が、感圧センサ３０を押された場合の方が増えて電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流が増加する。ここで、図１１のグラフ（Ｂ）では、入力操作面４１が押圧されていない状態から、入力操作面４１が押圧された状態に変わった時における電流の変化量を差分７２で表している。これは、電流波形Ｌ１，Ｌ２のピーク値の差分７２だけ、参照用コンデンサＣxの充電量が変化することを意味している。
【００８０】
図１２は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が変化する様子を説明するための図である。図１２のグラフは、横軸に時間、縦軸に参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位を示す。
【００８１】
図１１のグラフ（Ｂ）に示したように、入力操作面４１が押圧されていない状態では感圧センサ３０の静電容量が初期値であるため、感圧センサ３０に蓄積される電荷の量も少ない。
【００８２】
一方で、入力操作面４１が押圧されると、感圧センサ３０の静電容量が増加するため、電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れる電流のピーク値が増加する。そして、入力操作面４１が押圧された時に電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れる電流（図１１の電流波形Ｌ２）は、入力操作面４１が押圧されていない時に電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れる電流（図１１の電流波形Ｌ１）よりも多くなる。なお、電流可変用抵抗Ｒ２の抵抗値は、入力操作面４１が押圧されても、押圧されなくても変わらない。このため、電流可変用抵抗Ｒ２を流れる電流が増加すると、電流可変用抵抗Ｒ２の電圧が増加する。
【００８３】
この結果、図５のグラフ（Ｃ）に示した参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位は、図１２の曲線Ｌ１２のように変化する。すなわち、入力操作面４１が押圧されると、入力操作面４１が押圧されていないときよりも、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が降下するまでに要する時間が短くなる。例えば、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が３．３Ｖから２．０Ｖに降下するまでの時間は、入力操作面４１が押圧されていないときが曲線Ｌ１１に示される７．０ミリ秒であるのに対して、入力操作面４１が押圧されたときが曲線Ｌ１２に示される６．８ミリ秒となる。
【００８４】
このように入力操作面４１が押圧されたときと、押圧されていないときとで、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値である２．０Ｖに降下するまでに要する時間に差が生じる。参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値に降下するまでに要する時間が短くなると、演算回路６４が加算するカウンタのカウンタ値も減少する。このため、演算回路６４は、カウンタ値の変化分だけ、入力操作面４１が押圧されたか、又は押圧されていないかを早く判断することが可能となる。
【００８５】
なお、感圧センサ３０の構成によっては、入力操作面４１が押圧されると感圧センサ３０の静電容量が減少し、電流可変用抵抗Ｒ１に流れる電流が減少する場合もある。そのような構成とされた感圧センサ３０を用いる場合にも、入力操作面４１が押圧されたときと、押圧されていないときとで、参参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が閾値に降下するまでに要する時間が長くなるので、カウンタ値が異なる。このため、演算回路６４は、カウンタ値の変化分だけ、入力操作面４１が押圧されたか、又は押圧されていないかを判断を早いタイミングで行うことができる。
【００８６】
以上説明した第１の実施の形態に係るセンサ装置６０では、電圧駆動するＦＥＴの代わりに、電流駆動するバイポーラトランジスタ６６、６７を用いてカレントミラー回路を構成したことで、ＦＥＴに生じていた寄生容量Ｃgs、Ｃdsをなくすことが可能となる。そして、寄生容量Ｃgs、Ｃdsをなくしたことにより、感圧センサ３０のコンデンサに蓄積される電荷のわずかな変化が寄生容量Ｃgs、Ｃdsに吸収されることがなくなる。この結果、感圧センサ３０の静電容量を小さくすることができるので、センサ装置６０の小型化を図ることができる。
【００８７】
また、センサ装置６０では、感圧検出回路６２にバイアス抵抗Ｒbiasを設けたことにより、配線に生じていた寄生容量Ｃpの影響をなくすことが可能となる。このため、感圧センサ３０のコンデンサに蓄積される電荷のわずかな変化であっても、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位の単位時間当たりにおける変化量が大きくなる。これにより、感圧検出回路６２を高感度化することができる。
【００８８】
また、感圧センサ３０が放電すると、カレントミラー回路を通じて参照用コンデンサＣxが充電され、参照用コンデンサＣxの極板間の電圧が上がるため、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が下がる。
そして、入力操作面４１が押圧された時と、押圧されていない時とで参照用コンデンサＣxが所定電位まで低下する時間が変わる。このため、演算回路６４は、参照用コンデンサＣxが所定電位まで低下する時間の変化に基づいて、入力操作面４１が押圧された時と、押圧されていない時とを区別することができる。
【００８９】
また、図７に示すセンサ装置６０Ａでは、バイポーラトランジスタ６６、６７にそれぞれ電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続したことにより、参照用コンデンサＣxを充電する電流の大きさを変え、参照用コンデンサＣxの充電期間を調整することが可能となる。
【００９０】
また、図８に示すセンサ装置６０Ｂでは、感圧検出回路６２Ｂにｐｎｐ型のバイポーラトランジスタ６８、６９を設ける構成とした。このような構成であっても、演算回路６４は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位の変化に基づいて入力操作面４１が押圧された時と、押圧されていない時とを区別することができる。
【００９１】
また、図９に示すセンサ装置６０Ｃでは、入力信号発生回路６１、電源６３及び演算回路６４を一つの制御回路７０に一体化する構成とした。これにより、制御回路７０は、Ｉ／Ｏポートから各種信号の“Ｈ”又は“Ｌ”を切替えることで、入力信号発生回路６１、電源６３及び演算回路６４の機能を実現することが可能である。
【００９２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置について説明する。
図５のグラフ（Ｃ）の参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位波形に示すように、入力信号の立ち上がり以外の期間であっても、演算回路６４が結線される参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位は下がり続ける。参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が下がるのは、バイアス抵抗Ｒbiasを通じてカレントミラー回路に流れる電流により、参照用コンデンサＣxが常に充電されるためである。このバイアス抵抗Ｒbiasを通じてカレントミラー回路に流れる電流は、図１１のグラフ（Ａ）に示されている。
このことは、感圧センサ３０が押圧されていなくても、参照用コンデンサＣxが常に充電され続けることを意味するが、参照用コンデンサＣxには、図１１のグラフ（Ｂ）に示したピーク電流の差分７２のみで充電されることが理想である。
【００９３】
そこで、第２の実施の形態に係るセンサ装置６０Ｄでは、感圧センサ３０のコンデンサを効率的に放電させる構成とした。
図１３は、第２の実施の形態に係るセンサ装置６０Ｄの構成例を示す図である。
センサ装置６０Ｄは、図７に示したセンサ装置６０Ａから放電ダイオード６５を除いた上で、感圧センサ３０とバイポーラトランジスタ６６との間の配線に接続される積算期間制御信号発生回路７５を追加したものである。積算期間制御信号発生回路７５は、不図示のマイクロコンピューターの一機能として構成してもよい。この場合、マイクロコンピューターから感圧検出回路６２Ａに積算期間制御信号が入力される。
【００９４】
積算期間制御信号発生回路７５は、参照用コンデンサＣxにバイポーラトランジスタ６７からの電流を積算することが不要な期間に、“Ｌ”である積算期間制御信号を出力して、カレントミラー回路を停止させる。このため、積算期間制御信号発生回路７５は、参照用コンデンサＣxにバイポーラトランジスタ６７からの電流を積算することが必要な期間の前に、寄生容量Ｃpを充電させることができる。
【００９５】
積算期間制御信号発生回路７５が発生する積算期間制御信号は、感圧検出回路６２Ａに入力される。この積算期間制御信号は、例えば、ＦＥＴ等のトランジスタ類が発生する信号であってもよい。積算期間制御信号発生回路７５は、参照用コンデンサＣxへの電流の積算が不要な期間、すなわちカレントミラー回路を動作させない時には、積算期間制御信号出力を“Ｌ”とする。また、積算期間制御信号発生回路７５は、参照用コンデンサＣxへの電流の積算を必要とする期間の前に、寄生容量Ｃpを充電するための寄生容量充電期間を設ける。
【００９６】
入力信号発生回路６１が発生する入力信号が“Ｌ”、かつ、積算期間制御信号発生回路７５が発生する積算期間制御信号が“Ｌ”である時に感圧センサ３０のコンデンサを放電させる。このため、図７に示したセンサ装置６０Ａでは、放電ダイオード６５が必要であったのに対し、図１３に示すセンサ装置６０Ｄでは、放電ダイオード６５が不要となる。
【００９７】
図１４は、センサ装置６０Ｄ内の電圧及び電流の変化の例を説明するための図である。
図１４では、積算期間制御信号発生回路７５が発生する積算期間制御信号の電圧波形Ｌ２１を実線で表し、電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流の電流波形Ｌ２２を破線で表している。そして、このグラフの横軸は時間を表し、左側の縦軸は積算期間制御信号の電圧値、右側の縦軸は電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流の電流値を表している。
【００９８】
積算期間制御信号が“Ｌ”である期間は、バイポーラトランジスタ６６、６７からなるカレントミラー回路は停止する。このとき、積算期間制御信号の電圧波形Ｌ２１は一定値の０．０Ｖである。また、電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流は０Ａである。
【００９９】
一方、積算期間制御信号発生回路７５が“ハイ・インピーダンス”である期間（図中では、「High-Z」と記載する）、すなわち積算期間制御信号が“Ｈｉｇｈ−Ｚ”である期間は、カレントミラー回路が動作可能となる。ここで、センサ装置６０Ｄには、配線等により寄生容量Ｃpが生じる。このため、寄生容量Ｃpとバイアス抵抗Ｒbiasとで決まる、寄生容量Ｃpへの充電期間を設ける。このとき、積算期間制御信号の電圧波形Ｌ２１は上昇する。そして、電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流が電流波形Ｌ２２に示すように増加し、バイポーラトランジスタ６６、６７が動作状態となる。
【０１００】
そして、入力信号発生回路６１が感圧センサ３０に印加する入力信号の立ち上がりに同期してカレントミラー回路が動作することにより、電流可変用抵抗Ｒ１をピーク電流が流れる。電流可変用抵抗Ｒ１をピーク電流が流れる期間は、感圧センサ３０への荷重の印加状態によりピーク電流が変化する積算期間Ｗ２となる。その後、積算期間制御信号が“Ｌ”に変わると、再び電流可変用抵抗Ｒ１を流れる電流が０Ａとなる。
【０１０１】
ここで、寄生容量充電期間Ｗ１をなくすのが理想であるが、寄生容量充電期間Ｗ１をなくすと、積算期間Ｗ２で寄生容量Ｃpが充電されてしまう。このため、積算期間Ｗ２でカレントミラー回路が動作しなくなる。そこで、感圧センサ３０から出力される電流のわずかな変化でもカレントミラー回路が動作するように、積算期間制御信号発生回路７５は、バイポーラトランジスタ６６、６７に予めバイアス電流を流しておく。このバイアス電流と同時に寄生容量充電期間Ｗ１で寄生容量Ｃpが充電される。このため、積算期間Ｗ２では、感圧センサ３０から出力される電流がわずかに変化しても、この電流が供給されたカレントミラー回路が動作する。そして、電流可変用抵抗Ｒ１を流れるピーク電流だけを積算して参照用コンデンサＣxを充電することができる。
【０１０２】
図１５は、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が変化する様子を説明するための図である。
図１５のグラフ（Ａ）は、電流の積算期間を設けた場合における参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が変化する様子を示す。図１２で説明したように、電流の積算期間を設けなければ、入力操作面４１を通じて感圧センサ３０を押圧する前と、押圧した後とで、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位変化がわずかに異なる。一方、電流の積算期間を設けることで、入力操作面４１を通じて感圧センサ３０を押圧すると、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位変化がさらに大きくなる。
【０１０３】
図１５のグラフ（Ｂ）は、図１５のグラフ（Ａ）にて丸印Ａ３で囲った電圧波形の拡大図である。グラフ（Ｂ）に示すように、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が、初期値から所定の閾値（例えば、１．７Ｖ）に到達するまでの時間は、入力操作面４１を通じて感圧センサ３０を押圧する前（Ｌ１１）、押圧した後（Ｌ１２）、さらに、押圧した後に電流の積算期間の制御を行った（Ｌ１３）順に短くなっている。
すなわち、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が、初期値から所定の閾値（例えば、１．７Ｖ）に到達するまでの間に、演算回路６４が積算するカウンタ値が異なる。このため、演算回路６４は、入力操作面４１を通じて感圧センサ３０が押圧されたことを感度良く検出することができる。
【０１０４】
＜センサ装置の動作例＞
次に、センサ装置の動作例について説明する。
図１６は、センサ装置６０Ｄの動作例を示すフローチャートである。
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理は、図１０に示したフローチャートのステップＳ１〜Ｓ５の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【０１０５】
ステップＳ１５にて演算回路６４の入力インピーダンスがハイ・インピーダンス状態となった後、積算期間制御信号発生回路７５は、参照用コンデンサＣxにバイポーラトランジスタ７７からの電流を積算することが不要な積算不要期間であるか否かを判断する（Ｓ１６）。積算不要期間であれば（Ｓ１６のＹＥＳ）、積算期間制御信号発生回路７５は、“Ｌ”である積算期間制御信号を出力して、カレントミラー回路を停止させ（Ｓ１７）、再びステップＳ１６に戻り、積算期間であるか判断する処理を繰り返す。
【０１０６】
積算不要期間でなければ（Ｓ１６のＮＯ）、積算期間制御信号発生回路７５は、“Ｈｉｇｈ−Ｚ”である積算期間制御信号を出力して、カレントミラー回路を動作させる（Ｓ１８）。例えば、積算期間制御信号発生回路７５のＩ／Ｏを出力から入力に切り替えてＨｉｇｈ−Ｚ状態とする。このとき、積算不要期間の前に、積算期間制御信号発生回路７５は、寄生容量Ｃpを充電する。
【０１０７】
以降のステップＳ１９〜Ｓ２３の処理は、図１０に示したフローチャートのステップＳ６〜Ｓ１０の処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。なお、ステップＳ２２の処理にて、入力信号発生回路６１が、入力信号の出力を“Ｌ”に変え、ステップＳ１７の積算期間制御信号発生回路７５の出力を“Ｌ”とした時が、感圧センサ３０の放電期間となる。その後、再びステップＳ１６に戻り、積算期間制御信号発生回路７５が、積算期間であるか判断する処理を繰り返す。
【０１０８】
以上説明した第２の実施の形態に係るセンサ装置６０Ｄでは、積算期間制御信号によりカレントミラー回路の停止又は動作が制御されることで、参照用コンデンサＣxに電流を積算することが必要な期間の前に寄生容量Ｃpが充電される。このため、電流の積算期間が制御され、感圧センサ３０から出力される電流を積算することができる。このため、演算回路６４は、感圧センサ３０がわずかな荷重により押圧されたとしても、入力操作面４１が押圧されたことを素早く検出できる。そして、電流の積算期間が制御されない場合に比べて、ＳＮ比（Signal-to-Noise ratio）を向上させることができる。このように演算回路６４が、電流の積算期間に応じて検出したカウンタ値の差分の変化から押圧されたか否かを区別できるので、感圧センサ３０の静電容量を小さくして感圧センサ３０を小型化することが可能となる。
【０１０９】
なお、センサ装置６０Ｄにおいても、センサ装置６０〜６０Ｃと同様の形態をとりうる。
例えば、センサ装置６０Ｄから電流可変用抵抗Ｒ１，Ｒ２のいずれか、又は両方を取り除いてもよい。
また、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタ６８，６９によってカレントミラー回路を構成してもよい。
また、入力信号発生回路６１、電源６３、演算回路６４及び積算期間制御信号発生回路７５を一体化した制御回路として構成してもよい。このように構成された制御回路は、デジタルＩ／Ｏポートの“Ｈｉｇｈ−Ｚ（入力状態）”と“Ｌ”を切り替えて感圧センサ３０に入力信号を供給することにより入力信号発生回路として機能させてよい。
また、制御回路は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられたＡ／Ｄコンバータの電圧が“Ｈ”から“Ｌ”に変わったことを、参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達したことを検出する演算回路として機能する。
また、制御回路は、デジタルＩ／Ｏのインプットに設けられたコンパレータの結果に基づいて参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位が所定の閾値に達したことを検出する演算回路として機能する。
【０１１０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係るセンサ装置について説明する。
近年、携帯端末には、曲面ディスプレイの採用が進んでおり、額縁の幅が狭くなっている。このため、従来、額縁に設置していた感圧センサのスペースを確保できなくなってきた。また、感圧センサ３０から演算回路６４までに設けられる配線の長さはタッチパネル２０の形状によって決まる。
【０１１１】
＜感圧センサの概略構成＞
図１７は、第３の実施の形態に係るタッチパネル装置１Ａに設けられた感圧センサ３０Ａの概略構成例を説明するための図である。第３の実施の形態では、感圧検出回路６２を感圧センサ３０からの微弱なアナログ信号を調整するアナログフロントエンドとして用いる例について説明する。
【０１１２】
タッチパネル装置１Ａは、下から第１ベースフィルム１５、Ｙ座標タッチ電極２３、第２ベースフィルム１６、Ｘ座標タッチ電極２１、トッププレート４０を順に積層して構成されたものである。各層、及び電極は接着剤等により接着固定されている。第１ベースフィルム１５、第２ベースフィルム１６、トッププレート４０は、それぞれ矩形状に形成される。感圧センサ３０Ａは、タッチパネル装置１ＡのＸＹ平面の座標検知領域外の周縁領域（額縁部分）に配置される。
【０１１３】
感圧センサ３０Ａは、タッチパネル装置１Ａと筐体１０との間に配置された誘電材料からなる弾性体３３と、弾性体３３を挟むように配置され、コンデンサを形成する上部の第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、下部の第３感圧センサ電極１３とを備える。第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２は、第１ベースフィルム１５の上面に形成され、シールド電極１４は、第２ベースフィルム１６の上面に形成される。
【０１１４】
シールド電極１４は、感圧センサ３０Ａの最上部（図中のＺ方向の上側）に配置され、グラウンド又は特定の電位に接続される。シールド電極１４は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対する外部からの電荷の流入又は流出を制限するために用いられる。ただし、指等が、第１静電容量、第２静電容量及び第３静電容量に影響を与えない場合には、シールド電極１４は必ずしも必要とはされない。
【０１１５】
第２ベースフィルム１６は、Ｘ座標タッチ電極２１及びシールド電極１４を同一面上に配置するために用いられる。なお、Ｘ座標タッチ電極２１とＹ座標タッチ電極２３が重なる順が逆であれば、第２ベースフィルム１６の同一面上にＹ座標タッチ電極２３、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を配置してもよい。このため、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２は、Ｘ座標タッチ電極２１又はＹ座標タッチ電極２３のいずれか一方と同一面に配置される。
【０１１６】
第１ベースフィルム１５は、Ｙ座標タッチ電極２３、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を同一面上に配置するために用いられる。なお、Ｘ座標タッチ電極２１とＹ座標タッチ電極２３が重なる順が逆であれば、第１ベースフィルム１５の同一面上にＸ座標タッチ電極２１、シールド電極１４を配置してもよい。つまり、シールド電極１４は、Ｘ座標タッチ電極２１又はＹ座標タッチ電極２３のいずれか一方と同一面に配置される。
【０１１７】
第１ベースフィルム１５の上面及び下面には、例えば、両面粘着テープであるＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）が貼り付けられている。このため、第１ベースフィルム１５と第２ベースフィルム１６及び弾性体３３がＯＣＡを介して貼り合わされ、第２ベースフィルム１６とトッププレート４０がＯＣＡを介して貼り合わされる。
【０１１８】
第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２がＸ方向に対向する部分（各センサ電極の厚み部分）にはわずかな静電容量が発生する。ただし、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２がＸ方向に対向する厚み部分の面積は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２がＺ方向に並べて配置される時に対向する平面部分の面積よりもはるかに小さい。このため、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２がＸ方向に対向する厚み部分の静電容量（第３静電容量の一例）は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２がＺ方向に並べて配置される時に発生する静電容量よりも十分に小さい。
【０１１９】
第３感圧センサ電極１３は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２からＺ方向に離して配置される。図１７では、弾性体３３を挟んで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対して、第３感圧センサ電極１３の一部がＺ方向の対向する位置に配置される例が示されている。第３感圧センサ電極１３は、グラウンド又は特定の電位に接続される。第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３とが対向する部分の間、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３とが対向する部分の間には、それぞれ静電容量が発生する。
【０１２０】
なお、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２がＸ方向に対向する部分の面積は、第３感圧センサ電極１３が第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２とＺ方向に対向する部分の面積より小さい。このため、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間のＸ方向に発生する静電容量は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３とがＺ方向に対向する部分に発生する静電容量（第１静電容量の一例）と、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３とがＺ方向に対向する部分に発生する静電容量（第２静電容量の一例）よりも小さい。
【０１２１】
トッププレート４０の表面に設けられた入力操作面４１と垂直な押圧方向（ｚ軸方向下向き）に入力操作面４１が指で押圧されると、感圧センサ３０Ａの弾性体３３が縮み、この感圧センサ３０Ａが接着固定されているトッププレート４０が押圧方向に移動する。そして、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の高さと、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の高さが、トッププレート４０の移動距離だけ狭まる。このため、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の静電容量と、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の静電容量が増加する。
【０１２２】
一方、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間のＸ方向の距離はほとんど変わらない。しかし、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に第３感圧センサ電極１３が近づくと、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間で電気的な結合が強くなる。この結果、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の第１静電容量、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の第２静電容量が増加する。また、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の電気的な結合が弱くなり、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量が減少する。
【０１２３】
このため、感圧センサ３０Ａに接続される感圧検出回路６２は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量の変化、すなわち、入力操作面４１が指で押圧されたことにより、第３静電容量が減少したことを検出し、第３静電容量の変化に応じた検出信号を出力する。これにより、感圧検出回路６２に接続される演算回路６４は、トッププレート４０の入力操作面４１がどの位押圧されたことを判定することができる。
【０１２４】
図１８は、タッチパネル装置１Ａの構成例を示す上面図である。
上述したように、感圧センサ３０Ａは、筐体１０の額縁に沿って６個取付けられる。６個の感圧センサ３０Ａには、フレキシブル配線（Flexible Printed Circuit）基板８０に設けられた感圧センサ回路部８１に接続される６本の配線が額縁に沿って引き回されている。ここで、６本の配線を感圧センサ配線部８２と呼ぶ。
【０１２５】
フレキシブル配線基板８０は、柔軟性を有する薄いフィルムに配線、回路等が形成されたものであり、屈曲性がある。
感圧センサ回路部８１は、例えば、図４に示した感圧検出回路６２及び演算回路６４が形成される回路である。感圧検出回路６２は、感圧センサ３０Ａから入力する電流により変化する参照用コンデンサＣxの検出側端子の電位に基づいて検出信号を演算回路６４に出力する。そして、演算回路６４は、感圧検出回路６２から入力する検出信号に基づいて、トッププレート４０（タッチパネル２０）に対する押圧力を演算し、演算回路６４に接続される外部のタッチパネル装置に演算結果を出力することができる。
【０１２６】
ここで、感圧センサ３０ＡのＳＮ比を上げるためには、図１４に示した積算期間制御信号が“Ｌ”である期間をできるだけ長くしてカレントミラー回路を停止することで、電源６３から供給される電流が参照用コンデンサＣxに充電されるノイズとなる電流を除く必要がある。このため、感圧検出回路６２に構成されるカレントミラー回路が、積算期間制御信号が“Ｌ”である期間から動作するまでの間、寄生容量Ｃpを充電可能な充電期間を確保する必要がある。ここで、寄生容量Ｃpの充電期間は、感圧センサ３０Ａの配線の長さにより決まる寄生容量Ｃpの値によって変化する。しかし、感圧センサ３０Ａの設置場所によっては感圧センサ配線部８２が長くなり、寄生容量Ｃpが大きくなるため、寄生容量Ｃpを充電してバイポーラトランジスタ６６，６７を動作状態にするまで時間がかかっていた。感圧センサ３０ＡのＳＮ比を上げるには、寄生容量Ｃpをできるだけ少なくする必要がある。そこで、本実施の形態では、感圧センサ３０Ａと感圧検出回路６２を一つの部品としてモジュール化する。
【０１２７】
図１９は、センサモジュール９０の構成例を説明するための図である。
図１９の下面図（Ａ）は、センサモジュール９０を下側から視認した様子を示す。センサモジュール９０は、感圧センサ３０Ａと感圧検出回路部９２をモジュール化した部品である。センサモジュール９０のフレキシブル配線基板９１には、感圧検出回路部９２に配線が接続されたコネクタ部９３が設けられる。感圧検出回路部９２は、図４に示した感圧検出回路６２と同様の構成とした回路である。
【０１２８】
コネクタ部９３には、例えば、外部にある入力信号発生回路６１、電源６３、グラウンド、演算回路６４が接続される。そして、コネクタ部９３を通じて、入力信号発生回路６１から感圧センサ３０Ａに入力信号が入力され、電源６３から参照用コンデンサＣxを充電するための電流が入力される。また、コネクタ部９３を通じて、感圧センサ３０Ａの第３感圧センサ電極１３及びシールド電極１４がグラウンドに接続され、感圧検出回路６２が出力する検出信号が演算回路６４に出力される。
【０１２９】
なお、コネクタ部９３には、積算期間制御信号発生回路７５が接続されてもよい。この場合、感圧検出回路部９２は、図１３に示した感圧検出回路６２Ａと同様の構成とした回路となる。そして、コネクタ部９３を通じて、積算期間制御信号発生回路７５から積算期間制御信号が入力される。このようにコネクタ部９３に接続される回路は、マイクロコンピューター等で汎用的に用いられる入出力回路で代用可能である。そして、感圧検出回路部９２は、この入出力回路から入力される信号によって動作が制御される。
【０１３０】
図１９の断面図（Ｂ）は、図１９の下面図（Ａ）に示したセンサモジュール９０をＡ−Ａ線に沿って切断した様子を示す。
既に図１７を参照して説明したように、感圧センサ３０Ａは、コンデンサを形成する上部の第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、下部の第３感圧センサ電極１３とを備える。そして、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の上部には、シールド電極１４が設けられる。第３感圧センサ電極１３及びシールド電極１４は、折曲げ部１７を介して接続される。折曲げ部１７はフレキシブル配線基板９１の一部であり、柔軟性を有する。また、シールド電極１４は、フレキシブル配線基板９１を通じてグラウンドに接続される。
【０１３１】
感圧検出回路部９２は、カバーレイ９４により衝撃等から保護される。フレキシブル配線基板９１の上面及び下面には、感圧検出回路部９２の他にも各種の回路を形成することが可能である。
【０１３２】
図２０は、曲面ディスプレイを採用したタッチパネル装置の構成例を示す部分拡大図である。
図２０の側面図（Ａ）は、曲面ディスプレイとして用いられるトッププレート４０Ａの構成例を示す。トッププレート４０Ａの下面には、タッチパネル２０が設けられ、トッププレート４０Ａの端部には、筐体１０の上部が接している。近年は、タッチパネル装置にトッププレート４０Ａのような湾曲した曲面ディスプレイが採用されることがある。このため、従来、筐体１０に設けられていた額縁がなくなった。この場合、タッチパネル２０の電極と一体化して感圧センサ３０が構成されていると、トッププレート４０Ａと筐体１０との間まで感圧センサ３０を延伸して設置することは難しい。また、トッププレート４０Ａの曲率や形状によっては、トッププレート４０Ａが曲がった部分まで感圧センサ３０を設けることは難しい。
【０１３３】
図２０の側面図（Ｂ）には、トッププレート４０Ａと筐体１０の間に感圧センサ３０Ａが設けられた例を示す。本実施の形態では、フレキシブル配線基板９１の上面に設けられた感圧検出回路部９２と、感圧センサ３０Ａとをモジュール化したセンサモジュール９０をタッチパネル装置に設けている。そして、トッププレート４０Ａと筐体１０の間に感圧センサ３０Ａを設置する。これにより、トッププレート４０Ａが指等の指示媒体で押圧されたことを検出できる。また、フレキシブル配線基板９１の配線を短くすることで、余計な寄生容量Ｃpを発生させない。なお、センサモジュール９０は、例えば、図２に示した表示パネル４３の裏面等に配置することも可能である。
【０１３４】
図２１は、センサモジュール９０が筐体１０に設置される様子を説明する図である。
図２１の配置図（Ａ）は、筐体１０の６箇所に設置された感圧センサ３０Ａが６本のフレキシブル配線基板９１を介して１つの感圧検出回路部９２に接続される様子を示す。
図２１の配置図（Ｂ）は、フレキシブル配線基板９１を介して接続される感圧センサ３０Ａと感圧検出回路部９２との組が、６組設けられる様子を示す。
【０１３５】
このように、感圧センサ３０Ａと感圧検出回路部９２がモジュール化されたセンサモジュール９０を用いることにより、フレキシブル配線基板９１の長さを短くすることができる。このため、フレキシブル配線基板９１に発生する寄生容量Ｃpを大きく減らすことができる。また、感圧センサ３０Ａと感圧検出回路部９２との配線の長さは一定である。このため、寄生容量Ｃpがどの程度の値になるか予測が立てやすくなり、寄生容量Ｃpの影響がなくなるように感圧センサ３０Ａと感圧検出回路部９２の動作を制御しやすくなる。
【０１３６】
上述した第３の実施の形態では、感圧センサ３０Ａと感圧検出回路６２を一つの部品としてモジュール化した。これにより、感圧センサ３０Ａが設置されるタッチパネル２０の形状に関係なく、フレキシブル配線基板９１の長さを一定とすることができる。また、センサモジュール９０の配置場所は、タッチパネル２０の裏面に限られない。このため、額縁がない曲面ディスプレイが用いられる筐体１０であっても、筐体１０とトッププレート４０Ａの間に感圧センサ３０Ａを配置することが可能となる。
【０１３７】
なお、上述した各実施の形態では、入力信号発生回路６１から入力信号が入力される部位を感圧センサ３０とした。しかし、感圧センサ３０の代わりに、タッチパネル２０に設けられたＸ座標タッチ電極２１及びＹ座標タッチ電極２３間の静電容量の変化を検出可能なタッチセンサをセンサ部の一例として用いてもよい。すなわち、タッチパネル２０は、入力操作面４１が押圧されてもＸ座標タッチ電極２１及びＹ座標タッチ電極２３間の距離は変わらないが、電極間の静電容量が変化する。このため、電極間の静電容量の変化に基づいて、指示媒体によりタッチパネル２０を押圧されたことを演算回路６４が求めてもよい。
【０１３８】
また、感圧センサ３０Ａと感圧検出回路６２を一つの部品としてモジュール化した例について説明したが、感圧センサ３０と感圧検出回路６２を一つの部品としてモジュール化してもよい。また、感圧センサ３０と感圧検出回路６２Ａ，６２Ｂを一つの部品としてモジュール化してもよい。
【０１３９】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１４０】
１…タッチパネル装置、２…センサユニット、１０…筐体、２０…タッチパネル、２１…Ｘ座標タッチ電極、２３…Ｙ座標タッチ電極、３０，３０Ａ…感圧センサ、４０…トッププレート、６０，６０Ａ〜６０Ｄ…センサ装置、６１…入力信号発生回路、６２，６２Ａ，６２Ｂ…感圧検出回路、６３…電源、６４…演算回路、６５…放電ダイオード、６６，６７…バイポーラトランジスタ、７５…積算期間制御信号発生回路、９０…センサモジュール、９１…フレキシブル配線基板、９２…感圧検出回路部、９３…コネクタ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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