(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と、
前記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能な第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置された弾性部材と、前記第１の部材と前記弾性部材との間に設けられ、前記弾性部材の弾性変形によって前記弾性部材の一部が侵入することで厚みが変化する空気層を前記第１の部材と前記弾性部材との間に形成する支持体と、前記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する電極対とを有し、前記電極対の合成容量の変化に基づいて前記第１の方向への前記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する検出機構と
を具備するセンサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第１の部材は、前記空気層に面して形成された誘電体層を有し、
前記電極対は、前記空気層に面して前記誘電体層の上に配置された、前記第１の方向と直交する方向にそれぞれ対向する第１の電極部と第２の電極部とを有し、
前記検出機構は、前記空気層を挟む前記第１および前記第２の電極部間の第１の静電容量と、前記誘電体層を挟む前記第１および前記第２の電極部間の第２の静電容量との合成容量の変化に基づいて、前記検出信号を出力するセンサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ装置であって、
接地電位に接続され、前記電極対と前記第１の方向に対向するように前記第２の部材の上に配置された第３の電極部をさらに具備するセンサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記電極対は、
前記空気層に面して前記第１の部材の上に配置された第１の電極部と、
前記第１の電極部と前記第１の方向に対向する、前記第２の部材の上に配置された第２の電極部とを有し、
前記検出機構は、前記空気層と前記弾性部材との界面と前記第１の電極部との間の第１の静電容量と、前記界面と前記第２の電極部との間の第２の静電容量との合成容量の変化に基づいて、前記検出信号を出力するセンサ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記支持体は、前記弾性部材を前記第１の部材の上に接着する粘着層であるセンサ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記検出機構に電気的に接続され、前記検出信号に基づいて前記第１の方向への前記第２の部材の移動量を演算する演算部をさらに具備するセンサ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第２の部材は、前記第１の方向と直交する平面内における操作子の位置を検出するタッチパネルであり、
前記第１の部材は、前記タッチパネルを収容する筐体であるセンサ装置。
【請求項８】
第１の部材と、
前記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能な第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置された弾性部材と、前記第１の部材に対して前記第１の方向に対向することで形成される空気層の厚みを前記弾性部材の弾性変形によって変化させる、前記弾性部材に隣接して配置された誘電部材と、前記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する電極対とを有し、前記電極対の合成容量の変化に基づいて前記第１の方向への前記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する検出機構と
を具備するセンサ装置。
【請求項９】
第１の部材と、
前記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能な透光性を有する第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置された弾性部材と、前記第１の部材と前記弾性部材との間に設けられ、前記弾性部材の弾性変形によって前記弾性部材の一部が侵入することで厚みが変化する空気層を前記第１の部材と前記弾性部材との間に形成する支持体と、前記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する電極対とを有し、前記電極対の合成容量の変化に基づいて前記第１の方向への前記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する検出機構と、
前記第２の部材に収容され、前記第１の部材に対向する表示面を有する表示素子と
を具備する表示装置。
【請求項１０】
第１の部材と、
前記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能な透光性を有する第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置された弾性部材と、前記第１の部材に対して前記第１の方向に対向することで形成される空気層の厚みを前記弾性部材の弾性変形によって変化させる、前記弾性部材に隣接して配置された誘電部材と、前記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する電極対とを有し、前記電極対の合成容量の変化に基づいて前記第１の方向への前記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する検出機構と、
前記第２の部材に収容され、前記第１の部材に対向する表示面を有する表示素子と
を具備する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばユーザによる押圧操作を検出するためのセンサ装置およびこれを備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される携帯型の情報処理装置の多機能化が進められており、筐体に設けられた表示部をユーザインターフェースとして機能させる構成が提案されている。例えば特許文献１には、表示部に対する入力操作位置を検出するタッチパネルと、入力操作力を電極間の電気抵抗の変化として検出する押圧検知センサとを備えた電子機器が記載されている。また、特許文献２には、タッチ面への押圧を電極間の電気容量の変化として検出する力検知タッチパッドが記載されている。
【０００３】
一般に、押圧による静電容量変化を検出するセンサは、押圧により電極間距離が可変な構造を用いて電極間の静電容量を変化させる手法を採用している。静電容量は電極間距離に逆比例して変化するため、押圧によって電極間距離が例えば２％減少した場合、電極間の静電容量は略２％上昇する。一方、駆動回路や検出速度等の制約により、静電容量センサ自体の容量値を大きくすることが困難な場合、センサ容量は、検出回路の方式にもよるが、数ｐＦ〜数十ｐＦ程度に制約されることが多い。従って、電極間距離の変化が２%程度の微小である場合、電極間の容量変化も微小であるため、検出感度を確保することが非常に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３４４７３号公報
【特許文献２】特開平１０−１９８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、押圧による静電容量変化を検出するセンサにおいて、従来の電極間距離に大きく依存する検出方式では容量制限の中で押圧による良好な容量変化を得ることが難しい。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電極間距離の変化が微小でも良好な容量変化を得ることができるセンサ装置およびこれを備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るセンサ装置は、第１の部材と、第２の部材と、検出機構とを具備する。
上記第２の部材は、上記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能である。
上記検出機構は、弾性部材と、支持体と、電極対とを有する。上記弾性部材は、上記第１の部材と上記第２の部材との間に配置される。上記支持体は、上記第１の部材と上記弾性部材との間に設けられ、上記弾性部材の弾性変形によって厚みが変化する空気層を上記第１の部材と上記弾性部材との間に形成する。上記電極対は、上記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。上記検出機構は、上記電極対の合成容量の変化に基づいて上記第１の方向への上記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する。
【０００８】
上記センサ装置においては、第１の部材に対する第２の部材の相対移動に伴って、弾性部材が弾性変形し、これにより第１の部材と弾性部材との間に形成される空気層の厚みが変化する。一方、電極対は、空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。空気層の厚みの変化は、上記電極対に挟まれる誘電体（空気層、弾性部材、あるいは、空気層と弾性部材との混合体）の誘電率（比誘電率）の変化に相当し、上記静電容量成分は当該誘電体の誘電率の変化を含む。従って、検出機構は、上記電極対の間に形成される誘電体の誘電率の変化を、第１の部材に対する第２の部材の移動量に関する検出信号として出力することになる。よって、上記センサ装置によれば、両部材間の位置変化が微小な場合でも、大きな静電容量変化を発生させることができ、これにより良好な検出感度を確保することが可能となる。
【０００９】
上記第１の部材は、上記空気層に面して形成された誘電体層を有し、上記電極対は、第１の電極部と、第２の電極部とを含んでもよい。上記第１の電極部および上記第２の電極部は、上記空気層に面して上記誘電体層の上に配置された、上記第１の方向と直交する方向にそれぞれ対向する。
この場合、上記電極対は、上記空気層を挟む両電極部間に第１の静電容量を形成し、上記誘電体層を挟む両電極部間に第２の静電容量を形成する。上記検出機構は、これら第１および第２の静電容量の合成容量の変化に基づいて、上記検出信号を出力する。
【００１０】
上記センサ装置は、接地電位に接続された第３の電極部をさらに具備してもよい。上記第３の電極部は、上記電極対と上記第１の方向に対向するように上記第２の部材の上に配置される。
上記構成において、第３の電極部は、シールド電極としての機能を果たす。これにより、検出機構への導体の接近による電極対の容量変化を抑制でき、検出機構による検出信号の出力精度の向上を図ることができる。
【００１１】
上記の例に代えて、上記電極対は、以下のように構成されてもよい。すなわち、上記第１の電極部は、上記空気層に面して上記第１の部材の上に配置される。上記第２の電極部は、上記第１の電極部と上記第１の方向に対向する、上記第２の部材の上に配置される。
この場合、上記電極対は、上記空気層と上記弾性部材との界面と上記第１の電極部との間に第１の静電容量を形成し、上記界面と上記第２の電極部との間に第２の静電容量を形成する。上記検出機構は、これら第１および第２の静電容量の合成容量の変化に基づいて、上記検出信号を出力する。
【００１２】
本発明の他の形態に係るセンサ装置は、第１の部材と、第２の部材と、検出機構とを具備する。
上記第２の部材は、上記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能である。
上記検出機構は、弾性部材と、誘電部材と、電極対とを有する。上記弾性部材は、上記第１の部材と上記第２の部材との間に配置される。上記誘電部材は、前記弾性部材に隣接して配置される。上記誘電部材は、上記第１の部材に対して上記第１の方向に対向することで形成される空気層の厚みを上記弾性部材の弾性変形によって変化させる。上記電極対は、上記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。上記検出機構は、上記電極対の合成容量の変化に基づいて上記第１の方向への上記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する。
【００１３】
上記センサ装置においては、第１の部材に対する第２の部材の相対移動に伴って、弾性部材が弾性変形し、これにより第１の部材と誘電部材との間に形成される空気層の厚みが変化する。一方、電極対は、空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。空気層の厚みの変化は、上記電極対に挟まれる誘電体（空気層、誘電部材、あるいは、空気層と誘電部材との混合体）の誘電率（比誘電率）の変化に相当し、上記静電容量成分は当該誘電体の誘電率の変化を含む。従って、検出機構は、上記電極対の間に形成される誘電体の誘電率の変化を、第１の部材に対する第２の部材の移動量に関する検出信号として出力することになる。よって、上記センサ装置によれば、両部材間の位置変化が微小な場合でも、大きな静電容量変化を発生させることができ、これにより良好な検出感度を確保することが可能となる。
【００１４】
本発明の一形態に係る表示装置は、第１の部材と、第２の部材と、検出機構と、表示素子とを具備する。
上記第１の部材は、透光性を有する。
上記第２の部材は、上記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能である。
上記検出機構は、弾性部材と、支持体と、電極対とを有する。上記弾性部材は、上記第１の部材と上記第２の部材との間に配置される。上記支持体は、上記第１の部材と上記弾性部材との間に設けられ、上記弾性部材の弾性変形によって厚みが変化する空気層を上記第１の部材と上記弾性部材との間に形成する。上記電極対は、上記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。上記検出機構は、上記電極対の合成容量の変化に基づいて上記第１の方向への上記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する。
上記表示素子は、上記第２の部材に収容され、上記第１の部材に対向する表示面を有する。
【００１５】
本発明の他の形態に係る表示装置は、第１の部材と、第２の部材と、検出機構と、表示素子とを具備する。
上記第１の部材は、透光性を有する。
上記第２の部材は、上記第１の部材に対して第１の方向へ相対移動可能である。
上記検出機構は、弾性部材と、誘電部材と、電極対とを有する。上記弾性部材は、上記第１の部材と上記第２の部材との間に配置される。上記誘電部材は、前記弾性部材に隣接して配置される。上記誘電部材は、上記第１の部材に対して上記第１の方向に対向することで形成される空気層の厚みを上記弾性部材の弾性変形によって変化させる。上記電極対は、上記空気層の厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。上記検出機構は、上記電極対の合成容量の変化に基づいて上記第１の方向への上記第２の部材の移動量に関する検出信号を出力する。
上記表示素子は、上記第２の部材に収容され、上記第１の部材に対向する表示面を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電極間距離の変化が微小でも大きな容量変化を発生させることができる。これにより、良好な検出感度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセンサ装置の概略断面図である。
【図２】図１のセンサ装置の要部の基本構成を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は図１のセンサ装置の作用を説明する要部の断面図であり、（Ｂ）は当該センサ装置を構成する電極対の等価回路図である。
【図４】（Ａ）は図１のセンサ装置の作用を説明する要部の断面図であり、（Ｂ）は当該センサ装置を構成する電極対の等価回路図である。
【図５】典型的なミューチャルキャパシタンス方式の容量検出法を説明する図である。
【図６】図１のセンサ装置の作動状態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置の要部の概略断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第３の実施形態に係るセンサ装置の作用を説明する要部の断面図であり、（Ｂ）は当該センサ装置を構成する電極対の等価回路図である。
【図９】（Ａ）は本発明の第３の実施形態に係るセンサ装置の作用を説明する要部の断面図であり、（Ｂ）は当該センサ装置を構成する電極対の等価回路図である。
【図１０】典型的なセルフキャパシタンス方式の容量検出法を説明する図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るセンサ装置の概略断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係るセンサ装置の概略断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る表示装置の概略断面図である。
【図１４】図１３の表示装置の内部構造を示す概略平面図である。
【図１５】（Ａ）は図１のセンサ装置の構成の変形例を示す概略平面図であり、（Ｂ）はその概略断面図である。
【図１６】（Ａ）は上記表示装置の構成の変形例を示す概略平面図であり、（Ｂ）はその概略断面図である。
【図１７】上記表示装置の構成の他の変形例を示す概略平面図である。
【図１８】上記表示装置の構成の他の変形例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
［センサ装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置を示す概略断面図である。本実施形態のセンサ装置１は、ユーザによる押圧入力操作を検知する押圧検知センサとして構成されている。ここで、図１においてＺ軸方向は、センサ装置１に対する押圧入力方向を示し、Ｘ軸およびＹ軸は、Ｚ軸方向に垂直な、相互に直交する２軸方向を示している。
【００１９】
センサ装置１は、筐体１０（第１の部材）と、入力部材１１（第２の部材）と、入力部材１１に対する押圧操作を検出する検出機構１２と、検出機構１２を駆動する制御ユニット１３を有する。
【００２０】
入力部材１１は、ユーザより押圧操作を受ける入力操作面１１ａを有しており、入力操作面１１ａを外側（図１において上方側）に向けて筐体１０に取り付けられている。入力操作面１１ａには、ユーザに対して押圧操作を促す適宜の文字、図形等が形成されてもよい。入力部材１１を押圧する操作子としては、ユーザの指、スタイラスペンなど、人体の一部や補助具が含まれる。
【００２１】
入力部材１１は、円形状あるいは多角形状の板状部品で形成されている。上記板状部品は、単層の板部材であってもよいし、板部材の積層体であってもよい。入力部材１１は、透光性を有する材料で形成されてもよいし、非透光性であってもよい。また、上記板状部品は、タッチパネル等のセンサパネルであってもよい。入力部材１１がタッチパネルで構成されることで、Ｚ軸方向の押圧検出だけでなく、ＸＹ平面内における押圧位置の座標検出が可能となる。
【００２２】
筐体１０は、例えば、電気絶縁性のプラスチック材料で形成されている。筐体１０は、入力部材１１の周囲を囲むようにＺ軸方向に突出する環状の第１の壁部１０１と、第１の壁部１０１から筐体１０の内部に向かってＺ軸方向と垂直に突出する第２の壁部１０２とを有する。
【００２３】
［検出機構］
検出機構１２は、筐体１０と入力部材１１との間に配置されており、筐体１０に対する入力部材１１の相対移動量を検出する。検出機構１２は、筐体１０に対する入力部材１１の相対移動を静電的に検出し、Ｚ軸方向への入力部材１１の移動量に関する検出信号を制御ユニット１３に出力する。制御ユニット１３は、検出機構１２を駆動する駆動回路と、検出機構１２から出力された検出信号に基づいて入力部材１１の移動量を算出する演算回路とを有する。
【００２４】
検出機構１２は、弾性部材１２０を有する。弾性部材１２０は、入力部材１１の周囲に沿って環状に形成され、入力部材１１の周縁部と筐体１０の第２の壁部１０２との間に配置される。入力部材１１は、弾性部材１２０によって弾性的に支持される。
【００２５】
図２は、検出機構１２の基本構成を模式的に示す要部の断面図である。入力部材１１の周縁部と筐体１０の第２の壁部１０２との間には、第１の接着層１２１、弾性部材１２０、第２の接着層１２２、誘電体層１２４および第３の接着層１２３が積層されている。接着層１２１〜１２３は、粘着テープ、接着剤の塗膜などで形成される。第１の接着層１２１は入力部材１１と弾性部材１２０とを相互に接合し、第２の接着層１２２は、弾性部材１２０と誘電体層１２４との間を相互に接合する。そして、第３の接着層１２３は、誘電体層１２４と筐体１０の第２の壁部１０２との間を相互に接着する。
【００２６】
図２に示すように、第１の接着層１２１、誘電体層１２４および第３の接着層１２３は、弾性部材１２０の幅（Ｗ１）と同等以上の幅で形成されているのに対して、第２の接着層１２２は、幅Ｗ１より小さい幅（Ｗ２）で形成されている。これにより、弾性部材１２０の内周側において、弾性部材１２０と誘電体層１２４との間に幅Ａ（Ｗ１−Ｗ２）の空隙Ｇが形成される。空隙Ｇは、空気層であり、その厚み（Ｚ軸方向の大きさ）は、第２の接着層１２２の厚み（Ｄ２＝Ｄ−Ｄ１）で定められる。ここで、「Ｄ」は、第１の接着層１２１、第２の接着層１２２および弾性部材１２０の積層厚みであり、「Ｄ１」は、第１の接着層１２１および弾性部材１２０の積層厚みである。
【００２７】
上記構成においては、筐体１０に対して入力部材１１がＺ軸方向に押圧操作されると、弾性部材１２０がＺ軸方向に圧縮変形する。このとき、空隙Ｇと対向する弾性部材１２０の下面領域は、空隙Ｇを埋めるように弾性変形し、押圧力の大きさに応じて、空隙Ｇの厚み（Ｄ２）が減少あるいは消失する。検出機構１２は、空隙Ｇの厚み変化を静電的に検出するための電極対１２５（図１）を有する。
【００２８】
図３（Ａ）は、電極対１２５の構成例を示す要部の模式断面図である。説明を分かり易くするため、図では検出機構１２を構成する各要素間の厚みの関係は無視するとともに、第１の接着層１２１および第３の接着層１２３の図示は省略する（図４（Ａ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）および図１１においても同様）。
【００２９】
本実施形態では、電極対１２５は、空隙Ｇ内の空気層に面するように誘電体層１２４上に配置された第１の電極部１２５ａおよび第２の電極部１２５ｂを有する。第１の電極部１２５ａおよび第２の電極部１２５ｂは、所定の間隔をあけて相互に対向しており、第１の電極部１２５ａは第２の電極部１２５ｂよりも、弾性部材１２０の内周側に配置されている。これにより、電極対１２５は、空隙Ｇを挟む電極部１２５ａ、１２５ｂ間に第１の静電容量Ｃ１を形成し、誘電体層１２４を挟む電極部１２５ａ、１２５ｂ間に第２の静電容量Ｃ２を形成する。
【００３０】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した電極対１２５の等価回路である。電極対１２５の容量は、第１の静電容量Ｃ１を形成するコンデンサと第２の静電容量Ｃ２を形成するコンデンサとの合成容量に相当する。第１の静電容量Ｃ１および第２の静電容量Ｃ２は、以下の式で定義される。
Ｃ１＝εｒ１・ε０・Ｓ／ｄ  …（１）
Ｃ２＝εｒ２・ε０・Ｓ／ｄ  …（２）
ここで、εｒ１およびεｒ２は誘電体の比誘電率、ε０は真空の誘電率、Ｓは電極間の対向面積、ｄは電極間の対向距離である。
【００３１】
図３（Ａ）に示した構成例では、第１の静電容量Ｃ１を形成する誘電体は空隙Ｇ内の空気（εｒ１≒１）であり、第２の静電容量Ｃ２を形成する誘電体は誘電体層１２４を構成する誘電材料（εｒ２＞１）である。電極部１２５ａ、１２５ｂ間の対向面積（Ｓ）および対向距離（ｄ）は相互に同一である。第１の静電容量Ｃ１を形成するコンデンサと第２の静電容量Ｃ２を形成するコンデンサは相互に並列的に接続されているため、電極対１２５の合成容量Ｃは、以下の式で算出される。
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２  …（３）
【００３２】
図４（Ａ）は、入力部材１１にＺ軸方向に押圧力Ｆが加わった様子を模式的に示す検出機構１２の断面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した電極対１２５の等価回路である。入力部材１１が筐体１０の内部に押し込まれると、弾性部材１２０が圧縮変形し、弾性部材１２０の一部が空隙Ｇに侵入する。空隙Ｇへの弾性部材１２０の侵入量は、弾性部材１２０の変形量すなわち入力部材１１の移動量にほぼ比例する。図４（Ａ）は、空隙Ｇが弾性部材１２０の侵入によって消失し、空気層の厚みが０となった状態を示す。この場合、電極１２５ａ、１２５ｂ間に空気の比誘電率（≒１）よりも大きな比誘電率（＞１）を有する弾性部材１２０が介在することで、第１の静電容量はＣ１からＣ１’へ増加する。一方、第２の静電容量Ｃ２は、電極部１２５ａ、１２５ｂ間の比誘電率に変動が生じないため、変化しない。以上のように、入力部材１１が押圧操作されると、電極対１２５の合成容量Ｃは、（Ｃ１’−Ｃ１）に相当する量だけ増加することになる。
【００３３】
入力部材１１の移動に伴う電極対１２５の合成容量Ｃの変化量は、弾性部材１２０の弾性率、空隙Ｇの面積および高さ（厚み）、電極対１２５の構成等によって調整することができる。例えば、空隙Ｇの幅（Ａ）は、電極対１２５の形成に必要なエリアを考慮して適宜決定される。弾性部材１２０の幅（Ｗ１）は、空隙Ｇの幅（Ａ）と、弾性部材１２０の支持体として機能する接着層１２２の幅（Ｗ２）を考慮して決定される。幅Ｗ２は、入力部材１１を支持するのに必要な強度と、押圧による弾性部材１２０の変形量を決定する設計パラメータである。
【００３４】
弾性部材１２０の構成材料は特に限定されず、例えば、ゴム系の弾性体、ポリウレタン発泡体などの有機樹脂発泡体などが用いられる。弾性部材１２０の弾性率は、接着層１２２よりも低いことが必要であるが、その上限および下限は限定されない。
【００３５】
接着層１２２の厚みは、センサ装置１の初期状態における空隙Ｇの厚み（Ｄ２）を決定するため、入力部材１１への押圧操作による電極対１２５の合成容量（Ｃ）の変化状態を考慮した上で決定される。
【００３６】
誘電体層１２４の構成材料は、電極対１２５の形成のし易さ、接着層１２２との密着性等を考慮して適宜選定される。誘電体層１２４は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等の樹脂フィルムで形成される。誘電体層１２４の厚みは特に限定されず、検出機構１２あるいはセンサ装置１の全厚等を考慮して決定される。誘電体層１２４の誘電率は限定されないが、誘電体層１２４の誘電率は小さいほどよく、これにより電極対１２５の合成容量の変化率を大きくすることができる。
【００３７】
電極対１２５を形成する第１および第２の電極部１２５ａ、１２５ｂは、誘電体層１２４の上に形成された導体層で構成される。電極部１２５ａ、１２５ｂは、アルミニウムや銅などの金属箔でもよいし、導電ペーストでもよい。電極部１２５ａ、１２５ｂは制御ユニット１３に電気的に接続され、互いに静電結合が可能なように各々の配置間隔あるいは入力電圧が決定される。電極部１２５ａ、１２５ｂと制御ユニット１３との間の電気的接続には、誘電体層１２４の上に形成された配線層が用いられてもよいし、誘電体層１２４とは独立して設けられた配線基板が用いられてもよい。
【００３８】
［制御ユニット］
制御ユニット１３は、電極対１２５へ入力される駆動信号を発生する駆動回路と、電極対１２５から出力される検出信号を処理する演算回路とを有する。本実施形態では、ミューチャルキャパシタンス方式と呼ばれる検出方式で、電極部１２５ａ、１２５ｂ間の静電容量を検出する。
【００３９】
ミューチャルキャパシタンス方式は双電極方式とも呼ばれ、図５に示すように容量結合している二つの電極Ｅ１１、Ｅ１２を有し、これらの結合容量の変化を検出する。一般的には、容量結合している領域に接地された物体が近づくと、容量が減少する。この容量減少を検出して指などの座標位置を計算する方式のタッチパネルが実用化されている。
【００４０】
本実施形態において、一対の電極部１２５ａ、１２５ｂのうち一方は上記駆動回路へ接続され、他方は上記演算回路へ接続される。上記駆動信号には所定周波数のパルス信号が用いられるが、これに限られず、高周波を含む交流信号や直流信号であってもよい。駆動信号の入力により両電極部は静電的に結合し、上記第１および第２の静電容量Ｃ１、Ｃ２を形成する。ミューチャルキャパシタンス方式を検出原理とする本実施形態の制御ユニット１３は、入力部材１１への押圧操作時の弾性部材１２０の変形量に応じて変化する電極対１２５の静電容量の変化を検出する。電極対１２５へ弾性部材１２０が接近するほど空隙Ｇの厚みは減少し、電極間の結合領域の誘電率は弾性部材１２０の誘電率に近づく。これにより、上記第１の静電容量Ｃ１は増加し、上記演算回路は、静電容量Ｃ１の変化量に基づいて入力部材１１の移動量を算出する。制御ユニット１３は、算出された入力部材１１の移動量に基づいて制御信号を生成し、当該制御信号は、センサ装置１の出力を受けて動作する機器へ供給される。
【００４１】
［センサ装置の動作］
上記構成のセンサ装置１において、図６に示すように入力部材１１の中央部が押圧操作されると、弾性部材１２０はその全周にわたってほぼ均等な圧縮変形を受けることで、空隙Ｇの厚みが変化する。検出機構１２の電極対１２５は、空隙Ｇの厚みの変化に基づく静電容量の変化を検出信号として出力する。制御ユニット１３は、上記検出信号に基づいて入力部材１１の押圧操作を判定し、所定の制御信号を生成する。
【００４２】
本実施形態のセンサ装置１において、検出機構１２は、電極対１２５の間に形成される誘電体の誘電率の変化を、筐体１０に対する入力部材１１の移動量に関する検出信号として出力する。これにより、電極間距離に基づいて静電容量の変化を検出する方式に比べて、容量変化率を大きくすることができる。従って、本実施形態のセンサ装置１によれば、入力部材１１の移動量が微小な場合でも、大きな容量変化を発生させることができ、これにより良好な検出感度を確保することが可能となる。
【００４３】
例えば、弾性部材１２０の厚みを０．５ｍｍ、弾性部材１２０の比誘電率を３、接着層１２２の厚みを０．０５ｍｍ、誘電体層１２４の比誘電率を３として、押圧操作前後の電極対１２５の容量変化率を試算する。
電極対１２５の合成容量は、（３）式に示したとおり、空隙Ｇ側の第１の静電容量Ｃ１と誘電体層１２４側の第２の静電容量Ｃ２との和となる。原理的に、Ｃ１とＣ２の違いは誘電率の差によるので、Ｃ２はＣ１の３倍になる。つまり、
Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２＝Ｃ１＋３×Ｃ１＝４Ｃ１  …（４）
となる。入力部材１１への押圧により、空隙Ｇに弾性部材１２０が張り出し、空気層が消失すると、空隙Ｇ側の誘電層の誘電率が１から３へ変化することで、Ｃ１の値は３倍となる。誘電体層１２４側の容量Ｃ２は変化しないので、押圧操作後における電極対１２５の合成容量は、以下のようになる。
Ｃ’＝３×Ｃ１＋Ｃ２＝３×Ｃ１＋３×Ｃ１＝６Ｃ１  …（５）
つまり、本実施形態によれば、入力部材１１への押圧操作によって、電極対１２５の合成容量は、４Ｃ１から６Ｃ１に変化することになり、容量変化率は５０％（１．５倍）になる。接着層１２２の厚みは弾性部材１２０の厚みの１０％であるため、電極間距離の変化に基づいて静電容量の変化を検出する方式では容量変化率は１０％にとどまる。これに対して本実施形態によれば、その５倍近い容量変化を得ることができる。勿論、弾性部材１２０および誘電体層１２４の比誘電率、空隙Ｇの厚みによって、押圧操作の前後における電極対１２５の容量変化率の試算結果は異なる。
【００４４】
以上のように、本実施形態によれば、入力部材１１の押圧による移動量が微小な場合でも、電極対１２５の大きな容量変化に基づいて押圧操作を確実に検知することができる。また、入力部材１１の移動量に対応して電極対１２５の容量が連続的に変化するため、筐体１０に対する入力部材１１の相対移動量を精度よく検出することができる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図７（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置を模式的に示す要部の断面図である。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図７（Ａ）に示すセンサ装置２Ａは、入力部材１１の周縁部と弾性部材１２０との間に第１のシールド電極１３１（第３の電極部）が配置されている。第１のシールド電極１３１は、接地電位に接続されており、空隙Ｇに面して誘電体層１２４の上に配置された電極対１２５とＺ軸方向に対向している。第１のシールド電極１３１は、入力部材１１の周縁部または弾性部材１２０の上面部に貼り付けられた、アルミニウムや銅などの金属箔で形成される。
【００４７】
上記構成のセンサ装置２Ａにおいて、第１のシールド電極１３１は、入力部材１１へのユーザの手指の近接による電極対１２５の容量変化を抑制する機能を有する。これにより、入力部材１１に対する押圧操作を高精度に検出することが可能となり、信頼性の高い押圧検知機能を確保することができる。
【００４８】
また、上記センサ装置２Ａにおいて、制御ユニット１３の演算回路に接続される電極部はいずれであってもよいが、上記演算回路は、内周側に位置する第１の電極部１２５ａに接続されることで、筐体１０への手指の近接等によって発生するノイズが、上記演算回路へ侵入することを抑制することができる。
【００４９】
一方、図７（Ｂ）に示すセンサ装置２Ｂは、第１のシールド電極１３１に加えて、第２のシールド電極１３２を有する。第２のシールド電極１３２は、接地電位に接続されており、接着層１２２（支持体）と誘電体層１２４との間に配置されている。第２のシールド電極１３２は、接着層１２２の下面部あるいは誘電体層１２４の上面部に貼り付けられた、アルミニウムや銅などの金属箔で形成される。
【００５０】
上記構成のセンサ装置２Ｂにおいて、第２のシールド電極１３２は、電極対１２５と同一平面上に位置するように誘電体層１２４上に配置されることで、筐体１０への手指の近接による電極対１２５の容量変化を抑制する機能を有する。このような構成によっても、入力部材１１に対する押圧操作を高精度に検出することが可能となり、信頼性の高い押圧検知機能を確保することができる。
【００５１】
なお、図７（Ｂ）に示したセンサ装置２Ｂにおいては、第１のシールド電極１３１と第２のシールド電極１３２とが各々形成されたが、必要に応じて、第１のシールド電極１３１は省略されてもよい。また、上記センサ装置２Ｂにおいて、第１の電極部１２５ａおよび第２の電極部１２５ｂのうち、制御ユニット１３の演算回路に接続される電極部はいずれであってもよい。
【００５２】
＜第３の実施形態＞
図８（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るセンサ装置を模式的に示す要部の断面図である。なお、図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施形態のセンサ装置３は、入力部材１１と筐体１０との間に複数の静電容量を形成する電極対２２５を有する検出機構２２を備える。電極対２２５は、空隙Ｇ内の空気層に面するように誘電体層１２４上に配置された第１の電極部２２５ａと、入力部材１１と弾性部材１２０との間に配置された第２の電極部２２５ｂとを有する。第１の電極部２２５ａおよび第２の電極部２２５ｂは、Ｚ軸方向に相互に対向している。これにより、電極対２２５は、空隙Ｇ（空気層）と弾性部材１２０との界面Ｐと第１の電極部２５２ａとの間に第１の静電容量Ｃ１を形成し、上記界面Ｐと第２の電極部２５２ｂとの間に第２の静電容量Ｃ２を形成する。
【００５４】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示した電極対２２５の等価回路である。電極対２２５の容量は、第１の静電容量Ｃ１を形成するコンデンサと第２の静電容量Ｃ２を形成するコンデンサとの合成容量に相当する。第１の静電容量Ｃ１を形成するコンデンサと第２の静電容量Ｃ２を形成するコンデンサは相互に直列的に接続されているため、電極対２２５の合成容量Ｃは、以下の式で算出される。
（１／Ｃ）＝（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２）
すなわち、Ｃ＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）  …（６）
【００５５】
図９（Ａ）は、入力部材１１にＺ軸方向に押圧力Ｆが加わった様子を模式的に示す検出機構２２の断面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示した電極対２２５の等価回路である。入力部材１１が筐体１０の内部に押し込まれると、弾性部材１２０が圧縮変形し、弾性部材１２０の一部が空隙Ｇに侵入する。空隙Ｇへの弾性部材１２０の侵入量は、弾性部材１２０の変形量すなわち入力部材１１の移動量にほぼ比例する。図９（Ａ）は、空隙Ｇが弾性部材１２０の侵入によって消失し、空気層の厚みが０となった状態を示す。この場合、電極２２５ａ、２２５ｂ間に空気の比誘電率（≒１）よりも大きな比誘電率（＞１）を有する弾性部材１２０が介在することで、第１の静電容量はＣ１からＣ１’へ増加する。一方、第２の静電容量Ｃ２は、弾性部材１２０の厚みが減少することで、Ｃ２からＣ２’へ増加する。以上のように、入力部材１１が押圧操作されると、Ｃ１およびＣ２がいずれも増加することで電極対２２５の合成容量Ｃが増加することになる。
【００５６】
電極対２２５を形成する第１および第２の電極部２２５ａ、２２５ｂは、アルミニウムや銅などの金属箔でもよいし、導電ペーストでもよい。電極部２２５ａ、２２５ｂは制御ユニット２３に電気的に接続され、互いに静電結合が可能なように各々の配置間隔あるいは入力電圧が決定される。
【００５７】
制御ユニット２３は、電極対２２５へ入力される駆動信号を発生する駆動回路と、電極対２２５から出力される検出信号を処理する演算回路とを有する。本実施形態では、セルフキャパシタンス方式と呼ばれる検出方式で、電極部２２５ａ、２２５ｂ間の静電容量を検出する。
【００５８】
セルフキャパシタンス方式は、単電極方式とも呼ばれ、センシングに用いる電極は１つである。図１０に示すように、センシング用の電極Ｅ２１は、接地電位に対して浮遊容量をもっている。この電極Ｅ２１に、接地された物体が近づくと、電極Ｅ２１の浮遊容量は増加する。この容量増加を検出して指などの座標位置を計算する方式のタッチパネルが実用化されている。
【００５９】
本実施形態においては、一対の電極部２２５ａ、２２５ｂのうち、第１の電極部２２５ａがセンシング用電極として制御ユニット２３へ接続される。上記駆動信号には所定周波数のパルス信号が用いられるが、これに限られず、高周波を含む交流信号や直流信号であってもよい。駆動信号の入力により両電極部２２５ａ、２２５ｂは静電的に結合し、上記第１および第２の静電容量Ｃ１、Ｃ２を形成する。セルフキャパシタンス方式を検出原理とする本実施形態の制御ユニット２３は、入力部材１１への押圧操作時の弾性部材１２０の変形量に応じて変化する電極対２２５の静電容量の変化を検出する。第１の電極部２２５ａへ弾性部材１２０が接近するほど空隙Ｇの厚みは減少し、第１の電極部２２５ａと界面Ｐとの間の距離が接近する。そして、更なる押圧操作により、空隙Ｇに侵入した弾性部材１２０が入力部材１１と誘電体層１２４との間で圧縮変形を受けることで、第２の電極部２２５ｂと界面Ｐとの距離が短くなる。これにより、第１の静電容量Ｃ１および第２の静電容量Ｃ２はそれぞれ増加し、上記演算回路は、静電容量Ｃ１、Ｃ２の変化量に基づいて入力部材１１の移動量を算出する。制御ユニット１３は、算出された入力部材１１の移動量に基づいて制御信号を生成し、当該制御信号は、センサ装置１の出力を受けて動作する機器へ供給される。
【００６０】
本実施形態のセンサ装置３において、検出機構２２は、電極対２２５の間に形成される誘電体の誘電率の変化を、筐体１０に対する入力部材１１の移動量に関する検出信号として出力する。これにより、電極間距離に基づいて静電容量の変化を検出する方式に比べて、容量変化率を大きくすることができる。従って、本実施形態のセンサ装置３によれば、入力部材１１の移動量が微小な場合でも、大きな容量変化を発生させることができ、これにより良好な検出感度を確保することが可能となる。
【００６１】
例えば、電極間の対向面積を１０ｍｍ２、電極間に挟まれる弾性体の厚みを０．５ｍｍ、その誘電率を３とすると、電極間の容量Ｃ０は、真空の誘電率を８．８５×１０−１２［Ｆ／ｍ］として、Ｃ０＝０．５３１２４ｐＦと計算される。このとき、上記弾性体が厚みの１０％だけ圧縮変形すると、このときの電極間の容量Ｃ０’は、Ｃ０’＝０．５９０２７ｐＦと計算され、容量変化量（Ｃ０’−Ｃ０）は、０．０５９０３ｐＦとなる。すなわち、電極間距離の変化に基づく従来の容量検出方式では、容量変化率は上記の例において約１０％の増加となる。
【００６２】
これに対して本実施形態のセンサ装置３においては、電極部２２５ａ、２２５ｂの対向面積を１０ｍｍ２、弾性部材１２０の厚みを０．５ｍｍ、誘電率を３、空隙Ｇの厚みを０．０５ｍｍとすると、非押圧操作時の電極対２２５の合成容量は、Ｃ＝０．４０８６４６ｐＦと計算される。次に、押圧操作により、空隙Ｇに弾性部材１２０が張り出したと仮定すると、このときの容量は、Ｃ’＝０．４８２９４５ｐＦと計算される。このときの容量変化量（Ｃ’−Ｃ）は０．０７４３ｐＦとなり、初期容量に対して約１８％の増加となる。
【００６３】
以上の例を比較すると、どちらも押圧方向の弾性体の変形量は０．０５ｍｍであるが、本実施形態によれば、従来方式に比べて倍近い容量変化率を得ることができる。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、入力部材１１の押圧による移動量が微小な場合でも、電極対２２５の大きな容量変化に基づいて押圧操作を確実に検知することができる。また、入力部材１１の移動量に対応して電極対２２５の容量が連続的に変化するため、筐体１０に対する入力部材１１の相対移動量を精度よく検出することができる。
【００６５】
＜第４の実施形態＞
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４の実施形態に係るセンサ装置を模式的に示す要部の断面図である。なお、図において上述の第３の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図１１（Ａ）に示すセンサ装置４Ａは、電極対２２５を構成する２つの電極部２２５ａ、２２５ｂのうち、第２の電極部２２５ｂを接地電位に接続している。これにより、第２の電極部２２５ｂは、入力部材１１へのユーザの手指の近接による電極対２２５の容量変化を抑制する機能を有する。したがって、入力部材１１に対する押圧操作を高精度に検出することが可能となり、信頼性の高い押圧検知機能を確保することができる。
【００６７】
図１１（Ｂ）に示すセンサ装置４Ｂは、さらに、第１のシールド電極２３１を有する。第１のシールド電極２３１は、接地電位に接続されており、接着層１２２（支持体）と誘電体層１２４との間に配置されている。第１のシールド電極２３１は、接着層１２２の下面部あるいは誘電体層１２４の上面部に貼り付けられた、アルミニウムや銅などの金属箔で形成される。
【００６８】
上記構成のセンサ装置４Ｂにおいて、第１のシールド電極２３１は、第１の電極部２２５ａと同一平面上に位置するように誘電体層１２４上に配置されることで、筐体１０への手指の近接による電極対２２５の容量変化を抑制する機能を有する。このような構成によっても、入力部材１１に対する押圧操作を高精度に検出することが可能となり、信頼性の高い押圧検知機能を確保することができる。
【００６９】
図１１（Ｃ）に示すセンサ装置４Ｃは、さらに、第２のシールド電極２３２を有する。第２のシールド電極２３２は、接地電位に接続されており、誘電体層１２４上に第１の電極部２２５ａと隣接して形成されている。第２のシールド電極２３２は、第１の電極部２２５ａよりも内周側に形成されることで、筐体１０の内部から電極部２２５ａへ侵入する電磁ノイズを抑制する機能を有する。これにより、入力部材１１に対する押圧操作をさらに高精度に検出することが可能となる。
【００７０】
＜第５の実施形態＞
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係るセンサ装置を模式的に示す要部の断面図である。なお、図において上述の第１および第２の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１２（Ａ）に示すセンサ装置５Ａは、入力部材１１を弾性的に支持する弾性部材３２０と、弾性部材３２０に隣接して配置された誘電部材３２６とを有する検出機構３２Ａを備える。
【００７２】
弾性部材３２０は、入力部材１１と筐体１０上の誘電体層１２４との間に配置される。弾性部材３２０は、入力部材１１の周縁部に対して、弾性部材３２０よりも大きな幅を有する接着層１２１を介して接合されている。また、弾性部材３２０は、誘電体層１２４に対して、弾性部材３２０と同等の幅を有する接着層１２２を介して接合されている。
【００７３】
誘電部材３２６は、弾性部材２３０と同等の厚みを有している。誘電部材３２６は、入力部材１１に対して、接着層１２１を介して接合されている。また、誘電部材３２６の下面は、誘電体層１２４に対して、接着層１２２と同等の厚みを有する空隙Ｇを介して対向している。誘電部材３２６は、空隙Ｇの厚みを弾性部材３２０の弾性変形によって変化させる。誘電部材３２６の構成材料は特に限定されず、樹脂やゴム、セラミックス材料などを用いることができる。
【００７４】
誘電体層１２４には、空隙Ｇを介して誘電部材３２６の下面に対向するように、一対の電極部１２５ａ、１２５ｂからなる電極対１２５が形成されている。電極対１２５は、空隙Ｇの厚みに応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量（図３に示した容量Ｃ１およびＣ２に相当）を形成し、これらの合成容量の変化に基づいてＺ軸方向への入力部材１１の移動量に関する検出信号を出力する。
【００７５】
図１２（Ｂ）に示すセンサ装置５Ｂは、検出機構の構成がセンサ装置５Ａと異なる。すなわち、センサ装置５Ｂの検出機構３２Ｂは、空隙Ｇに面して誘電体層１２４上に配置された第１の電極部２２５ａと、入力部材１１と誘電部材３２６との間に配置された第２の電極部２２５ｂとからなる電極対２２５を有する。電極対２２５は、空隙Ｇの厚みに応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量（図８に示した容量Ｃ１およびＣ２に相当）を形成し、これらの合成容量の変化に基づいてＺ軸方向への入力部材１１の移動量に関する検出信号を出力する。
【００７６】
上記センサ装置５Ａ、５Ｂにおいては、筐体１０に対する入力部材１１の相対移動に伴って、弾性部材３２０が弾性変形し、これにより空隙Ｇの厚みが変化する。一方、電極対１２５、２２５は、空隙Ｇの厚みの変化に応じて変化する静電容量成分を含む複数の静電容量を形成する。空隙Ｇの厚みの変化は、電極対１２５、２２５に挟まれる誘電体（空気層、誘電部材３２６、あるいは、空気層と誘電部材３２６との混合体）の誘電率の変化に相当し、上記静電容量成分は当該誘電体の誘電率の変化を含む。従って、検出機構３２Ａ、３２Ｂは、電極対１２５、２２５の間に形成される誘電体の誘電率の変化を、筐体１０に対する入力部材１１の移動量に関する検出信号として出力することになる。よって、本実施形態のセンサ装置５Ａ、５Ｂによれば、上述の第１の実施形態および第３の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、押圧操作時における空隙Ｇ内への弾性部材の侵入による容量変化を伴わないため、電極対１２５あるいは電極部２２５ａの形成領域を狭くすることができる。例えば、図１２（Ａ）の構成例においては、電極部１２５ａ、１２５ｂの電極幅を５０μｍ、電極間隔を５０μｍ、電極部１２５ａから誘電体層１２４の内周縁部までの距離を５０μｍ、電極部１２５ｂから接着層１２２までの距離を５０μｍとすると、空隙Ｇの幅（図５の寸法Ａに相当）は、２００μｍ（５０μｍ×２＋５０μｍ＋５０μｍ）とすることができる。
【００７８】
＜第６の実施形態＞
続いて、本発明の第６の実施形態を示している。図１３は本発明の実施形態に係る表示装置の概略断面図であり、図１４はその内部構造を示す平面図である。本実施形態の表示装置５１は、センサ部３２と、制御部３３と、表示部３４とを備える。センサ部３２は、第１の実施形態において説明したセンサ装置１と同様な構成を有しているが、ユーザにより押圧操作される入力部材３１がタッチパネルで構成されている。
【００７９】
タッチパネル３１は、例えばＸ方向およびＹ方向に平行な複数本の透明電極と、これらの透明電極を支持する透明な基材とを有し、ＸＹ平面内におけるユーザの押圧操作位置に応じた検出信号を生成する。タッチパネル３１は、制御部３３によって駆動され、上記検出信号を制御部３３へ出力する。制御部３３は、上記検出信号に基づいて、入力位置座標を特定する。
【００８０】
表示部３４は、筐体１０に収容される。表示部３４は、液晶表示素子、有機エレクトロルミネッセンス素子等の表示素子で構成され、タッチパネル３１の内面側（図１３において下面側）にタッチパネル３１と一体的に接合されている。表示部３４は、ユーザにより選択される画像（アイコン）や所定の操作で切り替えられる画像をタッチパネル３１の入力操作面に表示させる。表示部３４の表示画像は、制御部３３によって制御される。表示部３４は、図１４に示すように、センサ部３２の環状の弾性部材１２０の内部に配置されている。
【００８１】
センサ部３２は、ユーザによるタッチパネル３１への押圧操作を検出する検出機構１２を有し、その検出信号を制御部３３へ出力する。制御部３３は、センサ部３２を駆動するとともに、センサ部３２からの検出信号に基づいて、表示部３４の表示画像を制御し、あるいは、予め決定された制御信号を生成する。センサ部３２の構成および作用は上述の第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００８２】
以上のように構成される本実施形態の表示装置５１においては、ユーザによる操作位置の座標検出およびタッチパネル３１への押圧検出が可能となる。また、押圧検出に際してタッチパネル３１の大きな移動量を必要とすることなく高感度に押圧操作を検出することができる。
【００８３】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００８４】
例えば、以上の実施形態では、センサ装置の検出機構を構成する電極対を環状の弾性部材１２０に沿って環状に形成した例を説明した。これに限られず、電極対は、図１５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弾性部材１２０の周囲に沿って複数に分割されていてもよい。
【００８５】
図１５（Ａ）および（Ｂ）は、検出機構１２を複数の検出機構部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇおよび１２Ｈに分割した例を示すセンサ装置の概略平面図および断面図である。電極対は、検出機構部１２Ａ〜１２Ｈごとにそれぞれ独立して形成されている。当該センサ装置によれば、各検出機構部１２Ａ〜１２Ｈの検出信号の加算値あるいは平均値に基づいて、押圧操作を検出することができる。また、入力部材１１への押圧位置に応じて各検出機構部１２Ａ〜１２Ｈが異なる検出信号を出力するため、押圧検知だけでなく、押圧位置の検出も可能となる。
【００８６】
また、以上の実施形態では、センサ装置の検出機構を構成する弾性部材１２０および誘電体層１２４をそれぞれ環状に形成した例を説明した。これに代えて、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弾性部材１２０および誘電体層１２４はそれぞれシート状に形成されてもよい。この場合、弾性部材１２０と誘電体層１２４との間に形成される空隙Ｇは、環状の接着層１２２（支持体）の内周側全域に形成され、容量検出用の電極対は、空隙Ｇに面して配置される。これにより、空隙Ｇ内への弾性部材１２０の侵入に基づく容量変化を検出することで、入力部材１１に対する押圧操作を検知することが可能となる。
【００８７】
また、図１６に示すセンサ装置においては、入力部材１１の押圧操作領域に検出機構を配置することができるため、電極対の配置自由度を高めることができる。また、当該センサ装置を表示装置に適用する場合、図１６（Ｂ）に示すように、表示部３４は入力部材（あるいはタッチパネル）１１と弾性部材１２０との間に配置することができる。
【００８８】
また、図１７に示すように、シート状の弾性部材１２０を支持する接着層１２２（支持体）の面内に所定形状のパターンを形成することで、空隙Ｇの形状を任意に設定することも可能である。この場合、当該空隙Ｇの形成領域に容量変化検出用の電極対が配置され、入力部材の押圧操作を検出する検出機構１２Ｊが構成される。空隙Ｇが任意の形状に形成されることで、電極対の配置自由度が高まるとともに、押圧操作が必要な領域にのみ選択的に検出機構を構成することができる。
【００８９】
同様に、図１８は、シート状の弾性部材１２０を支持する接着層１２２（支持体）の面内に複数の空隙Ｇを形成し、これらに検出機構部１２Ｋ、１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｎ、１２Ｐ、１２Ｑ、１２Ｒおよび１２Ｓを設けた例を示している。本例の場合、入力操作領域に複数の検出機構が各々独立して設けられているため、押圧操作の検出だけでなく、押圧位置の検出も可能となる。
【００９０】
また、以上の第６の実施形態では、図１に示すセンサ装置１をセンサ部３２とする表示装置５１を例に挙げて説明したが、センサ部３２の構成は上記の例に限られず、第２〜第５の実施形態で説明したセンサ装置が用いられてもよい。
【００９１】
さらに、以上の実施形態では、ユーザによる入力部材への押圧操作を検出するセンサ装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば気圧や水圧等の外圧を検出するセンサ装置に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、２Ａ，２Ｂ、３、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、５Ａ、５Ｂ…センサ装置
１０…筐体
１１…入力部材
１１ａ…入力操作面
１２、２２、３２Ａ、３２Ｂ…検出機構
１３、２３…制御ユニット
３１…タッチパネル（入力部材）
３２…センサ部
３３…制御部
３４…表示部
５１…表示装置
１２０、３２０…弾性部材
１２２…接着層
１２４…誘電体層
１２５、２２５…電極対
１２５ａ、２２５ａ…第１の電極部
２２５ａ、２２５ｂ…第２の電極部
１３１、１３２…シールド電極
３２６…誘電部材
【図１】
0005540797.tif 000002
【図２】
0005540797.tif 000003
【図３】
0005540797.tif 000004
【図４】
0005540797.tif 000005
【図５】
0005540797.tif 000006
【図６】
0005540797.tif 000007
【図７】
0005540797.tif 000008
【図８】
0005540797.tif 000009
【図９】
0005540797.tif 000010
【図１０】
0005540797.tif 000011
【図１１】
0005540797.tif 000012
【図１２】
0005540797.tif 000013
【図１３】
0005540797.tif 000014
【図１４】
0005540797.tif 000015
【図１７】
0005540797.tif 000016
【図１８】
0005540797.tif 000017
【図１５】
0005540797.tif 000018
【図１６】
0005540797.tif 000019