(57)【要約】【課題】部品数が少なく簡単な構造でなるセンサ装置、及びこのセンサ装置を備える電子機器を提供すること。【解決手段】本実施形態のセンサ装置１００では、タッチパネル２により、操作領域５ａを押圧する操作子の接触位置が検出される。また感圧センサ３により、押圧された操作領域５ａの撓み量（表示カバー５の撓み量）に応じて、操作領域５ａに加えられた押圧力が検出される。押圧された操作領域５ａは自らの弾性力により元の形状に戻るので、例えばスプリング等の弾性部材を用いる必要がない。これにより、部品数を抑えることができ、またセンサ装置１００の構造を簡単にすることができる。また部品コストを抑えることができ、センサ装置１００の組み立てにおける作業性も向上する。【選択図】図１
2011100364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作子により押圧される操作領域と、前記操作領域の周縁に位置する周縁領域とを有する表示カバーと、
前記操作領域に覆われる開口部と、前記周縁領域を固定する固定部とを有するフレームと、
前記開口部に配置されるように前記表示カバーに支持され、前記操作子が前記操作領域に接触する位置を検出するタッチパネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有し、前記操作領域に対する押圧力を、前記表示カバーの撓み量に応じた前記第１及び前記第２の電極間の静電容量の変化に基づいて検出する、前記表示カバーと前記フレームの間に設けられた感圧センサと
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、
前記感圧センサは、
前記周縁領域に設けられる前記第１の電極と、
前記固定部に設けられる前記第２の電極と、
前記周縁領域及び前記固定部の間に設けられるスペーサとを有する
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、
前記感圧センサは、
前記第１の電極及び前記周縁領域の間に、前記第１の電極と対向するように設けられた第３の電極と、
前記第１及び前記第３の電極間に配置され、前記第１及び前記第３の電極間の距離の変化を規制する接続層と、
前記第１及び前記第２の電極間の静電容量と、前記第１及び前記第３の電極間の静電容量との差分の変化率を検出する演算回路とを有する
センサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ装置であって、
前記感圧センサは、前記第３の電極及び前記周縁領域の間に、前記第３の電極と対向するように設けられた、グランド電位に接続される導電層を有するセンサ装置。
【請求項５】
請求項２に記載のセンサ装置であって、
前記感圧センサは、
前記第２の電極及び前記固定部の間に、前記第２の電極と対向するように設けられる第３の電極と、
前記第２及び前記第３の電極間に配置され、前記第２及び前記第３の電極間の距離の変化を規制する接続層と、
前記第１及び前記第２の電極間の静電容量と、前記第２及び前記第３の電極間の静電容量との差分の変化率を検出する演算回路とを有する
センサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサ装置であって、
前記感圧センサは、前記第１の電極及び前記周縁領域の間に、前記第１の電極と対向するように設けられた、グランド電位に接続される導電層を有するセンサ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記タッチパネルは、前記表示カバーに固定される第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、
前記感圧センサは、
前記第２の面に設けられる前記第１の電極と、
前記固定部に設けられる前記第２の電極と、
前記第１の面に、前記第１の電極と対向するように設けられる第３の電極と、
前記第１及び前記第２の電極間の静電容量と、前記第１及び前記第３の電極間の静電容量との差分の変化率を検出する演算回路とを有する
センサ装置。
【請求項８】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記タッチパネルは、前記表示カバーに固定される第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有し、
前記感圧センサは、
前記第２の面に設けられる前記第１の電極と、
前記固定部に設けられる前記第２の電極と、
前記第１の面に前記第１の電極と対向するように設けられた、グランド電位に接続される導電層とを有する
センサ装置。
【請求項９】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記表示カバーは矩形状を有し、
前記第１及び前記第２の電極は、前記表示カバーの少なくとも１辺に配置される
センサ装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のセンサ装置であって、
前記第１及び前記第２の電極は、前記表示カバーの縁に沿うように環状に形成されるセンサ装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第１及び前記第２の電極間は、エアギャップとなるセンサ装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記タッチパネルに固定される第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを有する表示パネルをさらに具備し、
前記感圧センサは、前記第２の面に設けられる
センサ装置。
【請求項１３】
操作子により押圧される操作領域と、前記操作領域の周縁に位置する周縁領域とを有する表示カバーと、
前記操作領域に覆われる開口部と、前記周縁領域を固定する固定部とを有するフレームと、
前記開口部に配置されるように前記表示カバーに支持され、前記操作子が前記操作領域に接触する位置を検出するタッチパネルと、
第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有し、前記操作領域に対する押圧力を、前記表示カバーの撓み量に応じた前記第１及び前記第２の電極間の静電容量の変化に基づいて検出する、前記表示カバーと前記フレームの間に設けられた感圧センサと、
前記タッチパネルにより検出された前記操作子の接触位置に関する信号と、前記感圧センサにより検出された前記操作子の押圧力に関する信号とを処理する制御ユニットと
を具備する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネルを備えるセンサ装置、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パーソナルコンピュータ等の電子機器として、タッチパッドを備えるものが知られている。タッチパッドのタッチ面が指やタッチペンにより押圧され、その指等の押圧位置が検出されることで入力操作が行われる。例えば特許文献１には、可変キャパシタが用いられることで、タッチ面に加えられた力の位置及び量が測定されるタッチパッドが記載されている（特許文献１の図２等参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のタッチパッドでは、可変キャパシタの２つのプレート（電極）のうち、一方のプレートが、タッチ面を支持する頂部平面部材に配置される。もう一方のプレートは、タッチパッドのフレームを形成する基準フレームに配置される。頂部平面部材と基準フレームは、複数のスプリングを介して連結され、２つのプレートが対向するように配置される。押圧されたタッチ面は押圧方向に移動され、スプリングの弾性力によって元の位置に戻る。この時、可変キャパシタの２つのプレート間の距離が変化し、可変キャパシタの電気容量が変化する。この電気容量の変化に基づいて、タッチ面に加えられた力の位置及び量が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
しかしながら、特許文献１に記載のタッチパッドでは、タッチ面の移動量が、スプリングの弾性力により規定される。従って、適切な弾性力を有するスプリングを、適切な位置に組み込まなければならないので、部品数が多くなり構造も複雑になる。このことはタッチパッドの小型化を図る上で、大きな問題となる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、部品数が少なく簡単な構造でなるセンサ装置、及びこのセンサ装置を備える電子機器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、表示カバーと、フレームと、タッチパネルと、感圧センサとを具備する。  
前記表示カバーは、操作子により押圧される操作領域と、前記操作領域の周縁に位置する周縁領域とを有する。  
前記フレームは、前記操作領域に覆われる開口部と、前記周縁領域を固定する固定部とを有する。  
前記タッチパネルは、前記開口部に配置されるように前記表示カバーに支持され、前記操作子が前記操作領域に接触する位置を検出する。  
前記感圧センサは前記表示カバーと前記フレームの間に設けられ、第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有し、前記操作領域に対する押圧力を、前記表示カバーの撓み量に応じた前記第１及び前記第２の電極間の静電容量の変化に基づいて検出する。
【０００８】
このセンサ装置では、タッチパネルにより、操作領域を押圧する操作子の接触位置が検出される。また感圧センサにより、押圧された表示カバーの撓み量に応じて、操作領域に加えられた押圧力が検出される。表示カバーは自らの弾性力により元の形状に戻るので、例えばスプリング等の弾性部材を用いる必要がない。これにより部品数を抑えることができ、またセンサ装置の構造を簡単にすることができる。
【０００９】
前記感圧センサは、前記周縁領域に設けられる前記第１の電極と、前記固定部に設けられる前記第２の電極と、前記周縁領域及び前記固定部の間に設けられるスペーサとを有してもよい。
【００１０】
例えば操作領域が何度も押圧されると、操作領域が押圧されていない状態での第１及び第２の電極間の距離が変動してしまう可能性がある。そうすると静電容量の変化に基づいた押圧力の検出の精度が低下してしまう。しかしながら本形態では、上記スペーサにより、非操作時における第１及び第２の電極間の距離が保たれるので、このような問題を防ぐことができる。また表示カバーの周縁領域に第１の電極が設けられるので、押圧された表示カバーの撓み量を、第１及び第２の電極間の静電容量の変化として、高い感度で検出することができる。
【００１１】
前記感圧センサは、第３の電極と、接続層と、演算回路とを有してもよい。  
前記第３の電極は、前記第１の電極及び前記周縁領域の間に、前記第１の電極と対向するように設けられる。  
前記接続層は、前記第１及び前記第３の電極間に配置され、前記第１及び前記第３の電極間の距離の変化を規制する。  
前記演算回路は、前記第１及び前記第２の電極間の静電容量と、前記第１及び前記第３の電極間の静電容量との差分の変化率を検出する。
【００１２】
このセンサ装置では、第１及び第２の電極間の静電容量と、第１及び第３の電極間の静電容量との差分の変化率に基づいて、操作領域に加えられた押圧力が検出される。第１及び第３の電極間には上記の接続層が設けられるので、操作領域が押圧される際の第１及び第３の電極間の静電容量はほとんど変化せず、従って差分の変化率は大きい値となる。また、差分をとる際には同相のノイズ信号がキャンセルされるので、検出される信号のＳ／Ｎ比が向上する。以上により、操作領域に加えられた押圧力を精度よく検出することができる。
【００１３】
前記感圧センサは、前記第３の電極及び前記周縁領域の間に、前記第３の電極と対向するように設けられた、グランド電位に接続される導電層を有してもよい。
【００１４】
例えば操作領域に指等が接近することで、第１及び第２の電極間の静電容量が変化してしまう場合がある。このように押圧以外を要因として第１及び第２の電極間の静電容量が変化すると、操作領域が押圧された際の静電容量の変化が所定のものとならず、押圧力の検出精度が低下してしまう。本形態のセンサ装置では、上記の導電層が設けられることで、指等が接近する場合の第１及び第２の電極間の静電容量の変化を抑えることができる。
【００１５】
前記感圧センサは、第３の電極と、接続層と、演算回路とを有してもよい。  
前記第３の電極は、前記第２の電極及び前記固定部の間に、前記第２の電極と対向するように設けられる。  
前記接続層は、前記第２及び前記第３の電極間に配置され、前記第２及び前記第３の電極間の距離の変化を規制する。  
前記演算回路は、前記第１及び前記第２の電極間の静電容量と、前記第２及び前記第３の電極間の静電容量との差分の変化率を検出する。
【００１６】
第３の電極が第２の電極と対向するように設けられ、操作領域に加えられた押圧力が、第１及び第２の電極間の静電容量と第２及び第３の電極間の静電容量との差分の変化率に基づいて検出されてもよい。この場合でも、操作領域に加えられた押圧力を精度よく検出することができる。
【００１７】
前記感圧センサは、前記第１の電極及び前記周縁領域の間に、前記第１の電極と対向するように設けられた、グランド電位に接続される導電層を有してもよい。  
このセンサ装置では、第１の電極と対向するように上記導電層が設けられる。この導電層により、指等が接近する場合の第１及び第２の電極間の静電容量の変化が抑えられる。
【００１８】
前記タッチパネルは、前記表示カバーに固定される第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有してもよい。  
この場合、前記感圧センサは、前記第２の面に設けられる前記第１の電極と、前記固定部に設けられる前記第２の電極と、前記第１の電極に対向するように前記第１の面に設けられる第３の電極と、前記第１及び前記第２の電極間の静電容量と前記第１及び前記第３の電極間の静電容量との差分の変化率を検出する演算回路とを有してもよい。
【００１９】
このセンサ装置では、第１及び第３の電極がタッチパネルを間に挟んで対向する。従って、操作領域が押圧された際に第１及び第３の電極間の静電容量はほとんど変化しない。これにより、操作領域に加えられる押圧力が、第１及び第２の電極間の静電容量と第１及び第３の電極間の静電容量との差分の変化率に基づいて、精度よく検出される。
【００２０】
前記タッチパネルは、前記表示カバーに固定される第１の面と、前記第１の面の反対側の第２の面とを有してもよい。  
この場合、前記感圧センサは、前記第２の面に設けられる前記第１の電極と、前記固定部に設けられる前記第２の電極と、前記第１の面に前記第１の電極と対向するように設けられた、グランド電位に接続される導電層とを有してもよい。
【００２１】
このセンサ装置では、タッチパネルの第１の面に上記の導電層が設けられる。導電層は、タッチパネルを間に挟んで第１の電極と対向するように設けられる。これにより指等が接近する場合の第１及び第２の電極間の静電容量の変化を抑えることができる。
【００２２】
前記表示カバーは矩形状を有してもよい。この場合、前記第１及び前記第２の電極は、前記表示カバーの少なくとも１辺に配置されてもよい。  
【００２３】
前記第１及び前記第２の電極は、前記表示カバーの縁に沿うように環状に形成されてもよい。  
これにより、感圧センサからの配線の数を少なくすることができ、センサ装置の構造を簡単にすることができる。
【００２４】
前記第１及び前記第２の電極間は、エアギャップとなってもよい。  
第１及び第２の電極間がエアギャップとなることにより、操作領域が押圧された際に、第１及び第２の電極間の距離が変化しやすくなる。従って操作領域に加えられる押圧力が小さく、表示カバーの撓み量が小さい場合でも、第１及び第２の電極間の静電容量に基づいて、押圧力を感度よく検出することができる。
【００２５】
前記センサ装置は、前記タッチパネルに固定される第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを有する表示パネルをさらに具備してもよい。この場合、前記感圧センサは、前記第２の面に設けられる
【００２６】
このセンサ装置では、表示パネルにより、操作領域に画像が表示される。操作領域は、表示パネルから見て第１の面側に位置する。従って、表示パネルの第２の面に設けられた感圧センサにより、表示パネルの画像の表示が遮られることがない。これにより感圧センサの形状や数、又は表示パネルに対する感圧センサの位置等の自由度が大きくなる。
【００２７】
本発明の一形態に係る電子機器は、表示カバーと、フレームと、タッチパネルと、感圧センサと、制御ユニットとを具備する。  
前記表示カバーは、操作子により押圧される操作領域と、前記操作領域の周縁に位置する周縁領域とを有する。  
前記フレームは、前記操作領域に覆われる開口部と、前記周縁領域を固定する固定部とを有する。  
前記タッチパネルは、前記開口部に配置されるように前記表示カバーに支持され、前記操作子が前記操作領域に接触する位置を検出する。  
前記感圧センサは前記表示カバーと前記フレームの間に設けられ、第１の電極と、前記第１の電極に対向する第２の電極とを有し、前記操作領域に対する押圧力を、前記表示カバーの撓み量に応じた前記第１及び前記第２の電極間の静電容量の変化に基づいて検出する。  
前記制御ユニットは、前記タッチパネルにより検出された前記操作子の接触位置に関する信号と、前記感圧センサにより検出された前記操作子の押圧力に関する信号とを処理する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、部品数が少なく簡単な構造でなるセンサ装置、及びこのセンサ装置を備える電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るセンサ装置を示す模式的な断面図である。
【図２】図１に示すセンサ装置の模式的な分解斜視図である。
【図３】図１に示す感圧センサを拡大して示す部分拡大図である。
【図４】図１に示すセンサ装置の動作を説明するための図である。
【図５】表示カバーに加えられる押圧力と、表示カバーの撓み量との関係を示すグラフである。
【図６】表示カバーの操作領域が押圧された際の、第１の電極の変位量を説明するための図である。
【図７】表示カバーの操作領域が押圧された際の、第１及び第２の電極間の静電容量の変化及び変化率を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置の、感圧センサを拡大して示す模式的な断面図である。
【図９】表示カバーの操作領域が押圧された際の、第１及び第２の電極間の静電容量の変化率と、第１の電極及び差動電極間の静電容量の変化率とを示すグラフである。
【図１０】第１及び第２の電極間の静電容量と、第１の電極及び差動電極間の静電容量との差分の変化率を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るセンサ装置の、感圧センサを拡大して示す模式的な断面図である。
【図１２】第２の実施形態で説明した「差分の変化率」を、ノイズがない場合とノイズがある場合とで比較したグラフである。
【図１３】比較例として挙げる、シールド層が設けられていない感圧センサでの、「ノイズなし」及び「ノイズあり」の差分の変化率を示すグラフである。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係るセンサ装置を示す模式的な断面図である。
【図１７】図１６に示すセンサ装置の模式的な分解斜視図である。
【図１８】図１６に示す感圧センサの一部を拡大して示した模式的な断面図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態に係るセンサ装置を示す模式的な断面図である。
【図２０】図１９に示すセンサ装置の模式的な分解斜視図である。
【図２１】第７の実施形態に係る感圧センサの形状等の、他の例を示した図である。
【図２２】本発明の第８の実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。
【図２３】第８の実施形態に係るセンサ装置の模式的な分解斜視図である。
【図２４】本発明の第９の実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。
【図２５】本発明の第１０の実施形態に係る電子機器を示す模式的な斜視図である。
【図２６】第１の実施形態に係る第１及び第２の電極の形状等の変形例を示した図である。
【図２７】図１４に示す第４の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示したものである。
【図２８】図２２に示す第８の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示したものである。
【図２９】図２３に示す第８の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
［センサ装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るセンサ装置を示す模式的な断面図である。図２は、図１に示すセンサ装置の模式的な分解斜視図である。図２では、後に説明するセンサ装置のフレームが省略されて図示されている。
【００３２】
センサ装置１００は、筐体１と、筐体１の内部に配置されるタッチパネル２と、感圧センサ３とを有する。筐体１は、開口部４ａが形成されたフレーム４と、開口部４ａを覆うようにフレーム４に固定される表示カバー５とを有する。表示カバー５により覆われた開口部４ａは、筐体１の内部空間の一部を構成する。タッチパネル２は、開口部４ａに配置されるように表示カバー５に支持される。
【００３３】
図２に示すように、表示カバー５は矩形状でなり、例えば指やタッチペン等の図示しない操作子により押圧される操作領域５ａと、操作領域５ａの周りを囲む周縁領域５ｂとを有する。フレーム４は、開口部４ａの周りに設けられた固定部４ｂを有しており、図１に示すように、この固定部４ｂに表示カバー５の周縁領域５ｂが固定される。従って、表示カバー５の操作領域５ａにより、フレーム４の開口部４ａが覆われることになる。
【００３４】
表示カバー５は、操作領域５ａに作用する所定以上の押圧力に対して、周縁領域５ｂと固定部４ｂとの間の接合点を支点とする操作領域５ａの撓み変形が可能なように構成される。操作領域５ａの撓み変形は弾性的であり、操作領域５ａの撓み量は押圧力に応じて連続的に変化する。表示カバー５は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明プラスチック板のほか、ガラス板、セラミックス板等で構成することができる。表示カバー５は、筐体の一部として適宜の剛性を有しつつ、ユーザによる所定以上の押圧操作力を受けて変形できるように、その厚み及び大きさ等が設定される。
【００３５】
本実施形態では、表示カバー５の操作領域５ａの内面６ａに、タッチパネル２の上面２ａ（第１の面）が接着され、タッチパネル２の下面２ｂ（第２の面）には、例えば液晶パネル等の表示パネル７が設けられる。操作領域５ａの内面６ａ及びタッチパネル２の上面２ａは、例えば、ソニーケミカル&インフォメーションデバイス株式会社製の光学弾性樹脂「ＳＲＶ（Super View Resin）」（商品名）等の図示しない透明な接着層により相互に接合される。またタッチパネル２の下面２ｂ及び表示パネル７も同様の接着層により相互に接合される。表示パネル７の下側には、クッション部材８を介して金属シールド９が設けられ、この金属シールド９は、フレーム４の底部４ｃに固定される。
【００３６】
本実施形態では、タッチパネル２として静電容量方式のものが用いられる。例えばＰＥＴ基板等の透明な部材からなるＸ電極基板及びＹ電極基板の２つの基板が積層される。Ｘ電極基板及びＹ電極基板には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な導電性材料からなる検出用Ｘ透明電極パターン及び検出用Ｙ透明電極パターンがそれぞれ形成される。検出用Ｘ透明電極パターン及び検出用Ｙ透明電極パターンは共に、一方向に延在するストライプ状の形状となるように形成される。Ｘ電極基板及びＹ電極基板が積層される際には、検出用Ｘ透明電極パターンの延在方向と検出用Ｙ透明電極パターンの延在方向とが、互いに略直交するように積層される。このようなものがタッチパネル２として用いられる場合、検出用Ｘ透明電極パターン及び検出用Ｙ透明電極パターンは、制御ユニットＣに電気的に接続される。
【００３７】
静電容量方式のものの代わりに、タッチパネル２として、例えば、光学方式、表面弾性波方式、抵抗膜方式、又は超音波方式等を採用したタッチパネルが用いられてもよい。
【００３８】
制御ユニットＣは、例えば、回路基板とこれに搭載される演算処理回路、メモリ等を含む各種電子部品で構成される。制御ユニットＣは、筐体１（フレーム４）の内部に収容され、さらに詳しくは、金属シールド９とフレームの底部４ｃの間の空間内に配置されている。制御ユニットＣは、タッチパネル２による操作位置の検出制御、表示パネル７の表示制御、後述する感圧センサ３による押圧力の検出制御など、センサ装置１００の動作全体を制御する。
【００３９】
次に、感圧センサ３の構成について説明する。
【００４０】
図１に示すように、感圧センサ３は、表示カバー５とフレーム４との間に設けられる。図２に示すように、感圧センサ３は環状に形成された第１の電極１０と、同じく環状に形成された第２の電極１１とを有する。第１及び第２の電極１０及び１１には図示しない配線が接続され、この配線により、制御ユニットＣに電気的に接続される。タッチパネル２は、この環状の第１及び第２の電極１０及び１１の、環の内部側に配置される。
【００４１】
第１及び第２の電極１０及び１１としては、例えば銅、銀、ニッケル、アルミニウム、金等の金属材料や、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の透明な導電性酸化物材料が用いられる。また、これらの導電性材料の表面に、例えばポリイミド等の絶縁材料が積層されたものが、第１及び第２の電極１０及び１１として用いられてもよい。
【００４２】
図３は、図１に示す感圧センサ３を拡大して示す部分拡大図である。図３に示すように、上記した第１の電極１０は、粘着剤１２ａを介して、表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂに設けられる。第２の電極１１は、粘着剤１２ｂを介して、フレーム４の固定部４ｂに設けられる。第１及び第２の電極１０及び１１は、それぞれ対向するように配置され、第１及び第２の電極１０及び１１の間はエアギャップ１３となる。粘着剤１２ａ、１２ｂとしては、例えばアクリル樹脂系の透明粘着剤が用いられる。
【００４３】
第１及び第２の電極１０及び１１の厚みは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲である。また、第１の電極１０と、表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂとの接触幅は、例えば１ｍｍである。同様に第２の電極１１と、フレーム４の固定部４ｂとの接触幅は、例えば１ｍｍである。エアギャップ１３の大きさは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲であり、本実施形態では、エアギャップ１３の大きさを１０μｍ以上３０μｍ以下としている。エアギャップ１３の大きさは、表示カバー５の撓み変形の際に第１及び第２の電極１０及び１１が相互に接触しない大きさに設定される。
【００４４】
第１の電極１０として、例えば表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂに、例えば銅、金等の金属ペーストを印刷したものが用いられてもよい。同様に第２の電極１１として、フレーム４の固定部４ｂに金属ペーストを印刷したものが用いられてもよい。
【００４５】
また図２及び図３に示すように、感圧センサ３は、環状に形成されたスペーサ１４を有する。スペーサ１４は、表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂと、フレーム４の固定部４ｂとの間に、粘着剤１２ａ及び１２ｂを介して固定される。すなわち本実施形態では、表示カバー５の周縁領域５ｂとフレーム４の固定部４ｂとが、スペーサ１４を介して相互に固定され、第１の電極１０と第２の電極１１との間のエアギャップ１３は、スペーサ１４によって形成される。
【００４６】
スペーサ１４としては、例えばＰＥＴフィルム等の絶縁材料が用いられる。スペーサ１４の厚みは、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３の大きさが、上記した１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲となるように適宜設定される。また、周縁領域５ｂの内面６ｂ及び固定部４ｂとの間に、所定の厚みを有する粘着剤が設けられ、これがスペーサ１４として用いられてもよい。
【００４７】
感圧センサ３は、操作領域５ａが操作されたときの第１の電極１０及び第２の電極１１の間の容量変化を検出する演算回路をさらに有する。本実施形態において、上記演算回路は、制御ユニットＣの一部として構成される。なお、上記演算回路は、制御ユニットＣとは別に構成されてもよく、この場合、演算回路の出力が制御ユニットＣに供給される。
【００４８】
［センサ装置の動作］
図４は、図１に示すセンサ装置１００の動作を説明するための図である。この説明では、操作子としてユーザの指が用いられ、この指により表示カバー５の操作領域５ａが押圧される。図４（Ａ）は、操作領域５ａが押圧されない、非操作時のセンサ装置１００を示す図である。図４（Ｂ）は、指１５により操作領域５ａが押圧された状態のセンサ装置１００を示す図である。
【００４９】
図４（Ａ）に示すように、非操作時では、スペーサ１４により、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３が所定の大きさで維持されている。図４（Ｂ）に示すように、指１５により表示カバー５の操作領域５ａが押圧されると、図１等に示すタッチパネル２により、押圧する指１５の接触位置が検出される。また感圧センサ３により、操作領域５ａに加えられる押圧力が検出される。
【００５０】
タッチパネル２の検出用Ｘ透明電極パターン及び検出用Ｙ透明電極パターンには所定の電圧が加えられる。操作領域５ａに操作子が接触すると、接触位置で重なるＸ透明電極パターン及び検出用Ｙ透明電極パターンの静電容量が変化する。そうすると検出用Ｘ透明電極パターン及び検出用Ｙ透明電極パターンを流れる電流が変化し、その変化が制御ユニットＣにて検出される。制御ユニットＣは、検出された電流の変化に基づいて、操作子が接触した位置のＸＹ座標を特定し、その結果に基づいてセンサ装置１００の動作を制御する。
【００５１】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、表示カバー５は操作領域５ａの周りを囲む周縁領域５ｂでフレーム４の固定部４ｂに固定されている。従って操作領域５ａが指１５により押圧されると、表示カバー５が押圧方向に撓むように変形する。
【００５２】
表示カバー５が撓むように変形すると、図４（Ｂ）に示すように、周縁領域５ｂの内面６ｂに設けられた第１の電極１０が、第２の電極１１の方へ移動する。これにより第１及び第２の電極１０及び１１間の距離が変化するので、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量が変化する。この第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化が制御ユニットＣで検出される。制御ユニットＣは、検出された静電容量の変化に基づいて操作領域５ａに加えられた押圧力を検出し、この検出結果に基づいてセンサ装置１００の動作を制御する。
【００５３】
図５は、表示カバー５に加えられる押圧力と、表示カバー５の撓み量との関係を示すグラフである。ここでは表示カバー５として、矩形状の強化ガラス板が用いられる。ガラス板の大きさは１１５ｍｍ×６２ｍｍであり、厚みは０．５ｍｍである。
【００５４】
表示カバー５の周縁領域５ｂを固定し、操作領域５ａの略中央を押圧する。そうすると図５のグラフに示すように、表示カバー５の撓み量は、押圧力に対して略比例するリニアな特性を有している。従って、周縁領域５ｂの内面６ｂに設けられた第１の電極１０も、押圧力に対して略比例するよう変位し、第２の電極１１の方へ移動する。
【００５５】
図６は、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際の、第１の電極１０の変位量を説明するための図である。図６では、説明の便宜上、第１及び第２の電極１０及び１１のみが図示されている。ここでは、上記した強化ガラス板が表示カバー５として用いられる。
【００５６】
図６（Ａ）では、操作領域５ａの略中央が押圧されて、表示カバー５の撓み量が略２００μｍとなった状態が図示されている。図６（Ａ）は、大きさが１１５ｍｍ×６２ｍｍ（上記の強化ガラス板の大きさ）である表示カバー５の、長さが６２ｍｍである辺から見た図である。従って操作領域５ａの略中央は、第１の電極１０から略３０ｍｍ離れた位置となる。また第１の電極１０の幅（周縁領域５ｂに対する接触幅）は１ｍｍである。
【００５７】
図６（Ｂ）は、第１及び第２の電極１０及び１１を拡大して示す図である。表示カバー５の撓み量が略２００μｍの場合、図６（Ｂ）に示すように、第１の電極１０は第２の電極１１の方へ略６．７μｍ変位する。操作領域５ａの略中央でない部分が押圧された場合には、同じ押圧力であっても表示カバー５の撓み量は２００μｍよりも小さくなる場合がある。その場合、第１の電極１０の変位量も小さくなる。そこで、上記した変位量の略６．７μｍの略半分の略３．３μｍを、操作領域５ａが押圧された際の、第１の電極１０の変位量の平均値とする。
【００５８】
例えば非操作時での第１及び第２の電極１０及び１１間の距離ｔ1を３０μｍとすると、操作時における距離ｔ1の変化率は平均して略１１％となる。変化率が略１１％程度であれば、その変化を第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化として、十分検出することができる。
【００５９】
図７は、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際の、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化及び変化率を示すグラフである。ここでは表示カバー５として、大きさが１１５ｍｍ×６２ｍｍであり、厚みが１ｍｍである強化ガラス板が用いられる。この強化ガラス板の撓み量も、押圧力に対して略比例するリニアな特性を有している。第１及び第２の電極１０及び１１としては、厚みが９μｍでなる銅箔の表面に、厚みが２５μｍでなるポリイミドが設けられたものが用いられる。
【００６０】
図７のグラフに示すように、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化はわずかである。しかしながら容量変化率が押圧力に対して略比例しているので、第１及び第２の電極１０及び１１の静電容量も、押圧力に略比例してリニアに変化することがわかる。従って、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化を検出することで、表示カバー５の操作領域５ａに加えられた押圧力を検出することができる。
【００６１】
本実施形態のセンサ装置１００では、タッチパネル２により、操作領域５ａを押圧する操作子の接触位置が検出される。また感圧センサ３により、押圧された表示カバー５の撓み量に応じて、操作領域５ａに加えられた押圧力が検出される。表示カバー５は自らの弾性力により元の形状にもどるので、例えばスプリング等の弾性部材を用いる必要がない。従って、部品数を抑えることができ、センサ装置１００の構造を簡単にすることができる。また部品コストも抑えられ、センサ装置１００の組み立てにおける作業性も向上する。
【００６２】
また、本実施形態の感圧センサ３は、表示カバー５の周縁領域５ｂ及びフレーム４の固定部４ｂの間にスペーサ１４が設けられる。例えば操作領域５ａが何度も押圧されると、操作領域５ａが押圧されていない状態での、第１及び第２の電極１０及び１１間の距離が変動してしまう可能性がある。そうすると静電容量の変化に基づいた押圧力の検出の精度が低下してしまう。しかしながら本実施形態では、上記スペーサ１４により、非操作時における第１及び第２の電極１０及び１１間の距離が保たれるので、このような問題を防ぐことができる。また表示カバー５の周縁領域５ｂに第１の電極１０が設けられるので、表示カバー５の撓みに応じて追従性よく第１の電極１０が変位する。従って、操作領域５ａに加えられた押圧力を、高い感度で検出することができる。また本実施形態では、第１及び第２の電極１０及び１１が環状に形成されるので、操作領域５ａの押圧位置にかかわらず高い精度で押圧力を検出することができる。
【００６３】
さらに、本実施形態では、表示カバー５の撓み量に応じて押圧力が検出されるので、スプリング等の弾性部材が用いられるものよりも、第１及び第２の電極１０及び１１間の距離を小さくすることができる。これにより、操作領域５ａに加えられた押圧力の検出の感度を向上させることができる。また、表示カバー５が自らの弾性力により元の形状に戻るので、スプリング等が用いられるものよりも、押圧力の検出における反応速度を速くすることができる。
【００６４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明したセンサ装置１００における構成及び作用と同様な部分については、同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００６５】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置の、感圧センサを拡大して示す模式的な断面図である。本実施形態のセンサ装置２００は、第１の実施形態のセンサ装置１００と比べて、感圧センサの構造が異なるものである。従ってこの点を中心に説明する。
【００６６】
感圧センサ２０３は、互いに対向する第１及び第２の電極１０及び１１と、差動電極（第３の電極）２１６とを有する。差動電極２１６は、第１の電極１０と対向するように第１の電極１０及び周縁領域５ｂの間に設けられ、粘着剤１２ａにより周縁領域５ｂの内面６ｂに接着される。差動電極２１６としては、第１及び第２の電極１０及び１１と同様な導電性材料が用いられる。この導電性材料の表面に、例えばポリイミド等の絶縁層が設けられたものが、差動電極２１６として用いられてもよい。
【００６７】
差動電極２１６及び第１の電極１０の間には接続層２１８が設けられる。接続層２１８は、差動電極２１６と第１の電極１０とを一体的に接合することで、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際に、第１の電極１０及び差動電極２１６間の距離の変化を規制する。接続層２１８としては、例えばＰＥＴフィルム等の絶縁材料が用いられる。その他、厚みが適宜設定された粘着剤が、接続層２１８として用いられてもよい。
【００６８】
表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂと、フレーム４の固定部４ｂとの間にはスペーサ１４が設けられる。スペーサ１４の厚みは、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３の大きさが所期のものとなるように適宜設定される。
【００６９】
本実施形態では、第１及び第２の電極１０及び１１、及び差動電極２１６はそれぞれ共通する回路基板（図示せず）に電気的に接続される。操作領域５ａが押圧されると、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量と第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量との差分の変化率が、制御ユニットＣにより検出される。
【００７０】
図９は、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際の、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化率と、第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量の変化率とを示すグラフである。図１０は、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量と、第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量との差分の変化率を示すグラフである。
【００７１】
図９では、第１及び第２の電極１０及び１１を感圧電極として表示している。また第１の電極１０及び差動電極２１６を固定電極として表示している。また図９では、第１の電極１０及び差動電極２１６間の容量変化率の値のみが表として示されている。第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化率は、第１の実施形態で説明した図７に示す容量変化率と略等しい。
【００７２】
表示カバー５としては、大きさが１１５ｍｍ×６２ｍｍで厚みが１ｍｍとなる強化ガラス板が用いられる。また第１及び第２の電極１０及び１１、及び差動電極２１６として、厚みが９μｍの銅箔の表面に厚みが２５μｍのポリイミドが形成されたものが用いられる。接続層２１８としては、厚みが１２５μｍの粘着剤が用いられる。なお接続層２１８として用いられない他の粘着剤１２ａ及び１２ｂの厚みは２５μｍである。スペーサ１４は、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３の大きさが３０μｍとなるように厚みが適宜設定される。
【００７３】
図９に示すように、第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量の変化率は、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化率と比べて小さい。これは第１の電極１０及び差動電極２１６間に、第１の電極１０及び差動電極２１６間の距離の変化を規制する接続層２１８が設けられているためである。
【００７４】
従って図１０に示すように、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量と、第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量との差分の変化率は、５Ｎの押圧力で操作領域５ａが押圧された際には１０％を越える値となる。第１の実施形態で説明した図７のグラフに示す、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化率は、押圧力が５Ｎの際には１．７％程度であった。すなわち、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化率と比べて、上記した差分の変化率は大幅に大きいものとなる。また、差分をとる際には同相のノイズ信号がキャンセルされるので、検出される信号のＳ／Ｎ比が向上する。以上により、操作領域５ａに加えられた押圧力を精度よく検出することができる。
【００７５】
差動電極２１６は、第２の電極１１と対向するように、第２の電極１１及びフレーム４の固定部４ｂの間に設けられてもよい。この場合、差動電極２１６は、粘着剤１２ｂにより固定部４ｂに接着される。また差動電極２１６及び第２の電極１１の間には接続層２１８が設けられ、接続層２１８を間に挟んで差動電極２１６及び第２の電極１１が対向する。このように差動電極２１６が設けられた場合では、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量と第２の電極１１及び差動電極２１６間の静電容量との差分の変化率が、制御ユニットＣにより検出される。この差分の変化率に基づいて操作領域５ａに加えられた押圧力を精度よく検出することができる。
【００７６】
＜第３の実施形態＞
図１１は、本発明の第３の実施形態に係るセンサ装置の、感圧センサを拡大して示す模式的な断面図である。本実施形態のセンサ装置３００は、第２の実施形態の感圧センサ２０３にシールド層３１７（導電層）が設けられたものである。
【００７７】
図１１に示すように、シールド層３１７は、差動電極２１６と対向するように、差動電極２１６及び周縁領域５ｂの間に設けられる。シールド層３１７は、粘着剤１２ａにより周縁領域５ｂの内面６ｂに接着される。差動電極２１６及び第１の電極１０の間には粘着剤１２ｃが設けられ、図１１に示すように、粘着剤１２ｃを間に挟んでシールド層３１７及び差動電極２１６が対向する。
【００７８】
シールド層３１７は、第１及び第２の電極１０及び１１、及び差動電極２１６と同様な導電性材料が用いられる。この導電性材料の表面に、例えばポリイミド等の絶縁層が設けられたものが、シールド層３１７として用いられてもよい。本実施形態では、シールド層３１７として、厚みが９μｍの銅箔の表面に、厚みが２５μｍのポリイミドが形成されたものが用いられる。またシールド層３１７は、グランド電位に接続される。
【００７９】
図１２は、第２の実施形態で説明した「差分の変化率」を、ノイズがない場合とノイズがある場合とで比較したグラフである。まずここでいうノイズについて説明する。本発明の各実施形態では、操作領域５ａに加えられた押圧力が、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化に基づいて検出される。例えば操作領域５ａに指等が接近すると、指が操作領域５ａに接触しない状態であっても、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量が変化してしまう場合がある。このように押圧以外を要因として第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量が変化すると、操作領域５ａが押圧された際の静電容量の変化が所定のものとならず、押圧力の検出精度が低下してしまう。図１２に示すグラフでは、操作領域５ａに指等を接近させておき、その状態で操作領域５ａが押圧された際の差分の変化率を、「ノイズあり」のグラフとして示している。
【００８０】
本実施形態の感圧センサ３０３には、シールド層３１７が形成されるので、図１２に示すように、「ノイズなし」のグラフ及び「ノイズあり」のグラフは互いに略等しくなる。すなわちシールド層３１７が形成されることより、操作領域５ａに指等が接近した場合の、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化を抑えることができる。
【００８１】
図１３は、比較例として挙げる、シールド層が設けられていない感圧センサでの、「ノイズなし」及び「ノイズあり」の差分の変化率を示すグラフである。シールド層３１７が設けられていない感圧センサでは、図１３に示すように、「ノイズあり」での差分の変化率が、「ノイズなし」の差分の変化率と大きく異なる。従って、シールド層３１７が設けられた感圧センサ３０３の方が、シールド層３１７が設けられていない感圧センサよりも、高い精度で押圧力を検出することができる。
【００８２】
本実施形態では、シールド層３１７が差動電極２１６及び周縁領域５ｂの間に設けられた。例えば、差動電極２１６がフレーム４の固定部４ｂと第２の電極１１との間に設けられた場合、表示カバー５の周縁領域５ｂと第１の電極１０との間にシールド層３１７が設けられる。この場合でも本実施形態と同様な効果が得られる。
【００８３】
また図１１に示すセンサ装置３０３において、第２の電極１１及び固定部４ｂとの間に、さらにシールド層が設けられてもよい。
【００８４】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態に係るセンサ装置を説明する。図１４は、本実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。本実施形態のセンサ装置４００では、表示カバー５の内面６に接着されたタッチパネル２を間に挟むように、第１の電極１０及び差動電極２１６が設けられる。
【００８５】
図１４に示すように、タッチパネル２の上面２ａに差動電極２１６が設けられる。従って差動電極２１６は、タッチパネル２の上面２ａと、表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂとの間に設けられる。差動電極２１６は、例えば粘着剤を介して、タッチパネル２の上面２ａ及び周縁領域５ｂの内面６ｂにそれぞれ接着されてもよい。あるいは、例えばタッチパネル２の上面２ａ又は周縁領域５ｂの内面６ｂに印刷された金属ペースト等が、差動電極２１６として用いられてもよい。
【００８６】
タッチパネル２の下面２ｂには、第１の電極１０が設けられる。第１の電極１０は、差動電極２１６に対向するように設けられる。従って、第１の電極１０及び差動電極２１６は、タッチパネル２を間に挟んで対向する。
【００８７】
例えば、タッチパネル２として、透明電極パターンが形成された２つの基板を有する静電容量方式のものが用いられたとする。この場合、タッチパネル２の下面２ｂ側に配置される基板上に、上記透明電極パターンが形成される際に、第１の電極１０が形成されてもよい。これにより、第１の電極１０の形成における作業性が向上する。
【００８８】
フレーム４の固定部４ｂには、粘着剤４１２を介して、例えばＰＥＴからなる支持部４１９が設けられる。そして支持部４１９上に、第２の電極１１が設けられる。支持部４１９の厚みは、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３の大きさが所期のものとなるように適宜設定される。
【００８９】
また図１４に示すように、タッチパネル２の下面２ｂ及び支持部４１９の間にスペーサ１４が設けられる。本実施形態では、スペーサ１４は、第１及び第２の電極１０及び１１の、図１４で見て右側及び左側の両側に設けられる。これにより、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３の大きさを安定して保つことができるので、高い精度で押圧力を検出することができる。
【００９０】
本実施形態のセンサ装置４００では、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際に、表示カバー５が撓むように変形し、これと一体となってタッチパネル２も撓むように変形する。従ってタッチパネル２の下面２ｂに設けられた第１の電極１０が、第２の電極１１の方へ移動される。これにより、操作領域５ａに加えられた押圧力が、操作領域５ａの撓み量に応じた第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化に基づいて検出される。
【００９１】
第１の電極１０及び差動電極２１６は、タッチパネル２を間に挟んで対向する。従って、操作領域５ａが押圧された際に第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量はほとんど変化しない。これにより操作領域５ａに加えられる押圧力が、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量と、第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量との差分の変化率に基づいて精度よく検出される。
【００９２】
また本実施形態のセンサ装置４００では、第２の電極１１が支持部４１９上に設けられる。また第１の電極１０及び差動電極２１６は、タッチパネル２の下面２ｂ及び上面２ａにそれぞれ設けられる。従って、例えば表示カバー５、タッチパネル２、スペーサ１４、及び支持部４１９を有するモジュールを形成すれば、第１及び第２の電極１０及び１１と差動電極２１６とを、このモジュール内に組み込むことができる。従ってタッチパネル２及び感圧センサ４０３を一体として形成することができ、上記モジュールをフレーム４に組み付けることで、簡単に感圧センサ４０３を設けることができる。これによりセンサ装置４００の製造における作業性が向上し、また製造コストの低減も図れる。
【００９３】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態に係るセンサ装置を説明する。図１５は、本実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。
【００９４】
本実施形態のセンサ装置５００では、表示カバー５の内面６に、例えばＰＥＴ等からなる支持部５２０が接着される。図１５に示すように、表示カバー５の内面６と支持部５２０の上面５２０ａとが接着される。支持部５２０の下面５２０ｂには、例えば紫外線硬化樹脂等の接着層５２１を介して、タッチパネル２の上面２ａが接着される。タッチパネル２の下面２ｂは、粘着剤５１２を介してフレーム４の固定部４ｂに接着される。
【００９５】
第１の電極１０は、支持部５２０の下面５２０ｂに設けられ、第２の電極１１はタッチパネル２の上面２ａに設けられる。また、差動電極２１６が、第１の電極１０と対向するように、支持部５２０の上面５２０ａに設けられる。差動電極２１６は、表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂと、支持部５２０の上面５２０ａとの間に設けられる。
【００９６】
本実施形態では、支持部５２０により、第１の電極１０及び差動電極２１６間の距離の変化が規制される。また、接着層５２１により、第１及び第２の電極１０及び１１間のエアギャップ１３の大きさが保たれる。従って、支持部５２０及び接着層５２１は、所定の硬度を有するものが用いられる。
【００９７】
本実施形態のセンサ装置５００では、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際に、表示カバー５が撓むように変形し、これと一体となって支持部５２０及び接着層５２１も撓むように変形する。従ってタッチパネル２の下面２ｂに設けられた第１の電極１０が第２の電極１１の方へ移動される。
【００９８】
また本実施形態では、タッチパネル２も、表示カバー５と一体となって撓むように変形する。この際タッチパネル２の固定部４ｂに固定された部分５２２には、タッチパネル２から表示カバー５の方へ向かって応力が作用する。従ってタッチパネル２は、上記部分５２２が表示カバー５の方へ移動されるように変形する。従って上記部分５２２の上面２ａに設けられた第２の電極１１が第１の電極１０の方へ移動される。
【００９９】
以上のように、押圧された表示カバー５が撓むように変形すると、第１及び第２の電極１０及び１１間の距離が変化する。これにより操作領域５ａに加えられた押圧力が、表示カバー５の撓み量に応じた第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化に基づいて検出される。この際、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量と、第１の電極１０及び差動電極２１６間の静電容量との差分の変化率が検出されることで、押圧力を精度よく検出することができる。
【０１００】
また本実施形態のセンサ装置５００では、第２の電極１１がタッチパネル２の上面２ａに設けられる。また、第１の電極１０及び差動電極２１６は、表示カバー５の内面６に接着された支持部５２０の下面５２０ｂ及び上面５２０ａにそれぞれ設けられる。従って、例えば表示カバー５、支持部５２０、接着層５２１、及びタッチパネル２を有するモジュールを形成すれば、第１及び第２の電極１０及び１１と差動電極２１６とを、このモジュール内に組み込むことができる。従ってタッチパネル２及び感圧センサ５０３を一体として形成することができ、上記モジュールをフレーム４に組み付けることで、簡単に感圧センサ５０３を設けることができる。これにより、センサ装置５００の製造における作業性が向上し、また製造コストの低減も図れる。
【０１０１】
＜第６の実施形態＞
図１６は、本発明の第６の実施形態に係るセンサ装置を示す模式的な断面図である。図１７は、図１６に示すセンサ装置の模式的な分解斜視図である。図１８は、図１６に示す感圧センサの一部を拡大して示した模式的な断面図である。
【０１０２】
本実施形態のセンサ装置６００では、図１７及び図１８に示すように、第１及び第２の電極１０及び１１の間に、スペーサ６１４として、粘着剤６１２が設けられる。このように第１及び第２の電極１０及び１１間にスペーサ６１４（粘着剤６１２）が設けられてもよい。これにより第１及び第２の電極１０及び１１間の距離を安定して保つことができるので、高い精度で押圧力を検出することができる。また第１の電極１０及び１１間に、スペーサ６１４として例えばゴム等の弾性体を設けて、押圧された操作領域５ａが自らの弾性力により元の形状に戻る際の、戻る速度を向上させてもよい。これにより、押圧力の検出における反応速度を速くすることができる。
【０１０３】
一方で、上記の各実施形態のように、第１及び第２の電極１０及び１１間がエアギャップとなる場合、操作領域５ａが押圧された際に、第１及び第２の電極１０及び１１間の距離が変化しやすい。従って操作領域５ａに加えられる押圧力が小さく、表示カバー５の撓み量が小さい場合でも、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化に基づいて、押圧力を感度よく検出することができる。
【０１０４】
第１及び第２の電極１０及び１１間にスペーサ６１４を設けるか、第１及び第２の電極１０及び１１間をエアギャップとするかは、所望するセンサ装置の特性に基づいて適宜設定されればよい。
【０１０５】
また図１６及び図１７に示すように、表示パネル７と金属シールド９との間に設けられたクッション部材６０８として、例えば適当な弾性部材が用いられ、表示カバー５が元の形状に戻る速度を向上させてもよい。本実施形態では、そのような弾性部材として、株式会社ロジャースイノアック製「ポロン」（登録商標）が用いられる。図１７に示すように、矩形状のクッション部材６０８に、貫通孔６２３を形成し、クッション部材６０８の弾性力を適宜調整してもよい。
【０１０６】
＜第７の実施形態＞
図１９は、本発明の第７の実施形態に係るセンサ装置を示す模式的な断面図である。図２０は、図１９に示すセンサ装置の模式的な分解斜視図である。
【０１０７】
本実施形態のセンサ装置７００では、図１９及び図２０に示すように、タッチパネル２の下面２ｂに表示パネル７の上面７ａ（第１の面）が接着され、表示パネル７の下面７ｂ（第２の面）に感圧センサ７０３が設けられる。表示カバー５は、環状に形成された粘着剤７１２によりフレーム４に固定される。
【０１０８】
図２０に示すように、第１及び第２の電極１０及び１１は、表示パネル７の下面７ｂ及び金属シールド９にそれぞれ設けられる。第１及び第２の電極１０及び１１の間には、スペーサ７１４が設けられる。本実施形態では、スペーサ７１４として矩形状の「ポロン」が用いられているがこれに限られない。スペーサ７１４として、例えば第１及び第２の電極１０及び１１の形状と同様な環状のものが用いられてもよい。なお図２０では、スペーサ７１４は省略されている。
【０１０９】
本実施形態のセンサ装置７００では、表示カバー５の操作領域５ａが押圧された際に、表示カバー５が撓むように変形し、これと一体となってタッチパネル２及び表示パネル７が撓むように変形する。これにより操作領域５ａに加えられた押圧力が、表示カバー５の撓み量に応じた第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化に基づいて検出される。
【０１１０】
図２１は、本実施形態に係る第１及び第２の電極１０及び１１の形状等の、他の例を示した図である。図２１では、表示パネル７の下面７ｂに設けられた第１及び第２の電極１０及び１１が示されている。スペーサ７１４（図示せず）は、第１及び第２の電極１０及び１１の形状等に合わせて適宜設けられる。
【０１１１】
図２１（Ａ）に示すように、第１及び第２の電極１０及び１１が、表示カバー５の四隅に対応する位置と、操作領域５ａの中央に対応する位置とに複数設けられてもよい。複数の第１及び第２の電極１０及び１１は、配線７２４によりそれぞれ電気的に接続されている。これにより操作領域５ａの押圧位置にかかわらず、高い精度で押圧力を検出することができる。
【０１１２】
図２１（Ｂ）に示すように、第１及び第２の電極１０及び１１が、操作領域５ａの中央に対応する位置に所定の面積で設けられてもよい。例えば第１及び第２の電極１０及び１１の面積を大きくすることで、操作領域５ａの押圧位置にかかわらず、高い精度で押圧力を検出することができる。
【０１１３】
本実施形態では、表示パネル７により、操作領域５ａに画像が表示される。図１９及び図２０に示すように、操作領域５ａは、表示パネル７から見て上面７ａ側に位置する。従って、表示パネル７の下面７ｂに設けられた感圧センサ７０３により、表示パネル７の画像の表示が遮られることがない。これにより感圧センサ７０３（第１及び第２の電極１０及び１１）の形状や数、又は表示パネル７に対する感圧センサ７０３の位置等の自由度が大きくなる。特に、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示すように、表示カバー５の操作領域５ａの中央に対応する位置に感圧センサ７０３を設けることができる。
【０１１４】
また感圧センサ７０３が、表示パネル７の下面２ｂに設けられるので、表示カバー５、タッチパネル２及び表示パネル７の構造を、感圧センサ７０３が設置される位置にかかわらず、良好な光学特性が得られるように適宜設定することができる。
【０１１５】
＜第８の実施形態＞
図２２は、本発明の第８の実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。図２３は、本実施形態のセンサ装置の模式的な分解斜視図である。
【０１１６】
本実施形態では、静電容量方式によるタッチパネル８０２が用いられる。図２２に示すように、タッチパネル８０２は、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａが形成されたＸ電極基板８２５と、検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａが形成されたＹ電極基板８２６とを有する。Ｘ電極基板８２５は、粘着剤８２７により表示カバー５の内面６に接着され、Ｙ電極基板８２６は、粘着剤８２８によりＸ電極基板８２５に接着される。Ｘ電極基板８２５及びＹ電極基板８２６は、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａ及び検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａが、タッチパネル８０２の下面８０２ｂ側に向くようにそれぞれ配置される。
【０１１７】
Ｘ電極基板８２５及びＹ電極基板８２６は、例えばＰＥＴ基板等の透明な部材からなる。Ｘ電極基板８２５に形成される検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａとしては、例えば一方向に延在するストライプ状のＩＴＯが用いられる。Ｙ電極基板にも、検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａとして、一方向に延在するストライプ状のＩＴＯが形成される。検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａは、その延在方向が、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａが延在する方向と略直交するように形成される。
【０１１８】
検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａ及び検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａが互いに平面的に重なりあった領域が、操作領域５ａに対応した座標検出領域Ｈとなる。操作領域５ａに操作子が接触すると、座標検出領域Ｈで局所的な静電容量の変化が生じる。この局所的な静電容量の変化が検出されることで、操作子が接触した位置のＸＹ座標が特定される。
【０１１９】
図２２に示すように、本実施形態では、Ｘ電極基板８２５にシールド層８１７が形成される。またＹ電極基板８２６に第１の電極１０が形成される。シールド層８１７は、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａが形成されるのと同時に形成される。また第１の電極１０は、検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａが形成されるのと同時に形成される。従ってシールド層８１７及び第１の電極１０はＩＴＯからなる。シールド層８１７及び第１の電極１０が、各透明電極パターンと同時に形成されるので、シールド層８１７及び第１の電極１０の形成における作業性が向上する。
【０１２０】
図２３に示すように、Ｙ電極基板８２６に、スペーサ８１４と、第２の電極１１が形成された支持部８１９と、粘着剤８１２とがこの順で接着される。スペーサ８１４、支持部８１９、及び粘着剤８１２には、図示しない表示パネルによる操作領域５ａへの画像の表示のために、表示窓８２９がそれぞれ形成されている。
【０１２１】
図２３に示す、表示カバー５、タッチパネル８０２、スペーサ８１４、支持部８１９、及び粘着剤８１２でモジュール８３０を形成する。これにより、タッチパネル８０２と感圧センサ８０３とを一体として形成することができ、上記モジュール８３０をフレーム４に組み付けることで、簡単に感圧センサ８０３を設けることができる。従って、センサ装置８００の製造における作業性が向上し、また製造コストの低減も図れる。
【０１２２】
なお本実施形態では、Ｘ電極基板８２５にシールド層８１７が形成されたが、シールド層８１７の代わりに、第２の実施形態等で説明した差動電極が形成されてもよい。そして、上記で説明した「差分の変化率」により、操作領域５ａに加えられた押圧力が検出されてもよい。
【０１２３】
タッチパネル８０２の構成は本実施形態で説明したものに限られない。例えば、Ｘ電極基板８２５及びＹ電極基板８２６は、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａ及び検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａがそれぞれ表示カバー５側に向くように配置されてもよい。あるいは、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａが表示カバー５側に向くように、かつ、検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａが下面８０２ｂ側に向くように、Ｘ電極基板８２５及びＹ電極基板８２６が配置されてもよい。さらに、検出用Ｘ透明電極パターン８２５ａ及び検出用Ｙ透明電極パターン８２６ａが互いに対向するように、Ｘ電極基板８２５及びＹ電極基板８２６が配置されてもよい。
【０１２４】
＜第９の実施形態＞
図２４は、本発明の第９の実施形態に係るセンサ装置の感圧センサを示す模式的な断面図である。
【０１２５】
図２４に示すように、本実施形態では、タッチパネル２の上面２ａにシールド層９１７が形成される。シールド層９１７は、表示カバー５の内面６に導電性インクが印刷されたものである。導電性インクとしては、例えば、金、銀、銅等の導電性材料を含有するものが用いられる。印刷方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、又はスクリーン印刷等が用いられる。
【０１２６】
このように、シールド層９１７として導電性インクが印刷されたものが用いられてもよい。このシールド層９１７により、操作領域５ａに指等が接近した場合の、第１及び第２の電極１０及び１１間の静電容量の変化を抑えることができる。
【０１２７】
また本実施形態では、シールド層９１７が表示カバー５の内面６に印刷されるので、表示カバー５の表面において、シールド層９１７を視認可能とすることができる。従って、加飾を目的としてシールド層９１７の形状や色を適宜設定することで、センサ装置９００の意匠性を向上させることができる。
【０１２８】
＜第１０の実施形態＞
図２５は、本発明の第１０の実施形態に係る電子機器１０００を示す模式的な斜視図である。電子機器１０００は、上記した各実施形態のセンサ装置の内部に、以下で説明する制御ユニットが組み込まれたものである。
【０１２９】
制御ユニットは、例えば指等の操作子により、表示カバー１００５の操作領域１００５ａが押圧された際に、その押圧位置及び押圧力に基づいて、電子機器１０００に所定の動作をさせる。すなわち制御ユニットは、筐体１００１の内部のタッチパネルにより検出された操作子の接触位置に関する信号と、筐体１００１の内部の感圧センサにより検出された操作子の押圧力に関する信号とを処理することが可能である。
【０１３０】
例えば、制御ユニットにより、操作領域１００５ａに複数のボタンが画像として表示される。そのボタンがユーザにより押圧されると、制御ユニットは、操作子の接触位置及び押圧力に基づいて、どのボタンが押圧されたかを判断する。そして、例えば押圧されたと判断したボタンに対応する画像を操作領域１００５ａに表示させる。あるいは、押圧されたと判断したボタンに対応するアプリケーションを起動させてもよい。
【０１３１】
本実施形態において、上記制御ユニットは、第１及び第２の電極間の静電容量の変化等を検出する演算回路を有する。制御ユニットは、操作領域５ａに加えられた押圧力を検出する。
【０１３２】
例えば上記制御ユニットは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェア及びハードウェアの両方で実現されてもよい。ハードウェアは、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＮＩＣ（Network Interface Card）、ＷＮＩＣ（Wireless NIC）等を含む。ソフトウェアを構成する各種プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶デバイスに格納される。
【０１３３】
このような電子機器１０００としては、例えば、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、携帯電話及び携帯型オーディオビジュアル機器等の端末装置、携帯ゲーム機器、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、オンスクリーンキーボード、電子辞書、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、ゲーム機器、ロボット機器、その他の電化製品等が挙げられる。
【０１３４】
＜変形例＞
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。
【０１３５】
例えば、図２６は、第１の実施形態に係る第１及び第２の電極１０及び１１の形状等の変形例を示した図である。ここでは、表示カバー５の周縁領域５ｂの内面６ｂに設けられた第１及び第２の電極１０及び１１が図示されている。
【０１３６】
図２６（Ａ）に示すように、第１及び第２の電極１０及び１１は、表示カバー５の四隅に対応する位置に複数設けられてもよい。複数の第１及び第２の電極１０及び１１は、配線２４により、それぞれ電気的に接続される。また図２６（Ｂ）に示ように、第１及び第２の電極１０及び１１が、表示カバー５の向かい合う２辺に対応する位置に設けられてもよい。図２６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように第１及び第２の電極１０及び１１が設けられた場合、第１の実施形態で説明した環状に形成された第１及び第２の電極１０及び１１と同様に、操作領域５ａの押圧位置にかかわらず、高い精度で押圧力を検出することができる。
【０１３７】
また図２６（Ａ）又は（Ｂ）に示すように第１及び第２の電極１０及び１１が形成された場合、第１及び第２の電極１０及び１１として用いられる導電性材料を減らすことができる。従って部品コストを低減することができる。一方、第１の実施形態で説明したように第１及び第２の電極１０及び１１が環状に形成される場合、第１及び第２の電極１０及び１１からの配線２４を少なくすることができる。これによりセンサ装置１００を簡単な構造にすることができる。なおここで説明した変形例は、上記した他の実施形態にも適用可能である。
【０１３８】
なお、図２６（Ｂ）において、第１及び第２の電極１０及び１１は、表示カバー５の長辺側の２辺に形成されてもよい。また、例えば表示カバー５の長辺側の２辺及び短辺側の１辺に第１及び第２の電極１０及び１１が形成されてもよい。すなわち表示カバー５の３辺に第１及び第２の電極１０及び１１が形成されてもよい。
【０１３９】
また、表示カバー５の１辺に第１及び第２の電極１０及び１１が形成されてもよい。例えば、表示カバー５の１辺に沿った領域のみにアイコンが表示される場合、その１辺に第１及び第２の電極１０及び１１が形成されれば、アイコンへの押圧力を検出することができる。このように、所定の領域に第１及び第２の電極１０及び１１が形成されてもよい。
【０１４０】
図２７は、図１４に示す第４の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示したものである。このセンサ装置４００の感圧センサ４０３では、スペーサ１４は、第１及び第２の電極１０及び１１の一方の側（図２７で見て右側）にのみ設けられる。このようにスペーサ１４が、第１及び第２の電極１０及び１１の一方の側にのみ設けられる場合、第１及び第２の電極１０及び１１間の距離が変化しやすくなる。従って高い感度で操作領域５ａへの押圧力を検出することができる。スペーサ１４を、第１及び第２の電極１０及び１１の両側に設けるか、又は一方の側にのみ設けるかは、所望するセンサ装置の特性に基づいて適宜設定されればよい。
【０１４１】
図２８及び図２９は、図２２及び図２３に示す第８の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示したものである。このセンサ装置８００も、図２７に示すセンサ装置４００と同様に、スペーサ８１４が第１及び第２の電極１０及び１１の一方の側（図２８で見て右側）にのみ形成される。従って図２３に示すスペーサ８１４と比べて、図２９に示すスペーサ８１４では、表示窓８２９の面積を大きくすることができる。従って表示パネルにより、面積の大きな画像が表示可能となる。
【０１４２】
上記各実施形態では、表示カバーの形状を矩形状とした。しかしながら、表示カバーの形状は、矩形状に限られず、例えば円形状、楕円形状、又は多角形状等のような、どんな形状であってもよい。また操作領域及び周縁領域の形状も適宜設定可能である。さらに表示カバー上に操作領域及び周縁領域が重なる領域が形成されてもよい。例えば、フレームに固定された表示カバー全体が操作子により押圧される場合、表示カバー全体が操作領域に相当し、そのうちフレームに固定される部分が周縁領域にも相当する。
【０１４３】
また、フレームの形状も適宜設定可能である。第１０の実施形態で説明した各種の電子機器に応じた形状で、フレームが形成されればよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１、１００１…筐体
２、８０２…タッチパネル
２ａ…タッチパネルの上面
２ｂ、８０２ｂ…タッチパネルの下面
３、２０３、３０３、４０３、５０３、７０３、８０３…感圧センサ
４ａ…開口部
４…フレーム
４ｂ…固定部
５、１００５…表示カバー
５ａ、１００５ａ…操作領域
５ｂ…周縁領域
７…表示パネル
７ａ…表示パネルの上面
７ｂ…表示パネルの下面
１０…第１の電極
１１…第２の電極
１３…エアギャップ
１４、６１４、７１４、８１４…スペーサ
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００…センサ装置
２１６…差動電極
２１８…接続層
３１７、８１７、９１７…シールド層
１０００…電子機器
制御ユニット…Ｃ
【図１】
2011100364.tif 000003
【図２】
2011100364.tif 000004
【図３】
2011100364.tif 000005
【図４】
2011100364.tif 000006
【図５】
2011100364.tif 000007
【図６】
2011100364.tif 000008
【図７】
2011100364.tif 000009
【図８】
2011100364.tif 000010
【図９】
2011100364.tif 000011
【図１０】
2011100364.tif 000012
【図１１】
2011100364.tif 000013
【図１２】
2011100364.tif 000014
【図１３】
2011100364.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2011100364.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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