(57)【要約】【課題】情報入力装置の表示部の全面に対応するように設けられる感圧センサの感度を向上させる。【解決手段】圧力検出装置は、感圧センサ１３と、圧力算出部６１とを有している。感圧センサ１３は、上部基材３１と、下部基材３３と、平面中心に対して対称の位置にある一対の感圧部４１〜４２を有しており上部基材３１及び下部基材３３の少なくとも一方の面に形成されている感圧層３５と、押圧力が作用する位置に配置された第１弾性体７１及び第２弾性体７３と、感圧層３５を間に挟んで配置された第１電極３７及び第２電極３９とを有する。圧力算出部６１は、感圧センサ１３によって感圧部４１〜４２ごとの圧力変化を検出するステップと、一対の感圧部４１〜４２の一方の圧力変化に一対の感圧部４１〜４２の他方の圧力変化の符号を反転したものを合算することで出力を増幅させるステップと、を実行する。【選択図】図４
2019002813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁層と、前記第１絶縁層に対向して配置された第２絶縁層と、平面中心に対して対称の位置にある一対の感圧部を有しており前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の少なくとも一方の面に形成されているセンサ部材と、押圧力が作用する位置に配置された弾性部材と、前記センサ部材を間に挟んで配置されたドライブ電極及びセンス電極とを有する感圧センサと、
前記感圧センサによって前記感圧部ごとの圧力変化を検出するステップと、前記一対の感圧部の一方の圧力変化に前記一対の感圧部の他方の圧力変化の符号を反転したものを合算することで出力を増幅させるステップと、を実行する圧力検出制御部と、
を備えている、圧力検出装置。
【請求項２】
前記一対の感圧部は同じ面積及び同じ形状を有している、請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記感圧センサは、矩形平面を有しており、
前記一対の感圧部は前記感圧センサの二辺に対応して設けられている、請求項１又は２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記センサ部材は、前記感圧センサに作用する押圧力が変化すると抵抗が変化する、請求項１〜３のいずれかに記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記センサ部材は、前記弾性部材であり、前記感圧センサに作用する押圧力が変化すると静電容量が変化する、請求項１〜３のいずれかに記載の圧力検出装置。
【請求項６】
タッチ座標を検出するタッチパネルと、
表示装置と、
光学フィルム群と、
請求項１〜５のいずれかに記載の圧力検出装置と、
前記表示装置との間に前記光学フィルム群と前記感圧センサを挟むように配置された支持板と、
前記表示装置と前記支持板を連結して前記光学フィルム群と前記感圧センサを前記表示装置と前記支持板との間に閉じ込めることで、センサ構造を構成する支持体と、
を備えた情報入力装置。
【請求項７】
前記圧力検出制御部は、前記一対の感圧部のうちタッチ座標から遠い方の感圧部が検出した圧力変化の符号を反転したものを、前記一対の感圧部のうちタッチ座標に近い方の感圧部が検出した圧力変化に合算することで出力を増幅させる、請求項６に記載の情報入力装置。
【請求項８】
開口を有する凹部を形成する底部及び側部を有する筐体をさらに備え、
前記側部の前記開口側の縁部は、前記センサ構造を支持しており、
前記凹部は、前記センサ構造を収容しており、
前記底部と前記支持板との間には隙間が確保されている、請求項６又は７に記載の情報入力装置。
【請求項９】
タッチパネルと、
表示装置と、
光学フィルム群と、
感圧センサと、
前記表示装置との間に前記光学フィルム群と前記感圧センサを挟むように配置された支持板と、
前記表示装置と前記支持板を連結して前記光学フィルム群と前記感圧センサを閉じ込めることで、センサ構造を構成する支持体と、
凹部を形成する底部及び側部を有する筐体と、を備え、
前記側部の前記開口側の縁面は、前記センサ構造を支持しており、
前記凹部は、前記センサ構造を収容しており、
前記底部と前記支持板との間には隙間が確保されている、情報入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置及びそれを用いた情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表示装置と入力装置が一体に設けられた情報入力装置が知られている。表示装置は例えば液晶パネルである。入力装置は例えばタッチセンサである。さらに、入力装置が、押圧力を検出可能な感圧センサを含んでいる場合がある（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１に記載のタッチ入力装置１０００（第２実施形態、図４）は、タッチセンサパネル１００と、ディスプレイモジュール３００と、圧力検出モジュール４００とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０５３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の上記タッチ入力装置１０００では、圧力検出モジュール４００は、ディスプレイモジュール２００の周縁部と基板３００との間に設けられている。
しかし、近年におけるスマートフォンなどの携帯端末における情報入力装置の表示装置の周縁部の幅は狭い。そのため、表示装置の縁部に圧力検出部を設けるのが困難である。一方、表示装置の中央部に表示部と重ねて圧力検出部を設けることも考えられる。しかし、圧力検出部が表示装置に対して部分的に対応している場合、表示装置の一部に圧力検出部から圧力が加わり、その結果、プーリングと呼ばれる映像の歪みが生じてしまう。
【０００５】
そこで、圧力検出部を表示装置の全体に対応させて設けることが考えられるが、情報入力装置の構成によっては、感圧センサの出力が十分ではなく、つまり感度不足の問題が生じる。
また、表示装置の表示部と重ねて圧力検出部を設ける場合、感圧センサの初期荷重は、表示装置と筐体とを接着するまでは発生しない。つまり、表示装置の組立前には、感圧センサの圧力検出性能を正確に把握できない。
【０００６】
本発明の目的は、情報入力装置の表示装置の全面に対応するように設けられる感圧センサの感度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係る圧力検出装置は、感圧センサと、タッチセンサと、圧力検出制御部とを備えている。
感圧センサは、第１絶縁層と、第１絶縁層に対向して配置された第２絶縁層と、平面中心に対して対称の位置にある一対の感圧部を有しており第１絶縁層と第２絶縁層の少なくとも一方の面に形成されているセンサ部材と、押圧力が作用する位置に配置された弾性部材と、センサ部材を間に挟んで配置されたドライブ電極及びセンス電極と、を有している。
圧力検出制御部は、感圧センサによって感圧部ごとの圧力変化を検出するステップと、一対の感圧部の一方の圧力変化に一対の感圧部の他方の圧力変化の符号を反転したものを合算することで出力を増幅させるステップと、を実行する。
この圧力検出装置では、出力が高くなりつまり感度が向上する。
【０００９】
一対の感圧部は同じ面積及び同じ形状を有していてもよい。
この圧力検出装置では、出力が高くなりつまり感度が向上する。
【００１０】
感圧センサは、矩形平面を有していてもよい。
一対の感圧部は感圧センサの二辺に対応して設けられていてもよい。
この圧力検出装置では、出力が高くなりつまり感度が向上する。
【００１１】
圧力検出装置は、感圧部に対して押圧方向に並んで配置された弾性部材をさらに備えていてもよい。
センサ部材は、感圧センサに作用する押圧力が変化すると抵抗が変化してもよい。
【００１２】
センサ部材は、弾性部材であり、感圧センサに作用する押圧力が変化すると静電容量が変化する弾性部材を有してもよい。
【００１３】
本発明の他の見地に係る情報入力装置は、タッチパネルと、表示装置と、光学フィルム群と、上記の圧力検出装置と、支持板と、支持体とを有している。
タッチパネルは、タッチ座標を検出する。
支持板は、表示装置との間に光学フィルム群と感圧センサを挟むように配置されている。
支持体は、表示装置と支持板を連結して光学フィルム群と感圧センサを表示装置と板金との間に閉じ込めることで、センサ構造を構成する。
この装置では、情報入力装置の組立が完成する前に、センサ構造の初期荷重を設定できる。したがって、センサ構造の製造が容易になる。
圧力検出制御部は、一対の感圧部のうちタッチ座標から遠い方の感圧部が検出した圧力変化の符号を反転したものを、一対の感圧部のうちタッチ座標に近い方の感圧部が検出した圧力変化に合算することで出力を増幅させてもよい。
この情報入力装置では、出力が高くなりつまり感度が向上する。
【００１４】
情報入力装置は、開口を有する凹部を形成する底部及び側部を有する筐体をさらに備えていてもよい。
側部の開口側の縁部は、センサ構造を支持していてもよい。
凹部は、センサ構造を収容していてもよい。
底部と支持板との間には隙間が確保されていてもよい。
この装置では、表示装置に押圧力が作用すると、表示装置と支持板との間で感圧センサが圧縮される。これにより、押圧力が検出される。また、このとき支持板は、押圧力に応じて底部との間で弾性変形する。
この装置では、装置を完成する前に、センサ構造において筐体への取付け前に初期荷重を設定できる。したがって、センサ構造の製造が容易になる。
【００１５】
本発明のさらに他の見地に係る情報入力装置は、タッチパネルと、表示装置と、光学フィルム群と、感圧センサと、支持板と、支持体と、筐体とを備えている。
支持板は、表示装置との間に光学フィルム群と感圧センサを挟むように配置されている。
支持体は、表示装置と支持板を連結して光学フィルム群と感圧センサを閉じ込めることで、センサ構造を構成する。
筐体は、凹部を形成する底部及び側部を有する。
側部の開口側の縁面は、センサ構造を支持している。
凹部は、センサ構造を収容している。
底部と支持板との間には隙間が確保されている。
この装置では、表示装置に押圧力が作用すると、表示装置と支持板との間で感圧センサが圧縮される。これにより、押圧力が検出される。また、このとき支持板は、押圧力に応じて底部との間で弾性変形する。
この装置では、装置を完成する前に、センサ構造において筐体への取付け前に初期荷重を設定できる。したがって、センサ構造の製造が容易になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る圧力検出装置では、表示装置の全面に対応するように感圧センサが設けられる場合にも、感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る情報入力装置の模式的断面図。
【図２】抵抗変化型感圧センサの模式的断面図。
【図３】抵抗変化型感圧センサの詳細断面図。
【図４】抵抗変化型感圧センサの模式的平面図。
【図５】抵抗変化型感圧センサの感圧部の配置を示す図。
【図６】情報入力装置の制御ブロック図。
【図７】情報入力装置の制御動作を示すフローチャート。
【図８】第１変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図。
【図９】第２変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図。
【図１０】第２変形例における抵抗型感圧センサの詳細断面図。
【図１１】第２変形例の抵抗変化型感圧センサの模式的平面図。
【図１２】第３変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図。
【図１３】第４変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図。
【図１４】第２実施形態の情報入力装置の容量変化型感圧センサの模式的断面図。
【図１５】容量変化型感圧センサの詳細断面図。
【図１６】容量変化型感圧センサの模式的平面図。
【図１７】第１変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図。
【図１８】第２変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図。
【図１９】第３変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図。
【図２０】第４変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図。
【図２１】第４変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図。
【図２２】第３実施形態に係る情報入力装置の模式的断面図。
【図２３】第４実施形態に係る情報入力装置の模式的断面図。
【図２４】感圧センサの感圧部の配置の変形例を示す平面図。
【図２５】感圧センサの感圧部の配置の変形例を示す平面図。
【図２６】感圧センサの感圧部の配置変形例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．第１実施形態
（１）情報入力装置の概略構成
図１及を用いて、情報入力装置１を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る情報入力装置の模式的断面図である。
情報入力装置１は、操作者からの接触動作によって情報を入力可能な装置である。情報入力装置１は、表示装置の機能と入力装置の機能とを有する表示一体型入力装置であり、例えば、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、スマートウォッチ等の電子機器である。
【００１９】
情報入力装置１は、ハウジング（筐体の一例）５を有している。ハウジング５は、剛性が高い材料からなり、例えばアルミニウム、チタンといった金属製又はプラスチック製である。ハウジング５は、箱形形状を有している。凹部５ａを有している。凹部５ａは、上方に開口している。凹部５ａは、底部５ｂと、底部５ｂの周囲に形成された側部５ｃとによって構成されている。
【００２０】
情報入力装置１は、カバー部材７を有している。カバー部材７は、操作者の押圧操作を受け付ける操作面を構成する。カバー部材７は、比較的剛性が高く光透過可能な材料からなる。カバー部材７は、ガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等であってもよい。カバー部材７は、ハウジング５の凹部５ａに対応する形状及び位置を有しており、凹部５ａの開口を塞ぐように配置されている。具体的には、カバー部材７は、縁部７ａがハウジング５の側部５ｃによって支持されており、図１の上方からカバー部材７に押圧力が作用すると、カバー部材７からハウジング５の側部５ｃによって荷重が受けられる。カバー部材７の厚みは、０．１〜１０ｍｍの範囲にある。
【００２１】
情報入力装置１は、タッチパネル９を有している。タッチパネル９は、接着剤（ＯＣＡ）によってカバー部材７の下側面に固定されている。タッチパネル９は、抵抗膜式、静電容量式、又はその他の方式である。
情報入力装置１は、表示装置１１を有している。表示装置１１は、タッチパネル９の下面に接着剤（ＯＣＡ）によって固定されている。表示装置１１は、液晶パネル、有機ＥＬパネル、又はその他である。
【００２２】
情報入力装置１は、感圧センサ１３を有している。感圧センサ１３は、押圧力が付与されると、検出信号を発生するセンサである。感圧センサ１３は、タッチパネル９及び表示装置１１の下方に設けられている。感圧センサ１３は、平面視において、タッチパネル９及び表示装置１１のほぼ全面にわたって対応する形状を有している。
情報入力装置１は、光学フィルム群１５を有している。光学フィルム群１５は表示装置１１の下面に設けられている。
【００２３】
情報入力装置１は、反射板１７を有している。反射板１７は光学フィルム群１５の下面であって感圧センサ１３の上面に設けられている。反射板１７は、例えば、アルミ、スズからなり、蒸着、スパッタ、コーティングによって被覆される。
情報入力装置１は、感圧センサ１３をタッチパネル９及び表示装置１１に固定するための構造として、板金２１（支持板の一例）と、支持体２３とを有している。板金２１は、感圧センサ１３の下面に配置されている。板金２１とハウジング５の凹部５ａの底部５ｂとの間には、隙間２４が確保されている。支持体２３は、上下方向に延びて、板金２１の外周縁と表示装置１１の外周縁とを固定する部材である。
以上に述べたように支持体２３によって光学フィルム群１５、反射板１７及び感圧センサ１３をタッチパネル９及び表示装置１１と板金２１との間に、挟み込んだセンサ構造２５が実現されている。センサ構造２５は、タッチパネル９及びカバー部材７を介して、ハウジング５の側部５ｃの開口側の縁部５ｄによって支持されている。また、センサ構造２５は、凹部５ａに収容されている。
【００２４】
以上に述べたように、支持体２３及び板金２１によってセンサ構造２５が実現されている。この結果、情報入力装置１の組立が完成する前に、センサ構造２５において感圧センサ１３の初期荷重を設定できる。したがって、センサ構造２５の製造が容易になる。
上記の情報入力装置１では、カバー部材７が押圧されて表示装置１１に押圧力が作用すると、タッチパネル９及び表示装置１１から荷重を受けることで表示装置１１と板金２１との間で感圧センサ１３が圧縮される。これにより、押圧力が検出される。また、このとき板金２１は、押圧力に応じて底部５ｂとの間で弾性変形する。具体的には、板金２１は、全体が押圧方向に変形し、そのため周縁部から内側に入った部分の圧縮量が大きくなる。さらに、板金２１は、押圧点に対応する部分が部分的に押圧方向に突出する。
【００２５】
（２）感圧センサ
図２〜図５を用いて、感圧センサ１３を説明する。図２は、抵抗変化型感圧センサの模式的断面図である。図３は、抵抗変化型感圧センサの詳細断面図である。図４は、抵抗変化型感圧センサの模式的平面図である。図５は、抵抗変化型感圧センサの感圧部の配置を示す図である。
【００２６】
感圧センサ１３は、抵抗変化型感圧センサである。抵抗変化型感圧センサとは、Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｆｏｒｃｅ  Ｓｅｎｓｏｒとも呼ばれている。
感圧センサ１３は、表示装置１１に対して概ね同じ面積で全面的に形成されている。したがって、押圧時に表示装置１１の表示状態に不具合が生じにくい。
【００２７】
感圧センサ１３は、図２に示すように、薄い空気ギャップ２７を介して配置された上部基材３１（第１絶縁層の一例）及び下部基材３３（第２絶縁層の一例）を有している。空気ギャップ２７は、上部基材３１及び下部基材３３の周縁に設けられたスペーサ３４（図３）によって維持されている。スペーサ３４は、上部基材３１と下部基材３３とを固定する接着剤としても機能する。
【００２８】
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、感圧層３５（センサ部材の一例）が形成されている。
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第１電極３７と第２電極３９が形成されている。第１電極３７はドライブ電極であり、第２電極３９はセンス電極である。第１電極３７と第２電極３９は、交互に配置された一対のの櫛歯の組み合わせを複数を有している。感圧層３５は、各対の櫛歯に対応して複数形成されており、感圧層３５と第１電極３７及び第２電極３９の組み合わせを以下では感圧部という。
感圧層３５と第１電極３７及び第２電極３９は隙間を空けて又は互いに当接して配置されている。両者はドットスペーサによって隙間が確保されていてもよい（以下も同様である）。
【００２９】
図４及び図５に示すように、感圧センサ１３は、４つの感圧部４１〜４４を有している。感圧センサ１３は矩形平面を有しており、感圧部４１〜４４は、矩形の各辺に対応して設けられている。ここで、「対応している」とは、各辺に近接した位置で各辺と同じ方向に長く延びていることをいう。さらに詳細に説明すれば、第１感圧部４１と第２感圧部４２は、平面中心に対して対称の位置にあり、感圧センサ１３の短辺に対応している。第３感圧部４３と第４感圧部４４は、平面中心に対して対称の位置にあり、感圧センサ１３の長辺に対応している。言い換えると、一対の感圧部は、感圧センサ１３の二辺に対応して設けられている。また、一対の感圧部は、同じ面積及び同じ形状を有している。
各感圧部の第１電極に対しては、共通の１本のドライブ配線３７ａが接続されている。また、各感圧部の第２電極部に対して、個別のセンス配線が接続されている。つまり、本実施形態では合計４本のセンス配線３９ａが設けられている。
【００３０】
図５を用いて、感圧部の好ましい条件を以下に説明する。
感圧センサ１３の短辺の長さ（幅）をＷとすると、第３感圧部４３と第４感圧部４４の短手方向の辺の中心が縁からＷ／６〜２Ｗ／６の範囲にあり、第３感圧部４３と第４感圧部４４の短手方向の幅が２Ｗ／６以下であることが好ましい。
また、感圧センサ１３の長辺の長さ（高さ）をＨとすると、第１感圧部４１と第２感圧部４２の長手方向の辺の中心が縁からＨ／６〜２Ｈ／６の範囲にあり、第１感圧部４１と第２感圧部４２の長手方向の幅が２Ｈ／６以下であることが好ましい。
上記２つの条件は両方とも満たされていれば最も好ましいが、いずれ一方が満たされているだけでもよい。
【００３１】
感圧センサ１３は、図２に示すように、第１弾性体７１（弾性部材の一例）と第２弾性体７３（弾性部材の一例）とをさらに有している。第１弾性体７１は上部基材３１の上面に配置されている。第２弾性体７３は下部基材３３の下面に配置されている。第１弾性体７１及び第２弾性体７３は、厚みが１００〜１５００μｍの範囲であり、２５％圧縮時応力が０．００１〜０．５ＭＰａの範囲（好ましくは０．００１〜０．１ＭＰａの範囲、より好ましくは０．００１〜０．０５ＭＰａの範囲）である。第１弾性体７１及び第２弾性体７３の材質は、例えば、ポリウレタン、ポリプロピレン、アクリルなどの発泡体である。第１弾性体７１及び第２弾性体７３は、感圧センサの少なくとも一方の面に粘着剤によって接着されている。ただし、第１弾性体７１及び第２弾性体７３は感圧センサに対して接触するだけで積層されていてもよい。
なお、第１弾性体７１と第２弾性体７３との一方は省略されてもよい。
【００３２】
上部基材３１及び下部基材３３の材料は、可撓性を有する絶縁性フィルムであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等である。
第１電極３７及び第２電極３９は、例えば銀ペースト又は銅ペーストであるが、特に限定されない。ただし、第１電極３７及び第２電極３９は、熱硬化型の導電ペーストからなることが好ましい。なお、電極材料は、金属箔、スパッタ膜、蒸着膜、ラミネート膜などをペースト以外のものであってもよい。
【００３３】
感圧層３５の材料は、カーボンのような一般的な抵抗材料でもよいし、感圧インクであってもよい。感圧インクを構成する組成物は、外力に応じて電気抵抗値などの電気特性が変化する素材で構成されている。
カバー部材７が操作者によって押されると、カバー部材７、タッチパネル９及び表示装置１１が撓んで変形する。具体的には、タッチパネル９及び表示装置１１が押圧ポイントを中心に底部５ｂに対して突出するように変形する。その結果、感圧センサ１３において上部基材３１及び下部基材３３が互いに接近するように押されることになり、その結果、感圧層３５が櫛歯状の電極部に接触する面積が増大し、それにより一対の電極の間のセンサ抵抗が減少する。このように感圧センサ１３に作用する押圧力が変化すると、抵抗が変化する。
【００３４】
（３）情報入力装置の制御構成
図６を用いて、情報入力装置１の制御構成を説明する。図６は、情報入力装置の制御ブロック図である。
情報入力装置１は、制御部５１を有している。
【００３５】
制御部５１は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部５１は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
具体的には、制御部５１は、タッチパネル検出部５５及び感圧センサ検出部５７（後述）からの入力信号に基づいて、情報入力装置１の各種制御を実行するための装置である。例えば、制御部５１は、人の手によるタッチ操作が実行されると、それに基づいて情報処理を行い、さらに表示装置１１に各種画像データを表示させる。
【００３６】
制御部５１は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
制御部５１の各要素の機能は、一部又は全てが、制御部５１を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、制御部５１の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。
【００３７】
情報入力装置１は、タッチパネル検出部５５を有している。タッチパネル検出部５５は、タッチパネル９の検出信号を検出する。
情報入力装置１は、感圧センサ検出部５７を有している。感圧センサ検出部５７は、は、ＡＤ変換部（図示せず）を有しており、感圧センサ１３からの信号を検出する。ＡＤ変換部は、Ａ／Ｄ変換により所定のサンプル周期でアナログの出力信号をデジタルの出力値に変換する。
【００３８】
制御部５１は、表示制御部５９を有している。表示制御部５９は、例えばＬＣＤドライバであり、表示装置１１に画像データを送信する。
制御部５１は、位置算出部６０を有している。位置算出部６０は、タッチパネル検出部５５からの信号に基づいて、タッチされた位置を判定する。
制御部５１は、圧力算出部６１（圧力検出制御部の一例）を有している。圧力算出部６１は、感圧センサ検出部５７からの信号に基づいて、押圧力を算出する。具体的には、圧力算出部６１は、感圧センサ１３によって感圧部４１〜４４ごとの圧力変化を検出するステップと、対称位置にある一対の感圧部の一方の圧力変化に一対の感圧部の他方の圧力変化の符号を反転したものを合算することで出力を増幅させるステップと、を実行することができる。これにより、情報入力装置１では、出力が高くなりつまり感度が向上する。
【００３９】
（４）制御動作
図７を用いて、圧力算出部６１による圧力算出制御動作を説明する。図７は、情報入力装置の制御動作を示すフローチャートである。
以下に説明する制御フローチャートは例示であって、各ステップは必要に応じて省略及び入れ替え可能である。また、複数のステップが同時に実行されたり、一部又は全てが重なって実行されたりしてもよい。
さらに、制御フローチャートの各ブロックは、単一の制御動作とは限らず、複数のブロックで表現される複数の制御動作に置き換えることができる。
ステップＳ１では、制御部５１において、圧力算出部６１が各感圧部４１〜４３の圧力値Ｆ０を記憶しながら、タッチパネル９によるタッチ検出が行われるのを待つ。
【００４０】
タッチ検出がありと判断されれば、圧力検出制御動作が実行される。
具体的には、ステップＳ２では、圧力算出部６１は、位置算出部６０によって得られたタッチ座標Ｐを記憶し、次に、各感圧部４１〜４３の圧力値Ｆ１を測定する。なお、抵抗変化型の場合（本第１実施形態）は、圧力値とは抵抗値のことを意味する。そして、容量変化型の場合（後述する第２実施形態）は、圧力値とは静電容量値のことを意味する。
さらに具体的には、上記の検出動作では、圧力算出部６１は第１感圧部４１に１本のドライブ配線３７ａを通じてドライブ信号を供給して、４本のセンス配線３９ａを通じて電気信号を受け取っている。
【００４１】
ステップＳ３では、圧力算出部６１は、対称位置にある感圧部同士の圧力変化を合算する。具体的には、各感圧部４１〜４４の圧力変化ΔＦ＝Ｆ１−Ｆ０が計算され、次に、タッチパネルが検出したタッチ座標Ｐに基づいて、対称位置にある感圧部同士において、タッチ座標Ｐから遠い方の感圧部が検出した圧力変化の符合を反転して、それをタッチ座標Ｐから近い方の感圧部が検出した圧力変化に合算する。このようにして、特に板金２１が薄く剛性が低い場合において、タッチ座標に近い感圧部では正の圧力変化が得られるが、対称の位置あるタッチ座標に遠い感圧部では負の圧力変化の得られることを利用して、圧力の検出感度を増幅させることができる。この傾向は本願発明者の研究により得られた新たな知見である。
ステップＳ４では、圧力算出部６１は、二対の合算値同士をさらに合算してその結果を出力する。これに基づいて、押圧力が判定される。
【００４２】
このようにして、感圧センサ１３では、出力が高くなりつまり感度が向上する。
従来図１の構造とした場合、押圧に対してカバー部材７だけでなく板金２１も同じ方向に歪むため、感圧センサ１３が圧縮されず感度が不足する問題がある。そこで、本実施形態では、感圧部の位置を図４のように配置してさらに出力を反転して増幅することで、図１構造の場合でも感度を向上させている。
【００４３】
（５）第１変形例
第１実施形態では第１電極及び第２電極は下部基材に設けられ、感圧層は上部基材に設けられていた。しかし、これらの配置関係は特に限定されない。
図８を用いて、そのような変形例を説明する。図８は、第１変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図である。
【００４４】
感圧センサ１３Ａは、抵抗変化型感圧センサである。感圧センサ１３Ａは、図８に示すように、薄い空気ギャップ２７を介して配置された上部基材３１（第１絶縁層の一例）及び下部基材３３（第２絶縁層の一例）を有している。
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第１電極３７Ａと第２電極３９Ａが形成されている。第１電極３７Ａはドライブ電極であり、第２電極３９Ｂはセンス電極である。これらの構造及び機能はは第１実施形態と同じである。
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、感圧層３５Ａ（センサ部材の一例）が形成されている。これの構造及び機能は第１実施形態と同じである。
【００４５】
（６）第２変形例
第１実施形態では抵抗変化型感圧センサにおいて２種類の電極は同一の基材に設けられていたが、電極の配置構造は限定されない。例えば、２種類の電極は対向する基材にそれぞれ設けられていてもよい。
図９〜図１１を用いて、そのような変形例を説明する。図９は、第２変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図である。図１０は、第２変形例における抵抗型感圧センサの詳細断面図である。図１１は、第２変形例の抵抗変化型感圧センサの模式的平面図である。
【００４６】
感圧センサ１３Ｂは、抵抗変化型感圧センサである。感圧センサ１３Ｂは、図９に示すように、薄い空気ギャップ２７を介して配置された上部基材３１（第１絶縁層の一例）及び下部基材３３（第２絶縁層の一例）を有している。空気ギャップ２７は、上部基材３１及び下部基材３３の周縁に設けられたスペーサ３４（図１０）によって維持されている。スペーサ３４は、上部基材３１と下部基材３３とを固定する接着剤としても機能する。
【００４７】
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第１電極３７Ｂが形成されている。第１電極３７Ｂは例えばドライブ電極である。上部基材３１には、さらに、第１電極３７Ｂを覆う様に感圧層３５Ｂ（センサ部材の一例）が形成されている。
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第２電極３９Ｂが形成されている。第２電極３９Ｂは例えばセンス電極である。第１電極３７Ｂと第２電極３９Ｂは、平面視で一定の広がりを有する形状である。上部基材３１には、さらに、第２電極３９Ｂを覆うように感圧層３５Ｂ’（センサ部材の一例）が形成されている。
【００４８】
図１１に示すように、感圧センサ１３Ｂは、４つの感圧部４１Ｂ〜４４Ｂを有している。感圧センサ１３Ｂは矩形平面を有しており、感圧部４１Ｂ〜４４Ｂは、矩形の各辺に対応して設けられている。ここで、「対応している」とは、各辺に近接した位置にあることをいう。さらに詳細に説明すれば、第１感圧部４１Ｂと第２感圧部４２Ｂは平面中心に対して対称の位置にある。第３感圧部４３Ｂと第４感圧部４４Ｂは平面中心に対して対称の位置にある。言い換えると、一対の感圧部は、感圧センサ１３Ｂの二辺に対応して設けられている。また、一対の感圧部は、同じ面積及び同じ形状を有している。
感圧センサ１３Ｂは、図９に示すように、第１弾性体７１と第２弾性体７３とをさらに有している。第１弾性体７１は上部基材３１の上面に配置されている。第２弾性体７３は下部基材３３の下面に配置されている。なお、第１弾性体７１と第２弾性体７３との一方は省略されてもよい。
【００４９】
（７）第３変形例
第２変形例では２種類の電極の両方が感圧層に覆われていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、感圧層は一方の電極のみを覆っていてもよい。
図１２を用いて、そのような変形例を説明する。図１２は、第３変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図である。
【００５０】
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第１電極３７Ｃが形成されている。第１電極３７Ｃは例えばドライブ電極である。上部基材３１には、さらに、第１電極３７Ｃを覆う様に感圧層３５Ｃ（センサ部材の一例）が形成されている。
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第２電極３９Ｃが形成されている。第２電極３９Ｃは例えばセンス電極である。第１電極３７Ｃと第２電極３９Ｃは、平面視で一定の広がりを有する形状であり、具体的には矩形である。第２電極３９Ｃには感圧層が形成されておらず、つまり第２電極３９Ｃは露出している。
【００５１】
（８）第４変形例
第２変形例では２種類の電極の両方が感圧層に覆われていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、感圧層は一方の電極のみを覆っていてもよい。
図１３を用いて、そのような変形例を説明する。図１３は、第４変形例における抵抗変化型感圧センサの模式的断面図である。
【００５２】
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第１電極３７Ｄが形成されている。第１電極３７Ｄは例えばドライブ電極である。第１電極３７Ｄには感圧層が形成されておらず、つまり第１電極３７Ｄは露出している。
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第２電極３９Ｄが形成されている。第２電極３９Ｄは例えばセンス電極である。第１電極３７Ｄと第２電極３９Ｄは、平面視で一定の広がりを有する形状である。上部基材３１には、さらに、第２電極３９Ｄを覆うように感圧層３５Ｄ（センサ部材の一例）が形成されている。
【００５３】
２．第２実施形態
第１実施形態では感圧センサとして抵抗変化型を説明したが、本発明はそのような実施形態に限定されない。感圧センサとしては例えば容量変化型であってもよい。
図１４〜図１６を用いて、そのような実施形態を説明する。図１４は、第２実施形態の情報入力装置の容量変化型感圧センサの模式的断面図である。図１５は、容量変化型感圧センサの詳細断面図である。図１６は、容量変化型感圧センサの模式的平面図である。
【００５４】
感圧センサ１３Ｅは、容量変化型感圧センサである。感圧センサ１３Ｅは、図１４に示すように、上部基材３１（第１絶縁層の一例）と、下部基材３３（第２絶縁層の一例）と、その間に配置された誘電体３８（センサ部材の一例）とを有している。誘電体３８は、弾性変形可能な材料からなる。
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第１電極３７Ｅが形成されている。第１電極３７Ｅは例えばドライブ電極である。
【００５５】
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第２電極３９Ｅが形成されている。第２電極３９Ｅは例えばセンス電極である。
第１電極３７Ｅと第２電極３９Ｅは、平面視で一定の広がりを有する形状であり、具体的には矩形である。
【００５６】
図１６に示すように、感圧センサ１３Ｅは、４つの感圧部４１Ｅ〜４４Ｅを有している。感圧センサ１３Ｅは矩形平面を有しており、感圧部４１Ｅ〜４４Ｅは、矩形の各辺に対応して設けられている。ここで、「対応している」とは、各辺に近接した位置にあることをいう。さらに詳細に説明すれば、第１感圧部４１Ｅと第２感圧部４２Ｅは平面中心に対して対称の位置にある。第３感圧部４３Ｅと第４感圧部４４Ｅは平面中心に対して対称の位置にある。言い換えると、一対の感圧部は、感圧センサ１３Ｅの二辺に対応して設けられている。また、一対の感圧部は、同じ面積及び同じ形状を有している。
【００５７】
カバー部材７が操作者によって押されると、カバー部材７、タッチパネル９及び表示装置１１が撓んで変形する。具体的には、タッチパネル９及び表示装置１１が押圧ポイントを中心に底部５ｂに対して突出するように変形する。その結果、感圧センサ１３Ｅにおいて上部基材３１及び下部基材３３が互いに接近するように押されることになり、第１電極３７Ｅと第２電極３９Ｅの間の静電容量が変化する。
【００５８】
（１）第１変形例
第２実施形態では各電極は基材の対向面に形成されていたが、本発明はそのような実施形態に限定されず、電極は基材の対向面と反対側面に形成されていてもよい。
図１７を用いて、そのような変形例を説明する。図１７は、第１変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図である。
【００５９】
感圧センサ１３Ｆは、図１７に示すように、上部基材３１（第１絶縁層の一例）と、下部基材３３（第２絶縁層の一例）と、その間に配置された誘電体３８とを有している。誘電体３８は、弾性変形可能な材料からなる。
上部基材３１には、下部基材３３と反対側の面に、第１電極３７Ｆが形成されている。第１電極３７Ｆは例えばドライブ電極である。
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第２電極３９Ｆが形成されている。第２電極３９Ｆは例えばセンス電極である。
【００６０】
（２）第２変形例
図１８を用いて、第１変形例と同様の変形例を説明する。図１８は、第２変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図である。
感圧センサ１３Ｇは、図１８に示すように、上部基材３１（第１絶縁層の一例）と、下部基材３３（第２絶縁層の一例）と、その間に配置された誘電体３８とを有している。誘電体３８は、弾性変形可能な材料からなる。
【００６１】
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第１電極３７Ｇが形成されている。第１電極３７Ｇは例えばドライブ電極である。
下部基材３３には、上部基材３１と反対側の面に、第２電極３９Ｇが形成されている。第２電極３９Ｇは例えばセンス電極である。
【００６２】
（３）第３変形例
図１９を用いて、第１変形例と同様の変形例を説明する。図１９は、第３変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図である。
感圧センサ１３Ｈは、容量変化型感圧センサである。感圧センサ１３Ｈは、図１９に示すように、上部基材３１（第１絶縁層の一例）と、下部基材３３（第２絶縁層の一例）と、その間に配置された誘電体３８とを有している。誘電体３８は、弾性変形可能な材料からなる。
【００６３】
上部基材３１には、下部基材３３と反対側の面に、第１電極３７Ｈが形成されている。第１電極３７Ｈは例えばドライブ電極である。
下部基材３３には、上部基材３１と反対側の面に、第２電極３９Ｈが形成されている。第２電極３９Ｈは例えばセンス電極である。
【００６４】
（４）第４変形例
第２実施形態では容量変化型感圧センサにおいて２種類の電極が設けられていたが、電極の配置構造は限定されない。例えば、３種類の電極が設けられていてもよい。
図２０及び図２１を用いて、そのような実施形態を説明する。図２０及び図２１は、第４変形例における容量変化型感圧センサの模式的平面図である。
【００６５】
感圧センサ１３Ｉは、容量変化型感圧センサである。感圧センサ１３Ｉは、図２０に示すように、上部基材３１（第１絶縁層の一例）と、下部基材３３（第２絶縁層の一例）と、その間に配置された誘電体３８とを有している。誘電体３８は、弾性変形可能な材料からなる。
上部基材３１には、下部基材３３と対向する面に、第３電極４０Ｉが形成されている。第３電極４０Ｉは例えば共通電極である。
【００６６】
下部基材３３には、上部基材３１と対向する面に、第１電極３７Ｉ及び第２電極３９Ｉが形成されている。第１電極３７Ｉは例えばドライブ電極であり、第２電極３９Ｉは例えばセンス電極である。
第１電極３７Ｉと第２電極３９Ｉは、交互に配置された一対のの櫛歯の組み合わせを複数を有している。第３電極４０Ｉは、各対の櫛歯に対応して複数形成されており、第１電極３７Ｉ及び第２電極３９Ｉと第３電極４０Ｉとの組み合わせによって、感圧部が構成されている。
【００６７】
図２１に示すように、感圧センサ１３Ｉは、４つの感圧部４１Ｉ〜４４Ｉを有している。感圧センサ１３Ｉは矩形平面を有しており、感圧部４１Ｉ〜４４Ｉは、矩形の各辺に対応して設けられている。ここで、「対応している」とは、各辺に近接した位置にあることをいう。さらに詳細に説明すれば、第１感圧部４１Ｉと第２感圧部４２Ｉは平面中心に対して対称の位置にある。第３感圧部４３Ｉと第４感圧部４４Ｉは平面中心に対して対称の位置にある。言い換えると、一対の感圧部は、感圧センサ１３Ｉの二辺に対応して設けられている。また、一対の感圧部は、同じ面積及び同じ形状を有している。
【００６８】
カバー部材７が操作者によって押されると、カバー部材７、タッチパネル９及び表示装置１１が撓んで変形する。具体的には、タッチパネル９及び表示装置１１が押圧ポイントを中心に底部５ｂに対して突出するように変形する。その結果、感圧センサ１３Ｉにおいて上部基材３１及び下部基材３３が互いに接近するように押されることになり、第１電極３７Ｉと第２電極３９Ｉの間の静電容量が変化する。
【００６９】
３．第３実施形態
第１実施形態及び第２実施形態では、タッチパネルと表示装置が別体で設けられていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、タッチパネルと表示装置が一体に形成されていてもよい。
図２２を用いて、そのような実施形態を説明する。図２２は、第３実施形態に係る情報入力装置の模式的断面図である。
図２２では、表示装置一体型タッチパネル６３がカバー部材７の下面に設けられている。表示装置とタッチパネルの一体化は、インセル、オンセル、又はその他の方式である。
【００７０】
４．第４実施形態
第１〜第３実施形態では、センサ構造２５とハウジング５の底部５ｂとの間には隙間が確保されていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、センサ構造が筐体の底部に当接して支持される構造であってもよい。
図２３を用いて、そのような実施形態を説明する。図２３は、第４実施形態に係る情報入力装置の模式的断面図である。
図２３では、感圧センサ１３Ｊは、反射板１７Ｊの下側に設けられている。つまり、感圧センサ１３Ｊは、反射板１７Ｊとハウジング５の底部５ｂとの間に挟まれて配置されている。
この実施形態でも、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【００７１】
５．その他の実施形態
第１〜第３実施形態では、感圧部は矩形の基材の各辺に対応して１つずつ設けられていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、感圧部は矩形の各辺に対応して複数設けられていてもよい。
図２４〜図２６を用いて、そのような実施形態を説明する。図２４〜図２６は、感圧センサの感圧部の配置変形例を示す平面図である。
【００７２】
図２４に示す変形例では、第１感圧部４１Ｌは、対応する辺の延びる方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。第２感圧部４２Ｌは、対応する辺の延びる方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。第３感圧部４３Ｌは、対応する辺の延びる方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。第４感圧部４４Ｌは、対応する辺の延びる方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。
【００７３】
図２５に示す変形例では、第１感圧部４１Ｍは、対応する辺の延びる方向に交差する方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。第２感圧部４２Ｍは、対応する辺の延びる方向に交差する方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。第３感圧部４３Ｍは、対応する辺の延びる方向に交差する方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。第４感圧部４４Ｍは、対応する辺の延びる方向に交差する方向に分割された一対の感圧部によって構成されている。
【００７４】
図２６に示す変形例では、第１実施形態の感圧部４１〜４４に加えて、平面中心に感圧部４５が設けられている。
【００７５】
６．さらに他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
感圧センサは、抵抗変化型感圧センサ、容量変化型感圧センサに限定されない。
感圧部の平面形状は、矩形に限定されない。感圧部の平面形状は、正方形、直線形、曲線形、直線同士の組み合わせであってもよい。また、感圧部の平面形状は基材の辺に沿った形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、圧力検出装置及びそれを用いた情報入力装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１        ：情報入力装置
５        ：ハウジング
５ａ      ：凹部
５ｂ      ：底部
５ｃ      ：側部
５ｄ      ：縁部
７        ：カバー部材
９        ：タッチパネル
１１      ：表示装置
１３      ：感圧センサ
１５      ：光学フィルム群
１７      ：反射板
１９      ：感圧センサ
２１      ：板金
２３      ：支持体
２４      ：隙間
２５      ：センサ構造
４１      ：第１感圧部
４２      ：第２感圧部
４３      ：第３感圧部
４４      ：第４感圧部
５１      ：制御部
５５      ：タッチパネル検出部
５７      ：感圧センサ検出部
５９      ：表示制御部
６０      ：位置算出部
６１      ：圧力算出部
【図１】
2019002813.tif 000003
【図２】
2019002813.tif 000004
【図３】
2019002813.tif 000005
【図４】
2019002813.tif 000006
【図５】
2019002813.tif 000007
【図６】
2019002813.tif 000008
【図７】
2019002813.tif 000009
【図８】
2019002813.tif 000010
【図９】
2019002813.tif 000011
【図１０】
2019002813.tif 000012
【図１１】
2019002813.tif 000013
【図１２】
2019002813.tif 000014
【図１３】
2019002813.tif 000015
【図１４】
2019002813.tif 000016
【図１５】
2019002813.tif 000017
【図１６】
2019002813.tif 000018
【図１７】
2019002813.tif 000019
【図１８】
2019002813.tif 000020
【図１９】
2019002813.tif 000021
【図２０】
2019002813.tif 000022
【図２１】
2019002813.tif 000023
【図２２】
2019002813.tif 000024
【図２３】
2019002813.tif 000025
【図２４】
2019002813.tif 000026
【図２５】
2019002813.tif 000027
【図２６】
2019002813.tif 000028