(57)【要約】      （修正有）【課題】押圧に伴う２つの感圧センサ電極間の距離の変化が小さい場合にも、押圧を検出することが出来る押圧感度が高い感圧センサ装置、タッチセンサ装置及び情報処理装置を提供する。【解決手段】感圧センサ装置１０は、第１感圧センサ電極１１と、第１感圧センサ電極に対して所定の距離だけ離して配置され、第１感圧センサ電極と相互に第３静電容量を有する第２感圧センサ電極１２と、第１感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極との間で第２静電容量を有する第３感圧センサ電極１３と、第１感圧センサ電極に信号を印加する第１の信号発生部３と、第３感圧センサ電極に信号を印加する第２の信号発生部４とを備える。第１の信号発生部及び第２の信号発生部から出力された信号の、第１〜第３静電容量の変化に応じた変化量を検出する検出部１を備える。【選択図】図１
2019086929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置された第３感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極に信号を印加する第１の信号発生部と、
前記第３感圧センサ電極に信号を印加する第２の信号発生部とを備え、
前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第２静電容量を有し、前記第１感圧センサ電極と前記第２感圧センサ電極との間で第３静電容量を有し、
前記第１の信号発生部及び前記第２の信号発生部から出力された信号の、前記第１〜第３静電容量の変化に応じた変化量を検出する検出部を備える
感圧センサ装置。
【請求項２】
前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間に発生する第１静電容量、及び第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間に発生する第２静電容量の充放電サイクルを有する
請求項１に記載の感圧センサ装置。
【請求項３】
前記第２の信号発生部より前記第３感圧センサ電極に印加される信号は、前記第１の信号発生部より第１感圧センサ電極に印加される信号と逆相である
請求項１又は２に記載の感圧センサ装置。
【請求項４】
前記第２の信号発生部より前記第３感圧センサ電極に印加される信号は、前記第１の信号発生部より第１感圧センサ電極に印加される信号と同相である
請求項１又は２に記載の感圧センサ装置。
【請求項５】
前記第２の信号発生部より前記第３感圧センサ電極に印加される信号は、前記第１の信号発生部より第１感圧センサ電極に印加される信号と固定又はランダムな位相差がある
請求項１又は２に記載の感圧センサ装置。
【請求項６】
前記第２の信号発生部に代えて、前記第１の信号発生部が前記第３感圧センサ電極と接続されている
請求項１に記載の感圧センサ装置。
【請求項７】
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極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のシールド電極を備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の感圧センサ装置。
【請求項８】
前記シールド電極に対して前記第３感圧センサ電極よりも近い位置に前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極が配置される
請求項７に記載の感圧センサ装置。
【請求項９】
前記シールド電極に対して前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極よりも近い位置に前記第３感圧センサ電極が配置される
請求項８に記載の感圧センサ装置。
【請求項１０】
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極は、同一面に配置される
請求項８又は９に記載の感圧センサ装置。
【請求項１１】
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極は、異なる面に配置される
請求項８又は９に記載の感圧センサ装置。
【請求項１２】
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極は、一部が重なって配置される
請求項１１に記載の感圧センサ装置。
【請求項１３】
さらに、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間、及び前記第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間の間隔を維持するための間隔維持部材を備える
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の感圧センサ装置。
【請求項１４】
前記間隔維持部材は、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間、及び前記第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間に設けられる弾性体である
請求項１３に記載の感圧センサ装置。
【請求項１５】
前記間隔維持部材は、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間以外の箇所、及び前記第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間以外の箇所に設けられる弾性体又はスペーサである
請求項１３に記載の感圧センサ装置。
【請求項１６】
前記検出部から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部とを備える
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の感圧センサ装置。
【請求項１７】
タッチ位置を検出するタッチ電極と、感圧センサ装置と、を備え、
前記感圧センサ装置は、
第１感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置された第３感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極に信号を印加する第１の信号発生部と、
前記第３感圧センサ電極に信号を印加する第２の信号発生部とを備え、
前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第２静電容量を有し、前記第１感圧センサ電極と前記第２感圧センサ電極との間で第３静電容量を有し、
前記第１の信号発生部及び前記第２の信号発生部から出力された信号の、前記第１〜第３静電容量の変化に応じた変化量を検出する検出部を備える
タッチセンサ装置。
【請求項１８】
前記第１感圧センサ電極、前記第２感圧センサ電極、又は前記第３感圧センサ電極のうち、少なくとも一つが前記タッチ電極として用いられる
請求項１７に記載のタッチセンサ装置。
【請求項１９】
さらに、前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極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のシールド電極を備え、
前記シールド電極が前記タッチ電極として用いられる
請求項１７に記載のタッチセンサ装置。
【請求項２０】
タッチ位置を検出するタッチ電極と、感圧センサ装置とを有するタッチセンサ装置と、表示装置と、を備え、
前記感圧センサ装置は、
第１感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置された第３感圧センサ電極と、
前記第１感圧センサ電極に信号を印加する第１の信号発生部と、
前記第３感圧センサ電極に信号を印加する第２の信号発生部とを備え、
前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第２静電容量を有し、前記第１感圧センサ電極と前記第２感圧センサ電極との間で第３静電容量を有し、
前記第１の信号発生部及び前記第２の信号発生部から出力された信号の、前記第１〜第３静電容量の変化に応じた変化量を検出する検出部を備え、
前記表示装置は、前記タッチ電極が検出した前記タッチ位置、及び前記検出部の出力に応じた画像を表示する
情報処理装置。
【請求項２１】
さらに、前記検出部から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部と、を備え、
前記信号処理部が、前記表示装置に表示する前記画像の制御を行う
請求項２０に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧センサ装置、タッチセンサ装置及び情報処理装置に関する。
【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た。
【０００３】
例えば特許文献１には、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センサ装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特許文献１に開示された静電容量方式の押圧検出センサは、対向した電極間の距離が変化する構成であり、対向する電極間の静電容量が変化することによって入力操作面の押圧を検出することが可能であった。ここで、タッチ座標を検出する為の静電容量方式のタッチセンサ装置では、互いに交差する方向（例えば、直交するＸ，Ｙ方向）にＸ座標タッチ電極、Ｙ座標タッチ電極が配置されている。
【０００６】
指やスタイラスペン等の指示媒体が入力操作面に接触すると、指示媒体が接触したタッチ位置に対するＸ座標タッチ電極、Ｙ座標タッチ電極から指に電荷が移動し、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間を移動する電荷が減少する。押圧検出センサは、電荷の減少を検出したＸ座標タッチ電極、Ｙ座標タッチ電極によって定まるタッチ位置にてタッチが行われたと判定することができる。
【０００７】
また、従来の感圧センサは、弾性体を介して対向する２つの感圧センサ電極で構成されていた。ここで、感圧センサ電極間の静電容量は、次式（１）に基づいて求められる。
Ｃ＝ε0εrＳ／ｄ  …（１）
Ｃ：静電容量、ε0：真空の誘電率、εr：感圧センサ電極間の比誘電率、Ｓ：感圧センサ電極の対向面積、ｄ：感圧センサ電極間の距離
【０００８】
式（１）より、感圧センサ電極の対向面積が大きくなるほど、又は感圧センサ電極間の距離が短くなるほど、感圧センサ電極間の静電容量が増加することが示される。従来の感圧センサ装置では、入力操作面が押圧され、２つの感圧センサ電極間の距離が短くなることで増加する静電容量に基づいて押圧されたことが検出されていた。式（１）に示す関係は、感圧センサ電極に限らず、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量においても成立する。
【０００９】
しかし、従来の感圧センサ装置では、入力操作面が押圧され、２つの感圧センサ電極間の距離が短くなることで増加する静電容量の変化を検出することにより押圧されたことを検出していたため、入力操作面の押圧に伴う２つの感圧センサ電極間の距離の変化が小さい場合、静電容量の変化も小さく、必要とする押圧感度を得ることが困難となる。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、押圧に伴う２つの感圧センサ電極間の距離の変化が小さい場合にも、押圧を検出することが出来る押圧感度が高い感圧センサ装置、タッチセンサ装置及び情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る感圧センサ装置は、第１感圧センサ電極と、前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置された第３感圧センサ電極と、前記第１感圧センサ電極に信号を印加する第１の信号発生部と、前記第３感圧センサ電極に信号を印加する第２の信号発生部とを備え、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間で第２静電容量を有し、前記第１感圧センサ電極と前記第２感圧センサ電極との間で第３静電容量を有し、前記第１の信号発生部及び前記第２の信号発生部から出力された信号の、前記第１〜第３静電容量の変化に応じた変化量を検出する検出部を備える。
【００１２】
また、本発明に係るタッチセンサ装置は、タッチ位置を検出するタッチ電極と、上述した感圧センサ装置とを備える。
【００１３】
また、本発明に係る情報処理装置は、上述したタッチ位置を検出するタッチ電極と、感圧センサ装置とを有するタッチセンサ装置に加え、タッチ電極が検出したタッチ位置、及び感圧センサ装置の出力に応じた画像を表示する表示装置を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入力操作面が押圧され、第３感圧センサ電極と第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極との間の距離が短くなることで、第１の信号発生部及び第２の信号発生部から出力された信号の、第１〜第３静電容量の変化に応じた変化量に基づいて押圧されたことを検出することが可能となる。このとき、第１の信号発生部及び第２の信号発生部の出力を高めることで、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極間に流れる信号の変化量を大きくすることができ、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極と第３感圧センサ電極との距離の変化が小さい場合にも高感度に押圧を検出することができる。
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の基本構成例を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第１の変形例を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第２の変形例を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第３の変形例を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第４の変形例を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第５の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明の第２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８】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の基本構成例を示す説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第１の変形例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第２の変形例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第３の変形例を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第４の変形例を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第５の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態例について、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。
【００１８】
［第１の実施の形態］
＜感圧センサ装置の基本構成＞
始めに、本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の構成について説明する。図１は、感圧センサ装置１０の基本構成例を示す説明図である。図１に示す感圧センサ装置１０は、静電容量方式により感圧センサ装置１０の入力操作面が押圧されたことを検知可能である。
【００１９】
図１の左側に示すように感圧センサ装置１０は、検出部１、信号処理部２、第１感圧センサ電極１１、第２感圧センサ電極１２、第３感圧センサ電極１３、シールド電極１４、弾性体２０、第１の信号発生部３、第２の信号発生部４を備える。
【００２０】
検出部１は、前記第２感圧センサ電極１２に接続され、第１〜第３感圧センサ電極１１〜１３の相互間における静電容量の変化に伴って、第１の信号発生部３及び第２の信号発生部４から出力され、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間、第１感圧センサ電極１１及び第３感圧センサ電極１３間、並びに第２感圧センサ電極１２及び第３感圧センサ電極１３間を通り検出部１に流れる電流の変化を検出することが可能である。なお、検出部１や、後述する信号処理部２、第１の信号発生部３、第２の信号発生部４は、ハードウェア又はファームウェアで構成することができる。検出部１は、電流の変化を検出すると、電流の変化に応じた検出信号を信号処理部２に出力する。
【００２１】
信号処理部２は、検出部１から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う。例えば、信号処理部２が、感圧センサ装置１０に接続された不図示の電子機器に対して制御信号を出力してもよい。検出部１、信号処理部２は、図３以降の感圧センサ装置１０にも接続されているが、図面の記載を簡略化するため、図３以降では、検出部１、信号処理部２の図示を省略している。
【００２２】
感圧センサ装置１０の最上部（図中のＺ方向の上側）には、グランドや特定の電位に接続されるシールド電極１４が配置されている。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。感圧センサ装置１０がシールド電極１４を備えなければ、指が第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に近づくだけで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に電荷が流入又は流出する。シールド電極１４を設けることにより、シールド電極１４に接近した指から不要な電荷が第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に流入又は流出し、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量が意図せずに変化することを防ぐことができる。ただし、指等が、後述する第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。
【００２３】
図１では、シールド電極１４の下のシールド電極１４に対して第３感圧センサ電極１３よりも近い位置に第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が同一面に配置されている。第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２は、水平方向に距離ｄ１だけ離して配置される。第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が距離ｄ１だけ対向する部分には容量素子Ｃ３が発生する。
【００２４】
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の下に弾性体２０（間隔維持部材の一例）が配置される。弾性体２０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２０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、ポリオレフィン系発泡体等がある。弾性体２０は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間の間隔を維持するために用いられる。図１では、この弾性体２０は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間に設けられる。
【００２５】
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から離して配置される。図１では、弾性体２０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の一部が対向する位置に配置される例が示されている。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には容量素子Ｃ１が発生し、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容量素子Ｃ２が発生する。容量素子Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ静電容量を持つ。
【００２６】
第１の信号発生部３は、一端が第１感圧センサ電極１１に接続され、他端が検出部１に接続されている。第２の信号発生部４は、一端が第３感圧センサ電極１３に接続され、他端が検出部１に接続されている。
【００２７】
第１の信号発生部３及び第２の信号発生部４より印加される信号は、検出部１によって電流の変化量が検出される。検出部１は、第１〜第３感圧センサ電極１１〜１３の相互間における静電容量の変化に伴って変化する電流の変化量に応じた検出信号を信号処理部２に出力し、押圧を検出することができる。
【００２８】
第１の信号発生部３及び第２の信号発生部４より印加される信号は、交流信号などの矩形波、三角波、サイン波、鋸歯状波等、一定の周期と振幅を持った波形を有する。あるいは、これらの合成である複数の孤立的な波形を適用してもよい。
【００２９】
感圧センサ装置１０は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対する第３感圧センサ電極１３の電位差を大きくすることにより、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間で電荷が移動しやすくなる。また、感圧センサ装置１０は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間に発生する容量素子Ｃ１、Ｃ２の充放電サイクルを実現することができる。
【００３０】
これにより、感圧センサ装置１０は、感圧センサ装置１０が押下されたときの、第１、第２の信号発生部３，４より出力され、検出部１に流れる電流の変化量を大きくすることができ、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極と第３感圧センサ電極との距離の変化が小さい場合にも高感度に押圧を検出することができる。
【００３１】
すなわち、図１の右側に示すように、指等の指示媒体によって感圧センサ装置１０のシールド電極１４が下方に押圧されたとする。ただし、シールド電極１４の上には、後述する図７に示すトッププレート２３が設置される場合がある。この場合には、指がトッププレート２３を押圧するときの押圧力がシールド電極１４に加わることで、シールド電極１４が押圧される。また、シールド電極１４と第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間には、後述する図７に示す第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２等が配置されており、シールド電極１４に対する第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の距離は変わらない。
【００３２】
シールド電極１４が下方に距離ｄ３だけ移動すると、弾性体２０が垂直方向に圧縮され、変形する。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ｄ２、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の高さｄ２が、距離ｄ３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、及び第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り、上式（１）に示したように第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の容量素子Ｃ１の第１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間の容量素子Ｃ２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間の容量素子Ｃ３の第３静電容量が減少する。
【００３３】
ここで、感圧センサ装置１０において、指等の指示媒体によって感圧センサ装置１０のシールド電極１４が下方に押圧されたときに、第１、第２静電容量の変化による第３静電容量の変化を感度よく捉えるためには、（ａ）第１感圧センサ電極１１と第２感圧センサ電極１２との電気的な結合が弱く、（ｂ）第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、第３感圧センサ電極１３との電気的な結合が強いことが望ましい。
【００３４】
（ｂ）を実現するためには、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、第３感圧センサ電極１３との間の高さｄ２が短くなる必要があり、指等の指示媒体によって感圧センサ装置１０のシールド電極１４が下方に押圧されることに伴い、前記高さｄ２が短くなることにより実現される。
【００３５】
（ｂ）による第１〜第３静電容量の変化を捉えることにより検出部１に流れる電流（電荷量）変化をとらえる手法は、検出部１に流れる電流の電荷量を求める次式（２）において、静電容量Ｃの変化を捉えて電荷量Ｑの変化量を測る手法といえる。
Ｑ＝ＣＶ・・・（２）
Ｃ：静電容量、Ｑ：電荷量、Ｖ：電位差
【００３６】
式（２）に示すように、押圧されたことにより第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、第３感圧センサ電極１３とが近づいて距離が短くなると第１、第２感圧センサ電極１１，１２と第３感圧センサ電極１３との間の第１、第２静電容量も比例して大きくなり、第１〜第３感圧センサ電極１１〜１３間を流れる電荷量は多くなる。
【００３７】
しかし、弾性体２０や後述するベースフィルムの素材、操作者の押圧力などの条件によっては、所望の高さｄ２を得られない場合がある。
【００３８】
感圧センサ装置１０は、第１、第２の信号発生部３，４により信号を印加することにより、式（２）におけるＶで電荷量Ｑの変化を大きくする、すなわち、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対する第３感圧センサ電極１３の電位差を大きくすることによって電荷の移動を促進させ、第１、第２の信号発生部３，４より出力される電荷量Ｑの変化を大きくすることができる。したがって、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との距離の変化が小さい場合にも高感度に押圧を検出することができる。
【００３９】
ここで、第３感圧センサ電極１３を特定の電位に固定してしまうと、いったん信号が出力されると第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に発生する容量素子Ｃ１と、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発生する容量素子Ｃ２の静電容量は放電されないため、Ｖの制御ができない。このため、静電容量の変化のみで電荷量の変化を捉えることとなり、感度には限界がある。
【００４０】
一方、感圧センサ装置１０は、第１、第２の信号発生部３，４により交流信号などの一定の周期と振幅を持った波形を有する信号を印加することにより、容量素子Ｃ１、Ｃ２の充放電サイクルが実現されている。したがって、第１、第２の信号発生部３，４の出力を大きくする、すなわち第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との電位差を大きくすることにより、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との距離の変化に伴う第１感圧センサ電極１１〜第３感圧センサ電極１３相互間に流れる電荷量Ｑの変化を増大させ、検出部１に流れる電荷量Ｑの変化率を大きくすることができる。
【００４１】
検出部１は、第１〜第３感圧センサ電極１１〜１３間に流れる電流の変化を検出すると、電流の変化率に基づき、異なる検出信号を信号処理部２に出力する。これにより、感圧センサ装置１０は、入力操作面が押圧されたことを検知することができる。
【００４２】
信号処理部２は、検出部１から入力する検出信号に基づいて感圧センサ装置１０がどの位押圧されたかを判定することができ、感圧センサ装置１０に接続された不図示の電子機器に対して制御信号を出力して押圧量に応じた所定の処理（例えば、表示画面の切替え）を行うことが可能となる。
【００４３】
また、感圧センサ装置１０によれば、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との電位差を利用して電荷量Ｑの変化率を大きくすることができることから、第１感圧センサ電極１１〜第３感圧センサ電極１３相互間の静電容量を大きくするために第１〜第３感圧センサ電極１１〜１３の電極サイズを大きくする必要もなく（前記式（１）参照）、押圧感度を向上させることができる。
【００４４】
第２の信号発生部４より第３感圧センサ電極１３に印加される信号は、第１の信号発生部３より第１感圧センサ電極１１に印加される信号と逆相としてもよい。これにより、特定の条件下で、検出部１に流れる電流を減少させることができる。
【００４５】
また、第２の信号発生部４より第３感圧センサ電極１３に印加される信号は、第１の信号発生部３より第１感圧センサ電極１１に印加される信号と同相としてもよい。これにより、特定の条件下で、検出部１に流れる電流を増加させることができる。
【００４６】
また、第２の信号発生部４より第３感圧センサ電極１３に印加される信号は、第１の信号発生部３より第１感圧センサ電極１１に印加される信号と位相差を有していてもよい。なお、第１の信号発生部３及び第２の信号発生部４より印加される信号間の位相差は固定又はランダムであってもよい。これにより、特定の条件下で、検出部１に流れる電流の変化を大きくすることができる。
【００４７】
＜感圧センサ装置の第１の変形例＞
図２は、感圧センサ装置１０の第１の変形例を示す断面図である。図２に示すように、感圧センサ装置１０は、第２の信号発生部４に代えて、第１の信号発生部３が第３感圧センサ電極１３と接続されてもよい。
【００４８】
第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間に信号を印加する信号発生部と、第３感圧センサ電極１３に交流信号を印加する信号発生部を共有させることにより、回路構成を簡素化することができる。
【００４９】
＜感圧センサ装置の第２の変形例＞
図３は、感圧センサ装置１０の第２の変形例を示す説明図である。図３の左側に示す感圧センサ装置１０Ａは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が異なる面に配置される構成としている。第２感圧センサ電極１２と弾性体２０の間には不図示の樹脂、接着剤等が封入されている。
【００５０】
図３の右側に示す感圧センサ装置１０Ｂは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が異なる面に配置され、さらに第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の一部が重なって配置される様子が示される。
【００５１】
このような感圧センサ装置１０Ａ，１０Ｂであっても、図１Ａに示した感圧センサ装置１０と同様に、押圧されたことを高感度で検出することが可能である。
【００５２】
＜感圧センサ装置の第３の変形例＞
図４は、感圧センサ装置１０の第３の変形例を示す説明図である。図４に示す感圧センサ装置１０Ｃは、シールド電極１４の下に第３感圧センサ電極１３を配置した構成としている。このため、シールド電極１４に対して第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２よりも近い位置に第３感圧センサ電極１３が配置される。
【００５３】
そして、第３感圧センサ電極１３の下に弾性体２０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を配置している。図１に示した感圧センサ装置１０に示したように、シールド電極１４の下に、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が配置された場合、シールド電極１４がわずかに変形することで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量にも意図しない変化が生じることがある。このため、図４に示すように感圧センサ装置１０Ｃを構成すれば、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量は、シールド電極１４に影響されずに変化するので、図１に示した感圧センサ装置１０と比べて、シールド電極１４が押圧された時に静電容量の変化を検出する感度を高めることができる。
【００５４】
なお、第３感圧センサ電極１３が存在することにより、第１静電容量、第２静電容量及び、第３静電容量が指等の影響を受けない場合には、シールド電極１４を必要としない。このため、感圧センサ装置１０Ｃからシールド電極１４を除いた場合には、シールド電極１４の機能を第３感圧センサ電極１３に持たせることもできる。逆に、第３感圧センサ電極１３を除いて、シールド電極１４に、第３感圧センサ電極１３の機能を持たせてもよい。
【００５５】
＜感圧センサ装置の第４の変形例＞
図５は、感圧センサ装置１０の第４の変形例を示す説明図である。図５に示す感圧センサ装置１０Ｄは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間とは異なる場所に弾性体２０が配置されている。この弾性体２０は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所（例えば、感圧センサ装置１０Ｄの筐体部分）に設けられる。
【００５６】
ここで、シールド電極１４が押圧されていないときには感圧センサ装置１０Ｄが図５の左に示す状態であるが、シールド電極１４が下に距離ｄ３だけ押圧されると、弾性体２０が圧縮されることにより、図５の右に示すようにシールド電極１４と、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が第３感圧センサ電極１３に近づく。そして、検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の第３静電容量が変化したことの検出が可能となる。
【００５７】
＜感圧センサ装置の第５の変形例＞
図６は、感圧センサ装置１０の第５の変形例を示す説明図である。図６に示す感圧センサ装置１０Ｅは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間とは異なる場所にスペーサ２５（間隔維持部材の一例）が配置されている。スペーサ２５はシールド電極１４が押圧されても変形しないものとする。スペーサ２５は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所（例えば、感圧センサ装置１０Ｅの筐体部分）に設けられる。
【００５８】
このため、シールド電極１４が押圧されていないときには感圧センサ装置１０Ｅが図６の左に示す状態であっても、シールド電極１４が下に距離ｄ４だけ押圧されると、後述する図７に示すようなトッププレート２３が下に撓むことにより、シールド電極１４と、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が第３感圧センサ電極１３に近づく。そして、検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の第３静電容量が変化したことの検出が可能となる。
［第２の実施の形態］
【００５９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここでは、感圧センサ装置を備えるタッチセンサ装置と、このタッチセンサ装置を備えるタッチパネル装置の構成について説明する。
【００６０】
＜タッチパネル装置の概略構成＞
図７は、タッチパネル装置４０の概略構成図である。図７の上には、上面視したタッチパネル装置４０（情報処理装置の一例）に設置される感圧センサ装置１０の位置と、筐体５２の額縁の位置とが破線で示されている。筐体５２には、感圧センサ装置１０が収容される。筐体５２の額縁上には、６個の感圧センサ装置１０が設けられている。このため、ユーザーが感圧センサ装置１０を直接見ることはない。感圧センサ装置１０が設置される数は、図７に示すように通常は複数個設けられるが、必ずしも複数設ける必要はなく、１個でもよい。
【００６１】
タッチパネル装置４０は、図１に示した検出部１及び信号処理部２を備える。検出部１には、タッチパネル装置４０が備える感圧センサ装置１０の検出部１に流れる電流の変化に基づいて、感圧センサ装置１０が押圧されたことを検出する。なお、検出部１に、タッチセンサ装置３０のＸ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２（いずれもタッチ電極の一例）を接続し、タッチパネル装置４０の入力操作面２４に指が直接又は間接的にタッチしたときに、ＸＹ平面のタッチ位置を検出させてもよい。この場合、検出部１は、検出信号及びタッチ検出信号を信号処理部２に出力する。信号処理部２は、検出信号及びタッチ検出信号に基づいて所定の処理を行う。例えば、信号処理部２が検出信号に基づいて、図７の下に示す表示パネル５０に表示される画像、アイコン等を切替えて表示する制御を行う。検出部１及び信号処理部２は、感圧センサ装置１０、タッチセンサ装置３０、タッチパネル装置４０のいずれかに備える構成としてよい。
【００６２】
図７の下には、タッチパネル装置４０及び感圧センサ装置１０の断面図が示される。筐体５２の額縁の上に、図１に示した感圧センサ装置１０が配置される。感圧センサ装置１０が備える第３感圧センサ電極１３は、筐体５２の額縁と弾性体２０の間に挟むように配置されている。また、Ｘ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２が平面的に重なる領域が、ＸＹ平面の座標検知領域となる。そして、座標検知領域に、表示領域が重なるように表示パネル５０（表示装置の一例）が配置されている。表示パネル５０の表示領域には、信号処理部２が行う画像表示処理により、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２が検出したタッチ位置、及び検出部１に流れ込む電流の変化（押圧変化）に応じた文字、図形、映像、アイコン等の画像が表示される。
【００６３】
トッププレート２３は、タッチパネル装置４０の表面を保護する。トッププレート２３には透明のガラス基板やフィルム等が用いられる。トッププレート２３の表面は、ユーザーがタッチ操作を行うために指を接触させる入力操作面２４となる。また、第１ベースフィルム２１は、Ｘ座標タッチ電極３１、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３１とＹ座標タッチ電極３２が重なる順が逆であれば、第１ベースフィルム２１の同一面上にＹ座標タッチ電極３２、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３１又はＹ座標タッチ電極３２のいずれか一方と同一面に配置される。
【００６４】
第２ベースフィルム２２は、Ｙ座標タッチ電極３２、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３１とＹ座標タッチ電極３２が重なる順が逆であれば、第２ベースフィルム２２の同一面上にＸ座標タッチ電極３１、シールド電極１４を配置してもよい。このため、シールド電極１４は、Ｘ座標タッチ電極３１又はＹ座標タッチ電極３２のいずれか一方と同一面に配置される。
【００６５】
第２ベースフィルム２２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２１と第２ベースフィルム２２及び弾性体２０がＯＣＡを介して貼り合わされ、第２ベースフィルム２２とトッププレート２３がＯＣＡを介して貼り合わされる。
【００６６】
表示パネル５０と、タッチセンサ装置３０との間には空隙５１が設けられている。空隙５１は、トッププレート２３の入力操作面２４が押圧され、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が下に移動する際に、第１ベースフィルム２１の裏面が、表示パネル５０の表面に接触しないようにするために設けられる。なお、第１ベースフィルム２１の下面にＯＣＡ等を用いて表示パネル５０を貼り合わせても良い。ただし、第１ベースフィルム２１と表示パネル５０を貼り合わせた場合、表示パネル５０と筐体５２の間に空隙を設ける必要がある。
【００６７】
ここで、図７に示したタッチパネル装置４０の概略構成を踏まえた上で、タッチセンサ装置と感圧センサ装置の組合せについて図８から順に説明する。図８以降の説明では、表示パネル５０、筐体５２の図示を省略する。また、図８以降に説明する構成においても、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間とは異なる場所に弾性体２０やスペーサ２５（間隔維持部材の一例）を配置してもよい。
【００６８】
＜タッチパネル装置の基本構成＞
図８は、タッチパネル装置４０の基本構成例を示す説明図である。タッチパネル装置４０が備えるタッチセンサ装置３０は、第１ベースフィルム２１、Ｙ座標タッチ電極３２、第２ベースフィルム２２、Ｘ座標タッチ電極３１、トッププレート２３を下から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２１、第２ベースフィルム２２、トッププレート２３は、それぞれ矩形状等に形成される。感圧センサ装置１０は、タッチパネル装置４０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。
【００６９】
感圧センサ装置１０は、図１に示したようにタッチパネル装置４０と筐体５２との間に配置された誘電材料からなる弾性体２０と、弾性体２０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２１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２２の上面に形成される。
【００７０】
本実施の形態においては、６個の感圧センサ装置１０を構成する弾性体２０が連結して１つの枠状に構成される。つまり、６個の感圧センサ装置１０で１つの弾性体２０を共有している。弾性体２０を枠状に設けることにより、タッチパネル装置４０と筐体５２との間、つまりタッチパネル装置４０と表示パネル５０との間の空隙５１に外部からのゴミ等の侵入を防止することができる。
【００７１】
トッププレート２３の表面が、指等の指示媒体により入力操作が行われる入力操作面２４となる。入力操作面２４と垂直な押圧方向（ｚ軸方向下向き）に入力操作面２４が指で押圧されると、感圧センサ装置１０の弾性体２０が縮み、この感圧センサ装置１０が接着固定されているトッププレート２３が押圧方向に移動する。
【００７２】
そして、感圧センサ装置１０は、検出部１に流れる電流の変化を検出する。これにより、検出部１は、入力操作面２４が押圧されたことを検出できる。
【００７３】
＜タッチパネル装置の第１の変形例＞
図９は、タッチパネル装置４０の第１の変形例を示す説明図である。タッチパネル装置４０が備えるタッチセンサ装置３０は、第１ベースフィルム２１の一方の面にＸ座標タッチ電極３１を形成し、他方の面にＹ座標タッチ電極３２を形成してもよい。なお、図９に示すタッチセンサ装置３０は、１枚のＩＴＯフィルムを使用してＸ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２を形成することができ、また、図９に示すタッチセンサ装置３０は、両面ＩＴＯフィルム、あるいは両面メタルメッシュフィルムを使用して形成することができる。
【００７４】
＜タッチパネル装置の第２の変形例＞
図１０は、タッチパネル装置の第２の変形例を示す説明図である。タッチパネル装置４０Ａは、トッププレート２３の下にＸ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２を直接形成した構成としている。このため、図７に示したタッチパネル装置４０と比べて、第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２は、シールド電極１４の大きさ程度であればよい。Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２は、シールド電極１４と同一の面に形成されるため、タッチパネル装置４０と比べて一層シンプルな構成となる。
【００７５】
＜タッチパネル装置の第３の変形例＞
図１１は、タッチパネル装置の第３の変形例を示す説明図である。タッチパネル装置４０Ｂは、弾性体２０の上に第３ベースフィルム２６を配置し、第３ベースフィルム２６の上に第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を水平方向に並べて配置し、さらに第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の上に第４ベースフィルム２７を配置している。そして、第４ベースフィルム２７の上にシールド電極１４が配置されている。第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２、トッププレート２３と、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２の配置は、図８に示したタッチパネル装置４０と同様である。
【００７６】
＜タッチパネル装置の第４の変形例＞
図１２は、タッチパネル装置の第４の変形例を示す説明図である。タッチパネル装置４０Ｃは、タッチパネル装置４０Ｂと同様の構成であるが、第２ベースフィルム２２の上にシールド電極１４を配置した点が異なる。タッチパネル装置４０Ｃでは、タッチパネル装置４０Ｂと比べて、シールド電極１４と、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２との間の距離が広がる。これにより、外部から流入又は流出する電荷による、第１静電容量、第２静電容量及び第３静電容量に対する影響を一層抑えることができ、感圧センサ装置１０の感圧検出を高感度化することができる。
【００７７】
＜タッチパネル装置の第５の変形例＞
図１３は、タッチパネル装置の第５の変形例を示す説明図である。タッチパネル装置４０Ｄは、弾性体２０の上に第２感圧センサ電極１２を配置し、弾性体２０及び第２感圧センサ電極１２の上に第１ベースフィルム２１を配置し、第１ベースフィルム２１の上に、Ｙ座標タッチ電極３２と第１感圧センサ電極１１を並べて配置している。さらに、第１ベースフィルム２１の上に配置された第２ベースフィルム２２の上にＸ座標タッチ電極３１とシールド電極１４を並べて配置している。第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２、トッププレート２３と、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２の配置は、図８に示したタッチパネル装置４０と同様である。
【００７８】
なお、第１感圧センサ電極１１と第２感圧センサ電極１２は異なる平面上に配置される構成であればよい。例えば、弾性体２０の上に第１感圧センサ電極１１を配置し、第１ベースフィルム２１の上に第２感圧センサ電極１２を配置してもよい。
【００７９】
以上説明した第１及び第２の実施の形態では、従来の感圧センサ装置のように、弾性体を挟んで対向した２つの感圧センサ電極間の静電容量を検出する方法と比較した場合、本実施の形態に係る感圧センサ装置では、より少ない変位で感圧を検出可能である。すなわち感圧センサ装置の感圧検出の高感度化を図ることができる。この結果、弾性体を従来より固く設計した場合でも、感圧を検出することができるため、感圧センサ装置の小型化を達成することができる。
［変形例］
【００８０】
なお、感圧センサ装置がスイッチ等として用いられる場合には、信号処理部２は不要となる。検出部１に流れ込む電流の変化がしきい値を超えた時に、感圧センサ装置自身がオン信号又はオフ信号を出力して、感圧センサ装置に接続された電気機器の動作を切替えるようにしてもよい。
【００８１】
また、第１感圧センサ電極１１、第２感圧センサ電極１２、又は第３感圧センサ電極１３のうち、少なくとも一つをタッチ電極として用いてもよい。また、シールド電極１４をタッチ電極として用いてもよい。これにより、Ｘ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２のいずれかの構成を省略することができ、タッチセンサ装置３０、タッチパネル装置４０の製造コストを削減することができる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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ていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１  検出部、２  信号処理部、３  第１の信号発生部、４  第２の信号発生部、１０  感圧センサ装置、１１  第１感圧センサ電極、１２  第２感圧センサ電極、１３  第３感圧センサ電極、１４  シールド電極、２０  弾性体、２１  第１ベースフィルム、２２  第２ベースフィルム、２３  トッププレート、２４  入力操作面、３０  タッチセンサ装置、３１  Ｘ座標タッチ電極、３２  Ｙ座標タッチ電極、４０  タッチパネル装置、５０  表示パネル
【図１】
2019086929.tif 000003
【図２】
2019086929.tif 000004
【図３】
2019086929.tif 000005
【図４】
2019086929.tif 000006
【図５】
2019086929.tif 000007
【図６】
2019086929.tif 000008
【図７】
2019086929.tif 000009
【図８】
2019086929.tif 000010
【図９】
2019086929.tif 000011
【図１０】
2019086929.tif 000012
【図１１】
2019086929.tif 000013
【図１２】
2019086929.tif 000014
【図１３】
2019086929.tif 000015