(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数配置された容量電極、を有する第１基板と、
前記容量電極を挟んで前記第１基板と対向配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された、弾性体若しくは流体からなる誘電体と、
外圧によって先端部が前記第２基板に当接した状態で弾性変形する弾性体突起、が形成された第３基板と、を備え、
１つの前記弾性体突起に対して複数の前記容量電極が配置され、外圧の方向と大きさを検出する検出装置を含むことを特徴とする電子機器装置。
【請求項２】
外圧によって前記弾性体突起が弾性変形することにより変化する、前記容量電極と前記誘電体とで構成される複数の容量検出素子の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と外圧の大きさを演算する演算装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子機器装置。
【請求項３】
前記複数の容量電極は、基準点に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器装置。
【請求項４】
前記複数の容量電極は、互いに直交する２方向にマトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器装置。
【請求項５】
前記容量電極は、前記第1基板に配置された第１容量電極と、前記第２基板に配置された第２容量電極２と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の電子機器装置。
【請求項６】
前記容量電極は、前記第１基板の基準点と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器装置。
【請求項７】
前記複数の容量電極は、互いに直交する２方向に少なくとも４行４列に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の電子機器装置。
【請求項８】
前記弾性体突起は前記第３基板に複数形成されており、
前記複数の弾性体突起は、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子機器装置。
【請求項９】
前記第１基板と前記第２基板の間には、少なくとも隣接する前記弾性体突起の境界に、前記第１基板と前記第２基板との間の距離を一定に保つスペーサーが配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電子機器装置。
【請求項１０】
前記第３基板の前記弾性体突起が形成された側と反対の側には、前記第３基板よりも高い剛性を有する補強部材が配置されていることを特徴とする請求項８または９に記載の電子機器装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子機器装置は、ロボットハンドであることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子機器装置はロボットであることを特徴とする。
【請求項１３】
第１及び第２の電極が配置された第１基板と、
第３の電極が配置された第２基板と、
弾性体突起が配置された第３基板と、を備え、
前記弾性体突起のそれぞれに対して前記前記第１及び第２の電極が配置された前記第１基板の面と前記第３の電極が配置された第２基板の面とが誘電体を介して向かい合うように、前記第１基板と第２基板とが配置され、
前記弾性体突起が配置された前記第３基板の面と前記第２基板とが向かい合うように、前記第３基板と前記第２基板とが配置され、測定面にかかる外圧の方向を検出する検出装置を備えたことを特徴とする電子機器装置。
【請求項１４】
前記測定面に前記外圧がかかった際に、前記弾性体突起が前記第２基板を押圧することで前記誘電体の厚みが変化し、前記誘電体の厚みの変化に応じて変化する前記第１及び第２の電極から検出される電流値の差分に基づいて、前記測定面にかかる外圧の方向を検出することを特徴とする請求項１３に記載の電子機器装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２の電極で検出される電流値に基づいて、前記測定面にかかる外圧の大きさを検出することを特徴とする請求項１４記載の電子機器装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２の電極の配置位置に応じた補正係数に基づいて、前記測定面にかかる外圧の方向を検出することを特徴とする請求項１４または１５に記載の電子機器装置。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の前記検出装置を備えることを特徴とするロボットハンド。
【請求項１８】
請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の前記検出装置を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１９】
第１及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極のそれぞれに隣り合う位置に配置された第３の電極とを備えた第１基板と、
第２基板と、
弾性体突起が配置された第３基板と、を備え、
前記弾性体突起のそれぞれに対して前記第１及び第２の電極と前記第３の電極が配置された前記第１基板の面と第２基板とが誘電体を介して向かい合うように、前記第１基板と第２基板とが配置され、
前記弾性体突起が配置された前記第３基板の面と前記第２基板とが向かい合うように、前記第３基板と前記第２基板とが配置された検出装置を備えたことを特徴とする電子機器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、電子機器装置、ロボットハンド及びロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外力を検出する検出装置として、特許文献１〜３に記載の検出装置が知られている。このような検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１３５８３４号公報
【特許文献２】特開平７−１２８１６３号公報
【特許文献３】特開２００９−１７６１８３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の検出装置は、裏面に錘状突起が略均一に配置された受圧シートを用い、その突起の変形量から圧力分布を検出する構成となっている。しかしながら、特許文献１の検出装置では、測定面にかかる圧力の面内方向の力（すべり力）を測定することができない。
特許文献２の検出装置は、受圧シートの表面に複数の柱状突起を格子状に配置し、これら表面突起の周辺部を等分した個所の裏面に円錐状の突起を設けた構成となっている。特許文献２の検出装置では、外圧を３次元の力ベクトルとして検出することは可能であるが、突起の変形の度合いで外圧の検出限界が決まってしまう。
特許文献３の検出装置は、静電容量を検出するセンシング領域を備えた素子基板と対向基板との間に誘電体層を設け、その変形による静電容量の変化から圧力の変化を検出する構成となっている。しかしながら、特許文献３の検出装置では、測定面にかかる外圧の面内方向の力（すべり力）を測定することができない。
以上のように、特許文献１〜３の検出装置では、いずれも外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができなかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な検出装置、電子機器及びロボット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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の検出装置は、基準点に加えられた外圧の方向と大きさを検出する検出装置であって、前記基準点の周りに複数配置された第１容量電極、を有する第１基板と、前記第１容量電極を挟んで前記第１基板と対向配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された、弾性体若しくは流体からなる誘電体と、前記第１基板と前記第２基板との間において前記誘電体を挟んで前記第１容量電極と対向配置された第２容量電極と、前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が前記第２基板に当接した状態で弾性変形する弾性体突起、が形成された第３基板と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この検出装置によれば、弾性体突起と誘電体との２段構成により、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、外圧の方向の検出精度を高めることができる。第３基板の表面に所定の方向の外圧が付加されると、弾性体突起はある程度の厚みまで圧縮変形する。付加される外圧が大きくなると、弾性体突起はこれ以上変形しない臨界点を迎える。弾性体突起に臨界点を越えた外圧が作用すると、誘電体が柔軟に変形する。このため、弾性体突起が変形しうる臨界点以上の大きさの外圧を検出することができる。また、弾性体突起は、所定方向の外圧により変形に偏りが生じる。すなわち、外圧に面内の所定方向のすべり力成分がある場合、弾性体突起の重心は基準点からずれて所定方向（すべり方向）に移動する。すると、弾性体突起の重心が移動した部分の誘電体の厚みが相対的に薄くなる。つまり、各容量検出素子で異なる値の静電容量が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の容量検出素子では相対的に大きい静電容量が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の容量検出素子では相対的に小さい静電容量が検出されることとなる。よって、演算装置により、各容量検出素子で検出された静電容量の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と外圧の大きさを求めることがでる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な検出装置を提供することができる。
【０００８】
前記検出装置において、外圧によって前記弾性体突起が弾性変形することにより変化する、前記第１容量電極と前記第２容量電極と前記誘電体とで構成される複数の容量検出素子の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と大きさを演算する演算装置を備えていてもよい。
【０００９】
前記検出装置において、前記容量検出素子は、前記弾性体突起の弾性変形による静電容量値の変化と前記誘電体の変形による静電容量値の変化とを分けて検出可能になっていてもよい。
【００１０】
この検出装置によれば、容量検出素子が弾性体突起の弾性変形の弾性変形による静電容量値の変化と誘電体の変形による静電容量値の変化とを一括して検出する場合に比べて、外圧を検出することが容易となる。例えば、弾性体突起が臨界点を迎えるまで誘電体がほとんど変形しないとすると、弾性体突起の弾性変形の弾性変形による静電容量値の変化のみを検出すれば外圧が加えられた方向と外圧の大きさを求めることができる。したがって、各容量検出素子の静電容量値の差分を演算することが容易となり、外圧を効率よく検出することができる。
【００１１】
前記検出装置において、前記複数の第１容量電極は、前記基準点に対して点対称に配置されていてもよい。
【００１２】
この検出装置によれば、基準点と各第１容量電極との間の距離が互いに等しくなるので、弾性体突起の変形量と各第１容量電極と第２容量電極とを含んで構成される各容量検出素子が検出する静電容量値との関係が互いに等しくなる。例えば、複数の第１容量電極が基準点から互いに異なる距離に配置される場合、弾性体突起の変形量が同じであっても、各容量検出素子が検出する静電容量値は互いに異なることとなる。このため、検出容量の差分を演算する際に各第１容量電極の配置位置に応じた補正係数が必要となる。しかしながら、この構成によれば、弾性体突起の変形量と各容量検出素子が検出する静電容量値が互いに等しくなるので、前記補正係数は不要となる。したがって、各容量検出素子の静電容量値の差分から外圧の方向と大きさを演算することが容易となり、外圧を効率よく検出することができる。
【００１３】
前記検出装置において、前記複数の第１容量電極は、互いに直交する２方向にマトリックス状に配置されていてもよい。
【００１４】
この検出装置によれば、各第１容量電極と第２容量電極とを含んで構成される各容量検出素子の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分から外圧の方向と大きさを演算することが容易となる。
【００１５】
前記検出装置において、前記第２容量電極は、前記第２基板に配置されていてもよい。
【００１６】
この検出装置によれば、第１容量電極及び第２容量電極が同一の基板に配置される場合に比べて、第１容量電極と第２容量電極との間に印加される電界のベクトル成分が誘電体の厚み方向と平行な方向の成分を多く含むこととなる。つまり、第１容量電極と第２容量電極との間に印加される電界のベクトル成分は、外圧が加えられる方向とほぼ同じとなる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００１７】
前記検出装置において、前記第２容量電極は、前記第１基板の前記基準点と重なる位置に配置されていてもよい。
【００１８】
この検出装置によれば、第１容量電極及び第２容量電極を同一の工程で形成することが可能となる。したがって、製造工程を簡略化することができ、製造効率の向上及び製造コストの低減を図ることができる。また、製造プロセス中の加熱工程などにおいて第２基板に反り等が生じることを抑制することができるので、外圧の検出精度を向上させることができる。また、弾性体突起の変形の過程において電極間の距離を一定に保つことができるので、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００１９】
前記検出装置において、前記複数の第１容量電極は、互いに直交する２方向に少なくとも４行４列に配置されていてもよい。
【００２０】
この検出装置によれば、配置される第１容量電極の数が多くなる。このため、多数の容量検出素子で検出される静電容量に基づいて各容量検出素子の検出結果を積算して外圧の作用する方向を求めることができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００２１】
前記検出装置において、前記弾性体突起は前記第３基板に複数形成されており、前記複数の弾性体突起は、互いに離間して配置されていてもよい。
【００２２】
この検出装置によれば、弾性体突起が弾性変形したときの第３基板本体の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。例えば、一方の弾性体突起が変形したときに他方の弾性体突起に変形の影響を及ぼすことを抑制することができる。このため、複数の弾性体突起が互いに接触して配置されている場合に比べて、外圧を正確に誘電体に伝達することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００２３】
前記検出装置において、前記第１基板と前記第２基板の間には、少なくとも隣接する前記弾性体突起の境界に、前記第１基板と前記第２基板との間の距離を一定に保つスペーサーが配置されていてもよい。
【００２４】
この検出装置によれば、外圧はスペーサーで囲まれた単位検出領域毎に作用することとなる。このため、スペーサーで囲まれた単位検出領域においては、他の単位検出領域との間で相互作用を及ぼし合うことなく、別個独立して外圧を検出することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００２５】
前記検出装置において、前記第３基板の前記弾性体突起が形成された側と反対の側には、前記第３基板よりも高い剛性を有する補強部材が配置されていてもよい。
【００２６】
この検出装置によれば、例えば、外圧が２つの隣り合う弾性体突起の間の領域に作用する場合、補強部材が無いときに比べて２つの隣り合う弾性体突起が互いに反対の方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。つまり、外圧の加えられた方向と反対の方向を検出するといった誤検出を抑制することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００２７】
本発明の電子機器は、上述した検出装置を備えることを特徴とする。
【００２８】
この電子機器によれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供することができる。
【００２９】
本発明のロボットは、上述した検出装置を備えることを特徴とする。
【００３０】
このロボットによれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能なロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るセンシング回路の構成を示す回路図である。
【図３】第１実施形態に係るセンシング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】リセット期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図５】センシング期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図６】読出期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図７】第１実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。
【図８】第１実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。
【図９】第１実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る容量検出素子による垂直方向の圧力分布を示す図である。
【図１１】第１実施形態に係る容量検出素子によるすべり方向の計算例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。
【図１４】第２実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。
【図１５】第２実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図１７】第３実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図１９】第４実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。
【図２０】本発明の第５実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２１】第５実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。
【図２２】第５実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。
【図２３】第５実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。
【図２４】電子機器の一例である携帯電話機の概略構成を示す模式図である。
【図２５】電子機器の一例である携帯情報端末の概略構成を示す模式図である。
【図２６】ロボットの一例であるロボットハンドの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００３３】
以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が第１基板１０に対して平行な方向に設定され、Ｚ軸が第１基板１０に対して直交する方向に設定されている。
【００３４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る検出装置１の概略構成を示す分解斜視図である。図１においては、便宜上、誘電体４０（図７参照）の図示を省略している。図１において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された複数の容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４（第１容量電極１２と第２容量電極２２と誘電体４０とで構成される素子）が検出する単位検出領域を示している。
【００３５】
検出装置１は、基準点に加えられた外圧の方向を検出する静電容量方式のタッチパッドであり、例えばノートパソコン等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられるものである。なお、「基準点」とは、すべり力が作用していない場合に弾性体突起の中心が位置するポイントである。
【００３６】
図１に示すように、検出装置１は、基準点Ｐの周りに複数配置された第１容量電極１２、を有する第１基板１０と、第１容量電極１２を挟んで第１基板１０と対向配置された第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に配置された誘電体４０（図７参照）と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第２基板２０に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２、が形成された第３基板３０と、を備えている。
【００３７】
検出装置１は、外圧によって弾性体突起３２が弾性変形することにより変化する複数の容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と外圧の大きさを演算する演算装置（図示略）を備えている。
【００３８】
容量検出素子は、弾性体突起３２の弾性変形による静電容量値の変化と誘電体４０の変形による静電容量値の変化とを分けて検出することが可能になっている。
【００３９】
なお、本実施形態では、第１基板１０に第１容量電極１２が配置され、第２基板２０に第２容量電極２２が配置されている。つまり、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の誘電体４０に縦方向（Ｚ方向）の電界を印加させる縦電界方式を採用している。
【００４０】
第１基板１０は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形板状の第１基板本体１１と、第１基板本体１１に配置された複数の第１容量電極１２と、を具備して構成されている。例えば、第１基板本体１１の大きさ（平面視のサイズ）は、縦５６ｍｍ×横５６ｍｍ程度になっている。
【００４１】
複数の第１容量電極１２は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の第１容量電極１２は、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）にマトリックス状に配置されている。これにより、基準点Ｐと各第１容量電極１２との間の距離が互いに等しくなるので、各第１容量電極１２と第２容量電極２２とを含んで構成される各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４が検出する静電容量値が互いに等しくなる。よって、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値の差分を演算することが容易となる。なお、静電容量値の差分の演算方法については後述する。
【００４２】
隣り合う第１容量電極１２の間隔は、０．１ｍｍ程度になっている。このため、外乱や静電気等の影響により隣り合う位置の容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４で検出される静電容量の値にノイズがのらないようになっている。
【００４３】
複数の第１容量電極１２は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。４つの第１容量電極１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。例えば、単位検出領域Ｓの大きさ（平面視のサイズ）は、縦２．８ｍｍ×横２．８ｍｍ程度になっている。また、４つの第１容量電極１２の各面積がほぼ等しくなっている。第１容量電極１２の形成材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることができる。
【００４４】
第２基板２０は、例えばプラスチック等の材料で構成された矩形板状の第２基板本体２１と、第２基板本体２１に配置された第２容量電極２２と、を具備して構成されている。第２基板本体２１は、接触面に外圧が作用したときに可撓性を有する程度の厚さに形成されている。なお、第２基板本体２１は平面視において第１基板本体１１と同じサイズに形成されている。
【００４５】
第２容量電極２２は、複数の第１容量電極１２の全体と重なる位置に配置されている。具体的には、第２容量電極２２は、第２基板本体２１の下面の露出する部位全体に亘って形成されている。第２容量電極２２の形成材料としては、第１容量電極１２と同様に、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることができる。
【００４６】
誘電体４０（図７参照）は、第１基板１０と第２基板２０との間に配置された、弾性体若しくは流体からなるものである。誘電体４０の形成材料としては、例えば、ゴム等の弾性体を用いることもできるし、シリコンオイルや液晶等の流体を用いることもできる。
【００４７】
第１基板１０と第２基板２０との間には、第１基板１０と第２基板２０との間の距離を一定に保つスペーサー（図示略）が複数配置されている。複数のスペーサーは、弾性体突起３２がマトリックス状に配置された領域の外周部に配置される。これにより、誘電体４０は、第１基板１０と第２基板との間においてＺ方向に一定の厚みを有して構成されている。
【００４８】
第３基板３０は、矩形板状の第３基板本体３１と、第３基板本体３１に配置された複数の弾性体突起３２と、を具備して構成されている。第３基板本体３１は、外圧を直接受ける部分である。第３基板本体３１は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成することもできるし、発泡ウレタン樹脂等の樹脂材料で構成することもできる。本実施形態では、第３基板本体３１及び弾性体突起３２の形成材料として樹脂材料を用い、第３基板本体３１及び弾性体突起３２を金型で一体形成している。
【００４９】
複数の弾性体突起３２は、第３基板本体３１上においてＸ方向及びＹ方向にマトリックス状に配置されている。弾性体突起３２の先端部は、球面の錘状となっており、第２基板本体２１に当接している。弾性体突起３２の重心は、基準点Ｐと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起３２は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起３２が弾性変形したときの第３基板本体３１の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。
【００５０】
弾性体突起３２のサイズは任意に設定することができる。ここでは、弾性体突起３２の基部の径（弾性体突起３２が第３基板本体３１に接する部分の直径）は１．８ｍｍ程度になっている。弾性体突起３２の高さ（弾性体突起３２のＺ方向の距離）は２ｍｍ程度になっている。隣り合う弾性体突起３２の離間間隔は１ｍｍ程度になっている。弾性体突起３２のデュロメーター硬さ（タイプＡ、ＩＳＯ７６１９準拠のデュロメーターによる硬さ測定値）は３０程度になっている。
【００５１】
図２は、容量検出素子を用いて外圧を検出するセンシング回路の等価回路図である。なお、図２において、符号Ｃｌは容量検出素子（図１に示す符号Ｓ１〜Ｓ４）を示している。センシング回路６０は、リセットトランジスター６１と、増幅トランジスター６２と、選択トランジスター６３と、基準容量素子Ｃｒと、容量検出素子Ｃｌと、を備えている。容量検出素子Ｃｌは、第１容量電極１２と第２容量電極２２とを含み、第２容量電極２２には共通電位Ｖｃｏｍが供給される。
【００５２】
リセットトランジスター６１のドレインは電源線７０に接続されている。リセットトランジスター６１のソースは増幅トランジスター６２のゲートに接続されている。電源線７０には電源電位ＶＲＨが供給される。リセットトランジスター６１のゲートは第１制御線７２に接続されている。第１制御線７２にはリセット信号ＲＥＳが供給される。
【００５３】
増幅トランジスター６２のドレインは電源線７０に接続されている。増幅トランジスター６２のソースは選択トランジスター６３のドレインに接続されている。増幅トランジスター６２のゲートと第１制御線７２との間には基準容量素子Ｃｒが設けられている。また、増幅トランジスター６２のゲートは容量検出素子Ｃｌの第１容量電極１２と接続されている。
【００５４】
選択トランジスター６３のソースは検出線７４に接続されている。選択トランジスター６３のゲートは第２制御線７６に接続されている。第２制御線７６には選択信号ＳＥＬが供給される。
【００５５】
（回路動作）
次に、センシング回路６０の動作を図３〜図６を参照しながら説明する。
図３は、本実施形態に係るセンシング回路６０の動作を示すタイミングチャートである。図４は、リセット期間におけるセンシング回路６０の動作を示す説明図である。図５は、センシング期間におけるセンシング回路６０の動作を示す説明図である。図６は、読出期間におけるセンシング回路６０の動作を示す説明図である。
図３に示すように、センシング回路６０は、リセット期間Ｔｒｅｓ、センシング期間Ｔｓｅｎ、及び読出期間Ｔｏｕｔを一単位として動作する。
【００５６】
（リセット期間）
先ず、リセット期間Ｔｒｅｓにおいて、第１制御線７２に供給されるリセット信号ＲＥＳのレベルは電位ＶＤに設定される。すなわち、リセット期間Ｔｒｅｓにおいては、リセット信号ＲＥＳのレベルはハイレベルに設定され、リセットトランジスター６１はオン状態となる。一方、第２制御線７６に供給される選択信号ＳＥＬはローレベルに設定され、選択トランジスター６３はオフ状態となる。すると、図４に示すように、増幅トランジスター６２のゲート電位ＶＡは電源電位ＶＲＨに設定（リセット）される。また、容量検出素子Ｃｌの第１容量電極１２にも電源電位ＶＲＨが供給され、容量検出素子Ｃｌの第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の電圧はＶＲＨ−Ｖｃｏｍに設定される。
【００５７】
（センシング期間）
次に、リセット期間Ｔｒｅｓ経過後の次の期間であるセンシング期間Ｔｓｅｎにおいては、リセット信号ＲＥＳのレベルがＶＤからＧＮＤ（＝０Ｖ）に変化する。すると、図５に示すように、リセットトランジスター６１はオフ状態となる。また、センシング期間Ｔｓｅｎにおいては、選択信号ＳＥＬはローレベルに設定され、選択トランジスター６３はオフ状態となる。増幅トランジスター６２のゲートのインピーダンスは十分に高いため、センシング期間Ｔｓｅｎにおいては、増幅トランジスター６２のゲートは電気的にフローティング状態となる。基準容量素子Ｃｒの一方の電極は第１制御線７２に接続されているため、第１制御線７２に供給されるリセット信号ＲＥＳのレベルがＶＤからＧＮＤに変化する。すると、それに応じて増幅トランジスター６２のゲートの電位ＶＡも変化する。このときのゲートの電位ＶＡの変化量は、基準容量素子Ｃｒと容量検出素子Ｃｌとの容量比に応じた値となる。
【００５８】
（読出期間）
センシング期間Ｔｓｅｎの次の期間である読出期間Ｔｏｕｔにおいては、選択信号ＳＥＬがローレベルからハイレベルに変化する。すると、図６に示すように、選択トランジスター６３がオン状態となる。これにより、増幅トランジスター６２のゲートの電位ＶＡに応じた大きさの検出電流Ｉｔが検出線７４を流れる。この検出電流Ｉｔは、対象物（例えば指）と検出装置１との接触を検出する検出回路（図示略）へ供給される。
【００５９】
センシング期間Ｔｓｅｎにおいて容量検出素子Ｃｌの容量値が変化すると、それに応じて増幅トランジスター６２のゲートの電位ＶＡも変化する。したがって、対象物が検出装置１に接触していない状態のときに読出期間Ｔｓｅｎで出力される検出電流Ｉｔの値と、対象物が検出装置１に接触したときに読出期間Ｔｓｅｎで出力される検出電流Ｉｔの値とは異なる。
【００６０】
ここで、対象物が検出装置１に接触していない状態における容量検出素子Ｃｌの容量値をＣｌｃ、対象物が検出装置１に接触したときの容量検出素子Ｃｌの容量値の変化量をΔＣｌｃ、基準容量素子Ｃｒの容量値をＣｒｅｆ、第１制御線７２の電位変化をΔＶ（＝ＶＤ）とすると、対象物が検出装置１に接触したときの増幅トランジスター６２のゲートの電位ＶＡの変化量ΔＶＡは、以下に示す式（１）で表される。ただし、式（１）において寄生容量は無視している。
【００６１】
【数１】
0005821328.tif 000002
【００６２】
検出回路（図示略）は、検出電流Ｉｔ（検出信号に相当）の値に基づいて対象物と検出装置１との接触を検出する。対象物が検出装置１に接触したときのゲートの電位ＶＡの変化量ΔＶＡが大きいほど、非接触時における検出電流Ｉｔの値と接触時における検出電流Ｉｔの値との差が大きくなり、検出感度も高くなる。
【００６３】
図７及び図８は、基準点Ｐに作用する外圧の方向と大きさを検出する方法の説明図である。
図７（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に対応した、第１実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。なお、図７（ａ）及び図８（ａ）は第３基板３０の表面に外圧が付加される前の状態（外圧の作用がないとき）を示している。図７（ｂ）及び図８（ｂ）は第３基板３０の表面に垂直方向（すべり力がない状態）の外圧が付加された状態を示している。図７（ｃ）及び図８（ｃ）は第３基板３０の表面に斜め方向（すべり力がある状態）の外圧が付加された状態を示している。また、図８（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起３２の重心（圧力中心）を示している。
【００６４】
図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、第３基板３０の表面に外圧が付加される前においては、弾性体突起３２は変形しない。これにより、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の距離は一定に保たれる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
【００６５】
図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。つまり、このときの容量検出素子の静電容量値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。
【００６６】
弾性体突起３２は、外圧の大きさに応じて圧縮変形する。外圧が大きくなると、弾性体突起３２はこれ以上変形しない臨界点を迎える。弾性体突起３２に臨界点を越えた外圧が作用すると、誘電体４０がＺ方向に柔軟に変形する。このため、弾性体突起３２が変形しうる臨界点以上の大きさの外圧を検出することができる。
【００６７】
図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。また、第２基板２０の撓み量は−Ｘ方向成分よりも＋Ｘ方向成分の方が大きくなる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起３２の先端部と４つの第１容量電極１２との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起３２の先端部と４つの第１容量電極１２との重なる面積は、４つの第１容量電極１２のうち−Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積のほうが大きくなる。
【００６８】
弾性体突起３２は、外圧の大きさに応じて斜めに圧縮変形し、外圧が大きくなるとこれ以上変形しない臨界点を迎える。また、弾性体突起３２は、斜め方向の外圧により変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起３２の重心は基準点Ｐからずれてすべり方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動する。すると、弾性体突起３２の重心が移動した部分の誘電体４０の厚みが相対的に薄くなる。つまり、各容量検出素子で異なる値の静電容量が検出される。具体的には、弾性体突起３２の重心と重なる位置の容量検出素子では相対的に大きい静電容量が検出され、弾性体突起３２の重心と重ならない位置の容量検出素子では相対的に小さい静電容量が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて外圧が加えられた方向と大きさが求められる。
【００６９】
図９は、第１実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図１０は、第１実施形態に係る容量検出素子による垂直方向の圧力分布を示す図である。図１１は、第１実施形態に係る容量検出素子によるすべり方向の計算例を示す図である。
【００７０】
図９に示すように、複数の容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。ここで、各容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が検出する静電容量値（検出値）をそれぞれＰS1，ＰS2，ＰS3，ＰS4とすると、外力のＸ方向成分Ｆｘ（外力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（２）で表される。
【００７１】
【数２】
0005821328.tif 000003
【００７２】
また、外力のＹ方向成分Ｆｙ（外力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（３）で表される。
【００７３】
【数３】
0005821328.tif 000004
【００７４】
また、外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分）は以下の式（４）で表される。
【００７５】
【数４】
0005821328.tif 000005
【００７６】
本実施形態では、外圧によって弾性体突起が弾性変形することにより変化する４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と大きさが演算される。
【００７７】
式（２）に示すように、外圧のＸ方向成分Ｆｘにおいては、４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値のうち＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ２及びＳ４が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ３が組み合わされる。このように、＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ２及びＳ４の組み合わせによる静電容量値と−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ３の組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外圧のＸ方向成分が求められる。
【００７８】
式（３）に示すように、外圧のＹ方向成分Ｆｙにおいては、４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値のうち＋Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ２が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ３及びＳ４が組み合わされる。このように、＋Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ２の組み合わせによる静電容量値と−Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ３及びＳ４の組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外圧のＹ方向成分が求められる。
【００７９】
式（４）に示すように、外圧のＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外圧のＺ方向成分Ｆｚは、外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙ（分力）に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起３２の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外圧の検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起３２の材質として硬いものを用いると弾性体突起３２が変形しにくくなり外圧の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起３２の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときのタッチ感に強い感度（違和感）を与える場合がある。このため、外圧のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起３２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【００８０】
図１０に示すように、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。このとき、外圧の垂直方向の圧力は、外圧が作用した部分の中心部が最も大きくなっている（９０〜１２０ｍＶ程度）。また、外圧の垂直方向の圧力は、中心部に次いでその周辺部（６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。また、指で押されていない領域は、０〜３０ｍＶ程度となっている。なお、タッチパッドには単位検出領域（容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４が縦２行横２列に計４つ配置された領域）がマトリックス状（例えば縦１５行×横１５列に計２２５個）に配置されているとする。
【００８１】
図１１に示すように、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外圧の面内方向成分（すべり方向）の算出方法を考える。このとき、指の押圧力（外力）は、縦１５行×横１５列に配置されたものうち縦３行×横３列に配置された部分に作用しているとする。ここで、外圧の垂直方向の圧力は、図１０と同様に外圧が作用した部分の中心部がもっとも大きくなっている（１１０ｍＶ）。
【００８２】
縦３行×横３列に配置された各単位検出領域は、それぞれ４つの容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４を有しており、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４で検出された静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向が演算される。つまり、各単位検出領域では、上述した式（２）及び式（３）に基づいて外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙが算出される。ここでは、＋Ｘ方向を基準として左回りに約１２３°の方向に外圧が作用していることが分かる。なお、外圧の作用する方向の算出にあっては、９つの算出結果の平均値で求める方法、あるいは９つの算出結果のうちの最大値（例えば所定のしきい値よりも大きい検出値）により求める方法を用いることができる。
【００８３】
本実施形態の検出装置１によれば、弾性体突起と誘電体との２段構成により、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、外圧の方向の検出精度を高めることができる。第３基板３０の表面に所定の方向の外圧が付加されると、弾性体突起３２はある程度の厚みまで圧縮変形する。付加される外圧が大きくなると、弾性体突起３２はこれ以上変形しない臨界点を迎える。弾性体突起３２に臨界点を越えた外圧が作用すると、誘電体４０が柔軟に変形する。このため、弾性体突起３２が変形しうる臨界点以上の大きさの外圧を検出することができる。また、弾性体突起３２は、所定方向の外圧により変形に偏りが生じる。すなわち、外圧に面内の所定方向のすべり力成分がある場合、弾性体突起３２の重心は基準点からずれて所定方向（すべり方向）移動する。すると、弾性体突起３２の重心が移動した部分の誘電体４０の厚みが相対的に薄くなる。つまり、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４で異なる値の静電容量が検出される。具体的には、弾性体突起３２の重心と重なる位置の容量検出素子では相対的に大きい静電容量が検出され、弾性体突起３２の重心と重ならない位置の容量検出素子では相対的に小さい静電容量が検出されることとなる。よって、演算装置により、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４で検出された静電容量の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と外圧の大きさを求めることができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な検出装置１を提供することができる。
【００８４】
この検出装置によれば、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４が弾性体突起３２の弾性変形の弾性変形による静電容量値の変化と誘電体４０の変形による静電容量値の変化とを分けて検出するので、それらを一括して検出する場合に比べて、外圧を検出することが容易となる。例えば、弾性体突起３２が臨界点を迎えるまで誘電体がほとんど変形しないとすると、その間は弾性体突起３２の弾性変形の弾性変形による静電容量値の変化のみを検出すれば外圧が加えられた方向と外圧の大きさを求めることができる。したがって、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値の差分を演算することが容易となり、外圧を効率よく検出することができる。
【００８５】
この構成によれば、複数の第１容量電極１２が基準点Ｐに対して点対称に配置されているので、弾性体突起３２の変形量と基準点Ｐと各第１容量電極１２との間の距離との関係が互いに等しくなる。このため、各第１容量電極１２と第２容量電極２２とを含んで構成される各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４が検出する静電容量値が互いに等しくなる。例えば、複数の第１容量電極が基準点から互いに異なる距離に配置される場合、弾性体突起３２の変形量が同じであっても、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４が検出する静電容量値は互いに異なることとなる。このため、検出容量の差分を演算する際に各第１容量電極の配置位置に応じた補正係数が必要となる。しかしながら、この構成によれば、弾性体突起３２の変形量と各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４が検出する静電容量値が互いに等しくなるので、前記補正係数は不要となる。したがって、各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値の差分から外圧の方向と大きさを演算することが容易となり、外圧を効率よく検出することができる。
【００８６】
この構成によれば、複数の第１容量電極１２が互いに直交する２方向にマトリックス状に配置されているので、各第１容量電極１２と第２容量電極２２とを含んで構成される各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子Ｓ１〜Ｓ４の静電容量値の差分から外圧の方向と大きさを演算することが容易となる。例えば、面内方向成分のうちＸ方向成分を演算する場合、複数の第１容量電極１２が複数の方向にランダムに配置されている場合に比べて、相対的に＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ２及びＳ４の組み合わせと相対的に−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ３の組み合わせとを区分けして選出しやすくなる。したがって、外圧を効率よく検出することができる。
【００８７】
この構成によれば、第２容量電極２２が第２基板に配置されているので、第１容量電極１２及び第２容量電極２２が同一の基板に配置される場合に比べて、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間に印加される電界は誘電体４０の厚み方向と平行な方向の成分を多く含むこととなる。つまり、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間に印加される電界のベクトル成分は、外圧が加えられる方向とほぼ同じとなる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００８８】
この構成によれば、複数の弾性体突起３２が互いに離間して配置されているので、弾性体突起３２が弾性変形したときの第３基板本体３１の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。例えば、一方の弾性体突起３２が変形したときに他方の弾性体突起３２に変形の影響を及ぼすことを抑制することができる。このため、複数の弾性体突起３２が互いに接触して配置されている場合に比べて、外圧を正確に誘電体４０に伝達することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【００８９】
なお、本実施形態においては、第１容量電極１２が単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。第１容量電極１２は、単位検出領域Ｓ当たり３つ以上配置されていればよい。
【００９０】
（第２実施形態）
図１２は、図１に対応した、本発明の第２実施形態に係る検出装置２の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図１２においては、便宜上、誘電体４０（図１３参照）の図示を省略している。また、図１２において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された複数の容量検出素子Ｓi（第１容量電極１１２と第２容量電極２２と誘電体４０とで構成される素子）が検出する単位検出領域を示している。本実施形態の検出装置２は、複数の第１容量電極１１２が互いに直交する２方向に少なくとも縦４行横４列に配置されている点で、上述の第１実施形態で説明した検出装置１と異なる。図１２において、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図１２においては、便宜上、複数の第１容量電極１１２が単位検出領域Ｓ当たり縦４行横４列に配置されているが、実際には図１３及び図１４に示すように複数の第１容量電極１１２が単位検出領域Ｓ当たり縦４行横４列以上に配置されていてもよいものとする。
【００９１】
図１２に示すように、検出装置２は、基準点Ｐの周りに複数配置された第１容量電極１１２、を有する第１基板１１０と、第１容量電極１１２を挟んで第１基板１１０と対向配置された第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に配置された誘電体４０（図１３参照）と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第２基板２０に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２、が形成された第３基板３０と、を備えている。
【００９２】
複数の第１容量電極１１２は、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦４行横４列に計１６個配置されている。具体的には、複数の第１容量電極１１２は、単位検出領域Ｓ当たり少なくとも縦４行横４列に計１６個配置されている。これら１６個の第１容量電極１１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。
【００９３】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に対応した、第２実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。図１４（ａ）〜（ｃ）は、図１３（ａ）〜（ｃ）に対応した、第２実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。なお、図１３（ａ）及び図１４（ａ）は第３基板３０の表面に外圧が付加される前の状態（外圧の作用がないとき）を示している。図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）は第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加された状態を示している。図１３（ｃ）及び図１４（ｃ）は第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加された状態を示している。また、図１４（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起３２の重心を示している。図１３及び図１４において、図７及び図８と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９４】
図１３（ａ）及び図１４（ａ）に示すように、第３基板３０の表面に外圧が付加される前においては、弾性体突起３２は変形しない。これにより、第１容量電極１１２と第２容量電極２２との間の距離は一定に保たれる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各容量検出素子Ｓiの静電容量値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各容量検出素子Ｓiの静電容量値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
【００９５】
図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）に示すように、第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。つまり、このときの容量検出素子の静電容量値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなっている。
【００９６】
図１３（ｃ）及び図１４（ｃ）に示すように、第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。また、第２基板２０の撓み量は−Ｘ方向成分よりも＋Ｘ方向成分の方が大きくなる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起３２の先端部と複数の第１容量電極１１２との重なる面積の割合は、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積のほうが重なる面積の割合が大きくなる。
【００９７】
図１５は、図９に対応した、第２実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。なお、図１５において、複数の容量検出素子Ｓi（１００個）がマトリックス状に配置されており、このうちの２５の容量検出素子Ｓiがそれぞれ−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域に配置されている。また、図１５においては、便宜上、１００個の容量検出素子Ｓiを図示しているが、容量検出素子Ｓiの配置数はこれに限らず任意に変更することができる。
【００９８】
図１５に示すように、複数の容量検出素子Ｓiは、単位検出領域Ｓ当たり縦１０行横１０列に計１００個配置されている。ここで、各容量検出素子Ｓiが検出する静電容量値（検出値）をそれぞれＰi（ｉ＝１〜１００）、基準点Ｐと各第１容量電極１１２との間の距離の面内方向成分をｒi（ｉ＝１〜１００）とする。また、面内方向成分のうちＸ方向成分をｒｘi（ｉ＝１〜１００）、面内方向成分のうちＹ方向成分をｒyi（ｉ＝１〜１００）とすると、外力のＸ方向成分Ｆｘ（外力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（５）で表される。
【００９９】
【数５】
0005821328.tif 000006
【０１００】
また、外力のＹ方向成分Ｆｙ（外力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（６）で表される。
【０１０１】
【数６】
0005821328.tif 000007
【０１０２】
また、外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分）は以下の式（７）で表される。
【０１０３】
【数７】
0005821328.tif 000008
【０１０４】
本実施形態では、外圧によって弾性体突起が弾性変形することにより変化する１００個の容量検出素子Ｓiの静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子Ｓiの静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向が演算される。
【０１０５】
式（５）に示すように、外圧のＸ方向成分Ｆｘにおいては、１００個の容量検出素子Ｓiの静電容量値のうち相対的に＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓiが組み合わされるとともに、相対的に−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓiが組み合わされる。このように、相対的に＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓiの組み合わせによる静電容量値と相対的に−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓiの組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外圧のＸ方向成分が求められる。
【０１０６】
式（６）に示すように、外圧のＹ方向成分Ｆｙにおいては、１００個の容量検出素子Ｓiの静電容量値のうち相対的に＋Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓiが組み合わされるとともに、相対的に−Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓiが組み合わされる。このように、相対的に＋Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓiの組み合わせによる静電容量値と相対的に−Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓiの組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外圧のＹ方向成分が求められる。
【０１０７】
式（７）に示すように、外圧のＺ方向成分Ｆｚにおいては、１００個の容量検出素子Ｓiの静電容量値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外圧のＺ方向成分Ｆｚは、外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙに比べて検出値が大きく検出される傾向がある。このため、外圧のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起３２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【０１０８】
なお、外圧の作用する方向の算出にあっては、１００個の容量検出素子Ｓiによる静電容量値の算出結果の平均値で求める方法あるいは１００個の容量検出素子Ｓiによる静電容量値の算出結果のうちの最大値（例えば所定のしきい値よりも大きい検出値）により求める方法を用いることができる。
【０１０９】
本実施形態の検出装置２によれば、複数の第１容量電極１１２が互いに直交する２方向に少なくとも縦４行横４列に配置されているので、配置される第１容量電極１１２の数が多くなる。このため、多数の容量検出素子Ｓiで検出される静電容量に基づいて各容量検出素子Ｓiの検出結果を積算して外圧の作用する方向と大きさを求めることができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【０１１０】
（第３実施形態）
図１６は、図１２に対応した、本発明の第３実施形態に係る検出装置３の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図１６においては、便宜上、誘電体４０（図１７参照）の図示を省略している。また、図１６において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された複数の容量検出素子Ｓi（第１容量電極１１２と第２容量電極２２と誘電体４０とで構成される素子）が検出する単位検出領域を示している。本実施形態の検出装置３は、第１基板１１０と第２基板２０の間において少なくとも隣接する弾性体突起３２の境界にスペーサー５０が配置されている点で、上述の第２実施形態で説明した検出装置２と異なる。図１６において、図１２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図１６に示すように、検出装置３は、基準点Ｐの周りに複数配置された第１容量電極１１２、を有する第１基板１１０と、第１容量電極１１２を挟んで第１基板１１０と対向配置された第２基板２０と、第１基板１０と第２基板２０との間に配置された誘電体４０（図１３参照）と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第２基板２０に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２、が形成された第３基板３０と、第１基板１１０と第２基板２０の間において少なくとも隣接する弾性体突起３２の境界に配置されたスペーサー５０と、を備えている。
【０１１２】
スペーサー５０は、円柱形状となっており、隣接する弾性体突起３２の境界に配置されている。スペーサー５０の配置構成は、前記境界の交差する領域に配置されていてもよいし、前記境界を埋めつくすよう例えば枠状形状するなど、単位検出領域Ｓの周囲全体に亘って配置されていてもよい。ここでは、スペーサー５０は前記境界の交差する領域に配置されている。つまり、スペーサー５０は単位検出領域Ｓの４隅に配置されている。
【０１１３】
図１７（ａ）〜（ｃ）は、図１３（ａ）〜（ｃ）に対応した、第３実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。なお、図１７（ａ）は第３基板３０の表面に外圧が付加される前の状態（外圧の作用がないとき）を示している。図１７（ｂ）は第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加された状態を示している。図１７（ｃ）は第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加された状態を示している。図１７において、図１３と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
図１７（ａ）に示すように、第３基板３０の表面に外圧が付加される前においては、弾性体突起３２は変形していない。これにより、第１容量電極１１２と第２容量電極２２との間の距離は一定に保たれる。このときの各容量検出素子Ｓiの静電容量値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各容量検出素子Ｓiの静電容量値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
【０１１５】
図１７（ｂ）に示すように、第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。つまり、このときの容量検出素子の静電容量値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。
【０１１６】
ところで、スペーサーを弾性体突起が圧縮変形したときの面積よりも狭い距離で配置すると、基板の撓みやすいところと撓みにくいところで（変形の度合い）で検出値のむらが生じやすくなることが知られている。本実施形態では、スペーサー５０を弾性体突起が圧縮変形したときの面積よりも広い距離で配置している。このため、第２基板２０の撓みはスペーサー５０で囲まれた領域内で生じる。つまり、外圧はスペーサー５０で区画された単位検出領域毎に作用することとなる。例えば、指で検出装置３を垂直方向に押した場合、押圧ポイント以外のところで垂直方向の外圧が検出されることを抑制することができる。
【０１１７】
図１７（ｃ）に示すように、第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。また、第２基板２０の撓み量は−Ｘ方向成分よりも＋Ｘ方向成分の方が大きくなる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。
【０１１８】
また、第２基板２０の撓みはスペーサー５０で囲まれた領域内で生じる。つまり、外圧はスペーサー５０で区画された単位検出領域毎に作用することとなる。例えば、指で検出装置３を斜め方向に押した場合、押圧ポイント以外のところで斜め方向の外圧が検出されることを抑制することができる。また、第２基板２０がスペーサー５０で固定されるので、外力が作用したときに第２基板２０がつられて移動してしまうことを抑制することもできる。
【０１１９】
本実施形態の検出装置３によれば、第１基板１１０と第２基板２０の間に少なくとも隣接する弾性体突起３２の境界にスペーサー５０が配置されているので、外圧はスペーサー５０で囲まれた単位検出領域毎に作用することとなる。このため、スペーサー５０で囲まれた単位検出領域においては、他の単位検出領域との間で相互作用を及ぼし合うことなく、別個独立して外圧を検出することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【０１２０】
（第４実施形態）
図１８は、図１２に対応した、本発明の第４実施形態に係る検出装置４の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図１８においては、便宜上、誘電体４０（図１９参照）の図示を省略している。また、図１８において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された複数の容量検出素子Ｓi（第１容量電極１１２と第２容量電極２２と誘電体４０とで構成される素子）が検出する単位検出領域を示している。本実施形態の検出装置４は、第３基板３０の表面に第３基板本体３１よりも高い剛性を有する補強部材５１が配置されている点で、上述の第２実施形態で説明した検出装置２と異なる。図１８において、図１２と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
図１８に示すように、検出装置４は、基準点Ｐの周りに複数配置された第１容量電極１１２、を有する第１基板１１０と、第１容量電極１１２を挟んで第１基板１１０と対向配置された第２基板２０と、第１基板１１０と第２基板２０との間に配置された誘電体４０（図１９参照）と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第２基板２０に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２、が形成された第３基板３０と、第３基板３０の弾性体突起３２が配置された側と反対の側に配置された補強部材５１と、を備えている。
【０１２２】
補強部材５１は、矩形板状となっており、平面視において第３基板本体３１と同じサイズに形成されている。この補強部材５１は、第３基板本体３１よりも高い剛性を有している。例えば、第３基板本体３１の材質が弾性体突起３２の材質と同様に発泡ウレタン樹脂（デュロメーター硬さ３０程度）の場合、補強部材５１の形成材料としては、エポキシ樹脂を用いたりウレタン樹脂（デュロメーター硬さ６０程度）を用いたりすることができる。このため、接触面に弾性体突起３２の配置間隔よりも小さい対象物（例えば先鋭なスタイラスペン）によって外力が加えられた場合であっても、外圧を正確に検出することができる。
【０１２３】
図１９（ａ）〜（ｃ）は、図１３（ａ）〜（ｃ）に対応した、第４実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。なお、図１９（ａ）は第３基板３０の表面（補強部材５１の表面）に外圧が付加される前の状態（外圧の作用がないとき）を示している。図１９（ｂ）は第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加された状態を示している。図１９（ｃ）は第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加された状態を示している。図１９において、図１３と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２４】
図１９（ａ）に示すように、第３基板３０の表面に外圧が付加される前においては、弾性体突起３２は変形しない。これにより、第１容量電極１１２と第２容量電極２２との間の距離は一定に保たれる。このときの各容量検出素子Ｓiの静電容量値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各容量検出素子Ｓiの静電容量値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
【０１２５】
図１９（ｂ）に示すように、第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。つまり、このときの容量検出素子の静電容量値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。
【０１２６】
また、外圧は２つの隣り合う弾性体突起３２の間の領域に作用している。本実施形態では第３基板３０の表面に第３基板本体３１よりも高い剛性を有する補強部材５１を備えているので、例えば、指で検出装置４を垂直方向に押した場合、２つの隣り合う弾性体突起３２は互いに垂直方向に圧縮変形することとなる。このように、補強部材５１が無い場合に比べて外力により２つの隣り合う弾性体突起３２が互いに反対方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。
【０１２７】
図１９（ｃ）に示すように、第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板２０の表面に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、第１容量電極１２と第２容量電極２２との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。また、第２基板２０の撓み量は−Ｘ方向成分よりも＋Ｘ方向成分の方が大きくなる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。
【０１２８】
また、外圧は２つの隣り合う弾性体突起３２の間の領域に作用している。本実施形態では第３基板３０の表面に第３基板本体３１よりも高い剛性を有する補強部材５１を備えているので、例えば、指で検出装置４を斜め方向に押した場合、２つの隣り合う弾性体突起３２は互いに斜め方向に圧縮変形することとなる。このように、補強部材５１が無い場合に比べて外力により２つの隣り合う弾性体突起３２が互いに反対方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。
【０１２９】
本実施形態の検出装置４によれば、第３基板３０の弾性体突起３２が形成された側と反対の側に第３基板本体３１よりも高い剛性を有する補強部材５１が配置されているので、外圧の方向を高い精度で検出することができる。例えば、外圧が２つの隣り合う弾性体突起３２の間の領域に作用する場合、補強部材が無いときに比べて２つの隣り合う弾性体突起３２が互いに反対の方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。つまり、外圧の加えられた方向と反対の方向を検出するといった誤検出を抑制することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【０１３０】
なお、本実施形態においては、補強部材５１が第３基板３０の表面に配置されているが、これに限らない。例えば、補強部材５１を設けずに、第３基板本体３１自体を弾性体突起３２よりも高い剛性を有する材質で形成してもよい。これにより、補強部材５１を設ける構成に比べて装置の薄型化を図ることができる。
【０１３１】
また、上記実施形態においては、第１基板に第１電極が配置され、第２基板に第２電極が配置された、第１電極と第２電極との間の誘電体に縦方向（Ｚ方向）の電界を印加させる縦電界方式を採用する構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。以下、上記実施形態とは異なる検出装置５について、図２０を用いて説明する。
【０１３２】
（第５実施形態）
図２０は、図１に対応した、本発明の第５実施形態に係る検出装置５の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図２０においては、便宜上、誘電体４０（図２１参照）の図示を省略している。また、図２０において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された容量検出素子（第１容量電極２１２と第２容量電極２２２と誘電体４０とで構成される素子）が検出する単位検出領域を示している。本実施形態の検出装置５は、第２容量電極２２２が第１基板２１０の基準点Ｐと重なる位置に配置されている点で、上述の第１実施形態で説明した検出装置１と異なる。図２０において、図１と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１３３】
図２０に示すように、検出装置５は、基準点Ｐの周りに複数配置された第１容量電極２１２、基準点Ｐと重なる位置に配置された第２容量電極２２２、を有する第１基板２１０と、第１容量電極２１２を挟んで第１基板２１０と対向配置された第２基板１２０と、第１基板２１０と第２基板１２０との間に配置された誘電体４０（図２１参照）と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第２基板１２０に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２、が形成された第３基板３０と、を備えている。
【０１３４】
なお、本実施形態では、第１基板２１０に第１電極２１２及び第２容量電極２２２が配置されている。つまり、第１電極２１２と第２容量電極２２２との間の誘電体に横方向（ＸＹ方向）の電界を印加させる横電界方式を採用している。
【０１３５】
また、第２基板１２０は一枚板であり、縦電界方式を採用した構成のように電極が形成されていない。例えば、第２基板１２０の形成材料としてプラスチック等の樹脂材料を用いて電極を蒸着やスパッタ等の方法で形成すると、製造プロセス中の加熱工程において第２基板に反り等が生じる場合がある。しかしながら、この構成によれば第２基板１２０に電極を形成する必要がないので、製造プロセス中において第２基板１２０に反り等が生じることを抑制することができる。
【０１３６】
また、第２容量電極２２２は、複数の第１容量電極２１２と等間隔に配置されている。具体的には、複数の第１容量電極２１２は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。これら４つの第１容量電極２１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっており、この基準点に第２容量電極２２２が配置されている。
【０１３７】
図２１（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に対応した、第５実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す断面図である。図２２（ａ）〜（ｃ）は、図２１（ａ）〜（ｃ）に対応した、第５実施形態に係る容量検出素子による静電容量の変化を示す平面図である。なお、図２１（ａ）及び図２２（ａ）は第３基板３０の表面に外圧が付加される前の状態（外圧の作用がないとき）を示している。図２１（ｂ）及び図２２（ｂ）は第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加された状態を示している。図２１（ｃ）及び図２２（ｃ）は第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加された状態を示している。また、図２２（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起３２の重心を示している。図２１及び図２２において、図７及び図８と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、第１容量電極２１２と第２容量電極２２２との間の距離は外圧が付加される過程において一定に保たれる。
【０１３８】
図２１（ａ）及び図２２（ａ）に示すように、第３基板３０の表面に外圧が付加される前においては、弾性体突起３２は変形していない。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。また、弾性体突起３２の先端部は第２容量電極２２２に重なっている。具体的には、弾性体突起３２の先端部は第２容量電極２２２と重なった状態で平面視円形となっている。なお、このときの容量検出素子が検出する静電容量値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
【０１３９】
図２１（ｂ）及び図２２（ｂ）に示すように、第３基板３０の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板１２０の表面に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板１２０が−Ｚ方向に撓み、第１基板２１０と第２基板１２０との間の距離（誘電体４０の厚み）が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。つまり、このときの容量検出素子の静電容量値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなっている。また、弾性体突起３２の先端部は外圧の作用がないときよりも大きいサイズの平面視円形となっている。
【０１４０】
図２１（ｃ）及び図２２（ｃ）に示すように、第３基板３０の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、弾性体突起３２は先端部が第２基板１２０の表面に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板１２０が−Ｚ方向に撓み、第１基板２１０と第２基板１２０との間の距離（誘電体４０の厚み）が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。また、第２基板１２０の撓み量は−Ｘ方向成分よりも＋Ｘ方向成分の方が大きくなる。このとき、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。この弾性体突起３２の重心Ｇのずれ（変位量）から外圧の面内方向成分（上述したＦｘ及びＦｙ）を算出することができる。また、弾性体突起３２の先端部は平面視楕円形となっている。具体的には、弾性体突起３２の先端部と複数の第１容量電極２１２との重なる面積は、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された部分よりも＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された部分のほうが重なる割合が大きくなっている。
【０１４１】
図２３は、図９に対応した、第５実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図２３に示すように、複数の容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。
【０１４２】
ここで、各容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が検出する静電容量値（検出値）をそれぞれＰS1，ＰS2，ＰS3，ＰS4とすると、外力のＸ方向成分Ｆｘ（外力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は上述した式（２）で表される。
また、外力のＹ方向成分Ｆｙ（外力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は上述した式（３）で表される。
また、外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分）は上述した式（４）で表される。
【０１４３】
本実施形態では、第１実施形態と同様に、外圧によって弾性体突起が弾性変形することにより変化する４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値のうち任意に組み合わされた各容量検出素子の静電容量値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と大きさが演算される。
【０１４４】
式（２）に示すように、外圧のＸ方向成分Ｆｘにおいては、４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値のうち＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ２及びＳ４が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ３が組み合わされる。このように、＋Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ２及びＳ４の組み合わせによる静電容量値と−Ｘ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ３の組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外圧のＸ方向成分が求められる。
【０１４５】
式（３）に示すように、外圧のＹ方向成分Ｆｙにおいては、４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値のうち＋Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ２が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ３及びＳ４が組み合わされる。このように、＋Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ１及びＳ２の組み合わせによる静電容量値と−Ｙ方向に配置された容量検出素子Ｓ３及びＳ４の組み合わせによる静電容量値との差分に基づいて外圧のＹ方向成分が求められる。
【０１４６】
式（４）に示すように、外圧のＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの容量検出素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の静電容量値を足し合わせた合力で求められる。外圧のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起３２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【０１４７】
本実施形態の検出装置５によれば、第１容量電極２１２及び第２容量電極２２２を第１基板２１０に配置しているので、第１容量電極２１２及び第２容量電極２２２を同一の工程で形成することが可能となる。したがって、製造工程を簡略化することができ、製造効率の向上及び製造コストの低減を図ることができる。また、製造プロセス中の加熱工程において第２基板１２０に反り等が生じることを抑制することができるので、外圧の検出精度を向上させることができる。また、弾性体突起３２の変形の過程において電極間の距離を一定に保つことができるので、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
【０１４８】
（電子機器）
図２４は、上記実施形態に係る検出装置１〜５を適用した携帯電話機１０００の概略構成を示す模式図である。携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３及びスクロールボタン１００２、並びに表示部としての検出装置を適用した液晶パネル１００１を備えている。スクロールボタン１００２を操作することによって、液晶パネル１００１に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル１００１にはメニューボタン（図示略）が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、携帯電話機の電話番号が表示されたりする。
【０１４９】
図２５は、上記実施形態に係る検出装置１〜５を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）２０００の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２及び電源スイッチ２００３、並びに表示部としての検出装置を適用した液晶パネル２００１を備えている。電源スイッチ２００３を操作すると、液晶パネル２００１にはメニューボタンが表示される。例えば、メニューボタン（図示略）を指で触れると住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
【０１５０】
このような電子機器によれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供することができる。
【０１５１】
なお、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、デジタルスチルカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、本発明に係る検出装置を適用させることができる。
【０１５２】
（ロボット）
図２６は、上記実施形態に係る検出装置１〜５を適用したロボットハンド３０００の概略構成を示す模式図である。図２６（ａ）に示すように、ロボットハンド３０００は、本体部３００３及び一対のアーム部３００２、並びに検出装置を適用した把持部３００１を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部３００２に駆動信号を送信すると、一対のアーム部３００２が開閉動作する。
【０１５３】
図２６（ｂ）に示すように、ロボットハンド３０００でコップ等の対象物３０１０を把持する場合を考える。このとき、対象物３０１０に作用する力は把持部３００１で圧力として検出される。ロボットハンド３０００は、把持部３００１として上述した検出装置を備えているので、対象物３０１０の表面（接触面）に垂直な方向の力と併せて重力Ｍｇですべる方向の力（すべり力の成分）を検出することが可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたりすべりやすい物体を落としたりしないよう、対象物３０１０の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。
【０１５４】
このロボットによれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能なロボットを提供することができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１，２，３，４，５…検出装置、１０，１１０，２１０…第１基板、１２，１１２，２１２…第１容量電極、２０，１２０…第２基板、２２，２２２…第２容量電極、３０…第３基板、３２…弾性体突起、４０…誘電体、５０…スペーサー、５１…補強部材、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓi，Ｃｌ…容量検出素子、１０００…携帯電話機（電子機器）、２０００…携帯情報端末（電子機器）、３０００…ロボットハンド（ロボット）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【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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