(57)【要約】【課題】外圧の有無を高速に検出し、かつ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。【解決手段】圧力の有無を検出する接触センサー１２と、圧力の大きさと方向とを分離する圧力成分分離機構と、を備えた検出部と、接触センサー１２の検出結果に基づいて圧力成分分離機構の検出動作を制御する制御部と、を有する。【選択図】図２
2012122823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板上に設けられ、圧力の有無を検出する第１センサーと、前記圧力の大きさと方向とを分離する圧力成分分離機構と、を備えた検出部と、
前記第１センサーの検出結果に基づいて前記圧力成分分離機構の検出動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記圧力成分分離機構は、前記第１基板上の基準点の周りに配置され、圧力の大きさを検知する複数の第２センサーと、前記第１基板に対向配置された第２基板に設けられ、前記基準点と平面視で重なる位置に先端部が当接する弾性体突起と、により構成されることを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検出装置であって、
前記第１センサーにより圧力があることを検出した場合は、前記制御部からの信号により、前記複数の第２センサーが圧力値の検出を開始することを特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記第１センサーは、平面的に少なくとも２つの前記圧力成分分離機構の間に配置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の検出装置であって、
平面的に前記第１センサーの周囲に少なくとも２つの前記圧力成分分離機構が配置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記複数の第２センサーは、前記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検出装置。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記複数の第２センサーは、平面的に互いに直交する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検出装置。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記複数の第２センサーは、単位検出領域当たり少なくとも４行４列に配置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項３乃至請求項８のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記第１センサーは、前記第１基板上に対向配置された第１電極と第２電極とを有し、
前記第２センサーは、前記第１基板上に対向配置された第３電極と第４電極とを有し、
少なくとも前記第３電極と前記第４電極との間に感圧導電体が配置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の検出装置であって、
前記第１センサーの前記第１電極の平面的な面積が、前記第２センサーの前記第３電極の平面的な面積より大きいことを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の検出装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の検出装置を備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、これを備えた電子機器、及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を検出する検出装置として、特許文献１、及び特許文献２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。
【０００３】
特許文献１の検出装置は、裏面に錐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。特許文献２の検出装置は、表面に変位可能な接触子を備え、また接触子の変位を検出ポイントで検出して出力する複数の感圧素子を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１３５８３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４５５７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、上記特許文献１の検出装置では、突起の変形量をカメラにより撮影した画像から演算するため演算量が多く、圧力検出に要する時間が長くなる。また受圧シートの測定面（裏面）にかかる圧力の面内方向の力（すべり力）を測定することはできない。
【０００６】
上記特許文献２の検出装置では、演算により測定面（表面）にかかる圧力の面内方向の力（すべり力）を算出することができるが、接触子一つあたりの検出ポイントが多い場合、出力値を得るために必要な時間が長くなってしまう。
【０００７】
以上のように、特許文献１、及び特許文献２の検出装置では、いずれも圧力の有無を高速に検出する機能と、外圧の分布や方向および大きさを高い精度で検出する機能とが両立されていないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る検出装置は、第１基板上に設けられ、圧力の有無を検出する第１センサーと、前記圧力の大きさと方向とを分離する圧力成分分離機構と、を備えた検出部と、前記第１センサーの検出結果に基づいて前記圧力成分分離機構の検出動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、圧力の有無の検出を第１センサーによって検出し、圧力の大きさなどの検出を圧力成分分離機構によって、それぞれ分けて検出するので、検出部の全体で圧力の有無を検出する場合と比較して、早く圧力の有無を検出することができる。更に、圧力の有無を検出した後、制御部によって圧力成分分離機構の検出動作のみを実行するよう制御することにより、圧力の大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くすることができる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に係る検出装置において、前記圧力成分分離機構は、前記第１基板上の基準点の周りに配置され、圧力の大きさを検知する複数の第２センサーと、前記第１基板に対向配置された第２基板に設けられ、前記基準点と平面視で重なる位置に先端部が当接する弾性体突起と、により構成されることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、弾性体突起が複数の第２センサーに当接した状態で弾性体突起に圧力が加えられると、弾性体突起がすべり方向（圧力センサーの表面に平行な方向）に変形し、その変形の偏り（基準点からのずれ）を複数の第２センサーによって検出することにより、外圧の方向と大きさとを検出することができる。また、第２センサーが複数設けられているので、圧力の分布と大きさとを精度よく検出することができる。
【００１３】
［適用例３］上記適用例に係る検出装置において、前記第１センサーにより圧力があることを検出した場合は、前記制御部からの信号により、前記複数の第２センサーが圧力値の検出を開始することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、第１センサーと第２センサーとによって、圧力の有無と圧力の大きさ及び方向とを、それぞれ分けて検出するので、圧力の大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くすることができる。
【００１５】
［適用例４］上記適用例に係る検出装置において、前記第１センサーは、平面的に少なくとも２つの前記圧力成分分離機構の間に配置されていることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、少なくとも２つの圧力成分分離機構を備えているので、圧力の方向や回転トルクを検出することができる。
【００１７】
［適用例５］上記適用例に係る検出装置において、平面的に前記第１センサーの周囲に少なくとも２つの前記圧力成分分離機構が配置されていることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、少なくとも２つの圧力成分分離機構を備えているので、圧力の方向や回転トルクを検出することができる。
【００１９】
［適用例６］上記適用例に係る検出装置において、前記複数の第２センサーは、前記基準点に対して点対称に配置されていることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、基準点に対して点対称（均等）に第２センサーが配置されているので、第２センサーと弾性体突起との位置関係による補正が不要となり、第２センサーの検出値の差分のみによって圧力の方向と大きさを検出することができる。また、第２センサーが複数配置されていることにより、回転トルクを精度よく検出することができる。
【００２１】
［適用例７］上記適用例に係る検出装置において、前記複数の第２センサーは、平面的に互いに直交する２方向にマトリックス状に配置されていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、各第２センサーの圧力値のうち任意に組み合わされた各第２センサーの圧力値の差分から圧力の方向と大きさを演算することができる。
【００２３】
［適用例８］上記適用例に係る検出装置において、前記複数の第２センサーは、単位検出領域当たり少なくとも４行４列に配置されていることが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、第２センサーの数が多くなるので、多数の圧力センサーで検出された圧力値に基づいて各圧力センサー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。
【００２５】
［適用例９］上記適用例に係る検出装置において、前記第１センサーは、前記第１基板上に対向配置された第１電極と第２電極とを有し、前記第２センサーは、前記第１基板上に対向配置された第３電極と第４電極とを有し、少なくとも前記第３電極と前記第４電極との間に感圧導電体が配置されていることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、少なくとも第３電極と第４電極との間に感圧導電体が挟持されているので、圧力が加えられた際、感圧導電体を圧縮することにより、圧力を電気信号に変換することが可能となり、圧力の大きさや方向を検出することができる。また、第１センサーにおいて第１電極と第２電極との間に感圧導電体が無い場合は、弱い圧力でも第１電極と第２電極とを接触させることが可能となり、第１センサーと第２センサーとが同一の第１基板上にありながら、第２センサーよりも高い感度を得ることができる。
【００２７】
［適用例１０］上記適用例に係る検出装置において、前記第１センサーの前記第１電極の平面的な面積が、前記第２センサーの前記第３電極の平面的な面積より大きいことが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、第１センサーの面積が広いことにより、圧力が加えられた際、感圧導電体を介して第１電極と第２電極とが接触したときの抵抗値が、第３電極と第４電極とが接触したときの抵抗値よりも小さくすることが可能となる。よって、第１センサーの感度を高くすることができる。
【００２９】
［適用例１１］本適用例に係る電子機器は、上記に記載の検出装置を備えることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の有無を高速に検出することができ、また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。
【００３１】
［適用例１２］本適用例に係るロボットは、上記に記載の検出装置を備えることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の有無を高速に検出することができ、また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】
【００３３】
【図１】第１実施形態の検出装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図２】検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図３】図２に示す検出装置のＡ−Ａ'線に沿う模式断面図。
【図４】検出装置における制御部の構成を示すブロック図。
【図５】検出装置の検出制御動作を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、圧力（圧力成分分離機構）の変化を示す模式断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、図６（ａ）〜（ｃ）に対応した、圧力成分分離機構における圧力の変化と位置との関係を示す模式平面図。
【図８】センシング領域の座標系を示す図。
【図９】圧力センサーによる垂直方向の圧力分布。
【図１０】圧力センサーによるすべり方向の計算例を示す図。
【図１１】第２実施形態の検出装置の構成を示すブロック図。
【図１２】検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図１３】図１２に示す検出装置のＢ−Ｂ'線に沿う模式断面図。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、圧力成分分離機構の変化を示す模式断面図。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、図１４（ａ）〜（ｃ）に対応した、圧力成分分離機構の変化を示す模式平面図。
【図１６】センシング領域の座標系を示す図。
【図１７】電子機器の一例としての携帯電話機の概略構成を示す模式図。
【図１８】電子機器の一例としての携帯情報端末の概略構成を示す模式図。
【図１９】ロボットハンドの概略構成を示す模式図。
【図２０】変形例の検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図２１】変形例の検出装置の構造を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。なお、実施形態の検出装置は、外圧の方向と大きさを検出可能な圧力センサー方式のタッチパッドであり、例えば、ノート型パーソナルコンピューター（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。
【００３５】
また、本実施形態において、第１基板の「表面」とは、第１基板における複数の圧力センサー形成面を指す。第２基板の「表面」とは、第２基板における弾性体突起形成面の反対面を指し、つまりは、外圧を受ける面を指す。
【００３６】
以下の説明においては、図２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軸がセンサー基板本体１１に対して平行な方向に設定されている。Ｚ軸は、Ｘ軸とＹ軸とにそれぞれ直交する方向、すなわち第１基板としてのセンサー基板本体１１に対する法線方向に設定されている。
【００３７】
（第１実施形態）
＜検出装置の構成＞
図１は、検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。以下、検出装置の電気的な構成を、図１を参照しながら説明する。
【００３８】
図１に示すように、検出装置１００は、検出部１１０と、制御部１２０とを備えている。検出部１１０は、圧力の有無を検出するための第１センサーとしての接触センサー１２（図２参照）と、圧力の大きさを検出するための第２センサーとしての圧力センサー１３（図２参照）とを有する。また、検出部１１０によって検出された情報を、制御部１２０に入力する。
【００３９】
制御部１２０は、接触センサー１２によって外圧の有無を検出する動作を行い、その検出結果に基づいて圧力センサー１３の次の検出動作を制御する。
【００４０】
図２は、検出装置の構成を示す分解斜視図である。図３は、図２に示す検出装置のＡ−Ａ'線に沿う模式断面図である。以下、検出装置の構成を、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００４１】
図２において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応して配置された圧力センサー１３が検出する単位検出領域を示している。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２２の中心（重心）が平面視で位置するポイントである。
【００４２】
図２に示すように、検出装置１００は、第１基板としてのセンサー基板１０と、センサー基板１０と対向するように配置された突起シート２０と、を備えている。具体的には、センサー基板１０は、センサー基板本体１１上における基準点Ｐの回りに複数の圧力センサー１３が設けられている。
【００４３】
突起シート２０は、第２基板としての突起シート本体２１上における基準点Ｐに重なる位置に重心が位置する弾性体突起２２が設けられている。弾性体突起２２は、その先端部がセンサー基板１０（接触センサー１２、圧力センサー１３）に当接した状態で弾性変形する。
【００４４】
より具体的には、センサー基板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センサー基板本体１１と、センサー基板本体１１にマトリックス状に配置された複数の圧力センサー１３と、２つの単位検出領域Ｓの間に配置された接触センサー１２と、を具備して構成されている。
【００４５】
複数の圧力センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の圧力センサー１３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と各圧力センサー１３との間の距離が互いに等しくなる。
【００４６】
これにより、弾性体突起２２の変形と各圧力センサー１３で検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各圧力センサー１３の圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１３で検出された圧力値の差分を演算することが容易となる。なお、圧力値の差分の演算方法については後述する。
【００４７】
突起シート２０は、上記したように、矩形板状の突起シート本体２１と、突起シート本体２１に設けられた複数の弾性体突起２２と、を具備して構成されている。
【００４８】
突起シート本体２１は、外圧を直接受ける部分である。突起シート本体２１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、シリコー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、突起シート本体２１及び弾性体突起２２の形成材料として樹脂材料を用い、突起シート本体２１、及び弾性体突起２２を金型で一体形成している。
【００４９】
複数の弾性体突起２２は、突起シート本体２１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２２の先端部２２ａは、例えば、球面の錘状となっており、センサー基板１０に当接している。
【００５０】
具体的には、弾性体突起２２の重心は、単位検出領域Ｓにおける初期的に基準点Ｐと重なる位置に配置されている。更に、他の弾性体突起２２の重心は、接触センサー１２の中心と重なる位置に配置されている。
【００５１】
接触センサー１２及び圧力センサー１３と接する弾性体突起２２について説明したが、他の領域においても複数の弾性体突起２２が突起シート本体２１に形成されている。このように、接触センサー１２や圧力センサー１３が配置されていない領域にも弾性体突起２２を配置することによって、弾性体突起２２が弾性変形したときの突起シート本体２１の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。
【００５２】
また、弾性体突起２２が突起シート本体２１上においてＸ方向及びＹ方向にマトリックス状に離間して配置されていることにより、一方の弾性体突起２２が変形したときに他方の弾性体突起２２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２２が互いに接触して配置されている場合に比べて、外圧を正確に各圧力センサー１３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。また、各圧力センサー１３の圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１３の圧力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。
【００５３】
また、弾性体突起２２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２２の基部の径は１．８ｍｍ程度になっている。一方、弾性体突起２２の高さ（弾性体突起２２のＺ方向の距離）は２ｍｍ程度になっている。さらに、隣り合う弾性体突起２２の離間間隔は１ｍｍ程度になっている。
【００５４】
なお、弾性体突起２２のデュロメータ硬さ（タイプA、ＩＳＯ ７６１９準拠のデュロメータによる硬さ測定値）は、例えば、３０〜６０程度になっている。
【００５５】
複数の圧力センサー１３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つの圧力センサー１３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つの圧力センサー１３の各面積がほぼ等しくなっている。
【００５６】
また、単位検出領域Ｓにおける複数（４個）の圧力センサー１３と、圧力センサー１３に対向配置された弾性体突起２２とにより、圧力成分分離機構３１が構成されている。具体的には、図３に示すように、圧力センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に設けられた複数の第３電極としての第１圧力電極１３ａと、第１圧力電極１３ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体３２と、感圧導電体３２上に設けられた第４電極としての第２圧力電極１３ｂとを備えて構成されている。
【００５７】
また、図３に示すように、接触センサー１２は、例えば、第１圧力電極１３ａより平面的に面積が大きな第１電極としての第１接触電極１２ａと、第１接触電極１２ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体３２と、感圧導電体３２上に設けられた第２電極としての第２接触電極１２ｂとを備えて構成されている。
【００５８】
なお、２つのセンサー（１２，１３）を判別しやすくするために、図２に示すように、第１接触電極１２ａ及び第１圧力電極１３ａのみを図示して、接触センサー１２及び圧力センサー１３と称している。
【００５９】
接触センサー１２（第１接触電極１２ａ）の平面的な面積は、１つの圧力センサー１３（第１圧力電極１３ａ）の面積よりも広いことが望ましい。接触センサー１２の面積が広いことにより、突起シート２０に圧力が加えられた際、感圧導電体３２を介して第１接触電極１２ａと第２接触電極１２ｂとが接触したときの抵抗値が、第１圧力電極１３ａと第２圧力電極１３ｂとが接触したときの抵抗値よりも小さい。よって、接触センサー１２の感度が高くなる。
【００６０】
感圧導電体３２としては、例えば、感圧導電ゴム等による感圧素子を用いることができる。圧力センサー１３は、接触面に外圧が作用したときに感圧導電ゴム等に加わる圧力を電気信号に変換する。
【００６１】
また、隣り合う圧力センサー１３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、隣り合う位置の圧力センサー１３で検出される圧力値にノイズがのらないようになっている。
【００６２】
圧力センサー１３としては、例えば、ダイアフラムゲージ等の感圧素子を用いることができる。この場合には、接触面に外圧が作用したときにダイアフラムに加わる圧力を電気信号に変換する。
【００６３】
なお、この検出装置１００は、単位検出領域Ｓを少なくとも２つ配置しているので、圧力値や圧力の方向（すべり力）を求めるだけではなく、回転トルクも求めることができる。
【００６４】
図４は、検出装置における制御部の構成を示すブロック図である。以下、制御部の構成を、図４を参照に説明する。
【００６５】
図４に示すように、制御部１２０は、検出部１１０（図１参照）との信号の授受と演算結果の出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｏ部）１２１と、各圧力センサー１３の制御処理を行う制御ユニット１２２と、各演算処理を行う演算装置１２３と、データを格納するデータメモリー１２４と、を有して構成されている。
【００６６】
演算装置１２３は、外圧によって弾性体突起２２が弾性変形することにより、複数の圧力センサー１３で検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各圧力センサー１３で検出された各圧力値の差分を演算し、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。
【００６７】
また、演算装置１２３は、検出部１１０で検出された圧力の合力の方向と大きさを演算する第２演算処理と、外圧により検出部１１０に作用する回転トルクの方向と大きさを演算する第３演算処理を行う。これらの演算方法については後述する。
【００６８】
なお、本実施形態では、制御ユニット１２２と演算装置１２３とにそれぞれＣＰＵを備えているが、１つのＣＰＵにより、制御ユニット１２２における装置の制御と、演算装置１２３における各種演算とを行わせる構成としてもよい。言い換えれば、制御ユニット１２２はＣＰＵを備え、各種の演算にも対応するとしてもよい。
【００６９】
図５は、検出装置の検出制御動作を示すフローチャートである。以下、検出装置の検出制御動作を、図５を参照しながら説明する。
【００７０】
図５に示すように、ステップＳ１１では、接触センサー１２によって圧力の検出動作を行い、圧力値を検出する。
【００７１】
ステップＳ１２では、検出された圧力値から外圧があるか否かを判定する。外圧があると判定された場合、ステップＳ１３に移行する。外圧が無いと判定された場合、ステップＳ１１に移行して、引き続き、接触センサー１２による圧力値の検出を行う。
【００７２】
ステップＳ１３では、外圧があると判定された場合、その判定結果から、対応する単位検出領域Ｓの圧力センサー１３の次の検出動作を決定する。具体的には、例えば、対応する単位検出領域Ｓの圧力成分分離機構３１に配置された複数の圧力センサー１３の圧力値をそれぞれ検出する。
【００７３】
ステップＳ１４では、外圧の方向と大きさを演算する。演算終了後は、その結果を出力すると同時に、ステップＳ１１に戻り、接触センサー１２により圧力値を検出し、外圧の有無を検出する検出動作を行なう。
【００７４】
図６及び図７は、外圧の大きさと方向を検出する方法の説明図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、圧力（圧力成分分離機構）の変化を示す模式断面図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、図６（ａ）〜（ｃ）に対応した、圧力成分分離機構における圧力の変化と位置との関係を示す模式平面図である。以下、外圧の大きさ及び方向を検出する方法を、図６及び図７を参照しながら説明する。なお、図７（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起２２の重心（圧力中心）を示している。
【００７５】
図６（ａ）及び図７（ａ）は、突起シート２０の表面２０ａ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６（ａ）に示すように、突起シート２０の表面２０ａに外圧が付加される前においては、弾性体突起２２は変形しない。これにより、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離は一定に保たれる。
【００７６】
また、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー１３の圧力値は、データメモリー１２４に記憶されている。データメモリー１２４に記憶された各圧力センサー１３の圧力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。
【００７７】
図７（ａ）は、外圧が付加されない状態における、複数の圧力センサー１３や基準点Ｐに対する弾性体突起２２の基部の相対的な位置２２ｂ、センサー基板１０と弾性体突起２２とが接する領域５０を示している。
【００７８】
図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、突起シート２０の表面２０ａ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６（ｂ）に示すように、弾性体突起２２は、突起シート２０を介して垂直方向の外圧が付加されたとき、弾性体突起２２の先端部２２ａがセンサー基板本体１１の表面に配置された複数の圧力センサー１３に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する（撓む）。
【００７９】
そして、センサー基板１０と突起シート２０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。このときの圧力センサー１３の圧力値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１３ともほぼ同じ値となる。
【００８０】
図６（ｃ）及び図７（ｃ）は、突起シート２０の表面２０ａ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。図６（ｃ）に示すように、弾性体突起２２は、突起シート２０の表面２０ａに斜め方向の外圧が付加されたとき、弾性体突起２２の先端部２２ａがセンサー基板本体１１の表面に配置された圧力センサー１３に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。つまり、弾性体突起２２がＺ方向に撓み、センサー基板１０と突起シート２０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。
【００８１】
また、図７（ｃ）に示すように、弾性体突起２２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２２と４つの各圧力センサー１３との重なる面積はそれぞれ異なる。具体的には、弾性体突起２２と４つの各圧力センサー１３との重なる面積は、４つの圧力センサー１３のうち−Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された圧力センサー１３と重なる面積よりも、＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された圧力センサー１３と重なる面積のほうが大きくなる。
【００８２】
弾性体突起２２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２２の重心Ｇ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、各圧力センサー１３で異なる値の圧力値が検出される。そして、後述する差分の演算方法に基づいて加えられた外圧の方向が求められる。
【００８３】
突起シート２０の表面２０ａに斜め方向の外圧が付加された場合には、弾性体突起２２が大きく変形する。そして、弾性体突起２２がセンサー基板１０に接した状態で、弾性体突起２２の基部の相対的な位置２２ｂがずれる。図７（ｃ）は、圧力センサー１３や基準点Ｐに対する弾性体突起２２の基部の相対的な位置２２ｂが外力の方向にずれることを示している。
【００８４】
図８は、センシング領域の座標系を示す図である。図９は、圧力センサーによる垂直方向の圧力分布を示す図である。図１０は、圧力センサーによるすべり方向の計算例を示す図である。
【００８５】
図８に示すように、複数の圧力センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）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、各圧力センサーＳ１〜Ｓ４が検出する圧力値（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（１）で表される。
【００８６】
【数１】
2012122823.tif 000003
【００８７】
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（２）で表される。
【００８８】
【数２】
2012122823.tif 000004
【００８９】
また、外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分、Ｚ軸は図８の図中省略）は以下の式（３）で表される。
【００９０】
【数３】
2012122823.tif 000005
【００９１】
本実施形態では、外圧によって弾性体突起２２が弾性変形することにより４つの圧力センサーＳ１〜Ｓ４で検出された圧力値の差分を演算し、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。
【００９２】
式（１）に示すように、外圧のＸ方向成分Ｆｘにおいては、４つの圧力センサーＳ１〜Ｓ４で検出された圧力値のうち＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ２、及び圧力センサーＳ４で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ１、及び圧力センサーＳ３で検出された値が組み合わされる。このように、＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ２、及び圧力センサーＳ４の組み合わせによる圧力値と−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ１、及び圧力センサーＳ３の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のＸ方向成分が求められる。
【００９３】
式（２）に示すように、外圧のＹ方向成分Ｆｙにおいては、４つの圧力センサーＳ１〜Ｓ４で検出された圧力値のうち＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ１、及び圧力センサーＳ２で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ３、及び圧力センサーＳ４で検出された値が組み合わされる。このように、＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ１、及び圧力センサーＳ２の組み合わせによる圧力値と−Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ３、及び圧力センサーＳ４の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のＹ方向成分が求められる。
【００９４】
式（３）に示すように、外圧のＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの圧力センサーＳ１〜Ｓ４の圧力値を足し合わせた合力で求められる。
【００９５】
検出部１１０に加わる外圧の合計の方向と大きさは、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外圧の合計によって得られる。したがって外圧の合計の方向と大きさを演算する第２演算処理は、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外圧の合計を算出する演算となる。
【００９６】
また、検出部１１０に加わる回転トルクの方向と大きさは、突起シート２０の表面に加わる外圧の分布の重心を算出し、その座標を中心として点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外圧のＸ方向成分またはＹ方向成分の差分を取ることによって得られる。したがって回転トルクの方向と大きさを演算する第３演算処理は、外圧の分布の重心の座標を中心とした点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力のＸ方向成分またはＹ方向成分の差分の演算となる。
【００９７】
次に、図９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（圧力センサーＳ１〜Ｓ４の出力電圧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（圧力センサーＳ１〜Ｓ４の出力電圧６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（圧力センサーＳ１〜Ｓ４の出力電圧３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。
【００９８】
また、指で押されていない領域は、圧力センサーＳ１〜Ｓ４の出力電圧が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（圧力センサーＳ１〜Ｓ４が集合した領域）がマトリックス状（例えば縦１６行×横１６列に計２５６個）に配置されているとする。また、符号ＤＧは検出した外圧の分布の重心である。
【００９９】
指で押されていない領域は、圧力センサー１３の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度であるため、圧力センサー１３の出力電圧３０ｍＶを外圧の有無の判定基準として設定している。すなわち単位検出領域Ｓである圧力センサーＳ１〜Ｓ４の合計出力電圧が３０ｍＶ未満であれば、外圧は加わっていないと判定し、圧力センサーＳ１〜Ｓ４の出力電圧が３０ｍＶ以上であれば、外圧が加わっていると判定する。
【０１００】
図９の場合、縦１６行×横１６列に配置された単位検出領域Ｓのうち、７箇所の単位検出領域Ｓで外圧が加わっていると判定される。外圧の垂直方向の圧力値は、外圧が作用した範囲の中心部が最も大きくなっている（単位検出領域Ｓの圧力センサーの合計出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。また、外圧の垂直方向の圧力値は、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。
【０１０１】
図１０に示すように、検出部１１０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。図９の場合、指の押圧力（外力）は、縦１６行×横１６列に配置された単位検出領域Ｓのうち、７箇所の単位検出領域Ｓで外圧が加わっていると判定される。そこでこの７箇所の単位検出領域Ｓのみを抽出して第１演算処理による外圧の面内方向成分（すべり方向）の演算を行うことにより、演算処理が高速化される。
【０１０２】
抽出した７箇所の各単位検出領域Ｓは、それぞれ４つの圧力センサーＳ１〜Ｓ４を有しており、各圧力センサーＳ１〜Ｓ４で検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、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Ｓでは、上述した式（１）及び式（２）に基づいて、各単位検出領域Ｓにおける外圧のＸ方向成分Ｆｘ及び外圧のＹ方向成分Ｆｙが第１演算処理によって算出される。言い換えれば、第１演算処理により、各圧力センサーＳ１〜Ｓ４で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と大きさを求めることができる。
【０１０３】
第２演算処理により、外圧の合計の方向と大きさが算出される。ここでは、外圧がＸ方向に−０．５４、Ｙ方向に０．８４５の方向成分を持つことから、＋Ｘ方向を基準として左回りに約１２２°の方向に合計の外圧が作用していることが分かる。
【０１０４】
また、第３演算処理により、回転トルクの方向と大きさが算出される。図９の場合、外圧の分布の重心ＤＧの座標はＸ＝６．７３、Ｙ＝１０．０４となり、Ｘ＝７、Ｙ＝１０に位置する単位検出領域Ｓに近似される。そこでＸ＝７、Ｙ＝１０を中心として点対称の関係にある２つの単位検出領域Ｓの組み合わせについて、Ｘ軸方向成分の差分から回転トルクの大きさを算出する。差分の大きさは８ｍＶであることから、検出部１１０の検出面には右ねじの方向にごく微小な回転トルクが作用していることが分かる。
【０１０５】
以上詳述したように、第１実施形態の検出装置１００によれば、以下に示す効果が得られる。
【０１０６】
（１）第１実施形態の検出装置１００によれば、圧力の有無の検出を接触センサー１２によって検出し、圧力の大きさなどを圧力成分分離機構３１によって、それぞれ分けて検出するので、検出部１１０の全体で圧力の有無などを検出する場合と比較して、早く圧力の有無を検出することができる。更に、圧力の有無を検出した後、制御部１２０によって圧力成分分離機構３１の検出動作のみを制御することにより、圧力の大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くすることができる。
【０１０７】
（２）第１実施形態の検出装置１００によれば、接触センサー１２及び圧力センサー１３をセンサー基板本体１１上に配置することにより、小さなスペースで構成することができる。具体的には、薄型化、小型化、低コスト化にすることができる。また、同一基板上なので、圧力の大きさなどを演算処理するための補正を抑えることができる。
【０１０８】
（３）第１実施形態の検出装置１００によれば、接触センサー１２を挟んで２つの圧力成分分離機構３１を備えているので、圧力の方向や回転トルクを検出することができる。
【０１０９】
（４）第１実施形態の検出装置１００によれば、接触センサー１２（第１接触電極１２ａ）の平面的な面積が、１つの圧力センサー１３（第１圧力電極１３ａ）の面積よりも広いので、突起シート２０に圧力が加えられた際、感圧導電体３２を介して第１接触電極１２ａと第２接触電極１２ｂとが接触したときの抵抗値が、第１圧力電極１３ａと第２圧力電極１３ｂとが接触したときの抵抗値よりも小さくなる。よって、接触センサー１２の感度を高くすることができる。
【０１１０】
（第２実施形態）
＜検出装置の構成＞
図１１は、第２実施形態の検出装置の構成を示すブロック図である。以下、第２実施形態の検出装置の構成を、図１１を参照しながら説明する。
【０１１１】
第２実施形態の検出装置２００は、第１実施形態と同様、複数の圧力センサー１１３（図１２参照）により加えられた外圧を検出する検出部１１１と、複数の圧力センサー１１３のうちの一部により検出された圧力値から外圧の有無を検出する検出動作を行い、その検出結果から検出部１１１の次の検出動作を制御する制御部１２０を備える。
【０１１２】
図１２は、図２に対応した、第２実施形態の検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図１３は、図１２に示す検出装置のＢ−Ｂ'線に沿う模式断面図である。以下、検出装置の構成を、図１２及び図１３を参照しながら説明する。
【０１１３】
図１２に示すように、第２実施形態の検出装置２００は、複数の圧力センサー１１３が互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦４行、横４列に配置されている部分が、上述の第１実施形態で説明した検出装置１００と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
【０１１４】
検出装置２００は、基準点Ｐの回りに複数配置された圧力センサー１１３と、複数の圧力センサー１１３で構成される単位検出領域Ｓと単位検出領域Ｓとの間に設けられた接触センサー１１２と、を備えるセンサー基板２１０を有する。更に、検出装置２００は、第１実施形態のように、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センサー基板２１０に当接し外圧によって弾性変形する弾性体突起２２が形成された突起シート２０と、を備えている。ここでは、ｉ個（ｉは４以上の整数）の圧力センサー１１３を用いた場合に拡張した計算式を示す。
【０１１５】
図１２に示すように、センサー基板本体１１上には、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、圧力センサー１１３が配置されている。これら１６個の圧力センサー１１３の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。
【０１１６】
また、単位検出領域Ｓにおける複数の圧力センサー１１３と、圧力センサー１１３に対向配置された弾性体突起２２とにより、圧力成分分離機構１３１が構成されている。具体的には、図１３に示すように、圧力センサー１１３は、基準点Ｐに対して点対称に設けられた複数の第１圧力電極１１３ａと、第１圧力電極１１３ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体３２と、感圧導電体３２上に設けられた第２圧力電極１１３ｂとを備えて構成されている。
【０１１７】
また、図１３に示すように、接触センサー１１２は、例えば、第１圧力電極１１３ａより平面的な面積が大きな第１接触電極１１２ａと、第１接触電極１１２ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体３２と、感圧導電体３２上に設けられた第２接触電極１１２ｂとを備えて構成されている。
【０１１８】
なお、第１実施形態と同様に、２つのセンサー（１１２，１１３）を判別しやすくするために、図１２に示すように、第１接触電極１１２ａ及び第１圧力電極１１３ａのみを図示して、接触センサー１１２及び圧力センサー１１３と称している。
【０１１９】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、図６（ａ）〜（ｃ）に対応した、第２実施形態の圧力の変化を示す模式断面図である。図１５（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に対応した、第２実施形態の単位検出領域Ｓにおける圧力成分分離機構の変化を示す模式平面図である。以下、外圧の大きさと方向を検出する方法を、図１４及び図１５を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１４（ａ）及び図１５（ａ）は、突起シート２０の表面２０ａ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１４（ａ）に示すように、突起シート２０の表面２０ａに外圧が付加される前においては、弾性体突起２２は変形しない。これにより、センサー基板２１０と突起シート２０との間の距離は一定に保たれる。このとき、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー１１３の圧力値はデータメモリー１２４に記憶されている。データメモリー１２４に記憶された各圧力センサー１１３の圧力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。
【０１２１】
図１５（ａ）は、外圧が付加されない状態における、複数の圧力センサー１１３や基準点Ｐに対する弾性体突起２２の基部の相対的な位置２２ｂ、センサー基板２１０と弾性体突起２２とが接する領域５０を示している。
【０１２２】
図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）は、突起シート２０の表面２０ａ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１４（ｂ）に示すように、突起シート２０の表面に垂直方向の外圧が付加されたとき、弾性体突起２２は、Ｚ方向に圧縮変形する。そして、センサー基板２１０と突起シート２０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。このときの圧力センサー１１３の圧力値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１１３ともほぼ同じ値となる。
【０１２３】
図１４（ｃ）及び図１５（ｃ）は、突起シート２０の表面２０ａ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。図１４（ｃ）に示すように、突起シート２０の表面２０ａに斜め方向の外圧が付加されたとき、弾性体突起２２は、斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、弾性体突起２２がＺ方向に撓み、センサー基板２１０と突起シート２０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。
【０１２４】
また、図１５（ｃ）に示すように、突起シート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２２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２２の先端部２２ａと複数の圧力センサー１１３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。
【０１２５】
図１６は、図８に対応した、第２実施形態における単位検出領域Ｓのセンシング領域の座標系を示す図である。なお、図１６において、複数の圧力センサー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個の圧力センサー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１６においては、便宜上、１００個の圧力センサーＳiを図示しているが、圧力センサー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。
【０１２６】
図１６に示すように、複数の圧力センサー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、各圧力センサーＳiが検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰi（ｉ＝１〜１００）、基準点Ｐと各圧力センサーＳiとの間の距離の面内方向成分をｒi（ｉ＝１〜１００）とする。
【０１２７】
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、単位検出領域Ｓに加わる外力の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（４）で表される。
【０１２８】
【数４】
2012122823.tif 000006
【０１２９】
また、単位検出領域Ｓに加わる外力の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（５）で表される。
【０１３０】
【数５】
2012122823.tif 000007
【０１３１】
また、単位検出領域Ｓに加わる外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分）は以下の式（６）で表される。
【０１３２】
【数６】
2012122823.tif 000008
【０１３３】
本実施形態では、外圧によって弾性体突起２２が弾性変形することにより変化する１００個の圧力センサーＳiの圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーＳiの圧力値の差分を演算し、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。
【０１３４】
式（４）に示すように、外圧のＸ方向成分Ｆｘにおいては、１００個の圧力センサーＳiで検出された圧力値のうち相対的に＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳiで検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳiで検出された値が組み合わされる。このように、相対的に＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳiの組み合わせによる圧力値と相対的に−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳiの組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のＸ方向成分が求められる。
【０１３５】
式（５）に示すように、外圧のＹ方向成分Ｆｙにおいては、１００個の圧力センサーＳiの圧力値のうち相対的に＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＳiで検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Ｙ方向に配置された圧力センサーＳiで検出された値が組み合わされる。このように、相対的に＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＳiの組み合わせによる圧力値と相対的に−Ｙ方向に配置された圧力センサーＳiの組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のＹ方向成分が求められる。
【０１３６】
式（６）に示すように、外圧のＺ方向成分Ｆｚにおいては、１００個の圧力センサーＳiで検出された圧力値を足し合わせた合力で求められる。
【０１３７】
なお、外圧の作用する方向の算出にあっては、１００個の圧力センサーＳiで検出された圧力値の算出結果の平均値で求める方法、あるいは１００個の圧力センサーＳiで検出された圧力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。
【０１３８】
検出部１１１に加わる外圧の合力の方向と大きさは、第１実施形態と同様、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力の合計によって得られる。したがって外圧の合計の方向と大きさを演算する第２演算処理は、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外圧の合計を算出する演算となる。
【０１３９】
また検出部１１１に加わる回転トルクの方向と大きさは、突起シート２０の表面２０ａに加わる外圧の分布の重心の座標を算出し、その外圧の分布の重心の座標を中心とした点対称となる、任意の単位検出領域に加わる外圧のＸ方向成分、またはＹ方向成分の差分を取ることによって得られる。したがって回転トルクの方向と大きさを演算する第３演算処理は、外圧の分布の重心の座標を中心として点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外圧のＸ方向成分またはＹ方向成分の差分の演算となる。
【０１４０】
以上詳述したように、第２実施形態の検出装置２００によれば、上記した第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて、以下に示す効果が得られる。
【０１４１】
（５）第２実施形態の検出装置２００によれば、配置される圧力センサー１１３の数が第１実施形態と比較して多いので、多数の圧力センサー１１３で検出される圧力値に基づいて各圧力センサー１１３の検出結果を積算して外圧の作用する方向と大きさを決めることができる。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。
【０１４２】
（第３実施形態）
＜電子機器＞
図１７は、上記実施形態の検出装置のいずれかを適用した携帯電話機の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３及びコントロールパッド１００２、並びに表示部としての液晶パネル１００１を備えている。コントロールパッド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、メニューボタンにカーソル（図示略）を合わせてコントロールパッド１００２を強く押すことで、電話帳が表示されたり、携帯電話機１０００の電話番号が表示されたりする。
【０１４３】
図１８は、上記実施形態に係る検出装置のいずれかを適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２及びコントロールパッド２００３、並びに表示部としての液晶パネル２００１を備えている。コントロールパッド２００３を操作すると、液晶パネル２００１に表示されたメニューを操作できる。例えば、メニュー（図示略）にカーソル（図示略）を合わせてコントロールパッド２００３を強く押すことで、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。
【０１４４】
このような電子機器によれば、上述した検出装置１００，２００のいずれかをコントロールパッド１００２，２００３に備えているので、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。
【０１４５】
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、デジタルスチールカメラ、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。
【０１４６】
以上詳述したように、第３実施形態の電子機器によれば、以下に示す効果が得られる。
【０１４７】
（６）第３実施形態の電子機器によれば、上記に記載の検出装置１００，２００を備えているので、外圧の有無を高速に検出することができ、また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。
【０１４８】
（第４実施形態）
＜ロボット＞
図１９は、上記実施形態に係る検出装置のいずれかを適用したロボットハンドの概略構成を示す模式図である。図１９（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、並びに上記検出装置１００，２００のいずれかを適用した把持部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。
【０１４９】
図１９（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１００，２００のいずれかを備えているので、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）や回転トルク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。
【０１５０】
このロボットによれば、上述した検出装置１００，２００のいずれかを備えているので、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。
【０１５１】
以上詳述したように、第４実施形態のロボットによれば、以下に示す効果が得られる。
【０１５２】
（７）第４実施形態のロボットによれば、上記に記載の検出装置１００，２００を備えているので、外圧の有無を高速に検出することができ、また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。
【０１５３】
なお、実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
【０１５４】
（変形例１）
上記した第１実施形態のように、２つの単位検出領域Ｓの間に接触センサー１２を配置することに限定されず、例えば、図２０に示すような、検出装置３００の構成であってもよい。図２０は、変形例の検出装置の構成を示す分解斜視図である。
【０１５５】
図２０に示す検出装置３００は、複数の圧力センサー１３を備える単位検出領域Ｓ（図２参照）が、接触センサー２１２を基準点として点対称に４箇所に配置されている。なお、上記実施形態と同様、接触センサー２１２及び圧力センサー１３が配置されていない領域にも弾性体突起２２が配置されている。
【０１５６】
このように、１つの接触センサー２１２に対して圧力成分分離機構３１（図３参照）の数を増やすことにより、回転トルクなどの検出をより精度よく検出することができる。なお、演算時間を早くしたい場合は、第１実施形態のような検出装置１００、また、検出精度を高めたい場合は、変形例１のような検出装置３００を用いるなど、使用方法に応じて選択することが望ましい。
【０１５７】
（変形例２）
上記したように、接触センサー１２における第１接触電極１２ａと第２接触電極１２ｂとの間に感圧導電体３２を設けることに限定されず、図２１に示すように、感圧導電体３２を設けない構造にしてもよい。図２１は、変形例の検出装置の構造を示す模式断面図である。図２１（ａ）は、突起シート２０に圧力が加えられていない状態を示す。図２１（ｂ）は、突起シート２０に圧力が加えられている状態を示す。
【０１５８】
これによれば、接触センサー１２において感圧導電体３２がないため、弱い圧力でも第２接触電極１２ｂと第１接触電極１２ａとを接触させることができる。これにより、同じセンサー基板本体１１上でありながら、接触センサー１２の方が圧力成分分離機構３１よりも高い感度を得ることができる。
【０１５９】
また、図２１に示すように、突起シート２０とセンサー基板３１０との間に弾性シート４００を設けるようにしてもよい。なお、弾性シート４００と弾性体突起２２とは、固定もしくは一体成形されている。これによれば、突起シート２０に圧力が加えられた際、弾性体突起２２の位置がずれてしまうことを抑えることができる。
【０１６０】
また、弾性体突起２２が弾性シート４００に固定されていることにより、２つの隣り合う弾性体突起２２が互いに反対の方向に圧縮変形することを抑えることが可能となり、高い精度で圧力を検出することができる。なお、弾性体突起２２がずれない構造であれば、弾性シート４００と固定されていなくてもよい。
【０１６１】
（変形例３）
上記したように、接触センサー１２と圧力成分分離機構３１との配置関係は、２つの圧力成分分離機構３１の間（中間）に接触センサー１２を配置する構造（図２参照）に限定されず、例えば、接触センサー１２の周囲に少なくとも２つの圧力成分分離機構３１が配置されている構造でもよい。なお、少なくとも２つの圧力成分分離機構３１の距離は、回転トルクを高い精度で検出したいことから、接触センサー１２を中心としてなるべく離れていることが望ましい。
【０１６２】
（変形例４）
上記したように、圧力があったと判断した後、圧力の大きさや方向を出力することに限定されず、例えば、以下のような動作を行うようにしてもよい。図１９に示すロボットハンド３０００の場合、一対のアーム部３００２が接近していき、コップなどを挟んだら、コップを壊さないように、演算した圧力に応じてアーム部３００２の閉じる速度を落とす、又は停止する動作を行うようにしてもよい。
【０１６３】
更に、コップを移動する場合、回転トルクがある場合には、別のロボットハンド３０００に持ち変えるなどの動作を行うようにしてもよい。また、初期の段階では、接触センサー１２をフルにセンシングさせておき、圧力が加わったと判断したら、接触センサー１２のセンシングを停止するようにしてもよい。その後、圧力センサー１３及び演算装置１２３によって、圧力の大きさ、方向、回転トルクなどの演算処理を開始する。また、初期すべりのときに発生する振動を検出するようにして、アーム部３００２の動作を制御するようにしてもよい。
【０１６４】
（変形例５）
上記したように、圧力センサーは、感圧導電ゴムなどの感圧素子を用いることに限定されず、例えば、静電容量値変化型の感圧素子を用いるようにしてもよい。この場合、外圧が作用すると静電容量値の変化を感知して外圧を検出することが出来る。また、インダクタンスの変化を検出するようにしてもよい。
【０１６５】
（変形例６）
上記したように、電子機器は、携帯電話機１０００や携帯情報端末２０００に限定されず、例えば、高精細ＥＶＦ（Electric View Finder）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、テレビ、車載機器、オーディオ機器などに搭載することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
１１…第１基板としてのセンサー基板本体、１２…第１センサーとしての接触センサー、１２ａ…第１電極としての第１接触電極、１２ｂ…第２電極としての第２接触電極、１３…第２センサーとしての圧力センサー、１３ａ…第１圧力電極、１３ｂ…第２圧力電極、２０…突起シート、２０ａ…表面、２１…第２基板としての突起シート本体、２２…弾性体突起、２２ａ…先端部、２２ｂ…位置、３１…圧力成分分離機構、３２…感圧導電体、５０…領域、１００，２００，３００…検出装置、１１０，１１１…検出部、１１２…接触センサー、１１２ａ…第１接触電極、１１２ｂ…第２接触電極、１１３…圧力センサー、１１３ａ…第１圧力電極、１１３ｂ…第２圧力電極、１２０…制御部、１２１…インターフェイス部、１２２…制御ユニット、１２３…演算装置、１２４…メモリー、１３１…圧力成分分離機構、２１０…センサー基板、２１２…接触センサー、３１０…センサー基板、１０００…携帯電話機、１００１…液晶パネル、１００２，２００３…コントロールパッド、１００３…操作ボタン、２０００…携帯情報端末、２００１…液晶パネル、２００２…操作ボタン、２００３…コントロールパッド、３０００…ロボットハンド、３００１…把持部、３００２…アーム部、３００３…本体部、３０１０…対象物。
【図１】
2012122823.tif 000009
【図２】
2012122823.tif 000010
【図３】
2012122823.tif 000011
【図４】
2012122823.tif 000012
【図５】
2012122823.tif 000013
【図６】
2012122823.tif 000014
【図７】
2012122823.tif 000015
【図８】
2012122823.tif 000016
【図９】
2012122823.tif 000017
【図１０】
2012122823.tif 000018
【図１１】
2012122823.tif 000019
【図１２】
2012122823.tif 000020
【図１３】
2012122823.tif 000021
【図１４】
2012122823.tif 000022
【図１５】
2012122823.tif 000023
【図１６】
2012122823.tif 000024
【図１７】
2012122823.tif 000025
【図１８】
2012122823.tif 000026
【図１９】
2012122823.tif 000027
【図２０】
2012122823.tif 000028
【図２１】
2012122823.tif 000029