(57)【要約】【課題】圧力センサにおいて押圧力を精度良く測定可能にする。【解決手段】圧力検出装置１では、圧力センサ３は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シート２１を有する。タッチ検出部７は、圧力センサ３への接触を検出する。スイッチ１１は、キャパシタンス２７の充電状態と放電状態とを切替え可能である。ＡＤ変換部３９は、積分回路５から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。取得部３６は、キャパシタンス２７の充電状態においてデジタル電圧信号を取得する。切替え部３５は、スイッチ１１を制御することで、キャパシタンス２７の充電状態と放電状態とを交互に繰り返し、かつデジタル電圧信号が取得された後にキャパシタンス２７を所定時間だけ放電状態にする。算出部３７は、タッチ検出部７が圧力センサ３への接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを有する圧力センサと、
前記圧力センサへの接触を検出するタッチ検出部と、
前記圧電シートに接続された入力部を有するアンプと、前記入力部に一端が接続されるキャパシタンスとを有する、積分回路と、
前記キャパシタンスの充電状態と放電状態とを切替え可能なスイッチと、
前記積分回路から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡＤ変換部と、
前記キャパシタンスの前記充電状態において前記デジタル電圧信号を取得する取得部と、
前記スイッチを制御することで、前記キャパシタンスの前記充電状態と前記放電状態とを交互に繰り返し、かつ前記デジタル電圧信号が取得された後に前記キャパシタンスを所定時間だけ前記放電状態にする切替え部と、
前記タッチ検出部が前記圧力センサへの接触を検出している間、取得された前記デジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する算出部と、
を備える、圧力検出装置。
【請求項２】
前記圧力センサが、前記タッチ検出部に接続されたタッチパネルを有し、
前記タッチ検出部が、前記デジタル電圧信号を取得するタイミングとは異なるタイミングで、前記タッチパネルを駆動する駆動部を有する、請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記スイッチのオン抵抗Ｒ（Ω）と前記キャパシタンスの容量Ｃ（Ｆ）が以下の式を満たす、
Ｒ（Ω）Ｃ（Ｆ）＜１０ｍｓ
請求項１又は２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記取得部が前記デジタル電圧信号を取得する周期が、商用電源周波数から２％以上離れている、請求項１〜３のいずれかに記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記取得部が前記デジタル電圧信号を取得する周期が不定期である、請求項１〜３のいずれかに記載の圧力検出装置。
【請求項６】
与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを有する圧力センサと、前記圧力センサへの接触を検出するタッチ検出部と、前記圧電シートに接続された入力部を有するアンプと前記入力部に一端が接続されるキャパシタンスとを有する積分回路と、前記キャパシタンスの充電状態と放電状態とを切替え可能なスイッチと、前記積分回路から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡＤ変換部と、を備えた圧力検出装置の制御方法であって、
前記キャパシタンスの前記充電状態において前記デジタル電圧信号を取得する取得ステップと、
前記スイッチを制御することで、前記デジタル電圧信号が取得された後に前記キャパシタンスを前記充電状態から前記放電状態に切替え、切り替え後所定時間だけ前記放電状態を維持する切替えステップと、
前記タッチ検出部が前記圧力センサへの接触を検出している間、取得された前記デジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する算出ステップと、
を備える、圧力検出装置の制御方法。
【請求項７】
前記デジタル電圧信号を取得するタイミングとは異なるタイミングで、前記タッチ検出部に接続されたタッチパネルを駆動する駆動ステップを、さらに備える、請求項６に記載の圧力検出装置の制御方法。
【請求項８】
コンピュータの記憶部に保存され、請求項６又は７に記載の圧力検出装置の制御方法を前記コンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを用いた、圧力検出装置、圧力検出装置の制御方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばタッチパネルへの押圧量を検出するため、圧電シートを用いた圧力センサが知られている。例えば、特許文献１には、透明感圧層と、一対の透明導電膜層とからなる透明圧電センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２５５７１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に開示された圧力センサにおいては、圧力センサの使用条件（特に、温度）の変化、又は周囲からの電気ノイズ（特に、静電気）に起因して、圧電信号にノイズ成分が重畳されることがある。この影響が大きい場合、検出された押圧力の出力信号がチャージアンプ又は増幅部の出力限界を超えてしまい、その超えた分の出力信号を検出できない。その結果、押圧力の値を正確に検出できなくなる。
【０００５】
本発明の課題は、圧力センサにおいて押圧力を精度良く測定可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明の一見地に係る圧力検出装置は、圧力センサと、タッチ検出部と、積分回路と、スイッチと、ＡＤ変換部と、取得部と、切替え部と、算出部とを備えている。
圧力センサは、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを有する。
タッチ検出部は、圧力センサへの接触を検出する。
積分回路は、圧電シートに接続された入力部を有するアンプと、入力部に一端が接続されるキャパシタンスとを有する。
スイッチは、キャパシタンスの充電状態と放電状態とを切替え可能である。
ＡＤ変換部は、積分回路から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。
取得部は、キャパシタンスの充電状態においてデジタル電圧信号を取得する。
切替え部は、スイッチを制御することで、キャパシタンスの充電状態と放電状態とを交互に繰り返し、かつデジタル電圧信号が取得された後にキャパシタンスを所定時間だけ放電状態にする。
算出部は、タッチ検出部が圧力センサへの接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する。
【０００８】
この装置では、キャパシタンスは、切替え部によって充電状態と放電状態とを交互に繰り返される。取得部は、キャパシタンスの充電状態においてデジタル電圧信号を取得する。その後、キャパシタンスは所定時間だけ放電状態にされる。算出部は、タッチ検出部が圧力センサへの接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する。したがって、現在の押圧力の値が得られる。
また、キャパシタンスの放電を繰り返して行うことで、従来であればノイズの影響で圧電出力が例えば積分回路の出力限界を超えてしまうような場合でも、そのような事態を防止できる。
【０００９】
圧力検出装置は、タッチ検出部に接続されたたタッチパネルと、デジタル電圧信号を取得するタイミングとは異なるタイミングで、タッチパネルを駆動する駆動部と、をさらに備えていてもよい。
この装置では、タッチパネルは、デジタル電圧信号が取得されるタイミングと異なるタイミングで駆動させられる。したがって、圧電シートからの圧電信号がタッチパネルからのノイズによる影響を受けにくい。つまり、デジタル電圧信号がタッチパネルからのノイズによる影響を受けにくい。
【００１０】
スイッチのオン抵抗Ｒ（Ω）とキャパシタンスの容量Ｃ（Ｆ）が以下の式を満たしてもよい。
Ｒ（Ω）Ｃ（Ｆ）＜１０ｍｓ
この装置では、上記の式が満たされることで、スイッチを閉じてからキャパシタンスに貯まった電荷がすべて放電されるのに要する時間が短くなる。
【００１１】
取得部がデジタル電圧信号を取得する周期が、商用電源周波数から２％以上離れていてもよい。
この結果、デジタル電圧信号が、蛍光灯、電源又はその他電子機器若しくは部品からの商用電源周波数由来の交流ノイズの影響を受けにくくなる。
【００１２】
取得部がデジタル電圧信号を取得する周期が不定期であってもよい。
この結果、デジタル電圧信号が、蛍光灯、電源又はその他電子機器若しくは部品からの商用電源周波数由来の交流ノイズの影響を受けにくくなる。
【００１３】
本発明の他の見地に係る圧力検出装置の制御方法は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを有する圧力センサと、圧力センサへの接触を検出するタッチ検出部と、圧電シートに接続された入力部を有するアンプと入力部に一端が接続されるキャパシタンスとを有する積分回路と、キャパシタンスの充電状態と放電状態とを切替え可能なスイッチと、積分回路から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡＤ変換部と、を備えた圧力検出装置の制御方法である。この方法は、下記のステップを備えている。
◎キャパシタンスの充電状態においてデジタル電圧信号を取得する取得ステップ
◎スイッチを制御することで、デジタル電圧信号が取得された後にキャパシタンスを充電状態から放電状態に切替え、切替え後所定時間だけ放電状態を維持する切替えステップ
タッチ検出部が圧力センサへの接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する算出ステップ
この装置では、取得ステップでは、キャパシタンスの充電状態においてデジタル電圧信号が取得される。その後、切替えステップでは、キャパシタンスは充電状態から放電状態に切り替えられ、所定時間だけ放電状態を維持される。算出ステップでは、タッチ検出部が圧力センサへの接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する。したがって、現在の押圧力の値が得られる。
また、キャパシタンスの放電を繰り返して行うことで、従来であればノイズの影響で圧電出力が例えば積分回路の出力限界を超えてしまうような場合でも、そのような事態を防止できる。
【００１４】
制御方法は、デジタル電圧信号を取得するタイミングとは異なるタイミングで、タッチ検出部に接続されたタッチパネルを駆動する駆動ステップを、さらに備えていてもよい。
【００１５】
本発明の他の見地に係るプログラムは、コンピュータの記憶部に保存され、上記の圧力検出装置の制御方法をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る圧力検出装置では、圧電シートへの押圧を適切に検出することで、圧電シートへの押圧力を精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る圧力検出装置の概略図。
【図２】キャパシタンスの放電による圧電出力の変化を示すグラフ。
【図３】制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャート。
【図４】タッチ検出期間における圧電出力加算による押圧力データ出力制御を説明するためのフローチャート。
【図５】キャパシタンスの放電タイミングとタッチ検出時の圧電出力の変化を示すグラフ。
【図６】真の押圧力の変化、従来での圧電出力値の変化、本実施形態の圧電出力値の変化を示したグラフ。
【図７】制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャート（第２実施形態）。
【図８】制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャート（第３実施形態）。
【図９】制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャート（第４実施形態）。
【図１０】制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャート（第５実施形態）。
【図１１】制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャート（第６実施形態）。
【図１２】積分回路の概略図（第７実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．第１実施形態
（１）圧力検出装置の全体構造
まず、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置１の全体構造について図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置の概略図である。
圧力検出装置１は、押圧荷重を測定する機能と、圧力センサへの接触を検出する機能とを有している。
【００１９】
圧力検出装置１は、主に、圧力センサ３と、積分回路５と、タッチ検出部７と、マイコン９と、スイッチ１１とを有する。
圧力センサ３は、圧電シート２１と、タッチパネル２３とを有する。圧電シート２１は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する。
【００２０】
積分回路５は、圧電シート２１からの出力される電荷の総量を電圧信号に変換する、つまり圧電信号を積分して出力する。出力される電圧信号を以下「圧電出力」という。これにより、圧電シート２１の押圧力の変化量に起因して発生する微小な圧電信号から、精度良く圧電シート２１の押圧力を測定できる。積分回路５は、圧電シートに接続された入力部を有するオペアンプ２５と、入力部に一端が接続されるキャパシタンス２７とを有する。
タッチ検出部７は、圧力センサ３のタッチパネル２３への接触を検出する。タッチパネル２３は、圧電シート２１と積層されており、具体的にはタッチ検出電極（図示せず）を有している。
【００２１】
マイコン９は、図示しないが、基板と、基板に搭載されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他電子部品とを有する。マイコン９は、主に、制御部３１と、ＡＤ変換部３９と、切替え部３５とを有している。
制御部３１は、ＣＰＵ及びメモリからなるコンピュータのハードウェアとソフトウェアに基づいて、他の装置を制御するための装置である。制御部３１は、取得部３６と、算出部３７とを有している。
取得部３６は、ＡＤ変換部３９からデジタル電圧信号を読み込む。
算出部３７は、タッチ検出部７が圧力センサ３への接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力データを算出する。
【００２２】
ＡＤ変換部３９は、積分回路から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。
切替え部３５は、スイッチを制御することで、キャパシタンス２７の充電状態と放電状態とを交互に繰り返し、かつデジタル電圧信号が取得された後にキャパシタンス２７を所定時間だけ放電状態にする。
【００２３】
スイッチ１１は、キャパシタンス２７の充電状態と放電状態とを切替え可能である。
上記の各構成の機能は、後にさらに詳細に説明する。
【００２４】
（２）圧電シート
圧電シート２１は、シート状の部材であり、両面に基準電極（図示せず）及び圧電検出電極（図示せず）が形成されている。その結果、検出電極（図示せず）と基準電極（図示せず）との間には、圧電シート２１に与えられた荷重に応じた圧電信号が発生する。
【００２５】
圧電シート２１を構成する材料としては、セラミック圧電材料、フッ化物重合体又はその共重合体、キラリティーを有する高分子材料などが挙げられる。セラミック圧電材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどが挙げられる。フッ化物重合体又はその共重合体としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。キラリティーを有する高分子材料としては、Ｌ型ポリ乳酸や、Ｒ型ポリ乳酸などが挙げられる。
圧電シート２１は、モノモルフでもよいし、バイモルフでもよい。
【００２６】
（３）電極
圧電検出電極（図示せず）、基準電極（図示せず）、及びタッチ検出電極（図示せず）は、導電性を有する材料により構成できる。導電性を有する材料としては、インジウム−スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、スズ−亜鉛酸化物（Ｔｉｎ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ、ＴＺＯ）などのような透明導電酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子、などを用いることができる。この場合、上記の電極は、蒸着やスクリーン印刷などを用いて形成できる。
【００２７】
また、導電性を有する材料として、銅、銀などの導電性の金属を用いてもよい。この場合、上記の電極は、蒸着により形成してもよく、銅ペースト、銀ペーストなどの金属ペーストを用いて形成してもよい。
さらに、導電性を有する材料として、バインダー中に、カーボンナノチューブ、金属粒子、金属ナノファイバーなどの導電材料が分散したものを用いてもよい。
【００２８】
（４）タッチ検出部
タッチ検出部７は、圧力センサ３への接触を検出する装置である。この実施形態では、タッチパネル２３のタッチ検出電極（図示せず）は、圧電シート２１の圧電検出電極（図示せず）とは電気的に絶縁されるように形成されている。これにより、タッチ検出部７は、ユーザの指などの接触対象物が圧力センサ３の主面に接触した際に発生するタッチ検出信号を、タッチ検出電極（図示せず）を介して、検出できる。なお、タッチパネル２３は、ガラスカバー又は樹脂製カバーを含んでいる。
【００２９】
この圧力センサ３では、接触対象物が圧力センサ３の主面に接触したときにタッチ検出電極（図示せず）の自己容量又は相互容量が変化し、その変化が、タッチ検出部７にて検出される（静電容量方式）。静電容量方式を用いることで、タッチ検出部７は、ユーザの指が圧力センサ３を押圧する力が弱い場合でも、確実に指と圧力センサ３との接触を検出できる。
なお、タッチ検出部７としては、静電容量方式のタッチパネルなどに用いられている、公知の静電容量測定装置を用いることができる。
【００３０】
（５）積分回路
積分回路５は、２つの入力を有している。１つの入力は圧電シート２１の圧電検出電極（図示せず）と接続され、もう１つの入力は基準電極（図示せず）に接続されている。
【００３１】
オペアンプ２５は、２つの入力を有している。オペアンプ２５の「−」を付した反転入力端子からの入力は、圧電シート２１に形成された圧電検出電極（図示せず）へ接続されている。一方、オペアンプ２５の「＋」を付した非反転入力端子からの入力は、圧電シート２１に形成された基準電極（図示せず）及びグランド電位に接続されている。この場合、圧電検出電極（図示せず）と基準電極（図示せず）との間に正の電位差を有した圧電信号が入力されると、オペアンプ２５から負の電位差を有する増幅された圧電信号が出力される（反転増幅）。
【００３２】
オペアンプ２５は、オペアンプ２５の２つの入力への信号がわずかな電荷によるものである場合でも、信号の有無を判別可能な程度の信号を出力できる。そのため、オペアンプ２５に圧電信号を入力することにより、微小な圧電信号から、精度良く圧電シート２１に作用する押圧力を測定できるようになる。
【００３３】
キャパシタンス２７は、その一端が、「−」を付したオペアンプ２５の入力に接続されている。また、キャパシタンス２７の他端が、オペアンプ２５の出力に接続されている。
このようにして、圧電シート２１の押圧力の変化量に起因して発生する電圧信号を積分して、オペアンプ２５から増幅された圧電信号を出力できる。
【００３４】
なお、オペアンプ２５としては、公知のオペアンプを用いることができる。また、キャパシタンス２７としては、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどのコンデンサを用いることができる。キャパシタンス２７として用いるコンデンサの容量は、圧電信号の強度などに応じて、適宜決定できる。
【００３５】
（６）マイコン
マイコン９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、記憶部、及び圧電センサを駆動するためのインターフェースなどを備えている。なお、マイコンの代わりに、カスタムＩＣなどにより１つのＩＣにマイコンの機能が集約されていてもよい。
【００３６】
制御部３１は、タッチ検出部７の検出結果に応じて、切替え部３５の動作を制御する。そのために、制御部３１は、タッチ検出部７とＡＤ変換部３９に接続されている。制御部３１は、タッチ検出部７がタッチ検出信号の検出に基づいて出力する信号（タッチ信号）が入力されることで、タッチ検出部７がタッチ検出信号を検出したことを把握できる。そして、制御部３１は、切替え部３５に対して、スイッチ１１のオンオフを指令する信号を出力する。
【００３７】
（７）スイッチ
スイッチ１１は、積分回路５のキャパシタンス２７（後述）と並列に接続されており、キャパシタンスの充電状態と放電状態とを切替え可能である。これにより、スイッチ１１が閉状態になったときに、キャパシタンス２７に貯まった電荷をディスチャージできる。ディスチャージとは、スイッチ１１を閉じることでキャパシタンス２７に貯まった電荷をすべて取り除いた後に、スイッチ１１をまた開けることでキャパシタンス２７に電荷を貯めることである。
【００３８】
図２を用いて、ディスチャージを説明する。スイッチ１１を閉じてディスチャージを開始すると、キャパシタンス２７に貯まっていた電荷が放電され、圧電出力は下がっていき、放電しきるとゼロになる。スイッチを開くと、再びキャパシタンス２７に電荷がたまっていき、圧電出力は上がっていく。
スイッチ１１としては、外部信号が入力可能で、当該外部信号に基づき回路の開閉が可能となるスイッチング素子を用いることができる。このようなスイッチング素子としては、電磁スイッチ又は電磁リレー、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＦＥＴ）などの半導体素子のスイッチング特性を利用した半導体スイッチ素子、などを用いることができる。
【００３９】
（８）制御動作
図３〜図５を用いて、制御部３１のタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明する。図３は、制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャートである。図４は、タッチ検出期間における圧電出力加算による押圧力データ出力制御を説明するためのフローチャートである。図５は、キャパシタンスの放電タイミングとタッチ検出時の圧電出力の変化を示すグラフである。
なお、下記の説明の最初の状態では、スイッチ１１は開けられており、キャパシタンス２７は充電状態である。
【００４０】
ステップＳ１では、制御部３１は、タッチ検出部７に駆動開始信号を送信する。これにより、タッチ検出部７の駆動部２９は、タッチパネル２３の駆動を開始する。ここでの駆動とは、タッチパネル２３がタッチを検出するための動作のことである。例えば、静電容量方式や抵抗膜方式のタッチパネルの場合は、入力エリアに敷設された電極（図示せず）に電気信号を与え、タッチを検出可能にする。
ステップＳ２では、その後、タッチ検出部７の駆動部２９は、タッチパネル２３の駆動を停止する。
【００４１】
ステップＳ３では、制御部３１の取得部３６は、検出部４１からのデジタル電圧信号を取得する。前述のように、このとき、キャパシタンス２７は充電状態である。
ステップＳ４では、制御部３１は、切替え部３５に制御信号を送信することで、スイッチ１１を開閉させ、それによりディスチャージ処理（デジタル電圧信号が取得された後にキャパシタンス２７を所定時間だけ放電状態にする）を行う。具体的には、制御部３１は、切替え部３５にスイッチオン信号を送信する。それにより、切替え部３５は、スイッチ１１を閉じる。これにより、キャパシタンス２７が放電される。そして、所定時間が経過すると、制御部３１は、切替え部３５にスイッチオフ信号を送信する。それにより、切替え部３５は、スイッチ１１を開ける。この結果、キャパシタンス２７が充電される。
なお、ステップＳ３での圧電出力取得終了からステップＳ４でのディスチャージ開始までの時間ｔ１は、なるべく短い方が好ましい。
【００４２】
ステップＳ４が終了すると、プロセスはステップＳ１に戻る。
この結果、図５に示すように、所定の周期でディスチャージ操作が行われ、そのたびにキャパシタンス２７が放電される。また、タッチパネル駆動→圧電出力取得→ディスチャージがこの順番で行われており、つまりタッチパネル駆動と圧電出力取得は異なるタイミングで行われている。したがって、圧電シート２１の圧電信号がタッチパネル２３からのノイズの影響を受けにくくなる。
なお、この実施形態では、タッチパネル駆動の周期及び圧電出力取得及びディスチャージの周期はそれぞれ一定である。
【００４３】
次に、図４を用いて、制御部３１によるタッチ期間における圧電出力加算による押圧力データ出力制御を説明する。
ステップＳ５では、制御部３１の取得部３６は、圧力センサ３へのタッチが有るか無いかに関係無く、常に圧電出力取得を行っている。なお、取得する圧電出力は圧電信号が０の場合も含む。圧電出力取得が行われれば、プロセスはステップＳ６に移行する。
【００４４】
タッチが開始されれば（ステップＳ６でＹｅｓ、図５のＡ）、プロセスはステップＳ７に移行する。タッチが無い場合（ステップＳ６でＮｏ、図５のＣ）は、プロセスはステップＳ５に戻る。
【００４５】
ステップＳ７では、算出部３７が、取得部３６により取得された圧電出力の値を加算する。
つまり、タッチ開始後に、タッチがなくなるまで算出部３７が加算を繰り返す（図５のＢ）。ただし、タッチ検出部７は、実際のタッチに対して検出が遅れることがある。よって、算出部３７の順次加算は、タッチ検出（図５のＤ）後、当該タッチ検出の時点から一定時間さかのぼったデータから加算すると、より精度が上がる。
ステップＳ８では、算出部３７は、加算された押圧力データを保存又は外部に出力する。その後、プロセスはステップＳ５に戻る。つまり、１回のタッチがあればその押圧力データが取得され、その後に保存又は外部に出力される。
【００４６】
具体的には、例えば操作者の指又はペンが圧力センサ３を押すと、タッチ検出部７がタッチを検出する（図５のＤ）。そして、タッチ検出信号が、タッチ検出部７から制御部３１に送信される。これにより、制御部３１では、算出部３７が、検出部４１から取得される圧電出力を順次加算していく（図５のＢ）。その結果、押圧力データが得られる。そして、算出部３７は、押圧力データ保存又は外部に出力する。
【００４７】
この実施形態では、スイッチ１１のオン抵抗Ｒ（Ω）とキャパシタンスの容量Ｃ（Ｆ）が以下の式を満たしている。
Ｒ（Ω）Ｃ（Ｆ）＜１０ｍｓ
この装置では、上記式を満たしているので、スイッチ１１を閉じてからキャパシタンス２７に貯まった電荷がすべて放電されるのに要する時間が短くなる。その結果、キャパシタンス２７を放電する所定時間を短く設定できる。なお、上記の条件は必須ではない。
【００４８】
上記の構成及び機能によって、圧電出力が例えば積分回路５又はＡＤ変換部３９の出力限界を振り切ってしまい、その分が検出できなくなることが防止される。その効果を、図６を用いて説明する。図６は、真の押圧力の変化、従来でのデジタル電圧信号の変化、本実施形態のデジタル電圧信号の変化を示したグラフである。
図６において、「真の押圧力」とは、指等でタッチパネルを押している力のことである。
従来方法（ディスチャージが無い）の場合には、ノイズの影響によって圧電出力が例えば積分回路５又はＡＤ変換部３９の出力限界を超えてしまい、そのために押圧力を正確に検出できない。
【００４９】
本実施形態のように、ディスチャージ制御をすることで、圧電出力が例えば積分回路５又はＡＤ変換部３９の出力限界を振り切ることを防止できる。また、繰り返しディスチャージすることでデジタル電圧信号はゼロになるが、取得した値を加算していくことで現在の押圧力を算出できる。なお、タッチ検出されていない（つまり、押圧が無い）場合には、圧電出力の値は加算されず、つまり押圧力が算出されない。
さらに、押圧力にノイズ成分が重畳されるが、毎回タッチありでの時点でキャパシタンス２７の電荷をゼロとしているので、このノイズ成分の影響は生じない。
【００５０】
２．第２実施形態
第１実施形態ではタッチパネル駆動と圧電力取得及びディスチャージとは交互に行われていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、タッチパネル駆動は適宜間引きされてもよい。
図７を用いて、そのような実施形態を説明する。図７は、制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下の各実施形態の基本的な構成、機能及び効果は同じであるので、以下の説明では異なる点を中心に説明する。
【００５１】
図７においては、ステップＳ１の前には、ステップＳ２１が挿入されている。ステップＳ２１では、Ｎ（ｍｏｄ  ｍ）＝＝正の整数、Ｎ＝Ｎ＋１（Ｎ：総回数、ｍ：間引き数）の条件を満たせばプロセスはステップＳ１に移行し、上記の式の条件が満たされなければプロセスはステップＳ１及びステップＳ２（つまり、タッチパネル駆動）をスキップしてステップＳ３に移行する。
以上の制御では、間引き数ｍの設定によって、圧電出力取得及びディスチャージに対してタッチパネル駆動を行う割合を設定できる。
【００５２】
３．第３実施形態
第１実施形態ではタッチパネル駆動と圧電力取得及びディスチャージとは交互に行われていたが、本発明はそのような実施形態に限定されない。例えば、圧電出力取得及びディスチャージは適宜間引きされてもよい。
図８を用いて、そのような実施形態を説明する。図８は、制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャートである。
【００５３】
図８においては、ステップＳ２とステップＳ３との間には、ステップＳ２１が挿入されている。ステップＳ２１では、上記の式の条件が満たされればプロセスはステップＳ３に移行し、上記式の条件が満たされなければプロセスはステップＳ３及びステップＳ４（つまり、圧電出力取得及びディスチャージ）をスキップしてステップＳ１に移行する。
以上の制御では、間引き数ｍの設定によって、タッチパネル駆動に対して圧電力取得及びディスチャージを行う割合を設定できる。
【００５４】
４．第４実施形態
第１実施形態では繰り返される圧電出力の取得（読み込み）周期は一定周期であったが、本発明の実施形態はそれに限定されない。むしろ、取得周期が一定の場合は、その周期と同程度の周期の交流ノイズが押圧検出に大きな影響を与えることがある。
そこで、例えば、圧電出力の取得周期を交流ノイズの周期からずらした周期に設定する。特に、蛍光灯や電源、その他電子機器や部品からの商用電源周波数由来の交流ノイズの影響が大きいので、デジタル電圧信号の取得周期は、５０Ｈｚ±２％以内又は６０Ｈｚ±２％以内にならないようにする。このように算出部３７が圧電出力を取得する周期が、商用電源周波数から２％以上離れているので、蛍光灯、電源又はその他電子機器若しくは部品からの商用電源周波数由来の交流ノイズの影響が少なくなる。
【００５５】
図９を用いて、そのような実施形態を説明する。図９は、制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャートである。
図９では、ステップＳ２とステップＳ３との間に、ステップＳ２２が挿入されている。ステップＳ２２は、「ＷＡＩＴ」であり、一連のフローの中での遅延時間を確保するステップである。
【００５６】
５．第５実施形態
第４実施形態では圧電出力の取得周期を交流ノイズの周期からずらした周期に設定することで蛍光灯、電源又はその他電子機器若しくは部品からの商用電源周波数由来の交流ノイズの影響が少なくしていた。しかし、ノイズの影響を減らすための手法は第４実施形態に限定されない。
例えば、算出部３７が圧電出力を取得する周期を不定期にすることで、上記効果を実現してもよい。
圧電出力の取得周期を不定期にした場合の一例として、１周期目が１０ｍｓ、２周期目が１１ｍｓ、３周期目が９ｍｓ、４周期目が１２ｍｓ、５周期目が１２ｍｓ、６周期目が７ｍｓにする。
【００５７】
圧電出力の取得周期をランダムにするために、例えば、一連のフローの中でランダムな遅延時間を挿入する。図１０を用いて、そのような実施形態を説明する。図１０は、制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャートである。
図１０では、ステップＳ２とステップＳ３との間に、ステップＳ２３が挿入されている。ステップＳ２３は、「ランダムＷＡＩＴ」であり、一連のフローの中で不定期な遅延時間を確保するステップである。
【００５８】
６．第６実施形態
第５実施形態では圧電出力取得の周期を不定としたが、それに伴いタッチパネル駆動の周期も不定となった。この場合、積分回路以外にノイズの影響を受けやすいデバイスのタイミングが取りにくい。そこで、圧電出力取得の周期を不定としながらも、タッチパネル駆動の周期を一定にすることが望まれる。図１１を用いて、そのような実施形態を説明する。
図１１に示す実施形態では、タッチ検出を一定周期に保つために、第５実施形態の制御に対して、調整のための遅延時間を追加している。図１１は、制御部によるタッチパネル駆動、圧電出力取得、キャパシタンスのディスチャージ制御を説明するためのフローチャートである。
【００５９】
具体的には、ステップＳ４の後に、ステップＳ２４が挿入されている。ステップＳ２４は、「調整ＷＡＩＴ」であり、タッチ検出を一定に保つための遅延時間が確保されるステップである。この場合、ステップＳ２３の「ランダムＷＡＩＴ」に応じてステップＳ２４の「調整ＷＡＩＴ」を実行することで、タッチ駆動の周期を一定にできる。
【００６０】
７．第７実施形態
オペアンプ２５及びキャパシタンス２７により構成される積分回路５は、図６に示された構成に限られない。例えば、図１２に示すようなオペアンプ２５及びキャパシタンス２７Ａの構成を有する積分回路５Ａを用いてもよい。図１２は、積分回路の概略図である。
積分回路５Ａにおいては、オペアンプ２５の「＋」を付した入力が、圧電シート２１の圧電検出電極（図示せず）に接続されており、「−」を付した入力が、抵抗を介して、基準電極（図示せず）及びグランド電位に接続されている。また、基準電極は、グランド電位に接続されている。この場合、圧電検出電極（図示せず）と基準電極（図示せず）との間に正の電位差を有した圧電信号が入力されると、オペアンプ２５から正の電位差を有する信号が出力される（非反転増幅）。
【００６１】
また、キャパシタンス２７Ａは、一端がオペアンプ２５の「＋」を付した入力に接続され、他端がグランド電位に接続されている。
スイッチ１１Ａは、キャパシタンス２７Ａと並列に接続されており、キャパシタンス２７Ａの充電状態と放電状態とを切替え可能である。具体的には、スイッチ１１Ａは、一端がオペアンプ２５の「＋」を付した入力に接続され、他端がグランド電位に接続されている。
この実施形態では、第１実施形態と同様に、スイッチ１１Ａがディスチャージ制御されることで、キャパシタンス２７を繰り返し放電できる。
【００６２】
８．実施形態の共通事項
圧力検出装置（例えば、圧力検出装置１）は、圧力センサと、タッチ検出部と、積分回路と、スイッチと、ＡＤ変換部と、取得部と、切替え部と、算出部とを備えている。
圧力センサ（例えば、圧力センサ３）は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シート（例えば、圧電シート２１）を有する。
タッチ検出部（例えば、タッチ検出部７）は、圧力センサへの接触を検出する。
積分回路（例えば、積分回路５）は、圧電シートに接続された入力部を有するアンプと、入力部に一端が接続されるキャパシタンスとを有する。
スイッチ（例えば、スイッチ１１）は、キャパシタンスの充電状態と放電状態とを切替え可能である。
ＡＤ変換部（例えば、ＡＤ変換部３９）は、積分回路から出力されるアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換する。
取得部（例えば、取得部３６）は、キャパシタンスの充電状態においてデジタル電圧信号を取得する。
切替え部（切替え部３５）は、スイッチを制御することで、キャパシタンスの充電状態と放電状態とを交互に繰り返し、かつデジタル電圧信号が取得された後にキャパシタンスを所定時間だけ放電状態にする。
算出部（例えば、算出部３７）は、タッチ検出部が圧力センサへの接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する。
【００６３】
この装置では、キャパシタンスは、切替え部によって充電状態と放電状態とを交互に繰り返される（図４及び図５を参照）。取得部は、キャパシタンスの充電状態においてデジタル電圧信号を取得する（例えば、図３のステップＳ３）。その後、キャパシタンスは所定時間だけ放電状態にされる（例えば、図３のステップＳ４）。算出部は、タッチ検出部が圧力センサへの接触を検出している間、取得されたデジタル電圧信号を加算していくことで押圧力測定値を算出する（例えば、図４のステップＳ７）。したがって、現在の押圧力の値が得られる。
また、キャパシタンスの放電を繰り返して行うことで、従来であればノイズの影響で圧電出力が例えば積分回路の出力限界を超えてしまうような場合でも、そのような事態を防止できる（図６を参照）。
【００６４】
９．他の実施形態
以上、本発明の一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。
例えば、第２実施形態と第３実施形態を適宜組み合わせてもよい。また、第７実施形態を第２〜第６実施形態のいずれかに組み合わせてもよい。
【００６５】
第１実施形態における圧力検出装置では、圧力センサのタッチパネルを圧電シートに重ねて配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、タッチパネルのタッチ検出電極を形成する基材が圧電シートを兼ねていてもよい。また、第１実施形態では、静電容量方式により、接触対象物の圧力センサへの接触を検出していた。しかし、接触対象物の圧力センサへの接触の検出方法は、静電容量方式に限られない。静電容量方式以外の方法（例えば、抵抗膜方式、光学方式、超音波方式など）により、接触対象物の圧力センサへの接触を検出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、与えられた荷重に応じた圧電信号を発生する圧電シートを用いた、圧力検出装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１        ：圧力検出装置
３        ：圧力センサ
５        ：積分回路
７        ：タッチ検出部
９        ：マイコン
１１      ：スイッチ
２１      ：圧電シート
２３      ：タッチパネル
２５      ：オペアンプ
２７      ：キャパシタンス
２９      ：駆動部
３１      ：制御部
３５      ：切替え部
３６      ：取得部
３７      ：算出部
３９      ：ＡＤ変換部
【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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