JP2012177960A - Touch panel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はタッチパネルに関し、特に、パネルに加わる接触力に基づき位置および荷重を計測するタッチパネルに関わる。 The present invention relates to a touch panel, and more particularly to a touch panel that measures a position and a load based on a contact force applied to a panel.
タッチパネルは様々な電子機器に搭載されており、画面上の表示を押すことで機器を操作する入力装置として広く使用されている。このように操作者が実際に画面に触れることでその操作者が望む適切な動作を直感的に行うことができ、利便性が高い。このようなタッチパネルは、従来、特許文献1に記載のように、パネルをパネルの隅にブラケットの金属クリップ内に保持し、そこにエポキシで接着し、歪みゲージセンサーを、ロー材により金属化した領域とブラケットの取り付けスタンドの間にロー付けする構造である。これにより、歪みゲージセンサーを、金属クリップに隣接する取り付けブラケットの一部をタッチパネルに保持されたガラスとで挟む構造となっている。ガラスパネルがその表面の特定の部分で接触することにより生じる歪みは、ガラスをたわませ、それが次にブラケットの金属を通じてゲージセンサーに伝わり、これにより歪みを検出している。
The touch panel is mounted on various electronic devices, and is widely used as an input device for operating the device by pressing a display on the screen. Thus, when the operator actually touches the screen, an appropriate operation desired by the operator can be intuitively performed, which is highly convenient. Conventionally, as described in
しかしながら、特許文献1に記載のタッチパネルは、パネルに更に新たな外部装置を4隅に設けるため、部品数が多く、また、加工工数も多いため高コストとなる。また、スペースを確保する上でも困難さが生じる。更に、近年は様々な分野にタッチパネルが応用されており、タッチをする際の荷重の座標点および荷重量の感度も求められてきている。
However, since the touch panel described in
そこで、本発明の目的は、部品数と加工工数の削減によりコスト低減をしつつ荷重の座標点および荷重量の計測精度を向上することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to improve load coordinate points and load amount measurement accuracy while reducing costs by reducing the number of parts and the number of processing steps.
上記目的を達成するために、本発明のタッチパネルは、起歪板と前記起歪板に設けられた複数の固定部と、を有し、前記固定部とは、前記起歪板に取り付け可能な脚部であり、前記固定部との対角線上近傍に設けられた少なくとも1つ以上の歪センサを有する。 In order to achieve the above object, the touch panel of the present invention has a strain generating plate and a plurality of fixing portions provided on the strain generating plate, and the fixing portion can be attached to the strain generating plate. It is a leg part and has at least 1 or more strain sensor provided in the diagonal vicinity with the said fixing | fixed part.
本発明によれば、部品数と加工工数の削減によりコスト低減をしつつ荷重の座標点および荷重量の計測精度を向上する。 According to the present invention, the measurement accuracy of load coordinate points and load amounts is improved while reducing costs by reducing the number of parts and the number of processing steps.
以下、本発明に係る実施例について説明する。なお、以下に説明する実施例はあくまで一例であり、これだけに捉われるものではない。 Examples according to the present invention will be described below. In addition, the Example described below is an example to the last, and is not restricted only to this.
図1(a),図1(b)は本発明のタッチパネル1の一例を示した図である。本実施例では、地面や机などの土台上に置いて使用するための構成である。四角形(あるいは3つ以上の角を有する板)板(起歪板2)の接地面の四隅に脚3(例えばゴム等)を取り付け、脚の中心から反対側の脚の中心までの線と歪センサ4の対角線が重なる様に歪センサ4を4箇所に貼り付ける。
1A and 1B are diagrams showing an example of the
ここで脚3の中心から歪センサ4の中心までの距離は均一とし、歪センサ4への干渉物が無い範囲でできるだけ脚3に近付けることが望ましい。同時に、過大な歪みを付加することで、接着部のクリープや、歪センサ4自体の故障が起こり得る。
Here, it is desirable that the distance from the center of the leg 3 to the center of the
ここで歪センサ4の歪測定範囲は−500με〜+500με(現行品、接合方法により上下限値は異なる)であり、効率良く感度を得るためには、実使用上の荷重範囲とこれにより発生する歪みの範囲が一致することが望ましい。尚、起歪板2は剛体ではなく、板自信が歪む構造になっている。このため、起歪板2の設計時に板厚や材質(ヤング率)を調節することで、故障低下と感度の両立を得ることができる。
Here, the strain measurement range of the
図2は、本発明の他のタッチパネル1の一例である。本実施例では傾斜がある面に対しても使用可能とした。起歪板2の四隅には、穴5が加工により施され、土台6側で固定されたねじ7がこの穴5を通ることで、脱落しない(滑り落ちない)構造となっている。これによりタッチパネル1を垂直面に傾けた時まで対応可能となる。
FIG. 2 is an example of another
起歪板2の変動量に応じた隙間を得るために、土台と起歪板2の間にカラー8を設置する必要がある。カラー8はできるだけ起歪板2の変形に影響を及ぼさないようにする必要があり、点支持に近付けるよう、起歪板2側の先端形状を丸めておくことで出力値が安定する。
In order to obtain a gap corresponding to the amount of fluctuation of the
また、垂直面以上の角度を付けた面に取り付ける際は、できるだけ設置面積と外径が小さいバネやゴムチューブを介してナットで挟み込む構造にすることで、両端支持構造を維持することができ、両端固定構造の場合よりも、感度の低減を防ぐことができる。 In addition, when attaching to a surface with an angle greater than the vertical surface, it is possible to maintain a both-end support structure by sandwiching with a nut through a spring or rubber tube with a small installation area and outer diameter as much as possible, A reduction in sensitivity can be prevented as compared with the case of both-end fixed structure.
次に、図3および図4を用いて起歪板2に荷重が加わったときの荷重の座標点および荷重量の演算について説明する。図3は、演算処理フローの一例を示しており、図4は荷重がかかった場合におけるタッチパネルの模式図を示している。なお、簡略化のために歪センサ4は丸印で示している。
Next, the calculation of the load coordinate point and the load amount when a load is applied to the
まず、ステップ100において4箇所の歪センサ4からの出力電圧VoutをAD変換器を介してパソコンに取り込む(4ch)。
First, in
次にステップ101において、タッチパネルへの荷重を無くした(無操作)状態とし、この状態での各chの電圧値を記録(Vofs)する。更に、Vout−Vofs=Vout2とし、初期オフセット成分を排除する。
Next, in
次に、ステップ102で、脚の対角線が交わる箇所(ほぼ板の中心)において、起歪板2の垂直方向から一定の荷重Akgfを掛ける。
Next, in
次に、ステップ103でゲイン校正を行う。すなわち、ステップ102で掛けた荷重によるVout2の変化分ΔVout2がA/4kg分に相当するため、未知の荷重に対するΔVout2をVdifとすると、1ch分の荷重Waは以下で求めることができる。
Next, in
次に、ステップ104の座標点と荷重量算出について説明する。
Next, the coordinate point and load amount calculation in
4箇所の歪センサ4にそれぞれ加わる荷重を、Wa,Wb,Wc,Wdとすると起歪板2に掛かる荷重Wallは以下で求めることができる。
Assuming that the loads applied to the four
また、荷重座標点は以下の式で求めることができる。 Moreover, a load coordinate point can be calculated | required with the following formula | equation.
ここで、例えば、荷重点9に荷重を掛けたときの4箇所の歪センサ4がそれぞれ受ける荷重と、荷重点10に荷重を掛けたときに歪センサ4がそれぞれ受ける荷重では、それぞれの歪センサ4で受ける荷重は異なる。そして、荷重歪の計測特性上、荷重量が大きい方がセンサ出力の変動が安定する。そのため、上記条件により荷重配分に応じて荷重座標点を求める計算式を切り替えて使用することで、より計測誤差を低減することができる。
Here, for example, each of the
次に、ステップ105における歪センサ4の指向性を考慮した荷重と座標点の補正について説明する。
Next, the correction of the load and the coordinate point in consideration of the directivity of the
初めに、歪センサ4の指向性について図5および図6を用いて説明する。図5は、歪センサ4を被測定物に取り付けた図、および、被測定物に対して45°の傾きをもって取り付けた図である。図6は、垂直ひずみεXを掛けたときのセンサ出力と歪センサ4を被測定物に対して取り付けの傾きを変化させたときの関係を表した図である。図6より、取り付け角度により、cos2δで出力が変化することがわかる。すなわち、例えば、図5(a)で図示された歪センサで得られる出力を基準とすると、そこから1°傾けると約0.06%の誤差が生じることになる。そして、図5(b)のように45°傾けてしまうと出力が0となる。そのため、歪センサ4の指向性を考慮した補正が必要となる。
First, the directivity of the
ステップ104にて求めた荷重座標により偏角を求める。そして求められた偏角に応じて補正係数を図8により求め、偏角に応じて生じる誤差で補正を行う。
The deflection angle is obtained from the load coordinates obtained in
このとき、補正後の荷重は以下の式で求められる。 At this time, the corrected load is obtained by the following equation.
これにより、ステップ105にて4箇所の歪センサの出力から得られる補正後のWa′,Wb′,Wc′,Wd′を得ることができ、ステップ106にて改めて補正後の荷重Wall′を以下の式より求める。
As a result, the corrected Wa ′, Wb ′, Wc ′, Wd ′ obtained from the outputs of the four strain sensors in
次に、ステップ107について図9,図10を用いて説明する。
Next,
起歪板2の縦と横の長さが異なる場合、同じ荷重量を加えた場合であっても、長辺側と短辺側とでは歪量が異なるため、これによる誤差を補正する必要がある。
When the vertical and horizontal lengths of the
4つの脚3の中心を結んだ線2本によって起歪板2を4つの領域に区分し、長辺側にプロットされた場合は最大でQ/Pを乗じる。また、短辺側にプロットされた場合は最小でP/Qを乗じる。なお、重心位置が線上にある場合は補正不要となる。
When the
このとき、補正係数をλとすると、補正後の荷重量Wall″は以下で求められる。なお補正係数λと荷重点9の傾き角との関係は図10で表される。
At this time, assuming that the correction coefficient is λ, the corrected load amount Wall ″ is obtained as follows. The relationship between the correction coefficient λ and the inclination angle of the
以上、これまで説明してきたステップを行うことで、荷重の座標点および荷重量を精度よく求めることが可能となる。 As described above, by performing the steps described so far, it is possible to accurately obtain the coordinate point and load amount of the load.
次に、他の実施例の一例として図11乃至図13を用いて説明する。図11は本発明の他の実施例であるタッチパネルのモデル図であり、図12は荷重点のなす角とセンサ出力との関係を表した図であり、図13は荷重点のなす角とセンサ出力比との関係を表した図である。 Next, another example will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a model diagram of a touch panel according to another embodiment of the present invention, FIG. 12 is a diagram showing a relationship between an angle formed by a load point and a sensor output, and FIG. 13 is an angle formed by the load point and a sensor. It is a figure showing the relationship with an output ratio.
本実施例では先の実施例と同様の部分は説明を省略し、異なる部分のみを説明する。本実施例では、起歪板2の4隅に貼り付けられた歪センサ4のうち、片側の2隅に歪センサ4をまとめたものである。なお、それぞれの歪センサ4は貼り付け角度がわかるように簡易的に図示している。
In this embodiment, the description of the same parts as in the previous embodiment is omitted, and only different parts will be described. In the present embodiment, among the
図11に示されるように、歪センサ4の貼り付け位置はできるだけ近付けた上で、貼り付け角度差を45°付けたものである。1隅に掛かる荷重は同じであると仮定すると、図3のステップ105で説明したように2つの歪センサの出力差が指向性の影響によって生じることになる。「2つの歪センサの出力比(商)」と「一隅から加重点方向の角度」の関係は一意に決まるため、2隅からの荷重点方向の交差位置が荷重点となる。ここで、荷重点9のなす角θおよびηは以下の式により求められる。
As shown in FIG. 11, the attaching position of the
また、正弦定理より以下の関係が成り立つ。 Further, the following relationship holds from the sine theorem.
これより、荷重点までの距離a,bを求めることができるので荷重点座標は以下で求めることが可能となる。 Thus, since the distances a and b to the load point can be obtained, the load point coordinates can be obtained as follows.
さらに、荷重量Wは以下により求めることができる。 Further, the load amount W can be obtained as follows.
以上より、本実施例において歪センサ4を片側の2隅に設けることでも荷重の座標点および荷重量を求めることができる。
As described above, in the present embodiment, the load coordinate point and the load amount can also be obtained by providing the
次に、他の実施例の一例として図14乃至図13を用いて説明する。図11は本発明の他の実施例であるタッチパネルのモデル図であり、図12は荷重点のなす角とセンサ出力との関係を表した図であり、図13は荷重点のなす角とセンサ出力比との関係を表した図である。 Next, another example will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a model diagram of a touch panel according to another embodiment of the present invention, FIG. 12 is a diagram showing a relationship between an angle formed by a load point and a sensor output, and FIG. 13 is an angle formed by the load point and a sensor. It is a figure showing the relationship with an output ratio.
本実施例では先の実施例と同様の部分は説明を省略し、異なる部分のみを説明する。本実施例では、複数のタッチをしたときでも判別が可能となる。 In this embodiment, the description of the same parts as in the previous embodiment is omitted, and only different parts will be described. In this embodiment, the determination can be made even when a plurality of touches are made.
複数のタッチを行った場合、図14(a),図14(b)に示すようにシングルのタッチの時より荷重分布の不均衡が生じる。すなわち、歪センサ4により近い場所でのタッチ時において歪影響を受けやすい。また、複数タッチの範囲が広い程、一点荷重時に対する荷重分布の不均衡が生じる。
When a plurality of touches are performed, an imbalance in load distribution occurs as compared with the case of a single touch as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b). In other words, it is easily affected by distortion when touched at a location closer to the
以下判別方法について複数の方法を説明する。 Hereinafter, a plurality of determination methods will be described.
図15に複数タッチ判別のモデル図を示す。以下の式より、4箇所の歪センサ4による荷重値のうち、任意の3箇所の値を用いて重心位置を算出し、全4パターンにて合計4つの重心位置を求める。4つの重心位置のベクトル合計より複数タッチの方向を推定し、図16に示されるように4つの重心位置間を直線で結び、合計6本の直線の長さの増減にて、複数タッチ領域の広さを推定する。
FIG. 15 shows a model diagram of multi-touch discrimination. From the following formula, the center of gravity position is calculated using the values of arbitrary three places among the load values of the four
その他の方法として、1点荷重の場合、対角の荷重合計βは反対側対角荷重合計γと一致するという仮定に基づき、β−γの値の絶対値より複数タッチ領域の広さを推定し、プラスかマイナスかによって複数タッチの方向を推定する。 As another method, in the case of a one-point load, based on the assumption that the diagonal load total β matches the opposite diagonal load total γ, the size of the multiple touch areas is estimated from the absolute value of β-γ. The direction of multiple touches is estimated based on whether it is positive or negative.
また、その他の方法として、1点荷重の場合、対角の荷重合計βは反対側対角荷重合計γと一致するという仮定に基づきβ/γの値より複数タッチ領域の広さを推定し、値が1以上か1以下かによって複数タッチの方向を推定する。 As another method, in the case of a one-point load, the width of multiple touch areas is estimated from the value of β / γ based on the assumption that the diagonal load total β matches the opposite diagonal load total γ. The direction of multiple touches is estimated based on whether the value is 1 or more or 1 or less.
但し、中央線上で2点タッチした場合は認識できないが、逆に予め1点荷重であると分かっている場合に、複数タッチ判定の指標が大きくなった場合は校正ずれであると判定可能になる。 However, it is not possible to recognize when two points are touched on the center line, but conversely, when it is known in advance that the load is one point, it is possible to determine that there is a calibration deviation when the index for multiple touch determination becomes large. .
次に、複数のタッチ判別の更なる実施例について説明する。図11では、歪センサ4を2隅に45°ずらして貼り付けたが、これを4隅に45°ずらして計8枚の歪センサ4を貼り付ける。これにより、4隅から得たベクトル線で囲まれた範囲の広さより、複数タッチ範囲の広さを推定することが可能となり、また、この場合は、中央線上で2点タッチした場合でも認識可能となる。
Next, a further example of a plurality of touch determinations will be described. In FIG. 11, the
次に、図17,図18を用いてゲインの自己補正について説明する。 Next, gain self-correction will be described with reference to FIGS.
歪センサは振動歪も検出可能である。よって、タッチによって生じる起歪板の振動がタッチ位置を始点として、一定速度(音速と仮定)で伝播し、タッチ位置より近い順に振動を検出する。この時、伝播時間は短いので、温度や圧力は一定と見なすことができるので、伝播速度も一定と見なすことができる。 The strain sensor can also detect vibration strain. Therefore, the vibration of the strain generating plate caused by touch propagates at a constant speed (assuming sound speed) starting from the touch position, and the vibration is detected in the order closer to the touch position. At this time, since the propagation time is short, the temperature and pressure can be regarded as constant, so the propagation speed can also be regarded as constant.
4箇所の各歪センサ4が振動を検出した順番をA−B−C−Dとした場合、Aが振動検知した時点から各センサが振動検知するまでの時間TB,TC,TDの合計値Tallと起歪板中央から歪センサまでの距離と音速から算出する伝播時間の4つ合計をT4と定義した場合、タッチ時点からセンサ到達までの時間はそれぞれ、
When the order of detection of vibrations by the four
にて求めることができる。
It can ask for.
これらの時間値をステップ104の式に代入することで、タッチ位置を推定可能となる。また、ステップ106算出の荷重位置と比較することで、再補正要否を判定可能となる。また、予め荷重合計値Wall″が分かっている場合は、ゲイン値が算出可能となり、タッチする度にゲイン補正を行うことができ、接着性能のハードルを下げ、クリープ現象に対する影響を減らすことができる。
By substituting these time values into the formula of
次に、図19を用いて起歪板2の材質と厚みに応じてタッチ操作した際の波形による認識方法について説明する。
Next, a method for recognizing a waveform when a touch operation is performed according to the material and thickness of the strain-generating
波形による認識方法としては、静止時から比べた、出力電圧の変化量が予め定めた閾値以上になった時点から閾値以下となるまでの時間が予め定めた範囲内にある場合、クリックされたと認識する。更に、出力電圧の変化量が予め定めた閾値以上となった場合、強打(どつき)されたものと認識する。 As a method for recognizing by a waveform, if the time from when the change amount of the output voltage becomes equal to or greater than a predetermined threshold to a value equal to or less than the threshold is within a predetermined range compared to when stationary, it is recognized as clicked. To do. Further, when the amount of change in the output voltage is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is recognized that the output voltage has been slammed.
尚、材質や板厚によっては、固有振動数が変化するため、これに合わせた閾値の設定が必要となる。特に硬い材質の場合は振動を生じるため、「微分」「フーリエ変換」「ウェーブレット変換」などを介した上で認識処理を行うことで、認識精度の改善が期待できる。 Note that the natural frequency changes depending on the material and the plate thickness, and it is necessary to set a threshold value corresponding to the natural frequency. In the case of a hard material in particular, vibration is generated, so that recognition accuracy can be improved by performing recognition processing through “differentiation”, “Fourier transform”, “wavelet transform”, and the like.
次に、本発明の応用例について説明する。 Next, application examples of the present invention will be described.
本発明のタッチパネルであれば、起歪板は接着可能な固体であれば、材質を問わない。このため、金属板などの導体を起歪板として用いることで、起歪板自体を電極として使用可能である。ここで、起歪板とグランドを静電容量センサに接続し、この間の静電容量を測定すれば、人の手と起歪板の距離に応じた出力が得られる。この出力を利用して、接近を認識した上で照明などの演出や、省電力モードからの復帰などへ利用することができる。 In the touch panel of the present invention, the strain generating plate may be made of any material as long as it is a solid that can be bonded. For this reason, by using a conductor such as a metal plate as the strain generating plate, the strain generating plate itself can be used as an electrode. Here, if the strain generating plate and the ground are connected to the capacitance sensor and the capacitance between them is measured, an output corresponding to the distance between the human hand and the strain generating plate can be obtained. This output can be used for effects such as lighting or returning from the power saving mode after recognizing the approach.
また、他の応用例としてパチンコ窓を起歪板2とする場合、窓の外周が剛体で固定されるため、両端固定構造(両端支持ではない)となる。この場合、ガラス隅部は歪みが生じにくくなるため、上下左右辺それぞれの中央部付近に歪センサを貼り付けることで検出精度が向上する。
Moreover, when the pachinko window is used as the
また、他の応用例として、パチンコ窓に直接歪センサを貼り付けることができない場合、窓を裏面から押さえ付けるつめに歪センサを貼り付けることでロードセルとして、荷重や座標を検出することが可能となる。この場合、センサ指向性についての補正処理は不要となる。 As another application example, when the strain sensor cannot be directly attached to the pachinko window, it is possible to detect the load and coordinates as a load cell by attaching the strain sensor to the pawl that holds the window from the back. Become. In this case, correction processing for sensor directivity is not necessary.
また、他の応用例として、脚3をロードセル構造にすることで圧縮を曲げに変換することが可能となる。構造特性上、一般的に圧縮歪は微小であり、感度が低下する場合がある。このため、圧縮力によって曲げ力を発生させる構造として検出感度を改善した。同時に、圧縮歪の場合、荷重方向や取付角度の影響を受けやすいが、本方式は剛接合とせず、遊びを持たせたことで、これらの影響を低減した。 As another application example, compression can be converted to bending by forming the leg 3 with a load cell structure. In general, the compression strain is very small due to the structural characteristics, and the sensitivity may decrease. For this reason, the detection sensitivity was improved as a structure that generates a bending force by a compressive force. At the same time, in the case of compressive strain, it is easy to be affected by the load direction and the mounting angle, but this method is not rigidly connected, but has a play to reduce these effects.
また、他の応用例として、自動車に車載されるものに様々な部分に歪センサ4を貼り付けることで代用が可能となる。例えば、窓開閉スイッチを窓に貼ったシールで代用する、エアコンやオーディオ類の操作スイッチ類をシールで代用する、ドアの開閉を固定のドアノブにする(可動しないので、故障低減)、シフトノブを固定にして歪量で操作も可能である。
Further, as another application example, the
1 タッチパネル
2 起歪板
3 脚
4 歪センサ
5 穴
6 土台
7 ねじ
8 カラー
9〜10 荷重点
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記起歪板に設けられた複数の固定部と、を有し、
前記固定部とは、前記起歪板に取り付け可能な脚部であり、
前記固定部との対角線上近傍に設けられた少なくとも1つ以上の歪センサを有することを特徴とするタッチパネル。 A strain plate,
A plurality of fixing portions provided on the strain plate,
The fixed portion is a leg portion that can be attached to the strain plate.
A touch panel comprising at least one strain sensor provided in the vicinity of a diagonal line with the fixed portion.
前記起歪板に設けられた複数の固定部と、を有し、
前記固定部とは、前記貫通孔に挿入することで前記起歪板を固定する固定部材であり、
前記固定部との対角線上近傍に少なくとも1つ以上の歪センサを設けることを特徴とするタッチパネル。 A strain plate having a through hole;
A plurality of fixing portions provided on the strain plate,
The fixing portion is a fixing member that fixes the strain generating plate by being inserted into the through hole,
A touch panel, wherein at least one strain sensor is provided in the vicinity of a diagonal line with the fixed portion.
前記起歪板は略長方形状であることを特徴とするタッチパネル。 The touch panel according to claim 1 or 2,
The touch panel, wherein the strain plate is substantially rectangular.
前記固定部は、前記起歪板の4隅に設けられており、
前記歪センサは、前記固定部の4隅に各々1つ以上設けられていることを特徴とするタッチパネル。 The touch panel according to claim 3,
The fixing portions are provided at four corners of the strain plate,
One or more said strain sensors are each provided in four corners of the said fixing | fixed part, The touchscreen characterized by the above-mentioned.
前記固定部は、前記起歪板の4隅に設けられており、
前記歪センサは、前記起歪板の一辺の長辺側に設けられた固定部の2隅に各々45度ずらして2つ以上設けることを特徴とするタッチパネル。 The touch panel according to claim 3,
The fixing portions are provided at four corners of the strain plate,
2. The touch panel according to claim 1, wherein two or more strain sensors are provided by being shifted by 45 degrees at two corners of a fixed portion provided on the long side of one side of the strain generating plate.
前記歪センサは、4隅に各々45度ずらして2つ以上設けることを特徴とするタッチパネル。 The touch panel according to claim 4,
The touch panel is characterized in that two or more of the strain sensors are provided at four corners with a shift of 45 degrees.
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