CN117631885A - 检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测装置(1)，其具备：基板(2)；经由绝缘构件(S)配置于基板(2)，产生与按压力对应的电动势的压电元件(3)；检测基板(2)的静电电容的静电电容传感器(6)；与压电元件(3)电连接的配线构件(第一配线构件)(4)；以及与静电电容传感器(6)电连接的配线构件(7)(第二配线构件)。

Description

检测装置

技术领域

本公开涉及一种检测装置。

背景技术

作为以往的检测装置，例如有国际公开第WO2017/122466号中所记载的电子设备。该电子设备具备接收来自操作者的输入的操作部、检测对操作部的接触的接触检测部、检测对操作部的按压载荷的变化的压电元件、以及在压电元件检测到第一按压载荷的变化时执行第一处理的控制部。在压电元件检测第二按压载荷的变化，且从检测第一按压载荷到检测第二按压载荷的期间，接触检测部持续检测到接触时，控制部执行第二处理。

发明内容

如上所述的检测装置利用根据对压电元件施加按压力引起的变形而产生电动势的所谓压电效应现象。在该检测装置中，为了扩大用途，寻求能够进行包含来自压电元件的电动势的多重检测的结构。

本公开是为了解决上述技术问题而创建的，其目的在于提供一种能够进行包含来自压电元件的电动势的多重检测的检测装置。

本公开一方面的检测装置具备：基板；压电元件，其经由绝缘构件配置于基板，产生与按压力对应的电动势；静电电容传感器，其检测基板的静电电容；第一配线构件，其与压电元件电连接；以及第二配线构件，其与静电电容传感器电连接。

在该检测装置中，能够经由第一配线构件取出通过按压力对压电元件产生的电动势，并且与压电元件的电动势不同，能够经由第二配线构件取出基板的静电电容。因此，在该检测装置中，能够进行基于来自压电元件的电动势及基板的静电电容的多重检测。

也可以是，基板具有：配置有压电元件的第一面、和位于第一面的相反侧且成为检测装置向安装对象物的安装面的第二面，第一配线构件及第二配线构件均位于基板的第一面侧，第二配线构件比第一配线构件更接近基板的第一面。通过在基板设置向安装对象物的安装面，能够充分确保基板和安装对象物的安装面积。因此，能够适当地实施基板的静电电容的检测。

也可以是，第二配线构件与第一配线构件分体。在该情况下，能够抑制经由第二配线构件的静电电容的检测影响经由第一配线构件的压电元件的电动势的检测。

也可以是，第二配线构件与第一配线构件一体化。在该情况下，能够实现检测装置的结构的简化。

也可以是，还具备基于电动势或静电电容进行轻击及释放的判定的判定部。在该情况下，能够不依赖于按压力的施加方法而高精度地实施轻击判定及释放判定。

附图说明

图1是表示本公开的一实施方式的检测装置的示意图。

图2是表示图1所示的检测装置的结构的立体图。

图3是表示对于轻击及释放由压电元件产生的电动势的一例的图。

图4是表示在长按输入的情况下由压电元件产生的电动势的典型例的图。

图5是表示轻击判定及释放判定的情况的线图。

图6是表示图1所示的检测装置的动作的流程图。

图7是表示变形例的检测装置的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一方面的检测装置的优选的实施方式进行详细说明。

图1是表示本公开的一实施方式的检测装置的示意图。图2是表示图1所示的检测装置的结构的立体图。如图1及图2所示，检测装置1构成为具备基板2、配置于基板2的一面侧的压电元件3、与压电元件3电连接的配线构件(第一配线构件)4、控制检测装置1的动作的控制部5。在检测装置1中，例如基于通过手指等的接触等对基板2附加的应力(基板2的变形)，获得来自压电元件3的电动势。来自压电元件3的电动势经由配线构件4输出到控制部5。

另外，检测装置1具备配置于基板2的一面侧的静电电容传感器6。静电电容传感器6是检测基板2的静电电容的传感器。静电电容传感器6可以是自电容式的传感器，也可以是互电容式的传感器。静电电容传感器6基于从控制部5输出的驱动信号动作，将表示检测结果的信号输出到控制部5。

在图1的例子中，检测装置1安装于外部装置(未图示)的框体K的背面。框体K例如为树脂制。检测装置1和框体K的接合能够使用例如双面胶带、粘接剂等。在检测装置1和框体K的接合时，也可以将基板2的整个面与框体K的背面接合。另外，也可以在框体K的背面设置凹部，以用基板2填埋该凹部的状态将基板2的周缘部与凹部的开口缘部接合。在向框体K的接合状态中，基板2可以不必是平坦的，也可以为弯曲的状态。

基板2例如由具有导电性的金属材料形成为矩形状。基板2的平面形状例如是正方形状。基板2也可以构成为振动板。作为基板2的构成材料，可举出例如Ni-Fe合金、Ni、黄铜、不锈钢等。基板2具有相互相对的一对主面(第一面)2a及主面2b(第二面)。主面2a是配置有压电元件3的面。主面2b是成为检测装置1向安装对象物的安装面的面。即，主面2b是与框体K的背面接合的面。

压电元件3具备压电素体和一对外部电极。压电素体形成厚度方向上扁平的长方体形状。长方体形状也包含角部及棱线部被倒角的形状、和角部及棱线部被倒圆的形状。压电元件3例如以使压电素体的中心和基板2的中心一致的状态与基板2的主面2a接合。压电元件3和基板2的接合例如能够使用双面胶带、粘接剂等。在本实施方式中，鉴于由静电电容传感器6进行的基板2的静电电容的检测，对压电元件3和基板2的接合使用绝缘构件S。作为绝缘构件S，例如能够使用具有电绝缘性的粘接剂。

压电素体具有一对主面。主面的一方是朝向基板2侧的面。主面的另一方是朝向与基板2为相反侧的面。一对主面在俯视压电元件3时是彼此相同的形状。在此，一对主面例如是一边的长度比基板2小的正方形状。压电素体的厚度例如比基板2的厚度大。在俯视压电元件3时，压电素体的中心与基板2的中心一致。另外，在俯视压电元件3时，压电素体的各边与基板2的各边分别平行。

压电素体不具有内部电极，由单层的压电体层构成。压电体层由压电材料构成。在本实施方式中，压电体层由压电陶瓷材料构成。作为压电陶瓷材料，可举出例如PZT[Pb(Zr,Ti)O₃]、PT(PbTiO₃)、PLZT[(Pb,La)(Zr,Ti)O₃]、钛酸钡等。压电体层例如由含有上述的压电陶瓷材料的陶瓷生片的烧结体构成。

一对外部电极形成厚度方向上扁平的长方体形状。长方体形状也包含角部及棱线部被倒角的形状、和角部及棱线部被倒圆的形状。一对外部电极的厚度彼此为相同程度，均比压电素体的厚度小得多。外部电极由导电性材料构成。作为导电性材料，可举出例如Ag、Pd、Ag-Pd合金等。外部电极例如由含有上述的导电性材料的导电性糊剂的烧结体构成。

配线构件4例如由柔性印刷基板(FPC)构成。配线构件4具有由覆盖材料覆盖导体的构造。导体由例如铜等导电性优异的材料形成。覆盖材料由例如聚酰亚胺树脂等非导电性的树脂形成。配线构件4的一端位于压电元件3的与基板2为相反侧的面，与压电元件3的外部电极电连接。配线构件4的另一端沿基板2的面内方向引出，与成为由压电元件3产生的电动势的输出对象的控制部5电连接。

如图1及图2所示，上述的静电电容传感器6设置于基板2的主面2a中从压电元件3露出的区域。该区域中的静电电容传感器6的配置没有特别限制。在本实施方式中，静电电容传感器6配置在位于来自压电元件3的配线构件4的引出方向的两个角部中的一方。静电电容传感器6具有配线构件7。配线构件7是交换来自控制部5的驱动信号及表示来自静电电容传感器6的检测结果的信号的信号线。配线构件7的一端在基板2的一面侧与静电电容传感器6电连接。配线构件7的另一端在与配线构件4相同的方向上从静电电容传感器6引出，与控制部5电连接。

在本实施方式中，静电电容传感器6的配线构件7从配置于基板2的一面侧的静电电容传感器6沿基板2的面内方向引出，压电元件3的配线构件4从压电元件3的与基板2为相反侧的面沿基板2的面内方向引出。因此，如图1所示，配线构件4及配线构件7均位于基板2的主面2a侧。而且，在检测装置1向框体K的安装状态下，静电电容传感器6的配线构件7成为比压电元件3的配线构件4更接近基板2的主面2a的状态。由此，静电电容传感器6的配线构件7成为比压电元件3的配线构件4更接近检测装置1的安装对象物(此处为框体K)的状态。

在具有如上所述的结构的检测装置1中，能够进行基于来自压电元件3的电动势及基板2的静电电容的多重检测。以下，对检测装置1进行的多重检测的应用例进行说明。

图3是表示对于轻击及释放由压电元件产生的电动势的一例的图。如同图所示，当由操作者的手指等对框体K的表面进行轻击及释放时，在压电元件3产生与按压力对应的电动势。典型而言，压电元件3在产生与轻击对应的正的轻击电压Vt之后，产生与释放对应的负的释放电压Vr。轻击电压Vt及释放电压Vr例如对于时间轴具有正弦波状的波形。

对于来自这样的压电元件3的电动势，在以往的方法中，如图3所示，预先设定用于轻击判定的轻击判定阈值St及用于释放判定的释放判定阈值Sr。也有时将轻击判定阈值St设定为比释放判定阈值Sr大的值。在轻击电压Vt超过轻击判定阈值St的定时作出轻击判定(手指等对框体K的接触的判定)，之后，在释放电压Vr超过释放判定阈值Sr的定时作出释放判定(手指等从框体K离开的判定)。

另一方面，对压电元件3施加的按压力的方式根据轻击及释放的做法而多种多样。例如在手指长按的情况下，压电元件3例如如图4所示，在较长的期间产生与弱的按压力对应的弱的释放电压Vr。在该情况下，即使实际上手指等从框体K离开，释放电压Vr也不会超过释放判定阈值Sr，可以想到有释放判定不正确的情况。如果假设长按而将释放判定阈值Sr单纯地设定为小的值，则判断为由于噪声等而释放电压Vr超过释放判定阈值Sr，可以想到有释放判定的精度降低的情况。

鉴于上述技术问题，控制部5构成为，并非针对释放电压Vr的电压值设定释放判定阈值Sr，而是通过将上述的静电电容传感器6与压电元件3组合使用，能够不依赖于按压力的施加方法而高精度地实施释放判定。以下，对控制部5的结构进行详细叙述。

控制部5由物理上具备RAM、ROM等存储器、CPU等处理器(运算电路)、通信接口、硬盘等存储部的计算机系统构成。控制部5通过由计算机系统的CPU执行存储于存储器的程序来发挥作用。控制部5也可以由微控制器、集成电路等构成。在本实施方式中，控制部5由微控制器构成。

如图1所示，控制部5具备驱动部11、接收部12、以及判定部13。驱动部11是控制静电电容传感器6的驱动的部分。驱动部11将用于静电电容传感器6的驱动的驱动信号输入静电电容传感器6。作为驱动信号，例如能够使用三角波。在本实施方式中，当手指等对框体K轻击时，因为基板2的静电电容增加且充放电时间变长，所以三角波的计数减少。相反，当手指等从框体K释放时，因为基板2的静电电容减少且充放电时间变短，所以三角波的计数增加。因此，在静电电容传感器6中，能够基于三角波的计数的变动来检测基板2的静电电容，能够基于检测出的静电电容，进行与轻击对应的ON判定及与释放对应的OFF判定。

接收部12是接收来自压电元件3的电动势及来自静电电容传感器6的静电电容的部分。接收部12经由压电元件3的配线构件4接收来自压电元件3的电动势，经由静电电容传感器6的配线构件7接收来自静电电容传感器6的静电电容。在本实施方式中，接收部12将来自压电元件3的电动势输出到驱动部11及判定部13，将来自静电电容传感器6的静电电容输出到判定部13。

判定部13是进行轻击判定及释放判定的部分。具体而言，判定部13基于轻击电压Vt的电压值与轻击判定阈值St的比较、及静电电容传感器6的ON判定中的至少一方来进行轻击判定，基于静电电容传感器6的OFF判定来进行释放判定。在本实施方式中，判定部13基于轻击电压Vt的电压值与轻击判定阈值St的比较来进行轻击判定，基于静电电容传感器6的OFF判定来进行释放判定。另外，判定部13基于轻击电压Vt的峰值电压值Vtp来判定轻击的强度。判定部13分别生成表示轻击判定、轻击的强度的判定、及释放判定的结果的信息，并将其输出到外部装置。在外部装置中，执行基于接收到的各信息的处理。

图5是表示轻击判定及释放判定的情况的线图。如图5所示，当在时刻t0进行手指等对框体K的轻击时，在压电元件3产生与轻击对应的正的轻击电压Vt。判定部13在比时刻t0靠后的时刻t1，基于轻击电压Vt的电压值超过轻击判定阈值St，而进行轻击判定。判定部13在轻击判定之后，获得轻击电压Vt的峰值电压值Vtp。判定部13基于所获得的轻击电压Vt的峰值电压值Vtp，判定轻击的强度。峰值电压值Vtp例如能够通过比较轻击电压Vt的当前值和上次检测值而获得。具体而言，在轻击电压Vt的当前值低于上次检测值时，能够将该上次检测值设为峰值电压值Vtp。

静电电容传感器6在从轻击电压Vt的电压值达到轻击判定阈值St的时刻t1至达到峰值的时刻tp的期间内开始动作。在图5的例子中，静电电容传感器6在轻击电压Vt的电压值达到轻击判定阈值St的时刻t1开始动作。即，在时刻t1，从驱动部11向静电电容传感器6输入驱动信号，开始由静电电容传感器6进行的基板2的静电电容的检测。因为在由静电电容传感器6进行的基板2的静电电容的检测开始的时间点进行对框体K的轻击，所以静电电容传感器6在紧接着时刻t1之后的时刻ts进行ON判定。

当手指等从框体K释放时，在压电元件3产生与释放对应的负的释放电压Vr，但在本实施方式中，在释放判定中未使用释放电压Vr。当手指等从框体K释放时，在释放后的时刻t2，三角波的计数增加。基于此，静电电容传感器6在时刻t2进行OFF判定。判定部13在时刻t2基于静电电容传感器6的OFF判定进行释放判定。

静电电容传感器6在从OFF判定经过规定期间之后的时刻td停止动作。从时刻t2至时刻td的期间，例如在不影响下次检测的范围内可任意地设定。例如，静电电容传感器6在OFF判定之后的下一个运算周期停止。

图6是表示图1所示的检测装置的动作的流程图。如图6所示，在检测装置1中，首先，进行轻击电压Vt的检测(步骤S01)。接着，进行轻击电压Vt是否超过了轻击判定阈值St的判断(步骤S02)。在步骤S02中判断为轻击电压Vt未超过轻击判定阈值St的情况下，返回步骤S01，继续轻击电压Vt的检测。在步骤S02中判断为轻击电压Vt超过轻击判定阈值St的情况下，进行轻击判定(步骤S03)。轻击判定之后，开始静电电容传感器6的动作(步骤S04)，进行静电电容传感器6的ON判定(步骤S05)。

在静电电容传感器6的ON判定之后，进行轻击电压Vt的当前值与上次检测值的比较(步骤S06)，判断轻击电压Vt的当前值是否低于上次检测值(步骤S07)。在步骤S07中，在判断为轻击电压Vt的当前值为上次检测值以上的情况下，看作轻击电压Vt未迎来峰值，重复执行步骤S06及步骤S07的处理。在步骤S06中，在判断为轻击电压Vt的当前值低于上次检测值的情况下，看作轻击电压Vt迎来了峰值，获取上次检测值作为轻击时的峰值电压值Vtp(步骤S08)。

在获取峰值电压值Vtp之后，判断静电电容传感器6是否作出了OFF判定(步骤S09)。在步骤S09中，在判断为静电电容传感器6未作出OFF判定的情况下，重复执行步骤S09。在步骤S10中，在判断为静电电容传感器6作出了OFF判定的情况下，进行释放判定(步骤S10)。从释放判定经过规定期间之后，即，从OFF判定经过规定期间之后，静电电容传感器6的动作停止(步骤S11)，处理结束。

如以上所说明，在检测装置1中，能够经由配线构件(第一配线构件)4取出因按压力而在压电元件3产生的电动势，并且与压电元件3的电动势不同，能够经由配线构件(第二配线构件)7取出基板2的静电电容。因此，在检测装置1中，能够进行基于来自压电元件3的电动势及基板2的静电电容的多重检测。

在本实施方式中，基板2具有配置有压电元件3的主面(第一面)2a、和位于主面2a的相反侧且成为检测装置1向安装对象物即框体K的安装面的主面(第二面)2b。而且，配线构件4及配线构件7均位于基板2的主面2a侧，配线构件7也可以比配线构件4更接近基板2的主面2a。通过在基板2设置向安装对象物的安装面，能够充分确保基板2和安装对象物的安装面积。因此，能够适当地实施基板2的静电电容的检测。

在本实施方式中，静电电容传感器6的配线构件7与压电元件3的配线构件4分体。由此，能够抑制经由配线构件7的静电电容的检测影响经由配线构件4的压电元件3的电动势的检测。

在本实施方式中，检测装置1还具备基于电动势或静电电容进行轻击及释放的判定的判定部13。由此，能够不依赖于按压力的施加方法而高精度地实施轻击判定及释放判定。

本公开不限于上述实施方式。在上述实施方式中，压电元件3的配线构件4和静电电容传感器6的配线构件7为分体，但静电电容传感器6的配线构件7和压电元件3的配线构件4也可以一体化。即，压电元件3的配线构件4也可以兼备静电电容传感器6的配线构件7。在该情况下，例如如图7所示，只要将作为FPC的配线构件4的一端侧分支，将分支的一方与压电元件3电连接，将分支的另一方与静电电容传感器6电连接即可。

在上述实施方式中，基于轻击电压Vt的电压值与轻击判定阈值St的比较进行轻击判定，但也可以基于静电电容传感器6的ON判定进行轻击判定。在该情况下，判定部13不在轻击电压Vt的电压值达到轻击判定阈值St的时刻t1，而在静电电容传感器6作出ON判定的时刻ts进行轻击判定即可。

在上述实施方式中，在轻击电压Vt的电压值达到轻击判定阈值St的时刻t1，静电电容传感器6开始动作，但静电电容传感器6的动作的开始也可以在从轻击电压Vt的电压值达到轻击判定阈值St的时刻t1至达到峰值的时刻ts的期间内的任意的时刻。静电电容传感器6的动作的开始也可以在轻击电压Vt的电压值达到峰值的时刻ts。

Claims (5)

1.一种检测装置，其中，

具备：

基板；

压电元件，其经由绝缘构件配置于所述基板，产生与按压力对应的电动势；

静电电容传感器，其检测所述基板的静电电容；

第一配线构件，其与所述压电元件电连接；以及

第二配线构件，其与所述静电电容传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，

所述基板具有：第一面，其配置有所述压电元件；和第二面，其位于所述第一面的相反侧且成为所述检测装置向安装对象物的安装面，

所述第一配线构件及所述第二配线构件均位于所述基板的所述第一面侧，

所述第二配线构件比所述第一配线构件更接近所述基板的所述第一面。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，

所述第二配线构件与所述第一配线构件分体。

4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，

所述第二配线构件与所述第一配线构件一体化。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的检测装置，其中，

还具备：判定部，其基于所述电动势或所述静电电容进行轻击及释放的判定。