JP2010244514A - センサ装置及び情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一形態に係るセンサ装置は、タッチパネル50と、筐体10と、感圧センサ60とを具備する。タッチパネル50は、入力操作面を有し、該入力操作面に直接又は間接的に操作子が触れた位置を検出する。筐体10は、タッチパネル50を収容する。感圧センサ60は、タッチパネル50に固定された第1の電極61と、上記筐体に固定された第2の電極63と、タッチパネル50と筐体10との間に配置され筐体10に対してタッチパネル50を弾性的に支持する弾性体62とを有する。感圧センサ60は、入力操作面に入力される押圧力を第1及び第2の電極61、63間の静電容量の変化として検出する。
【選択図】図1
Description
上記タッチパネルは、入力操作面を有し、該入力操作面に直接又は間接的に操作子が触れた位置を検出する。
上記筐体は、上記タッチパネルを収容する。
上記感圧センサは、上記タッチパネルに固定された第1の電極と、上記筐体に固定された第2の電極と、上記タッチパネルと上記筐体との間に配置され上記筐体に対して上記タッチパネルを弾性的に支持する弾性体とを有する。上記感圧センサは、上記入力操作面に入力される押圧力を上記第1及び第2の電極間の静電容量の変化として検出する。
これにより、入力操作面への押圧位置に依存しない高精度な押圧力検出が可能となる。
これにより、押圧位置に依存しない安定した操作感を得ることが可能となる。また、上記弾性体に、タッチパネルと筐体との間に装着されるシール部材としての機能をもたせることが可能となる。
各第1の電極の形成位置において検出される静電容量の変化を合算することで、入力操作面に対する押圧力を高精度に検出することができる。
なお、第1及び第2の電極が、上記タッチパネルの周囲に沿って環状に形成されてもよく、これによっても上述と同様の効果を得ることができる。ここでいう「環状」とは、タッチパネルの周囲に沿った連続的な環状と、一部に切欠き部を有する非連続的な環状とが含まれる。なお、「環状の弾性体」の意味についても上記と同様である。
これにより、タッチパネルの第1の電極パターンと感圧センサの第1の電極とを第1の基板上に共通に形成することが可能となる。
これにより、第2の電極に対する配線の引き回しが不要となり、構成の簡素化を図ることができる。
これにより、外乱による第2の電極の電位の変動を抑制して、感圧センサの検出感度の安定化を図ることができる。
これにより、外乱による第1の電極の電位の変動を抑制して、感圧センサの検出感度の安定化を図ることができる。
上記タッチパネルは、入力操作面を有し、該入力操作面に直接又は間接的に操作子が触れた位置を検出する。
上記筐体は、上記タッチパネルを収容する。
上記感圧センサは、上記タッチパネルに固定された第1の電極と、上記筐体に固定された第2の電極と、上記タッチパネルと上記筐体との間に配置され上記筐体に対して上記タッチパネルを弾性的に支持する弾性体とを有する。上記感圧センサは、上記入力操作面に入力される押圧力を上記第1及び第2の電極間の静電容量の変化として検出する。
上記表示パネルは、上記タッチパネルの背面側に配置され、上記筐体に収容される。
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、センサ装置を備えた情報処理装置の概略断面図である。図2は、図1に示す情報処理装置の筐体の図示を省略した概略分解斜視図である。図3は、図2の部分拡大図であり、タッチパネルの分解斜視図に相当する。尚、図2において、図面を見やすくするためにタッチパネルの電極構造を一部省略して図示し、図3にてタッチパネルの詳細な電極構造を図示した。図4は、図1の円Aで囲まれた領域の拡大図である。図5は、図1に示す情報処理装置に組み込まれる感圧センサの動作原理を説明するための図である。図6は、図5に示す感圧センサの特性を示す図である。図7は、情報処理装置におけるFPC(Flexible Printed Circuit)基板の配置例を示す図である。図面において、構造をわかりやすくするために、各構造を実際とは異なる縮尺で図示し、また配線数なども実際とは異なる数で図示している。
タッチパネル50は、静電容量方式による、入力操作面51のxy座標を検出する入力デバイスである。静電容量方式によるタッチパネル50においては、局所的に静電容量が変化した部位を検出することにより、タッチパネルの入力操作面の使用者の指が触れた位置、さらにはこの位置の変化を検出するようになされている。
図1〜図4に示すように、感圧センサ60は、タッチパネル50と筐体10との間に配置された誘電材料からなる弾性体62と、これを挟み込むように配置された上部電極61及び第2の電極としての下部電極63とを備える。感圧センサ60はさらに、弾性体62と上部電極61とを接着固定する接着層65と、弾性体62と下部電極63とを接着固定する接着層64とを備える。本実施形態においては、4つの各感圧センサ60を構成する弾性体が連結して1つの枠状の弾性体62を構成し、4つの感圧センサ60で1つの弾性体62を共有している。また、4つの各感圧センサ60を構成する下部電極が連結して1つの枠状の下部電極63を構成し、4つの感圧センサ60で1つの下部電極63を共有している。
戻り時間が400msよりも遅いと、入力操作子による押圧操作の検知に時間がかかってしまい、早い入力操作時の押圧の検知が難しく、操作特性が悪い、または、ダブルクリック等の連続操作の検知ができにくくなる。また、弾性体62は、上記ヤング率及び応答速度に加え、圧縮残留歪が最大で初期歪の5%程度であることが望ましい。
圧縮残留歪が5%よりも大きいと、長期使用による弾性体62の劣化に伴い、感圧センサ60の感度が低くなってしまう。このため、圧縮残留歪を最大で5%程度とすることにより、長期使用によっても十分な感度が維持可能な感圧センサ60を得ることができ、操作特性が悪くなることを防止することができる。
ここで、上記ヤング率は、JIS(Japanese Industrial Standards) K6254に準拠した試験方法に基づいて測定した。上記圧縮残留歪は、JIS K6401(圧縮残留歪が50%の試験方法)に準拠した試験方法を用いて測定した。また、弾性体62の厚みは、タッチパネルのサイズに応じて、例えば0.1mm〜5mm程度のものを用いることができる。例えば、タッチパネルが5インチ以下であれば0.1〜5mm程度、5インチ以上であれば0.5mm〜5mm程度のものを用いることができる。
次に、本実施形態における感圧センサ60の動作原理について図5及び図6を用いて説明する。本実施形態の感圧センサ60は、感圧センサ60の上部電極61、弾性体62及び下部電極63の積層方向に指96によって加わる押圧力に応じて静電容量が変化する。図5(b)に示すように、指96によって押圧力が加わると、感圧センサ60を構成する弾性体62はその厚みが減少するようにひずみ、上部電極61と下部電極63との間の静電容量が減少する。
本実施形態におけるセンサ装置100は例えば携帯端末などに使用でき、次のように用いることができる。情報処理装置1の液晶パネル30にパーソナルコンピュータのキーボードの如くテンキ―を表示させ、操作子接触面41上で指96による入力を行う場合に、上述のような操作特性を持たせることができる。この場合、操作子接触面41から指96を離さずに移動させても指による押圧を加えなければ入力決定と判定されないので、指96を操作子接触面41に接触していて望まないキーを入力決定してしまうという、誤入力がない。
次に第2の実施形態について、図1、図4及び図8を用いて説明する。第1の実施形態においては、弾性体26が額縁状を有していた。これに対し、本実施形態においては、弾性体が複数の各感圧センサ毎に分離して島状に構成されている点で大きく異なる。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
次に第3の実施形態について、図1、図4、図9、図10及び図12を用いて説明する。第3の実施形態は、第1及び第2の実施形態と比較して、感圧センサの電極構造が異なる点で大きく相違なる。以下、上述の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
次に第4の実施形態について、図13を用いて説明する。第3の実施形態においては下部電極を筐体10上に配置し、下部電極を浮遊電位としていた。これに対し、第4の実施形態においては、筐体10上に第1シールド電極を設け、第1シールド電極と下部電極との間に誘電体層を設けている。以下、上述第3の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
次に第5の実施形態について、図14を用いて説明する。第5の実施形態においては、第4の実施形態の構造に加え、上部電極に対応する第2シールド電極及び第2誘電体層を設けている。以下、第4の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
次に第6の実施形態について、図15を用いて説明する。第6の実施形態においては、第5実施形態と比較して、下部電極に対して第1シールド電極及び第1誘電体層を設ける点、及び上部電極に対応して第2シールド電極及び第2誘電体層を設けている点で共通する。しかし、第6の実施形態は、第2シールド電極、第2誘電体層及び第1電極の配置が第5の実施形態と異なる。以下、第5の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
次に第7の実施形態について図1及び図18を用いて説明する。第7の実施形態においては、上部電極の形状が額縁状を有し、これに伴い感圧センサが1つ構成される点で、第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第1の実施形態と同様の構成については図示を省略する。
次に第8の実施形態について図1及び図19を用いて説明する。第8の実施形態においては、4つの上部電極が電気的に接続されている点で、第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と異なる構成について主に説明し、第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第1の実施形態と同様の構成については図示を省略する。
次に第9の実施形態について図20を用いて説明する。第1の実施形態においては、入力操作面を押圧することにより、感圧センサが縮小するように歪んでいた。これに対し、第9の実施形態においては、入力操作面を押圧することにより感圧センサの弾性体が伸張するように構成してもよい。
本発明において、感圧センサとして、弾性体を一対の電極により挟持した構造のものを用い、押圧による静電容量の変化を利用して入力決定の判定を行っている。静電容量と押圧力とはほぼ比例するため、入力判定の制御がしやすい。ここで、導電性微粒子が分散されたシリコーンなどの絶縁性ポリマーからなる感圧導電シートを挟み込むように一対の電極を設けた感圧センサと比較する。このような感圧導電シートを用いた感圧センサにおいては、押圧力による抵抗の変化を利用して押圧の有無の判定を行うことができるが、抵抗と押圧力とは比例せず、押圧が少し加わっただけで高い抵抗値を示してしまう。このため、感圧導電シートを用いた感圧センサにおいては、押圧による入力判定の制御が難しい。これに対し、本発明に用いられる感圧センサは、静電容量と押圧力がほぼ比例するため、押圧による入力判定の制御が容易である。また、感圧導電シートは有機物を使用しているため、経時変化により劣化しやすく、また使用可能温度範囲が狭いため、安定した特性を維持することが困難である。
次に、上記第3の実施形態に記載したセンサ装置2100を構成するタッチパネル2050及び感圧センサ2060から得られる出力例を図25、図26に示す。
次に、上述した情報処理装置の使用例について図28、図29、図30を用いて説明する。なお、ここでは第1実施形態に記載したセンサ装置100を例にあげて説明するが、他の実施形態に記載したセンサ装置に適用することもできる。
50、2050、5050、6050、7050、9050…タッチパネル
51…入力操作面
60、1060、2060、3060、5060、6060、7060、9060…感圧センサ
61、2061、5061、6061、7061…上部電極
62、1062…弾性体
63、2063、3063、8065…下部電極
100、1100、2100、3100,4100、5100、6100、7100…センサ装置
153…X透明電極パターン
3001…第1シールド電極
3002…第1誘電体層
4001、5001…第2シールド電極
4002、5002…第2誘電体層
Claims (13)
- 入力操作面を有し、該入力操作面に直接又は間接的に操作子が触れた位置を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルを収容する筐体と、
前記タッチパネルに固定された第1の電極と、前記筐体に固定された第2の電極と、前記タッチパネルと前記筐体との間に配置され前記筐体に対して前記タッチパネルを弾性的に支持する弾性体とを有し、前記入力操作面に入力される押圧力を前記第1及び第2の電極間の静電容量の変化として検出する感圧センサと
を具備するセンサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記入力操作面は矩形状を有し、
前記感圧センサは、前記タッチパネルの四隅に配置されている
センサ装置。 - 請求項2に記載のセンサ装置であって、
前記弾性体は、前記タッチパネルの周囲に沿って環状に形成されている
センサ装置。 - 請求項3に記載のセンサ装置であって、
前記第1の電極は、前記タッチパネルの四隅位置に対応して複数形成されており、前記複数の第1の電極は相互に電気的に接続されている
センサ装置。 - 請求項3に記載のセンサ装置であって、
前記第1及び前記第2の電極は、前記タッチパネルの周囲に沿って環状に形成されている
センサ装置。 - 請求項2に記載のセンサ装置において、
前記感圧センサそれぞれで検出された静電容量変化の合算値に基づいて前記押圧力を判定する判定ユニットをさらに具備する
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記タッチパネルは、第1の電極パターンを有する第1の基板と、第2の電極パターンを有する第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板とを相互に接着する接着層とを含み、
前記感圧センサの前記第1の電極は、前記タッチパネルの前記第1の基板上に形成されている
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記第1の電極は、前記弾性体を挟んで前記第2の電極と対向する2つの電極部からなる
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記第2の電極に対応して設けられた第1の導体層と、
前記第1の導体層と前記第2の電極との間に設けられた、前記弾性体の誘電率よりも小さい誘電率を有する第1の誘電体層とをさらに具備する
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記第1の電極に対応して設けられた第2の導体層と、
前記第2の導体層と前記第1の電極との間に設けられた、前記弾性体の誘電率よりも小さい誘電率を有する第2の誘電体層とをさらに具備する
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記タッチパネルは、静電容量式のタッチパネルである
センサ装置。 - 請求項1に記載のセンサ装置であって、
前記感圧センサからの出力の経時変化の変動の大きさに基づいて操作子による入力の有無を判定する判定ユニットをさらに具備する
センサ装置。 - 入力操作面を有し、該入力操作面に直接又は間接的に操作子が触れた位置を検出するタッチパネルと、
前記タッチパネルを収容する筐体と、
前記タッチパネルに固定された第1の電極と、前記筐体に固定された第2の電極と、前記タッチパネルと前記筐体との間に配置され前記筐体に対して前記タッチパネルを弾性的に支持する弾性体とを有し、前記入力操作面に入力される押圧力を前記第1及び第2の電極間の静電容量の変化として検出する感圧センサと、
前記タッチパネルの背面側に配置され、前記筐体に収容された表示パネルと
を具備する情報処理装置。
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