JP2012064108A - センサ装置および情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができるセンサ装置および情報処理装置を提供する。
【解決手段】感圧センサ３０は、第１の電極３１と、第２の電極３２と、弾性部材３３とを含む。第１の電極３１は、センサパネル側に固定され、第２の電極３２は、筐体側に固定される。弾性部材３３は、センサパネルと筐体との間に配置され、筐体に対してセンサパネルを弾性的に支持する。感圧センサ３０は、第１の電極３１と第２の電極３２との間に、第１の静電容量で形成された第１の領域と、上記第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有する。感圧センサ３０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３１，３２間の静電容量の変化として検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、操作圧力を検出する感圧センサを備えたセンサ装置および情報処理装置に関する。

タッチパネルは、ディスプレイ上への指又はペンの接触位置を検出する位置センサのひとつであり、コンピュータの入力インターフェースとして様々な機器に搭載されている。タッチパネルの入力方式は、抵抗膜式、静電容量式、光学式、超音波式、電磁誘導式など様々な方式が提案されている。例えば抵抗膜式のタッチパネルは、低コストであることから携帯電話やデジタルカメラなどの多くの中・小型電子機器に広く採用されている。しかし近年、ジェスチャー機能やマルチタッチ機能を有する静電容量式のタッチパネルが、これら電子機器の入力インターフェースとして主流となりつつある。

静電容量式タッチパネルは、検出電極の静電容量の変化を検出することで指の近接あるいは接触位置を特定する原理であるため、指の接触位置の検出精度だけでなく、指の動きの検出精度が高く、さらに検知電極の接触がないため耐久性が高いなどの利点がある。一方、静電容量式タッチパネルは、検出電極相互間の距離が固定であるため、押し圧を検出することができない。そこで、タッチパネルに感圧機能を有するセンサを組み合わせたセンサ装置が種々提案されている。

例えば下記特許文献１には、入力平面板の下面に固定された移動電極と、移動電極に対向する固定電極と、移動電極と固定電極との間に挟まれた弾性保持部材とを有する入力装置が記載されている。この入力装置は、移動電極と固定電極との間の静電容量を測定することによって、入力平面板への押圧力を逆算するようにしている。また下記特許文献２には、タッチパネルの四隅に配置された複数の圧電素子によって、タッチパネルに入力された押圧力をこれら圧電素子で検出する入力装置が記載されている。

特開２０００−３４７８０７号公報 特開平１１−２１２７２５号公報

しかしながら、従来の感圧機能を有する入力装置においては、パネルの周縁部と中央部とで押圧力の検出感度（信号強度）のばらつきが大きく、特にパネル中央部での検出感度を高めることが困難であった。また、パネル中央部での検出感度を高めるために、電極間の全体の静電容量を大きく設計したとしても、パネル全体での検出感度のばらつきを解消することはできない。また、全体の静電容量を増加させることは、静電容量の変化を検出する制御ＩＣの処理限度を超えてしまうおそれがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができるセンサ装置および情報処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るセンサ装置は、センサパネルと、筐体と、感圧センサとを具備する。
上記センサパネルは、入力操作面を有し、前記入力操作面に接触する検出対象の位置座標を検出する。
上記感圧センサは、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを含む。上記第１の電極は、上記センサパネル側に固定される。上記第２の電極は、上記筐体側に固定される。上記弾性部材は、上記センサ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センサパネルを弾性的に支持する。上記感圧センサは、上記第１の電極と上記第２の電極との間に、第１の静電容量で形成された第１の領域と、上記第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有する。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。

上記センサ装置において、感圧センサは、第１の静電容量で形成された第１の領域と、第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有している。このため、入力操作面に押圧力が入力されることで検出される第１及び第２の電極間の静電容量の変化は、第１の領域と第２の領域とで異なり、第１の領域よりも第２の領域の方が静電容量の変化が大きい。したがって、例えば押圧力の検出感度の低い領域を押した際にパネルの沈み込み量が大きい位置に上記第２の領域を設定することによって、押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができるセンサ装置を構成することができる。

上記入力操作面は、少なくとも一組の対辺を有する多角形状に形成されてもよい。この場合、上記感圧センサは、上記入力操作面の各辺に沿って環状に形成され、上記少なくとも一組の対辺を構成する各片の中央部に上記第２の領域を有し、上記第２の領域を挟む上記各片の両端側に上記第１の領域を有する。
これにより、多角形状の入力操作面に対して押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができるセンサ装置を構成することができる。

上記第１及び第２の静電容量は、第１及び第２の電極間の対向面積や対向距離等を調整することによって任意に設定可能である。したがって、第１の領域と第２の領域とで、上記第１及び第２の電極の対向面積や対向距離を異ならせることによって、第１の静電容量と第２の静電容量との間に任意の容量差をもたせることができる。例えば、上記第１及び第２の電極は、上記第１の領域では第１の対向面積で相互に対向し、上記第２の領域では上記第１の対向面積よりも広い第２の対向面積で相互に対向する。あるいは、上記第１及び第２の電極は、上記第１の領域では第１の対向距離で相互に対向し、上記第２の領域では上記第１の対向距離よりも短い第２の対向距離で相互に対向する。

上記センサパネルは、入力操作面上の操作位置座標を検出できるものであれば構成は特に限定されず、例えば静電容量式のセンサパネルが用いられる。これ以外にも、抵抗膜式、光学式、超音波式、電磁誘導式などの様々な方式のセンサパネルが用いられてもよい。

本発明の一形態に係る情報処理装置は、センサパネルと、筐体と、感圧センサと、表示パネルとを具備する。
上記センサパネルは、入力操作面を有し、前記入力操作面に接触する検出対象の位置座標を検出する。
上記感圧センサは、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを含む。上記第１の電極は、上記センサパネル側に固定される。上記第２の電極は、上記筐体側に固定される。上記弾性部材は、上記センサ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センサパネルを弾性的に支持する。上記感圧センサは、上記第１の電極と上記第２の電極との間に、第１の静電容量で形成された第１の領域と、上記第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有する。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、上記センサパネルの背面側に配置され、上記筐体に収容される。

上記情報処理装置において、感圧センサは、第１の静電容量で形成された第１の領域と、第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有している。このため、入力操作面に押圧力が入力されることで検出される第１及び第２の電極間の静電容量の変化は、第１の領域と第２の領域とで異なり、第１の領域よりも第２の領域の方が静電容量の変化が大きい。したがって、例えば押圧力の検出感度の低い領域に上記第２の領域を設定することによって、押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができる情報処理装置を構成することができる。

本発明によれば、押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができるセンサ装置あるいは情報処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る情報処理装置の概略断面図である。 上記情報処理装置の他の構成例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る感圧センサの構成を示す分解斜視図である。 上記感圧センサの一構成例を示す情報処理装置の要部断面図である。 比較例に係る感圧センサの平面図である。 比較例に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、感度の面内分布を示している。 比較例に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、感度の面内分布を示している。 比較例に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、感度の面内分布を示している。 比較例に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、電極の線幅と静電容量との関係を示している。 比較例に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、弾性部材の各辺とその変形量との関係を示している。 本発明の第１の実施形態に係る感圧センサの構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、感度の面内分布を示している。 本発明の第１の実施形態に係る感圧センサの他の構成例を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る感圧センサの検出特性を説明する図であり、電極の線幅比と容量変化との関係を示している。 本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置の平面図である。 図１５におけるＡ−Ａ線方向断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る感圧センサの平面図である。 （Ａ），（Ｂ）ともに、本発明の実施形態の変形例を示す感圧センサの平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）ともに、本発明の実施形態の構成の変形例を示すセンサ装置の要部断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置を備えた情報処理装置を示す概略断面図である。図１において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向は相互に直交する３軸方向を示している。以下、情報処理装置の全体構成について説明する。

［情報処理装置］
本実施形態の情報処理装置１００は、センサパネル１０と、筐体２０と、感圧センサ３０と、表示パネル４０と、コントローラ５０とを備える。

筐体２０は、情報処理装置１００の筐体を構成する。情報処理装置としては、例えば、携帯電話、携帯型情報端末、携帯型ゲーム機、リモコンなどのハンドヘルド型の情報処理装置が挙げられるが、これに限られず、据置型の情報処理装置であってもよい。

筐体２０は、例えばプラスチック成形体、金属板のプレス加工体等で形成されている。筐体２０は、分割構造を有していてもよい。筐体２０は、センサパネル１０、感圧センサ３０、表示パネル４０、コントローラ５０等を収容するための空間部２１を有する。

表示パネル４０は矩形状であり、例えば長辺側を横方向に向けて筐体２０に配置される。表示パネル４０は、ＬＣＤ（液晶表示）パネル、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネル等の表示素子が用いられ、センサパネル１０を介して画像を外部へ表示させる。表示パネル４０は、筐体２０の空間部２１の底面に固定される。これに代えて図２に示す情報処理装置１０１のように、表示パネル４０は、センサパネル１０の背面（図１，２において下面）に固定されてもよい。センサパネル１０の表面（図１，２において上面）は入力操作面１０ａとして形成されており、ユーザは入力操作面１０ａに表示される表示パネル４０の画像を視認しながら、情報処理装置１００（あるいは情報処理装置１０１）を操作する。

コントローラ５０は、センサパネル１０、感圧センサ３０、表示パネル４０等と電気的に接続される。コントローラ５０は、センサパネル１０及び感圧センサ３０を駆動するとともに、センサパネル１０及び感圧センサ３０の検出信号に基づいて検出対象（ユーザの指など）の操作位置及び押し込み操作を検出する。コントローラ５０はコンピュータで構成され、例えば、単独のＩＣ部品、あるいは各種電子部品が配線基板上に搭載された部品実装体で構成される。コントローラ５０は、情報処理装置１００の動作全体を制御する制御回路の一部として構成されてもよい。

情報処理装置１００は、入力操作面１０ａ上の操作位置を検出するセンサパネル１０と、センサパネル１０への押圧量を検出する感圧センサ３０とを有する。コントローラ５０は、センサパネル１０及び感圧センサ３０の検出信号に基づいて、入力操作面１０ａに対する押圧操作に関連する制御信号を生成する。上記制御信号としては、例えば表示パネル４０に表示される画像の制御、情報処理装置１００の各種機能（通話機能、通信機能、各種アプリケーションの起動など）の制御等のための信号が挙げられる。

センサパネル１０及び感圧センサ３０は、情報処理装置１００に対するユーザの入力操作を検出するセンサ装置を構成する。上記センサ装置は、コントローラ５０を含んでもよい。以下、センサ装置の詳細について説明する。

［センサ装置］
（センサパネル）
センサパネル１０は、センサシート１１とトッププレート１２との積層構造を有する。センサパネル１０は、長方形状に形成されており、例えば長辺側を横方向に向けて筐体２０に配置される。なおセンサパネル１０の平面形状は、長方形に限られず、正方形や他の多角形状であってもよい。

センサシート１１は、本実施形態では静電容量式のタッチセンサ（タッチパネル）で構成されている。センサシート１１は、矩形状の２枚の透明な電極基板（第１の電極基板及び第２の電極基板）を貼り合わせて構成される。あるいは、センサシート１１は、一枚の電極基板で構成されてもよく、この場合は例えば、共通の透明基板の各面にｘ位置検出用及びｙ位置検出用の透明電極パターンがそれぞれ形成される。

第１の電極基板は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明なプラスチックフィルムと、その上に形成された第１の配線パターンとを有する。第１の配線パターンは、ｘ軸方向に沿って延びｙ軸方向に等間隔で配列された複数の透明電極パターンと、その周辺回路パターンとを含む。第２の電極基板は、ＰＥＴ等の透明なプラスチックフィルムと、その上に形成された第２の配線パターンとを有する。第２の配線パターンは、ｙ軸方向に沿って延びｘ軸方向に等間隔で配列された複数の透明電極パターンと、その周辺回路パターンとを含む。

トッププレート１２は、矩形状の透明なプラスチック板、ガラス板等で形成され、センサシート１１の表面に積層される。トッププレート１２は、センサシート１１とほぼ同等の大きさに形成され、センサシート１１を保護しつつ、センサパネル１０に適度な剛性を付与する。トッププレート１２の表面は、センサパネル１０の入力操作面１０ａとして形成される。

センサパネル１０は、入力操作面１０ａに近接あるいは接触する検出対象としての操作子（例えばユーザの指や入力ペン）を静電的に検出し、その検出信号をコントローラ５０へ出力する。すなわちセンサパネル１０は、入力操作面１０ａ上の操作子のｘｙ座標を検出する機能を有する。

なお、センサパネル１０は、センサシート単独で構成されてもよい。この場合、センサシートの各電極基板は、ガラス等の比較的剛性の高い透明材料で形成され、入力操作面は、センサシートの表面に形成される。

（感圧センサ）
感圧センサ３０は、センサパネル１０と筐体２０との間に配置される。図３は感圧センサ３０の基本構成を示す分解斜視図である。感圧センサ３０は、第１の電極３１と、第２の電極３２と、弾性部材３３とを有する。

第１の電極３１はセンサパネル１０側に固定され、第２の電極３２は筐体２０側に固定される。弾性部材３３は、センサパネル１０と筐体２０との間に配置され、筐体２０に対してセンサパネル１０を弾性的に支持する。

本実施形態では、第１及び第２の電極３１，３２は、弾性部材３３を挟んで相互に対向するように、弾性部材３３の上面及び下面にそれぞれ配置される。第１の電極３１は、矩形環状に連続的に形成され、第１の線幅を有する第１の配線領域３１ｔと、第１の線幅よりも太い第２の線幅を有する第２の配線領域３１ｗとを有する。第２の電極３２も同様に矩形可能に連続的に形成され、第１の線幅を有する第１の配線領域３２ｔと、第１の線幅よりも太い第２の線幅を有する第２の配線領域３２ｗとを有する。なお、第１及び第２の配線領域３１ｔ，３２ｔ，３１ｗ，３２ｗの詳細について後述する。

第１及び第２の電極３１，３２は、コントローラ５０に接続され、それらの間の静電容量がコントローラ５０によって算出される。あるいは、第１及び第２の電極３１，３２のいずれか一方をコントローラ５０に接続し、他方を定電位（例えばグラウンド）に接続することで、両電極３１，３２間の静電容量を算出するようにしてもよい。

感圧センサ３０は、入力操作面１０ａの各辺に沿って環状に形成されている。本実施形態では、第１の電極３１、第２の電極３２及び弾性部材３３は、入力操作面１０ａ（センサパネル１０）の周縁に沿って環状に形成される。図示の例では、入力操作面１０ａは矩形状に形成されており、弾性部材３３は入力操作面１０ａの各辺に沿うように一定の幅及び厚みを有する環状の矩形で形成されている。

弾性部材３３は、例えば、残留ひずみが少なく、復元率（復元速度）が高い材料で形成される。この種の材料としては、例えばシリコーンゴム、ウレタン系ゴムを用いることができる。弾性部材３３は、ヤング率が０．００１〜２ＭＰａで、かつ、戻り時間が４００ｍｓ以下の応答速度であることが望ましい。ヤング率が０．００１ＭＰａよりも低いと、単に操作子が入力操作面に直接的或いは間接的に接触しているだけでも押圧操作していると誤検知するおそれがある。ヤング率が２ＭＰａよりも高いと、大きな押圧力が必要となることで操作性が悪くなるおそれがある。
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。また弾性部材３３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部材３３の劣化に伴い、感圧センサ３０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３０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、弾性部材３３の厚みは、センサパネル１０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。弾性部材３３は、例えば１０％程度変位すればよく、例えば厚み０．５ｍｍの弾性部材３３を用いる場合、５０μｍ程度変位すればよい。
本実施形態では、弾性部材３３として、株式会社イノアックコーポレーション製「ポロン」（商標）が用いられている。具体的には、ポロン（商標）のＳＳ１０Ｐ、ＳＳ２４Ｐ、ＳＳ３２Ｐ、ＭＳ４０Ｐ等が用いられる。

本実施形態において、弾性部材３３は、センサパネル１０の周縁形状に対応した額縁状（環状）に形成されている。弾性部材３３を環状に形成することによって、センサパネル１０と筐体２０との間、あるいはセンサパネル１０と表示パネル４０との間の空隙に外部から異物が侵入することを防止することができる。このように弾性部材３３によるシール機能が得られるため、情報処理装置１００の信頼性を高めることができる。

弾性部材３３は、センサパネル１０に固定された第１の電極３１と、筐体２０に固定された第２の電極３２とに対して、それぞれ接着層を介して固定される。上記接着層は、接着剤、両面粘着シート等であってもよい。あるいは、弾性部材３３に直接第１及び第２の電極３１，３２を形成し、これら電極３１，３２を介して、センサパネル１０及び筐体２０に弾性部材３３の上面及び下面を接着してもよい。

また、センサパネル１０側に配置される第１の電極３１は、図４に示すようにセンサシート１１の一方の電極基板に形成されてもよい。図４は、センサシート１１の上層側の電極基板に感圧センサ３０の第１の電極３１を形成した例を示す、情報処理装置の要部断面図である。

図４において、センサシート１１は、上層側の第１の電極基板１１１と下層側の第２の電極基板１１２と、これら電極基板１１１，１１２を相互に接着する接着層１１３とを有する。第１の電極基板１１１は、トッププレート１２とほぼ同等の大きさで形成されており、接着層１３を介してトッププレート１２に接合されている。第２の電極基板１１２は、第１の電極基板１１１よりも小さい面積を有し、その周囲に感圧センサ３０が配置される環状の領域を形成する。第１の電極基板１１１及び第２の電極基板１１２の相互に対向する各々の内面側には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、銀（Ａｇ）等の導電性物質で構成された配線パターンがそれぞれ形成されている。第１の電極３１は、第１の電極基板１１１の内面側に形成され、例えば第１の電極基板１１１を形成する配線パターンと同時に形成される。第２の電極３２は、筐体２０内部の底部周縁２０ａに形成され、例えば上述と同様の導電性物質で構成される。弾性部材３３の上面側は、接着層３４を介して第１の電極３１及び第１の電極基板１１１にそれぞれ接着され、弾性部材３３の下面側は、接着層３５を介して第２の電極３２及び筐体２０にそれぞれ接着される。

入力操作面１０ａにｚ軸方向へ押圧力が作用すると、弾性部材３３が圧縮変形し、その変形量に応じて電極３１，３２間の距離が変化する。感圧センサ３０は、その押圧力を電極３１，３２間の静電容量の変化として検出する。すなわち、弾性部材３３の変形前後における電極３１，３２間の静電容量の変化を検出することで、入力操作面１０ａに入力されたｚ軸方向への押圧力あるいは押圧量が判定される。これにより、入力操作面１０ａに対するユーザ操作に際して、センサパネル１０による操作位置のｘｙ面内座標と、操作位置における押圧力とが同時に検出でき、押圧操作位置に応じて異なる情報入力操作が可能となる。

センサパネル１０の周縁部に感圧センサ３０が配置されたセンサ装置においては、入力操作面１０ａの面内位置に応じて感圧センサ３０の検出特性にばらつきが生じやすい。このような問題は、操作位置に応じて押圧操作の検出感度を変化させることになるため、操作性を低下させる原因となる。

以下、比較例として、図５に示す感圧センサＰを用いてパネル面内における感圧特性を説明する。

感圧センサＰは、短辺Ｌ１，Ｌ３と長辺Ｌ２，Ｌ４とを有する矩形の弾性部材Ｒと、弾性部材Ｒを挟んで対向する第１及び第２の電極Ｅ１，Ｅ２とを有する。弾性部材Ｒの幅は１．４ｍｍ、ヤング率は０．１４ＭＰａである。各電極Ｅ１，Ｅ２は全周にわたって均一な幅（０．２１ｍｍ）及び厚みで形成されている。この感圧センサＰを、長辺９０ｍｍ、短辺５４ｍｍ、厚み１．１ｍｍのガラス製パネルの下に配置し、パネルの中央部に重さ２５０ｇに相当する力で付与した。このときのパネル面内における感圧センサＰの容量変化の分布を図６に示す。

図６においてＤ１〜Ｄ４は所定の容量変化量を示す容量変化領域を表しており、それぞれＤ１（０．１５〜０．２０ｐＦ）、Ｄ２（０．２０〜０．２５ｐＦ）、Ｄ３（０．２５〜０．３０ｐＦ）、Ｄ４（０．３０〜０．３５ｐＦ）、Ｄ５（０．３５〜０．４０ｐＦ）である。ｘ１〜ｘ３、ｙ１〜ｙ３はパネル面内のｘｙ座標を表しており、ここでは（ｘ２，ｙ２）がパネルの中央部に相当する。図６に示すように、パネルの中央部ほど電極Ｅ１，Ｅ２間の容量変化量が小さく、パネルの周辺部よりも中央部の押圧操作の検出感度が低いという傾向がある。

押圧操作の検出感度は、弾性部材Ｒの幅、入力操作されるパネルの厚み等によっても変化する。図７は、弾性部材Ｒの幅を１．７ｍｍとしたときの検出感度の面内分布を示している。図７においてＤ０は、０．１０〜０．１５ｐＦの容量変化領域を表している。一方、図８は、パネルの厚みを０．５５ｍｍとしたときの検出感度の面内分布を示している。

図７に示すように、弾性部材Ｒの幅が大きくなるとパネルの沈み込み量が低下するため、面内の検出感度のバラツキは抑制されるが、パネル中央部の容量変化量が図６の実験結果よりも小さくなるため、パネル中央部の検出感度を上昇させることはできない。一方、図８に示すように、パネルの厚みが小さくなると、パネル自体の剛性が低下することで、パネル自体の撓みによる影響が現れる。その結果、容量変化量の少ない領域（Ｄ１）が図６の実験結果よりも広くなり、検出感度の向上が図れない。

さらに、押圧操作の検出感度を高める方法として、感圧センサＰの容量変化量を大きくすることが考えられる。容量変化量をΔＣとすると、ΔＣ＝εＳ／Δｄ（ε：誘電率、Ｓ：電極対向面積、Δｄ：弾性部材の圧縮変形量）の関係から、εとΔｄが固定の場合、電極対向面積Ｓを増加させることでΔＣを大きくすることができる。電極対向面積Ｓを大きくするには電極Ｅ１，Ｅ２の線幅を太くする必要があるが、この場合、容量変化量だけでなく、電極Ｅ１，Ｅ２間の静電容量自体も増加してしまう。図９に、電極Ｅ１，Ｅ２の線幅と、線幅０．２１ｍｍを基準としたときの静電容量比及び静電容量変化量比を示す。一般に、タッチパネル制御用ＩＣは静電容量に上限があり、静電容量は小さい方がＳ／Ｎ（信号−ノイズ比）が高いため、静電容量を大きくせずに容量変化量を大きくすることが望ましい。

次に、上記パネルの中央部に重さ２５０ｇに相当する力を加えたときの、各辺Ｌ１〜Ｌ４の電極Ｅ１，Ｅ２の長さ方向における沈み込み量を図１０に示す。図１０から、各辺の端部に比べて中央部の方が沈み込み量が大きく、特に長辺Ｌ２，Ｌ４の中央部の沈み込みが最も大きいことがわかる。したがって、沈み込み量（Δｄ）の大きい部分の電極対向面積（Ｓ）を大きくすることで、パネル中央部の容量変化量を高め、押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができる。

そこで本実施形態の感圧センサ３０においては、図３に示したように、第１及び第２の電極３１，３２は、第１の線幅で形成された第１の配線領域３１ｔ，３２ｔと、第１の線幅よりも太い第２の線幅で形成された第２の配線領域３１ｗ，３２ｗとを有する。第２の配線領域３１ｗ，３２ｗは、センサパネル１０（感圧センサ３０）の各辺の中央部に形成され、弾性部材３３を挟んで相互に対向するように配置される。第１の配線領域３１ｔ，３２ｔは、各辺の第２の配線領域３１ｗ，３２ｗの間に形成され、弾性部材３３を挟んで相互に対向している。

本実施形態では、第１及び第２の電極３１，３２の配線幅を各々部分的に異ならせることにより、電極３１，３２間に、第１の静電容量を有する第１の領域（Ｃ１）と、第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量を有する第２の領域（Ｃ２）とを形成する。上記第１の領域は、配線領域３１ｔと配線領域３２ｔとの対向領域に相当し、上記第２の領域は、配線領域３１ｗと配線領域３２ｗとの対向領域に相当する。例えば図１１に示すように、第１の配線領域３１ｔ，３２ｔの線幅をＷｔ、第２の配線領域３１ｗ，３２ｗの線幅をＷｗとする（Ｗｔ＜Ｗｗ）。第１の配線領域３１ｔ，３２ｔの形成領域が第１の領域Ｃ１に相当し、第２の配線領域３１ｗ，３２ｗの形成領域が第２の領域Ｃ２に相当する。

上記構成において、入力操作面１０ａに押圧力が入力されることで検出される第１及び第２の電極３１，３２間の静電容量の変化は、第１の領域と第２の領域とで異なり、第１の領域よりも第２の領域の方が静電容量の変化が大きい。したがって、例えば押圧力の検出感度の低い領域に上記第２の領域を設定することによって、押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができる。

特に本実施形態の感圧センサ３０は、各辺の中央部に上記第２の領域を有し、上記第２の領域を挟む上記各辺の両端側に上記第１の領域を有する。これにより、多角形状の入力操作面１０ａに対して押圧位置に依らずに安定した検出特性を得ることができる。

図１２は、図１１に示す感圧センサ３０をパネル（長辺９０ｍｍ、短辺５４ｍｍ、厚み１．１ｍｍ）の下に配置したときのパネル面内における押圧検出感度分布を示している。ここで、Ｗｔは０．１５ｍｍ、Ｗｗは０．４５ｍｍ、第２の配線領域３１ｗ，３２ｗの長さは長辺側で５０ｍｍ、短辺側で１０ｍｍ、弾性部材３３の幅は１．７ｍｍとした。図１２に示すように本実施形態によれば、図６〜図８の場合と比較して、パネル中央部における検出感度を上昇させることができ、従ってパネル全面に亘っての押圧検出特性を向上させることができる。

第２の配線領域３１ｗ，３２ｗは、センサパネル１０の各々の辺に形成される必要はなく、図１３に示すように少なくとも対向する一組の対辺（例えば長辺）に形成されていればよい。また、第１の配線領域３１ｔ，３２ｔ及び第２の配線領域３１ｗ，３２ｗの線幅、形成領域等は特に限定されず、センサパネルの大きさ、要求される容量変化量及びその面内分布等に応じて適宜設定される。

第１の配線領域３１ｔ，３２ｔの線幅をＷｔ、第２の配線領域３１ｗ，３２ｗの線幅をＷｗとしたとき、これらの線幅比（Ｗｗ／Ｗｔ）を１．４以上とすることで、図１４に示すように線幅比が１の場合と比較として、容量変化量を１０％以上上昇させることができる。図１４は、両配線領域の線幅比（Ｗｗ／Ｗｔ）と容量変化量比との関係を示す図であり、感圧センサの長辺の長さの２／３の領域が第２の配線領域で形成された例を示している。Ｗｗ／Ｗｔ＝４．５にすると、容量変化量が５０％上昇し、大幅に感度が改善されることがわかる。

本実施形態によれば、各配線領域の長さ及び線幅を調整することにより、Ｗｗ／Ｗｔ＝１のときの全静電容量と同等の大きさで、電極３１，３２間の静電容量を形成することも可能である。この場合、感圧センサの全静電容量を増加させることなく、押圧操作の検出感度を高めることが可能となる。

また本実施形態によれば、センサシート１１が静電容量式のタッチパネルで構成されているため、感圧センサ３０の検出信号を処理する回路と同一の制御回路でコントローラ５０を構成することができる。すなわちコントローラ５０は、センサシート１１の各電極基板１１１，１１２へ信号電圧（パルス、ＲＦなど）を供給することで、入力操作面１０ａへの操作子の接触または近接を検出する。この際、センサシート１１と感圧センサ３０の電極へ信号電圧を時分割して供給することで、単一の制御回路で操作子のｘｙ位置座標と押圧力（押圧量）とを検出することができる。

センサシート１１の検出方式は、いわゆるミューチュアル（Mutual）方式でもよいし、セルフ（Self）方式でもよい。ミューチュアル方式では、電極基板１１１，１１２間の交差領域における静電容量又はその変化を検出することで、操作子のｘｙ座標を特定する。他方、セルフ方式では、操作子と各電極基板１１１，１１２との間の静電容量又はその変化を検出することで、操作子のｘｙ座標を特定する。

＜第２の実施形態＞
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る情報処理装置（センサ装置）を示す平面図である。図１６は、図１５におけるＡ−Ａ線方向の拡大断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、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または簡略化する。

本実施形態の情報処理装置２００においては、第１の実施形態と同様に、センサパネル１０と筐体２０との間に、第１の領域と第２の領域とを有する感圧センサ３０が配置されている。上記第１の領域は、矩形状のセンサパネル１０の四隅及びその周辺を含む領域に形成され、上記第２の領域は、センサパネル１０の各辺の中央部に形成される。上記第２の領域に相当する筐体２０の底部周縁２０ａには隆起部２０ｂが形成されている。

隆起部２０ｂは、筐体２０の底部周縁２０ａに接着される感圧センサ３０の各辺の中央部を突き上げることで、第２の電極３２を第１の電極３１側へ局所的に接近させる機能を有する。これにより、第１及び第２の電極３１，３２の対向距離を部分的に異ならせることにより、第１の静電容量を有する第１の領域Ｃ１と、第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量を有する第２の領域Ｃ２とが形成される。本実施形態では、第１の領域Ｃ１では、電極３１，３２が第１の対向距離で相互に対向し、第２の領域Ｃ２では、電極３１，３２が第１の対向距離よりも短い第２の対向距離で相互に対向する。

本実施形態においても第１の実施形態と同様に、センサパネル１０の各辺の中央部の押し込み操作圧の検出感度を高めて、センサパネル１０の面内中央部における検出感度を向上させ、パネル全面に亘っての押圧検出特性を向上させることができる。

隆起部２０ｂは、筐体２０と一体的に形成される例に限られず、筐体２０とは別部材で構成されてもよい。隆起部２０ｂの高さ、長さ、幅は特に限定されず、センサパネル１０の形状、大きさ、所望とする感度分布に応じて適宜設定可能である。

＜第３の実施形態＞
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る感圧センサの平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、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または簡略化する。

本実施形態の感圧センサ３０１は、矩形環状の弾性部材３３０と、弾性部材３３０の上面に配置された第１の電極３１０と、弾性部材３３０の下面に配置された第２の電極３２０とを有する。第１及び第２の電極３１０，３２０は、全周にわたって均一な幅及び厚みで形成され、弾性部材３３０を挟んで相互に対向している。一方、弾性部材３３０は、全周にわたって均一な厚みで形成されているとともに、その一対の長辺の内周側中央部には切欠き３３１がそれぞれ形成されている。

このように弾性部材３３０の長辺の内周側中央部の幅Ｒｔは、他の領域の幅Ｒｗよりも狭く形成されることで、厚み方向への圧縮変形がし易くなっている。これにより、感圧センサ３０１による押圧力検出時において、弾性部材３３０の長辺中央部では他の部分と比較して電極３１０，３２０間の対向距離が短くなり、当該他の部分よりも大きな静電容量の変化を検出することが可能となる。本実施形態の感圧センサ３０１において、切欠き３３１の非形成領域は第１の静電容量を有する第１の領域Ｃ１に相当し、切欠き３３１の形成領域は、圧縮変形時に上記第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量を有する第２の領域Ｃ２に相当する。

本実施形態においても第１の実施形態と同様に、センサパネルの各辺の中央部の押し込み操作圧の検出感度を高めて、センサパネルの面内中央部における検出感度を向上させ、パネル全面に亘っての押圧検出特性を向上させることができる。

なお、切欠き３３１は、弾性部材３３０の長辺側にのみ形成される例に限られず、短辺側を含む全ての辺に形成されてもよい。また、切欠き３３１は、各辺の内周側に形成される例に限られず、各辺の外周側に形成されてもよいし、外周側及び内周側の双方に形成されてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、センサ装置を情報処理装置に適用した例を説明したが、これに限られず、センサ装置は、画面上でポインタを移動させるための入力装置（マウス）に適用されてもよい。この場合、感圧センサは、クリック操作を検出するセンサとして用いることができる。この場合、センサパネルは、必ずしも透明材料で形成される必要はない。

また、以上の実施形態では感圧センサの弾性部材は環状に形成されたが、上記弾性部材は、例えばセンサパネルの四隅に各々独立して配置された複数の部材で構成されてもよい。第１及び第２の電極３１，３２も同様に、環状に形成される例に限られず、例えば図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、対向する一組の対辺（例えば長辺）にのみ第１及び第２の電極３１，３２が配置されてもよい。

第１の領域Ｃ１を形成する第１の配線領域３１ｔ，３２ｔは、第１及び第２の電極３１，３２のうちいずれか一方のみに形成されていてもよい。これにより、両電極の位置合わせが容易となり、電極間の対向面積も安定に確保することができる。また、第２の領域Ｃ２を形成する第２の配線領域３１ｗ，３２ｗは、幅広部分が直線的に連続する形状のみに限られず、例えば幅広部分と幅狭部分とが交互に形成されるような形態であってもよい

さらに以上の実施形態では、第１及び第２の電極の対向面積や対向距離を異ならせることで第１及び第２の領域を形成したが、これに代えて、電極間の誘電率を領域毎に異ならせることで、上記第１及び第２の領域を形成するようにしてもよい。

感圧センサによる押圧操作の検出方式は、ミューチュアル（Mutual）方式でもよいし、セルフ（Self）方式でもよい。ミューチュアル方式では、図１９（Ａ）に示すように弾性部材３３を挟んで対向する第１の電極３１と第２の電極３２とによりコンデンサを形成し、両電極間の静電容量の変化を検出する。セルフ方式では、図１９（Ｂ）に示すように、第１及び第２の電極３１，３２のうち一方（例えば第１の電極３１）をグラウンド電位とし、当該一方の電極への他方の電極の接近による静電容量の変化を検出する。いずれの方式においても、外部からのノイズの影響を軽減するため、各電極３１，３２の外周側にグラウンド電極（シールド電極）３７を配置してもよい。

また、ミューチュアル方式では、図１９（Ｃ）に示すように、第２の電極を２つの電極３２ａ，３２ｂで形成し、第１の電極３１をこれら電極３２ａ，３２ｂの間に配置してもよい。この場合、第１の電極３１はグラウンド電位とされ、電極３２ａ，３２ｂへの第１の電極３１の接近が電極３２ａ，３２ｂ間の静電容量の変化として検出される。

１０…センサパネル
２０…筐体
３０…感圧センサ
３１…第１の電極
３２…第２の電極
３１ｔ，３２ｔ…第１の配線領域
３１ｗ，３２ｗ…第２の配線領域
３３…弾性部材
４０…表示パネル
５０…コントローラ
１００，１０１，２００…情報処理装置
Ｃ１…第１の領域
Ｃ２…第２の領域

Claims (7)

1. 入力操作面を有し、前記入力操作面に接触する検出対象の位置座標を検出するセンサパネルと、
   筐体と、
   前記センサパネル側に固定された第１の電極と、前記筐体側に固定された第２の電極と、前記センサ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センサパネルを弾性的に支持する弾性部材とを含み、前記第１及び第２の電極間に第１の静電容量で形成された第１の領域と前記第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有し、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。
2. 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、少なくとも一組の対辺を有する多角形状に形成され、
   前記感圧センサは、前記センサパネルの各辺に沿って環状に形成され、前記少なくとも一組の対辺を構成する各片の中央部に前記第２の領域を有し、前記第２の領域を挟む前記各片の両端側に前記第１の領域を有する
   センサ装置。
3. 請求項２に記載のセンサ装置であって、
   前記第１及び第２の電極は、前記第１の領域では第１の対向面積で相互に対向し、前記第２の領域では前記第１の対向面積よりも広い第２の対向面積で相互に対向する
   センサ装置。
4. 請求項２に記載のセンサ装置であって、
   前記第１及び第２の電極は、前記第１の領域では第１の対向距離で相互に対向し、前記第２の領域では前記第１の対向距離よりも短い第２の対向距離で相互に対向する
   センサ装置。
5. 請求項１に記載のセンサ装置であって、
   前記センサパネルは、前記入力操作位置を静電的に検出する静電容量式のセンサパネルである
   センサ装置。
6. 請求項１に記載のセンサ装置であって、
   前記センサパネル及び前記感圧センサに電気的に接続され、前記センサパネルの出力及び前記感圧センサの出力に基づいて、前記入力操作面に対する押圧操作に関連する制御信号を生成するコントローラをさらに具備する
   センサ装置。
7. 入力操作面を有し、前記入力操作面に接触する検出対象の位置座標を検出するセンサパネルと、
   筐体と、
   前記センサパネル側に固定された第１の電極と、前記筐体側に固定された第２の電極と、前記センサ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センサパネルを弾性的に支持する弾性部材とを含み、前記第１及び第２の電極間に第１の静電容量で形成された第１の領域と前記第１の静電容量よりも大きい第２の静電容量で形成された第２の領域とを有し、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、
   前記センサ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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