JP2014106070A - 感圧シートの押圧状態検出方法と感圧シート - Google Patents

Abstract

【課題】マトリックス型感圧センサの押圧状態の検出方法にあって、リーク電流による不具合を解消する。
【解決手段】電圧測定手段はリファレンス抵抗を経由して接地されるマトリックス型感圧センサを使用する検出方法である。一のセンス電極（Ｓ_ｉ）に電圧測定手段を接続し、複数のドライブ電極の全てにドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷して、センス電極（Ｓ_ｉ）の電圧測定値Ｖ_ｉ０を求める。次にセンス電極（Ｓ_ｉ）に電圧測定手段を接続して、一のドライブ電極にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、残余のドライブ電極を接地し、電圧測定値Ｖ_ｉｌを求める。次式から交差箇所での抵抗値Ｒ_ｉｌを算出する。式：Ｒ_ｉｌ＝（Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｉ０）×Ｒ_ＲＥＦ／Ｖ_ｉｌ：Ｒ_ＲＥＦはリファレンス抵抗の抵抗値
【選択図】図３

Description

本発明は、マトリックス方式の感圧シートの押圧状態検出方法、このような検出方法実行機能を備えたマトリックス方式感圧シート及びタッチパネルに関する。

従来、タッチパネルなどで、Ｘ方向と、Ｙ方向にマトリックス配置された各信号線の各交差箇所に設けられた接点の状態を検出することが行われている。マトリックス配置された信号線は、信号点Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ間をつなぐ形で交点Ｋ_ｉｊが接続される。この交点Ｋ_ｉｊの検出は、Ｘ信号線に順次ドライブ電圧を印加して、その都度各Ｙ信号線のドライブ電圧の有無を順次チェックしてｊ列を求める。次にＹ信号線に順次ドライブ電圧を印加して、同様にｉ行を求める。こうして交点Ｋ_ｉｊが定められる（例えば特許文献１参照）。

また、従来、触覚センサなどで２枚の面状の導電体シートの間に、感圧抵抗シートを挟んだ触覚センサが知られている（例えば特許文献２参照）。

これら２つの技術を組み合わせて、従来、Ｘ方向に複数の電極を配置したＸ電極板の上に、感圧材料シートを重ね、さらに感圧材料シートの上に、Ｙ方向に複数の電極を配置したＹ電極板を重ねたマトリックス型感圧センサが知られている。

図１２は従来のマトリックス型感圧センサの説明図である。検出方式は上述したマトリックススイッチ検出方式である。マトリックス型感圧センサ１０１は、Ｘ方向にｍ本の電極を配置したＸ電極板１１１とＹ方向にｎ本の電極を配置したＹ電極板１１６の間に、感圧材料を挟んでいる。マトリックス交差点における感圧材料の電気抵抗をＲで示している。

点ａが押圧されている場合の抵抗Ｒ_ｉｊは以下のようにして測定される。Ｘ電極１１２（ｉ行のＸ電極）にＡＤコンバータ１１３が接続されている。ＡＤコンバータ１１３はＸ電極１１２の電圧を測定する。Ｙ電極１１７（ｊ列のＹ電極）にドライブ電源１１８からドライブ電圧が負荷される。以上でａ点が存在する列ｊが定まる。次に同様の測定で行ｉが定まる。また、電圧測定値、ドライブ電圧等から抵抗値が算出される。このようにしてａ点の抵抗Ｒ_ｉｊが測定される。当該測定において意図している電流経路は実線矢印１２１で示す経路１である。

しかし、他の経路を伝って測定に意図しない電流（リーク電流）が流れる場合があり、かかる場合に求める抵抗値が不正確になる。例えば、a点が押圧され、この点を測定する場合、波線矢印１２６で示す経路２にも少量の電流が流れる。そうすると、ａ点の抵抗Ｒ_ｉｊを正確に測定できなくなる。

また、マトリックスの交差点の複数点が同時に押圧され、これら複数点の抵抗値を測定する場合には、特に下記のような不都合が生じる。上記の例示点を使用して説明する。例えば、ｂ点、ｃ点、ｄ点の３点が同時に押圧された状態でａ点の抵抗値を測定する場合、押圧によりｂ点、ｃ点、ｄ点の抵抗値が下がっているため波線矢印１２６で示す経路２には、比較的大きな電流が流れる。すると、経路２に流れた電流が、経路１に流れた電流として誤って検出される。その結果、a点が押圧されていない場合でも、あたかもa点が押圧されているように検出される。すなわち、押圧されていない点が押圧されたものとして検出される「ゴースト交差点」の問題が発生する。

特開平７−６４６９２号公報 特開２００６−６４４１２号公報

本発明が解決しようとする課題は、マトリックス型感圧センサのマトリックス交差箇所における押圧状態の検出方法にあって、リーク電流による不具合を解消することにある。また本発明が解決しようとする課題は、リーク電流による不具合を生じることない押圧状態検出実行機能を備えたマトリックス型感圧センサの提供にある。

本発明のその他の課題は、本発明の説明により明らかになる。

上記の課題を解決するため、本発明の一の態様にかかる押圧状態の検出方法は、
一の方向に複数のセンス電極を配置し、前記一の方向と交差する方向に複数のドライブ電極を配置し、感圧材料を間に挟んで前記センス電極と前記ドライブ電極を対面させたマトリックス型感圧センサであって、
電圧測定手段を有し、前記電圧測定手段はその入力側でセンス電極に接続、切断し、
前記電圧測定手段とセンス電極の接続時に前記電圧測定手段の入力側はリファレンス抵抗を経由して基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）に接続される前記マトリックス型感圧センサを使用する、マトリックス交差箇所の押圧状態検出方法において、以下のイロハの工程からなる。
イ 任意の一のセンス電極（Ｓ_ｉ）に前記電圧測定手段を接続し、複数のドライブ電極の全てにドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷して、前記センス電極（Ｓ_ｉ）の電圧測定値Ｖ_ｉ０を求める工程、
ロ 前記センス電極（Ｓ_ｉ）に前記電圧測定手段を接続して、任意の一のドライブ電極（Ｄ_ｌ）にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、残余のドライブ電極に基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）を負荷し、電圧測定値Ｖ_ｉｌを求め、
式（１）から交差箇所Ｋ_ｉｌでの抵抗値Ｒ_ｉｌを算出する工程
Ｒ_ｉｌ＝（Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｉ０）×Ｒ_ＲＥＦ／Ｖ_ｉｌ −− 式（１）
（式（１）においてＲ_ＲＥＦは前記リファレンス抵抗の抵抗値）
ハ 前記抵抗値Ｒ_ｉｌから交差箇所Ｋ_ｉｌの押圧状態を検出する工程

本発明の好ましい実施態様にあって、前記した押圧状態の検出方法は、
使用するマトリックス型感圧センサは、前記センス電極の数がｍ個、前記ドライブ電極の数がｎ個（ｍとｎはそれぞれ２以上の正の整数）であり、
センス電極についてイの工程とロの工程を順次行うことにより、スキャンを繰り返す押圧状態の検出方法において、
イの工程における電圧測定値Ｖ_ｉ０が式（２）を満足する場合に、ロの工程を行うことなく、次のセンス電極（Ｓ_{（ｉ＋１）}）についてのイの工程を行う押圧状態検出方法であってもよい。
｜Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｇｒｄ｜-｜Ｖ_ｉ０−Ｖ_ｇｒｄ｜≦V_ｔｈ −− 式（２）
（式（２）において、｜・｜は絶対値記号であり、V_ｔｈは閾値電圧値である）

本発明の他の好ましい実施態様にあって、前記した押圧状態の検出方法は、
マトリックス型感圧センサがタッチパネルである押圧状態の検出方法であってもよい。

本発明の他の態様にかかる感圧センサは、
一の方向に複数のセンス電極を配置し、前記一の方向と交差する方向に複数のドライブ電極を配置し、感圧材料を間に挟んで前記センス電極と前記ドライブ電極を対面させたマトリックス型感圧センサにおいて、
第一スイッチを介在して前記センス電極と接続、切断する電圧測定手段を有し、前記電圧測定手段は入力端子側で第一スイッチに接続し、第一スイッチは複数のセンス電極の１つを電圧測定手段に接続し、残余のセンス電極を非接続状態に保持し、前記電圧測定手段とセンス電極の接続時に前記電圧測定手段の入力側はリファレンス抵抗を経由して基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）に接続され、
第二スイッチを介在して前記ドライブ電極にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷するドライブ電源を有し、第二スイッチは複数の前記ドライブ電極の各々にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）又は基準電圧（Ｖ_ｇｒｄ）を負荷するものであり、
コントローラを有し、前記コントローラは第一スイッチと第二スイッチの接続切断動作、電圧測定手段の測定データの読取り、前記データの記憶、演算を実行し制御するものであり、
前記コントローラは第一スイッチを動作して任意の一のセンス電極（Ｓ_ｉ）に前記電圧測定手段を接続し、また、第二スイッチを動作して複数のドライブ電極の全てにドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、前記センス電極（Ｓ_ｉ）の電圧測定値Ｖ_ｉ０を読取り、この値を記憶し、
前記コントローラは第二スイッチを動作して、任意の一のドライブ電極（Ｄ_ｌ）にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、残余のドライブ電極に基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）を負荷し、また、第一スイッチを介在して前記センス電極（Ｓ_ｉ）に接続された前記電圧測定手段から電圧測定値Ｖ_ｉｌを求め、
前記コントローラが、式（１）から交差箇所Ｋ_ｉｌでの抵抗値Ｒ_ｉｌを算出し、
前記コントローラが、前記抵抗値Ｒ_ｉｌから交差箇所Ｋ_ｉｌの押圧状態を検出するものである。
Ｒ_ｉｌ＝（Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｉ０）×Ｒ_ＲＥＦ／Ｖ_ｉｌ −− 式（１）
（Ｒ_ＲＥＦは前記リファレンス抵抗の抵抗値）

本発明の好ましい実施態様にあって、
マトリックス型感圧センサは、
前記マトリックス型感圧センサは、前記センス電極の数がｍ個、前記ドライブ電極の数がｎ個（ｍ、ｎはそれぞれ２以上の正の整数）であり、
前記コントローラは前記センス電極について１からｍまで前記Ｖ_ｉ０を測定し、前記ドライブ電極について１からｎまでドライブ電圧を負荷してＶ_ｉｌを測定するスキャンを繰り返すものであって、
電圧測定値Ｖｉ０が式（２）を満足する場合に、ドライブ電極にドライブ電圧を負荷するスキャンを行うことなく、次のセンス電極（Ｓ_{（ｉ＋１）}）についての電圧測定値（Ｖ_ｉ０）の測定を行うマトリックス型感圧センサであってもよい。
｜Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｇｒｄ｜-｜Ｖ_ｉ０−Ｖ_ｇｒｄ｜≦V_ｔｈ −− 式（２）
（式（２）において、｜・｜は絶対値記号であり、V_ｔｈは閾値電圧値である）

本発明の他の好ましい実施態様にあって、前記マトリックス型感圧センサが、タッチパネルであってもよい。

以上説明した本発明、本発明の好ましい実施態様、これらに含まれる構成要素は可能な限り組み合わせて実施することができる。

本発明にかかる押圧状態検出方法は、その他の発明特定事項と共に、一のセンス電極における抵抗値並列和を測定し、また、単一のドライブ電極にドライブ電圧を負荷してＲ_ｉｌ降下電圧を測定するものである。上記並列和を測定する時点で全てのドライブ電極にドライブ電圧を負荷しているので、測定を意図する経路を除いて、ドライブ電極からリークする電流が経路外センス電極を通過して経路外ドライブ電極に流れることができない。このため、意図しないリーク電流は、抵抗の測定に関与できない。

また上記Ｒ_ｉｌ降下電圧を測定する時点では、単一のドライブ電極を除くドライブ電極は基準電位を与えている。そして、ＡＤコンバータが接続されたセンス電極の電位は、基準電位よりも高い状態にある。測定を意図する経路を除いてドライブ電極からリークする電流が経路外センス電極、経路外ドライブ電極（基準電位）を通過して、測定センス電極（センス電位）に流れない。このため、意図しないリーク電流は、抵抗の測定に関与できない。

従って、本発明にかかる押圧状態検出方法は、単一点の抵抗測定においてリーク電流が関与することない、より正確な測定値に基づく加重が検出される効果がある。

また多数点の抵抗測定においては上述した測定値の正確性に加えて、測定値にゴースト交差点を含まないという効果を有する。

本発明にかかるマトリックス型感圧センサは、同様に測定からリーク電流を除外するので、より正確な加重が検出される効果があり、またゴースト交差点を検出することがないという利点を有する。

図１は感圧センサ１の模式図である。 図２は感圧センサのマトリックス説明図である。 図３は抵抗値並列和の測定の説明図である。 図４は抵抗値並列和の測定における等価回路図である。 図５はＲ_ｉｌ降下電圧の測定の説明図である。 図６はＲ_ｉｌ降下電圧の測定における等価回路図である。 図７はマトリックス交差点での荷重と抵抗値の特性グラフである。 図８は感圧センサの動作フローチャートである。 図９は感圧センサ２の模式図である。 図１０は感圧センサ３の模式図である。 図１１はリファレンス抵抗を第一スイッチの上流側に配置した感圧センサの説明図である。 図１２は従来のマトリックス型感圧センサの説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例にかかるマトリックス交差箇所の押圧状態検出方法とマトリックス型感圧センサをさらに説明する。本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするため、一部の構成要素を誇張して表すなど模式的に表しているものがある。このため、構成要素間の寸法や比率などは実物と異なっている場合がある。また、本発明の実施例に記載した部材や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載のない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

図１はマトリックス型感圧センサ１の模式図であり、図２は感圧センサ１のマトリックスの説明図であり、図３は感圧センサ１を使用する抵抗値並列和の測定の説明図である。

図１の左側に示す断面模式図を参照して、感圧センサ１はＸ電極板１０とＹ電極板２０の間に感圧材料３０を挟んでいる。Ｘ電極板１０は基板１１の上面に、複数のセンス電極１２を形成している。センス電極１２は帯状であり、その長手方向が平面視してＸ軸と平行である。Ｙ電極板２０はフィルム２１の下面に複数のドライブ電極２２を形成している。ドライブ電極２２は帯状であり、その長手方向が平面視してＹ軸と平行である。

平面視してＸ軸に平行なセンス電極は一の方向に配置するセンス電極の一例である。平面視してＹ軸に平行なドライブ電極は、一の方向と交差する方向に配置するドライブ電極の一例である。センス電極とドライブ電極の交差角度は何度であってもよい。また、交差は平面視しての交差である。

フィルム２１は可撓性であり、指、スタイラスペン、臀部、背部などで押圧すると撓む。感圧材料３０はセンス電極１２、ドライブ電極２２と接している。

感圧材料３０は板状であり、厚み方向（Ｚ軸、図１左側断面図における紙面下方向）の押圧力が大きくなるにつれて電気抵抗が小さくなる物質である。また感圧材料３０は平面方向（平面視してＸ軸方向とＹ軸方向）に電気絶縁の性質を有することが好ましい。

感圧材料３０は感圧センサ１における物のように、複数のセンス電極と複数のドライブ電極の間にある一枚のシート形状に限られない。

図９は他の実施例である感圧センサ２の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡＡ線で示す切断面での断面図である。感圧センサ２は短冊状の感圧材料３１を有している。短冊状（帯状と表現することもできる）の感圧材料３１は、帯状のセンス電極１２の輪郭線よりも一回り大きい輪郭線を有している。感圧材料３１の数は、センス電極１２の数と等しい。

感圧センサ２と同様な構成で、ドライブ電極２２を覆う短冊形状の感圧材料を設けてもよい。

また、感圧センサ２はドライブ電極２２と感圧材料３１の間に絶縁層３６を設けている。絶縁層３６は、例えば、空気層である。

図９に図示した感圧センサ２のその他の構成部品などは、感圧センサ１の構成部品などと同一であり、同一の符号を付している。説明は省略する。

図１０はその他の実施例である感圧センサ３の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢＢ線で示す切断面での断面図である。感圧センサ３は小片の感圧材料３２を有している。正方形形状の小片である感圧材料３２は、ドライブ電極２２とセンス電極１２の交差点（エレメント）の輪郭線よりも一回り大きい輪郭線を有している。感圧材料３２の数は、エレメントの数と等しい。

感圧センサ３と同様な構成で、ドライブ電極２２を覆う小片の感圧材料を設けてもよい。また、感圧材料の形状は、円形や多角形の小片であってもよい。

また、感圧センサ２はドライブ電極２２と感圧材料３１の間に絶縁層３６を設けている。絶縁層３６は、例えば、空気層である。

図１０に図示した感圧センサ３のその他の構成部品などは、感圧センサ１の構成部品などと同一であり、同一の符号を付している。説明は省略する。

図２を参照して、感圧センサ１はセンス電極（Ｓ_１、Ｓ_２、−−Ｓ_ｍ）をｍ本有し、ドライブ電極（Ｄ_１、Ｄ_２、−−Ｄ_ｎ）をｎ本有している。ｍは２以上の正の整数である。ｎは２以上の正の整数である。センス電極とドライブ電極で構成されるマトリックスの交差点は感圧材料３０による可変電気抵抗エレメントと等価であり、図２中では各交差点に抵抗Ｒを図示している。以下の説明において個別の抵抗Ｒおよび交差点Ｋの位置は行列表示であるｉｊの添示で示す。すなわち抵抗Ｒ_１１〜Ｒ_ｍｎであり、交差点Ｋ_１１〜Ｋ_ｍｎである。

また、センス電極とドライブ電極は、実際には短冊形状であるが、図２、３、５、１１では、これを線で図示している。

感圧材料３０は感圧インキまたは感圧導電性ゴムから構成される。感圧層が、感圧インキから構成される場合、英国のＰｅｒａｔｅｃｈ社から商品名「ＱＴＣ」で入手可能な量子トンネル現象複合材料を用いることができる。感圧導電性ゴムから構成される場合、感圧導電性ゴムは、樹脂ビーズにニッケル及び金をメッキした導電性粒子、またはカーボン粒子を、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性ゴムに均一に分散させたものから構成される。

Ｘ電極板１０とＹ電極板２０は従来と同様の材料を用いて従来と同様の方法で作ればよい。例えば、基板１１はＰＥＴ板、フィルム２１はＰＥＴフィルム、センス電極１２とドライブ電極２２はＩＴＯ膜で作ればよい。またセンス電極１２とドライブ電極２２は感圧センサの用途に応じて不透明材料（例えば銀ペースト、銅箔など）で作ってもよい。

センス電極がフィルム上に形成され、ドライブ電極が基板上に形成されてもよい。センス電極とドライブ電極は任意の角度で交差してもよいが、実用上は、本実施例のように直交することが好ましい。

図３を参照して、感圧センサ１はＡＤコンバータ４１を有している。ＡＤコンバータ４１は電圧測定手段である。他の電圧測定手段は、コンパレータを挙げることができる。ＡＤコンバータ４１はセンス電極の電圧値を測定するものである。

一のセンス電極と電圧測定手段が接続され、当該一のセンス電極の電圧が測定される場合に、電圧測定手段の入力側はリファレンス抵抗を経由して基準電圧（Ｖ_ｇｒｄ）に接続される。以下、電圧測定手段は、その一例であるＡＤコンバータを例にとって説明する。センス電極とリファレンス抵抗は第一スイッチ１６を介在して接続、切断されるから、上記したリファレンス抵抗は、第一スイッチ１６の下流側に配置してもよく、また、第一スイッチ１６の上流側に配置してもよい。図３に示した感圧センサ１はリファレンス抵抗４２を第一スイッチ１６の下流側に配置した例である。

ＡＤコンバータ４１の入力側４１１はリファレンス抵抗４２の一方端子４２１と繋がっている。リファレンス抵抗４２の他方端子４２２は接地されている。すなわち、基準電位Ｖｇｒｄに保持されている。ＡＤコンバータ４１の入力側４１１は第一スイッチ１６を介して単一のセンス電極に接続される。

図１１に示した感圧センサ１はリファレンス抵抗５２を第一スイッチ１６の上流側に配置した例である。センス電極Ｓ_１の電圧測定側端にリファレンス抵抗５２ａが接続され、リファレンス抵抗５２ａの他端は接地（すなわち基準電圧（Ｖ_ｇｒｄ）に保持）されている。同様に、センス電極Ｓ_２、Ｓ_ｉ、Ｓ_ｍはそれぞれリファレンス抵抗５２ｂ、５２ｉ、５２ｇが接続されている。

図１１に図示した状態はセンス電極Ｓ_ｉが第一スイッチ１６を介在してＡＤコンバータ４１に接続されている状態である。このとき、ＡＤコンバータ４１の入力側４１１にリファレンス抵抗５２ｉが接続され、リファレンス抵抗５２ｉの他方端子は接地（すなわち基準電圧（Ｖ_ｇｒｄ）に保持）されている。

感圧センサ１は直流電源４３を有している。直流電源４３はドライブ電極にドライブ電圧Ｖ_ｄｄを負荷する。直流電源４３は第二スイッチ２６を介在してドライブ電極に繋がる。第二スイッチ２６はドライブ電極に直流電源４３と接続するか又は接地するか、すなわちドライブ電極にドライブ電圧Ｖ_ｄｄを負荷するか、基準電圧に保持するかを行う。当該ドライブ電極の電圧負荷と接地は、個々のドライブ電極毎に行われる。

コントローラ４４は第一スイッチ１６と第二スイッチ２６の接続、切断動作を制御する。またコントローラ４４はＡＤコンバータ４１測定値の読取り、当該測定値の記憶、演算、さらにマトリックス交差点における抵抗値Ｒ_ｉｊから荷重（押圧力）Ｆ_ｉｊへの変換を行う。

続いてマトリックス交差点での抵抗値測定、算出を説明する。

図３は抵抗値並列和の測定の説明図である。第一スイッチ１６を動作して、ＡＤコンバータ４１をセンス電極Ｓ_ｉに接続する。第二スイッチ２６を動作して直流電源４３に全てのドライブ電極Ｄ_１、Ｄ_２、−−Ｄ_ｎを接続する。これにより全てのドライブ電極にドライブ電圧Ｖ_ｄｄを負荷する。この状態でＡＤコンバータ４１の測定値を読み取る。当該測定値はＶ_ｉＯと称する。

図４は抵抗値並列和の測定における等価回路図である。図示したようにセンス電極Ｓ_ｉが交差するマトリックス上のｎ個の交差点における抵抗値並列和に起因する電圧降下が測定される。

式（２１）はＶ_ｉＯを表す計算式である。抵抗値の逆数であるコンダクタンス（Ｃ）を代入して運算すると式（２２）が得られる。

式（２１）

式（２２）

以上説明した抵抗値並列和の測定時に、ドライブ電極の全てにドライブ電圧が負荷されている。一のドライブ電極からリーク電流が発生してセンス電極を経由して他のドライブ電極に流れようとしても、関与する２つのドライブ電極間に電圧差が無く、電流が流れない。このため、抵抗値並列和の測定時にリーク電流が関与しない。

図５はＲ_ｉｌ降下電圧の測定の説明図である。第一スイッチ１６を動作してＡＤコンバータ４１をセンス電極Ｓ_ｉに接続する。第二スイッチ２６を動作してドライブ電極Ｄ_ｌに直流電極４３を接続し、残余のドライブ電極Ｄ_１、Ｄ_２、−−Ｄ_ｎを接地する。これによりドライブ電極Ｄ_ｌにドライブ電圧Ｖ_ｄｄが負荷され、残余のドライブ電極は基準電圧Ｖ_ｇｒｄに保持される。この状態でＡＤコンバータ４１の測定値を読み取る。当該測定値はＶ_ｉｌと称する。

図６はＲ_ｉｌ降下電圧の測定における等価回路図である。図中上段部にＲ_ｉｌが示され、その降下電圧がＡＤコンバータ４１に入力されると共に、図中下段部に複数の抵抗が並列に接続されている。並列部分にＲ_ｉｌは含まれない。また並列部分にＲ_ＲＥＦ（リファレンス抵抗４２）が含まれる。

式（２３）はＶ_ｉｌを表す計算式である。上記抵抗値並列和の測定を表す計算式の場合と同様に抵抗値の逆数であるコンダクタンス（Ｃ）を代入して運算を行った。

式（２３）

式（２３）の下段部分に式（２２）を代入すると式（２４）と式（１）が得られる。

式（２４）と式（１）

式（１）はマトリックス交差点Ｋ_ｉｌにおける抵抗値Ｒ_ｉｌを算出する式である。コントローラ４４は、測定値Ｖ_ｉ０、Ｖ_ｉｌと予め測定されているＶ_ｄｄ及び与えられるリファレンス抵抗４２の抵抗値Ｒ_ＲＥＦから交差点の抵抗値Ｒ_ｉｌを算出する。

Ｒ_ｉｌ降下電圧の測定時に、ドライブ電極Ｄ_ｌにドライブ電圧Ｖ_ｄｄが負荷され残余のドライブ電極は基準電位に保持されている。そしてＡＤコンバータが接続されたセンス電極Ｓ_ｉは基準電位よりも高い電位状態にある。ドライブ電極Ｄ_ｌからリークする電流が経路外センス電極、経路外ドライブ電極を経由しても、測定センス電極Ｓ_ｉに流れることはない。このため測定にリーク電流の関与は無い。

図７はマトリックス交差点Ｋ_ｉｊにおける抵抗Ｒ_ｉｊと荷重Ｆ_ｉｊの関係の一例を示すグラフである。Ｒ_ｉｊとＦ_ｉｊの関係式の一例は式（３）で示される。
Ｆ_ｉｊ＝Ｈ×（１／Ｒ_ｉｊ） 式（３）
（式（３）においてＨは比例定数である）
マトリックス交差点Ｋ_ｉｊにおける測定抵抗値Ｒ_ｉｊを得たコントローラ４４は式（３）から荷重Ｆ_ｉｊを算出する。荷重Ｆ_ｉｊはすなわち押圧状態の指標である。

図８は感圧センサの動作フローチャートである。感圧センサ１は通常、マトリックス交差点Ｋｉｊの抵抗値測定を行うスキャンを繰り返している。

ステップＳ２からステップＳ５は抵抗値並列和を行う行程である。ステップＳ７からステップＳ１２はＲ_ｉｌ降下電圧を測定し、抵抗値を算出して荷重検出を行う行程であり、くりかえしループ２を構成している。ループ２は抵抗値並列和を測定するループ１の中に入れ子になっている。

ステップＳ６はセンス電極Ｓ_ｉにおける抵抗値並列和の測定値Ｖ_ｉ０が一定の範囲になった場合の作業分岐点である。すなわちＶ_ｉ０が式（２）を満足する場合にはセンス電極Ｓ_ｉは全てのドライブ電極と抵抗無限大の状態にあると判断できる（ステップＳ２１）。
｜Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｇｒｄ｜-｜Ｖ_ｉ０−Ｖ_ｇｒｄ｜≦V_ｔｈ −− 式（２）
（式（２）において、｜・｜は絶対値記号であり、V_ｔｈは閾値電圧値である）
Ｖ_ｔｈ（閾値電圧）は、無荷重時、Ｘ電極とＹ電極の各交点の抵抗値と、検出したい荷重とを考慮して適宜設定される。また、Ｖ_ｔｈ（閾値電圧）は測定、検出前に予め設定される。

そしてステップＳ２２に進み加重Ｆ_ｉ１〜Ｆ_ｉｎを全て０（ゼロ）とする。その後ステップＳ１３を経てステップＳ２に戻る。

このようにセンス電極Ｓｉにおける抵抗値並列和の測定値Ｖ_ｉ０が式（２）を満足する場合には、入れ子になっているくりかえしループ２を行うことなく、センス電極Ｓ_{（ｉ＋１）}の抵抗値並列和測定が行われる。これによりスキャンの速度が向上し、感圧センサの応答速度が向上する。

本発明にかかる感圧センサをタッチパネルとして使用し、指で入力する場合を想定すると、最適なエレメント中心間の距離は、通常、０．２ｍｍから２０．０ｍｍであり、より好ましくは０．２ｍｍから２．０ｍｍである。ここでエレメント中心は、ドライブ電極の短辺方向の中間線とセンス電極の短辺方向の中間線の交点と等しい。

以上本発明にかかる一実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成例はこの一実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても本発明に含まれる。

本発明にかかる感圧センサの押圧状態検出方法と感圧センサはタッチパネル入力装置として好適に用いられる。その他自動車の座席、ベッド、印刷機その他の加圧ローラ、ロボットの触覚センサなど広範な分野で利用可能である。

１ 感圧センサ
２ 感圧センサ
３ 感圧センサ
１０ Ｘ電極板
１１ 基板
１２ センス電極
１６ 第一スイッチ
２０ Ｙ電極板
２１ フィルム
２２ ドライブ電極
２６ 第二スイッチ
３０ 感圧材料（単一平面形状）
３１ 感圧材料（帯状）
３２ 感圧材料（小片形状）
３６ 絶縁層
４１ 電圧測定手段であるＡＤコンバータ
４２ リファレンス抵抗
４３ 直流電源
４４ コントローラ
５２ リファレンス抵抗
１０１ 従来の感圧センサ
１１１ Ｘ電極板
１１３ ＡＤコンバータ
１１６ Ｙ電極板
１１８ 電源
１２１ 経路１
１２６ 経路２

Claims (6)

1. 一の方向に複数のセンス電極を配置し、前記一の方向と交差する方向に複数のドライブ電極を配置し、感圧材料を間に挟んで前記センス電極と前記ドライブ電極を対面させたマトリックス型感圧センサであって、
   電圧測定手段を有し、前記電圧測定手段はその入力側でセンス電極に接続、切断し、
   前記電圧測定手段とセンス電極の接続時に前記電圧測定手段の入力側はリファレンス抵抗を経由して基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）に接続される前記マトリックス型感圧センサを使用する、マトリックス交差箇所の押圧状態検出方法において、以下のイロハの工程からなる押圧状態の検出方法。
   イ 任意の一のセンス電極（Ｓ_ｉ）に前記電圧測定手段を接続し、複数のドライブ電極の全てにドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷して、前記センス電極（Ｓ_ｉ）の電圧測定値Ｖ_ｉ０を求める工程、
   ロ 前記センス電極（Ｓ_ｉ）に前記電圧測定手段を接続して、任意の一のドライブ電極（Ｄ_ｌ）にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、残余のドライブ電極に基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）を負荷し、電圧測定値Ｖ_ｉｌを求め、
   式（１）から交差箇所Ｋ_ｉｌでの抵抗値Ｒ_ｉｌを算出する工程
   Ｒ_ｉｌ＝（Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｉ０）×Ｒ_ＲＥＦ／Ｖ_ｉｌ −− 式（１）
   （式（１）においてＲ_ＲＥＦは前記リファレンス抵抗の抵抗値）
   ハ 前記抵抗値Ｒ_ｉｌから交差箇所Ｋ_ｉｌの押圧状態を検出する工程
2. 請求項１に記載した押圧状態検出方法において、
   使用するマトリックス型感圧センサは、前記センス電極の数がｍ個、前記ドライブ電極の数がｎ個（ｍとｎはそれぞれ２以上の正の整数）であり、
   センス電極についてイの工程とロの工程を順次行うことにより、スキャンを繰り返す押圧状態の検出方法において、
   イの工程における電圧測定値Ｖ_ｉ０が式（２）を満足する場合に、ロの工程を行うことなく、次のセンス電極（Ｓ_{（ｉ＋１）}）についてのイの工程を行う押圧状態検出方法。
   ｜Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｇｒｄ｜-｜Ｖ_ｉ０−Ｖ_ｇｒｄ｜≦V_ｔｈ −− 式（２）
   （式（２）において、｜・｜は絶対値記号であり、V_ｔｈは閾値電圧値である）
3. 前記マトリックス型感圧センサはタッチパネルである請求項１又は２に記載した押圧状態検出方法。
4. 一の方向に複数のセンス電極を配置し、前記一の方向と交差する方向に複数のドライブ電極を配置し、感圧材料を間に挟んで前記センス電極と前記ドライブ電極を対面させたマトリックス型感圧センサにおいて、
   第一スイッチを介在して前記センス電極と接続、切断する電圧測定手段を有し、前記電圧測定手段は入力端子側で第一スイッチに接続し、第一スイッチは複数のセンス電極の１つを電圧測定手段に接続し、残余のセンス電極を非接続状態に保持し、前記電圧測定手段とセンス電極の接続時に前記電圧測定手段の入力側はリファレンス抵抗を経由して基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）に接続され、
   第二スイッチを介在して前記ドライブ電極にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷するドライブ電源を有し、第二スイッチは複数の前記ドライブ電極の各々にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）又は基準電圧（Ｖ_ｇｒｄ）を負荷するものであり、
   コントローラを有し、前記コントローラは第一スイッチと第二スイッチの接続切断動作、電圧測定手段の測定データの読取り、前記データの記憶、演算を実行し制御するものであり、
   前記コントローラは第一スイッチを動作して任意の一のセンス電極（Ｓ_ｉ）に前記電圧測定手段を接続し、また、第二スイッチを動作して複数のドライブ電極の全てにドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、前記センス電極（Ｓ_ｉ）の電圧測定値Ｖ_ｉ０を読取り、この値を記憶し、
   前記コントローラは第二スイッチを動作して、任意の一のドライブ電極（Ｄ_ｌ）にドライブ電圧（Ｖ_ｄｄ）を負荷し、残余のドライブ電極に基準電位（Ｖ_ｇｒｄ）を負荷し、また、第一スイッチを介在して前記センス電極（Ｓ_ｉ）に接続された前記電圧測定手段から電圧測定値Ｖｉｌを求め、
   前記コントローラが、式（１）から交差箇所Ｋ_ｉｌでの抵抗値Ｒ_ｉｌを算出し、
   前記コントローラが、前記抵抗値Ｒ_ｉｌから交差箇所Ｋ_ｉｌの押圧状態を検出するマトリックス型感圧センサ。
   Ｒ_ｉｌ＝（Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｉ０）×Ｒ_ＲＥＦ／Ｖ_ｉｌ −− 式（１）
   （Ｒ_ＲＥＦは前記リファレンス抵抗の抵抗値）
5. 請求項４に記載したマトリックス型感圧センサにおいて、
   前記マトリックス型感圧センサは、前記センス電極の数がｍ個、前記ドライブ電極の数がｎ個（ｍ、ｎはそれぞれ２以上の正の整数）であり、
   前記コントローラは前記センス電極について１からｍまで前記Ｖ_ｉ０を測定し、前記ドライブ電極について１からｎまでドライブ電圧を負荷してＶ_ｉｌを測定するスキャンを繰り返すものであって、
   電圧測定値Ｖ_ｉ０が式（２）を満足する場合に、ドライブ電極にドライブ電圧を負荷するスキャンを行うことなく、次のセンス電極（Ｓ_{（ｉ＋１）}）についての電圧測定値（Ｖ_ｉ０）の測定を行うマトリックス型感圧センサ。
   ｜Ｖ_ｄｄ−Ｖ_ｇｒｄ｜-｜Ｖ_ｉ０−Ｖ_ｇｒｄ｜≦V_ｔｈ −− 式（２）
   （式（２）において、｜・｜は絶対値記号であり、V_ｔｈは閾値電圧値である）
6. 前記マトリックス型感圧センサが、タッチパネルである請求項４又は５に記載したマトリックス型感圧センサ。

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