JP2018163487A - 感圧センサ装置、タッチセンサ装置及び情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の感圧センサ装置は小型化が困難であり、また、感圧センサ装置をタッチセンサ装置と併用する際に製造コストが上昇していた。【解決手段】感圧センサ装置は、第１感圧センサ電極と、第１感圧センサ電極に対して所定の距離だけ離して配置され、第１感圧センサ電極と相互に第３静電容量を有する第２感圧センサ電極と、第１感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極との間で第２静電容量を有する第３感圧センサ電極とを備える。そして、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極が、第３感圧センサ電極に接近することにより、第３静電容量が変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、感圧センサ装置、タッチセンサ装置及び情報処理装置に関する。

近年、携帯電話に代表される携帯型の情報処理装置の多機能化が進められており、筐体に設けられた表示部をユーザインターフェースとして機能させる構成が提案されていた。

例えば特許文献１には、入力操作位置を検出するタッチパネルと、押圧操作力を検出する感圧センサと、検出回路とを有するセンサ装置について開示されている。

特開２０１１−１３４０００号公報

特許文献１に開示された静電容量方式の押圧検出センサは、対向した電極間の距離が変化する構成であり、対向する電極間の静電容量が変化することによって入力操作面の押圧を検出することが可能であった。ここで、タッチ座標を検出する為の静電容量方式のタッチセンサ装置では、互いに交差する方向（例えば、直交するＸ，Ｙ方向）にＸ座標タッチ電極、Ｙ座標タッチ電極が配置されている。

指やスタイラスペン等の指示媒体が入力操作面に接触すると、指示媒体が接触したタッチ位置に対するＸ座標タッチ電極、Ｙ座標タッチ電極から指に電荷が移動し、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間を移動する電荷が減少する。押圧検出センサは、電荷の減少を検出したＸ座標タッチ電極、Ｙ座標タッチ電極によって定まるタッチ位置にてタッチが行われたと判定することができる。ここで、タッチの感度を高めるために、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量が小さくなる様に設計されている。

また、従来の感圧センサは、弾性体を介して対向する２つの感圧センサ電極で構成されていた。ここで、感圧センサ電極間の静電容量は、次式（１）に基づいて求められる。

Ｃ＝ε_０ε_ｒＳ／ｄ …（１）
Ｃ：静電容量、ε_０：真空の誘電率、ε_ｒ：感圧センサ電極間の比誘電率、Ｓ：感圧センサ電極の対向面積、ｄ：感圧センサ電極間の距離

式（１）より、感圧センサ電極の対向面積が大きくなるほど、又は感圧センサ電極間の距離が短くなるほど、感圧センサ電極間の静電容量が増加することが示される。従来の感圧センサ装置では、入力操作面が押圧され、２つの感圧センサ電極間の距離が短くなることで増加する静電容量に基づいて押圧されたことが検出されていた。式（１）に示す関係は、感圧センサ電極に限らず、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量においても成立する。

従来は、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量に対して、感圧センサ電極間の静電容量が大きかった。このため、検出回路の特性は、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量と、感圧センサ電極間の静電容量にそれぞれ合わせることが必要であった。つまり、感圧センサ電極間の静電容量と、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量をそれぞれ検出する検出回路（ハードウェア）又はファームウェアの設計を変えなければならなかった。このため、感圧センサ装置とタッチセンサ装置に対してそれぞれ専用の検出回路又はファームウェアを製造しなければならず、感圧センサ装置とタッチセンサ装置を備えたタッチパネル装置の製造コストが増加していた。

タッチパネル装置の製造コストを抑えるためには、感圧センサ電極間の静電容量を、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量と同程度にすればよい。式（１）より感圧センサ電極の面積を小さくすれば感圧センサ電極間の静電容量が小さくなることが示される。しかし、ほぼ同一の平面上に並べて配置されるＸ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量に対して、感圧センサ電極間の静電容量が大きい。感圧センサ電極間の静電容量を小さくするには、２つの感圧センサ電極間の距離を長くする必要がある。しかし、２つの感圧センサ電極を離して、感圧センサ電極間の距離を長くすると感圧センサ装置の厚みが増し、感圧センサ装置、さらにはタッチパネル装置を小型化することができなくなる。

また、従来の方法では、指示媒体が入力操作面にタッチする際、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極から指示媒体に電荷が移動する。ここで、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量が次式（２）に基づいて求められる。

Ｃ＝Ｑ／Ｖ …（２）
Ｃ：静電容量、Ｑ：電荷量、Ｖ：Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の電位差

式（２）に示すように、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極に蓄積される電荷の電荷量が減少すると、Ｘ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極間の静電容量は小さくなる。一方、式（１）に示したように押圧されたことにより２つの感圧センサ電極が近づいて距離が短くなると感圧センサ電極間の静電容量が反比例して大きくなり、感圧センサ電極の電荷量は多くなる。このようにＸ座標タッチ電極とＹ座標タッチ電極と、感圧センサ電極では電荷量の増減が異なっている。このため、やはり感圧センサ装置とタッチセンサ装置に対して、それぞれ検出回路又はファームウエアの設計を合わせ込む必要があった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、押圧感度が高い感圧センサと、タッチ感度が高いタッチセンサの設計を容易とすることを目的とする。

本発明に係る感圧センサ装置は、第１感圧センサ電極と、第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極から離して配置され、第１感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極との間で第２静電容量を有する第３感圧センサ電極とを備える。そして、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極が、第３感圧センサ電極に接近することにより、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極の間の第３静電容量が変化する。
また、本発明に係るタッチセンサ装置は、タッチ位置を検出するタッチ電極と、上述した感圧センサ装置とを備える。
また、本発明に係る情報処理装置は、上述したタッチ位置を検出するタッチ電極と、感圧センサ装置とを有するタッチセンサ装置に加え、タッチ電極が検出したタッチ位置、及び第３静電容量の変化に応じた画像を表示する表示装置を備える。

本発明によれば、第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極間の第３静電容量が変化したことに基づいて押圧されたことを検出することが可能となる。第３静電容量は、従来のタッチ電極間の静電容量と同じ位に小さいため、押圧検出の感度を高めることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の基本構成例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１感圧センサ電極及び第２感圧センサ電極間の第３静電容量の変化率を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第１の変形例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第２の変形例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第３の変形例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の第４の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の基本構成例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第１の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第２の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第３の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第４の変形例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施の形態］
＜感圧センサ装置の基本構成＞
始めに、本発明の第１の実施の形態に係る感圧センサ装置の構成について説明する。
図１は、感圧センサ装置１０の基本構成例を示す説明図である。図１に示す感圧センサ装置１０は、静電容量方式により感圧センサ装置１０の入力操作面が押圧されたことを検知可能である。

図１の左側に示すように感圧センサ装置１０は、検出部１、信号処理部２、第１感圧センサ電極１１、第２感圧センサ電極１２、第３感圧センサ電極１３、シールド電極１４、弾性体２０を備える。

検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に接続され、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量（第３静電容量）の変化を検出することが可能である。検出部１は、ハードウェア又はファームウェアで構成される。検出部１は、静電容量の変化を検出すると、静電容量の変化に応じた検出信号を信号処理部２に出力する。

信号処理部２は、検出部１から入力する検出信号に基づいて所定の処理を行う。例えば、信号処理部２が、感圧センサ装置１０に接続された不図示の電子機器に対して制御信号を出力してもよい。検出部１、信号処理部２は、図３以降の感圧センサ装置１０にも接続されているが、図面の記載を簡略化するため、図３以降では、検出部１、信号処理部２の図示を省略している。

感圧センサ装置１０の最上部（図中のＺ方向の上側）には、グランドや特定の電位に接続されるシールド電極１４が配置されている。シールド電極１４は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対する外部からの電荷の流入又は流出を制限するために用いられる。感圧センサ装置１０がシールド電極１４を備えなければ、指が第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に近づくだけで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に電荷が流入又は流出する。シールド電極１４を設けることにより、シールド電極１４に接近した指から不要な電荷が第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に流入又は流出し、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量が意図せずに変化することを防ぐことができる。ただし、指等が、後述する第１静電容量、第２静電容量及び第３静電容量に影響を与えない場合には、シールド電極１４は必ずしも必要とはされない。

シールド電極１４の下には、シールド電極１４に対して第３感圧センサ電極１３よりも近い位置に第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が同一面に配置される。第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２は、水平方向に距離ｄ１だけ離して配置される。第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が距離ｄ１だけ対向する部分には容量素子Ｃ３が発生する。ただし、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が対向する部分の面積は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が垂直方向に並べて配置される時に対向する部分の面積よりも小さい。このため、容量素子Ｃ３の静電容量（第３静電容量の一例）は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が垂直方向に並べて配置される時に発生する静電容量よりも十分に小さい。

そして、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の下に弾性体２０（間隔維持部材の一例）が配置される。弾性体２０には、例えば、残留ひずみが少なく、復元率（復元速度）が高い材料が用いられる。弾性体２０に用いられる材料としては、例えばシリコーンゴム、ウレタン系ゴムがある。弾性体２０は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間の間隔を維持するために用いられる。この弾性体２０は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間に設けられる。

第３感圧センサ電極１３は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２から離して配置される。図１では、弾性体２０を挟んで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対して、第３感圧センサ電極１３の一部が対向する位置に配置される例が示されている。第３感圧センサ電極１３は、グランド又は特定の電位に接続されている。第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３とが対向する部分の間には容量素子Ｃ１が発生し、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３とが対向する部分の間には容量素子Ｃ２が発生する。容量素子Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ静電容量を持つ。なお、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が対向する部分の面積は、第３感圧センサ電極１３が第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と対向する部分の面積より小さい。このため、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間に発生する容量素子Ｃ３の静電容量は、容量素子Ｃ１の静電容量（第１静電容量の一例）と、容量素子Ｃ２の静電容量（第２静電容量の一例）よりも小さい。

図１の右側に示すように、指等の指示媒体によって感圧センサ装置１０のシールド電極１４が下方に押圧されたとする。ただし、シールド電極１４の上には、後述する図７に示すトッププレート２３が設置される場合がある。この場合には、指がトッププレート２３を押圧するときの押圧力がシールド電極１４に加わることで、シールド電極１４が押圧される。また、シールド電極１４と第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間には、後述する図７に示す第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２等が配置されており、シールド電極１４に対する第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の距離は変わらない。

シールド電極１４が下方に距離ｄ３だけ移動すると、弾性体２０が垂直方向に圧縮され、変形する。そして、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の高さｄ２、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の高さｄ２が距離ｄ３だけ狭まる。このため、上式（１）に示したように第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の容量素子Ｃ１と、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の容量素子Ｃ２が増加する。

一方、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の距離ｄ１はほとんど変わらない。しかし、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に第３感圧センサ電極１３が近づくと、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間で電気的な結合が強くなる。この結果、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３間の第１静電容量、第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間の第２静電容量が増加する。また、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の電気的な結合が弱くなり、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量が減少する。

そして、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に接続される検出部１は、第３静電容量が減少したことを検出する。検出部１が第３静電容量が減少したことを検出すると、検出信号を出力する。この検出信号の大きさは、第３静電容量の変化量に応じて変化する。従って、検出部１に接続される信号処理部は、検出部１から入力する検出信号に基づいて、感圧センサ装置１０がどの位押圧されたかを判定することができ、押圧量に応じた処理（例えば、表示画面の切替え）を行うことが可能となる。

図２は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量の変化率を示すグラフである。このグラフの横軸には、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対する第３感圧センサ電極１３間の厚みを示し、縦軸には静電容量の変化率を示す。なお、図１に示す構成では、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２に対する第３感圧センサ電極１３間の厚みは、弾性体２０の厚みにほぼ等しい。

シールド電極１４が押されていない状態で厚みが０．５ｍｍであるとする。このときの第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量を基準とすると、静電容量の変化率は０．０％である。そして、徐々に指がシールド電極１４を押込むことにより、弾性体２０が圧縮され、弾性体２０の厚みが少なくなる。例えば、弾性体２０の厚みが０．４ｍｍになると静電容量の変化率が約−２．５％となり、弾性体２０の厚みが０．３ｍｍになると静電容量の変化率が約−１０．０％となる。そして、弾性体２０の厚みが０．２ｍｍになると静電容量の変化率が約−１７．５％となり、弾性体２０の厚みが０．１ｍｍになると静電容量の変化率が約−２８．０％となる。このように弾性体２０の厚みが減少するにつれて静電容量が変わるため、静電容量の変化率も変わる。このため、検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量の変化率に基づき、異なる検出信号を出力することが可能である。

＜感圧センサ装置の変形例＞
図３は、感圧センサ装置１０の第１の変形例を示す説明図である。
図３の左側に示す感圧センサ装置１０Ａは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が異なる面に配置される構成としている。第２感圧センサ電極１２と弾性体２０の間には不図示の樹脂、接着剤等が封入されている。
図３の右側に示す感圧センサ装置１０Ｂは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が異なる面に配置され、さらに第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の一部が重なって配置される様子が示される。
このような感圧センサ装置１０Ａ，１０Ｂであっても、図１Ａに示した感圧センサ装置１０と同様に、押圧されたことを高感度で検出することが可能である。

図１に示した感圧センサ装置１０、図３に示した感圧センサ装置１０Ａ，１０Ｂにおいて、第３感圧センサ電極１３とシールド電極１４の電位はほぼ同じとしていた。しかし、第３感圧センサ電極１３とシールド電極１４に電位差を持たせてもよい。例えば、シールド電極１４の電位が０Ｖであるときに、第３感圧センサ電極１３の電位を５０Ｖとする。この場合、シールド電極１４が指により押圧されて第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、第３感圧センサ電極１３との間の距離が短くなると、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２から第３感圧センサ電極１３に電荷が移動しやすくなる。このため、第１感圧センサ電極１１及び第３感圧センサ電極１３間の第１静電容量と、第２感圧センサ電極１２及び第３感圧センサ電極１３間の第２静電容量が変化する。この結果、検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の容量変化を検出する感度が上がる。

図４は、感圧センサ装置１０の第２の変形例を示す説明図である。
図４に示す感圧センサ装置１０Ｃは、シールド電極１４の下に第３感圧センサ電極１３を配置した構成としている。このため、シールド電極１４に対して第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２よりも近い位置に第３感圧センサ電極１３が配置される。

そして、第３感圧センサ電極１３の下に弾性体２０を挟んで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を配置している。図１に示した感圧センサ装置１０に示したように、シールド電極１４の下に、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が配置された場合、シールド電極１４がわずかに変形することで第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量にも意図しない変化が生じることがある。このため、図４に示すように感圧センサ装置１０Ｃを構成すれば、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量は、シールド電極１４に影響されずに変化するので、図１に示した感圧センサ装置１０と比べて、シールド電極１４が押圧された時に静電容量の変化を検出する感度を高めることができる。

なお、第３感圧センサ電極１３が存在することにより、第１静電容量、第２静電容量及び、第３静電容量が指等の影響を受けない場合には、シールド電極１４を必要としない。このため、感圧センサ装置１０Ｃからシールド電極１４を除いた場合には、シールド電極１４の機能を第３感圧センサ電極１３に持たせることもできる。逆に、第３感圧センサ電極１３を除いて、シールド電極１４に、第３感圧センサ電極１３の機能を持たせてもよい。

図５は、感圧センサ装置１０の第３の変形例を示す説明図である。
図５に示す感圧センサ装置１０Ｄは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間とは異なる場所に弾性体２０が配置されている。この弾性体２０は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所（例えば、感圧センサ装置１０Ｄの筐体部分）に設けられる。

ここで、シールド電極１４が押圧されていないときには感圧センサ装置１０Ｄが図５の左に示す状態であるが、シールド電極１４が下に距離ｄ３だけ押圧されると、弾性体２０が圧縮されることにより、図５の右に示すようにシールド電極１４と、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が第３感圧センサ電極１３に近づく。そして、検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の第３静電容量が変化したことの検出が可能となる。

図６は、感圧センサ装置１０の第４の変形例を示す説明図である。
図６に示す感圧センサ装置１０Ｅは、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３間とは異なる場所にスペーサ２５（間隔維持部材の一例）が配置されている。スペーサ２５はシールド電極１４が押圧されても変形しないものとする。スペーサ２５は、第１感圧センサ電極１１と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所、及び第２感圧センサ電極１２と第３感圧センサ電極１３との間以外の箇所（例えば、感圧センサ装置１０Ｅの筐体部分）に設けられる。

このため、シールド電極１４が押圧されていないときには感圧センサ装置１０Ｅが図６の左に示す状態であっても、シールド電極１４が下に距離ｄ４だけ押圧されると、後述する図７に示すようなトッププレート２３が下に撓むことにより、シールド電極１４と、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が第３感圧センサ電極１３に近づく。そして、検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の第３静電容量が変化したことの検出が可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここでは、感圧センサ装置を備えるタッチセンサ装置と、このタッチセンサ装置を備えるタッチパネル装置の構成について説明する。

＜タッチパネル装置の概略構成＞
図７は、タッチパネル装置４０の概略構成図である。
図７の上には、上面視したタッチパネル装置４０（情報処理装置の一例）に設置される感圧センサ装置１０の位置と、筐体５２の額縁の位置とが破線で示されている。筐体５２には、感圧センサ装置１０が収容される。筐体５２の額縁上には、６個の感圧センサ装置１０が設けられている。このため、ユーザーが感圧センサ装置１０を直接見ることはない。感圧センサ装置１０が設置される数は、図７に示すように通常は複数個設けられるが、必ずしも複数設ける必要はなく、１個でもよい。

タッチパネル装置４０は、図１に示した検出部１及び信号処理部２を備える。検出部１には、タッチパネル装置４０が備える感圧センサ装置１０の第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の静電容量の変化に基づいて、感圧センサ装置１０が押圧されたことを検出する。また、検出部１には、タッチセンサ装置３０のＸ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２（いずれもタッチ電極の一例）が接続されており、タッチパネル装置４０の入力操作面２４に指が直接又は間接的にタッチしたときに、ＸＹ平面のタッチ位置を検出することも可能である。そして、検出部１は、検出信号及びタッチ検出信号を信号処理部２に出力する。信号処理部２は、検出信号及びタッチ検出信号に基づいて所定の処理を行う。例えば、信号処理部２が検出信号に基づいて、図７の下に示す表示パネル５０に表示される画像、アイコン等を切替えて表示する制御を行う。検出部１及び信号処理部２は、感圧センサ装置１０、タッチセンサ装置３０、タッチパネル装置４０のいずれかに備える構成としてよい。

図７の下には、タッチパネル装置４０及び感圧センサ装置１０の断面図が示される。筐体５２の額縁の上に、図１に示した感圧センサ装置１０が配置される。感圧センサ装置１０が備える第３感圧センサ電極１３は、筐体５２の額縁と弾性体２０の間に挟むように配置されている。また、Ｘ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２が平面的に重なる領域が、ＸＹ平面の座標検知領域となる。そして、座標検知領域に、表示領域が重なるように表示パネル５０（表示装置の一例）が配置されている。表示パネル５０の表示領域には、信号処理部２が行う画像表示処理により、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２が検出したタッチ位置、及び第３静電容量の変化（押圧変化）に応じた文字、図形、映像、アイコン等の画像が表示される。

トッププレート２３は、タッチパネル装置４０の表面を保護する。トッププレート２３には透明のガラス基板やフィルム等が用いられる。トッププレート２３の表面は、ユーザーがタッチ操作を行うために指を接触させる入力操作面２４となる。また、第１ベースフィルム２１は、Ｘ座標タッチ電極３１、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を同一面上に配置するために用いられる。なお、Ｘ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２が重なる順が逆であれば、第１ベースフィルム２１の同一面上にＹ座標タッチ電極３２、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を配置してもよい。このため、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２は、Ｘ座標タッチ電極３１又はＹ座標タッチ電極３２のいずれか一方と同一面に配置される。

第２ベースフィルム２２は、Ｙ座標タッチ電極３２、シールド電極１４を同一面上に配置するために用いられる。なお、Ｘ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２が重なる順が逆であれば、第２ベースフィルム２２の同一面上にＸ座標タッチ電極３１、シールド電極１４を配置してもよい。このため、シールド電極１４は、Ｘ座標タッチ電極３１又はＹ座標タッチ電極３２のいずれか一方と同一面に配置される。

第２ベースフィルム２２の上面及び下面には、例えば、両面粘着テープであるＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）が貼り付けられている。このため、第１ベースフィルム２１と第２ベースフィルム２２及び弾性体２０がＯＣＡを介して貼り合わされ、第２ベースフィルム２２とトッププレート２３がＯＣＡを介して貼り合わされる。

表示パネル５０と、タッチセンサ装置３０との間には空隙５１が設けられている。空隙５１は、トッププレート２３の入力操作面２４が押圧され、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２が下に移動する際に、第１ベースフィルム２１の裏面が、表示パネル５０の表面に接触しないようにするために設けられる。なお、第１ベースフィルム２１の下面にＯＣＡ等を用いて表示パネル５０を貼り合わせても良い。ただし、第１ベースフィルム２１と表示パネル５０を貼り合わせた場合、表示パネル５０と筐体５２の間に空隙を設ける必要がある。

ここで、図７に示したタッチパネル装置４０の概略構成を踏まえた上で、タッチセンサ装置と感圧センサ装置の組合せについて図８から順に説明する。図８以降の説明では、表示パネル５０、筐体５２の図示を省略する。

＜タッチパネル装置の基本構成＞
図８は、タッチパネル装置４０の基本構成例を示す説明図である。
タッチパネル装置４０が備えるタッチセンサ装置３０は、第１ベースフィルム２１、Ｙ座標タッチ電極３２、第２ベースフィルム２２、Ｘ座標タッチ電極３１、トッププレート２３を下から順に積層して構成されたものである。各層、及び電極は接着剤等により接着固定されている。第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２、トッププレート２３は、それぞれ矩形状に形成される。感圧センサ装置１０は、タッチパネル装置４０のＸＹ平面の座標検知領域外の周縁領域（額縁部分）に配置される。

感圧センサ装置１０は、図１に示したようにタッチパネル装置４０と筐体５２との間に配置された誘電材料からなる弾性体２０と、弾性体２０を挟むように配置され、コンデンサを形成する上部の第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２と、下部の第３感圧センサ電極１３とを備える。第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２は、第１ベースフィルム２１の上面に形成され、シールド電極１４は、第２ベースフィルム２２の上面に形成される。

本実施の形態においては、６個の感圧センサ装置１０を構成する弾性体２０が連結して１つの枠状に構成される。つまり、６個の感圧センサ装置１０で１つの弾性体２０を共有している。弾性体２０を枠状に設けることにより、タッチパネル装置４０と筐体５２との間、つまりタッチパネル装置４０と表示パネル５０との間の空隙５１に外部からのゴミ等の侵入を防止することができる。

トッププレート２３の表面が、指等の指示媒体により入力操作が行われる入力操作面２４となる。入力操作面２４と垂直な押圧方向（ｚ軸方向下向き）に入力操作面２４が指で押圧されると、感圧センサ装置１０の弾性体２０が縮み、この感圧センサ装置１０が接着固定されているトッププレート２３が押圧方向に移動する。

そして、感圧センサ装置１０が備える検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量の変化を検出する。これにより、検出部１は、入力操作面２４が押圧されたことを検出できる。

＜タッチパネル装置の第１の変形例＞
図９は、タッチパネル装置の第１の変形例を示す説明図である。
タッチパネル装置４０Ａは、トッププレート２３の下にＸ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２を直接形成した構成としている。このため、図７に示したタッチパネル装置４０と比べて、第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２は、シールド電極１４の大きさ程度であればよい。Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２は、シールド電極１４と同一の面に形成されるため、タッチパネル装置４０と比べて一層シンプルな構成となる。

＜タッチパネル装置の第２の変形例＞
図１０は、タッチパネル装置の第２の変形例を示す説明図である。
タッチパネル装置４０Ｂは、弾性体２０の上に第３ベースフィルム２６を配置し、第３ベースフィルム２６の上に第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２を水平方向に並べて配置し、さらに第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２の上に第４ベースフィルム２７を配置している。そして、第４ベースフィルム２７の上にシールド電極１４が配置されている。第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２、トッププレート２３と、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２の配置は、図８に示したタッチパネル装置４０と同様である。

＜タッチパネル装置の第３の変形例＞
図１１は、タッチパネル装置の第３の変形例を示す説明図である。
タッチパネル装置４０Ｃは、タッチパネル装置４０Ｂと同様の構成であるが、第２ベースフィルム２２の上にシールド電極１４を配置した点が異なる。タッチパネル装置４０Ｃでは、タッチパネル装置４０Ｂと比べて、シールド電極１４と、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２との間の距離が広がる。これにより、外部から流入又は流出する電荷による、第１静電容量、第２静電容量及び第３静電容量に対する影響を一層抑えることができ、感圧センサ装置１０の感圧検出を高感度化することができる。

＜タッチパネル装置の第４の変形例＞
図１２は、タッチパネル装置の第４の変形例を示す説明図である。
タッチパネル装置４０Ｄは、弾性体２０の上に第２感圧センサ電極１２を配置し、弾性体２０及び第２感圧センサ電極１２の上に第１ベースフィルム２１を配置し、第１ベースフィルム２１の上に、Ｙ座標タッチ電極３２と第１感圧センサ電極１１を並べて配置している。さらに、第１ベースフィルム２１の上に配置された第２ベースフィルム２２の上にＸ座標タッチ電極３１とシールド電極１４を並べて配置している。第１ベースフィルム２１、第２ベースフィルム２２、トッププレート２３と、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２の配置は、図８に示したタッチパネル装置４０と同様である。

なお、第１感圧センサ電極１１と第２感圧センサ電極１２は異なる平面上に配置される構成であればよい。例えば、弾性体２０の上に第１感圧センサ電極１１を配置し、第１ベースフィルム２１の上に第２感圧センサ電極１２を配置してもよい。

以上説明した第１及び第２の実施の形態では、第１感圧センサ電極１１と第２感圧センサ電極１２間の静電容量が、タッチセンサ装置３０のＸ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２間の静電容量とほぼ同じになる様に設計することが可能となる。押圧により弾性体が変形して感圧センサ電極と電極Ａが近づいた時、感圧センサ電極間の結合は小さくなる。そして、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量が小さくなると、ほぼ水平に配置された第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の電荷量も減少する。検出部１は、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量の変化を検出することで押圧されたことを検出可能となる。

そして、感圧センサ装置１０における、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の初期の結合及び押圧による結合の変化は、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２間の初期の結合、タッチ時の結合の変化と同様である。また、第１感圧センサ電極１１及び第２感圧センサ電極１２間の第３静電容量は、Ｘ座標タッチ電極３１及びＹ座標タッチ電極３２間の静電容量と同じ位に小さい。このため、タッチセンサ用として設計されたコントローラＩＣの検出部（フロントエンド等）、制御のためのファームウエア等を、感圧センサ装置に流用又は共用しやすくなる。

また、従来の感圧センサ装置のように、弾性体を挟んで対向した２つの感圧センサ電極間の静電容量を検出する方法と比較した場合、本実施の形態に係る感圧センサ装置では、より少ない変位で感圧を検出可能である。すなわち感圧センサ装置の感圧検出を高感度化を図ることができる。この結果、弾性体を従来より薄く設計した場合でも、感圧を検出することができるため、感圧センサ装置の小型化を達成することができる。

［変形例］
なお、感圧センサ装置がスイッチ等として用いられる場合には、検出部１及び信号処理部２は不要となる。第３静電容量の変化がしきい値を超えた時に、感圧センサ装置自身がオン信号又はオフ信号を出力して、感圧センサ装置に接続された電気機器の動作を切替えるようにしてもよい。

また、第１感圧センサ電極１１、第２感圧センサ電極１２、又は第３感圧センサ電極１３のうち、少なくとも一つをタッチ電極として用いてもよい。また、シールド電極１４をタッチ電極として用いてもよい。これにより、Ｘ座標タッチ電極３１とＹ座標タッチ電極３２のいずれかの構成を省略することができ、タッチセンサ装置３０、タッチパネル装置４０の製造コストを削減することができる。

また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…検出部、２…信号処理部、１０…感圧センサ装置、１１…第１感圧センサ電極、１２…第２感圧センサ電極、１３…第３感圧センサ電極、１４…シールド電極、２０…弾性体、２１…第１ベースフィルム、２２…第２ベースフィルム、２３…トッププレート、２４…入力操作面、３０…タッチセンサ装置、３１…Ｘ座標タッチ電極、３２…Ｙ座標タッチ電極、４０…タッチパネル装置、５０…表示パネル

Claims (17)

1. 第１感圧センサ電極と、
   前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、
   前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置され、前記第１感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極との間で第２静電容量を有する第３感圧センサ電極とを備え、
   前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極が、前記第３感圧センサ電極に接近することにより、前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極の間の第３静電容量が変化する
   感圧センサ装置。
2. 前記第３静電容量は、前記第１静電容量及び第２静電容量よりも小さい
   請求項１に記載の感圧センサ装置。
3. 前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極に対する外部からの電荷の流入又は流出を制限するためのシールド電極を備える
   請求項１又は２に記載の感圧センサ装置。
4. 前記シールド電極に対して前記第３感圧センサ電極よりも近い位置に前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極が配置される
   請求項３に記載の感圧センサ装置。
5. 前記シールド電極に対して前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極よりも近い位置に前記第３感圧センサ電極が配置される
   請求項３に記載の感圧センサ装置。
6. 前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極は、同一面に配置される
   請求項４又は５に記載の感圧センサ装置。
7. 前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極は、異なる面に配置される
   請求項４又は５に記載の感圧センサ装置。
8. 前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極は、一部が重なって配置される
   請求項７に記載の感圧センサ装置。
9. さらに、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間、及び前記第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間の間隔を維持するための間隔維持部材を備える
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の感圧センサ装置。
10. 前記間隔維持部材は、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間、及び前記第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間に設けられる弾性体である
    請求項９に記載の感圧センサ装置。
11. 前記間隔維持部材は、前記第１感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間以外の箇所、及び前記第２感圧センサ電極と前記第３感圧センサ電極との間以外の箇所に設けられる弾性体又はスペーサである
    請求項９に記載の感圧センサ装置。
12. さらに、前記第３静電容量の変化を検出し、検出信号を出力する検出部と、
    前記検出部から入力する前記検出信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部とを備える
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の感圧センサ装置。
13. タッチ位置を検出するタッチ電極と、感圧センサ装置と、を備え、
    前記感圧センサ装置は、
    第１感圧センサ電極と、
    前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、
    前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置され、前記第１感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極との間で第２静電容量を有する第３感圧センサ電極とを備え、
    前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極が、前記第３感圧センサ電極に接近することにより、前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極の間の第３静電容量が変化する
    タッチセンサ装置。
14. 前記第１感圧センサ電極、前記第２感圧センサ電極、又は前記第３感圧センサ電極のうち、少なくとも一つが前記タッチ電極として用いられる
    請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
15. さらに、前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極に対する外部からの電荷の流入又は流出を制限するためのシールド電極を備え、
    前記シールド電極が前記タッチ電極として用いられる
    請求項１３に記載のタッチセンサ装置。
16. タッチ位置を検出するタッチ電極と、感圧センサ装置とを有するタッチセンサ装置と、表示装置と、を備え、
    前記感圧センサ装置は、
    第１感圧センサ電極と、
    前記第１感圧センサ電極から離して配置される第２感圧センサ電極と、
    前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極から離して配置され、前記第１感圧センサ電極との間で第１静電容量を有し、第２感圧センサ電極との間で第２静電容量を有する第３感圧センサ電極とを備え、
    前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極が、前記第３感圧センサ電極に接近することにより、前記第１感圧センサ電極及び前記第２感圧センサ電極の間の第３静電容量が変化し、
    前記表示装置は、前記タッチ電極が検出した前記タッチ位置、及び前記第３静電容量の変化に応じた画像を表示する
    情報処理装置。
17. さらに、前記第３静電容量の変化を検出し、検出信号を出力する検出部と、
    前記検出部から入力する前記検出信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部と、を備え、
    前記信号処理部が、前記表示装置に表示する前記画像の制御を行う
    請求項１６に記載の情報処理装置。
    

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