JP2021509168A - 検出力 - Google Patents

Abstract

入力力を検出するためのセンサ（１０２）は、空洞（２０１）と空洞に囲まれた接触要素（１０５）を有するハウジング（１０３）を含む。前記接触要素と前記空洞は、それぞれの表面（１０４、１０６）に沿って実質的に同一平面の輪郭を提供する。空洞は、それに取り付けられた検知装置（３０４）を有する壁（３０１、３０２、３０３）を含み、前記接触要素は、該接触要素の表面への機械的相互作用の適用時に前記接触要素と前記検知装置の間の物理的接触を提供する。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年８月１６日に出願された英国特許出願番号第１７１３１２３．６号に基づく優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。

［発明の背景］
１．発明の分野
本発明は、入力力を検出するセンサ、そのようなセンサの製造、及び入力力を検出する方法に関する。

２．関連技術の説明
センサがさまざまな用途及び産業に使用するために提供されることは公知である。圧力などの機械的相互作用に応答してタッチ機能を提供するセンサは、タッチスクリーン、ボタンなどの一部としての電子機器などへ適用され、又はゲームで使用するジョイスティックなどの入力機器に関してよく使用される。

センサが商業用途で提供される場合、ユーザに訴求する感触の良いインターフェイスを提供することがしばしば重要になる。機能性を損なうことなく人間工学に基づいた設計を実現することは困難である。したがって、より機能的なセンサ、特に三次元で測定を行うセンサは、商業ユーザの人間工学的要件を満たすためにますます複雑になっている。

［発明の簡単な説明］
本発明の一観点によれば、請求項１に従って入力力を検出するセンサが提供される。
本発明の更なる観点によれば、請求項１３に従って入力力を検出する方法が提供される。
本発明の更に別の観点によれば、請求項１８に従って入力力を検出するセンサを製造する方法が提供される。

本発明は、ここでは、付随する図面を参照して、単に例の目的で説明される。
図１は、入力力を検出可能なセンサを示し； 図２は、図１のセンサの概略図を示し； 図３は、図１及び図２のセンサの概略断面図を示し； 図４は、上記のセンサが使用される検知装置の一例を示し； 図５は、図１のセンサの側面断面図を示し； 図６は、検知装置を構成する複数の層の概略断面図を示し； 図７は、機械的相互作用に応答する図６の複数の層を示し； 図８は、入力力を検出するセンサの代替実施形態を示し； 図９は、電子機器で利用されている図８のセンサを示し； 図１０は、車両のバンパーにセンサを組み込んだ車両を示す。

［発明の詳細な説明］
（図１）
入力力を検出可能なセンサを図１に示す。図１は、入力力を検出するためのセンサを含むジョイスティック１０１形態の装置を示す。
センサ１０２は、上部表面１０４を有するハウジング１０３とハウジング１０３内の空洞に囲まれた接触要素１０５を含む。接触要素１０５は、センサ１０２を動作させるために機械的相互作用を受けるように構成された外部表面１０６を含む。図示するように、外部表面１０６及び上部表面１０４は、外部表面から上部表面まで延びる実質的に同一平面上の輪郭を提供し、図５に関して更に説明されるであろう。

実施形態では、外部表面１０６は、ユーザ１０７の指に適合する指形状の輪郭を含む成型部分を含む。実施形態では、接触要素１０５は弾性材料を含む。
図示のように、使用中、ユーザ１０７がユーザ１０７の指から外部表面１０６に力を与えることによって、機械的相互作用を加えるとき、センサ１０２は入力力を検出することができる。実施形態では、センサ１０２は、ユーザ１０７による指の押圧に応じて、力の大きさ又は力の位置などの機械的相互作用の特性を検出するように構成されている。このようにして、センサ１０２は、ジョイスティックとして使用され、ユーザが指の最小限の動きで制御できる薄型のジョイスティックを提供する。

（図２）
図２は、センサ１０２の概略図を示す。ハウジング１０３は、その中に配置される空洞２０１と上記の上部表面１０４を備えている。接触要素１０５は空洞２０１を露出するように分解図で示されている。しかしながら、使用中、接触要素１０５は、図５に関して更に説明するように、空洞２０１内に囲まれていることが理解できる。
実施形態では、空洞２０１は、側壁２０２などの４つの側壁と１つの底壁２０３を含む。接触要素１０５は、対応する側壁を含む相互に協働する輪郭を含むので、使用時に接触要素１０５を空洞２０１で囲むことができる。

（図３）
図３は、センサ１０２の側面断面図を示す。再び、接触要素１０５は、ハウジング１０３と空洞２０１からの分解図で示されている。ハウジング１０３は、図示のように空洞２０１を画定し、検知装置は、力などの機械的相互作用が適用されたとき、接触要素１０５との物理的接触を可能にするように空洞に配置される。
この実施形態では、側壁３０１及び３０２及び底壁３０３は、Ｖ字形又はＵ字形の断面輪郭を画定する。壁３０１、３０２及び３０３のそれぞれは、そこに取り付けられた検知装置３０４を有する。この実施形態では、検知装置３０４は、各壁の内側表面に対して整列され、内側表面に貼り付けられる。

実施形態では、検知装置３０４は単一の検知装置であるが、代替実施形態では、検知装置を各壁に独立して取り付けることができることが理解できる。
したがって、接触要素１０５が空洞２０１内に配置されると、接触要素１０５と検知装置（又は複数の装置）３０４の間で接触が行われる。

（図４）
次に、検知装置３０４の例示的な実施形態を図４に関して説明する。図４は、上記の空洞２０１に適用する前の検知装置の平面図を示す。検知装置３０４は、中央部分４０１と、４つの延長部分４０２、４０３、４０４及び４０５を含む。

この実施形態では、中央部分４０１は底壁３０３と一列に配置するように構成され、延長部分４０２、４０３、４０４及び４０５は側壁３０１及び３０２などの側壁に貼り付けるように構成される。各延長部分は、中央部分４０１から延びており、空洞２０１に適合するように製造中に検知装置３０４を折り畳んだり曲げたりすることを可能にする折り畳み可能なインターフェースを含む。例えば、折り畳み可能なインターフェース４０６は、延長部分４０２と中央部分４０１の間に折り畳み可能な線を備え、延長部分４０２が図３に示す方法で側壁３０１に対して整列することを可能にする。図４の破線は検知装置３０４内のどこに折り畳み可能なインターフェースが存在するのかを示すことを理解することができる。

（図５）
センサ１０２の製造において、接触要素１０５は、接触要素１０５が空洞２０１内に囲まれるように、ハウジング１０３の空洞２０１内に配置される。
ハウジング１０３の外部表面１０６及び上部表面１０４は、外部表面１０６から上部表面１０４まで延びる実質的に同一平面の輪郭を提供する。

使用中、接触要素１０５は、外部表面１０６に矢印５０１の方向の機械的相互作用を加えると、接触要素１０５と検知装置３０４の間に物理的接触を提供するように構成される。外部表面１０６に垂直な方向、非垂直方向で外部表面１０６に加えられる力は、依然として、接触要素１０５と検知装置３０４との間の物理的接触を提供することができる。したがって、非アクティブのとき、検知装置３０４及び接触要素１０５は静止位置にあるので、検知装置はアクティブでない（すなわち、力の読み取りを提供しない）。物理的接触が行われると、検知装置３０４は、適用された機械的相互作用によってアクティブになる。これについては、図６及び図７に関して、検知装置３０４を更に詳細に説明する。

（図６）
図６は、例示的な実施形態における検知装置３０４を構成する複数の層の概略断面分解図を示す。
例示的な実施形態では、検知装置３０４は、接触要素１０５によって検知装置３０４に適用されたとき機械的相互作用の大きさ及び位置の検出を可能にするように組み合わされる複数の層を含む。図６では、複数の層が分解図でわずかに離れて示されている。しかしながら、これらの層は静止位置で接触しているが、圧力などの機械的相互作用が適用されるまで非アクティブのままであることが理解できる。

実施形態では、検知装置３０４は基板６０１及び６０２を含む。基板６０１及び６０２はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板を含むことができるが、他の基板も適切であろうことが理解できる。検知装置３０４は、更に銀を含む導電層６０３と、印刷された炭素材料を含む２つの更なる導電層６０４及び６０５を含む。感圧可変抵抗材料を含む更なる中央層６０６は、２つの炭素層６０４及び６０５の間に挟まれる。実施形態では、感圧可変抵抗材料は量子トンネル複合材料を含む。

この特定の配置は、外部基板の１つに力を加えると、感圧可変抵抗材料によって電気抵抗が減少する単一点圧力センサを提供し、それにより、適用された機械的相互作用の位置と大きさを検出する手段を提供する。このタイプの単一点圧力センサは、英国 ブロンプトン オンスワレの出願人ペラテック ホールドコ リミテッドから入手できる。一実施形態では、検知装置は、３次元デカルト軸内の大きさ及び位置を検出することができるので、加えられた力のｘ，ｙ位置とともに力自体（ｚ方向）を決定できる。

（図７）
図７は、図６の概略図を示し、接触要素１０５による機械的相互作用への応答を示す。機械的相互作用が接触要素１０５の外部表面１０６に適用されると、接触要素１０５の底部接触面７０１に沿って物理的接触が行われる。図５に関して上記した例では、そのような物理的接触は、接触要素１０５の側接触面と空洞２０１の対応する側壁に取り付けられた検知装置で行われることが理解できる。
この物理的接触が行われると、検知装置３０４の各層は、図示のように圧縮されて、可変電気抵抗の層を通る導電経路を与える。したがって、力の大きさ及び力の位置は、当該分野ではある意味で公知の適切な電気回路を利用することによって決定され得る。

（図８）
次に、本発明による入力力を検出するセンサの代替実施形態を図８に関して説明する。センサ８０１は、例示目的のために概略分解形態で示されている。
センサ８０１は、上部表面８０３とその中に配置された空洞８０４を有するハウジング８０２を含む。上記センサ１０２と同様、センサ８０１は、外部表面８０６を備え、使用中空洞８０４で囲まれる接触要素８０５を更に備える。空洞８０４内に囲まれているとき、外部表面８０６及び上部表面８０３は、外部表面８０６から上部表面８０３に延びる実質的に同一平面の輪郭を提供する。

この実施形態では、空洞８０４は、２つの長手方向側壁８０８及び８０９と１つの底壁８１０を有する細長い溝８０７を備え、これらの壁は、それぞれ先に図６及び７に関して説明したものと実質的に同様の検知装置を備えている。接触要素８０５は、空洞８０４に対して相互に協働する輪郭を備えていおり、この実施形態では、細長い。実施形態では、接触要素の断面輪郭は、Ｖ字形又はＵ字形の輪郭を備え、したがって、空洞８０４は、対応する逆Ｖ字形又はＵ字形の断面輪郭を提供する。

使用中、接触要素８０５は、外部表面８０６への機械的相互作用の適用時に、接触要素８０５と検知装置の間の物理的接触を再び提供する。
したがって、センサ８０１は、センサ１０２と実質的に同様に機能する。違いは、空洞が細長いことと、この修正に対応するように検知装置及び接触要素も細長いことである。

（図９）
センサ８０１は、図９のように電子機器で利用することができる。実施形態では、センサ８０１は、この図示された例では携帯電話である電子機器９０１の一部を形成する。
センサ８０１は、電話機９０１の端部９０２に沿って延び、携帯電話９０１の特徴を制御する入力装置をユーザに提供する。センサ８０１は、端部９０２に沿って実質的に同一平面を提供するので、設計に実質的に影響を与えることなく、電子機器に組み込むことができる。したがって、使用中、ユーザ９０３は、人間工学的入力装置としてセンサ８０１を利用することができる。

この実施形態では、ユーザ９０３によって付与された入力力は、外部表面８０６に沿ったスライド力として加えられるように構成されている。したがって、検知装置は、この機械的相互作用を検出し、相当する出力を電子機器９０１に提供するように構成されている。例えば、スライド力を使用して電話機からの音量出力を制御したり、該機器でビデオやその他のメディアを再生する場合、早送り又は巻き戻しによってビデオを進めたりすることができる。代替の実施形態では、センサ８０１は、外表面に沿ってトグル機能を提供するように構成され、上向き又は下向きに力を提供することによって異なる機能が選択できる、又はオン又はオフに切り替えることができる。
現在の例では電子機器を携帯電話として説明しているが、他の任意の適切な電子機器が本発明によるセンサを利用できることが理解できる。例えば、他の適切な電子機器としては、ハンドヘルド・コンピュータ、ラップトップ、タブレット、音楽及び/又はビデオプレーヤ、又はユーザインターフェースを必要とする他の非携帯型電子機器である可能性がある。

（図１０）
図８のセンサ８０１を利用する更なる例示的な実施形態を図１０に示す。図１０は、車両のバンパー１００２にセンサ８０１を組み込んでいる乗用車の形態の車両１００１を示す。
この実施形態では、センサ８０１は、センサ８０１と接触する外部物体を検出することができる。このように、センサ８０１は保護バンパーを提供し、車両１００１に衝突する可能性のある物体に反応する。

センサ８０１は、保護バンパーを備え外部物体の検出も必要とされる代替用途で使用できることが理解できる。例えば、ロボット装置は、ロボット装置の外部にセンサ８０１及び/又はセンサ１０２と実質的に同様な複数のセンサを含むことができる。これは、そのようなロボット装置が衝撃から損傷を受けないようにするためのバンプ検出器として使用できるであろう。

Claims (20)

1. その中に空洞と上部表面を画定するハウジング；及び
   当該接触要素が外部表面を含み、前記空洞に囲まれた接触要素；
   を含み
   前記空洞が内部表面を有する少なくとも１つの壁を備え、
   前記少なくとも１つの壁が、それに取り付けられ、前記少なくとも１つ壁の前記内部表面に対して整列した検知装置を有し；
   前記接触要素が、前記外部表面への機械的相互作用の適用時、前記接触要素と前記検知装置の間に物理的接触を提供するように構成され；
   前記外部表面及び前記上部表面が前記外部表面から前記上部表面まで延びる実質的に同一平面の輪郭を提供する
   入力力を検出するセンサ。
2. 前記検知装置が適用時機械的相互作用の大きさ及び位置を検出するように構成される、請求項１記載のセンサ。
3. 前記検知装置が３次元デカルト軸内の大きさ及び位置を検出するように構成されている、請求項２記載のセンサ。
4. 前記検知装置が単一点圧力センサである、請求項１ないし３のいずれか１項記載のセンサ。
5. 前記単一点圧力センサが量子トンネル複合材料を含む、請求項４記載のセンサ。
6. 前記空洞が４つの側壁と１つの底壁を備え、各前記壁に１つの前記検出装置が取り付けられている、請求項１ないし５のいずれか１項記載のセンサ。
7. 前記空洞が、２つの長手方向側壁と１つの底壁を有する細長い溝を備え、各前記長手方向側壁と前記底壁が１つの前記検知装置を備える、請求項１ないし５のいずれか１項記載のセンサ。
8. 前記接触要素及び前記空洞はそれぞれ、相互に協働する輪郭を含む、請求項１ないし７のいずれか１項記載のセンサ。
9. 前記接触要素がＶ字形状の断面輪郭を含む、請求項１ないし８のいずれか１項記載のセンサ。
10. 前記外部表面が弾性材料を含む、請求項１ないし９のいずれか１項記載のセンサ。
11. 前記外部表面が指形状の輪郭を含む成型部分を含む、請求項１ないし１０のいずれか１項記載のセンサ。
12. 前記センサ保護バンパーを提供するように構成され、それによって外部の物体を検出する請求項１ないし１１のいずれか１項記載のセンサ。
13. その中に空洞を画定するハウジングと、前記空洞で囲まれた接触要素を有するセンサを提供し；
    前記接触要素の外部表面に機械的相互作用を適用し、前記外部表面と前記ハウジングの上部表面が、前記外部表面から前記上部表面に延びる実質的に同一平面の輪郭を提供し；
    前記接触要素と前記空洞の側壁の内部表面に取り付けられて整列された検知装置の間に物理的接触を提供し；そして
    前記物理的接触に応答して前記機械的相互作用の特性を検出する；
    上記ステップを含む入力力を検出する方法。
14. 前記機械的相互作用の特性が、３軸に沿った力の大きさ及び力の位置を含む、請求項１３記載の入力力を検出する方法。
15. 保護バンパーを提供するために、前記センサと接触している外部物体を検出するステップを更に含む、請求項１３又は請求項１４記載の入力力を検出する方法
16. 機械的相互作用を加える前記ステップが前記外部表面に沿って摺動力を提供することを含む、請求項１３又は請求項１４記載の入力力を検出する方法。
17. 機械的相互作用を適用する前記ステップが、前記外部表面に沿ってトグル機能を提供することを含む、請求項１３又は請求項１４記載の入力力を検出する方法。
18. 上部表面を有するハウジングを製造し；
    少なくとも１つの壁を含む空洞を前記ハウジングに設け；
    前記少なくとも１つの壁の内部表面に対して検知装置を位置合わせし；
    前記少なくとも１つの壁の前記内部表面に前記検知装置を取り付け；そして
    当該接触要素が前記空洞に囲まれ、当該接触要素の外部表面と前記上部表面が、前記外部表面から前記上部表面まで延びる実質的に同一平面の輪郭を提供するように、前記空洞に接触要素を配置する、
    上記ステップを含み、
    前記接触要素が、前記外部表面への機械的相互作用の適用時、前記接触要素と前記検知装置の間の物理的接触を提供することができる、
    入力力を検出するセンサを製造する方法。
19. 前記接触要素を空洞内に配置する前記ステップにおいて、前記接触要素が前記空洞と相互に協働するように配置される請求項１８記載の製造方法。
20. 前記接触要素がＶ字形状の断面輪郭を有するように製造される、請求項１９記載の製造方法。

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