JP6202194B2 - 入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、入力装置に関する。
従来より、接触感知素子がディスプレイの下の保護されたスペースに置かれている接触感知ディスプレイ構造がある。ディスプレイに触れると、力はディスプレイを通して接触感知フィルムに伝わる。接触を検出するために好ましくは例えばＥＭＦ（Electro Mechanical Film （電気機械フィルム））フィルムが接触感知素子として使用され、ディスプレイとしては例えばＬＣＤディスプレイが使用される。
ＥＭＦフィルムにおける電荷の変化を測定するもっと好ましい方法は、電荷増幅器を使用することである。電荷増幅器では、フィルムの電極の間の電流を短絡回路で測定する。電荷増幅器接続は、演算増幅器、抵抗器、及びコンデンサから成る。抵抗器及びコンデンサは演算増幅器の入力インピーダンスを平衡させるために使われていて、これらは該接続の伝達関数に影響を及ぼさない。抵抗器は、直流増幅を制限するために使われている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−０９７３８２号公報
ところで、従来の接触感知ディスプレイ構造では、利用者がディスプレイを押し続けて接触感知素子にリーク電流が流れると、接触感知素子の出力が変動し、ディスプレイへの操作入力による押圧を正確に検出できないおそれがある。
そこで、操作入力による押圧を正確に検出できる入力装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の入力装置は、タッチパネルと、前記タッチパネルへの操作入力による操作面への押圧に応じた電圧を出力する一対の端子を有する圧力センサと、前記圧力センサの一対の端子に接続され、オンにされると前記一対の端子間の電位を等しくするスイッチと、前記圧力センサの出力に基づいて前記操作面への押圧を検出した後に、前記タッチパネルへの操作入力がなくなると、又は、前記圧力センサの出力が非押圧を表す所定レベル以下になると、前記スイッチをオンにする、制御部とを含む。
操作入力による押圧を正確に検出できる入力装置を提供することができる。
実施の形態１の入力装置を含む電子機器１００を示す斜視図である。 実施の形態１の入力装置を含む電子機器１００を示す平面図である。 図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 実施の形態の入力装置１００Ａを含む電子機器１００の構成を示すブロック図である。 圧力センサ１４０の断面構造を示す図である。 圧力センサ１４０の等価回路を示す図である。 圧力センサモジュール２００の回路構成を示す図である。 実施の形態の入力装置１００Ａの制御部２０２がリセットスイッチ２０１のオン／オフの制御を行うときの処理を示すフローチャートである。 圧力センサモジュール２００の端子２１５から出力される電圧のシミュレーション結果を示す図である。 比較用の圧力センサモジュール２０の内部の回路を示す図である。 圧力センサモジュール２０の端子２１５から出力される電圧のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態の変形例による入力装置の圧力センサモジュール２００Ａの内部の回路を示す図である。
以下、本発明の入力装置を適用した実施の形態について説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の入力装置を含む電子機器１００を示す斜視図である。
電子機器１００は、一例として、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータである。電子機器１００は、タッチパネルを入力操作部とする機器であればよいため、例えば、携帯情報端末機、パーソナルコンピュータ、又は、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）のように特定の場所に設置されて利用される機器であってもよい。パーソナルコンピュータの場合には、タッチパネルは、ディスプレイに重ねて、又は、キーボードの近傍のタッチパッドとして設けられていてもよい。
電子機器１００の入力操作部１０１は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルに様々なボタン１０２等の操作部、及び、画像等が表示される。
電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部１０２を操作するために、指先で入力操作部１０１に触れる。
次に、図２を用いて、電子機器１００の具体的な構成について説明する。
図２は、実施の形態１の入力装置を含む電子機器１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
電子機器１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂ、圧力センサ１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。
筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂによってトップパネル１２０が接着されている。なお、両面テープ１３０Ａと１３０Ｂとの間には、圧力センサ１４０が設けられている。
トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、電子機器１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。
トップパネル１２０は、平面視における四辺が両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂによって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂは、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。
トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。
圧力センサ１４０は、平面視で矩形環状のフィルム状の圧力センサであり、厚さ方向（Ｚ軸方向）への押圧に応じた電圧を出力する。圧力センサ１４０の平面視での形状は、両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂと同様の矩形環状であり、両面テープ１３０Ａと１３０Ｂとの間に設けられている。これは、トップパネル１２０の押圧を圧力センサ１４０で検出するためである。
圧力センサ１４０の詳細は、図５を用いて後述するが、厚さ方向の上側（Ｚ軸正方向側）と下側（Ｚ軸負方向側）とにそれぞれ配設される一対の電極の間に、感圧材料層を挟んだ構成を有する。圧力センサ１４０は、厚さ方向にかかる圧力に応じた電圧を一対の電極間に出力する。
タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、電子機器１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。タッチパネル１５０は、操作入力の位置を表す座標信号を出力する。タッチパネル１５０が操作入力の位置を検出しているときは、タッチパネル１５０は操作入力の位置の座標を表す座標信号を出力する。タッチパネル１５０が操作入力の位置を検出していないときは、タッチパネル１５０は座標信号を出力しない。
タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩによる様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。
タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。
また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。
また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。
ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。
ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、電子機器１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
基板１７０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。
基板１７０は、例えば、ＦＲ−４(Flame Retardant type 4)規格のプリント基板であり、複数の絶縁層と複数の配線層とを含む。基板１７０には、電子機器１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
ここで、実施の形態の入力装置において操作を確定するには、２段階の操作が必要である。１段階目では、利用者はトップパネル１２０への操作入力によって所望のＧＵＩ操作部を選択する。そして２段階目では、利用者は、さらにトップパネル１２０を押圧して操作を確定する。
実施の形態の入力装置は、２段階目の操作の確定を検出するために、圧力センサ１４０を用いている。圧力センサ１４０が出力する電圧値が所定の閾値以上になったときに、操作が確定される。
図４は、実施の形態の入力装置１００Ａを含む電子機器１００の構成を示すブロック図である。
電子機器１００は、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１８１、バス１８２、ＲＡＭ(Random Access Memory)１８３、内蔵ストレージ１８４、記憶媒体１８５、及び圧力センサモジュール２００を含む。なお、タッチパネル１５０及びディスプレイパネル１６０と、圧力センサモジュール２００に含まれる圧力センサ１４０とは、図２及び図３に示すものと同様である。
図４に示す構成要素のうち、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び圧力センサモジュール２００は、実施の形態の入力装置１００Ａを構築する。
ＣＰＵ１８１は、電子機器１００の動作に伴う処理を行う演算処理部である。ＣＰＵ１８１は、バス１８２によって、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、ＲＡＭ１８３、内蔵ストレージ１８４、記憶媒体１８５、及び圧力センサモジュール２００に接続されている。
ＲＡＭ１８３は、ＣＰＵ１８１のメインメモリである。ＲＡＭ１８３には、例えば、ＣＰＵ１８１が実行するプログラムが展開される。内蔵ストレージ１８４は、電子機器１００の動作に必要なデータ又はプログラムを格納するメモリである。記憶媒体１８５は、電子機器１００の動作に必要なオペレーションシステム（ＯＳ）、アプリケーションプログラム、及びデータファイル等を格納するメモリである。なお、内蔵ストレージ１８４は、書き換え可能な記憶媒体である。
圧力センサモジュール２００は、圧力センサ１４０、リセットスイッチ２０１、及び制御部２０２を有する。リセットスイッチ２０１は、圧力センサモジュール２００の出力をリセットするスイッチであり、制御部２０２によって駆動される。
図５は、圧力センサ１４０の断面構造を示す図である。
図５に示すように、圧力センサ１４０は、一対の電極１４１、１４２と、感圧材料層１４３とを有する。電極１４１、１４２は、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)であり、図２に示すように、平面視ではタッチパネル１５０及びディスプレイパネル１６０を囲むように矩形環状に形成される。
また、電極１４１、１４２は、図３に示す基板１７０、又は、基板１７０とは別の圧力センサモジュール２００の内部の基板の配線等を介して、リセットスイッチ２０１及び制御部２０２（図４参照）に接続される。
感圧材料層１４３は、エレクトレット材料１４３Ａを含み、厚さ方向に押圧されると図５に示すように電荷が発生し、一対の電極１４１、１４２間に電圧が発生する。感圧材料層１４３が発生する電圧は、厚さ方向にかかる圧力に応じて変化する。感圧材料層１４３が発生する電圧は、圧力がゼロの場合は０Ｖであり、圧力の増大に伴って増大する。
このような圧力センサ１４０を両面テープ１３０Ａと１３０Ｂ（図３参照）との間に設けることにより、トップパネル１２０への押圧を圧力センサ１４０で検出する。
図６は、圧力センサ１４０の等価回路を示す図である。
圧力センサ１４０が発生する電圧は、圧力がゼロの場合は０Ｖであり、圧力の増大に伴って増大するため、図６に示す圧力センサ１４０の等価回路では、圧力センサ１４０を押圧領域１４０Ａと非押圧領域１４０Ｂとに分けて説明する。
非押圧領域１４０Ｂでは、圧力センサ１４０は１つのキャパシタＣＢで表される。これは、一対の電極１４１、１４２（図５参照）が対向してキャパシタを構築するため、圧力センサ１４０のうちの非押圧領域１４０Ｂの部分は、１つのキャパシタと等価だからである。
押圧領域１４０Ａでは、感圧材料層１４３のエレクトレット材料１４３Ａに起電力が生じるため、３つのキャパシタＣ１Ａ、Ｃ２Ａ、Ｃ３Ａが存在することと等価である。ここでは、エレクトレット材料１４３Ａの発電機能をキャパシタＣ２Ａに並列に接続する電源Ｖで表す。キャパシタＣ１Ａの上側の電極は、電極１４１（図５参照）に対応する。キャパシタＣ３Ａの下側の電極は、電極１４２（図５参照）に対応する。感圧材料層１４３は、キャパシタＣ１Ａの下側の電極と、キャパシタＣ２Ａと、キャパシタＣ３Ａの上側の電極とに対応する。
ここで、圧力センサ１４０の上下に示す抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２は、基板１７０（図３参照）、又は、圧力センサモジュール２００の内部の基板等の絶縁抵抗を抵抗器の記号を用いて表したものである。絶縁抵抗とは、基板１７０又は圧力センサモジュール２００の内部の基板等の複数の配線層同士の間の絶縁層の抵抗である。絶縁層の抵抗は、例えばギガオーム（ＧΩ）オーダであるが、ごく微小の電流が流れるため、圧力センサ１４０のキャパシタＣ１Ａの上側の電極（電極１４１）と、キャパシタＣ３Ａの下側の電極（電極１４２）には絶縁層を介して矢印で示すようにリーク電流が流れる。
このため、利用者がトップパネル１２０を押し続けると、エレクトレット材料１４３Ａの起電力によって圧力センサ１４０のキャパシタＣ１Ａの上側の電極（電極１４１）と、キャパシタＣ３Ａの下側の電極（電極１４２）とに生じる電荷が打ち消されてしまい、トップパネル１２０への押圧を圧力センサ１４０で正確に検出できなくなるおそれがある。
これは、感圧材料層１４３のエレクトレット材料１４３Ａは、圧電応力定数(g定数)が大きく、小さな圧力で押圧される場合でも高い電圧が発生するため、高感度な検出に向いているが、高い発生電圧のわりには，圧電歪定数(d定数)が大きくなく、発生する電荷量が多くないため、押圧状態が継続されると検出回路のリーク電流により、発生した電荷が相殺されやすいからである。
このため、利用者がトップパネル１２０を例えば数秒間にわたって押し続けると、トップパネル１２０への押圧を圧力センサ１４０で正確に検出できなくなるおそれがある。
そこで、実施の形態の入力装置１００Ａでは、リセットスイッチ２０１を用いることにより、圧力センサ１４０でトップパネル１２０への押圧を正確に検出できるようにする。
図７は、圧力センサモジュール２００の回路構成を示す図である。
圧力センサモジュール２００は、圧力センサ１４０、リセットスイッチ２０１、制御部２０２、オペアンプ２１１、２１２、２１３、２１４、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、及びキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を含む。
図７には、圧力センサ１４０の一対の端子１４４、１４５を示す。また、図７には、上述した絶縁抵抗としての抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２を示す。
リセットスイッチ２０１は、圧力センサ１４０の一対の端子１４４、１４５の間に接続されている。リセットスイッチ２０１は、例えば、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)によって実現されるスイッチ、又は、トランジスタであり、制御部２０２によってオン／オフの制御が行われる。リセットスイッチ２０１は、スイッチの一例である。
リセットスイッチ２０１は、圧力センサ１４０によってトップパネル１２０の押圧が検出された後に、タッチパネル１５０への操作入力が行われなくなると、所定の期間だけオンにされる。この所定の期間以外は、リセットスイッチ２０１は基本的にオフにされる。
オペアンプ２１１は、非反転入力端子が圧力センサ１４０の端子１４４に接続され、反転入力端子が抵抗器Ｒ１を介して自己の出力端子に接続される。オペアンプ２１１は、圧力センサ１４０の端子１４４の出力を増幅して出力する。
オペアンプ２１２は、非反転入力端子が圧力センサ１４０の端子１４５に接続され、反転入力端子が抵抗器Ｒ３を介して自己の出力端子に接続される。オペアンプ２１２は、圧力センサ１４０の端子１４５の出力を増幅して出力する。なお、オペアンプ２１１、２１２の増幅率は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって設定される。
オペアンプ２１３は、反転入力端子が抵抗器Ｒ４を介してオペアンプ２１１の出力端子に接続され、非反転入力端子が抵抗器Ｒ６を介してオペアンプ２１２の出力端子に接続される。また、オペアンプ２１３の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗器Ｒ５とキャパシタＣ１の並列回路が接続される。また、オペアンプ２１３の非反転入力端子と抵抗器Ｒ６と接地電位点との間には、抵抗器Ｒ７とキャパシタＣ２の並列回路が接続される。なお、オペアンプ２１３の増幅率は、抵抗器Ｒ４とＲ５の比によって設定される。抵抗器Ｒ４とＲ５の比は、抵抗器Ｒ６とＲ７の比に等しい。
オペアンプ２１４は、非反転入力端子がオペアンプ２１３の出力端子に接続され、反転入力端子は自己の出力端子に負帰還接続される。また、オペアンプ２１４の出力端子は、圧力センサ１４０の出力を増幅して出力する端子２１５に接続される。端子２１５は、制御部２０２に接続されている。
キャパシタＣ３とＣ４は、圧力センサ１４０とリセットスイッチ２０１との間に接続される。より具体的には、キャパシタＣ３は、圧力センサ１４０の端子１４４とリセットスイッチ２０１の上側の端子との間に一方の端子が接続され、他方の端子は接地される。キャパシタＣ４は、圧力センサ１４０の端子１４５とリセットスイッチ２０１の下側の端子との間に一方の端子が接続され、他方の端子は接地される。
以上のような回路構成の圧力センサモジュール２００において、制御部２０２は、端子２１５から出力される電圧に基づいて、トップパネル１２０への押圧の有無を判定する。制御部２０２は、押圧の有無を判定する際に所定の閾値を設定し、端子２１５の出力電圧が所定の閾値以上のとき押圧が行われていることを検出する。
図８は、実施の形態の入力装置１００Ａの制御部２０２がリセットスイッチ２０１のオン／オフの制御を行うときの処理を示すフローチャートである。
制御部２０２は、電子機器１００の電源が投入されると処理をスタートする（スタート）。
制御部２０２は、タッチパネル１５０が座標信号を出力しているかどうかを判定する（ステップＳ１）。利用者によってトップパネル１２０に操作入力が行われているかどうかを判定するためである。なお、制御部２０２は、座標信号が出力されるまでステップＳ１の処理を繰り返し実行する。
制御部２０２は、タッチパネル１５０が座標信号を出力している（Ｓ１：ＹＥＳ）と判定すると、圧力センサ１４０の出力電圧が閾値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。トップパネル１２０を押圧することにより、利用者が操作を確定しようとしているかどうかを判定するためである。なお、ここでは、圧力センサ１４０の出力電圧を増幅した端子２１５の出力電圧と閾値を比較する。
制御部２０２は、圧力センサ１４０の出力電圧が閾値以上である（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、タッチパネル１５０が出力する座標信号から操作入力の行われている座標を取得する（ステップＳ３）。
次いで、制御部２０２は、取得した座標に応じた選択確定処理を行う（ステップＳ４）。電子機器１００のディスプレイパネル１６０に表示されるＧＵＩ操作部のうちの１つが選択され、さらにトップパネル１２０の押圧によって選択が確定されたため、選択が確定したＧＵＩ操作部への操作による処理を行うためである。この結果、制御部２０２は、選択確定処理の結果をＣＰＵ１８１（図４参照）に通知し、ＣＰＵ１８１は、選択が確定されたＧＵＩ操作部への操作に対応する処理を実行する。
次いで、制御部２０２は、圧力センサ１４０の出力が閾値以上であるかどうかを判定する（ステップＳ５）。押圧の有無を判定するためである。なお、制御部２０２は、圧力センサ１４０の出力が閾値以上ではなくなるまでステップＳ５の処理を繰り返し実行する。
制御部２０２は、圧力センサ１４０の出力が閾値以上ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定すると、タッチパネル１５０が座標信号を出力しているかどうかを判定する（ステップＳ６）。利用者によって引き続きトップパネル１２０への操作入力が行われているかどうかを判定するためである。
制御部２０２は、タッチパネル１５０が座標信号を出力していない（Ｓ６：ＮＯ）と判定すると、リセットスイッチ２０１を所定期間だけオンにする（ステップＳ７）。リセットスイッチ２０１がオンにされると圧力センサ１４０の端子１４４と１４５の電位が等しくなることによって端子２１５の出力電圧が０Ｖになるので、端子２１５の出力電圧を０Ｖにリセットするためである。
また、ステップＳ６でタッチパネル１５０が座標信号を出力していない（Ｓ６：ＮＯ）と判定した場合にリセットスイッチ２０１を所定期間だけオンにするようにしたのは次のような理由による。すなわち、ステップＳ５で圧力センサ１４０の出力が閾値以上ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定した場合でも、利用者の指先がトップパネル１２０に軽く触れている場合があるからである。このため、ステップＳ５で圧力センサ１４０の出力が閾値以上ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定し、かつ、ステップＳ６でタッチパネル１５０が座標信号を出力していない（Ｓ６：ＮＯ）と判定した場合にリセットスイッチ２０１を所定期間だけオンにするようにした。
なお、ステップＳ７の処理が終わると、制御部２０２は、フローをステップＳ１にリターンする。
また、制御部２０２は、ステップＳ２において圧力センサ１４０の出力電圧が閾値以上ではない（Ｓ２：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ８に進行させる。
制御部２０２は、タッチパネル１５０が座標信号を出力しているかどうかを判定する（ステップＳ８）。利用者によって引き続きトップパネル１２０への操作入力が行われているかどうかを判定するためである。
制御部２０２は、タッチパネル１５０が座標信号を出力していない（Ｓ８：ＮＯ）と判定すると、リセットスイッチ２０１を所定期間だけオンにする（ステップＳ９）。操作が確定されなかった場合でも、次の操作入力に備えて端子２１５の出力電圧を０Ｖにリセットするためである。
なお、制御部２０２は、ステップＳ６において、タッチパネル１５０が座標信号を出力している（Ｓ６：ＹＥＳ）と判定すると、フローをステップＳ２にリターンする。トップパネル１２０を押圧することにより、利用者が操作を確定しようとしているかどうかを判定するためである。
また、制御部２０２は、ステップＳ８において、タッチパネル１５０が座標信号を出力している（Ｓ８：ＹＥＳ）と判定すると、フローをステップＳ２にリターンする。トップパネル１２０を押圧することにより、利用者が操作を確定しようとしているかどうかを判定するためである。
以上の処理は、電子機器１００の電源がオフになるまで繰り返し実行される。
次に、図９を用いて、端子２１５から出力される電圧のシミュレーション結果について説明する。
図９は、圧力センサモジュール２００の端子２１５から出力される電圧のシミュレーション結果を示す図である。ここでは、キャパシタＣ３とＣ４の静電容量がともに１ｎＦ、２ｎＦ、３ｎＦである３つの条件でシミュレーションを行った。また、絶縁抵抗としての抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値はともに３０ＧΩに設定した。
図９では、横軸はシミュレーション開始からの経過時間を示し、経過時間が１秒の時点から６秒の時点までの５秒間にわたって、トップパネル１２０が一定の圧力で押圧される。そして、経過時間が６秒の時点のときにトップパネル１２０への操作入力が行われなくなり、経過時間が１１秒の時点から再び一定の圧力でトップパネル１２０が押圧される。
また、図９の縦軸は、圧力センサモジュール２００の端子２１５から出力される電圧を示す。制御部２０２は、キャパシタＣ３とＣ４の静電容量がともに１ｎＦ、２ｎＦ、３ｎＦである場合に、それぞれ、所定の閾値Ｖｔｈ（１ｎＦ）、Ｖｔｈ（２ｎＦ）、Ｖｔｈ（３ｎＦ）を用い、端子２１５の出力電圧が所定の閾値以上のとき押圧が行われていることを検出する。
図９では、制御部２０２は、圧力センサ１４０によってトップパネル１２０の押圧が検出された後に、経過時間が６秒の時点において、タッチパネル１５０への操作入力が行われなくなると、所定の期間だけリセットスイッチ２０１がオンにされる。
ここでは、リセットスイッチ２０１をオンにする所定の期間は、圧力センサ１４０のキャパシタＣ１Ａの上側の電極（電極１４１）と、キャパシタＣ３Ａの下側の電極（電極１４２）との電位が等しくなるのに十分な時間として、一例として、１マイクロ秒に設定した。
経過時間が１秒の時点から一定の圧力でトップパネル１２０が押圧されると、端子２１５の出力電圧が上昇する。これは、トップパネル１２０が押圧されることにより、感圧材料層１４３に起電力が生じるからである。
経過時間が１秒の時点から６秒の時点までの５秒間にわたってトップパネル１２０が一定の圧力で押圧されると、端子２１５の出力電圧は、いずれも徐々に低下した。これは、絶縁抵抗としての抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２にリーク電流が流れるからである。なお、このような傾向は、キャパシタＣ３とＣ４の静電容量がともに１ｎＦ、２ｎＦ、３ｎＦのいずれの場合においても同様である。
経過時間が６秒のときにトップパネル１２０への操作入力が行われなくなると、端子２１５の出力電圧は急激に低下するが、その直後にリセットスイッチ２０１がオンにされることにより、端子２１５の出力電圧は０Ｖになる。
これは、リセットスイッチ２０１がオンにされると圧力センサ１４０の端子１４４と１４５の電位が等しくなることによって端子２１５の出力電圧が０Ｖになるからである。すなわち、端子２１５の出力電圧は０Ｖにリセットされる。
その後、経過時間が１１秒の時点から再び一定の圧力でトップパネル１２０が押圧されると、経過時間が１秒の時点のときにトップパネル１２０が押圧されたときと同様に、端子２１５の出力電圧が上昇する。
経過時間が１１秒の時点からトップパネル１２０が一定の圧力で押圧されると、端子２１５の出力電圧は、いずれも徐々に低下する。これは、絶縁抵抗としての抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２にリーク電流が流れるからである。なお、このような傾向は、キャパシタＣ３とＣ４の静電容量がともに１ｎＦ、２ｎＦ、３ｎＦのいずれの場合においても同様である。
以上のように、実施の形態の入力装置１００Ａによれば、トップパネル１２０が押圧された後に、操作入力が行われなくなったことがタッチパネル１５０によって検出されると、制御部２０２がリセットスイッチ２０１を所定の期間だけオンにする。そして、これにより端子２１５の出力電圧は０Ｖにリセットされる。
このため、２回目にトップパネル１２０が押圧されるときに、感圧材料層１４３の起電力による電荷が端子１４４と１４５に生じ、１回目の押圧のときと同様に端子２１５の出力電圧が上昇する。従って、２回目にトップパネル１２０が押圧されるときも１回目にトップパネル１２０が押圧されるときと同様に、トップパネル１２０の押圧を正しく検出することができる。これは、３回目以降の押圧においても同様である。
ここで、もし、トップパネル１２０の押圧後に操作入力が行われなくなったときに、リセットスイッチ２０１をオンにしないと、端子２１５の出力電圧が０Ｖにリセットされずに負電圧となる。このため、２回目の押圧が行われたときに、端子２１５の出力電圧が閾値を超えない状態が発生すると、トップパネル１２０の押圧を正しく検出できなくなる。
これに対して、実施の形態の入力装置１００Ａは、トップパネル１２０の押圧後に、操作入力が行われなくなると、リセットスイッチ２０１を所定の期間だけオンにするので、端子２１５の出力電圧は０Ｖにリセットされ、トップパネル１２０の押圧を正しく検出することができる。
ここで、図１０及び図１１を用いて、比較用の入力装置について説明する。
図１０は、比較用の圧力センサモジュール２０の内部の回路を示す図である。図１０に示す比較用の圧力センサモジュール２０は、図７に示す実施の形態の圧力センサモジュール２００から、リセットスイッチ２０１とキャパシタＣ３及びＣ４とを取り除いた構成を有する。その他の構成要素は同様であるため、同様の符号を用い、説明を省略する。
なお、圧力センサモジュール２０は、リセットスイッチ２０１を含まないため、制御部２０２は、端子２１５の出力電圧を閾値と比較し、選択された操作入力を確定する処理（選択確定処理）を行う。
図１１は、圧力センサモジュール２０の端子２１５から出力される電圧のシミュレーション結果を示す図である。ここでは、絶縁抵抗としての抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩ、１０ＧΩ、３０ＧΩである３つの条件でシミュレーションを行った。
図１１では、横軸はシミュレーション開始からの経過時間を示し、経過時間が１秒の時点から６秒の時点までの５秒間にわたって、トップパネル１２０が一定の圧力で押圧される。そして、経過時間が６秒の時点のときにトップパネル１２０への操作入力が行われなくなり、経過時間が１１秒の時点から再び一定の圧力でトップパネル１２０が押圧される。
また、図１１の縦軸は、圧力センサモジュール２０の端子２１５から出力される電圧を示す。制御部２０２は、所定の閾値Ｖｔｈを用い、端子２１５の出力電圧が所定の閾値以上のとき押圧が行われていることを検出する。なお、ここでは、所定の閾値Ｖｔｈを１．５Ｖに設定する。
経過時間が１秒の時点から一定の圧力でトップパネル１２０が押圧されると、端子２１５の出力電圧が上昇する。これは、トップパネル１２０が押圧されることにより、感圧材料層１４３に起電力が生じるからである。
ここで、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩ、１０ＧΩ、３０ＧΩのいずれの場合でも、トップパネル１２０が押圧された瞬間には、端子２１５の出力電圧は約３．０Ｖまで上昇する。これは所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）以上であるため、制御部２０２は、押圧が行われていることを検出する。
経過時間が１秒の時点から６秒の時点までの５秒間にわたってトップパネル１２０が一定の圧力で押圧されると、端子２１５の出力電圧は、いずれも低下した。これは、絶縁抵抗としての抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２にリーク電流が流れるからである。
ここで、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩの場合には端子２１５の出力電圧が急激に低下し、経過時間が約１．３秒の時点で所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
また、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１０ＧΩの場合には、端子２１５の出力電圧は、経過時間が約２．４秒の時点で所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
また、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに３０ＧΩの場合には、端子２１５の出力電圧は、経過時間が約５．２秒の時点で所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
このように、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩ、１０ＧΩ、３０ＧΩいずれの場合でも、利用者が押圧を止める６秒の時点よりも前に、端子２１５の出力電圧は所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
特に、１ＧΩと１０ＧΩの場合には、端子２１５の出力電圧の低下は急激であり、それぞれ、経過時間が約１．３秒、約２．４秒以降は、押圧が行われていても押圧が検出されない状態になっている。
また、３０ＧΩの場合であっても、経過時間が約５．２秒以降は、押圧が行われていても押圧が検出されない状態になっている。
そして、経過時間が６秒の時点でトップパネル１２０への押圧及び操作入力が行われなくなると、端子２１５の出力電圧は急激に低下する。
ここで、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩ、１０ＧΩの場合には、トップパネル１２０への押圧及び操作入力が行われなくなった瞬間に、端子２１５の出力電圧は約−２．８Ｖまで低下する。
また、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに３０ＧΩの場合には、トップパネル１２０への押圧及び操作入力が行われなくなった瞬間に、端子２１５の出力電圧は約−１．８Ｖまで低下する。
これは、経過時間が１秒の時点から６秒の時点までの５秒間にわたってトップパネル１２０が押圧されることにより、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２にリーク電流が流れ続け、キャパシタＣ１Ａの上側の電極（電極１４１）と、キャパシタＣ３Ａの下側の電極（電極１４２）とに蓄積された電荷が引き抜かれたためである。
また、１ＧΩ、１０ＧΩの場合の端子２１５の出力電圧が３０ＧΩの場合の端子２１５の出力電圧よりも低いのは、リーク電流の電流量が多くためである。
経過時間が６秒の時点で端子２１５の出力電圧は急激に低下した後は、１ＧΩの場合は端子２１５の出力電圧は、経過時間が約７秒の時点で０Ｖに復帰する。
また、１０ＧΩ、３０ＧΩの場合には端子２１５の出力電圧は徐々に上昇するが、経過時間が１１秒の時点でも０Ｖまで復帰しておらず、それぞれ、約−０．３Ｖ、約−０．８Ｖである。
その後、経過時間が１１秒の時点から再び一定の圧力でトップパネル１２０が押圧されると、端子２１５の出力電圧が上昇する。
抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩの場合には、トップパネル１２０が押圧された瞬間には、端子２１５の出力電圧は約２．８Ｖまで上昇する。
また、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１０ＧΩ、３０ＧΩの場合には、トップパネル１２０が押圧された瞬間には、端子２１５の出力電圧は、それぞれ、約２．６Ｖ、約２．２Ｖまで上昇する。
経過時間が１１秒の時点からトップパネル１２０が一定の圧力で押圧されると、端子２１５の出力電圧は、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２にリーク電流の影響によっていずれも徐々に低下する。
しかし、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩの場合には端子２１５の出力電圧が急激に低下し、経過時間が約１１．３秒の時点で所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
また、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１０ＧΩの場合には、端子２１５の出力電圧は、経過時間が約１２．２秒の時点で所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
また、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに３０ＧΩの場合には、端子２１５の出力電圧は、経過時間が約１３．５秒の時点で所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
このように、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２がともに１ＧΩ、１０ＧΩ、３０ＧΩいずれの場合でも、利用者が押圧を行っている間に、端子２１５の出力電圧は所定の閾値Ｖｔｈ（１．５Ｖ）未満になっている。
特に、１ＧΩと１０ＧΩの場合には、端子２１５の出力電圧の低下は急激であり、それぞれ、経過時間が約１１．３秒、約１２．２秒以降は、押圧が行われていても押圧が検出されない状態になっている。
また、３０ＧΩの場合であっても、経過時間が約１３．５秒以降は、押圧が行われていても押圧が検出されない状態になっている。
以上のシミュレーション結果は、利用者が押圧を数秒間以上の比較的長い時間にわたって行った場合に、押圧を開始した直後は制御部２０２が押圧を検出できるが、それ以降は押圧を検出できないことを意味する。
従って、比較用の圧力センサモジュール２０では、利用者によるトップパネル１２０の押圧を正確に検出することができない。
利用者が押圧を比較的長い時間にわたって行った場合に、抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２にリーク電流が流れ続け、キャパシタＣ１Ａの上側の電極（電極１４１）と、キャパシタＣ３Ａの下側の電極（電極１４２）とに蓄積された電荷が引き抜かれる。この結果、次の押圧が行われるまでに、キャパシタＣ１Ａの上側の電極（電極１４１）と、キャパシタＣ３Ａの下側の電極（電極１４２）との電位が負電位に保持されるため、再び押圧が行われた場合に、押圧を正確に検出することができなくなる。
これに対して、図７に示す圧力センサモジュール２００を含む実施の形態の入力装置１００Ａ（図４参照）では、トップパネル１２０が押圧された後に、操作入力が行われなくなったことがタッチパネル１５０によって検出されると、制御部２０２がリセットスイッチ２０１を所定の期間だけオンにして、端子２１５の出力電圧を０Ｖにリセットする。
従って、実施の形態の入力装置１００Ａは、例えば数秒間のように比較的長い時間にわたってトップパネル１２０が押圧されて押圧及び操作入力が行われなくなった後に、再び押圧が行われても、トップパネル１２０の押圧を正しく検出することができる。
このため、実施の形態によれば、操作入力による押圧を正確に検出できる入力装置１００Ａを提供することができる。
なお、以上では、圧力センサモジュール２００が制御部２０２を有し、制御部２０２がリセットスイッチ２０１を駆動する形態について説明したが、ＣＰＵ１８１がリセットスイッチ２０１を駆動する構成であってもよい。この場合には、圧力センサモジュール２００は、制御部２０２を含まなくてよい。
また、以上では、圧力センサ１４０によってトップパネル１２０の押圧が検出され、押圧が行われなくなった後に、さらにタッチパネル１５０への操作入力が行われなったときに、所定の期間だけリセットスイッチ２０１をオンにする形態について説明した。しかしながら、タッチパネル１５０への操作入力が行われなくなることの代わりに、圧力センサ１４０によって非押圧状態が検出されることをリセットスイッチ２０１のオンの条件にしてもよい。
すなわち、圧力センサ１４０によってトップパネル１２０の押圧が検出された後に、圧力センサ１４０によって非押圧状態が検出されるようになると、所定の期間だけオンにしてもよい。これは、図８のフローチャートでは、ステップＳ５で圧力センサ１４０の出力が閾値以上ではない（Ｓ５：ＮＯ）と判定した場合にリセットスイッチ２０１を所定期間だけオンにするようにすることに対応する。
なお、圧力センサ１４０で非押圧状態を検出するには、例えば、圧力センサ１４０の出力電圧が非押圧状態に対応する所定の電圧以下になった場合に、圧力センサ１４０による非押圧状態の検出が行われるようにすればよい。この所定の電圧は、圧力センサ１４０で押圧を検出する際の所定の閾値と同じであってもよく、所定の閾値よりも低い電圧であってもよい。
また、以上では、圧力センサ１４０の端子１４４と１４５との間にリセットスイッチ２０１を接続する形態について説明した。
しかしながら、リセットスイッチ２０１の代わりに、図１２に示すように、圧力センサ１４０の端子１４４と１４５をそれぞれ接地電位点に接続するリセットスイッチ２０１Ａ、２０１Ｂを用いてもよい。
また、以上では、圧力センサ１４０を両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂの間に設ける形態について説明した。しかしながら、圧力センサ１４０は、トップパネル１２０への操作入寮による押圧を検出できればよいため、必ずしも両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂの間に設ける必要はない。例えば、平面視で両面テープ１３０Ａ、１３０Ｂの内側又は外側に矩形環状の圧力センサ１４０を設けてもよい。また、例えば、平面視でトップパネル１２０の四隅に、あるいは、四辺に沿って、複数の圧力センサ１４０を設けてもよい。
また、以上では、キャパシタＣ３とＣ４を圧力センサ１４０の端子１４４、１４５にそれぞれ接続する形態について説明したが、キャパシタＣ３とＣ４のいずれか一方のみが接続される構成であってもよい。
図１２は、実施の形態の変形例による入力装置の圧力センサモジュール２００Ａの内部の回路を示す図である。
圧力センサモジュール２００Ａは、図７に示すリセットスイッチ２０１の代わりに、リセットスイッチ２０１Ａ、２０１Ｂを用いる。リセットスイッチ２０１Ａ、２０１Ｂは、それぞれ、一端が圧力センサ１４０の端子１４４、１４５に接続され、他端が接地されている。リセットスイッチ２０１Ａ、２０１Ｂは、それぞれ、第１スイッチ、第２スイッチの一例である。
このようなリセットスイッチ２０１Ａ、２０１Ｂを用いても、図７に示すリセットスイッチ２０１を用いる場合と同様に、リセットスイッチ２０１Ａ、２０１Ｂがオンにされると圧力センサ１４０の端子１４４と１４５の電位がともに接地電位で等しくなる。
これによって端子２１５の出力電圧が０Ｖになり、端子２１５の出力電圧は０Ｖにリセットされる。
従って、実施の形態の変形例によれば、操作入力による押圧を正確に検出できる入力装置を提供することができる。
以上、本発明の例示的な実施の形態の入力装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
１００ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ トップパネル
１３０Ａ、１３０Ｂ 両面テープ
１４０ 圧力センサ
１４１、１４２ 電極
１４３ 感圧材料層
１４３Ａ エレクトレット材料
１５０ タッチパネル
１６０ ディスプレイパネル
１７０ 基板
２００ 圧力センサモジュール
２０１ リセットスイッチ
２０２ 制御部

Claims (7)

  1. タッチパネルと、
    前記タッチパネルへの操作入力による操作面への押圧に応じた電圧を出力する一対の端子を有する圧力センサと、
    前記圧力センサの一対の端子に接続され、オンにされると前記一対の端子間の電位を等しくするスイッチと、
    前記圧力センサの出力に基づいて前記操作面への押圧を検出した後に、前記タッチパネルへの操作入力がなくなると、又は、前記圧力センサの出力が非押圧を表す所定レベル以下になると、前記スイッチをオンにする、制御部と
    を含む、入力装置。
  2. 前記スイッチは、前記圧力センサの一対の端子間に接続される、請求項１記載の入力装置。
  3. 前記スイッチは、前記圧力センサの一対の端子の一方と基準電位点との間に接続される第１スイッチと、前記圧力センサの一対の端子の他方と前記基準電位点との間に接続される第２スイッチとを有する、請求項１記載の入力装置。
  4. 前記圧力センサの一対の端子のうちの少なくとも一方と基準電位点との間に接続されるキャパシタをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか一項記載の入力装置。
  5. 前記制御部は、所定の短期間にわたって前記スイッチをオンにする、請求項１乃至４のいずれか一項記載の入力装置。
  6. 前記制御部は、前記圧力センサ及び前記スイッチを含む圧力センサモジュールに含まれる、請求項１乃至５のいずれか一項記載の入力装置。
  7. 前記制御部は、前記圧力センサ及び前記スイッチを含む圧力センサモジュールの外部に設けられる演算処理装置に含まれる、請求項１乃至５のいずれか一項記載の入力装置。
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