JP6514945B2 - 圧力分布センサ、入力装置、電子機器、センサチップ - Google Patents

Description

本発明は、圧力分布センサ、これを用いた入力装置及び電子機器、並びに、これに用いられるセンサチップに関する。

従来の方向入力装置（十字キーやアナログスティックなど）では、複数の操作方向（例えば上下左右の４方向）毎に圧力を検出するための圧力センサを用意しておき、各々のセンサ出力に応じてユーザの入力操作を検出していた。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。

特開平７−２６１９２６号公報

しかしながら、従来の方向入力装置では、複数の圧力センサが必要となるので、装置の小型化やコストダウンが難しく、また、圧力センサ相互間のキャリブレーションなども必要となっていた。

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記の問題点に鑑み、複数の圧力センサを要することなく圧力分布を正しく検出することのできる圧力分布センサ、これを用いた入力装置及び電子機器、並びに、これに用いられるセンサチップを提供することを目的とする。

本明細書中に開示されている圧力分布センサは、その上面が４角形状のパッケージ内にｍ個（ただしｍは４以上の整数）の感圧素子を封止して成るセンサＩＣと、その上面がｎ角形状（ただしｎは４よりも大きい整数）または円形状であって前記センサＩＣの上面及び側面に密着するように前記センサＩＣに被せられるキャップ部材と、を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る圧力分布センサにおいて、前記ｍ及び前記ｎは、それぞれ、８以上の４の倍数である構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第１または第２の構成から成る圧力分布センサにおいて、前記キャップ部材は、そのｎ頂点のうち４頂点が前記センサＩＣの対角同士を結ぶ直線上に位置するように前記センサＩＣに被せられている構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成る圧力分布センサは、前記４頂点が上下左右方向と各々対応するようにプリント配線基板上に搭載される構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記ｍ個の感圧素子は、単一のセンサチップに集積化されている構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第５の構成から成る圧力分布センサにおいて、前記ｍ個の感圧素子は、いずれも同一形状に形成されている構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第５または第６の構成から成る圧力分布センサにおいて、前記ｍ個の感圧素子は、そのうち４個が前記センサチップの中心点と前記センサチップの４頂点とを結ぶ線分上に位置するように、前記センサチップ上で環状に配置されている構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第７いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記ｍ個の感圧素子は、前記センサチップ上で各々の長手方向を前記センサチップの中心に向けた放射状に形成されている構成（第８の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第８いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記センサチップは、各感圧素子相互間の接続ノードを各々チップ外部に引き出すための複数のパッドを有する構成（第９の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第８いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記センサチップは、各感圧素子毎の両端ノードを各々チップ外部に引き出すための複数のパッドを有する構成（第１０の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている入力装置は、筐体と、前記筐体に支持されるプリント配線基板と、前記プリント配線基板上に搭載される上記第１〜第１０いずれかの構成から成る圧力分布センサと、ユーザの方向入力操作に応じた向きへ傾斜するように前記圧力分布センサの上面上に載置された板状部材を有する構成（第１１の構成）とされている。

なお、上記第１１の構成から成る入力装置において、前記板状部材は、その上面が前記圧力分布センサの上面を相似拡大した形状である構成（第１２の構成）にするとよい。

また、上記第１１または第１２の構成から成る入力装置において、前記板状部材は、その外縁端部が前記筐体または前記プリント配線基板若しくは当接部材と接触することによりその傾斜量が制限されている構成（第１３の構成）にするとよい。

また、上記第１１〜第１３いずれかの構成から成る入力装置は、前記圧力分布センサを被覆するとともに前記板状部材を担持する弾性部材をさらに有する構成（第１４の構成）にするとよい。

また、上記第１１〜第１４いずれかの構成から成る入力装置において、前記筐体は、前記プリント配線基板を前記圧力分布センサの搭載位置背面側で一点支持する突起部を備えている構成（第１５の構成）にするとよい。

また、上記第１１〜第１５いずれかの構成から成る入力装置は、前記ｍ個の感圧素子を４つの感圧素子群に分割してブリッジ回路を形成するように前記センサチップのパッド接続状態を切り替えるパッド切替部と、前記ブリッジ回路の出力を検出する出力検出部と、前記出力検出部の検出結果を受けてユーザの入力操作を判別するロジック部と、を有する構成（第１６の構成）にするとよい。

また、上記第１６の構成から成る入力装置において、前記感圧素子群は、圧力未印加時における合算抵抗値が各々同値となるように設計されている構成（第１７の構成）にするとよい。

また、上記第１６または第１７の構成から成る入力装置において、前記パッド切替部は前記感圧素子群の分割パターンを順次切り替える構成（第１８の構成）にするとよい。

また、上記第１８の構成から成る入力装置において、前記パッド切替部は、前記感圧素子群の分割パターン毎に、前記ブリッジ回路の第１出力端と第２出力端とを相互に反転させる構成（第１９の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第１１〜第１９いずれかの構成から成る入力装置を有する構成（第２０の構成）とされている。

また、本明細書中に開示されている圧力分布センサは、その上面が４角形状のパッケージに加わる圧力の分布を検出するセンサＩＣと、その上面がｎ角形状（ただしｎは８よりも大きい４の倍数）であって前記センサＩＣの上面及び側面に密着するように前記センサＩＣに被せられるキャップ部材と、を有し、前記キャップ部材は、ｎ頂点のうち４頂点が前記センサＩＣの対角同士を結ぶ直線上に位置するように前記センサＩＣに被せられている構成（第２１の構成）とされている。

また、本明細書中に開示されている入力装置は、ｍ個（ただしｍは８以上の４の倍数）の感圧素子を備えた圧力分布センサと、前記ｍ個の感圧素子を４つの感圧素子群に分割してブリッジ回路を形成するように前記センサチップのパッド接続状態を切り替えるパッド切替部と、前記ブリッジ回路の出力を検出する出力検出部と、前記出力検出部の検出結果を受けてユーザの入力操作を判別するロジック部と、を有する構成（第２２の構成）とされている。

また、本明細書中に開示されているセンサチップは、複数の感圧素子を集積化して成る正方形状であって、前記センサチップの中心点と４頂点とを結ぶ線分上に配置された感圧素子は、その他の位置に配置された感圧素子よりも、前記中心点の近くに設けられている構成（第２３の構成）とされている。

また、上記第５〜第８いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記ｍ個の感圧素子は、前記センサチップの中心点を中心として概ね均等な間隔で環状に設けられている構成（第２４の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第８いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記センサＩＣは、パッケージの上面が正方形状であり、前記パッケージの４頂点は、前記センサチップの中心点と前記センサチップの４頂点とを結ぶ線分の延長線上に位置している構成（第２５の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第８いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記キャップ部材は、その上面がｎ角形状であり、前記キャップ部材のｎ頂点のうち４頂点は、前記センサチップの中心点と前記センサチップの４頂点とを結ぶ線分の延長線上に位置している構成（第２６の構成）にするとよい。

また、上記第５〜第８いずれかの構成から成る圧力分布センサにおいて、前記キャップ部材は、その上面がｍ角形状であり、前記キャップ部材のｍ頂点は、前記センサチップの中心点と前記ｍ個の感圧素子とを各々結ぶ線分の延長線上に位置している構成（第２７の構成）にするとよい。

また、上記第１１の構成から成る入力装置において、前記板状部材は、その上面がｎ角形状またはそれよりも多角形状である構成（第２８の構成）にするとよい。

また、上記第１１の構成から成る入力装置において、前記圧力分布センサと前記板状部材は、各々の上面がいずれもｎ角形状であり、かつ、前記圧力分布センサの頂点と前記板状部材の頂点は、上面視において、それぞれ３６０／２ｎ度ずつずれた方向に向けられている構成（第２９の構成）にするとよい。

また、上記第１１の構成から成る入力装置において、前記圧力分布センサの上面はｎ角形状であり、前記板状部材の上面は円形状である構成（第３０の構成）にするとよい。

また、上記第１１の構成から成る入力装置において、前記板状部材は、前記圧力分布センサと対向する面に凹部を備える構成（第３１の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている入力装置は、パッケージ上面に加わる圧力の分布を検出するセンサＩＣと、前記センサＩＣのパッケージ上面においてユーザの方向入力操作に応じた圧力の分布を生じさせる付勢部材と、を有し、前記付勢部材は、各々の先端が前記センサＩＣのパッケージ上面に対向する複数の板バネ部と、前記センサＩＣを中心として各板バネ部が放射状に並ぶように各々の根元端を環状に連結する連結部と、を含む構成（第３２の構成）とされている。

なお、上記第３２の構成から成る入力装置において、前記連結部は、前記センサＩＣと共にプリント配線基板に固着されている構成（第３３の構成）にするとよい。

また、上記第３２または第３３の構成から成る入力装置において、前記複数の板バネ部は、各々の先端が前記センサＩＣのパッケージ上面に向けて屈曲されている構成（第３４の構成）にするとよい。

また、上記第３２〜第３４いずれかの構成から成る入力装置において、前記複数の板バネ部は、それぞれ、先端ほど幅狭となる台形状とされている構成（第３５の構成）にするとよい。

また、上記第３２〜第３５いずれかの構成から成る入力装置は、ユーザの方向入力操作を受けて前記複数の板バネ部を撓ませる柱状部材をさらに有する構成（第３６の構成）にするとよい。

本明細書中に開示されている発明によれば、複数の圧力センサを要することなく圧力分布を正しく検出することのできる圧力分布センサ、これを用いた入力装置及び電子機器、並びに、これに用いられるセンサチップを提供することが可能となる。

電子機器Ｘの一構成例を示す外観図 圧力分布センサ１の第１実施形態を示す模式図 圧力分布センサ１の第２実施形態を示す模式図 方向入力装置Ｘ１の第１実施例を示す縦断面図 キャップ部材１２及び板状部材１３０の一形状例を示す上面図 方向入力装置Ｘ１の第２実施例を示す縦断面図 方向入力装置Ｘ１の第３実施例を示す縦断面図 センサチップ１０と演算処理チップ２０の一構成例を示すブロック図 パッド切替制御の第１例を示すテーブル パッド切替制御の第２例を示すテーブル 出力検出手法の一変形例を示す模式図 センサチップ１０の一変形例を示す模式図 キャップ部材１２を要しないセンサチップ１０の一構成例を示す模式図 板状部材１３０の一変形例を示す縦断面図 付勢部材１６０の一適用例を示す図 付勢部材１６０への圧力伝達に適した柱状部材１４０の断面形状を示す図

＜電子機器＞
図１は、電子機器Ｘの一構成例を示す外観図である。本構成例の電子機器Ｘは、ゲーム機器としてユーザに供されるものであり、方向入力装置Ｘ１と、ボタンＸ２と、表示画面Ｘ３と、を有する。なお、電子機器Ｘには、上記の構成要素以外にも、不図示のマイク、スピーカ、及び、カメラなどを適宜搭載することが可能である。

方向入力装置Ｘ１は、表示画面Ｘ３に表示されるキャラクターやカーソルなどを任意の方向に移動させるためのユーザインタフェイス（十字キーやアナログスティックなど）である。例えば、方向入力装置Ｘ１は、ユーザの左手親指によって任意の操作方向（上方向Ｕ、下方向Ｄ、左方向Ｌ、右方向Ｒ、左上方向ＵＬ、左下方向ＤＬ、右上方向ＵＲ、右下方向ＤＲなど）に押下される。

方向入力装置Ｘ１の中央部には、方向入力装置Ｘ１に与えられる圧力分布を検知するための手段として、単一の圧力分布センサ１が搭載されている。方向入力装置Ｘ１では、圧力分布センサ１のセンサ出力に基づいて、方向入力装置Ｘ１の操作状態（上下左右いずれかの方向に押下されている状態、中央部が真下に押下されている状態、或いは、全く押下されていない状態、さらには、押下の度合い（強度）など）を判別することができる。

このように、本構成例の方向入力装置Ｘ１であれば、複数の操作方向毎に圧力センサを設ける必要がなくなる。従って、装置の小型化やコストダウンが容易となり、また、圧力センサ相互間のキャリブレーションなども不要となる。また、圧力分布センサ１に集積化された複数の感圧素子（詳細は後述）は、いずれも近い特性を示す。従って、各感圧素子相互間のキャリブレーションも容易となる。なお、圧力分布センサ１の構成や圧力分布センサ１への圧力伝達機構については、後ほど詳述する。

ボタンＸ２は、表示画面Ｘ３に表示されるキャラクターに任意のアクションを行わせたり、カーソル選択項目の決定やキャンセルなどを行ったりするためのユーザインタフェイスである。例えば、ボタンＸ２は、ユーザの右手親指によって押下される。

表示画面Ｘ３は、キャラクターやカーソルなどを表示するためのユーザインタフェイスである。なお、表示画面Ｘ３には、ユーザのタップ操作やフリック操作などを受け付けるタッチパネルを実装することが可能である。

＜圧力分布センサ＞
図２は圧力分布センサ１の第１実施形態を示す模式図（ａ欄は上面図、ｂ欄は側面図）である。なお、本図中の破線は、圧力分布センサ１の上面ないし側面から直接的に観察することのできない内部構造を透過的に描写したものである。本図で示したように、本実施形態の圧力分布センサ１は、センサＩＣ１１とキャップ部材１２とを有する。

センサＩＣ１１は、センサチップ１０を樹脂封止して成る半導体集積回路装置である。センサチップ１０には、方向入力装置Ｘ１に与えられる全方位的な圧力分布を検知する手段として、ｍ個の感圧素子Ｒ＊（ただし＊＝１、２、…、ｍ）が集積化されている。ｍは４以上の整数であればよく、特に、ｍは８以上の４の倍数（８、１２、１６、…）であることが望ましい。本図の例ではｍ＝８に設計されている。なお、感圧素子Ｒ＊としては、受ける応力に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗などを用いればよい。

センサチップ１０は、半導体ウェハから４角形状（本図の例では正方形状）に切り出される。このような４角形状のセンサチップ１０では、その４頂点に応力が集中しやすい。これに鑑み、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、そのうち４個（本図の例では、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、及び、Ｒ８）がセンサチップ１０の中心点Ｏ（本明細書中では、説明の便宜上、センサチップ１０の上面視における対角線同士の交点を「中心点Ｏ」と称する）とセンサチップ１０の４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８）とを結ぶ線分上に位置するようにセンサチップ１０上で環状に配置されている。なお、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８を用いたブリッジ回路の形成動作や検出動作については、後ほど詳述する。

ところで、上記のセンサＩＣ１１で全方位的な圧力分布を正しく検出するためには、センサＩＣ１１のパッケージ上面がｎ角形状（ただしｎは４よりも大きい整数）または円形状に形成されていることが望ましい。しかしながら、センサチップ１０が４角形状である以上、これを樹脂封止して成るセンサＩＣ１０のパッケージ上面を４角形状以外に形成することは、歩留まり等の面で不利であり現実的でない。

そこで、第１実施形態の圧力分布センサ１は、その上面を任意形状とするための手段として、センサＩＣ１１にキャップ部材１２を被せた構成とされている。より具体的に述べると、キャップ部材１２は、その上面がｎ角形状（本図の例では正８角形状）であり、センサＩＣ１１の上面及び側面に密着するようにセンサＩＣ１１に被せられている。

なお、キャップ部材１２は、その８頂点（ｃ１〜ｃ８）のうち４頂点（ｃ２、ｃ４、ｃ６、ｃ８）がセンサＩＣ１１の対角同士を結ぶ直線上に位置するように、センサＩＣ１１に被せられている。すなわち、キャップ部材１２は、その４頂点（ｃ２、ｃ４、ｃ６、ｃ８）がセンサＩＣ１１の４頂点（ｂ２、ｂ４、ｂ６、ｂ８）（延いては、センサチップ１０の４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８））と対応付けられるように、センサＩＣ１１に被せられている。

このような構成とすることにより、キャップ部材１２の応力集中位置とセンサＩＣ１１の応力集中位置（延いてはセンサチップ１０の応力集中位置）とを合わせ込むことができるので、全方位的な圧力分布を正しく検出することが可能となる。

また、圧力分布センサ１は、キャップ部材１２の４頂点（ｃ２、ｃ４、ｃ６、ｃ８）が上下左右方向（上方向Ｕ、左方向Ｌ、下方向Ｄ、右方向Ｒ）と各々対応するように、プリント配線基板上に搭載されている。すなわち、センサチップ１０の頂点ａ２、センサＩＣ１１の頂点ｂ２、及び、キャップ部材１２の頂点ｃ２は、それぞれ上方向Ｕに対応付けられている。センサチップ１０の頂点ａ４、センサＩＣ１１の頂点ｂ４、及び、キャップ部材１２の頂点ｃ４は、それぞれ左方向Ｌに対応付けられている。センサチップ１０の頂点ａ６、センサＩＣ１１の頂点ｂ６、及び、キャップ部材１２の頂点ｃ６は、それぞれ下方向Ｄに対応付けられている。センサチップ１０の頂点ａ８、センサＩＣ１１の頂点ｂ８、及び、キャップ部材１２の頂点ｃ８は、それぞれ右方向Ｒに対応付けられている。

このような構成とすることにより、検出対象となる全方位的な圧力分布のうち、特に、主方向となる上下左右方向の圧力分布について、正しく検出することが可能となる。

図３は圧力分布センサ１の第２実施形態を示す模式図（ａ欄は上面図、ｂ欄は側面図）である。本実施形態の圧力分布センサ１は、基本的に先の第１実施形態（図２）と同様であるが、キャップ部材１２の上面形状が正ｎ角形状ではなく円形状とされている。

本実施形態の圧力分布センサ１であれば、先の第１実施形態（図２）と異なり、センサＩＣ１１の頂点位置とキャップ部材１２の頂点位置とを合わせ込んだり、キャップ部材１２の頂点位置を上下左右方向と対応付けたりする必要がなくなる。

ただし、センサＩＣ１１の４頂点（ｂ２、ｂ４、ｂ６、ｂ８）（延いては、センサチップ１０の４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８））については、先の第１実施形態（図２）と同じく、上下左右方向（上方向Ｕ、左方向Ｌ、下方向Ｄ、右方向Ｒ）と各々対応するように、圧力分布センサ１をプリント配線基板上に搭載することが望ましい。

＜高感度化についての補足＞
圧力分布センサ１の高感度化について補足する。センサチップ１０の内部において、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、センサチップ１０の中心点Ｏを中心として概ね均等な間隔で環状に設けることが望ましい。また、正方形状に切り出されるセンサチップ１０では、中心点Ｏから一番距離の遠い４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８）が最も曲げ圧力／歪みを強く受ける点（高感度点）となる。そのため、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８については、そのうち４個（Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、及び、Ｒ８）を、センサチップ１０の中心点Ｏと４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８）とを結ぶ４本の線分上に各々配置しておくことが望ましい。また、その上面が正方形状（面取り加工されたものを含む）とされたセンサＩＣ１１についても、その４頂点（ｂ２、ｂ４、ｂ６、ｂ８）を上記線分の延長線上に各々位置しておくことが望ましい。さらに、上面ｎ角形状のキャップ部材１２についても、ｎ頂点のうち４頂点（例えばｃ２、ｃ４、ｃ６、ｃ８）を上記線分の延長線上に各々位置しておくことが望ましい。

また、センサチップ１０に８つの感圧素子Ｒ１〜Ｒ８が集積化されている場合、４つの感圧素子（Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８）を上記４本の線分上に各々配置し、残り４つの感圧素子（Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７）を各線分間に挟まれた領域に各々配置することになる。このとき、キャップ部材１２の上面が感圧素子Ｒ１〜Ｒ８の個数に合わせて８角形状とされている場合には、センサチップ１０の中心点Ｏと感圧素子Ｒ１〜Ｒ８とを結ぶ線分の延長線上にキャップ部材１２の８頂点（ｃ１〜ｃ８）を各々位置しておくことが望ましい。

＜方向入力装置＞
図４は、方向入力装置Ｘ１の第１実施例を示す縦断面図である。（ａ）欄は方向入力装置Ｘ１に何ら入力操作が行われていない状態、（ｂ）欄は方向入力装置Ｘ１に紙面右方向の入力操作が行われている状態、（ｃ）欄は方向入力装置Ｘ１に紙面左方向の入力操作が行われている状態を各々示している。

本図で示したように、本実施例の方向入力装置Ｘ１は、先に説明した圧力分布センサ１のほかに、筐体１１０と、プリント配線基板１２０と、板状部材１３０と、柱状部材１４０と、を有する。

筐体１１０は、方向入力装置Ｘ１を担持するための剛性部材であり、電子機器Ｘ（図１を参照）の筐体がこれに相当する。なお、筐体１１０の内面には、プリント配線基板１２０を支持するための支持部１１０ａや、板状部材１３０の水平ずれを制限するための壁部１１０ｂなどが形成されている。

プリント配線基板１２０は、筐体１１０の支持部１１０ａによって支持されており、その表面上に圧力分布センサ１が搭載されている。

板状部材１３０は、ユーザの方向入力操作に応じた向きへ傾斜するように圧力分布センサ１の上面上に載置されている。従って、圧力分布センサ１には、板状部材１３０の傾斜に応じた圧力分布が生じることから、そのセンサ出力を検出することにより、方向入力装置Ｘ１の操作状態（上下左右いずれかの方向に押下されている状態、中央部が真下に押下されている状態、或いは、全く押下されていない状態など）を判別することができる。

なお、板状部材１３０は、その外縁端部が筐体１１０またはプリント配線基板１２０と接触することにより、その傾斜量が制限されている（本図の（ｂ）欄または（ｃ）欄を参照）。若しくは、筐体１１０の天面やプリント配線基板１２０と平行（またはほぼ平行）に設置された樹脂製等の当接部材（図示せず）により、板状部材１３０の傾斜量を制限してもよい。このような当接部材を用いれば、筐体１１０やプリント配線基板１２０と板状部材１３０との直接的な接触を防止することができるので、方向入力装置Ｘ１（延いては電子機器Ｘ）の耐久性を向上させることが可能となる。また、板状部材１３０は、筐体１１０の内面に設けられた壁部１１０ｂにより、その水平ずれが制限されている。

図５は、キャップ部材１２及び板状部材１３０の一形状例（両者の組み合わせを含む）を示す上面図である。なお、本図中の破線は、板状部材１３０の上面から直接的に観察することのできない下部構造を透過的に描写したものである。

（ａ）欄において、板状部材１３０の上面形状は、圧力分布センサ１の上面（延いてはキャップ部材１２の上面）を相似拡大した形状とされており、キャップ部材１２と板状部材１３０の各頂点は、それぞれ同じ方向を向けられている。

このような組み合わせの場合、例えば、方向入力装置Ｘ１を右方向Ｒへ押下したときの第１状態では、板状部材１３０の頂点ｄ８がプリント配線基板１２０に当接し、キャップ部材１２の頂点ｃ８に対して最も大きな圧力が加わる。また、方向入力装置Ｘ１を右上方向ＵＲへ押下したときの第２状態には、板状部材１３０の頂点ｄ１がプリント配線基板１２０に当接し、キャップ部材１２の頂点ｃ１に対して最も大きな圧力が加わる。

次に、上記の第１状態から第２状態へと方向入力装置Ｘ１の押下状態が徐々に遷移していく場合、すなわち、方向入力装置Ｘ１を押下する指先が右方向Ｒから右上方向ＵＲに向かってゆっくりとリニアに移動されていく場合について考える。この場合、まず、板状部材１３０の頂点ｄ８がプリント配線基板１２０に当接した後、頂点ｄ８と頂点ｄ１とを結ぶ辺がプリント配線基板１２０に当接するまでの間、頂点ｄ８とプリント配線基板１２０との当接状態が維持される。その後、頂点ｄ８と頂点ｄ１とを結ぶ辺がプリント配線基板１２０に当接する瞬間を迎えて、さらにその直後から、頂点ｄ１がプリント配線基板１２０と当接する状態に至る。このとき、キャップ部材１２（ないしはセンサＩＣ１１）における右方向Ｒの微小変形分と、プリント配線基板１２０における右方向Ｒの微小撓み分とが徐々に開放されて、キャップ部材１２に加わる圧力が右方向ＵＲへと移行していく。

また、（ｂ）欄では、それぞれ正８角形状のキャップ部材１２と板状部材１３０の各頂点がそれぞれ２２．５度ずつ（双方を正ｎ角形状として一般化すると３６０／２ｎ度ずつ）ずれた方向に向けられている。

このような組み合わせの場合、例えば、方向入力装置Ｘ１を右方向Ｒへ押下したときには、板状部材１３０の頂点ｄ７と頂点ｄ８とを結ぶ辺がプリント配線基板１２０と当接することになる。従って、（ａ）欄の構造と比べて、右方向Ｒへの押下を安定に行うことが可能となる。また、頂点ｄ８のみがプリント配線基板１２０に当接する状態と比べて、キャップ部材１２（ないしはセンサＩＣ１１）により強く圧力を加えることが可能となる。

さらに、方向入力装置Ｘ１を押下する指先が右方向Ｒから右上方向ＵＲに向かって移動されていく際には、板状部材１３０の頂点ｄ８がプリント配線基板１２０に瞬間的に当接する状態を経た上で、頂点ｄ８と頂点ｄ１との間を結ぶ辺がプリント配線基板１２０に当接する状態に至る。従って、キャップ部材１２（ないしはセンサＩＣ１１）に加わる圧力は、頂点ｄ８がプリント配線基板１２０と当接するタイミングで一旦低下する。

上記を鑑みると、（ｂ）欄の組み合わせは、主方向に挟まれた中間方向（例えば右方向Ｒと右上方向ＵＲとの間に挟まれた方向）の入力操作よりも、主方向の入力操作を重視する場合に好適であると言える。

また、（ｃ）欄では、キャップ部材１２及び板状部材１３０の上面形状をいずれも円形状とした例が描写されている。このような組み合わせであれば、（ａ）欄や（ｂ）欄と異なり、キャップ部材１２と板状部材１３０との相対関係（頂点位置の合わせ込み）を考慮する必要がなくなるので、取り扱いが容易となる。

また、（ｄ）欄では、キャップ部材１２の上面が円形状で、板状部材１３０の上面が多角形状（ここでは正８角形状）とされている。このような組み合わせであれば、入力操作のクリック感を明確化することができる。

なお、（ａ）欄〜（ｄ）欄は、あくまで、キャップ部材１２と板状部材１３０との組み合わせ例を挙げたものであり、上記以外にも様々な組み合わせ（正８角形＋正１６角形、正８角形＋円形など）が可能であり、各々の組み合わせに応じた操作感が得られる。このように、キャップ部材１２と板状部材１３０とを任意に組み合わせることにより、板状部材１３０から圧力分布センサ１への圧力伝達を適切に行うことが可能となる。

図４に戻って説明を続ける。柱状部材１４０は、ユーザの指先で上下左右に傾けられる部材であり、筐体１１０から一部が露出する形で板状部材１３０に取り付けられている。従って、例えば、柱状部材１４０が紙面右方向に傾けられたときには、板状部材１３０も紙面右方向に傾けられ、柱状部材１４０が紙面左方向に傾けられたときには、板状部材１３０も紙面左方向に傾けられる。

圧力分布センサ１は、極めて小型（数ｍｍ角）に製造することが可能であることから、これをユーザが指先で直接的に操作することは難しい。一方、ユーザの入力操作を受け付けやすいように、圧力分布センサ１（チップサイズ）を単純に大型化してしまうと、歩留まりの低下やコストの上昇を招いてしまう。

そこで、本実施例の方向入力装置Ｘ１には、圧力分布センサ１上でユーザの入力操作に応じた圧力分布を生じさせるための圧力伝達機構（板状部材１３０や柱状部材１４０）が設けられている。このような構成とすることにより、圧力分布センサ１の不要な大型化を招かずに、ユーザの入力操作を圧力分布センサ１で受け付けることが可能となる。

図６は、方向入力装置Ｘ１の第２実施例を示す縦断面図である。なお、先出の図４と同じく、（ａ）欄は方向入力装置Ｘ１に何ら入力操作が行われていない状態、（ｂ）欄は方向入力装置Ｘ１に紙面右方向の入力操作が行われている状態、（ｃ）欄は方向入力装置Ｘ１に紙面左方向の入力操作が行われている状態を各々示している。

本実施例の方向入力装置Ｘ１は、基本的に先の第１実施例（図４）と同様であるが、圧力分布センサ１を被覆するとともに板状部材１３０を担持する弾性部材１５０をさらに有している。弾性部材１５０の素材としては、例えばシリコンゴムを好適に用いることができる。なお、板状部材１３０は、弾性部材１５０の上面で水平方向にずれないように、その外縁端部１３０に曲げ加工を施してキャップ状に形成しておくことが望ましい。また、圧力分布センサ１の上面と板状部材１３０との間に挟まる弾性部材１５０の厚さをｔ１とし、板状部材１３０の外縁端部とプリント配線基板１２０との距離をｔ２としたときに、ｔ１≒ｔ２となるように各部材を設計しておくことが望ましい。

本実施例の方向入力装置Ｘ１であれば、先の第１実施例と同じく、圧力分布センサ１の不要な大型化を招かずに、ユーザの入力操作を圧力分布センサ１で受け付けることが可能となる。また、本実施例の方向入力装置Ｘ１であれば、弾性部材１５０を介してユーザの入力操作を柔軟に受け止めることができるので、先の第１実施例と比べてより心地の良い操作感を提供することが可能となる。また、本実施例の方向入力装置Ｘ１であれば、筐体１１０の内面に設けられていた壁部１１０ｂを省略することも可能となる。

図７は、方向入力装置Ｘ１の第３実施例を示す縦断面図である。なお、先出の図４や図６と同じく、（ａ）欄は方向入力装置Ｘ１に何ら入力操作が行われていない状態、（ｂ）欄は方向入力装置Ｘ１に紙面右方向の入力操作が行われている状態、（ｃ）欄は方向入力装置Ｘ１に紙面左方向の入力操作が行われている状態を各々示している。

本実施例の方向入力装置Ｘ１は、基本的に先の第１実施例（図４）と同様であるが、筐体１１０の底面に突起部１１０ｃが設けられている。突起部１１０ｃは、プリント配線基板１２０を圧力分布センサ１の搭載位置背面側で一点支持するように形成された半球状の凸部材である。

突起部１１０ｃでプリント配線基板１２０を一点支持する構成であれば、板状部材１３０の傾斜時にプリント配線基板１２０が撓みやすくなるので、圧力分布センサ１により大きな歪みを生じさせることが可能となり、延いては、ユーザの入力操作をより正しく検出することが可能となる。

なお、本図では、先の第１実施例（図４）をベースとした構成を例に挙げたが、先の第２実施例（図６）をベースとして突起部１１０ｃを追加することも可能である。

＜センサチップ及び演算処理チップ＞
図８は、センサチップ１０と演算処理チップ２０の一構成例を示すブロック図である。本構成例の方向入力装置Ｘ１は、先出のセンサチップ１０のほかに、演算処理チップ２０を有している。なお、センサチップ１０と演算処理チップ２０は、互いに別パッケージに封止することが望ましい。

センサチップ１０は、環状に配置された感圧素子Ｒ１〜Ｒ８のほかに、各感圧素子相互間の接続ノードを各々チップ外部に引き出すための外部端子として、８つのパッド（Ｐ１２、Ｐ２３、Ｐ３４、Ｐ４５、Ｐ５６、Ｐ６７、Ｐ７８、及び、Ｐ８１）を有する。具体的に述べると、パッドＰ１２は、感圧素子Ｒ１及びＲ２相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ２３は、感圧素子Ｒ２及びＲ３相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ３４は、感圧素子Ｒ３及びＲ４相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ４５は、感圧素子Ｒ４及びＲ５相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ５６は、感圧素子Ｒ５及びＲ６相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ６７は、感圧素子Ｒ６及びＲ７相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ７８は、感圧素子Ｒ７及びＲ８相互間の接続ノードに接続されている。パッドＰ８１は、感圧素子Ｒ８及びＲ１相互間の接続ノードに接続されている。

感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、いずれも同一形状に形成しておくことが望ましい。ただし、各々の特性がアンバランスなケースについても何ら排除するものではない。また、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ、単一の素子で形成されていてもよいし、或いは、複数の要素素子で形成されていてもよい。なお、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、単一のセンサチップ１０に集積化されているので、各々の温度特性ばらつきを考慮する必要はない。

一方、演算処理チップ２０には、パッド切替部２１と、出力検出部２２と、ロジック部２３とが集積化されている。

パッド切替部２１は、８個の感圧素子Ｒ１〜Ｒ８を４つの感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄに分割してブリッジ回路を形成するようにセンサチップ１０のパッド接続状態を切り替える。例えば、パッドＰ１２を第１電源電圧ＶＨ（例えばＶＨ＝２Ｖ）の入力端に接続し、パッドＰ５６を第２電源電圧ＶＬ（ただしＶＬ＜ＶＨ、例えばＶＬ＝０Ｖ）の入力端に接続し、パッドＰ３４を第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続し、パッドＰ７８を第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続した場合には、感圧素子Ｒ２及びＲ３が感圧素子群Ｒａに相当し、感圧素子Ｒ４及びＲ５が感圧素子群Ｒｂに相当し、感圧素子Ｒ６及びＲ７が感圧素子群Ｒｃに相当し、感圧素子Ｒ８及びＲ１が感圧素子群Ｒｄに相当するように、ブリッジ回路が形成された状態となる。なお、感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄは、圧力未印加時における合算抵抗値が各々同値（ないしは概ね同値）となるように設計しておくことが望ましい。ただし、製造上は感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値が近い値になっても、完全に同値に作り込むことは困難である。そのため、実際には、圧力未印加時における感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値をセンサチップ１０の外部で適宜補正することになると考えられる。なお、補正値としては、製造段階での誤差を補正するための第１補正値と、その後の使用や環境に起因する特性変動を補正するための第２補正値を挙げることができる。

出力検出部２２は、第１出力電圧Ｖ１及び第２出力電圧Ｖ２（ブリッジ回路の出力に相当）を検出する回路部である。出力検出部２２としては、例えば、第１出力電圧Ｖ１と第２出力電圧Ｖ２との差分を増幅する差動アンプなどを用いることが可能である。

ロジック部２３は、出力検出部２２の検出結果を受けてユーザの入力操作を判別する。なお、ロジック部２３の入力操作判別手法については、後ほど詳細に説明する。

＜パッド切替制御＞
図９は、パッド切替部２１によるパッド切替制御の第１例を示すテーブルである。パッド切替部２１は、以下のパッド切替制御により、感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄの分割パターンを第１切替フェイズＳＷ１〜第４切替フェイズＳＷ４に亘って順次切り替える。

第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ１２が第１電源電圧ＶＨの入力端に接続され、パッドＰ３４が第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続され、パッドＰ５６が第２電源電圧ＶＬの入力端に接続され、パッドＰ７８が第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続される。なお、その余のパッド（Ｐ２３、Ｐ４５、Ｐ６７、Ｐ８１）は、いずれもオープン状態とされる。このようなパッド切替制御により、第１切替フェイズＳＷ１では、感圧素子Ｒ２及びＲ３が感圧素子群Ｒａに相当し、感圧素子Ｒ４及びＲ５が感圧素子群Ｒｂに相当し、感圧素子Ｒ６及びＲ７が感圧素子群Ｒｃに相当し、感圧素子Ｒ８及びＲ１が感圧素子群Ｒｄに相当するように、ブリッジ回路が形成された状態となる。

第２切替フェイズＳＷ２では、パッドＰ２３が第１電源電圧ＶＨの入力端に接続され、パッドＰ４５が第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続され、パッドＰ６７が第２電源電圧ＶＬの入力端に接続され、パッドＰ８１が第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続される。なお、その余のパッド（Ｐ１２、Ｐ３４、Ｐ５６、Ｐ７８）は、いずれもオープン状態とされる。このようなパッド切替制御により、第２切替フェイズＳＷ２では、感圧素子Ｒ３及びＲ４が感圧素子群Ｒａに相当し、感圧素子Ｒ５及びＲ６が感圧素子群Ｒｂに相当し、感圧素子Ｒ７及びＲ８が感圧素子群Ｒｃに相当し、感圧素子Ｒ１及びＲ２が感圧素子群Ｒｄに相当するように、ブリッジ回路が形成された状態となる。

第３切替フェイズＳＷ３では、パッドＰ３４が第１電源電圧ＶＨの入力端に接続され、パッドＰ５６が第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続され、パッドＰ７８が第２電源電圧ＶＬの入力端に接続され、パッドＰ１２が第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続される。なお、その余のパッド（Ｐ２３、Ｐ４５、Ｐ６７、Ｐ８１）は、いずれもオープン状態とされる。このようなパッド切替制御により、第３切替フェイズＳＷ３では、感圧素子Ｒ４及びＲ５が感圧素子群Ｒａに相当し、感圧素子Ｒ６及びＲ７が感圧素子群Ｒｂに相当し、感圧素子Ｒ８及びＲ１が感圧素子群Ｒｃに相当し、感圧素子Ｒ２及びＲ３が感圧素子群Ｒｄに相当するように、ブリッジ回路が形成された状態となる。

第４切替フェイズＳＷ４では、パッドＰ４５が第１電源電圧ＶＨの入力端に接続され、パッドＰ６７が第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続され、パッドＰ８１が第２電源電圧ＶＬの入力端に接続され、パッドＰ２３が第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続される。なお、その余のパッド（Ｐ１２、Ｐ３４、Ｐ５６、Ｐ７８）は、いずれもオープン状態とされる。このようなパッド切替制御により、第４切替フェイズＳＷ４では、感圧素子Ｒ５及びＲ６が感圧素子群Ｒａに相当し、感圧素子Ｒ７及びＲ８が感圧素子群Ｒｂに相当し、感圧素子Ｒ１及びＲ２が感圧素子群Ｒｃに相当し、感圧素子Ｒ３及びＲ４が感圧素子群Ｒｄに相当するように、ブリッジ回路が形成された状態となる。

図１０は、パッド切替制御の第２例を示すテーブルである。本例のパッド切替制御は、基本的に先の第１例（図９）と同様であるが、パッド切替部２１は、第１切替フェイズＳＷ１〜第４切替フェイズＳＷ４毎に（延いては、感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄの分割パターン毎に）、ブリッジ回路の第１出力端と第２出力端とを相互に反転させる。

例えば、第１切替フェイズＳＷ１において、パッドＰ３４を第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続し、パッドＰ７８を第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続した場合を考える。ここで、パッドＰ３４に現れる電圧をＶ３４とし、パッドＰ７８に現れる電圧をＶ７８とし、出力検出部２２として用いられる差動アンプの入力オフセットをＶｏｆｓとすると、出力検出部２２の出力信号ＯＵＴ１は、次の（１）式で表すことができる。

ＯＵＴ１＝（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖｏｆｓ
＝（Ｖ３４−Ｖ７８）＋Ｖｏｆｓ … （１）

一方、同じく第１切替フェイズＳＷ１において、パッドＰ７８を第１出力電圧Ｖ１の出力端に接続し、パッドＰ３４を第２出力電圧Ｖ２の出力端に接続した場合、すなわち、第１出力電圧Ｖ１と第２出力電圧Ｖ２の正負極性を相互に反転させた場合を考える。このとき、出力検出部２２の出力信号ＯＵＴ２は、次の（２）式で表すことができる。

ＯＵＴ２＝（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖｏｆｓ
＝（Ｖ７８−Ｖ３４）＋Ｖｏｆｓ … （２）

上記の（１）式及び（２）式から分かるように、出力信号ＯＵＴ１及びＯＵＴ２には、それぞれ、差動アンプの入力オフセットＶｏｆｓが含まれており、センサ出力の検出精度を悪化させる要因となる。

そこで、ロジック部２３では、出力信号ＯＵＴ１から出力信号ＯＵＴ２を差し引くことで出力信号ＯＵＴ３を算出し、その算出結果に基づいてユーザの入力操作を判別する。なお、出力信号ＯＵＴ３は、次の（３）式で表すことができる。

ＯＵＴ３＝ＯＵＴ１−ＯＵＴ２
＝｛（Ｖ７８−Ｖ３４）＋Ｖｏｆｓ｝−｛（Ｖ３４−Ｖ７８）＋Ｖｏｆｓ｝
＝２×（Ｖ７８−Ｖ３４） … （３）

上記の（３）式から分かるように、出力信号ＯＵＴ３には、差動アンプの入力オフセットＶｏｆｓが含まれていないので、センサ出力の検出精度を高めることが可能となる。

なお、第２切替フェイズＳＷ２〜第４切替フェイズＳＷ４についても、上記と同様の正負反転処理を行うことにより、上記と同様の効果を享受することが可能である。

＜入力操作判定手法＞
次に、ロジック部２３における入力操作の判定手法について、先出の図８ないし図９を適宜参照しながら具体的に説明する。なお、以下では、第１電源電圧ＶＨが２Ｖであり、第２電源電圧ＶＬが０Ｖであり、何ら応力が加えられていない感圧素子Ｒ１〜Ｒ８の抵抗値がいずれも１００Ωであるものとして説明を行う。

感圧素子Ｒ１〜Ｒ８に対して何ら応力が加えられていない場合、或いは、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８に対して各々均等に応力が加えられている場合、第１切替フェイズＳＷ１にて得られる第１出力電圧Ｖ１及び第２出力電圧は、それぞれ、次の（４）式及び（５）式で表すことができる。

Ｖ１＝ＶＬ＋（ＶＨ−ＶＬ）×｛（Ｒ４＋Ｒ５）／（Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）｝
＝１Ｖ …（４）

Ｖ２＝ＶＬ＋（ＶＨ−ＶＬ）×｛（Ｒ６＋Ｒ７）／（Ｒ６＋Ｒ７＋Ｒ８＋Ｒ１）｝
＝１Ｖ …（５）

上記と同様、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８に対して何ら応力が加えられていない場合、或いは、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８に対して各々均等に応力が加えられている場合、第２切替フェイズＳＷ２〜第４切替フェイズＳＷ４にて得られる第１出力電圧Ｖ１及び第２出力電圧Ｖ２は、いずれも１Ｖとなる。

このように、第１切替フェイズＳＷ１〜第４切替フェイズＳＷ４の検出結果において、第１出力電圧Ｖ１及び第２出力電圧Ｖ２が全て同一の電圧値（ＶＨ＋ＶＬ）／２を示した場合には、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ８であることが分かる。その結果、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、いずれも応力を受けていないか、若しくは、いずれも均等に応力を受けた結果として同じ抵抗値を示しているか、のいずれかであることが判る。

ここで、例えば、第１切替フェイズＳＷ１でパッドＰ１２からパッドＰ５６に流れる電流値が１０ｍＡであった場合には、両パッド間の合成抵抗値が２００Ωであると算出される。従って、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８の抵抗値がそれぞれ１００Ωであると算出されるので、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、いずれも応力を受けていない状態であったということが判る。

一方、例えば、第１切替フェイズＳＷ１でパッドＰ１２からパッドＰ５６に流れる電流値が１２．５ｍＡであった場合には、両パッド間の合成抵抗値が１６０Ωであると算出される。従って、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８の抵抗値がそれぞれ８０Ωであると算出されるので、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、各々の抵抗値が１００Ωから８０Ωに変化する程度の応力を均等に受けている状態であったということが判る。

次に、センサチップ１０の中心部より右方向Ｒに応力が加えられた場合について説明する。この場合、センサチップ１０が最も歪むのは感圧素子Ｒ８付近であり、次に歪むのは感圧素子Ｒ１及びＲ７付近である。その結果、例えば、感圧素子Ｒ８の抵抗値が１００Ωから８０Ωに変化し、感圧素子Ｒ１及びＲ７の抵抗値が１００Ωから９０Ωに各々変化しし、その余の感圧素子Ｒ２〜Ｒ６の抵抗値がいずれも１００Ωに維持されたものとする。

第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ３４で得られる第１出力電圧Ｖ１が１Ｖ（＝２Ｖ×１００Ω／２００Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒａ（＝Ｒ２＋Ｒ３）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｂ（＝Ｒ４＋Ｒ５）の合成抵抗値との比が１：１であることが判る。また、第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ７８で得られる第２出力電圧Ｖ２が１．０６Ｖ（＝２Ｖ×１９０Ω／３６０Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒｃ（＝Ｒ６＋Ｒ７）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｄ（＝Ｒ８＋Ｒ１）の合成抵抗値との比が１９：１７であることが判る。

第２切替フェイズＳＷ２では、パッドＰ４５で得られる第１出力電圧Ｖ１が１Ｖ（＝２Ｖ×１００Ω／２００Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒａ（＝Ｒ３＋Ｒ４）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｂ（＝Ｒ５＋Ｒ６）の合成抵抗値との比が１：１であることが判る。また、第２切替フェイズＳＷ２では、パッドＰ８１で得られる第２出力電圧Ｖ２が０．９４Ｖ（＝２Ｖ×１７０Ω／３６０Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒｃ（＝Ｒ７＋Ｒ８）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｄ（＝Ｒ１＋Ｒ２）の合成抵抗値との比が１７：１９であることが判る。

第３切替フェイズＳＷ３では、パッドＰ５６で得られる第１出力電圧Ｖ１が０．９７Ｖ（＝２Ｖ×１９０Ω／３９０Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒａ（＝Ｒ４＋Ｒ５）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｂ（＝Ｒ６＋Ｒ７）の合成抵抗値との比が２０：１９であることが判る。また、第３切替フェイズＳＷ３では、パッドＰ１２で得られる第２出力電圧Ｖ２が０．９２Ｖ（＝２Ｖ×１７０Ω／３７０Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒｃ（＝Ｒ８＋Ｒ１）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｄ（＝Ｒ２＋Ｒ３）の合成抵抗値との比が１７：２０であることが判る。

第４切替フェイズＳＷ４では、パッドＰ６７で得られる第１出力電圧Ｖ１が０．９２Ｖ（＝２Ｖ×１７０Ω／３７０Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒａ（＝Ｒ５＋Ｒ６）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｂ（＝Ｒ７＋Ｒ８）の合成抵抗値との比が２０：１７であることが判る。また、第４切替フェイズＳＷ４では、パッドＰ２３で得られる第２出力電圧Ｖ２が０．９７Ｖ（＝２Ｖ×１９０Ω／３９０Ω）となる。従って、感圧素子群Ｒｃ（＝Ｒ１＋Ｒ２）の合成抵抗値と感圧素子群Ｒｄ（＝Ｒ３＋Ｒ４）の合成抵抗値との比が１９：２０であることが判る。

これらの検出結果に基づいて演算を行うと、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３：Ｒ４：Ｒ５：Ｒ６：Ｒ７：Ｒ８＝０．９：１：１：１：１：１：０．９：０．８という抵抗比が導出される。この抵抗比から、感圧素子Ｒ８に対して最も強い応力が加わっており、次いで感圧素子Ｒ８の両端に位置する感圧素子Ｒ１及びＲ７に対して次点の応力が加わっていることが判る。その結果、ロジック部２３では、センサチップ１０の中心部より右方向Ｒに応力が加えられたものと判定することができる。

同様の例として、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３：Ｒ４：Ｒ５：Ｒ６：Ｒ７：Ｒ８＝０．９５：１：１：１：１：１：０．９５：０．９という抵抗比が導出された場合には、上記の例よりも弱い応力がセンサチップ１０の中心部より右方向Ｒに加えられたものと判定することができる。逆に、Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３：Ｒ４：Ｒ５：Ｒ６：Ｒ７：Ｒ８＝０．８５：１：１：１：１：１：０．８５：０．７という抵抗比が導出された場合には、上記の例よりも強い応力がセンサチップ１０の中心部より右方向Ｒに加えられたものと判定することができる。

なお、上記では、センサチップ１０の中心部より右方向Ｒに応力が加えられた場合を例に挙げて説明を行ったが、その他の方向に応力が加えられた場合についても、上記と同様の抵抗比算出を行うことにより、入力操作の内容を判定することが可能である。

また、上記では、例えば、第１切替フェイズＳＷ１において、パッドＰ３４及びＰ７８に各々現れる電圧を計測したが、その他のパッド（Ｐ２３、Ｐ４５、Ｐ６７、Ｐ８１）に現れる電圧を計測すれば、上記よりも少ない計測回数で最終結果を得ることができる。

また、応力分布に偏りが見られ、センサチップ１０の中心から外部応力をかけた方向が検出できる場合であっても、前述したように全体の抵抗値が総じて変化している場合などについては、さらに感圧素子を形成した平面に対して垂直方向にも全体的に応力が加わっていると判定することもできる。

＜出力検出手法の変形例＞
図１１は、出力検出手法の一変形例を示す模式図である。本変形例の圧力分布センサ２００は、４つの感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄにより形成されるブリッジ回路２００のほかに、定電流回路２２０と電流検出回路２３０を有する。

感圧素子群Ｒａ〜Ｒｄは、先述の感圧素子Ｒ１〜Ｒ８を４グループに分割したものである。パッドＰａは、感圧素子群Ｒｄと感圧素子群Ｒａとの接続ノードに接続されており、例えば、先述の第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ１２がこれに相当する。パッドＰｂは、感圧素子群Ｒａと感圧素子群Ｒｂとの接続ノードに接続されており、例えば、先述の第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ３４がこれに相当する。パッドＰｃは、感圧素子群Ｒｂと感圧素子群Ｒｃとの接続ノードに接続されており、例えば、先述の第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ５６がこれに相当する。パッドＰｄは、感圧素子群Ｒｃと感圧素子群Ｒｄとの接続ノードに接続されており、例えば、先述の第１切替フェイズＳＷ１では、パッドＰ７８がこれに相当する。

定電流回路２２０は、パッドＰａからパッドＰｃに流れる定電流を生成する。

電流検出回路２３０は、パッドＰｂとパッドＰｄとの間に流れる電流を検出する。

先述の出力検出手法では、パッドＰａに第１電源電圧ＶＨを印加し、パッドＰｃに第２電源電圧ＶＬを印加した状態で、パッドＰｂ及びＰｄに各々現れる電圧を計測していた。これに対して、本変形例の出力検出手法のように、例えば、パッドＰａからパッドＰｃに定電流を流した状態で、パッドＰｂ及びＰｄに各々現れる電圧を計測したり、或いは、パッドＰｂとパッドＰｄとの間に流れる電流を計測したりすることでも、各感圧素子の抵抗比率を導出することが可能である。

＜センサチップの変形例＞
図１２は、センサチップ１０の一変形例を示す模式図である。先の構成（図２、図３、図８などを参照）において、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、各々の長手方向と配列方向とが互いに一致するように環状に形成されていた。ただし、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８の形態はこれに限定されるものではなく、例えば、（ａ）欄の変形例で示したように、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８は、センサチップ１０上で各々の長手方向をセンサチップ１０の中心に向けた放射状に形成してもよい。すなわち、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８の長手方向と配列方向とは、互いに一致していなくても構わない。

また、先の構成（図２、図３、図８などを参照）において、センサチップ１０は、その外部端子数を少なくし、かつ、圧力分布の計測誤差を低減するために、各感圧素子相互間を配線で接続し、各感圧素子相互間の接続ノードを各々チップ外部に引き出すための複数のパッド（Ｐ１２、Ｐ２３、Ｐ３４、Ｐ４５、Ｐ５６、Ｐ６７、Ｐ７８、及び、Ｐ８１）を有する構成とされていた。

ただし、センサチップ１０の形態はこれに限定されるものではなく、例えば、（ｂ）欄の変形例で示すように、センサチップ１０は、各感圧素子毎の両端ノードを各々独立にチップ外部に引き出すための複数のパッドＰ＊ａ及びＰ＊ｂ（ただし＊＝１、２、…、８）を有する構成とし、センサチップ１０の外部で必要に応じて各パッドを任意に接続する形態としてもよい。

＜キャップ部材を要しないセンサチップ＞
図１３は、キャップ部材１２を要しないセンサチップ１０の一構成例を示す模式図である。先にも述べたように、正方形状に切り出されるセンサチップ１０では、中心点Ｏから一番距離の遠い４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８）が最も曲げ圧力／歪みを強く受ける点（応力集中点）となる。

従って、仮に、全ての感圧素子Ｒ１〜Ｒ８がセンサチップ１０の中心点Ｏから等距離となる位置に設けられていた場合、センサチップ１０の中心点Ｏと４頂点（ａ２、ａ４、ａ６、ａ８）とを結ぶ線分上に設けられた感圧素子（Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８）は、その他の位置（例えばセンサチップ１０の中心点Ｏを通り、かつ、センサチップ１０の４辺に垂直な直線上）に設けられた感圧素子（Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７）よりも高感度となる。

先の例では、センサＩＣ１１にキャップ部材１２を被せることにより、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８毎の感度を均一化していた。一方、本構成例のセンサチップ１０では、感圧素子（Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８）から中心点Ｏまでの距離ｄｘと、感圧素子（Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７）から中心点Ｏまでの距離ｄｙとの間に差を付けることにより、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８毎の感度を均一化している。具体的には、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８を中心点Ｏに近付けるほど感度が低下する（感圧素子Ｒ１〜Ｒ８が歪みにくくなる）ことに鑑み、ｄｘ＜ｄｙとなるように、感圧素子Ｒ１〜Ｒ８が配置されている。

このように、センサチップ１０上での応力集中に起因する感度差に対して、中心点Ｏからの距離に応じた感度差を掛け合わせることにより、キャップ部材１２を要することなく感圧素子Ｒ１〜Ｒ８毎の感度を均等化することが可能となる。ただし、キャップ部材１２には、ユーザが方向入力装置Ｘ１を操作したときに、入力方向毎の操作感触が異ならないようにする（カクカクしないようにする）という働きもある。そのため、滑らかな操作感を重要視する場合には、センサチップ１１にキャップ部材１２を被せることが望ましい。

また、上記した感圧素子の配置手法を採用しないセンサチップであっても、これを用いた方向入力装置を組み立てた後、各方向に均等な圧力を加えたときのセンサ出力値をそれぞれ比較した上で、各々が均等となるように感度補正値を求めて不揮発性メモリに格納しておけばよい。そして、方向入力装置の実使用時には、上記の感度補正値を用いてセンサ出力値を補正することにより、見掛け上の感度を均一化することが可能となる。

＜板状部材の変形例＞
図１４は、板状部材１３０の一変形例を示す縦断面図である。先の図７では、プリント配線基板１２０の裏面側（下面側）で、圧力分布センサ１の中心点直下（延いては、センサチップ１０の中心点直下）となる位置に、プリント配線基板１２０を一点支持する突起部１１０ｃを設ける構造を提案した。このような構造を採用すれば、圧力によるセンサチップ１０の変形を促すことができるという利点については、先にも述べた通りである。

また、上記と同様の利点を享受するためには、本図で示したように、板状部材１３０の裏面（圧力分布センサ１と対向する面）に凹部１３０ａを設けることも効果的である。なお、筐体１１０の突起部１１０ｃと板状部材１３０の凹部１３０ａについては、両方を用いてもよいし、或いは、各々を単独で用いてもよい。

＜付勢部材の適用例＞
図１５は、付勢部材１６０の一適用例を示す図である。上段には付勢部材１６０の上面図が描写されており、下段には付勢部材１６０の縦断面図（α１−α２断面図）が描写されている。

付勢部材１６０は、センサＩＣ１１のパッケージ上面においてユーザの方向入力操作に応じた圧力の分布を生じさせるための部材であり、先出の板状部材１３０に代えて用いることができる。本構成例の付勢部材１６０は、複数（本図では８枚）の板バネ部１６０ａと、連結部１６０ｂと、から成る菊割れ形状とされている。

板バネ部１６０ａは、上面視において、先端ほど幅狭となる台形状（または三角形状）であり、その先端がセンサＩＣ１１のパッケージ上面に対向するように配置されている。なお、板バネ部１６０ａの先端は、センサＩＣ１１のパッケージ上面に向けて下側に屈曲されている。すなわち、板バネ部１６０ａが撓むことにより、センサＩＣ１１のパッケージ上面に対して圧力が加えられる。

連結部１６０ｂは、センサＩＣ１１を中心として各板バネ部１６０ａが放射状に並ぶように各々の根元端を環状に連結する。なお、連結部１６０ｂは、センサＩＣ１１と共にプリント配線基板１２０に固着されている。

なお、付勢部材１６０の加工に際しては、例えば、一枚の金属板を打ち抜き加工することにより、複数の板バネ部１６０ａと連結部１６０ｂを一体的に形成することができる。

図１６は、付勢部材１６０への圧力伝達に適した柱状部材１４０の断面形状を示す図である。上段には、付勢部材１６０の上面図が描写されており、下段には付勢部材１６０や柱状部材１４０の縦断面図（α１−α２断面図）が描写されている。

柱状部材１４０は、ユーザの方向入力操作を受けて複数の板バネ部１６０ａを撓ませる部材であり、当接部１４０ａと、係止部１４０ｂと、を含む。

当接部１４０ａは、柱状部材１４０の中央部下面（付勢部材１６０との対向面）に設けられており、複数の板バネ部１６０ａに対して各先端付近でそれぞれ当接するように、傾斜を持った形状（中央部が窪んだ凹形状）に加工されている。

係止部１４０ｂは、ユーザの方向入力操作時に筐体１１０やプリント配線基板１２０と接触する。このような構成とすることにより、柱状部材１４０の傾斜量に上限を持たせるとともに前後左右方向のずれを抑制することが可能となる。また、係止部１４０ｂを設けることにより、柱状部材１４０が筐体１１０から上方向に抜けてしまうことも防止することが可能となる。

例えば、ユーザの方向入力操作が行われると、柱状部材１４０が傾くので、その傾斜方向に対応する板バネ部１６０ａが撓む。その結果、センサＩＣ１１のパッケージ上面においては、ユーザの操作方向に対応する周辺部分が板バネ部１６０ａの先端により押下される状態となるので、ユーザの方向入力操作に応じた圧力の分布が生じる。このような構成によれば、先述のキャップ部材１２は不要となる。

なお、筐体１１０の底部は、プリント配線基板１２０をその周辺部とセンサＩＣ１１の直下部で支持する。一方、筐体１１０の底部では、プリント配線基板１２０の撓みが期待される部分について、抜き加工（＝プリント配線基板１２０の不支持部分を設けた加工）が施されている。

＜その他の変形例＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本明細書中に開示されている圧力分布センサは、例えば、ゲーム機器のコントローラに利用することが可能である。

Ｘ 電子機器（ゲーム機器）
Ｘ１ 方向入力装置（十字キー）
Ｘ２ ボタン
Ｘ３ 表示画面
１ 圧力分布センサ
１０ センサチップ
１１ センサＩＣ
１２ キャップ部材
２０ 演算処理チップ
２１ パッド切替部
２２ 出力検出部
２３ ロジック部
１１０ 筐体
１１０ａ 支持部
１１０ｂ 壁部
１１０ｃ 突起部
１２０ プリント配線基板
１３０ 板状部材
１３０ａ 凹部
１４０ 柱状部材
１４０ａ 当接部
１４０ｂ 係止部
１５０ 弾性部材
１６０ 付勢部材
１６０ａ 板バネ部
１６０ｂ 連結部
２００ 圧力分布センサ
２１０ ブリッジ回路
２２０ 定電流回路
２３０ 電流検出回路
Ｒ１〜Ｒ８ 感圧素子
Ｒａ〜Ｒｄ 感圧素子群
Ｐ１２、Ｐ２３、Ｐ３４、Ｐ４５、Ｐ５６、Ｐ６７、Ｐ７８、Ｐ８１ パッド
Ｐ＊ａ、Ｐ＊ｂ（ただし＊＝１、２、…、８） パッド

Claims (29)

1. その上面が４角形状のパッケージ内にｍ個（ただしｍは４以上の整数）の感圧素子を封止して成るセンサＩＣと、
   その上面がｎ角形状（ただしｎは４よりも大きい整数）または円形状であって前記センサＩＣの上面及び側面に密着するように前記センサＩＣに被せられるキャップ部材と、
   を有することを特徴とする圧力分布センサ。
2. 前記ｍ及び前記ｎは、それぞれ、８以上の４の倍数であることを特徴とする請求項１に記載の圧力分布センサ。
3. 前記キャップ部材は、そのｎ頂点のうち４頂点が前記センサＩＣの対角同士を結ぶ直線上に位置するように前記センサＩＣに被せられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力分布センサ。
4. 前記４頂点が上下左右方向と各々対応するようにプリント配線基板上に搭載されることを特徴とする請求項３に記載の圧力分布センサ。
5. 前記ｍ個の感圧素子は、単一のセンサチップに集積化されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
6. 前記ｍ個の感圧素子は、いずれも同一形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力分布センサ。
7. 前記ｍ個の感圧素子は、そのうち４個が前記センサチップの中心点と前記センサチップの４頂点とを結ぶ線分上に位置するように、前記センサチップ上で環状に配置されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の圧力分布センサ。
8. 前記ｍ個の感圧素子は、前記センサチップ上で各々の長手方向を前記センサチップの中心に向けた放射状に形成されていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
9. 前記センサチップは、各感圧素子相互間の接続ノードを各々チップ外部に引き出すための複数のパッドを有することを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
10. 前記センサチップは、各感圧素子毎の両端ノードを各々チップ外部に引き出すための複数のパッドを有することを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
11. 筐体と、
    前記筐体に支持されるプリント配線基板と、
    前記プリント配線基板上に搭載される請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の圧力分布センサと、
    ユーザの方向入力操作に応じた向きへ傾斜するように前記圧力分布センサの上面上に載置された板状部材と、
    を有することを特徴とする入力装置。
12. 前記板状部材は、その上面が前記圧力分布センサの上面を相似拡大した形状であることを特徴とする請求項１１に記載の入力装置。
13. 前記板状部材は、その外縁端部が前記筐体または前記プリント配線基板若しくは当接部材と接触することによりその傾斜量が制限されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の入力装置。
14. 前記圧力分布センサを被覆するとともに前記板状部材を担持する弾性部材をさらに有することを特徴とする請求項１１〜請求項１３のいずれか一項に記載の入力装置。
15. 前記筐体は、前記プリント配線基板を前記圧力分布センサの搭載位置背面側で一点支持する突起部を備えていることを特徴とする請求項１１〜請求項１４のいずれか一項に記載の入力装置。
16. 前記ｍ個の感圧素子を４つの感圧素子群に分割してブリッジ回路を形成するように前記ｍ個の感圧素子を集積化した単一のセンサチップのパッド接続状態を切り替えるパッド切替部と、
    前記ブリッジ回路の出力を検出する出力検出部と、
    前記出力検出部の検出結果を受けてユーザの入力操作を判別するロジック部と、
    を有することを特徴とする請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載の入力装置。
17. 前記感圧素子群は、圧力未印加時における合算抵抗値が各々同値となるように設計されていることを特徴とする請求項１６に記載の入力装置。
18. 前記パッド切替部は、前記感圧素子群の分割パターンを順次切り替えることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の入力装置。
19. 前記パッド切替部は、前記感圧素子群の分割パターン毎に、前記ブリッジ回路の第１出力端と第２出力端とを相互に反転させることを特徴とする請求項１８に記載の入力装置。
20. 請求項１１〜請求項１９のいずれか一項に記載の入力装置を有することを特徴とする電子機器。
21. その上面が４角形状のパッケージに加わる圧力の分布を検出するセンサＩＣと、
    その上面がｎ角形状（ただしｎは８よりも大きい４の倍数）であって前記センサＩＣの上面及び側面に密着するように前記センサＩＣに被せられるキャップ部材と、
    を有し、
    前記キャップ部材は、ｎ頂点のうち４頂点が前記センサＩＣの対角同士を結ぶ直線上に位置するように前記センサＩＣに被せられていることを特徴とする圧力分布センサ。
22. 前記ｍ個の感圧素子は、前記センサチップの中心点を中心として概ね均等な間隔で環状に設けられていることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
23. 前記センサＩＣは、パッケージの上面が正方形状であり、前記パッケージの４頂点は、前記センサチップの中心点と前記センサチップの４頂点とを結ぶ線分の延長線上に位置していることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
24. 前記キャップ部材は、その上面がｎ角形状であり、前記キャップ部材のｎ頂点のうち４頂点は、前記センサチップの中心点と前記センサチップの４頂点とを結ぶ線分の延長線上に位置していることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
25. 前記キャップ部材は、その上面がｍ角形状であり、前記キャップ部材のｍ頂点は、前記センサチップの中心点と前記ｍ個の感圧素子とを各々結ぶ線分の延長線上に位置していることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力分布センサ。
26. 前記板状部材は、その上面がｎ角形状またはそれよりも多角形状であることを特徴とする請求項１１に記載の入力装置。
27. 前記圧力分布センサと前記板状部材は、各々の上面がいずれもｎ角形状であり、かつ、前記圧力分布センサの頂点と前記板状部材の頂点は、上面視において、それぞれ３６０／２ｎ度ずつずれた方向に向けられていることを特徴とする請求項１１に記載の入力装置。
28. 前記圧力分布センサの上面はｎ角形状であり、前記板状部材の上面は円形状であることを特徴とする請求項１１に記載の入力装置。
29. 前記板状部材は、前記圧力分布センサと対向する面に凹部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の入力装置。

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