JP6874841B2 - 圧電材料での焦電性（ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）による信号が抑制された圧力信号検出回路及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、圧力信号検出に関するもので、具体的には、圧電材料に入力される入力信号から圧力による入力信号のみを検出することができるように、入力信号を微分して、これを基に信号特性を把握した後、熱による入力信号が除去された入力信号だけを区分して出力する検出回路及び方法に関するものである。
圧電材料（Piezoelectric material）は、自重に比べて相対的に大きな力を発生させ、供給された電圧に迅速に応答する特性があり、さまざまな業界に応用されている。これらの圧電材料を用いた部材（言い換えれば、圧電材料の形態）は非常に多様で、そのうちの圧電フィルム（Piezoelectric film）は、フィルムの両端に力を加えると、変位が生じ、上記変位に比例して電圧が発生する素材であり、圧電発電機、センサ、または超音波送受機などに広く活用されている。
図1aは、圧電フィルム（Piezoelectric film）を示す図であり、図1bは、圧力センサ前端部（front-end）を示す図であり、図1cは、入力インピーダンスRに応じた出力電圧信号を示す図である。
図1a〜図1cを参照すると、圧電素子を利用した圧力センシングは、Impedance AdaptorまたはMiller's integratorを前端部で使用して圧電フィルムで発生する電荷を放電させたり積分して行われる。その中でImpedance Adaptorは、入力インピーダンスRに応じて、出力波形が変化する特性を有する。そして、前記入力インピーダンスRに応じた出力電圧信号を積分すると、センサで測定された信号情報を得ることができる。ただし、これらの最終的な信号情報には、圧力と熱による入力情報の両方が含まれている。従来は、熱による圧力信号がない物理的な圧力だけを測定したり、特定の物質の使用によって熱を吸収して熱の影響を小さくする方式を使用したが、これは熱による入力信号を完全に除去することができない限界がある。
図2aは、温度による圧電素子の特性を示すグラフを示す図であり、図2bは、湿度に応じた圧電素子の特性を示すグラフを示す図である。図3aは、熱による入力信号が除去された圧力による入力信号を示す図であり、図3bは、熱による入力信号と圧力による入力信号を一緒に示す図である。
圧力センシングは、主に人体の指を用いたタッチセンシング用途で活用されるが、このとき、指と圧電素子の温度差により、熱による入力情報も一緒に表示されるからである。
図3a〜図3bは、圧力による入力信号と熱による入力信号のより具体的な特性を示す。図3aを参照すると、圧力による入力信号は、タッチしたときの入力信号（touch down）は、正の値で出力され、タッチを離したときの入力信号（touch up）は、負の値で出力される特性を有する。図3bを参照すると、圧力による入力信号と熱による入力信号は、出力される速度において差が現れる。これは温度による入力信号の伝導速度が圧力による入力信号の伝導速度よりも相対的に長くかかる（遅い）からである。
そこで、本発明は、上記のような諸条件を考慮して提案されたもので、圧力による入力信号と熱による入力信号が入力される速度の差と微分情報を利用して、熱による入力信号を除去し、圧力による入力信号だけを出力することを目的とする。
本発明は、従来技術に比べ、熱反応への影響を大幅に低減し、前端部の入力端子の反応速度を増加させて、より高速な圧力信号の検出が可能であることを目的とする。
本発明は、圧電材料製作の際、熱吸収のための追加的な工程の使用よりも熱反応の減衰効果が優れた信号を出力することを目的とする。
本発明の目的は、以上で言及した目的に限定されず、言及されていないまた、他の目的は以下の記載から当業者に明確に理解することができるだろう。
前述した通り、圧電材料を用いた部材（言い換えれば、圧電材料の形態）の例は、圧電フィルム（Piezoelectric film）を包含する。
以後、圧電フィルムについて本発明を詳細に説明するが、当該説明は、技術常識に基づき、圧電フィルム以外の部材又は形態にも、適用される。
上記のような目的を達成するために、
本発明の技術的思想による圧電フィルムからの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号検出回路は、圧電フィルム（Piezoelectric film）からの入力信号の入力を受ける信号入力部、上記入力信号の信号成分分析のための入力信号を微分する微分器、上記微分器の微分値に基づいて上記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理部、上記信号成分の分析値を用いて上記入力信号のオフセット（Offset）を削除するオフセット除去部、上記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が削除された圧力による入力信号の値を出力する積分部を含むことを特徴とする。
以後、圧電フィルムについて本発明を詳細に説明するが、当該説明は、技術常識に基づき、圧電フィルム以外の部材又は形態にも、適用される。
上記のような目的を達成するために、
本発明の技術的思想による圧電フィルムからの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号検出回路は、圧電フィルム（Piezoelectric film）からの入力信号の入力を受ける信号入力部、上記入力信号の信号成分分析のための入力信号を微分する微分器、上記微分器の微分値に基づいて上記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理部、上記信号成分の分析値を用いて上記入力信号のオフセット（Offset）を削除するオフセット除去部、上記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が削除された圧力による入力信号の値を出力する積分部を含むことを特徴とする。
このとき、上記信号入力部から入力された 上記入力信号のノイズを除去するために、低域帯域フィルタ（LPF）と移動平均フィルタ（MAF）で構成されているフィルタ部がさらに具備されていることを特徴とする。
信号処理部は、上記微分された入力信号の値と既に設定されたしきい値を比較して、入力信号が圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であるかを区別することを特徴とする。もし上記の微分された入力信号の値が上記の設定されたしきい値以上の場合、上記入力信号を圧力による入力信号であると判断して、上記積分部を実行する。一方、上記の微分された入力信号の値が上記の既に設定されたしきい値よりも小さい場合、上記入力信号を、熱による入力信号であると判断して、上記オフセット除去部を実行する。
信号処理部は、上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されない場合は、上記積分部を初期化するリセット信号を出力する。
信号処理部は、上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が全区間で検出されない場合、上記積分部を初期化するリセット信号を出力する。
オフセット除去部は、上記入力信号から上記の熱による入力信号を引いた値を出力する。
上記のような目的を達成するために、本発明の技術的思想による圧電フィルムからの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号の検出方法は、信号入力部から圧電フィルム（Piezoelectric film）からの入力信号の入力を受ける信号入力段階と、微分器で上記入力信号の信号成分の分析のために入力信号を微分する微分段階と、信号処理部において、上記微分器の微分値に基づいて上記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理段階と、オフセット除去部で上記信号処理部の信号成分の分析値を用いて上記入力信号のオフセット（Offset）を除去するオフセット除去段階と、積分部で上記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が削除された圧力による入力信号の値を出力する積分段階を含むことを特徴とする。
このとき、上記信号入力段から入力された上記入力信号のノイズを除去するためにフィルタ部で上記入力信号のノイズを除去するフィルタ段階がさらに含まれていることを特徴とする。
信号処理段階は、上記微分された入力信号の値と既に設定されたしきい値を比較して、入力信号が圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であるかを区別することを特徴とする。もし上記の微分された入力信号の値が上記所定のしきい値以上の場合、上記入力信号を、圧力による入力信号であると判断して、上記積分段階を実行する。一方、上記の微分された入力信号の値が上記所定のしきい値よりも小さい場合、上記入力信号を、熱による入力信号であると判断して、上記オフセット除去段階を実行する。
信号処理段階は、上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されない場合は、上記積分部（積分ステップ）を初期化するリセット信号を出力する。
信号処理段階は、上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が全区間で検出されない場合、上記積分部（積分ステップ）を初期化するリセット信号を出力する。
オフセット除去段階は、上記入力信号から上記熱による入力信号を引いた値を出力する。
以上で説明したような圧電フィルムでの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号の検出回路及び方法によると、
第一に、圧力による入力信号と熱による入力信号が入力される速度の差と微分情報を利用して、熱による入力信号を除去し、圧力による入力信号だけを出力することができるという効果を奏する。
第一に、圧力による入力信号と熱による入力信号が入力される速度の差と微分情報を利用して、熱による入力信号を除去し、圧力による入力信号だけを出力することができるという効果を奏する。
第二に、従来の技術に比べ、熱反応への影響を大幅に低減し、前端部入力端子の反応速度を増加させて、より高速な圧力信号検出が可能であるという効果を奏する。
第三に、圧電フィルム製作する際の熱吸収のための追加的な工程を使用するよりも熱反応減衰の効果が優れた信号を出力することができるという効果を奏する。
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するために、本発明の好適な実施例を例示する添付図面および添付図面に記載された内容を参照する。本発明の特徴と利点は、添付図面に基づいた次の詳細な説明でさらに明らかになるだろう。これに先立ち、本明細書及び請求の範囲で使用される用語や単語は、発明者が自身の発明を最良の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができる原則に立脚して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念に解釈されるべきである。また、本発明に関連する公知の機能及びその構成に対する具体的な説明は、本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができている（曖昧にするおそれがある）と判断される場合には、その具体的な説明を省略したことに留意すべきである。
本発明において、圧電材料は、焦電性を有する圧電材料であり、焦電体と称する場合もある。また、圧電材料は、強誘電体であってもよい。本実施例では、圧電材料は圧電フィルムであるが、これに限定されない。図4は、本発明の一実施例として、圧電フィルムでの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号検出回路を示す構成図である。図4に示しているように、圧電フィルムでの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号検出回路は、圧電フィルム（Piezoelectric film）とアンプ（Amplifier）で構成されて圧電フィルムからの入力信号の入力を受ける信号入力部（100）、前記入力信号の信号成分の分析のために入力信号を微分する微分器（300）、前記微分器（300）の微分値に基づいて前記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理部（400）、前記信号成分分析値を用いて前記入力信号のオフセット（Offset）を除去するオフセット除去部（500）、前記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が除去された圧力による入力信号の値を出力する積分部（600）で構成され、前記信号入力部（100）から入力された前記入力信号のノイズを除去するために、低域帯域フィルタ（LPF）と移動平均フィルタ（MAF）で構成されているフィルタ部（200）をさらに含む（が区される）。このとき、上記フィルタ部（200）は、前記入力信号から50/60 Hz powerノイズを除去することを特徴とする。
上記信号処理部（400）は、上記微分された入力信号の値と既に設定されたしきい値を比較して上記入力信号が、圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であることを区分する。もし上記の微分された入力信号の値が既に設定されたしきい値以上の場合、上記入力信号を、圧力による入力信号であると判断して、上記積分部を実行する。一方、上記の微分された入力信号の値が上記所定のしきい値よりも小さい場合、上記入力信号を、熱による入力信号であると判断して、前記オフセット除去部を実行する。
さらに、上記信号処理部（400）は、前記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されない場合は、上記積分部（600）を初期化するリセット信号を出力する。上記信号処理部（400）は、微分された入力信号の値から圧力による入力信号が全区間で検出されない場合、上記積分部（600）を初期化するリセット信号を出力する。
上記オフセット除去部（500）は、上記入力信号から上記熱による入力信号を引いた値を出力する。
図5a乃至図7bは、図4の信号処理部（400）を具体的に説明するための図である。図5a〜図5bは、図4のTouch_Inputによる圧力による入力信号と熱による入力信号を示すグラフを示す図である。（本発明では、既に設定されたしきい値を100にしたが、これは熱による入力信号の微分値に基づいて容易に変更可能である。）図6は、図4のRest_Periodによる圧力による入力信号を示すグラフを示す図ある。図7a〜図7bは、図4のTouch_OFFによる圧力による入力信号と熱による入力信号を示すグラフを示す図である。
まず、図4の信号処理部（400）のうちTouch_Inputは、微分された入力信号の情報を使用して、圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であるかを判断する。ワースト（Worst）した熱による入力信号の微分値は、圧力による入力信号の微分値よりも小さい。これに対する具体的なグラフは、図5bと同じである。
図5a〜図5bの場合には、それぞれの圧力による入力信号と熱による入力信号として入力信号（Input）とBalance_Ref信号（MAF_LPF）と微分された入力信号（Diff）が含まれている。
図5aを参照すると、圧力による入力信号（Input）は、熱による入力信号（Input）より相対的に速い伝導速度により微分された入力信号（Diff）が大きな値に出力される。このとき、微分された入力信号（Diff）からの圧力による入力信号が入力された正確な区間（赤色表示）の出力が可能である。
図5aを参照すると、圧力による入力信号（Input）は、熱による入力信号（Input）より相対的に速い伝導速度により微分された入力信号（Diff）が大きな値に出力される。このとき、微分された入力信号（Diff）からの圧力による入力信号が入力された正確な区間（赤色表示）の出力が可能である。
一方、図5bを参照すると、圧力による入力信号（Input）と熱による入力信号（Input）を比較したとき、熱による入力信号（Input）は、温度による入力信号の伝導速度によって圧力による入力信号（Input）より滑らかに（Smooth）反応する。これにより、熱による入力信号（Input）を微分した信号（Diff）は、小さい値に出力される。微分された入力信号（Diff）は、既に設定されたしきい値である100を超えない。これは、最大熱変化を与えても及ばない程度のしきい値であるが、周囲の環境に応じて容易に設計変更可能である。
図4の信号処理部（400）のうちRest_Periodは、微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されるかどうかを判断する。これに対する具体的なグラフは、図6の通りである。
図6の場合には、圧力による入力信号として入力信号（Input）とBalance_Ref信号（MAF_LPF）と微分された入力信号（Diff）が含まれている。
図6に示すように、微分された入力信号（Diff）で一定時間（青表示を参照）の間の圧力による入力信号が再び検出されなければ、信号処理部（400）は、積分部（600）を初期化するリセット信号を出力する。
図4の信号処理部（400）のうちTouch_OFFは、微分された入力信号（Diff）の値から圧力による入力信号が全区間で検出されるかどうかを判断する。前記検出されるかどうかは、微分された入力信号（Diff）の値が負の方向に大きく発生する状況から判断する。
図7aに示すように、微分された入力信号（Diff）の値が負の方向に大きく発生する状況（赤表示）が表示されたら、信号処理部（400）は、積分部（600）を初期化するリセット信号を出力する。
図7bの場合には、熱による入力信号として圧力による入力信号が全区間で検出されないことが示される。
図8は、本発明の一実施例として、圧力による入力信号を利用したシステム全体の動作を示す図であり、図9は、本発明の一実施例として、熱による入力信号を利用したシステム全体の動作を示す図である。図8〜図9に示すように、入力信号（Input）は、圧電フィルムから入力された信号として信号入力部（100）に入力された後、フィルタ部（200）に伝達される。渡された入力信号（Input）は、低域帯域フィルタ（LPF）と移動平均フィルタ（MAF）で構成されているフィルタ部（200）によってノイズが除去される。このとき出力される信号がBalance_Ref信号（MAF_LPF）である。Balance_Ref信号（MAF_LPF）は微分器（300）に入力されて微分され、このとき出力される信号が微分された入力信号（Diff）である。微分された入力信号（Diff）はTouch_Inputに伝達され、Touch_Inputは熱による入力信号であるか、圧力による入力信号であるかを判断する。
図8に示すように、Balance_Ref.は、微分された入力信号（Diff）が圧力による入力信号であると判断されると、前記入力信号を固定する役割をする。逆に、図9に示すように、微分された入力信号（Diff）が熱による入力信号であると判断されると、判断された入力信号は、オフセット除去部（500）で意味のない信号としてみなされて除去される。（判断された入力信号を利用して、オフセット除去部（500）を実行するかどうかを決定する。）圧力による入力信号が検出されない時は、入力信号（Input）とBalance_Ref信号（MAF_LPF）は同様に行っている途中、微分された入力信号（Diff）からの圧力による入力信号が検出された時は、圧力による入力信号が入力された正確な区間のみを検出する。Balance_Ref信号（MAF_LPF）は、圧力による入力信号が検出される直前の信号のみを保持する。このとき、上記の意味のない信号の除去プロセスは、フィルタ部（200）から出力された入力信号からTouch-Inputから出力された熱による入力信号を引いた値である0を出力するプロセスである。上記除去プロセスでは、熱による入力信号のほか、圧力による入力信号を除いた様々な信号が除去される。これにより、オフセット除去部（500）から出力された信号は、オフセット除去部（500）によってきれい（明確）に出力される。図9は、オフセット除去部（500）から出力された信号が0である。
図8に示すように、積分部（600）は、入力信号が伝達されているプロセスを出力するために存在しているものであり、前記入力信号を積分して、圧力による入力信号に復元する。これは、圧電フィルムからの圧力信号検出が圧力を与えるかどうかは、認知可能であるが、圧力をかけているプロセスは、認知不可能だからである。
図10は、本発明の一実施例として、ADC変換入力を使用した、Simulink（Simulink）実装されたデジタルシステムを示す図であり、図11a〜図11bは、本発明の一実施例として、圧電フィルム入力部にアナログアンプとフィルタ回路を追加したシステムを示す図である。図10のフィルタ部（200）、微分器（300）、積分部（600）は、デジタルおよびアナログ回路でも実装可能である。信号処理部（400）の場合には、アナログ回路またはマイクロプロセッサに実装可能であり、このときのメモリも使用可能である。このとき、上記メモリは、入力信号と入力信号の信号成分の分析データを保存するために、これは圧力による入力信号を認識して、リアルタイムで保存する。さらに信号処理部（400）には、温湿度に応じた補償のためのセンサが追加されることもある。
図11a〜図11bで示しているように、圧電フィルム入力部アンプ（Amplifier）を利用した回路で実装可能である。このとき、アナログアンプは、圧電信号を適正信号の大きさに増幅することができ、フィルタ回路は、ノイズ除去目的である。
図12は、本発明の一実施例として、圧電フィルム焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号検出方法を示すフローチャートである。図12が示しているように、圧電フィルムでの焦電性(pyroelectric)による信号が抑制された圧力信号検出方法は、信号入力部（100）から圧電フィルム（Piezoelectric film）からの入力信号の入力を受ける信号入力段階（S100）、微分器（300）において、前記入力信号の信号成分の分析のために入力信号を微分する微分段階（S300）、信号処理部（400）において、前記微分器の微分値に基づいて前記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理段階（S400）、オフセット除去部（500）において、前記信号処理部（400）の信号成分の分析値を用いて前記入力信号のオフセット（Offset）を除去するオフセット除去段階（S500）、積分部（600）から（積分部（600）で）前記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が除去された圧力による入力信号の値を出力する積分段階（S600）を含み、上記信号入力段階（S100）から入力された前記入力信号のノイズを除去するためにフィルタ部（200）からの前記入力信号のノイズを除去するフィルタ段階（S200）が含まれている。このとき、上記フィルタのステップ（S200）は、前記入力信号から50/60 Hz powerノイズを除去することを特徴とする。
上記信号処理段階（S400）では、前記微分された入力信号の値と既に設定されたしきい値を比較して前記入力信号が、圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であるかを区分する。もし上記の微分された入力信号の値が既に設定された所定のしきい値以上の場合、上記入力信号を、圧力による入力信号であると判断して、前記積分段階（S600）を実行する。一方、上記の微分された入力信号の値が前記所定のしきい値よりも小さい場合、上記入力信号を、熱による入力信号であると判断して、前記オフセット除去段階（S500）を実行する。
さらに、上記信号処理段階（S400）では、前記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されない場合は、上記積分段階（S600）（積分部（600））を初期化するリセット信号を出力する。上記信号処理段階（S400）は、微分された入力信号の値から圧力による入力信号が全区間で検出されない場合、上記積分段階（S600）（積分部（600））を初期化するリセット信号を出力する。
上記オフセット除去段階（S500）では、前記入力信号から上記熱による入力信号を引いた値を出力する。
図13aは、温度環境による圧電素子の出力信号の変化を示す図であり、図13bは、本発明の一実施例として、急激な温度環境に応じた圧電素子の出力信号の変化を示す図である。図13aで示しているように、圧電素子の出力信号は、圧力だけでなく、熱（温度）による環境も影響を与える。（上のグラフは、-10℃で200kPaの一定の圧力を150秒間加えたときの圧電センサの出力電圧を示し、下のグラフは、50℃で200kPaの一定の圧力を150秒間加えたときの圧電センサの出力電圧を示す。）
一方、図13bで図示しているように、本発明の一実施形態に係る圧電素子の出力信号の変化は、熱（温度）による環境の変化が出力に影響を与えない。
なお、本発明の圧力信号検出回路は、熱吸収物質が追加された圧電フィルムや、焦電性による信号を減衰する構造を有する圧電フィルム（バイモルフ型圧電フィルムなど）に適用されてもよい。これにより、通常の圧電フィルムに本発明の圧力信号検出回路を適用した形態に比べ、ＳＮ比が向上し、さらに微弱な圧力を検出することができる。
以下、圧電フィルムの材料について説明する。
本発明で用いられる圧電フィルムは、好ましくは有機焦電フィルムであり、及びより好ましくは有機強誘電性フィルムである。
当業者が通常理解する通り、有機圧電フィルム、有機焦電フィルム、及び有機強誘電性フィルム等の「有機フィルム」は、有機物である重合体から形成されるフィルム（重合体フィルム）である。
当業者が通常理解する通り、「有機圧電フィルム」は圧電性を有する有機フィルムであり、「有機焦電フィルム」は焦電性（及び、圧電性）を有する有機フィルムであり、及び「有機強誘電性フィルム」は強誘電性（並びに、焦電性、及び圧電性））を有する有機フィルムである。
当業者が通常理解する通り、有機圧電フィルム、有機焦電フィルム、及び有機強誘電性フィルム等の「有機フィルム」は、有機物である重合体から形成されるフィルム（重合体フィルム）である。
当業者が通常理解する通り、「有機圧電フィルム」は圧電性を有する有機フィルムであり、「有機焦電フィルム」は焦電性（及び、圧電性）を有する有機フィルムであり、及び「有機強誘電性フィルム」は強誘電性（並びに、焦電性、及び圧電性））を有する有機フィルムである。
以下、本発明において用いられる「有機焦電フィルム」を構成する有機フィルムについて説明する。
当該「有機フィルム」の好適な例は、フッ化ビニリデン系重合体フィルム、及び奇数鎖ナイロンフィルム、及びシアン化ビニリデン／酢酸ビニル共重合体を包含する。
本発明に用いられる有機フィルムは、好ましくはフッ化ビニリデン系重合体フィルムである。
当業者が通常理解する通り、当該「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」は、フッ化ビニリデン系重合体から構成されるフィルムであり、フッ化ビニリデン系重合体を含有する。
本明細書中、「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」の好適な例は、
ポリフッ化ビニリデンフィルム、
フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、及び
フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン共重合体フィルムを包含する。
ポリフッ化ビニリデンフィルム、
フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、及び
フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン共重合体フィルムを包含する。
本明細書中の用語、「ポリフッ化ビニリデンフィルム」、「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体フィルム」、及び「フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン共重合体フィルム」は、それぞれ、これらをベースとするフィルムを包含することを意図して用いられる。
本発明に用いられる有機フィルムにおける前記重合体の含有量は、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上、より更に好ましくは８５質量％以上、特に９０質量％以上、より特に好ましくは９５重量％以上である。当該含有量の上限は特に制限されず、例えば、１００質量％であってもよいし、９９質量％であってもよい。
前記「有機フィルム」は、本発明の効果が著しく損なわれない限り、前記重合体以外の成分を含有してもよい。その例は、樹脂フィルムに通常用いられる添加剤を包含する。
前記重合体の好適な例は、フッ化ビニリデン系重合体を包含する。
当該「フッ化ビニリデン系重合体」の例としては、
（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体；及び
（２）ポリフッ化ビニリデン
が挙げられる。
（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体；及び
（２）ポリフッ化ビニリデン
が挙げられる。
当該「（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体」における「これと共重合可能なモノマー」の例としては、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、及びフッ化ビニルが挙げられる。
当該「これと共重合可能な１種以上のモノマー」又はそのうちの１種は、好ましくはテトラフルオロエチレンである。
当該「フッ化ビニリデン系重合体」の好ましい例としては、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体が挙げられる。
前記「（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体」は、フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位を、好ましくは、例えば、５モル％以上、１０モル％以上、１５モル％以上、２０モル％以上、２５モル％以上、３０モル％以上、３５モル％以上、４０モル％以上、４５モル％以上、５０モル％以上、又は６０モル％以上含有する。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは５／９５〜９０／１０の範囲内、より好ましくは５／９５〜７５／２５の範囲内、更に好ましくは１５／８５〜７５／２５の範囲内、及びより更に好ましくは３６／６４〜７５／２５の範囲内である。
フッ化ビニリデンが多い共重合体は、溶剤溶解性に優れ、及びそのフィルムの加工性に優れる点で好ましい。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは５／９５〜３７／６３の範囲内、より好ましくは１０／９０〜３０／７０の範囲内、及び更に好ましくは５／８５〜２５／７５の範囲内である。
テトラフルオロエチレンがより多い共重合体は、そのフィルムの耐熱性が優れる点で好ましい。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは６０／４０〜１０／９０の範囲内、より好ましくは５０／５０〜２５／７５の範囲内、及び更に好ましくは４５／５５〜３０／７０の範囲内である。
当該「これと共重合可能な１種以上のモノマー」又はそのうちの１種は、好ましくはテトラフルオロエチレンである。
当該「フッ化ビニリデン系重合体」の好ましい例としては、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体が挙げられる。
前記「（１）フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な１種以上のモノマーと、の共重合体」は、フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位を、好ましくは、例えば、５モル％以上、１０モル％以上、１５モル％以上、２０モル％以上、２５モル％以上、３０モル％以上、３５モル％以上、４０モル％以上、４５モル％以上、５０モル％以上、又は６０モル％以上含有する。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは５／９５〜９０／１０の範囲内、より好ましくは５／９５〜７５／２５の範囲内、更に好ましくは１５／８５〜７５／２５の範囲内、及びより更に好ましくは３６／６４〜７５／２５の範囲内である。
フッ化ビニリデンが多い共重合体は、溶剤溶解性に優れ、及びそのフィルムの加工性に優れる点で好ましい。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは５／９５〜３７／６３の範囲内、より好ましくは１０／９０〜３０／７０の範囲内、及び更に好ましくは５／８５〜２５／７５の範囲内である。
テトラフルオロエチレンがより多い共重合体は、そのフィルムの耐熱性が優れる点で好ましい。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」における（テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位）／（フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位）のモル比は、好ましくは６０／４０〜１０／９０の範囲内、より好ましくは５０／５０〜２５／７５の範囲内、及び更に好ましくは４５／５５〜３０／７０の範囲内である。
前記「フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体」は、本発明に関する性質が著しく損なわれない限りにおいて、フッ化ビニリデン及びテトラフルオロエチレン以外のモノマーに由来する繰り返し単位を含有してもよい。通常、このような繰り返し単位の含有率は、例えば、２０モル％以下、１０モル％以下、５モル％以下、又は１モル％以下であることができる。このようなモノマーは、フッ化ビニリデンモノマー、テトラフルオロエチレンモノマーと共重合可能なものである限り限定されないが、その例としては、
（１）ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−トリデカフルオロオクタ−１−エン（Ｃ６オレフィン）、フルオロモノマー（例、ビニルフルオリド（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、ヘキサフルオロプロペン（ＨＦＰ）、１−クロロ−１−フルオロ−エチレン（１，１−ＣＦＥ）、１−クロロ−２−フルオロ−エチレン（１，２−ＣＦＥ）、１−クロロ−２，２−ジフルオロエチレン（ＣＤＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、トリフルオロビニルモノマー、１，１，２−トリフルオロブテン−４−ブロモ−１−ブテン、１，１，２−トリフルオロブテン−４−シラン−１−ブテン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、ペルフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）、ペルフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）、ペルフルオロアクリラート、２，２，２−トリフルオロエチルアクリラート、２−（ペルフルオロヘキシル）エチルアクリラート）；並びに
（２）炭化水素系モノマー（例、エチレン、プロピレン、無水マレイン酸、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマー、酢酸ビニルが挙げられる。
（１）ＨＦＯ−１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）、３，３，４，４，５，５，６，６，７，７，８，８，８−トリデカフルオロオクタ−１−エン（Ｃ６オレフィン）、フルオロモノマー（例、ビニルフルオリド（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、ヘキサフルオロプロペン（ＨＦＰ）、１−クロロ−１−フルオロ−エチレン（１，１−ＣＦＥ）、１−クロロ−２−フルオロ−エチレン（１，２−ＣＦＥ）、１−クロロ−２，２−ジフルオロエチレン（ＣＤＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、トリフルオロビニルモノマー、１，１，２−トリフルオロブテン−４−ブロモ−１−ブテン、１，１，２−トリフルオロブテン−４−シラン−１−ブテン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、ペルフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）、ペルフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）、ペルフルオロアクリラート、２，２，２−トリフルオロエチルアクリラート、２−（ペルフルオロヘキシル）エチルアクリラート）；並びに
（２）炭化水素系モノマー（例、エチレン、プロピレン、無水マレイン酸、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマー、酢酸ビニルが挙げられる。
以上で、本発明の技術的思想を例示するための好ましい実施例に関連して説明して示したが、本発明は、このような図示され説明された通りの構成及び作用に限定されるものではなく、技術的思想の範疇を逸脱することがなく、本発明の多数の変更及び修正が可能であることを当業者は理解できるだろう。したがって、そのようなすべての適切な変更及び修正も本発明の範囲に属するものとみなされるべきである。
本発明の圧力信号検出回路は、焦電性を有する圧電材料と、前記圧電材料の出力信号を処理する回路とを備えるデバイスに適用可能である。すなわち、圧電材料の出力信号を処理する回路と、本発明の圧力信号検出回路とを備えるデバイスも、本発明の範疇に含まれる。そのようなデバイスとして、例えば、タッチパネル、生体センサ、振動センサ、感圧センサ、および、情報端末機器が挙げられる。
100 : 信号入力部 200 : フィルター部
300 : 微分器 400 : 信号処理部
500 : オフセット除去部 600 : 積分部
300 : 微分器 400 : 信号処理部
500 : オフセット除去部 600 : 積分部
Claims (18)
- 圧電材料からの入力信号から、圧力による入力信号と熱による入力信号との入力信号の速度差に基づいて、前記熱による入力信号を除去する圧力信号検出回路であって、
前記圧電材料からの入力信号の入力を受ける信号入力部；
前記入力信号の信号成分の分析のために入力信号を微分する微分器；
上記微分器の微分値に基づいて前記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理部；
上記信号成分の分析値を用いて前記入力信号のオフセット（Offset）を除去するオフセット除去部；及び
前記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が除去された圧力による入力信号の値を出力する積分部；を含むことを特徴とする圧力信号検出回路。 - 請求項１に記載の圧力信号検出回路において、
前記信号入力部から入力された前記入力信号のノイズを除去するために、低域帯域フィルタ（LPF）と移動平均フィルタ（MAF）で構成されているフィルタ部をさらに具備することを特徴とする圧力信号検出回路。 - 請求項１に記載の圧力信号検出回路において、前記信号処理部は、
上記微分された入力信号の値と既に設定されたしきい値を比較して前記入力信号が、圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であるかを区別することを特徴とする圧力信号検出回路。 - 請求項３に記載の圧力信号検出回路において、
上記微分された入力信号の値が前記既に設定されたしきい値以上の場合、上記入力信号を、圧力による入力信号であると判断して、前記積分部を実行し、
上記微分された入力信号の値が前記既に設定されたしきい値よりも小さい場合、上記入力信号を、熱による入力信号であると判断して、前記オフセット除去部を実行することを特徴とする圧力信号検出回路。 - 請求項１に記載の圧力信号検出回路において、前記信号処理部は、
上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されない場合は、上記積分部を初期化するリセット信号を出力することを特徴とする圧力信号検出回路。 - 請求項１に記載の圧力信号検出回路において、前記信号処理部は、
上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が全区間で検出されない場合、上記積分部を初期化するリセット信号を出力することを特徴とする圧力信号検出回路。 - 請求項１に記載の圧力信号検出回路において、前記オフセット除去部は、
前記入力信号から上記熱による入力信号とノイズ信号を引いた純粋な圧力による値を出力することを特徴とする圧力信号検出回路。 - 前記圧電材料は、圧電フィルム（Piezoelectric film）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力信号検出回路。
- 圧電材料と、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧力信号検出回路とを備えることを特徴とするデバイス。
- タッチパネル、生体センサ、振動センサ、感圧センサ、または、情報端末機器であることを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
- 圧電材料からの入力信号から、圧力による入力信号と熱による入力信号との入力信号の速度差に基づいて、前記熱による入力信号を除去する圧力信号検出方法であって、
信号入力部から前記圧電材料からの入力信号の入力を受ける信号入力段階；
微分器において、前記入力信号の信号成分の分析のために入力信号を微分する微分段階；
信号処理部において、前記微分器の微分値に基づいて前記入力信号の信号成分の分析値を出力する信号処理段階；
オフセット除去部において、上記信号処理部の信号成分の分析値を用いて前記入力信号のオフセット（Offset）を除去するオフセット除去段階；及び
積分部で前記入力信号を積分して、熱による入力信号の値が除去された圧力による入力信号の値を出力する積分段階；を含むことを特徴とする圧力信号検出方法。 - 請求項１１に記載の圧力信号検出方法において、前記信号入力段階で入力された前記入力信号のノイズを除去するためにフィルタ部で前記入力信号のノイズを除去するフィルタ段階がさらに含まれていることを特徴とする圧力信号検出方法。
- 請求項１１に記載の圧力信号検出方法において、前記信号処理段階は、
上記微分された入力信号の値と既に設定されたしきい値を比較して前記入力信号が、圧力による入力信号であるか、熱による入力信号であるかを区別することを特徴とする圧力信号検出方法。 - 請求項１３に記載の圧力信号検出方法において、
上記微分された入力信号の値が前記既に設定されたしきい値以上の場合、上記入力信号を、圧力による入力信号であると判断して、前記積分段階を実行し、
上記微分された入力信号の値が前記既に設定されたしきい値よりも小さい場合、上記入力信号を、熱による入力信号であると判断して、前記オフセット除去段階を実行することを特徴とする圧力信号検出方法。 - 請求項１１に記載の圧力信号検出方法において、前記信号処理段階は、
上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が検出された後に基準時間の間の圧力による入力信号が再び検出されない場合は、上記積分段階を初期化するリセット信号を出力することを特徴とする圧力信号検出方法。 - 請求項１１に記載の圧力信号検出方法において、前記信号処理段階は、
上記微分された入力信号の値から圧力による入力信号が全区間で検出されない場合、上記積分段階を初期化するリセット信号を出力することを特徴とする圧力信号検出方法。 - 請求項１１に記載の圧力信号検出方法において、前記オフセット除去段階は、
前記入力信号から上記熱による入力信号とノイズ信号を引いた純粋な圧力による値を出力することを特徴とする圧力信号検出方法。 - 前記圧電材料は、圧電フィルム（Piezoelectric film）であることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の圧力信号検出方法。
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