JP6935051B2 - 加圧位置センサ，加圧位置検出方法，加圧位置検出装置および符号化織物 - Google Patents

Description

この発明は，平面的な加圧位置センサであり，加圧された一次元位置または二次元位置を検出する加圧位置センサに関し，さらにこの加圧位置センサを用いた加圧位置検出方法および装置，ならびに前記加圧位置センサの構成要素としての符号化織物に関する。

シート状のさまざまな加圧位置センサが開発されている。

特許文献１には導電性織物およびそれを使用したタッチセンサ装置が記載されている。この導電性織物は，導電糸がそれぞれ織り込まれた導電上布と導電下布が，それぞれの導電糸が直交する配置で重ね合わされたものであり，上布と下布との導電糸間の加圧による静電容量の変化を検出する（加圧位置の検出）ために，下布の位置の異なる導電糸には相互に干渉しない周波数の異なる電圧が印加され，上布の位置の異なる導電糸の出力はマルチプレクサによって選択される。特許文献１では，周波数の異なる複数の電源，マルチプレクサ，上下布の各導電線への，または各導電線からの多数の接続線（多チャネル）が必要である。

特許文献２に記載の感圧シートは，円筒状弾性体の周面に形成された導電体層が誘電体層により被覆された感圧用線材を用い，これらをたて糸，よこ糸として編んだもので，たて糸とよこ糸の交点における静電容量の加圧による変化を検出する。加圧位置の検出のために，各交点をＸ，Ｙ方向にスキャニングする。この感圧シートにおいてもＸ，Ｙ方向に多数の引出線（チャネル）が必要である。

特許文献３はシート状センサ装置に関するもので，シート体に細径の同軸ケーブルを適当な間隔をあけて平行に縫い込んでセンサ本体を構成し，同軸ケーブルの内部導体と外部導体との間の加圧による静電容量の変化を検出する。複数の同軸ケーブルのうちの一つを同定するために，同軸ケーブルの出力がタイミング切替部によりスキャニングされる（切替えられる）。したがって，これも多チャネルの構成である。

特許文献４は引張変形検知布を開示している。この引張変形検知布は，多数の導電糸を含んで構成された織物を一方向に伸縮自在とし，その伸縮に伴って導電糸の隣接するもの同士の間隔が変化，それに応じて変化する導電糸間の静電容量の変化を測定するものである。これは織物の伸縮を検出するだけで位置を検出するものではない。

特開２０１１−１０２４５７号公報 特開２００８−１７０４２５号公報 特開２０１０−１３３７９１号公報 特開２０１２−１７７５６５号公報

この発明は，可及的少ないチャネル数で一次元または二次元加圧位置の検出が可能な加圧位置センサを提供するものである。

この発明はまた，上記加圧位置センサを用いた加圧位置検出方法および加圧位置検出装置を提供するものである。

この発明はさらに，上記加圧位置センサの構成要素としての符号化織物を提供するものである。

この発明による加圧位置センサは，複数の単位領域をそれぞれ有する第１層，第２層および第３層がこの順序で，かつ各層の対応する単位領域が互いに対向する状態で重ねられ，各層の複数の単位領域にはそれぞれ導電部が設けられ，これらの導電部は各層ごとに１つの接続点に電気的に接続され，第１層の各単位領域の導電部と第２層の各単位領域の導電部との間に弾性を有する誘電体が設けられ，これによって単位領域ごとに第１の静電容量性素子が形成され，第１の静電容量性素子の初期状態における静電容量は単位領域ごとに異なり（好ましくは一定の配列順序で変化し），第３層の各単位領域の導電部と第２層の各単位領域の導電部との間に弾性を有する誘電体が設けられ，これによって単位領域ごとに第２の静電容量性素子が形成され，第２の容量性素子の初期状態における静電容量はすべての単位領域において等しいものである。「等しい」とは当然ながら，製造上の誤差等を許容するものである。また，隣接する単位領域がその一部を相互に重なっていてもよい。単位領域の境界線が明示的に示されている必要はない。

一実施態様において，加圧位置センサは，前記第１層，第２層および第３層がそれぞれ，平面状の絶縁体シートであり，前記絶縁体シート上に前記導電部として導電体パターンが形成されている。

他の実施態様において，加圧位置センサは，前記第１層，第２層および第３層がそれぞれたて糸とよこ糸を交差させて組合せた織物であり，たて糸およびよこ糸の少なくともいずれか一方が，各単位領域において少なくとも１本の，誘電体で被覆された導電線であり，前記導電部は織物の少なくとも一方の面に現われる前記導電線の一部である。好ましくは，この織物では，前記単位領域内において，たて糸とよこ糸が少なくとも１回交差する。もちろん，複数の単位領域において，たて糸とよこ糸が少なくとも１回交差してもよい。

さらに他の実施態様においては，加圧位置センサは，前記第１層，第２層および第３層が平面状の絶縁シートまたは絶縁糸による織物であり，前記導電部は前記絶縁シートまたは織物に縫い込まれてその表または裏に現われる導電線の部分である。

この発明による加圧位置センサでは，単位領域ごとに同じ外力が加えられても，第１の静電容量性素子の静電容量は，加えられた外力と単位領域の位置に応じて変化量が異なる。他方，第２の静電容量性素子については，その静電容量は加えられる外力に応じて変化し，単位領域の位置には依存しない。したがって，外力の値と位置を変えて，第１層と第２層の間の総静電容量に関する第１の値と，第３層と第２層の間の総静電容量に関する第２の値とをあらかじめ測定してキャリブレーションデータを作成しておけば，任意の位置に任意の外力が加えられたときに，外力が加えられた位置と外力の大きさを測定することが可能となる。加圧位置センサから測定装置（または処理装置）への信号線は，第１層，第２層および共通層としての第３層からの２チャネルですむ。

この発明による加圧位置検出方法は，キャリブレーションモードにおいて，上記の加圧位置センサを用いてすべての，または代表的な単位領域について加圧力を変えて測定された第１の静電容量性素子の静電容量に関する第１の値および第２の静電容量性素子の静電容量に関する第２の値を参照データとして記憶しておき，測定モードにおいて上記加圧位置センサを用いて測定された第１の値および第２の値と前記参照データとに基づいて少なくとも加圧された単位領域の位置を判定するものである。もちろん加圧値も測定することもできる。代表的な単位領域について第１の値および第２の値を参照データとして記憶したときには，他の単位領域についてのこれらの値は補間等によって求めることが可能である。

この発明による加圧位置検出装置は，上記の加圧位置センサ，第１層の接続点と第２層の接続点との間の第１の静電容量を反映する第１の値を測定する第１の静電容量測定装置，第３層の接続点と第２層の接続点との間の第２の静電容量を反映する第２の値を測定する第２の静電容量測定装置，および測定された第１の値と第２の値とに基づいて，少なくとも加圧された単位領域の位置を表わす信号を出力する処理装置を備えるものである。処理装置は加圧位置のみならず加圧値も測定して出力する。

この発明による加圧位置検出方法および装置によると，あらかじめキャリブレーションデータを測定しておきさえすれば，加圧された位置とその値を検出することができる。

この発明による符号化織物は，たて糸とよこ糸を交差させて構成され，複数の単位領域を有する織物であり，たて糸およびよこ糸の少なくともいずれか一方が，各単位領域において少なくとも１本の，誘電体で被覆された導電線であり，該織物の一方の面に現われる導電線の量が前記複数の単位領域ごとに異なるものである。

この符号化織物は，上記加圧位置センサの第１層として用いることができる。

第１実施例の加圧位置センサを示すもので，その断面図である。 第１実施例の加圧位置センサを示すもので，第１層の第２層と対向する面を示す。 第１実施例の加圧位置センサを示すもので，第２層の第１層と対向する面を示す。 第１実施例の加圧位置センサを示すもので，第２層の第３層と対向する面を示す。 第１実施例の加圧位置センサを示すもので，第３層の第２層と対向する面を示す。 変形例を示す図１相当の断面図である。 加圧位置検出装置の第１実施例を示す回路図である。 加圧位置検出装置の第１実施例における第１のルックアップテーブルを示す。 加圧位置検出装置の第１実施例における第２のルックアップテーブルを示す。 加圧位置検出装置の第１実施例におけるキャリブレーションモードの動作（操作，処理）を示すフローチャートである。 加圧位置検出装置の第１実施例における計測モードの動作（操作，処理）を示すフローチャートである。 加圧位置検出装置の第２実施例を示す回路図である。 加圧位置センサの第２実施例の第１層の第２層と対向する面を示す。 加圧位置センサの第２実施例の第２層の第１層と対向する面を示す。 加圧位置センサの第２実施例の第２層の第３層と対向する面を示す。 加圧位置センサの第２実施例の第３層の第２層と対向する面を示す。 (a)は織物の一部を示し，(b)は織物の一部の模式図である。 (a)から(d)は２つの織物の格子点の重なりをそれぞれ示し，(e) は導電性糸の断面を示す。 (a)は図18(a)が静電容量性素子となることを示し，(b)は図18(b)が静電容量性素子となることを示し，(c)は図18(c)が静電容量性素子となることを示し，(d)は図18(d)が静電容量性素子となることを示す。 加圧位置センサの第３実施例を示し，第１層の織物の上面（第２層と対向する面の反対側の面）の組織図である。 加圧位置センサの第３実施例を示し，第１層の織物の第２層と対向する面の組織図である。 加圧位置センサの第３実施例を示し，第２層の織物の第１層と対向する面の組織図である。 加圧位置センサの第３実施例を示し，第３層の織物の第２層と対向する面の組織図である。 第２実施例の加圧位置検出装置により測定した静電容量Ｃ１の変化を示す。 第２実施例の加圧位置検出装置により測定した静電容量Ｃ２の変化を示す。 図23の静電容量Ｃ１の変化を示すグラフである。 図24の静電容量Ｃ２の変化を示すグラフである。 第２実施例の加圧位置検出装置における第１のルックアップテーブルを示す。 第２実施例の加圧位置検出装置における第２のルックアップテーブルを示す。 第２実施例の加圧位置検出装置におけるキャリブレーションモードにおける動作（操作，処理）を示すフローチャートである。 第２実施例の加圧位置検出装置における計測モードにおける動作（操作，処理）を示すフローチャートである。 図20ａに示す組織図にしたがって作成した織物の上面の写真である。 図20ｂ（図20ａ）に示す組織図にしたがって作成した織物の下面（第２層と対向する面）の写真である。

加圧位置センサの第１実施例
図１から図５は第１実施例の加圧位置センサを示している。

主に図１を参照して，加圧位置センサは３つの層（レイヤー）１，２および３から構成されている。これらを図１の上から下に向って第１層，第２層，第３層と呼ぶ。各層１，２，３はそれぞれ可撓性を有する（フレキシブル）絶縁性シート11，21，31を含む。絶縁性シート11，21，31は長方形の，たとえば合成樹脂製シート（または平面板，基板）である（図２から図５を参照）。第１層のシート11と第２層のシート12との間には弾性を有する一定厚さの誘電体層４が介装され，第２層のシート12と第３層のシート13との間にも弾性を有する一定厚さの誘電体層５が設けられている。これらの絶縁性シート11，21，31と誘電体層４，５とは単に重ねられているだけでも，接着その他により固定されているものでもよいが，互いにずれたり動いたりしない。

図２から図４も参照して，第１層１から第３層３は，両端部を除いて，その長さ方向に４分割され，鎖線で示すように，４つの単位領域が設けられている。単位領域は加圧位置検出の分解能を表わす。すなわち，この単位領域を単位として加圧された位置が検出される。簡単化のために４つの単位領域のみが図示されているが，その数を一直線状に（一次元的に）増加させることもできるし，二次元的な広がりをもって設けることもできる。これらの単位領域に，図面の左側から右側に向ってそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの符号をつけて区別する。単位領域の境界を示す鎖線は分りやすくするための仮想線であり，実際にはなくてもよいし，あってもかまわない。第１層１の単位領域と第２層２の単位領域と第３層３の単位領域はその対応するものが互いに（図１において，上下方向に）ぴったりと重なっている。すなわち，第１層の単位領域Ａと第２層の単位領域Ａと第３層の単位領域Ａとは互いに重なっている。単位領域Ｂ，Ｃ，Ｄについても同様である。

図２は第１層１の絶縁性シート11の下面（第２層２に対向する面）に形成された導電部を示す下面図である。導電部はたとえば金属薄膜であり，絶縁性シート11の下面に形成され，単位領域内に２つずつの幅広の第１導電部12と，隣接する第１導電部12を絶縁性シート11の長さ方向に電気的に接続する細い第２導電部13とを含む。２列に設けられた第１導電部12は，その両端部（絶縁性シート11の長さ方向の両端部）において，シート11下面の単位領域外に形成された導体（配線）パターン14により相互に電気的に接続され，同じくシート11下面の一端部（図２の右端部）に形成された接続端子15（端子または接続点ｎ１ともいう）に電気的に接続されている。すなわち，すべての導電部12，13が端子15に電気的に接続されている。絶縁性シート11下面に形成された第１導電部12の総面積は，単位領域ごとに異なり，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に広くなっている。単位領域に存在する第２導電部13の総面積を単位領域ごとに第１導電部12の総面積に加えても，さらに後述する第２層の導電部と重なる部分のみについても，この面積の大小関係は変わらない。導電部は導電性金属の蒸着，その他の堆積法やエッチング等により形成することができる。

図３は，第２層２の絶縁性シート21の上面（第１層１に対向する面）に形成された導電部を示す上面図（平面図）である。導電部は絶縁性シート21の上面に形成され，単位領域内に４つずつ形成された幅広の第１導電部22ａと，隣接する第１導電部22ａを単位領域内で電気的に接続する細い第２導電部23ａとを含む。さらに絶縁性シート21の上面には単位領域外において第２導電部23ａを相互に電気的に接続するとともに，同じく絶縁シート21の上面に形成された接続端子25ａ（端子または接続点ｎ２ともいう）に電気的に接続する導体（配線）パターン24ａが形成されている。すべての導電部22ａ，23ａが端子25ａに接続されている。絶縁性シート21の上面に形成された第１導電部22ａの単位領域ごとの総面積は互いに等しい。第２導電部23ａの総面積を単位領域ごとに第１導電部22ａの総面積を加えても，単位領域の導電部の面積は等しく，かつ配線形態も同じである。

図４は，第２層２の絶縁性シート21の下面（第３層３に対向する面）に形成された導電部を示す下面図である。導電部は絶縁性シート21の下面に形成され，単位領域内に２つずつ形成された幅広の第１導電部22ｂと，隣接する第１の導電部22ｂを次に述べる導体パターン24ｂとともに単位領域内で電気的に接続する細い第２導電部23ｂとを含む。さらに絶縁性シート21の下面には単位領域外において第２導電部23ｂを相互に電気的に接続するとともに，同じく絶縁シート21の下面に形成された接続端子25ｂ（端子または接続点ｎ２ともいう。接続端子25ａと共通にしてもよい。）に電気的に接続する導体（配線）パターン24ｂが形成されている。すべての導電部22ｂ，23ｂが端子25ｂに接続されている。絶縁性シート21の下面に形成された第１導電部22ｂの単位領域ごとの総面積は互いに等しい。第２導電部23ｂの総面積を単位領域ごとに第１導電部22ｂの総面積を加えても，単位領域の導電部の面積は等しく，かつ配線形態も同じである。

図５は，第３層３の絶縁性シート31の上面（第２層２に対向する面）に形成された導電部を示す上面図（平面図）である。導電部は絶縁性シート31の上面に形成され，単位領域内に２つずつ形成された幅広の第１導電部32と，隣接する第１の導電部32を単位領域間で電気的に接続する細い第２導電部33とを含む。さらに絶縁性シート31の上面には単位領域外において第２導電部33を相互に電気的に接続するとともに，同じく絶縁シート31の上面に形成された接続端子35（端子または接続点ｎ３ともいう）に電気的に接続する導体（配線）パターン34が形成されている。すべての導電部32，33が端子35に接続されている。絶縁性シート13の上面に形成された第１導電部32の単位領域ごとの総面積は互いに等しい。第２導電部33の総面積を単位領域ごとに第１導電部32の総面積を加えても，単位領域の導電部の面積は等しく，かつ配線形態も同じである。

図１に示す断面図には第１の導電部12，22ａ，22ｂ，32のみが太い実線で示され，第２の導電部，導体パターン，端子の図示が省略されている。

第１層１の下面の導電部（第１の導電部12と第２の導電部13）と第２層２の上面の導電部（第１の導電部22ａと第２の導電部23ａ）の間に誘電体４が介装されているので，誘電体４を挟んで対向する（対面する，重なる）第１層の下面の導電部と第２層の下面の導電部とは静電容量性素子（キャパシタ，コンデンサ）を構成する（これらの導電部がその全面積においてぴったり重なる訳ではないが）。

一般に，静電容量Ｃは対向する導体（電極）の面積Ｓとそれらの間の距離（間隔）ｄに依存する。

Ｃ＝ｆ（Ｓ，ｄ） 式(1)

導体（電極）の境界における電気力線の乱れを無視すれば，理想的には
Ｃ＝εＳ／ｄ 式(2)
で表わされる。εは導体（電極）間の誘電体の誘電率である。

外力または外圧力（圧力）が加えられていない状態（加圧がない状態，これを初期状態という）において，第１層１の下面のすべての導電部（電極）（第１の導電部と第２の導電部）と第２層２の上面のすべての導電部（電極）とそれらの間に介装された誘電体４とによって構成される静電容量性素子全体の静電容量を第１の総静電容量Ｃ１とする（導体パターン14，24ａによる静電容量は，もしあるとしても無視するものとする。もっとも無視しなくても後述する結論は同じである。）。

また，初期状態において，第１層１の下面の各単位領域の導電部（第１の導電部と第２の導電部）（電極）と第２層２の上面の各単位領域ごとの導電部（電極）とそれらの間にある誘電体４とによって構成される単位領域ごとの静電容量性素子の静電容量を第１の静電容量とし，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤについてそれぞれＣ１_Ａ，Ｃ１_Ｂ，Ｃ１_Ｃ，Ｃ１_Ｄで表わす。

Ｃ１＝Ｃ１_Ａ＋Ｃ１_Ｂ＋Ｃ１_Ｃ＋Ｃ１_Ｄ 式(3)
である。

第１層１の下面における単位領域ごとの導電部（電極）の（第２層２の対向する導電部と重なる部分に着目してもその）総面積は単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きい。第２層２の上面における単位領域ごとの導電部（電極）の総面積は，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてすべて等しい。

第１層の下面の導電部と第２層の上面の導電部の互いに対向する（重なる）部分とそれらの間の誘電体とによって単位領域ごとに静電容量性素子がつくられるから，第１層の下面の単位領域ごとの導電部（第２層の対向する導電部と重なる部分）の面積の違いを考慮すると，
Ｃ１_Ａ＜Ｃ１_Ｂ＜Ｃ１_Ｃ＜Ｃ１_Ｄ 式(4)
の関係が成立つ。

加圧位置センサ10に加えられる圧力（外力）は単位領域ごとに，その単位領域全体に均一に加えられるものとする。圧力は単位面積当りの力（外力）であるが，外力は単位領域の面積に加えられるので，外力と圧力とを特に区別しないこととする。圧力が加えられることによって，加圧された各単位領域の誘電体の厚さｄが小さくなるので，式(2) において静電容量は大きくなる。仮に，すべての単位領域に，それぞれ独立に，等しい圧力が加えられたとすると，各単位領域の静電容量の変化分ｄＣ１_Ａ，ｄＣ１_Ｂ，ｄＣ１_Ｃ，ｄＣ１_Ｄは，
ｄＣ１_Ａ＜ｄＣ１_Ｂ＜ｄＣ１_Ｃ＜ｄＣ１_Ｄ 式(5)
の関係を満たす。

したがって，単位領域のいずれかに圧力が加えられたときに，加圧された単位領域における静電容量の変化が，総静電容量Ｃ１の変化に及ぼす影響（寄与）は，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きくなる。すなわち，第１の総静電容量Ｃ１，またはその変化分は，単位領域に加えられる力（または圧力）と，単位領域の位置（加圧されたのはＡかＢかＣかＤかということ）の関数となる。

第３層３の上面の導電部（第１の導電部32と第２の導電部33）と第２層２の下面の導電部（第１の導電部22ｂと第２の導電部23ｂ）の間に誘電体５が介装されているので，誘電体５を挟んで対向する第３層の上面の導電部と第２層の下面の導電部とは静電容量性素子（キャパシタ，コンデンサ）を構成する（これらの導電部がその全面積においてぴったり対向する訳ではないが）。

外力または外圧力（圧力）が加えられていない状態（加圧がない状態，これを初期状態という）において，第３層３の上面のすべての導電部（電極）と第２層２の下面のすべての導電部（電極）とそれらの間に介装された誘電体５とによって構成される静電容量性素子全体の静電容量を第２の総静電容量Ｃ２とする（導体パターン34，24ｂによる静電容量は，もしあるとしても無視するものとする。もっとも無視しなくても後述する結論は同じである。）。

また，初期状態において，第３層３の上面の各単位領域の導電部（電極）と第２層２の下面の各単位領域ごとの導電部（電極）とそれらの間にある誘電体５とによって構成される単位領域ごとの静電容量性素子の静電容量を第２の静電容量とし，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤについてそれぞれＣ２_Ａ，Ｃ２_Ｂ，Ｃ２_Ｃ，Ｃ２_Ｄで表わす。

Ｃ２＝Ｃ２_Ａ＋Ｃ２_Ｂ＋Ｃ２_Ｃ＋Ｃ２_Ｄ 式(6)
である。

第３層３の上面における単位領域ごとの導電体（電極）の総面積はすべての単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて等しい。第２層２の下面における単位領域ごとの導電体（電極）の総面積は，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてすべて等しい。第３層の導電体と第２層の下面の導電体の互いに重なり合う部分の総面積も単位領域ごとに等しい。

第３層の上面の導電体と第２層の下面の導電体の互いに対向する（重なる）部分とそれらの間の誘電体とによって単位領域ごとに静電容量性素子がつくられる。単位領域における導電体の総面積と配置形態は第３層，第２層のいずれにおいても等しく，互いに重なっている部分の単位領域ごとの総面積も等しいから
Ｃ２_Ａ＝Ｃ２_Ｂ＝Ｃ２_Ｃ＝Ｃ２_Ｄ 式(7)
の関係が成立つ。

加圧位置センサ１に加えられる圧力（外力）は上述したように，単位領域ごとに，その単位領域全体に均一に加えられるものとする。圧力が加えられることによって，加圧された各単位領域の誘電体の厚さｄが小さくなるので，上述したように，式(2) において静電容量は大きくなる。仮に，すべての単位領域に，それぞれ独立に，等しい圧力が加えられたとすると，各単位領域の静電容量の変化分ｄＣ２_Ａ，ｄＣ２_Ｂ，ｄＣ２_Ｃ，ｄＣ２_Ｄは，
ｄＣ２_Ａ＝ｄＣ２_Ｂ＝ｄＣ２_Ｃ＝ｄＣ２_Ｄ 式(8)
の関係を満たす。

したがって，単位領域のいずれかに圧力が加えられたときに，加圧された単位領域における静電容量の変化が，総静電容量Ｃ２の変化に及ぼす影響（寄与）は，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて等しい。すなわち，第２の総静電容量Ｃ２，またはその変化分は，単位領域に加えられる力（または圧力）のみの関数となる。

このようにして，総静電容量Ｃ１は加圧力と加圧された位置（いずれの単位領域かということ）の関数となり，総静電容量Ｃ２は加圧力のみの関数となる。したがって，総静電容量Ｃ２に基づいて加圧力（いずれかの単位領域に加えられた外力または外圧力）を求め，求めた加圧力を考慮して第１の総静電容量Ｃ１に基づいて加圧された位置（単位領域の位置）を求めることができる。これが，加圧位置センサを用いた加圧位置検出の原理である。

図６は加圧位置センサの変形例を示している。図１に示すものと同一物には同一符号を付し重複説明を避ける。

この加圧位置センサ10Ａにおいては，図１の加圧位置センサ10と比較すると，第２層の絶縁性シート21が省略され，誘電体層４の下面または誘電体層５の上面に第２層を構成する第１導電部22，第２導電部，これらを接続する導体（配線）パターンおよび端子（ｎ２に相当）が形成されている。第２層を構成する導電部（第１，第２導電部）は，第１層の導電部および第３層の導電部のいずれとも対向する（対面または少なくとも部分的に重なる）大きさおよび位置に形成されているのはいうまでもない。このような第２層の導電体は第１層の導電部との間で第１の容量性素子を形成し，第３層の導電部との間で第２の容量性素子を形成する。第２層を構成する導電部および第３層を構成する導電部を単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全体にわたって設けるようにしてもよい。第１層を構成する導電部のみが場所に応じて（単位領域の位置に応じて）その面積が変化する。第１層の導電部の面積を単位領域Ａの一端から単位領域Ｄの他端まで連続的に変化させてもよい。

加圧位置検出方法および装置の実施例（第１，第２の実施例）
図７は加圧位置検出装置の一例（第１実施例）を示している。上述した加圧位置センサ10Ａまたは10Ｂの第１層の導電部と第２層の導電部とによって形成される静電容量性素子がＣ１で，第３層の導電部と第２層の導電部とによって形成される静電容量性素子がＣ２で示されている。これらの静電容量性素子はそれらの総静電容量と同じ符号Ｃ１，Ｃ２で示されているが，混同が生じることはなく，むしろかえって理解しやすいものと思量する。

交流電源（数百から数十ＫＨｚオーダーの周波数でよい）50が設けられ，その２つの出力端は，加圧位置センサの共通端子ｎ２（図３の25ａ，図４の25ｂ）とアース（接地）との間に接続されている。静電容量性素子を構成する第１層と第３層の導電部にそれぞれ接続された端子ｎ１，ｎ３（図２の15，図５の35）とアースとの間には抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。この端子ｎ１，ｎ３に現われる電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２とする。交流電源50の出力電圧はＶinである。電圧Ｖ１，Ｖ２を代表してＶout で表わす。また，抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を代表してＲで表わす。キャパシタンス（静電容量）Ｃ１，Ｃ２を代表してＣで表わす。

図７の回路において次式が成立つ。

Ｖout＝［Ｒ／（Ｒ＋１／ｊωＣ）］・Ｖin 式(9)

ここでωは交流電源50の角周波数である。

式(9)の絶対値をとる
｜Ｖout｜＝［Ｒ／｛Ｒ²＋（１／ωＣ）²｝^1/2］・｜Ｖin｜ 式(10)

ここでω＝２πｆ（ｆは交流電源50の周波数）であるから，式(10)は式(11)のように表現される。

｜Ｖout｜＝［Ｒ／｛Ｒ²＋（１／２πｆＣ）²｝^1/2］・｜Ｖin｜ 式(11)

交流電源50の電圧Ｖinと抵抗Ｒは既知の値であるから，静電容量Ｃの値（またはその変化量）は出力｜Ｖout｜の値（またはその変化量）として検出することができる。

式(11)は，Ｃ１とＲ１により構成される回路およびＣ２とＲ２により構成される回路のいずれにも適用可能であるのはいうまでもない。

図７において，端子ｎ１，ｎ３の出力電圧Ｖ１，Ｖ２はそれぞれフィルタ41，51を経て整流器42，52に与えられ，直流電圧に変換される。フィルタ41，51は電源周波数（50Ｈｚまたは60Ｈｚ）によるノイズを除去するバンドカットフィルタである。整流器42，52の出力電圧は処理装置40に与えられる。雑音が問題とならなければフィルタ41，51は省略することができる。

処理装置40はアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）43，53とマイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）44を含む。整流器42，52の出力電圧はＡＤＣ43，53によってそれぞれデジタル信号に変換され，ＭＰＵ44に入力する。ＭＰＵ44は電圧Ｖ１，Ｖ２の最大振幅（Ｖ１_P-P，Ｖ２_P-P）を算出し，次に示す処理を行い，加えられた圧力（外力）とその位置（単位領域）とを判別する。

ＭＰＵ44の処理（動作）はキャリブレーションモードと測定（検出）モードとを含む。

図８，図９および図10はキャリブレーションモードにおけるＭＰＵ44の動作を示すものである。図８に示す第１のルックアップテーブルおよび図９に示す第２のルックアップテーブル（参照データ）はＭＰＵ44内のメモリに展開される（作成され記憶される）。

キャリブレーションモードでは，加圧位置センサ10（または10Ａ）上の単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに順次圧力を加え，かつ加える圧力の大きさを適当な圧力間隔で変えながら，端子ｎ１，ｎ３の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の値を測定し，第１，第２のルックアップテーブルを作成する。単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには，その単位領域全体にわたって均一な力（または圧力）を加える。

静電容量Ｃ１の関数である出力電圧Ｖ１（式(11)）は，加えられる外力の大きさと，外力が加えられる単位領域の位置に応じて変化する。図８に示す第１のルックアップテーブルは，各単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（第１のルックアップテーブルでは位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと表記されている）について，各単位領域に加える外力を０〜50ニュートン（Ｎ）の範囲で５（Ｎ）刻みで変化させたときに測定された出力電圧Ｖ１（最大振幅Ｖ１_P-P）の値を記録（記憶）したものである。

静電容量Ｃ２の関数である出力電圧Ｖ２は，基本的に各単位領域に加えられる外力の値にのみ依存して変化し，外圧が加えられる単位領域には依存しない。しかしながら，各単位領域に外圧が加えられたときの静電容量Ｃ２には若干の誤差がありうるので，各単位領域に同じ外圧を加えて得られる出力電圧Ｖ２を４つの単位領域にわたって平均化した値を採用する。図９に示す第２のルックアップテーブルは，各単位領域に加える外力を０〜50（Ｎ）まで５（Ｎ）刻みで変化させたときの出力電圧Ｖ２の測定電圧の４領域にわたる平均値を振幅（最大振幅Ｖ２_P-P）として記録（記憶）したものである。

キャリブレーション処理は図10に示すようになる。交流電源50の周波数，電圧を決定する（Ｓ11）。操作者が試行錯誤により決定して設定してもよいし，ＭＰＵ44に記憶していたものを読出してＭＰＵ44により電源50に自動的に設定してもよいし，操作者が調整してもよい。一般的には，周波数は数百〜数十ＫＨｚのオーダーが好ましく，電圧は１Ｖから数Ｖ程度がよい。いずれにしても設定された周波数，電圧値をもつ交流電圧が加圧位置センサ10（10Ａ）に印加される。

そして，外力を加える単位領域の位置と加える外力の値を変化させて，これら位置と外力の値との組合せごとに，出力電圧Ｖ１およびＶ２を測定し，加える外力と出力電圧Ｖ１との関係を示す第１のルックアップテーブルを作成し，また加える外力と出力電圧Ｖ２の４単位領域にわたる平均値との関係を示す第２のルックアップテーブルを作成する（Ｓ12）。

各単位領域への加圧は圧力計を有する加圧装置を用いて，加圧値および加圧領域を変えながら行い（加圧部分が各単位領域の大きさ，形状にほぼ等しい大きさ，形状をもつ），各加圧時における出力電圧Ｖ１，Ｖ２を測定する。加圧値の制御，加圧単位領域の移動はＭＰＵによって自動制御してもよいし，操作者の手動によって行ってもよい。後者の場合には操作者は，加圧値を変化させたとき，および加圧位置を変化させたときにＭＰＵにその旨のタイミング信号を与える。操作者がＭＰＵによる測定値（出力電圧Ｖ１，Ｖ２）を読取って，その値を手動でＭＰＵに入力してＭＰＵのメモリ内にルックアップテーブルを作成させてもよい。

ＭＰＵ44または操作者による測定（検出）モードの動作が図11に示されている。このモードでは，加圧された単位領域の位置（単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのどれが加圧されたか）と，加圧された圧力の値を検出するものである。キャリブレーションモードと同じように，いずれかの単位領域内がそのほぼ全体にわたって均一な力で加圧されるものとする。

図11において，まずキャリブレーションモードにおいて交流電源50に設定されたものと同じ周波数，電圧が交流電源50に設定され，加圧位置センサ10（または10Ａ）に印加される（Ｓ21）。

加圧位置センサ10（10Ａ）のいずれかの単位領域が加圧され，接続点ｎ１，ｎ３に発生する電圧Ｖ１，Ｖ２がＭＰＵ44に取込まれ，それらの振幅（Ｖ１_P-P，Ｖ２_P-P）が算出される（Ｓ22，Ｓ23）。

第２のルックアップテーブル（図９）を参照して，算出したＶ２_P-Pに最も近い振幅値を検索し，それに対応する外力値を求める（Ｓ24）。たとえば算出した電圧Ｖ２の振幅値がＶｐ35に最も近かったとすると，それに対応する外力35（Ｎ）が求められる。

次に，第１のルックアップテーブル（図８）を参照して，Ｓ24で求めた外力値に対応する電圧Ｖ１の振幅Ｖ１_P-Pのグループを抽出する。たとえば，上記の例で求めた外力が35（Ｎ）とすると，第１のルックアップテーブルを参照して外力35（Ｎ）に対応する振幅Ｖ１_P-Pの位置Ａ〜Ｄの値Ｖａ35，Ｖｂ35，Ｖｃ35，Ｖｄ35を読出す（Ｓ25）。

そして，読出された（抽出された）グループの中で，Ｓ23で算出したＶ１_P-Pに最も近い値をもつ位置（単位領域の位置）を決定して出力する（Ｓ26）。たとえば算出したＶ１_P-Pに最も近い値がＶｂ35であったとすると，Ｖｂ35に対応する位置Ｂが決定され，出力される。

上記の処理ではディスクリートな値（データ）として第１，第２のルックアップテーブルに記憶されている参照データに最も近いデータ（値）を検索しているが，補間処理等によりより細かく外力値を求めることもできるし，補間処理された外力値に基づいて，同じく第１のルックアップテーブルの値も補間して最も近いＶ１_P-Pをもつ位置を決定することもできる。この場合に，外圧を加える面積が単位領域に等しいことを前提とすれば，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの間の位置，たとえば単位領域ＢとＣの間の位置の検出も可能となる。

図12は加圧位置検出装置の他の例（第２実施例）を示している。

加圧位置センサ10（10Ａ）の接続点ｎ２は接地（アース）され，接続点ｎ１，ｎ３はＬＲＣメータ61，62の入力端子にそれぞれ接続されている。ＬＲＣメータは入力端子に接続された回路または素子のインダクタンス（Ｌ），キャパシタンス（Ｃ）およびＲ（レジスタンス）を測定し，測定値をデジタル信号として出力するもので，その構成自体は公知である。これらのＬＲＣメータ61，62により測定された加圧位置センサ10（10Ａ）における静電容量Ｃ１，Ｃ２の値はＭＰＵ63に入力する。ＬＲＣメータ61，62とＭＰＵ63が加圧位置検出装置の処理装置60を構成する。ＭＰＵ63は，上述した第１，第２のルックアップテーブルと同様の静電容量に関する第１，第２のルックアップテーブルをそのメモリに備えるとともに，図10に示すようなキャリブレーションモードにおける処理，図11に示すような測定モードにおける処理を行う。その具体例については，後述する第３の実施例の加圧位置センサに関連して後に述べる。

加圧位置センサの第２実施例
図13，図14，図15，図16は加圧位置センサの第２の実施例を示すもので，第１実施例の図２，図３，図４，図５にそれぞれ対応する。第２実施例の加圧位置センサ（これを符号10Ｂで表わす）もまた第１層，第２層，第３層から構成され，各層を形成する絶縁性シート11，21，31を含む。絶縁性シート11，21，31の配置は図１に示すものと同じである。

これらの絶縁性シートのうち，第１層の絶縁性シート11の絶縁性シート12に対向する面には，図13に示すように，やや幅が広く長手方向にのびる多数の第１導電部12とこれらを電気的に接続するやや幅の狭い多数の第２導電部13と導体（配線）パターン14が形成され，これらがすべて端子15（ｎ１）に電気的に接続されている。第１導電部12および第２導電部13からなる導電部の各単位領域における総面積は，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きくなっている。次に述べる第２層の絶縁性シート21の絶縁性シート11と対向する面における導電部は全単位領域にわたって均一に分布しているから，第１層の導電部のうち，第２層の導電部と対向して重なる部分の面積も単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きくなっている。

第２層の絶縁性シート21の絶縁性シート11と対向する面には，図14に示すように，横方向にのび，やや幅の広い多数の第１導電部22ａと，第１導電部22ａをつなぐやや幅の狭い第２導電部23ａと，導体（配線）パターン24ａとが形成され，これらがすべて端子25ａ（ｎ２）に電気的に接続されている。第１導電部22ａと第２導電部23ａは単位領域全体にわたって均等に分布し，各単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第１導電部22ａと第２導電部23ａとの総面積は相互に等しい。

第２層の絶縁性シート21の第３層の絶縁性シート31と対向する面には，図15に示すように，横方向にのび，やや幅の広い多数の第１導電部22ｂと，第１導電部22ｂを導体パターン24ｂとともにつなぐやや幅の狭い第２導電部23ｂと，導体（配線）パターン24ｂとが形成され，これらがすべて端子25ｂ（ｎ２）に電気的に接続されている。各単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第１導電部22ｂと第２導電部23ｂとの総面積は相互に等しい。第１導電部22ｂ，第２導電部23ｂは全単位領域にわたって均等に分布し，図14と図15を対比して分るように，一面の第１導電部22ａの反対側（他面）には第２導電部23ｂが，第２導電部23ａの反対側には第１導電部22ｂが形成されている。

第３層の絶縁性シート31の絶縁性シート21と対向する面には，長手方向にのび，やや幅の広い多数の第１導電部32と，第１導電部32をつなぐやや幅の狭い第２導電部33と，導体（配線）パターン34とが形成され，これらがすべて端子35（ｎ３）に電気的に接続されている。第１導電部32，第２導電部33は全単位領域にわたって均等に分布し，各単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第１導電部32と第２導電部33との総面積は相互に等しい。

第１実施例と第２実施例の違いは，第２実施例においては第１導電部，第２導電部，配線パターンがより細かにより多く，各絶縁性シートに設けられているということである。そのために，第２実施例において第１導電部，第２導電部，配線パターンおよび端子には，煩雑になるのを避けるために，または分りやすくするために，第１実施例におけるものと同一符号を付してある。加圧位置センサおよび第１層，第２層，第３層についてのみ，第１実施例におけるこれらの符号10，１，２，３にＢを付し，第２実施例では符号10Ｂ，１Ｂ，２Ｂ，３Ｂを用いている。

そして第２実施例においても，第１層の第１導電部12，第２導電部13と第２層の第１導電部22ａ，第２導電部23ａの互いに重なっている（対面，対向している）部分によって容量性素子Ｃ１が形成され（これらの互いに重なっている部分の総面積は単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に大きくなっている），第３層の第１導電部32，第２導電部33と第２層の第１導電部22ｂ，第２導電部23ｂとの互いに重なっている（対面，対向している）部分によって容量性素子Ｃ２が形成される（これらの互いに重なっている部分の総面積はすべての単位領域において等しい）。

第２実施例の加圧位置センサについても，図７，図12にそれぞれ示す第１，第２実施例の加圧位置検出装置が適用できるのはいうまでもない。また，第２実施例の加圧位置センサもまた図６に示すように変形することが可能である。

加圧位置センサの第３実施例
第３実施例の加圧位置センサは３枚の織物で実現される。加圧位置センサを織物で構成することにより，フレキシビリティ，ウェアブル性が高まり，応用分野が工業のみならず医療，介護，スポーツの分野にも広がる可能性がある。

まず織物について説明する。織物は図17(a) に示すように，垂直に多数並列されたたて（経）糸と，たて糸の上，下を走るよこ（緯）糸とから構成され，たて糸とよこ糸は上下（表裏）に（一般的には直交する方向に）交差している。織物はたて糸とよこ糸を交差するように組合せたものである。交差している箇所を格子点ともいう。織物であるためには，たて糸とよこ糸とは，一定範囲（糸の所定本数）以内で一度以上交差しなければならない。図17(a) の破線で囲まれた部分のたて糸とよこ糸の上下関係を図17(b) に分りやすく線図で描かれている。たて糸とよこ糸が交差している部分において，上側を上，表等と表現し，場合によっては露出しているとも表現する。下側は下，裏等と表現される。たて糸とよこ糸が一定範囲内で一度は交差していさえすれば，その組織（織り方）はどのようなものでもよい。

第３実施例では，織物のたて糸またはよこ糸として導電性糸を用いる。図18(e) にその断面を示すように，導電性糸７は，導電線８を弾性を有する誘電体（絶縁体）９で被覆したものである。

導電性糸７をよこ糸とし，絶縁性（誘電体性）糸70をたて糸とする織物と，絶縁性（誘電体性）糸70をよこ糸，導電性糸７をたて糸とする織物とが上下に重ねられた状態の断面の各種形態が図18(a)，(b)，(c)，(d)に示されている。絶縁性糸は好ましくは弾性を有するが，弾性をもっていないものでもよい。上下の織物の格子点が上下に一致しているとすると，一方の織物の導電性糸（よこ糸）７と他方の織物の導電性糸（たて糸）７の各導電線８が上下の電極となり，それらの間に被覆層９や絶縁糸70よりなる誘電体層が存在する静電容量性素子（コンデンサ）が実現される。図８(a)，(b)，(c)，(d)では上側の織物と下側の織物とは離れて（それらの間に間隔があるように）描かれているが，両織物の格子点にあるたて糸，よこ糸が接触した状態を図式的に表現したのが図19(a)，(b)，(c)，(d)である。２つの織物の格子点の糸（たて糸とたて糸，よこ糸とたて糸，たて糸とよこ糸，よこ糸とよこ糸）が接触した状態とは，両者に圧力が加わらず，導電性糸７の誘電体被覆９と絶縁性（誘電体性）糸70とが，それらの表面が接触はしているが，そのいずれもが外力によって圧縮されていない状態をいい，これを初期状態という。

図18(a) では，上側の織物はその導電性よこ糸７が下側に露出し，下側の織物の導電性たて糸７が上側に露出しているので，これらが格子点で接触すると（初期状態）図19(a) に示すように，２本の直交する導電性糸７の導電線８間に２つの誘電体被覆層９が介在する静電容量性素子が実現する。

図18(b) では上側の織物はその導電性よこ糸７が下側に露出し，下側の織物の絶縁性よこ糸70が上側に露出して導電性たて糸７は上側に露出していないので，これらが格子点で接触すると（初期状態），図19(b) に示すように，２本の直交する導電性糸７の導電線８間に，上側の織物の導電性よこ糸７の誘電体被覆層９と下側の織物の絶縁性よこ糸70および導電性たて糸７の誘電体被覆層９とが介在する静電容量性素子が実現する。

図18(c) では上側の織物はその導電性よこ糸７は下側に露出しないで，絶縁性たて糸が下側に露出し，下側の織物の導電性たて糸７が上側に露出しているので，これらが格子点で接触すると（初期状態），図19(c) に示すように，２本の直交する導電性糸７の導電線８間に，上側の織物の導電性糸７の誘電体被覆層９および絶縁性たて糸70と下側の織物の導電性たて糸７の誘電体被覆層９とが介在する静電容量性素子が実現する。

図18(d) では上側の織物はその導電性よこ糸７は下側に露出しないで絶縁性たて糸が下側に露出し，下側の織物の絶縁性よこ糸70が上側に露出して導電性たて糸７は上側に露出していないので，これらが格子点で接触すると（初期状態），図19(d) に示すように，２本の直交する導電性糸７の導電線８間に，上側の織物の導電性よこ糸７の誘電体被覆層９および絶縁性たて糸70と下側の織物の絶縁性よこ糸70および導電性たて糸７の誘電体被覆層９とが介在する静電容量性素子が実現する。

このように，２つの織物の一方において導電性糸をよこ糸とし，他方において導電性糸をたて糸として，これらの織物を，その格子点を一致させて重ねると，各格子点において静電容量性素子が実現する。静電容量性素子の静電容量は，図19(c)〜(d)に示すように，電極（導電線）間距離や誘電体被覆層または絶縁性糸の誘電率が異なるので，各格子点の状態に応じて異なる値をとるが，このこと自体はあまり問題ではない。なぜなら，位置検出センサにとっては圧力が加えられたときの静電容量の変化の大小が重要であるからである。外圧が加えられると，電極（導電糸）の間隔が圧力に応じて変化し静電容量が変化する。

上下に重ねる２枚の織物において，導電性糸をいずれも同じ方向の糸（すなわち，たて糸同志またはよこ糸同志）としてもよいが，ぴったりと重ねることにやや難しさがあるので，直交する方向にした方がよい。

次に，実際に実施した織物による加圧位置センサの構成および実測結果について述べる。

図20ａは第１層を構成する織物の上面の組織図であり，第２層と対向する面とは反対側の面の織物組織を表わしている。第１層を構成する織物の第２層と対向する面の組織は図20ａとは表裏が反対となり，その組織図が図20ｂに表わされている（図20ａと図20ｂは上下方向が逆になっている）。第１層の織物を符号１Ｃで示す。図21は第２層を構成する織物の組織図であり，第１層と対向する面の織物組織を表わしている。第２層の織物を符号２Ｃで表わす。第３層と対向する面の組織は図22とは表裏が反対になる。図22は第３層を構成する織物の組織図であり，第２層と対向する面の織物組織を表わしている。第３層の織物を３Ｃで示す。これらの間において，ハッチングは導電性糸が露出していることを表わす。黒はたて糸が露出していることを示し，白は絶縁性糸が露出していることを示している。

一例を挙げると，導電性糸は，導電糸が銀ナイロン，誘電体被覆層がポリエステル，被覆層厚が12ミクロン，導電性糸の外径は0.53mmである。絶縁性糸（織物糸）は綿糸で約 822デニールの糸（外径は0.5mm〜１mm程度）。織物の織り方は平織である。

図20ａ，20ｂに示す第１層の織物１Ｃにおいて，よこ糸に導電性糸を用い（矢印で示す），隣接する導電性糸の間に３本の絶縁性よこ糸が入る。導電性糸の外径が約 0.5mm，絶縁性よこ糸３本で約１mmの幅をとるので，導電性よこ糸はたて方向に約 1.5mm間隔で走っている。たて糸は絶縁性糸で，荒く織ってあるので，たて糸の間隔が約１mm程度である。したがって，図20ａ，20ｂの組織図を横方向に数倍に引き延ばすと，実際の織物に近づく。図20ａの組織図にしたがう実際の織物（写真）が図31ａに示され，その反対側の面の図20ｂの組織図にしたがう実際の織物（写真）が図31ｂに示されている（図31ａと図31ｂとは上下が逆である）。露出している導電性糸に着目すると，図20ｂ，図31ｂのイメージはおおよそ第２実施例の第１層１Ｂの第１導電部12のパターン（図13）に近い。第２導電部13は導電性よこ糸の露出していない部分に相当する。第１層の織物１Ｃの第２層と対向する面（図20ｂ，図31ｂ）において，単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄごとに導電性糸の露出している部分の面積は異なり，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に広くなる。図31ａ，31ｂにおいて，導電性よこ糸はその端で折り返され（配線パターン14に相当）すべて電気的に接続され，端子（ｎ１に相当）に接続されている。

図21に示す第２層の織物２Ｃにおいて，９本の絶縁性たて糸に対して，よこ糸は32本の導電性糸（矢印で示す）とそれらの間の３本ずつの絶縁性糸である。たて糸の間隔は約１mm，よこ糸の間隔は第１層の織物のよこ糸間隔と同じである。このようにして作成した織物を90度回転させて第２層の織物２Ｃとする。図21の組織図を図21の左右方向に縮め，上下方向に延ばせば実際の織物のイメージに近づく。第２実施例の第２層２Ｂの第１導電部22ａの配置（図14）が第２層の織物２Ｃの露出している導電性糸の実際の配置に近い。図14の第２導電部23ａの真反対側面には図15の第１導電部22ｂが存在するが（図15），この第１導電部22ｂのパターンは，第２層の織物２Ｃの反対側面（第３層と対向する面）に露出している導電性糸のパターンとほぼ同じである。すべての導電性よこ糸の導電線は，配線パターン24ａ，24ｂに相当する導電線により電気的に接続され（実際の織物では端で折り返され），端子（ｎ２に相当）に接続されている。第２層の織物２Ｃは，そのどちらの面においても，導電性糸の露出している部分の面積は単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄについて同じである。第２層の織物２Ｃの導電性糸が図20ｂ（図31ｂ）の第１層の織物１Ｃのたて糸１本ずつに対応し，第２層の織物２Ｃの導電性糸と第１層の織物１Ｃの導電性糸とがそれらの格子点で直交状態で重なる。たとえば，図21の符号ｂ１，ｂ２で示す格子点は図20ａ，20ｂのａ１，ａ２で示す格子点と重なる。第１層の織物１Ｃと第２層の織物２Ｃとが必ずしも格子点で重ならなくても，それらの間に静電容量性素子は形成されるから，位置検出動作の間に両者がずれなければ（固定されていれば）よい。

第３層の織物３Ｃの構成は基本的に第１層の織物１Ｃの構成と同じであるが，組織図が異なる。図22の組織図を横方向に引き延ばすと，露出している導電性糸のパターンは図16に示す導電部32のパターンと類似する。第３層の織物３Ｃにおいても，導電性糸の露出している部分は均一に分布し，その面積は単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて差異はない。第２層の織物２Ｃ（図21）における格子点ｂ１，ｂ２の反対側が第３層の織物３Ｃ（図22）の格子点ｃ１，ｃ２とそれぞれ対応する。すべての導電性よこ糸の導電糸は配線パターン34に相当する導電線により相互に接続され（実際の織物では端で折り返され），端子ｎ３に相当する端子に電気的に接続されている。

このようにして，図20ａ（図20ｂ），図21，図22に組織図を示す第１層，第２層，第３層の織物１Ｃ，２Ｃ，３Ｃをそれらの対応する格子点が上下に一致するように第１層，第２層，第３層の順に重ねると（ずれないように固定しておくと），第３実施例の加圧位置センサが実現する。そしてこの加圧位置センサには図20ａ〜図22に示すように単位領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが含まれる。第１層と第２層との間の静電容量や第２層と第３層との間の静電容量には，互いに対向する面に露出した導電性糸の部分のみならず，反対側の面に露出している導電性糸の部分も寄与するが（図18(a)〜(d)参照），対向する面に露出した導電性糸の方が寄与の程度は大きい（距離ｄが小さいので）。

第３実施例の加圧位置センサにおいては，上述したように，第１層と第２層の織物間，または第２層と第３層の織物間において，相互に重なる格子点（導電性糸が直交して重なる）に静電容量性素子が形成され，その静電容量が加えられる圧力に応じて変化する。すなわち導電性糸の誘電体被覆層や絶縁性糸の電極間方向（交差する導電性糸の導電線を結ぶ方向）の厚さが外力に大きさによって変化する（外圧が大きければそれに応じて縮む）ので，式(2) において電極間間隔ｄが変化する。第２実施例と同じように，第１層１Ｃと第２層２Ｃの織物間においては，各単位領域の静電容量は単位領域ごとに異なり，第３層と第２層の織物間においてはすべての単位領域において静電容量は等しい（多少の誤差はあるが）。第１層，第２層，第３層とも互いに固定されていさえすれば，必ずしも格子点同志が重ならなくてもよい。絶縁性糸は外圧によって必ずしも変形しなくてもよい。

図23および図24は，図20ａ（図20ｂ）〜図22の組織図によって表わされる織物１Ｃ，２Ｃ，３Ｃを重ね合わせて構成される織物タイプの加圧位置センサを用いて，単位領域（位置）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれの範囲に均等に圧力を加え，その圧力を０（Ｎ）から50（Ｎ）まで５（Ｎ）刻みで変化させたときの静電容量Ｃ１，Ｃ２の変化を示すものである。静電容量Ｃ１は織物１Ｃと２Ｃとの間の静電容量，Ｃ２は織物２Ｃと３Ｃとの間の静電容量である。外圧が０とは２層の織物がすき間なく接したときの初期状態を示す。静電容量Ｃ１，Ｃ２の測定には図12に示す第２実施例の加圧位置検出装置を用いた。

図25は加える外力に応じて変化する静電容量Ｃ１（図23）を，位置（単位領域）ごとにグラフで示すものである。静電容量Ｃ１は，外力を加える位置によって異なり，かつ加える外力の大きさに応じても変化することが分る。

図25は静電容量Ｃ２（図24）の変化をグラフで示すものである。静電容量Ｃ２は外力の大きさによって大きく変化するが，位置による差異は殆どない。すなわち，加える外力ごとに，４つの位置にわたる平均値をとることができる。外圧ごとの平均値が図24に示されている。

図12に示す加圧位置検出装置もキャリブレーションモードと測定モードとを有する。

キャリブレーションモードにおいては，図29を参照して，位置（単位領域）と加える圧力（外力）の組合せを変えて静電容量Ｃ１，Ｃ２を測定する。この測定結果を用いて外力と静電容量Ｃ１との関係を位置ごとに示す第１のルックアップテーブル（図27）を作成する。また，外力と静電容量Ｃ２の全位置Ａ〜Ｄにわたる平均値との関係を示す第２のルックアップテーブル（図28）を作成する（Ｓ31）。

測定モードにおいては，図30を参照して，位置Ａ〜Ｄのうちのいずれかの位置に外力が加えられたときに，静電容量Ｃ１，Ｃ２を計測し，デジタル化してＭＰＵ63に取込む（Ｓ41，Ｓ42）。ＭＰＵ63は取込んだ静電容量Ｃ１，Ｃ２を用いて次の処理を行い，外圧が加えられた位置とその外圧の大きさを決定する。

まず，計測した静電容量Ｃ２の値と第２のルックアップテーブルの値とを比較し，測定値Ｃ２に最も近い静電容量に対応する外力値を求める（Ｓ43）。たとえば，Ｃ２の測定値が13.5pFであったとすると，それに最も近い静電容量に対応する外力は35（Ｎ）である。

第１のルックアップテーブルを参照して，上のようにして求めた外力値に対応するすべての位置Ａ〜Ｄの静電容量値Ｃ１のグループを抽出し（読出し）（Ｓ44），抽出された容量値のグループの中で計測により得られた静電容量値Ｃ１に最も近い静電容量値をもつ位置を決定する（Ｓ45）。上記の外力35（Ｎ）については，18.5，19.3，20.0，26.2pFが読出される。計測により得られた静電容量値Ｃ１が仮に20pFであったとすると，圧力が加えられた位置は単位領域Ｃと結論される。

キャリブレーションモードでは５（Ｎ）刻みで測定を行っているが，図25，図26のグラフから分るように，キャリブレーションモードで測定していない外圧値については補間により求めることができるので，５（Ｎ）刻みよりも細かい外圧値の判定も可能である。また，単位領域の間の位置（たとえば，単位領域ＢとＣの間の位置）の判定も補間処理等により可能となる。

上記第１，第２実施例においては，加圧位置センサの各層は，可撓性の絶縁性シート上に導電部が形成（たとえば，蒸着などの堆積法，フォトリソグラフィ等の半導体プロセスにより）されており，第３実施例では加圧位置センサは導電性糸を織糸として用いた編物で実現されている。他の形態で加圧位置センサの各層を形成することも可能である。たとえば，通常の編物糸（絶縁性糸）で編物をつくり，この編物に導電性糸を縫い込んで（ステッチして）いって導電部を形成することもできるし，編物ではなく可撓性絶縁性シートに導電性糸を縫い込んで（シートの表から裏へ，裏から表に沿わせて進ませる）いってもよいなど，さまざまな形態で加圧位置センサを実現することができる。また，これらの加圧位置センサでは単位領域Ａ〜Ｄが一次元的に配置されているが，二次元的に配置することも可能であるし，より多くの，より小さい単位領域を設けて分解能を上げることもできる。単位領域をより細かくしていけば，ほぼ連続的な加圧位置検出も可能となる。この場合，加圧面積は単位領域の大きさに限定されず，単位領域よりも大きくすることができる。逆に言えば，加圧面積よりも小さい面積の単位領域を設定することができる。極端な例を挙げれば，第１層と第２層の間の静電容量を場所に応じて（たとえば一方向に）連続的に変化させておけば（重なり合う導電部の面積を位置に応じて連続的に変化させておけば）（無限に小さい単位領域とすれば），連続的な位置検出が可能となる。もっとも，この場合でも，圧力を加える面積は一定であり，この加圧面積の方からみて単位領域を規定し，多数の単位領域（加圧面積）が微少距離ずつ離れて相互に重なり合っていると理解することが可能である。さらに単位領域が多数ある場合には，代表的な単位領域についてキャリブレーションモードの処理を行い，キャリブレーションモードまたは計測モードにおいて，他の単位領域について補間処理を行うようにすることもできる。

１，１Ｂ，２，２Ｂ，３，３Ｂ 加圧位置センサの各層（レイヤー）（第１層，第２層，第３層）
１Ｃ，２Ｃ，３Ｃ 加圧位置センサの各層（編物）
７ 導電性糸
８ 導電線
９ 誘電体被覆層
10，10Ａ，10Ｂ，10Ｃ 加圧位置センサ
11，21，31 絶縁性シート
12，22，22ａ，22ｂ，32 第１導電部（導電部）
13，23，23ａ，23ｂ，33 第２導電部（導電部）
14 導体（配線）パターン
15，25ａ，25ｂ，35，ｎ１，ｎ２，ｎ３ 接続端子（端子，接続点）
40，60 処理装置
44，63 ＭＰＵ
50 交流電源
61，62 ＬＣＲメータ
70 絶縁性糸（誘電体性糸）（編物糸）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 単位領域（位置）

Claims (10)

1. 複数の単位領域をそれぞれ有する第１層，第２層および第３層がこの順序で，かつ各層の対応する単位領域が互いに対向する状態で重ねられ，
   各層の複数の単位領域にはそれぞれ導電部が設けられ，これらの導電部は各層ごとに１つの接続点に電気的に接続され，
   第１層の各単位領域の導電部と第２層の各単位領域の導電部との間に弾性を有する誘電体が設けられ，これによって単位領域ごとに第１の静電容量性素子が形成され，第１の静電容量性素子の初期状態における静電容量は単位領域ごとに異なり，
   第３層の各単位領域の導電部と第２層の各単位領域の導電部との間に弾性を有する誘電体が設けられ，これによって単位領域ごとに第２の静電容量性素子が形成され，第２の容量性素子の初期状態における静電容量はすべての単位領域において等しい，
   加圧位置センサ。
2. 前記第１層，第２層および第３層がそれぞれ，平面状の絶縁体シートであり，前記絶縁体シート上に前記導電部として導電体パターンが形成されている，請求項１に記載の加圧位置センサ。
3. 前記第１層，第２層および第３層がそれぞれたて糸とよこ糸を交差させて組合せた織物であり，
   たて糸およびよこ糸の少なくともいずれか一方が，各単位領域において少なくとも１本の，誘電体で被覆された導電線であり，
   前記導電部は織物の少なくとも一方の面に現われる前記導電線の一部である，
   請求項１に記載の加圧位置センサ。
4. 前記単位領域内において，たて糸とよこ糸が少なくとも１回交差する，請求項３に記載の加圧位置センサ。
5. 前記第１層，第２層および第３層が平面状の絶縁シートまたは絶縁糸による織物であり，
   前記導電部は前記絶縁シートまたは織物に縫い込まれてその表または裏に現われる導電線の部分である，
   請求項１に記載の加圧位置センサ。
6. キャリブレーションモードにおいて，請求項１から５のいずれか一項に記載の加圧位置センサを用いてすべての，または代表的な単位領域について加圧力を変えて測定された第１の静電容量性素子の静電容量に関する第１の値および第２の静電容量性素子の静電容量に関する第２の値を参照データとして記憶しておき，
   測定モードにおいて上記加圧位置センサを用いて測定された第１の値および第２の値と前記参照データとに基づいて少なくとも加圧された単位領域の位置を判定する，
   加圧位置検出方法。
7. 測定モードにおいて測定された第１の値および第２の値と前記参照データとに基づいて加圧値を判定する，
   請求項６に記載の加圧位置検出方法。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載の加圧位置センサ，
   第１層の接続点と第２層の接続点との間の第１の静電容量を反映する第１の値を測定する第１の静電容量測定装置，
   第３層の接続点と第２層の接続点との間の第２の静電容量を反映する第２の値を測定する第２の静電容量測定装置，および
   測定された第１の値と第２の値とに基づいて，少なくとも加圧された単位領域の位置を表わす信号を出力する処理装置，
   を備える加圧位置検出装置。
9. 前記処理装置はさらに加圧値を表わす信号を出力するものである，請求項８に記載の加圧位置検出装置。
10. たて糸とよこ糸を交差させて構成され，複数の単位領域を有する織物であり，
    たて糸およびよこ糸の少なくともいずれか一方が，各単位領域において少なくとも１本の，誘電体で被覆された導電線であり，
    該織物の一方の面に現われる導電線の量が前記複数の単位領域ごとに異なる，
    符号化織物。

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