JP7007112B2 - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7007112B2 JP7007112B2 JP2017106024A JP2017106024A JP7007112B2 JP 7007112 B2 JP7007112 B2 JP 7007112B2 JP 2017106024 A JP2017106024 A JP 2017106024A JP 2017106024 A JP2017106024 A JP 2017106024A JP 7007112 B2 JP7007112 B2 JP 7007112B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor
- force
- force detection
- pressure
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 111
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 69
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 240000006829 Ficus sundaica Species 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- KJWMGLBVDNMNQW-VWTMXFPPSA-N Pectenotoxin 1 Chemical compound O[C@@H]1[C@H](C)CCO[C@]1(O)[C@H]1O[C@@H]2/C=C/C(/C)=C/[C@H](C)C[C@](C)(O3)CC[C@@H]3[C@](O3)(O4)CC[C@@]3(CO)C[C@@H]4[C@@H](O3)C(=O)C[C@]3(C)[C@@H](O)[C@@H](O3)CC[C@@]3(O3)CCC[C@H]3[C@@H](C)C(=O)O[C@@H]2C1 KJWMGLBVDNMNQW-VWTMXFPPSA-N 0.000 description 1
- PTKFEDGHUVZLPL-LLUYWJARSA-N Pectenotoxin 2 Chemical compound O[C@@H]1[C@H](C)CCO[C@]1(O)[C@H]1O[C@@H]2/C=C/C(/C)=C/[C@H](C)C[C@](C)(O3)CC[C@@H]3[C@](O3)(O4)CC[C@@]3(C)C[C@@H]4[C@@H](O3)C(=O)C[C@]3(C)[C@@H](O)[C@@H](O3)CC[C@@]3(O3)CCC[C@H]3[C@@H](C)C(=O)O[C@@H]2C1 PTKFEDGHUVZLPL-LLUYWJARSA-N 0.000 description 1
- 241001620634 Roger Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- CWODDUGJZSCNGB-HQNRRURTSA-N palytoxin Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CCCCC[C@H](C)C[C@@H]2[C@@]3(C)C[C@H](C)C[C@@](O3)(CCCCCCC[C@H](O)C[C@@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@@H](O)[C@](O)(C[C@H](O)[C@@H](C)\C=C\[C@@H](O)CC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]4O[C@H](C[C@@H](O)[C@H](O)C[C@@H]5[C@H]([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](C[C@H](O)\C=C/C=C/C[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)C\C=C/C(=C)CC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](C)C[C@@H]6[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](\C=C/[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H]7O[C@H]8C[C@H](O[C@@H]8CC[C@@H]8[C@@H](C[C@@H](CN)O8)O)C7)O6)O)O5)O)[C@@H](O)[C@H](O)C4)O3)O)O2)[C@H](C[C@H](O)[C@H](O)C(\C)=C\[C@H](O)C[C@@H](C)[C@H](O)C(=O)N\C=C\C(=O)NCCCO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O CWODDUGJZSCNGB-HQNRRURTSA-N 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
- G01L1/2293—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges of the semi-conductor type
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
- G06F3/04144—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position using an array of force sensing means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
本発明は、感圧材料からなるセンサ層を有する力検出装置に関する。
小型の圧力センサ素子を２次元アレイ状に配置して圧力分布の測定を可能にした圧力検出装置が知られている。このような圧力検出装置では、圧力センサ素子は、外部から加わる圧力に応じた信号電圧を出力する。また、圧力検出装置では、多くの場合に画像表示用パネルにおける画素の駆動と同様、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いて圧力センサ素子をアクティブマトリックス制御することが想定されている（例えば、特許文献１を参照）。
アクティブマトリックス型２次元圧力センサでは、例えばシフトレジスタを用いてアクティブなゲート配線を切り換えて読み出す圧力センサ素子を順次変更することにより、２次元の圧力分布データを取得する。この動作を常時継続することで、時間変化する圧力の２次元データを取得することができる。
上述したような２次元圧力センサは、例えば、人間を模したロボットの指先等における触覚情報等を検出するセンサとしての応用が期待されている。しかしながら、従来の２次元圧力センサでは、力が作用する接触面であるセンサ面に対して作用する力のうち、センサ面に垂直な力である圧力を検出することはできるが、センサ面に平行な力を検出することができなかった。
例えば、センサ面に接触した物体を横に引いたり、滑らせたりした場合には、センサ面に対しては、せん断応力や摩擦力等のセンサ面に平行な力が作用する。従来の２次元圧力センサでは、かかるセンサ面に平行な力を検出することができなかった。このため、従来の２次元圧力センサを用いて触覚センサを構築したとしても、センサ面に接触した物体を横に引いたり、滑らせたりする動作を検出することは困難であると考えられる。
本発明は、複雑な構成を必要とすることなく、センサ面に対して作用するセンサ面に平行な力を検出することができる力検出装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、感圧材料からなるセンサ層を有する圧力センサをそれぞれが含み、２次元状に配された複数のセンサセルと、前記感圧材料よりも硬く、隣接する複数の前記圧力センサの複数の前記センサ層を連結する力検出機構とを有することを特徴とする力検出装置が提供される。
本発明によれば、複雑な構成を必要とすることなく、センサ面に対して作用するセンサ面に平行な力を検出することができる。
［一実施形態］
本発明の一実施形態による力検出装置について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による力検出装置の全体構造を示す概略図である。図２は、本実施形態による力検出装置における力検出部の構造を示す断面図である。図３及び図４は、本実施形態による力検出装置における力検出機構の圧力センサに対する配置の例を説明する図である。
本発明の一実施形態による力検出装置について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による力検出装置の全体構造を示す概略図である。図２は、本実施形態による力検出装置における力検出部の構造を示す断面図である。図３及び図４は、本実施形態による力検出装置における力検出機構の圧力センサに対する配置の例を説明する図である。
本実施形態による力検出装置は、例えば、液晶表示装置、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）表示装置等のタッチパネルや、ロボットの指に組み込まれて、センサ面に対して作用するセンサ面に平行な力を検出するものである。
本実施形態による力検出装置１００は、図１に示すように、センサアレイ１０と、垂直走査回路２０と、検出回路３０と、制御部４０とを有している。
センサアレイ１０は、複数行（例えばｍ行）及び複数列（例えばｎ列）に渡って２次元状に配された複数のセンサセル１２を含む。なお、ｍ、ｎは、それぞれ２以上の整数である。センサアレイ１０において、複数のセンサセル１２は、例えば正方格子状等の矩形格子状に配置されている。
それぞれのセンサセル１２は、選択トランジスタＭと、圧力を測定対象とする圧力センサＳとを含む。選択トランジスタＭは、例えば、薄膜トランジスタからなる。本実施形態による力検出装置１００は、選択トランジスタＭをアクティブ素子とするアクティブマトリクス駆動方式のセンサ装置である。
圧力センサＳは、感圧材料からなるセンサ層を有する圧力センサである。圧力センサＳとしては、例えば、圧力変化に伴う電気抵抗値の変化を利用した抵抗変化型の圧力センサを用いることができる。より具体的には、圧力センサＳとして、絶縁性樹脂と、絶縁性樹脂に分散された導電性フィラーとを含む感圧導電性材料を有する圧力センサを用いることができ、感圧導電性材料としては感圧導電性ゴムが例示される。このような感圧導電性材料では、加わる圧力の大きさに応じて導電性フィラーの接点数が変化することで、加わる圧力の大きさに応じて電気抵抗値が変化する。また、圧力センサＳとして、微細な凹凸が形成された電極に対して、その電極との接触面に微細な凹凸が形成された感圧導電性材料を有する圧力センサを用いることもできる。このような感圧導電性材料では、加わる圧力の大きさに応じて微細な凹凸により電極との接触面積が変化することで、加わる圧力の大きさに応じて電気抵抗値が変化する。圧力センサＳとしては、そのほか、圧電性材料、感圧導電性材料を用いた圧力センサが例示される。圧力センサＳの種類は、検出すべき力の範囲等に応じて適宜選定することができる。
隣接する複数のセンサセル１２の圧力センサＳに対しては、後述するように力検出機構８０が設けられている。圧力センサＳに対して共通の力検出機構８０が設けられた複数のセンサセル１２は、力検出部１４を構成している。力検出部１４は、力検出装置１００の後述のセンサ面８２に対して作用するセンサ面に平行な力を検出する単位になっている。
センサアレイ１０の各行には、行方向に延在して、駆動信号線Ｘが配されている。図１には、第１行、第２行、第３行、第４行、第５行、…、第ｍ行に配された駆動信号線Ｘを、それぞれ、駆動信号線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、…、Ｘｍと表記している。駆動信号線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、…、Ｘｍは、垂直走査回路２０に接続されている。
センサアレイ１０の各列には、列方向に延在して、出力信号線Ｙがそれぞれ配されている。図１には、第１列、第２列、第３列、…、第ｎ列に配された出力信号線Ｙを、出力信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、…、Ｙｎと表記している。出力信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、…、Ｙｎは、検出回路３０に接続されている。
センサセル１２の圧力センサＳは、一方の端子が電源電圧線に接続されており、他方の端子が選択トランジスタＭのドレイン電極に接続されている。選択トランジスタＭのソース電極は、対応する列の出力信号線Ｙに接続されている。選択トランジスタＭのゲート電極は、対応する行の駆動信号線Ｘに接続されている。
垂直走査回路２０は、デコーダやシフトレジスタで構成される。垂直走査回路２０は、駆動信号線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、…、Ｘｍに、駆動信号ＰＴＸ１、ＰＴＸ２、ＰＴＸ３、ＰＴＸ４、ＰＴＸ５、…、ＰＴＸｍを、それぞれ供給する。これら駆動信号ＰＴＸは、駆動信号線Ｘに接続された選択トランジスタＭの駆動信号である。この意味で、垂直走査回路２０は、選択トランジスタＭの駆動回路でもある。例えば、選択トランジスタＭがＮ型トランジスタの場合、駆動信号ＰＴＸがハイレベルのとき、対応する行の選択トランジスタＭはオン状態になる。また、駆動信号ＰＴＸがローレベルのとき、対応する行の選択トランジスタＭがオフ状態になる。
検出回路３０は、出力信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、…、Ｙｎの電圧を検出して、圧力センサＳの電気抵抗値の出力を検出するための回路であり、Ａ／Ｄコンバータ、抵抗等を含むものである。検出回路３０により検出された圧力センサＳの電気抵抗値の出力に基づき、圧力センサＳによる測定値である圧力の値を算出することが可能となる。
制御部４０は、垂直走査回路２０及び検出回路３０に接続されている。制御部４０は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）を有している。また、制御部４０は、ＣＰＵによって実行される様々なプログラム、ＣＰＵが参照するデータベース等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）を有している。また、制御部４０は、ＣＰＵが処理中のデータや入力データ等を一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）を有している。
制御部４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、不図示の制御回路等を介して垂直走査回路２０及び検出回路３０の動作やそのタイミングを制御する。また、制御部４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、検出回路３０により検出された圧力センサＳの電気抵抗値の出力に基づき、力検出装置１００のセンサ面に加わる力の方向及び大きさを求める処理部として機能する。
ここで、複数のセンサセル１２により構成される力検出部１４の構造の一例について図２を用いて説明する。
図２に示すように、基板６０上には、選択トランジスタＭのゲート電極６２が形成されている。また、基板６０上には、駆動信号線Ｘが形成されている。ゲート電極６２は、駆動信号線Ｘと一体的に形成されて駆動信号線Ｘに電気的に接続されている。また、基板６０上には、電源電圧線６４が形成されている。なお、基板６０は、基板状部材のほか、シート状部材、フィルム状部材をも含むものであり、その材料としてはＴＦＴを形成できるあらゆる材料を採用することができる。また、基板６０は、柔軟性を有するフレキシブルなものであってもよいし、柔軟性を有しない硬質なものであってもよい。
ゲート電極６２上には、ゲート絶縁層６６が形成されている。ゲート絶縁層６６は、駆動信号線Ｘ上、電源電圧線６４上及び基板６０上にも形成されており、層間絶縁層としても機能している。
ゲート電極６２上には、ゲート絶縁層６６を介して半導体層６８が形成されている。半導体層６８の両側のゲート絶縁層６６上には、選択トランジスタＭのソース電極７０Ｓ及びドレイン電極７０Ｄが半導体層６８に接触するように形成されている。また、ゲート絶縁層６６上には、出力信号線Ｙが形成されている。ソース電極７０Ｓは、出力信号線Ｙと一体的に形成されて出力信号線Ｙに電気的に接続されている。
こうして、基板６０上には、ゲート電極６２、ソース電極７０Ｓ及びドレイン電極７０Ｄを有する選択トランジスタＭが形成されている。半導体層６８、ソース電極７０Ｓ、ドレイン電極７０Ｄ及び出力信号線Ｙが形成されたゲート絶縁層６６上には、層間絶縁層７２が形成されている。
層間絶縁層７２上には、圧力センサＳの一対の電極７４、７６が間隔を空けて並列に形成されている。電極７４は、層間絶縁層７２に形成されたビア７４ａを介してドレイン電極７０Ｄと電気的に接続されている。また、電極７６は、層間絶縁層７２及びゲート絶縁層６６に形成されたビア７６ａを介して電源電圧線６４に電気的に接続されている。
層間絶縁層７２の一対の電極７４、７６を含む領域上には、一対の電極７４、７６を覆って一対の電極７４、７６に接触するようにセンサ層７８が形成されている。センサ層７８の構成材料は、上述した圧力印加に伴って電気抵抗値が変化する感圧導電性材料等の感圧材料である。センサ層７８は、例えば正方形状等の矩形状の平面形状を有している。なお、センサ層７８の平面形状は、特に限定されるものではなく、矩形状のほか、円形状等の種々の平面形状を採ることができる。
こうして、層間絶縁層７２上に、一対の電極７４、７６及びセンサ層７８を有する圧力センサＳが形成されている。電極７４、７６は、それぞれセンサ層７８に接触してセンサ層７８に電気的に接続されている。
隣接する複数の圧力センサＳのセンサ層７８上には、隣接する複数の圧力センサＳの複数のセンサ層７８を跨ぐように、力検出機構８０が形成されている。力検出機構８０は、センサ層７８を構成する感圧材料よりも硬い材料から構成されている。力検出機構８０の構成材料は、センサ層７８を構成する感圧材料よりも硬い材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、プラスチック、ゴム等である。プラスチック、ゴム等からなる力検出機構８０は、例えば接着剤等により複数のセンサ層７８の表面に接着されて固定されている。
こうして、隣接する複数の圧力センサＳの複数のセンサ層７８が、共通の力検出機構８０で連結されている。
力検出機構８０は、例えば、基板６０の板面に対して垂直な方向に基板６０から離間するに従って幅が細くなる立体形状を有している。このような立体形状を有する力検出機構８０は、基板６０の板面に対して斜め上方を向いた傾斜面８０ａを有している。このような傾斜面８０ａを有することにより、後述するセンサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力をより確実に検出することができる。
力検出機構８０の立体形状としては、例えば、センサ層７８側を底面とする、四角錐台等の角錐台、円錐台等の錐台状の立体形状や、四角錐等の角錐、円錐等の錐状の立体形状を例示することができる。力検出機構８０の立体形状は、特に限定されるものではなく、種々の形状を採ることができる。
なお、力検出機構８０の立体形状は、上記の形状に限定されるものではなく、種々の形状を採ることができる。例えば、力検出機構８０の立体形状は、基板６０の板面に対して垂直な方向における位置によって幅が変化しない板状、シート状、柱状の立体形状を採ることもできる。
力検出装置１００では、こうして力検出機構８０が形成された側の面が、接触した物体により作用する力を検出する力検出面であるセンサ面８２になっている。センサ面８２には、複数の力検出機構８０が露出していてもよいし、複数の力検出機構８０を含むセンサ面８２を保護する樹脂材料等からなる保護層（図示せず）が形成されていてもよい。センサ面８２に複数の力検出機構８０が露出していることにより、高い感度でセンサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力を検出することができる。
図３は、力検出機構８０の圧力センサＳに対する配置の一例を説明する図である。図３（ａ）は、圧力センサＳのセンサ層７８を示す平面図である。図３（ｂ）は、圧力センサＳに対して設けられる力検出機構８０を示す平面図である。図３（ｃ）は、圧力センサＳに対して力検出機構８０が配置された状態を示す平面図である。
図３（ａ）に示すように、複数の圧力センサＳのセンサ層７８は、それぞれ例えば正方形状等の矩形状の平面形状を有している。複数のセンサ層７８は、行方向及び列方向に格子状に配設されている。
一方、図３（ｂ）に示すように、複数の力検出機構８０は、それぞれ例えば正四角錐台状の立体形状を有している。複数の力検出機構８０のそれぞれの正方形状の底面は、例えば、行方向及び列方向における２×２の合計４個の隣接するセンサ層７８を含む面積を有している。複数の力検出機構８０は、行方向及び列方向に格子状に配設されている。
図３（ｃ）に示すように、複数の力検出機構８０は、それぞれ、行方向及び列方向における２×２の合計４個のセンサ層７８上に配置され、接着剤等により各センサ層７８の表面に固定されている。こうして、行方向及び列方向における２×２の合計４個の隣接するセンサ層７８が、共通の１個の力検出機構８０で連結されている。
図４は、力検出機構８０の圧力センサＳに対する配置の他の例を説明する図である。図４（ａ）は、圧力センサＳのセンサ層７８を示す平面図である。図４（ｂ）は、圧力センサＳに対して設けられる力検出機構８０を示す平面図である。図４（ｃ）は、圧力センサＳに対して力検出機構８０が配置された状態を示す平面図である。
図３（ｂ）の場合と同様、図４（ａ）に示すように、例えば正方形状等の矩形状の平面形状を有する複数の圧力センサＳのセンサ層７８が、行方向及び列方向に格子状に配設されている。
一方、図４（ｂ）に示すように、複数の力検出機構８０は、それぞれ例えば底面及び上面がともに長方形状の四角錐台状の立体形状を有している。複数の力検出機構８０のそれぞれの長方形状の底面は、例えば、行方向及び列方向における２×１又は１×２の合計２個の隣接するセンサ層７８を含む面積を有している。複数の力検出機構８０は、それぞれ、その長手方向が行方向又は列方向に沿うように配設されている。
図４（ｃ）に示すように、複数の力検出機構８０は、それぞれ、行方向及び列方向における２×１又は１×２の合計２個のセンサ層７８上に配置され、接着剤等により各センサ層７８の表面に固定されている。こうして、行方向及び列方向における２×１又は１×２の合計２個の隣接するセンサ層７８が、共通の１個の力検出機構８０で連結されている。
なお、上述のように二次元的に配設された複数の力検出機構８０は、互いに別個独立に分離されているものであってもよいし、互いに一体的に連続しているものであってもよい。互いに一体的に連続している複数の力検出機構８０の場合と比較して、互いに別個独立に分離されている複数の力検出機構８０の場合、他の力検出機構８０に作用する力による影響を低減しつつ、各力検出機構８０に作用する力を検出することができる。一方、互いに別個独立に分離されている複数の力検出機構８０の場合と比較して、互いに一体的に連続している複数の力検出機構８０の場合、より簡便に複数の力検出機構８０を形成することができる。
なお、力検出機構８０の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、スクリーン印刷法やインクジェット法等により樹脂等の材料を複数のセンサ層７８上に印刷して形成する方法が挙げられる。また、例えば、樹脂シート等の材料を所定の立体形状に加工してからセンサ層７８上に接着する方法が挙げられる。
本実施形態による力検出装置１００は、上述のように、センサ層７８を構成する感圧材料よりも硬い材料から構成される力検出機構８０が、隣接する複数の圧力センサＳの複数のセンサ層７８を跨ぐように形成されている。
力検出装置１００のセンサ面８２に物体が接触すると、図２中の矢印で示すように、センサ面８２に対してセンサ面８２に平行な力が作用する場合がある。センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力には、センサ面８２に対して傾斜した方向に作用する力のうちのセンサ面８２に平行な成分が含まれる。具体的には、センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力には、例えば、せん断応力、摩擦力等が含まれる。
このようにセンサ面８２に平行な力が作用する場合、共通の力検出機構８０で連結された複数のセンサ層７８を有する複数の圧力センサＳは、センサ面８２に平行な力に起因して互いに異なる大きさの圧力を受け、互いに異なる大きさの圧力を検出する。例えば、図２に示すように、紙面左右方向に２個の圧力センサＳが配設されている場合において、紙面右から左に向かう矢印方向に力がセンサ面８２に作用した場合、左側の圧力センサＳよりも、右側の圧力センサＳの方がより大きな圧力を検出する。
このような圧力センサＳの出力は、検出回路３０を介して制御部４０に入力される。制御部４０は、共通の力検出機構８０で連結された複数のセンサ層７８を有する複数の圧力センサＳの圧力の出力に基づき、センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力の方向及び大きさを求めることができる。
例えば、制御部４０は、共通の力検出機構８０で連結された複数のセンサ層７８を有する複数の圧力センサＳの出力と、センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力の方向及び大きさとの関係に関するデータベースを記憶装置に保持している。制御部４０は、このようなデータベースを参照して、センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力の方向及び大きさを求めることができる。
このように、本実施形態によれば、複数のセンサ層７８が力検出機構８０で連結されている構成により、センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力を検出する。したがって、本実施形態によれば、複雑な構成を必要とすることなく、センサ面８２に対して作用するセンサ面８２に平行な力を検出することができる。
［実施例］
次に、本実施形態による力検出装置の評価結果について図５及び図６を用いて説明する。図５は、実施例による力検出装置の構造を示す概略図である。図５（ａ）は、実施例による力検出装置の全体構成を示す概略図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に破線で示す円内を拡大して示す断面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す構造の上面図である。図５（ｄ）は、力検出機構の配置箇所を示す平面図である。図６は、実施例による力検出装置を用いて力を検出した結果を示す図である。
次に、本実施形態による力検出装置の評価結果について図５及び図６を用いて説明する。図５は、実施例による力検出装置の構造を示す概略図である。図５（ａ）は、実施例による力検出装置の全体構成を示す概略図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に破線で示す円内を拡大して示す断面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す構造の上面図である。図５（ｄ）は、力検出機構の配置箇所を示す平面図である。図６は、実施例による力検出装置を用いて力を検出した結果を示す図である。
図５（ａ）に示すように、実施例による力検出装置２００では、ガラス基板２６０上に、圧力センサ及びその出力を検出するための回路が形成されたセンサーフィルム２０２を設けた。センサーフィルム２０２に形成した隣接する複数の圧力センサ上には、力検出機構２８０を設けた。ガラス基板２６０、センサーフィルム２０２及び力検出機構２８０は、ラテックスゴムからなるシート２０４で覆った。センサーフィルム２０２の回路は、圧力センサの出力を検出するためのプリント回路板（ＰＣＢ、Printed Circuit Board）に接続した。
図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、センサーフィルム２０２上には、圧力センサＳの電極２７４、２７６を形成した。電極２７４、２７６上には、電極２７４、２７６を覆って電極２７４、２７６に接触するように感圧材料からなるセンサ層２７８を形成した。
圧力センサＳは、図５（ｄ）に示すように、ｘ方向（行方向）及びｙ方向（列方向）において１０×１０の合計１００個形成した。以下では、ｘ方向における位置番号をｘ、ｙ方向における位置番号をｙとして、圧力センサＳの位置を（ｘ，ｙ）で示す。
実施例１として、アクリル樹脂からなる力検出機構２８０を、（２，１）、（２，２）、（３，１）及び（３，２）に位置する４個の圧力センサＳのセンサ層２７８上に、これらのセンサ層２７８を跨ぐように形成した。
実施例２として、ウレタンフォームからなる力検出機構２８０を、（８，１）、（８，２）、（９，１）及び（９，２）に位置する４個の圧力センサＳのセンサ層２７８上に、これらのセンサ層２７８を跨ぐように形成した。力検出機構２８０を構成するウレタンフォームとしては、ＰＯＲＯＮ（登録商標） ＭＸ－４８ＨＦ（株式会社ロジャースイノアック製）を用いた。
実施例１、２のいずれにおいても、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、力検出機構２８０は、正四角錐台状の立体形状を有するものとした。なお、力検出機構２８０は、不織布２０６を介してセンサ層２７８上に形成した。正四角錐台状の力検出機構２８０の高さ（厚さ）ｔは、実施例１において２ｍｍに設定し、実施例２において３ｍｍに設定した。正四角錐台状の力検出機構２８０の上面の１辺の長さａは、実施例１、２のいずれにおいても１～１．５ｍｍに設定した。
実施例１、２による力検出機構２８０が形成された領域に対して、センサ面に対してセンサ面に平行な力を作用させて、各圧力センサＳの出力をモニタした。センサ面に平行な力の方向としては、図５（ｄ）の紙面下から上に向かう方向である－ｙ方向、紙面上から下に向かう方向である＋ｙ方向、紙面右から左に向かう方向である－ｘ方向及び紙面左から右に向かう方向である＋ｘ方向の４方向とした。
図６は、実施例１、２のそれぞれについて、上記のようにセンサ面に対してセンサ面に平行な力を作用させた場合の複数の圧力センサＳの出力を数値で示したものである。圧力センサＳの出力を示す数値は、任意単位の数値であり、値が大きいほど圧力センサＳが検出した圧力が大きいことを示している。
－ｙ方向の力を作用させた場合、実施例１では、（２，１）及び（３，１）の圧力センサＳの出力が、（２，２）及び（３，２）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。同じく－ｙ方向の力を作用させた場合、実施例２では、（８，１）及び（９，１）の圧力センサＳの出力が、（８，２）及び（９，２）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。
＋ｙ方向の力を作用させた場合、実施例１では、（２，２）及び（３，２）の圧力センサＳの出力が、（２，１）及び（３，１）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。同じく＋ｙ方向の力を作用させた場合、実施例２では、（８，２）及び（９，２）の圧力センサＳの出力が、（８，１）及び（９，１）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。
－ｘ方向の力を作用させた場合、実施例１では、（２，１）及び（２，２）の圧力センサＳの出力が、（３，１）及び（３，２）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。同じく－ｘ方向の力を作用させた場合、実施例２では、（８，１）及び（８，２）の圧力センサＳの出力が、（９，１）及び（９，２）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。
＋ｘ方向の力を作用させた場合、実施例１では、（３，１）及び（３，２）の圧力センサＳの出力が、（２，１）及び（２，２）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。同じく＋ｘ方向の力を作用させた場合、実施例２では、（９，１）及び（９，２）の圧力センサＳの出力が、（８，１）及び（８，２）の圧力センサＳの出力よりも大きくなった。
上記実施例１、２の評価結果により、センサ層２７８を跨がるように力検出機構２８０が形成された複数の圧力センサＳの出力が、センサ面に平行な力の方向によって異なることが確認された。したがって、センサ層２７８を跨がるように力検出機構２８０が形成された複数の圧力センサＳの出力に基づき、センサ面に平行な力を検出することができる。
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、力検出機構８０が四角錐台状の立体形状を有する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ変形実施形態による力検出装置における力検出機構の構造を示す斜視図である。図７（ａ）に示すように、力検出機構８０は、例えば、直方体状の立体形状を有していてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、球欠状の立体形状を有していてもよい。
また、上記実施形態では、薄膜トランジスタ等の選択トランジスタＭをアクティブ素子とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。選択トランジスタＭに代えて、例えばＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオード等の他のアクティブ素子を用いることができる。各センサセルが、メモリ性を有する素子を備えていてもよい。検出回路３０は、例えば電流などの電圧以外の方法で、出力信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、…、Ｙｎの出力を得てもよい。
また、上記実施形態では、センサアレイ１０において複数のセンサセル１２が矩形格子状に配置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。複数のセンサセル１２は、規則的又は不規則的に２次元に配置することができる。
１０…センサアレイ
１２…センサセル
１４…力検出部
２０…垂直走査回路
３０…検出回路
４０…制御部
６０…基板
６２…ゲート電極
６４…電源電圧線
６６…ゲート絶縁層
６８…半導体層
７０Ｄ…ドレイン電極
７０Ｓ…ソース電極
７２…層間絶縁層
７４…電極
７６…電極
７８…センサ層
８０…力検出機構
８２…センサ面
１００…力検出装置
Ｓ…圧力センサ
Ｍ…選択トランジスタ
１２…センサセル
１４…力検出部
２０…垂直走査回路
３０…検出回路
４０…制御部
６０…基板
６２…ゲート電極
６４…電源電圧線
６６…ゲート絶縁層
６８…半導体層
７０Ｄ…ドレイン電極
７０Ｓ…ソース電極
７２…層間絶縁層
７４…電極
７６…電極
７８…センサ層
８０…力検出機構
８２…センサ面
１００…力検出装置
Ｓ…圧力センサ
Ｍ…選択トランジスタ
Claims (11)
- 感圧材料からなるセンサ層を有する圧力センサをそれぞれが含み、２次元状に配された複数のセンサセルと、
前記感圧材料よりも硬く、隣接する複数の前記圧力センサの複数の前記センサ層の複数の表面に固定されることで前記複数のセンサ層を連結する力検出機構と
を有し、
前記圧力センサが、前記センサ層に接触して形成された第１の電極と第２の電極とをさらに有する
ことを特徴とする力検出装置。 - 前記力検出機構が、前記複数のセンサ層上に前記複数のセンサ層を跨ぐように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の力検出装置。 - 前記センサ層が、感圧導電性材料からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の力検出装置。 - 前記複数の圧力センサが形成された基板を有し、
前記力検出機構が、前記基板の板面に対して垂直な方向に前記基板から離間するに従って幅が細くなる立体形状を有している
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の力検出装置。 - 前記力検出機構が、錐台状の立体形状を有する
ことを特徴とする請求項４記載の力検出装置。 - 複数の前記力検出機構を有し、
前記複数の力検出機構が、互いに別個独立に分離されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の力検出装置。 - 複数の前記力検出機構を有し、
前記複数の力検出機構が、互いに一体的に連続している
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の力検出装置。 - 前記力検出機構が、プラスチック又はゴムからなる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の力検出装置。 - 前記複数のセンサセルのそれぞれが、アクティブ素子を含む
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の力検出装置。 - 前記アクティブ素子が薄膜トランジスタである
ことを特徴とする請求項９記載の力検出装置。 - 前記圧力センサが更に電源電圧線を含み、
前記電源電圧線は、前記薄膜トランジスタのゲート電極と同一の層に形成されており、
前記第１の電極は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と接続され、
前記第２の電極は、前記電源電圧線と接続されている、
ことを特徴とする請求項１０記載の力検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017106024A JP7007112B2 (ja) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | 力検出装置 |
| KR1020180053724A KR102080487B1 (ko) | 2017-05-29 | 2018-05-10 | 힘 검출 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017106024A JP7007112B2 (ja) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | 力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018200281A JP2018200281A (ja) | 2018-12-20 |
| JP7007112B2 true JP7007112B2 (ja) | 2022-01-24 |
Family
ID=64668163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017106024A Active JP7007112B2 (ja) | 2017-05-29 | 2017-05-29 | 力検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7007112B2 (ja) |
| KR (1) | KR102080487B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6981895B2 (ja) * | 2018-02-27 | 2021-12-17 | 藤倉コンポジット株式会社 | 荷重センサ |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006250705A (ja) | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Toshiba Corp | 触覚センサー |
| JP2008128940A (ja) | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Kobe Univ | 触覚センサ |
| JP2008209384A (ja) | 2007-02-01 | 2008-09-11 | Nitta Ind Corp | センサシート |
| US20130186208A1 (en) | 2012-01-19 | 2013-07-25 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University | Flexible tactile sensor apparatus |
| JP2016008882A (ja) | 2014-06-24 | 2016-01-18 | 大日本印刷株式会社 | 圧力センサ装置 |
| JP2018194525A (ja) | 2017-05-22 | 2018-12-06 | 大日本印刷株式会社 | 圧力センサ装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0618435A3 (de) * | 1993-03-30 | 1995-02-01 | Siemens Ag | Kapazitiver Drucksensor. |
| JP3402087B2 (ja) | 1996-08-27 | 2003-04-28 | ソニー株式会社 | 薄膜半導体装置 |
| JP6106919B2 (ja) * | 2012-01-27 | 2017-04-05 | ソニー株式会社 | センサ装置、入力装置及び電子機器 |
| JP6394096B2 (ja) * | 2014-06-18 | 2018-09-26 | 大日本印刷株式会社 | 圧力センサ装置 |
-
2017
- 2017-05-29 JP JP2017106024A patent/JP7007112B2/ja active Active
-
2018
- 2018-05-10 KR KR1020180053724A patent/KR102080487B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006250705A (ja) | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Toshiba Corp | 触覚センサー |
| JP2008128940A (ja) | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Kobe Univ | 触覚センサ |
| JP2008209384A (ja) | 2007-02-01 | 2008-09-11 | Nitta Ind Corp | センサシート |
| US20130186208A1 (en) | 2012-01-19 | 2013-07-25 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University | Flexible tactile sensor apparatus |
| JP2016008882A (ja) | 2014-06-24 | 2016-01-18 | 大日本印刷株式会社 | 圧力センサ装置 |
| JP2018194525A (ja) | 2017-05-22 | 2018-12-06 | 大日本印刷株式会社 | 圧力センサ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180130439A (ko) | 2018-12-07 |
| KR102080487B1 (ko) | 2020-02-24 |
| JP2018200281A (ja) | 2018-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI707127B (zh) | 壓力檢測裝置 | |
| KR100372624B1 (ko) | 접촉감지장치및그제조방법 | |
| US9778803B2 (en) | Portable electronic device | |
| US9383848B2 (en) | Interleaved piezoelectric tactile interface | |
| US20100066686A1 (en) | Multipoint touch sensor with active matrix | |
| RU2014135546A (ru) | Датчик, устройство ввода и электронное устройство | |
| KR20120045287A (ko) | 터치 센서 내장형 평판표시장치 | |
| JP6862134B2 (ja) | センサ装置 | |
| KR20060013507A (ko) | 위치 검출 장치 | |
| KR20190085506A (ko) | 압력센서 | |
| US20230081114A1 (en) | Capacitive pressure sensor | |
| KR20120096900A (ko) | 저항식 터치 스크린 디스플레이 및 시스템 | |
| JP7007112B2 (ja) | 力検出装置 | |
| KR102089252B1 (ko) | 힘 검출 장치 | |
| JP6802009B2 (ja) | 圧力検出装置及びその駆動方法 | |
| KR20110128533A (ko) | 복층 구조의 정전용량식 입력장치 | |
| JP6982953B2 (ja) | センサ装置 | |
| CN108509080B (zh) | 柔性显示器及其分区控制方法 | |
| JP7067674B2 (ja) | 圧力検出装置、圧力検出システム、及び圧力検出装置の製造方法 | |
| JPH0750689Y2 (ja) | 感圧センサー | |
| KR20160086689A (ko) | 바디 터치 디바이스 | |
| JP6912170B2 (ja) | 接触検知装置及びその駆動方法 | |
| JP7418167B2 (ja) | 力センサ及び力検出装置 | |
| KR101057491B1 (ko) | 정전용량식 입력장치 | |
| KR20110124089A (ko) | 정전용량식 입력장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200520 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210415 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210427 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210817 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211117 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211207 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220106 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7007112 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |