JP7211563B2 - 押圧力検知装置 - Google Patents

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Description

本発明は、押圧力検知装置に関する。
従来の押圧力検知装置としては、例えば、特許文献1に記載のタッチ式入力装置が知られている。このタッチ式入力装置は、操作板、圧電フィルム及び制御部を備えている。圧電フィルムは、操作板に貼り付けられている。圧電フィルムは、ユーザによって操作板が押圧されると、出力電圧を出力する。制御部は、出力電圧と基準電圧との差分が閾値を超えるか否かを判定する。そして、制御部は、出力電圧と基準電圧との差分が閾値を超えた区間について、出力電圧と基準電圧との差分を積分する。
圧電フィルムは、圧電フィルムの変形が進行しているときに出力電圧を発生する。そのため、圧電フィルムの変形が進行していなければ、ユーザが操作板を押圧し続けても、圧電フィルムは出力電圧を発生しない。そこで、特許文献1に記載のタッチ式入力装置は、出力電圧と基準電圧との差分の積分値を利用している。これにより、このタッチ式入力装置は、ユーザが操作板を押圧し続けていることと、ユーザが操作板を押圧することをやめたことと、を検知できる。
特開2017-33505号公報
ところで、特許文献1に記載のタッチ式入力装置では、例えば、出力信号に発生するノイズにより、出力電圧と基準電圧との差分の積分値にドリフトが発生する。出力電圧と基準電圧との差分の積分値にドリフトが発生すると、出力電圧と基準電圧との差分の積分値が増大し続ける。ユーザが操作板を押圧することをやめた場合であっても、出力電圧と基準電圧との差分の積分値が0にならない場合がある。その結果、タッチ式入力装置は、ユーザが操作板を押圧し続けていると誤検知する場合がある。
そこで、本発明の目的は、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板に対する押圧状態を適切に検知できる押圧力検知装置を提供することである。
第1の形態に係る押圧力検知装置は、
ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が接触する操作板と、
前記操作板に設けられている押圧センサであって、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板に接触するときに前記操作板と共に前記押圧センサが変形することによって第1極性の出力電圧を発生し、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板から離れるときに前記操作板と共に前記押圧センサが変形することによって前記第1極性と逆極性の第2極性の前記出力電圧を発生する押圧センサと、
演算部と、
を備えており、
電気パラメータは、前記押圧センサが発生する前記出力電圧と共に変化し、
前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第1極性であるときには第3極性であり、
前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第2極性であるときには前記第3極性と逆極性の第4極性であり、
前記演算部は、前記電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値から単位時間当たりに前記第3極性を有する所定値を減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算する。
第2の形態に係る押圧力検知装置は、
ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が接触する操作板と、
前記操作板に設けられている押圧センサであって、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板に接触するときに前記操作板と共に変形することによって第1極性の出力電圧を発生し、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板から離れるときに前記操作板と共に変形することによって前記第1極性と逆極性の第2極性の前記出力電圧を発生する押圧センサと、
演算部と、
を備えており、
電気パラメータは、前記押圧センサが発生する前記出力電圧と共に変化し、
前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第1極性であるときには第3極性であり、
前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第2極性であるときには前記第3極性と逆極性の第4極性であり、
第1閾値は、前記第3極性を有する値であり、
第2閾値は、前記第4極性を有する値であり、
前記第2閾値の絶対値は、前記第1閾値の絶対値より小さい、又は、0であり、
前記演算部は、前記第3極性を有する前記電気パラメータから前記第1閾値を減算した値の極性が前記第3極性である場合に、前記電気パラメータを時間積分し、かつ、前記第4極性を有する前記電気パラメータから前記第2閾値を減算した値の極性が前記第4極性である場合に、前記電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。
本発明によれば、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板に対する押圧状態を適切に検知できる。
図1は、電子機器1の上面図である。 図2は、電子機器1のA-Aにおける断面図である。 図3は、押圧センサ13の底面図及びB-Bにおける断面図である。 図4は、押圧センサ13のブロック図である。 図5は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。 図6は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。 図7は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と減算電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。 図8は、制御部34が実行するフローチャートである。 図9は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と減算電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。 図10は、制御部34が実行するフローチャートである。
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る押圧センサ13及び電子機器1の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、電子機器1の上面図である。図2は、電子機器1のA-Aにおける断面図である。図3は、押圧センサ13の底面図及びB-Bにおける断面図である。図4は、押圧センサ13のブロック図である。
また、本明細書において、方向を以下のように定義する。押圧センサ13において、圧電体14の法線方向を上下方向と定義する。圧電体14の長辺が延びる方向を左右方向と定義する。圧電体14の短辺が延びる方向を前後方向と定義する。上下方向、左右方向及び前後方向は、互いに直交している。なお、本明細書における方向の定義は、一例である。従って、押圧センサ13の実使用時における方向と本明細書における方向とが一致している必要はない。また、図1において上下方向が反転してもよい。同様に、図1において左右方向が反転してもよい。図1において前後方向が反転してもよい。
電子機器1は、スマートフォンやタブレット型コンピュータ等の携帯型電子端末である。電子機器1は、図1及び図2に示すように、筐体3及び押圧力検知装置5を備えている。筐体3は、箱である。筐体3は、上下方向に見て、長方形状を有している。ただし、筐体3の上面は、開口している。筐体3の開口は、上下方向に見て、長方形状を有している。
押圧力検知装置5は、ユーザの体の一部(例えば、指)又はユーザが操作する部材(例えば、ペン)が操作板2に接触することにより、操作板2に加わる押圧力を検知する。以下では、ユーザの指が操作板2に接触する場合について説明する。押圧センサ13は、操作板2、押圧センサ13及び演算部30(図4参照)を備えている。
操作板2は、透明な板である。操作板2は、上主面及び下主面を有する。操作板2は、上下方向に見て、長方形状を有する。操作板2は、筐体3の開口を塞いでいる。また、操作板2及び筐体3は、内部に空間を形成している。この空間には、バッテリ、回路基板、CPU(Central Processing Unit)等(図示せず)が設けられている。操作板2は、例えば、ディスプレイを含んでいてもよい。操作板2には、ユーザの指(ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材)が接触する。なお、ユーザが操作板2を介して操作板2の下のディスプレイ等を透過的に見る必要がない場合には、操作板2は不透明な板であってもよい。
押圧センサ13は、操作板2に設けられている。押圧センサ13は、図2に示すように、操作板2の下主面に固定されている。押圧センサ13は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する長方形状を有している。押圧センサ13は、操作板2の上下方向の中央において左右方向に延びている。本実施形態では、押圧センサ13が操作板2の上下方向の中央に取り付けられる例を示すが、押圧センサ13の取り付け位置はこれに限らない。また、複数の押圧センサ13が設けられていてもよい。
押圧センサ13は、ユーザの指(ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材)が操作板2に接触するときに操作板2と共に押圧センサ13が変形することによって第1極性(正)の出力電圧を発生する。また、押圧センサ13は、ユーザの指(ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材)が操作板2から離れるときに操作板2と共に押圧センサ13が変形することによって第1極性(正)と逆極性の第2極性(負)の出力電圧を発生する。以下に、図3を参照しながら、押圧センサ13の詳細について説明する。
押圧センサ13は、図3に示すように、圧電体14、上電極15a、下電極15b、基材16、接着層18,20を備えている。圧電体14は、図3に示すように、フィルム形状を有している。従って、圧電体14は、上主面S1及び下主面S2を有している。圧電体14の左右方向の長さは、圧電体14の前後方向の長さより長い。本実施形態では、圧電体14は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する長方形状を有している。圧電体14は、圧電体14の変形量に応じた出力電圧を発生する。圧電体14の材料は、例えば、ポリ乳酸である。以下に、圧電体14についてより詳細に説明する。
圧電体14は、圧電体14が左右方向に伸張されたときに発生する出力電圧の極性が、圧電体14が前後方向に伸張されたときに発生する出力電圧の極性と逆極性となる特性を有している。具体的には、圧電体14は、キラル高分子から形成されるフィルムである。キラル高分子とは、例えば、ポリ乳酸(PLA)、特にL型ポリ乳酸(PLLA)である。キラル高分子からなるPLLAは、主鎖が螺旋構造を有する。PLLAは、一軸延伸されて分子が配向する圧電性を有する。圧電体14は、d14の圧電定数を有している。圧電体14の一軸延伸方向(配向方向)は、前後方向及び左右方向のそれぞれに対して45度の角度を形成している。この45度は、例えば、45度±10度程度を含む角度を含む。これにより、圧電体14は、圧電体14が左右方向に伸張されること又は前後方向に伸張されることにより、出力電圧を発生する。圧電体14は、例えば、左右方向に伸張されると第1極性(正)の出力電圧を発生する。圧電体14は、例えば、前後方向に伸張されると第2極性(負)の出力電圧を発生する。出力電圧の大きさは、伸張による圧電体14の変形量を時間微分した値に依存する。
上電極15aは、信号電極である。上電極15aから出力電圧が出力される。上電極15aは、図1に示すように、上主面S1に設けられている。上電極15aは、上主面S1の略全体を覆っている。下電極15bは、グランド電極である。下電極15bは、グランド電位に接続される。下電極15bは、図1に示すように、下主面S2に設けられている。これにより、圧電体14は、上電極15aと下電極15bとの間に位置している。下電極15bは、下主面S2の略全体を覆っている。上電極15a及び下電極15bは、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)、ZnO(酸化亜鉛)等の無機電極、PeDOTや導電性ポリアニリン等の有機電極、蒸着、メッキによる金属皮膜、銀ペーストによる印刷電極膜である。
基材16は、上電極15aの上に設けられている。基材16は、圧電体14、上電極15a及び下電極15bを保持することにより、圧電体14と共に変形する。基材16は、シート形状を有している。基材16は、上主面及び下主面を有している。基材16の左右方向の長さは、基材16の前後方向の長さより長い。本実施形態では、基材16は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する長方形状を有している。このような基材16の材料は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリウレタンである。基材16は、必須の構成ではなく、設計に応じて用いられる部材である。下電極15bの保護のために、下電極15bの下面に同じ材料の保護フィルムが設けられてもよい。
接着層18は、図3に示すように、圧電体14及び上電極15aを基材16の下主面に固定している。これにより、基材16の変形は、圧電体14に伝達される。
接着層20は、基材16の上主面に設けられている。接着層20は、基材16を操作板2の下主面に固定している。接着層18,20は、例えば、アクリル系、ゴム系、シリコン系、ウレタン系粘着剤である。なお、接着層18,20は、被着体や要求される接着強度に応じて選択される。
ところで、ユーザの指が操作板2の上主面に接触すると、操作板2に下方向の押圧力が加わる。この場合、操作板2は、下方向に突出するように変形する。押圧センサ13は、操作板2の下主面に固定されているので、操作板2と共に下方向に突出するように変形する。この際、押圧センサ13は、左右方向に伸張される。これにより、押圧センサ13は、第1極性(正)の出力電圧を発生する。第1極性(正)の出力電圧は、上電極15a及び下電極15bから出力される。
また、ユーザの指が操作板2から離れると、操作板2に加わる下方向の押圧力が解除される。この場合、操作板2は、平板形状に戻るように変形する。押圧センサ13は、操作板2の下主面に固定されているので、操作板2と共に平板形状に戻るように変形する。この際、押圧センサ13は、左右方向に圧縮される。すなわち、押圧センサ13は、前後方向に伸張される。これにより、押圧センサ13は、第2極性(負)の出力電圧を発生する。第2極性(負)の出力電圧は、上電極15a及び下電極15bから出力される。
演算部30は、押圧センサ13が発生する出力電圧と共に変化する電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。より詳細には、演算部30は、受信回路32及び制御部34を含んでいる。押圧センサ13は、操作板2に下方向の押圧力が加わると、第1極性(正)の出力電圧を発生する。受信回路32は、出力電圧を中和するように、押圧センサ13に対して電荷を供給する。また、押圧センサ13は、操作板2に下方向の押圧力が解除されると、第2極性(負)の出力電圧を発生する。受信回路32は、出力電圧を中和するように、押圧センサ13に対して電荷を供給する。このように、押圧センサ13が発生する出力電圧と共に変化する電気パラメータは、受信回路32から押圧センサ13に流れる電流の値である。電気パラメータの極性は、出力電圧の極性が第1極性(正)であるときには第3極性(正)である。電気パラメータの極性は、出力電圧の極性が第2極性(負)であるときには第3極性(正)と逆極性の第4極性(負)である。
制御部34は、受信回路32から押圧センサ13に流れる電流の値(電気パラメータ)を時間積分することにより電荷量(電気パラメータ積分値)を演算する。制御部34は、例えば、CPU(Central Processing Unit)である。従って、制御部34は、ソフトウェア処理により、電気パラメータ積分値を演算する。これにより、制御部34は、電気パラメータ積分値に基づいて、ユーザの指が操作板2に及ぼす押圧力を演算できる。
なお、制御部34は、電気パラメータの絶対値の大きさに関わらず、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。すなわち、本実施形態に係る押圧力検知装置5では、後述するような閾値Th1,Th2が設けられていない。故に、制御部34は、全ての期間において、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。
以下に、制御部34の動作について説明する。まず、比較例1及び比較例2に係る押圧力検知装置に発生する誤検知について説明する。図5及び図6は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。図5では、ユーザの指の接触の仕方に起因するドリフトが電気パラメータ積分値に発生している例である。図6では、ノイズに起因するドリフトが電気パラメータ積分値に発生している例である。図5及び図6の横軸は時間である。図5及び図6の縦軸は電流の値又は積分値である。
比較例1に係る押圧力検知装置では、閾値Th1,Th2が設けられている。閾値Th1は、第3極性(正)の値を有する。閾値Th2は、第4極性(負)の値を有する。閾値Th1の絶対値は、閾値Th2の絶対値と等しい。電気パラメータが閾値Th1以上となった場合、比較例1に係る押圧力検知装置は、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。また、電気パラメータが閾値Th2以下となった場合、比較例1に係る押圧力検知装置は、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。このように、比較例1に係る押圧力検知装置は、閾値Th1,Th2が設けられることにより、電気パラメータ(又は出力電圧)に発生するノイズが電気パラメータ積分値に影響することを低減している。
しかしながら、ユーザの指の接触の仕方によっては、電気パラメータ積分値にドリフトが発生する。より詳細には、図5では、ユーザは、操作板2を下方向に指により強く押圧した後に、操作板2に指を接触させ続け、操作板2から指をゆっくりと離した。ユーザが操作板2を下方向に指により強く押圧すると、電気パラメータの波形は、急峻に立ち上がる。一方、ユーザが操作板2から指をゆっくりと離すと、電気パラメータの波形は、なだらかに立ち上がる。
ここで、比較例1に係る押圧力検知装置は、電気パラメータが閾値Th1以上となった場合、電気パラメータ積分値を演算する。また、比較例1に係る押圧力検知装置は、電気パラメータが閾値Th2以下となった場合、電気パラメータ積分値を演算する。この場合、ユーザが操作板2から指をゆっくり離したときに電気パラメータが閾値Th2以下となる期間の電気パラメータ積分値P2は、ユーザが操作板2を下方向に指により強く押圧したときに電気パラメータが閾値Th1以上となる期間の電気パラメータ積分値P1より小さくなる。そのため、電気パラメータ積分値は、ユーザが操作板2から指を離した後であっても、0に戻らない。そして、ユーザがこのような操作を繰り返すと、電気パラメータ積分値は増大し続ける。すなわち、電気パラメータ積分値にドリフトが発生する。このような電気パラメータ積分値に発生するドリフトは、比較例1に係る押圧力検知装置の誤検知の原因となる。
また、比較例2に係る押圧力検知装置では、例えば、受信回路にノイズが流入することにより電気パラメータ積分値にドリフトが発生する場合がある。具体的には、ノイズは、第4極性(負)の成分より第3極性(正)の成分を多く含む場合がある。また、比較例2に係る押圧検知装置では、閾値Th1,Th2が設けられていない。そのため、比較例2に係る押圧力検知装置は、ノイズを含む電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。その結果、電気パラメータ積分値は、時間の経過と共に増大し続ける。すなわち、電気パラメータ積分値にドリフトが発生する。このような電気パラメータ積分値に発生するドリフトは、比較例2に係る押圧力検知装置の誤検知の原因となる。
そこで、押圧力検知装置5は、以下に説明する動作を行う。図7は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と減算電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。図7の横軸は時間である。図7の縦軸は電気パラメータ又は積分値である。
本実施形態に係る押圧力検知装置5では、演算部30は、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値から単位時間当たりに第3極性(正)を有する所定値を減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算する。これにより、減算電気パラメータ積分値が増大し続けることが抑制される。その結果、減算電気パラメータ積分値にドリフトが発生することが抑制される。更に、演算部30は、減算電気パラメータ積分値の極性が第4極性(負)となった場合に、減算電気パラメータ積分値を0にセットする。これにより、ユーザが操作板2を指により押圧していない期間では、減算電気パラメータ積分値の波形は、鋸刃形状を有する。すなわち、減算電気パラメータ積分値が時間の経過と共に減少し続けることが抑制されている。
次に、押圧力検知装置5の制御部34が実行する動作について図面を参照しながら説明する。図8は、制御部34が実行するフローチャートである。
本処理は、制御部34が受信回路32から電気パラメータを取得することにより開始される(ステップS1)。次に、制御部34は、電気パラメータを時間積分する(ステップS2)。これにより、制御部34は、電気パラメータ積分値を取得する。
次に、制御部34は、電気パラメータ積分値から所定値を減算する(ステップS3)。本実施形態では、前記の通り、制御部34は、1秒当たり0.05レベルだけ電気パラメータ積分値から減算している。そこで、制御部34は、0.05レベルをステップS1~ステップS6の間に必要な時間で割った値を所定値として電気パラメータ積分値から減算する。これにより、制御部34は、減算電気パラメータ積分値を取得する。
次に、制御部34は、減算電気パラメータ積分値の極性が第4極性(負)であるか否かを判定する。減算電気パラメータ積分値の極性が第4極性(負)である場合、本処理はステップS5に進む。減算電気パラメータ積分値の極性が第4極性(負)でない場合、本処理はステップS6に進む。
減算電気パラメータ積分値の極性が第4極性(負)である場合、制御部34は、減算電気パラメータ積分値を0にセットする(ステップS5)。この後、本処理はステップS6に進む。
上記ステップS6において、制御部34は、本処理を終了するか否かを判定する。本処理を終了しない場合には、本処理はステップS1に戻る。
なお、ステップS1~ステップS6が実行されている間、制御部34は、減算電気パラメータ積分値に基づいて、ユーザによる操作板2の押圧の有無の判定を行っている。具体的には、減算電気パラメータ積分値が閾値以上である場合、制御部34は、ユーザにより操作板2が押圧されていると判定する。減算電気パラメータ積分値が閾値以上でない場合、制御部34は、ユーザにより操作板2が押圧されていないと判定する。
[効果]
押圧力検知装置5は、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板2に対する押圧状態を適切に検知できる。より詳細には、演算部30は、単位時間当たりに第3極性(正)を有する所定値を電気パラメータ積分値から減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算する。これにより、電気パラメータ積分値にドリフトが発生しても、減算電気パラメータ積分値が増大し続けることが抑制される。その結果、ユーザが操作板2からユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材を離した後に、減算電気パラメータ積分値が0になる。その結果、押圧力検知装置5は、ユーザが操作板2からユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材を離したことを検知できる。以上より、押圧力検知装置5は、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板2に対する押圧状態を適切に検知できる。その結果、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板2に対する押圧状態を適切に検知するために、出力電圧の検知回路を設けたり、タッチパネルを併用したりする必要がない。
なお、図7に示すように、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が操作板2に接触し続けている期間では、押圧力が変化しなくても、減算電気パラメータ積分値が減少する。しかしながら、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が操作板2に接触し続けている場合、ユーザが疲れを感じるため、無意識に押圧力が低下する傾向がある。従って、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が操作板2に接触し続けている期間では、押圧力が変化しなくても、減算電気パラメータ積分値が減少しても、ユーザが違和感を覚える可能性が低い。
押圧力検知装置5では、演算部30は、減算電気パラメータ積分値の極性が第4極性(負)となった場合に、減算電気パラメータ積分値を0にセットする。これにより、ユーザが操作板2をユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材により押圧していない期間では、減算電気パラメータ積分値の波形は、鋸刃形状を有する。すなわち、減算電気パラメータ積分値が時間の経過と共に減少し続けることが抑制されている。
押圧力検知装置5では、演算部30は、単位時間当たりに第3極性(正)を有する所定値を電気パラメータ積分値から減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算する。これにより、押圧力検知装置5は、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板2に対する押圧状態を適切に検知できる。そのため、押圧力検知装置5では、電気パラメータへのノイズの影響が考慮不要となるので、閾値Th1,Th2が不要となる。その結果、演算部30は、電気パラメータの絶対値の大きさに関わらず、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算してもよい。
押圧力検知装置5では、押圧センサ13は、ポリ乳酸を材料とする圧電体14を含んでいる。ポリ乳酸は、焦電性を有さないので、温度に起因する電気パラメータ積分値のドリフトが発生しにくい。また、ポリ乳酸は、透明度が高い。そのため、操作板2がタッチパネルである場合に、押圧センサ13が操作板2の透明性を損ねることが抑制できる。なお、操作板2が静電容量方式のタッチパネルである場合、圧電体14の材料をポリ乳酸とすることにより、タッチパネルと押圧センサ13とをひとつのセンサ素子とすることが可能である。
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る押圧力検知装置5a及び電子機器1の構成について図面を参照しながら説明する。押圧力検知装置5aは、演算部30の動作において押圧力検知装置5と相違する。そこで、この相違点を中心に押圧力検知装置5aについて説明する。なお、押圧力検知装置5aにおいて押圧力検知装置5と同じ構成については説明を省略する。図9は、時間と電気パラメータとの関係、及び、時間と減算電気パラメータ積分値との関係を示したグラフである。図9の横軸は時間である。図9の縦軸は電気パラメータ又は積分値である。
まず、第1閾値Tha及び第2閾値Thbを以下のように定義する。第1閾値Thaは、第3極性(正)を有する値である。第2閾値Thbは、第4極性(負)を有する値である。第2閾値Thbの絶対値は、第1閾値Thaの絶対値より小さい。なお、第2閾値Thbは、0であってもよい。
演算部30は、第3極性(正)を有する電気パラメータから第1閾値Thaを減算した値の極性が第3極性(正)である場合に、電気パラメータを時間積分し、かつ、第4極性(負)を有する電気パラメータから第2閾値Thbを減算した値の極性が第4極性(負)である場合に、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。より詳細には、第3極性(正)を有する電気パラメータが第1閾値Thaより大きい場合、演算部30は、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値を演算する。一方、第3極性(正)を有する電気パラメータが第1閾値Tha以下である場合、演算部30は、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値を演算しない。また、演算部30は、第4極性(負)を有する電気パラメータが第2閾値Thbより小さい場合、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値を演算する。演算部30は、第4極性(負)を有する電気パラメータが第2閾値Thb以上である場合、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値を演算しない。
次に、押圧力検知装置5aの制御部34が実行する動作について図面を参照しながら説明する。図10は、制御部34が実行するフローチャートである。
本処理は、制御部34が受信回路32から電気パラメータを取得することにより開始される(ステップS11)。次に、制御部34は、電気パラメータの極性が第3極性(正)であるか否かを判定する(ステップS12)。電気パラメータの極性が第3極性(正)である場合、本処理はステップS13に進む。電気パラメータの極性が第3極性(正)でない場合、本処理はステップS15に進む。
電気パラメータの極性が第3極性(正)である場合、制御部34は、電気パラメータから第1閾値Thaを減算する(ステップS13)。更に、制御部34は、ステップS13において電気パラメータから第1閾値Thaを減算して得られた値の極性が第3極性(正)であるか否かを判定する。ステップS13では、制御部34は、電気パラメータが第1閾値Thaを超えているか否かを判定している。電気パラメータから第1閾値Thaを減算して得られた値の極性が第3極性(正)である場合、本処理はステップS17に進む。電気パラメータから第1閾値Thaを減算して得られた値の極性が第3極性(正)でない場合、本処理はステップS18に進む。
電気パラメータの極性が第3極性(正)でない場合、制御部34は、電気パラメータから第2閾値Thbを減算する(ステップS15)。更に、制御部34は、ステップS15において電気パラメータから第2閾値Thbを減算して得られた値の極性が第4極性(負)であるか否かを判定する。ステップS15では、制御部34は、電気パラメータが第2閾値Thbを超えているか否かを判定している。電気パラメータから第2閾値Thbを減算して得られた値の極性が第4極性(負)である場合、本処理はステップS17に進む。電気パラメータから第2閾値Thbを減算して得られた値の極性が第4極性(負)でない場合、本処理はステップS18に進む。
前記ステップS17において、制御部34は、電気パラメータを時間積分する。これにより、制御部34は、電気パラメータ積分値を取得する。この後、本処理はステップS18に進む。
前記ステップS18において、制御部34は、本処理を終了するか否かを判定する。本処理を終了しない場合には、本処理はステップS11に戻る。
なお、ステップS11~ステップS18が実行されている間、制御部34は、電気パラメータ積分値に基づいて、ユーザによる操作板2の押圧の有無の判定を行っている。具体的には、電気パラメータ積分値が閾値以上である場合、制御部34は、ユーザにより操作板2が押圧されていると判定する。電気パラメータ積分値が閾値以上でない場合、制御部34は、ユーザにより操作板2が押圧されていないと判定する。
[効果]
押圧力検知装置5は、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板2に対する押圧状態を適切に検知できる。より詳細には、第1閾値Thaは、第3極性(正)を有する値である。第2閾値Thbは、第4極性(負)を有する値である。第2閾値Thbの絶対値は、第1閾値Thaの絶対値より小さい。演算部30は、第3極性(正)を有する電気パラメータから第1閾値Thaを減算した値の極性が第3極性(正)である場合に、電気パラメータを時間積分し、かつ、第4極性(負)を有する電気パラメータから第2閾値Thbを減算した値の極性が第4極性(負)である場合に、電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する。これにより、電気パラメータの極性が第3極性(正)である場合に演算部30が時間積分を行う期間は、電気パラメータの極性が第4極性(負)である場合に演算部30が時間積分を行う期間より短くなりやすい。換言すれば、電気パラメータ積分値は、第3極性(正)の電気パラメータよりも第4極性(負)の電気パラメータを多く含むようになる。これにより、電気パラメータ積分値が増大し続けることが抑制される。その結果、ユーザが操作板2からユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材を離した後に、減算電気パラメータ積分値が0になる。よって、押圧力検知装置5aは、ユーザが操作板2からユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材を離したことを検知できる。以上より、押圧力検知装置5aは、ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材の操作板2に対する押圧状態を適切に検知できる。
(その他の実施形態)
本発明に係る押圧力検知装置は、押圧力検知装置5,5aに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。また、押圧力検知装置5,5aの構成を任意に組み合わせてもよい。
なお、押圧力検知装置5,5aにおいて、第1極性が正であり、第2極性が負であるとした。しかしながら、第1極性が負であり、第2極性が正であってもよい。
なお、押圧力検知装置5,5aにおいて、第3極性が正であり、第4極性が負であるとした。しかしながら、第3極性が負であり、第4極性が正であってもよい。
なお、押圧力検知装置5,5aにおいて、電気パラメータは、電流値であってもよいし、電圧値であってもよい。電気パラメータは、押圧センサ13の出力電圧と共に変化する値であればよい。従って、電気パラメータは、出力電圧そのものであってもよい。
なお、押圧力検知装置5において、演算部30は、電気パラメータ積分値の大きさに応じて、第3極性を有する所定値の大きさを変化させてもよい。例えば、電気パラメータ積分値が相対的に大きい場合、演算部30は、第3極性を有する所定値の絶対値を相対的に大きくする。電気パラメータ積分値が相対的に小さい場合、演算部30は、第3極性を有する所定値の絶対値を相対的に小さくする。これにより、出力電圧が小さいために電気パラメータ積分値が小さい場合に、押圧センサ13の感度低下を抑制しつつ、電気パラメータ積分値がドリフトすることを抑制できる。
なお、押圧力検知装置5,5aにおいて、押圧センサ13は、ポリフッ化ビニリデンを材料とする圧電体14を含んでいてもよい。これにより、押圧センサ13の出力特性が向上する。
また、押圧力検知装置5,5aにおいて、押圧センサ13は、ポリフッ化ビニリデンを材料とする圧電体14を含んでいる場合には、焦電効果により、第2極性(負)の出力電圧を発生してもよい。これにより、圧電体14の温度上昇により生じるドリフトの影響を低減できる。より詳細には、圧電体14の材料が焦電性を有する場合、圧電体14の圧電定数が高くなる。そのため、圧電体14の出力電圧のS/Nが高くなる。その結果、押圧センサ13の出力特性が向上する。ただし、圧電体14の材料が焦電性を有する場合、圧電体14の温度上昇により電気パラメータ積分値にドリフトが発生しやすい。そこで、押圧センサ13は、焦電効果により、第2極性の出力電圧を発生してもよい。これにより、電気パラメータ積分値が増大し続けることが抑制される。
なお、押圧力検知装置5,5aにおいて、制御部34の動作は、ソフトウェア処理により実現されている。しかしながら、電気回路が制御部34の動作と同等の動作を行ってもよい。
なお、押圧力検知装置5において、演算部30は、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値から単位時間当たりに第3極性(正)を有する所定値を減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算している。演算部30は、電気パラメータにホワイトノイズを加えることによりこの処理を行ってもよい。このホワイトノイズは、第3極性(正)の成分より第4極性(負)の成分を多く含んでいる。この場合、上述したような閾値(閾値Th1,Th2や第1閾値Tha、第2閾値Thb等)が設けられなくてもよい。電気パラメータの全てを閾値なしで積分すれば、ホワイトノイズに多めに含まれる第4極性(負)の値が常に積分されることになる。これにより、電気パラメータは常に負側に振れるような挙動を示す。0より小さくなった電気パラメータは常に0に補正されるため、ドリフトによって電気パラメータが増えていくことが抑制される。閾値が設けられていないため、ユーザがゆっくりと指を押し込んだり、ユーザがゆっくりと指を離したりする場合に、閾値が原因でドリフトすることが抑制される。
なお、押圧力検知装置5において、演算部30は、電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値から単位時間当たりに第3極性(正)を有する所定値を減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算している。演算部30は、電気パラメータから第3極性(正)を有する値を減算することによってこの処理を行ってもよい。これにより、電気パラメータの0が第3極性(正)にオフセットしたと考えることができる。
1:電子機器
2:操作板
3:筐体
5,5a:押圧力検知装置
13:押圧センサ
14:圧電体
15a:上電極
15b:下電極
16:基材
18,20:接着層
30:演算部
32:受信回路
34:制御部

Claims (11)

  1. ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が接触する操作板と、
    前記操作板に設けられている押圧センサであって、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板に接触するときに前記操作板と共に前記押圧センサが変形することによって正の極性である第1極性の出力電圧を発生し、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板から離れるときに前記操作板と共に前記押圧センサが変形することによって前記第1極性と逆極性の第2極性の前記出力電圧を発生する押圧センサと、
    演算部と、
    を備えており、
    電気パラメータは、前記押圧センサが発生する前記出力電圧と共に変化し、
    前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第1極性であるときには第3極性であり、
    前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第2極性であるときには前記第3極性と逆極性の第4極性であり、
    前記演算部は、前記電気パラメータが出力される全ての期間にわたって、前記電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値から単位時間当たりに前記第3極性を有する所定値を減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算する、
    押圧力検知装置。
  2. ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が接触する操作板と、
    前記操作板に設けられている押圧センサであって、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板に接触するときに前記操作板と共に前記押圧センサが変形することによって第1極性の出力電圧を発生し、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板から離れるときに前記操作板と共に前記押圧センサが変形することによって前記第1極性と逆極性の第2極性の前記出力電圧を発生する押圧センサと、
    演算部と、
    を備えており、
    電気パラメータは、前記押圧センサが発生する前記出力電圧と共に変化し、
    前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第1極性であるときには第3極性であり、
    前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第2極性であるときには前記第3極性と逆極性の第4極性であり、
    前記演算部は、前記電気パラメータを時間積分した電気パラメータ積分値から単位時間当たりに前記第3極性を有する所定値を減算することにより減算電気パラメータ積分値を演算し、
    前記演算部は、前記減算電気パラメータ積分値の極性が前記第4極性となった場合に、前記減算電気パラメータ積分値を0にセットする、
    押圧力検知装置。
  3. 前記演算部は、前記電気パラメータの絶対値の大きさに関わらず、前記電気パラメータを時間積分することにより前記電気パラメータ積分値を演算する、
    請求項1又は請求項2のいずれかに記載の押圧力検知装置。
  4. 前記演算部は、前記電気パラメータ積分値の大きさに応じて、前記第3極性を有する前記所定値の大きさを変化させる、
    請求項2に記載の押圧力検知装置。
  5. 前記押圧センサは、ポリ乳酸を材料とする圧電体を含んでいる、
    請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の押圧力検知装置。
  6. 前記押圧センサは、ポリフッ化ビニリデンを材料とする圧電体を含んでいる、
    請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の押圧力検知装置。
  7. 前記押圧センサは、焦電効果により、前記第2極性の前記出力電圧を発生する、
    請求項1ないし請求項4又は請求項6のいずれかに記載の押圧力検知装置。
  8. ユーザの身体の一部又はユーザが操作する部材が接触する操作板と、
    前記操作板に設けられている押圧センサであって、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板に接触するときに前記操作板と共に変形することによって第1極性の出力電圧を発生し、前記ユーザの身体の一部又は前記ユーザが操作する部材が前記操作板から離れるときに前記操作板と共に変形することによって前記第1極性と逆極性の第2極性の前記出力電圧を発生する押圧センサと、
    演算部と、
    を備えており、
    電気パラメータは、前記押圧センサが発生する前記出力電圧と共に変化し、
    前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第1極性であるときには第3極性であり、
    前記電気パラメータの極性は、前記出力電圧の極性が前記第2極性であるときには前記第3極性と逆極性の第4極性であり、
    第1閾値は、前記第3極性を有する値であり、
    第2閾値は、前記第4極性を有する値であり、
    前記第2閾値の絶対値は、前記第1閾値の絶対値より小さい、又は、0であり、
    前記演算部は、前記第3極性を有する前記電気パラメータから前記第1閾値を減算した値の極性が前記第3極性である場合に、前記電気パラメータを時間積分し、かつ、前記第4極性を有する前記電気パラメータから前記第2閾値を減算した値の極性が前記第4極性である場合に、前記電気パラメータを時間積分することにより電気パラメータ積分値を演算する、
    押圧力検知装置。
  9. 前記押圧センサは、ポリ乳酸を材料とする圧電体を含んでいる、
    請求項8に記載の押圧力検知装置。
  10. 前記押圧センサは、ポリフッ化ビニリデンを材料とする圧電体を含んでいる、
    請求項8又は請求項9に記載の押圧力検知装置。
  11. 前記押圧センサは、焦電効果により、前記第2極性の前記出力電圧を発生する、
    請求項8又は請求項10に記載の押圧力検知装置。
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