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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