JPWO2018034159A1 - センサ、入力装置および電子機器 - Google Patents

センサ、入力装置および電子機器 Download PDF

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Abstract

変形可能であり互いに対向するように配置される第1導電層および第2導電層と、第1導電層と第2導電層との間に配置され、複数のセンシング部を含む容量形成部とを有し、第1導電層および第2導電層のうち少なくとも一方の導電層が、所定の導電層分割パターンにより複数の導電部に分割されているセンサである。【選択図】図3

Description

本技術は、センサ、入力装置および電子機器に関する。
入力操作面に対する押圧位置や押圧力を検出可能な電子機器等に使用されるセンサが提案されている(例えば、下記特許文献1を参照のこと。)。
特開2015−190859号公報
上述したようなセンサは、平面状態のみらならず、曲がった状態で使用される場合もある。センサの用途や機能等を拡大するためにも押圧位置に加え、曲げ等の外力による変形を検出できることが望まれている。
本技術はこのような問題点に鑑みなされたものであり、曲げ等の外力による変形を検出できるセンサ、入力装置および電子機器を提供することを目的の一つとする。
上述の課題を解決するために、本技術は、例えば、
変形可能であり互いに対向するように配置される第1導電層および第2導電層と、
第1導電層と第2導電層との間に配置され、複数のセンシング部を含む容量形成部と
を有し、
第1導電層および第2導電層のうち少なくとも一方の導電層が、所定の導電層分割パターンにより複数の導電部に分割されている
センサである。
本技術は、上述したセンサを有する入力装置でもよい。
本技術は、上述したセンサを有する電子機器でもよい。
本技術の少なくとも一の実施形態によれば、曲げ等の外力による変形を検出できる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本技術の内容が限定して解釈されるものではない。
図1は、一実施形態に係る電子機器の外観例を示す図である。 図2は、一実施形態に係る電子機器の構成例を示すブロック図である。 図3は、一実施形態に係るセンサの構成例を説明するための図である。 図4は、一実施形態に係るセンサの構成例を説明するための図である。 図5は、一実施形態に係る容量形成部の構成例を説明するための図である。 図6は、一実施形態に係る容量形成部の構成例を説明するための図である。 図7は、一実施形態に係る容量形成部の構成例を説明するための図である。 図8は、一実施形態に係る容量形成部の構成例を説明するための図である。 図9Aおよび図9Bは、一実施形態に係るセンシング部の配置例を説明するための図である。 図10は、一実施形態に係るコントローラICとセンサとの接続例を説明するための図である。 図11は、一実施形態に係るコントローラICと第1導電部との接続例を説明するための図である。 図12は、一実施形態に係るコントローラICの機能を説明するための図である。 図13A、図13Bおよび図13Cは、一実施形態に係る第1導電部の抵抗値の変化を説明するための図である。 図14Aおよび図14Bは、一実施形態に係るセンサの変形の例を説明するための図である。 図15は、一実施形態に係るコントローラICの機能を説明するためのフローチャートである。 図16Aおよび図16Bは、補正処理の一例を説明するための図である。 図17A、図17Bおよび図17Cは、補正処理の一例を説明するための図である。 図18は、圧力分布検出モードを有効にするための処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図19は、バンド部の調整の程度によって曲率が相違することを説明するための図である。 図20は、変形例を説明するための図である。 図21は、変形例を説明するための図である。 図22は、変形例を説明するための図である。 図23は、変形例を説明するための図である。 図24は、変形例を説明するための図である。 図25は、変形例を説明するための図である。
以下、本技術の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
<1.一実施形態>
<2.変形例>
以下に説明する実施形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
<1.一実施形態>
[1.1 電子機器の外観例]
図1は、本技術の一実施形態に係る電子機器(電子機器1)の外観例を示す。電子機器1は、例えば、人体に着脱自在とされる時計型のいわゆるウエアラブル機器である。電子機器1は、例えば、腕に装着されるバンド部11と、数字や文字、図柄等を表示する表示装置12と、操作ボタン13とを備えている。バンド部11には、複数の孔部11aと、内周面(電子機器1の装着時に腕に接触する側の面)側に形成される突起11bとが形成されている。
電子機器1は、使用状態においては、図1に示すようにバンド部11が略円形となるように折り曲げられ、孔部11aに突起11bが挿入されて腕に装着される。突起11bを挿入する孔部11aの位置を調整することにより、腕の太さに対応して径の大きさを調整することができる。電子機器1は、使用されない状態では、孔部11aから突起11bが取り外され、バンド部11が略平坦な状態で保管される。本技術の一実施形態に係るセンサは、例えば、バンド部11の全体にわたって設けられている。
[1.2 電子機器の構成例]
図2は、電子機器1の構成例を示すブロック図である。図2に示すように、電子機器1は、上述した表示装置12の他に、駆動制御部としてのコントローラIC15を含むセンサ20と、ホスト機器16とを備えている。センサ20がコントローラIC15を備えるようにしてもよい。
(センサ)
センサ20は、押圧と曲げとの両方を検出可能なものである。センサ20は、押圧に応じた静電容量の変化を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC15に出力する。また、センサ20は、曲げに応じた抵抗値の変化(抵抗変化)を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC15に出力する。
(ホスト機器)
ホスト機器16は、コントローラIC15から供給される情報に基づき、各種の処理を実行する。例えば、表示装置12に対する文字情報や画像情報などの表示、表示装置12に表示されたカーソルの移動、画面のスクロールなどの処理を実行する。
(表示装置)
表示装置12は、例えばフレキシブルな表示装置であり、ホスト機器16から供給される映像信号や制御信号などに基づき、映像(画面)を表示する。表示装置12としては、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:EL)ディスプレイ、電子ペーパーなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
[1.3 センサの構成例]
図3は、センサ20の構成例を模式的に示した図である。センサ20は、概略、積層体100と、積層体100の一方の主面に設けられた第1導電層200と、積層体100の他方の主面に設けられた第2導電層300とを有している。
第1導電層200は、第1導電層分割パターンにより複数の第1導電部に分割されている。本例では、第1導電層200がストライプ状の第1導電層分割パターンにより4個の第1導電部(第1導電部201A、201B、201C、201D)に分割されている。各第1導電部は、物理的かつ電気的に分離されている。なお、個々の第1導電部を区別する必要がない場合には、第1導電部201と適宜、称する。
第1導電部201の両端には、配線が接続されている。例えば、第1導電部201Aの両端には配線WR1が接続されている。同様に、第1導電部201Bの両端には配線WR2が接続され、第1導電部201Cの両端には配線WR3が接続され、第1導電部201Dの両端には配線WR4が接続されている。
第2導電層300は、第2導電層分割パターンにより複数の第2導電部に分割されている。本例では、第2導電層300がストライプ状の第2導電層分割パターンにより4個の第2導電部(第2導電部301A、301B、301C、301D)に分割されている。各第2導電部は、物理的かつ電気的に分離されている。なお、個々の第2導電部を区別する必要がない場合には、第2導電部301と適宜、称する。
第2導電部301の両端には、配線が接続されている。例えば、第2導電部301Aの両端には配線WR11が接続されている。同様に、第2導電部301Bの両端には配線WR12が接続され、第2導電部301Cの両端には配線WR13が接続され、第2導電部301Dの両端には配線WR14が接続されている。
図3に示すように、第1導電層分割パターンによる分割方向と第2導電層分割パターンによる分割方向とが略直交している。本例では、分割方向を各導電層分割パターンにより分割された複数の導電部の配列方向としている。
なお、各第1導電部201間および各第2導電部301間は、上述した例ではスリット状の空間であるが、絶縁層等があってもよい。
図4は、センサ20を切断線A−A'(図3参照)で切断した場合の断面を示す図である。センサ20の両面のうち一方の面が、平面状または曲面状の操作面20SAとなっている。以下では、センサ20の両主面のうち、操作面20SAとは反対側の主面を裏面20SBという。積層体100の両主面のうち、操作面20SA側となる面を上面といい、裏面20SB側となる面を下面という。また、操作面20SA内において互いに直交する軸をそれぞれX軸およびY軸といい、操作面20SAに垂直な軸をZ軸という。Z軸方向を上方といい、−Z軸方向を下方ということがある。
図4に示すように、センサ20は、積層体100を有している。積層体100の一方の主面には、上述した第1導電部201が形成されており、図4ではそのうち第1導電部201Cが示されている。積層体100の他方の主面には、上述した第2導電部301が形成されている。
第1導電層分割パターンは、例えば、第1導電部201が、X軸方向に延設されY軸方向に向かって所定間隔で交互に離間して設けられたパターンである。一方、第2導電層分割パターンは、例えば、第2導電部301が、Y軸方向に延設されX軸方向に向かって所定間隔で交互に離間して設けられたパターンである。
積層体100は、容量形成部30を有している。容量形成部30の上面側(第1導電層200と容量形成部30との間)には、変形層25が設けられている。容量形成部30の下面側(第2導電層300と容量形成部30との間)には、変形層22が設けられている。変形層25および変形層22を介して、静電容量値の検出時にGND(グランド)層に相当する第1導電部201、第2導電部301が設けられている。すなわち、センサ20は、操作面20SA側および裏面20SB側において容量形成部30が外部に対して電界的に遮断された構成を有している。また、センサ20は、第1導電部201と容量形成部30との間の距離が操作面20SAの押圧により変化可能な構成を有している。操作面20SAが導電体または非導電体により押圧されると、第2導電部301と容量形成部30との間の距離が変化するため、容量形成部30により容量変化が検出される。
(第1、第2導電部)
第1導電層200を構成する第1導電部201は、透明導電層である。第1導電部201の材料としては、例えば、電気的導電性を有する金属酸化物材料、金属材料、炭素材料および導電性ポリマーなどからなる群より選ばれる1種以上を用いることができる。金属酸化物材料としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系などが挙げられる。金属材料としては、例えば、金属ナノ粒子、金属ワイヤーなどを用いることができる。それらの具体的材料としては、例えば、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛などの金属、またはこれらの合金などが挙げられる。炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイルおよびナノホーンなどが挙げられる。導電性ポリマーとしては、例えば、置換または無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびこれらから選ばれる1種または2種からなる(共)重合体などを用いることができる。
第1導電部201の形状は、本例では、ストライプ状(短冊状)であるがこれに限定されるものではなく、適宜な形状を採用することができる。また、第1導電部201が基材(導電性基材)上に設けられていてもよい。この場合、基材は、可視光に対して透明性を有し、かつ可撓性を有するものである。基材の形状は、フィルム状であってもよいし、板状であってもよい。ここで、フィルムには、シートも含まれるものとする。以上、第1導電部201の一例について説明したが、第2導電部301についても同様である。
(積層体)
積層体100は、第2導電部301上に設けられた変形層22と、変形層22上に設けられた容量結合型の容量形成部30と、容量形成部30上に設けられた変形層25とを有している。
変形層22と容量形成部30との間は、図示しない貼合層により貼り合わされていている。また、容量形成部30と変形層25との間も、図示しない貼合層により貼り合わされている。第2導電部301は、変形層22の裏面に直接設けられていてもよいが、貼合層を介して貼り合わされていてもよい。これらの貼合層は、接着剤により構成されている。接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤およびウレタン系接着剤などからなる群より選ばれる1種以上を用いることができる。本明細書において、粘着(pressure sensitive adhesion)は接着(adhesion)の一種と定義する。
(変形層)
変形層22は、第2導電部301と容量形成部30との間を所定間隔で離間する。変形層22は、操作面20SAの押圧操作により弾性変形可能に構成されている。変形層22は、弾性体により構成された弾性層である。弾性体としては、例えば、ゴム、発泡ゴム、エラストマーなどの柔軟性を有するものが好ましい。変形層22は、フィルム状または板状を有している。以上、変形層22の一例について説明したが、変形層25についても同様である。
(容量形成部)
容量形成部30は、操作面20SAに対するタッチ操作および押圧操作を検出可能なものである。容量形成部30は、複数のセンシング部30Aを含んでいる。センシング部30Aは、タッチ操作および押圧操作による静電容量の変化を検出し、コントローラIC15に出力する。
容量形成部30は、図5に示すように、基材31と、基材31の上面に設けられた複数の送信電極32と、基材31の下面に設けられた複数の受信電極33とを備える。複数の送信電極32は、全体としてストライプ状を有している。具体的には、複数の送信電極32は、Y軸方向に延設されるとともに、X軸方向に一定の間隔離して配置されている。複数の受信電極33は、全体としてストライプ状を有している。具体的には、複数の受信電極33は、X軸方向に延設されるとともに、Y軸方向に一定の間隔離して配置されている。
操作面20SA側から見て、送信電極32が受信電極33よりも手前側に設けられている。送信電極32と受信電極33とは直交に交差するように配置されており、その箇所にセンシング部30Aが構成されている。Z軸方向から複数のセンシング部30Aを平面視すると、複数のセンシング部30Aは、マトリックス状に2次元的に配置されている。
送信電極32の一端から配線34が引き出され、基材31の周縁部に引き回れて図示しないフレキシブルプリント配線基板(Flexible Printed Circuit:FPC)に接続されている。受信電極33の一端からも配線35が引き出され、基材31の周縁部に引き回れて図示しないFPCに接続されている。なお、図4等では、配線35の図示を省略している。
(基材)
基材31は、可撓性を有している。基材31は、例えば、フィルム状または板状を有する。基材31の材料としては、無機材料および有機材料のいずれも用いることができ、有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、例えば、公知の高分子材料を用いることができる。公知の高分子材料としては、具体的には例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル(TPEE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などが挙げられる。
(送信電極、受信電極)
以下、図6〜図8を参照して、送信電極32および受信電極33の構成について説明する。なお、図7Aは、図6における切断線VIA−VIAで切断した場合の断面を示しており、図8Aは、図6における切断線VIIA−VIIAで切断した場合の断面を示している。
送信電極32は、図6に示すように、線状を有する複数のサブ電極(第2サブ電極)32aにより構成されている。複数のサブ電極32aは、Y軸方向に延設されると共に、X軸方向に離して配置されている。X軸方向に隣接するサブ電極32aの間隔は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
受信電極33は、図6に示すように、線状を有する複数のサブ電極(第1サブ電極)33aにより構成されている。複数のサブ電極33aは、X軸方向に延設されると共に、Y軸方向に離して配置されている。Y軸方向に隣接するサブ電極33aの間隔は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
サブ電極32a、33aにより交差部30Bが構成される。操作面20SA側から見て、サブ電極32aがサブ電極33aよりも手前側に設けられている。コントローラIC15がサブ電極32a、33a間に電圧を印加すると、サブ電極32a、33aの交差部30Bが容量結合(電気力線)を形成する(図7Bおよび図8B参照)。センシング部30Aは、交差部30Bに含まれる複数の交差部30Bの容量変化の合算値を検出して、コントローラIC15に出力する。サブ電極32a、33aの幅W1、W2は、例えば、同一または略同一であり、本例では、交差部30Bの幅L1、L2と略一致している。L1、L2の大きさは、例えば、100μm〜200μmである。
サブ電極32a、33aは、可視光に対して透明性を有する透明電極である。サブ電極32a、33aの材料としては、上述の第1導電部201と同様の材料を挙げることができる。サブ電極32a、33aの形成方法としては、例えば、スクリーン印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷などの印刷法、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニング法を用いることができる。
なお、第1導電部201の上面に保護層としての表面層が形成されていてもよい。表面層は、操作面20SAを有し、押圧操作により操作面20SAが押圧された場合にもほぼ一定の厚みを維持可能に構成されている。表面層は、可視光に対して透明性を有し、かつ可撓性を有する基材である。基材の形状は、フィルム状であってもよいし、板状であってもよい。基材の材料としては、第1導電部201が有する基材と同様のものが挙げられる。なお、表面層が、コーティング層であってもよい。
図9Aは、上述したセンサ20の上面図である。また、図9Bは、図9Aにおける切断線B−B'で切断した場合の断面を模式的に示した図である。図9Aおよび図9Bは、説明の便宜上、一部の構成の図示を省略している。図9Aに示すように、例えば、第1導電部201と第2導電部301とが対向する箇所に交差部40が形成される。各交差部40に上述したセンシング部30Aが配置されている。
(コントローラIC)
コントローラIC15は、複数のセンシング部30Aの各々における静電容量の変化に基づいて圧力分布を検出する機能(以下、第2機能と適宜称する)を有している。静電容量の変化から押圧による圧力の大きさ(押圧力)を検出してもよい。コントローラIC15は、圧力分布を示す情報若しくは圧力分布から得られる情報(例えば、押圧の有無や押圧箇所)を示す情報をホスト機器16に出力する。
図10、11に示すように、コントローラIC15に対して、例えば第1導電部201Aの両端が配線WR1を介して接続されている。他の第1導電部201も同様に配線を介してコントローラIC15に接続されている。図10では接続関係の図示を省略しているが、コントローラIC15に対して例えば第2導電部301Aの両端が配線WR11を介して接続されている。他の第2導電部301も同様に配線を介してコントローラIC15に接続されている。なお、第1、第2導電部201、301が別々のコントローラICに接続されていてもよく、それらをコントローラIC15として総称してもよい。
図12に示すように、コントローラIC15は、電圧Vを発生する定電圧源15Aを有している。コントローラIC15は、電圧Vを第1導電部201および第2導電部301に印加する。図12では、第1導電部201Aに電圧Vが印加された状態が示されている。コントローラIC15は、電圧Vを印加した際に流れる電流Iの変化から、第1導電部201Aにおける抵抗値の変化を検出する。
図13A〜図13Cは、第1導電部201(例えば、第1導電部201A)の曲げに伴う抵抗値の変化を説明するための図である。なお、図13A〜図13Cでは、第1導電部201Aと、変形層25とが示されており、他の構成の図示は適宜、省略されている。
図13Aに示す初期状態(第1導電部201Aに曲げが生じていない)における第1導電部201Aの抵抗値を抵抗値Rとする。図13Bに示すように、外力により第1導電部201Aが、図面に向かう方向を基準にして上側に凸となるように変形したとする。この場合、全体として見れば第1導電部201Aが伸長することから、その抵抗値は例えばΔRだけ増加し、全体の抵抗値は、(R+ΔR)となる。一方、図13Cに示すように、外力により第1導電部201Aが、図面に向かう方向を基準にして下側に凸となるように変形したとする。この場合、全体として見れば第1導電部201Aが収縮することから、その抵抗値は例えばΔRだけ減少し、全体の抵抗値は、(R−ΔR)となる。
第1導電部201Aの抵抗値の変化に伴い、コントローラIC15で計測される電流Iも変化する。コントローラIC15は、電圧Vと計測された電流Iとに基づいて抵抗値を求め、求めた抵抗値と初期状態における抵抗値Rとを比較することにより、少なくとも第1導電部201Aが曲げられたことを検出することができる。他の第1導電部201および第2導電部301にも同様の処理を行うことにより、センサ20の曲げを検出することができる。すなわち、実施形態に係るコントローラIC15は、上述した第2機能に加え、第1導電部201および第2導電部301における抵抗値の変化に基づいてセンサ20の曲げを検出する機能(以下、適宜第1機能と称する)を有している。
一方で、第1導電部201および第2導電部301のそれぞれの導電部の両端をグランドレベルとすることで、上述したようにして静電容量値に基づいて圧力分布を検出することができる。このように、コントローラIC15の制御によって、第1導電部201および第2導電部301がグランド層としてふるまう場合と、抵抗値の変化を計測する対象とに切り替えられる。
本例では、第1導電層200および第2導電層300を複数の第1導電部201および複数の第2導電部301にそれぞれ分割しているので、各第1導電部201および第2導電部301の抵抗値の変化を検出することにより、図14Aおよび図14Bに模式的に示すようなセンサ20に生じた多様な曲げを検出することができる。また、センサ20の曲がり方を3次元的に把握することが可能となる。なお、図14Aおよび図14Bでは、第1導電部201および第2導電部301が実線(直線)により簡略化されて示されている。
本例では、抵抗値が増加または減少したかを判断することにより、曲げの向きも検出することができる。また、第1導電部201および第2導電部301のいずれの導電部に抵抗値の変化が生じたかを判断することにより、X軸方向およびY軸方向のいずれの方向の曲げが発生したかを検出することができる。
なお、センサ20の操作面20SAに対して押圧操作がなされた場合でも、第1導電部201が局所的に変形し抵抗値が変化し得る。しかしながら、曲げによる変形に比べて押圧操作による変形はわずかであるので、押圧による第1導電部201の抵抗値の変化は0もしくは僅かである。したがって、例えば抵抗値の変化に閾値等を設けることにより、押圧による抵抗値の変化と曲げによる抵抗値の変化とを区別することができる。
[1.4 センサの動作例]
図15は、第1機能であるセンサ20の曲げを検出する機能および第2機能であるセンサ20に対する押圧(圧力)の分布を検出する機能における処理の流れを示すフローチャートである。本例では、第1機能と第2機能とをモードとして切替可能に構成されている。
(曲げ検出モードにおける処理)
始めに、曲げ検出モードにおける処理について説明する。ステップST11では、コントローラIC15が第1導電部201および第2導電部301の各導電部の抵抗値を計測する。そして処理がステップST12に進む。
ステップST12では、ステップST11で計測された抵抗値が所定の設定値であるリファレンス値と比較される。いずれかの抵抗値とリファレンス値との間に所定以上の差分がある場合、換言すれば、抵抗値の変化が所定以上の場合には、処理がステップST13に進む。いずれの抵抗値とリファレンス値との間に所定以上の差分がない場合には、処理がステップST14に進む。
ステップST13では、曲げが検出されるとともに、圧力分布検出モードにおける処理で得られる圧力分布の検出結果に、曲げ検出の結果を使用した補正処理が行われる。なお、補正処理の詳細については後述する。
ステップST14では、補正処理が行われずにモードが切り替えられ、モードが曲げ検出モードから圧力分布検出モードに遷移する。
(圧力分布検出モードにおける処理)
次に、曲げ検出モードにおける処理について説明する。ステップST21では、全てのセンシング部30Aの静電容量の値(静電容量値)をスキャンする処理が行われる。そして、処理がステップST22に進む。
ステップST22では、静電容量値と所定のリファレンス値とを比較する処理が行われる。ここでのリファレンス値は、例えば、全ての静電容量値に対してキャリブレーションすることにより得られる初期値である。すなわち、ステップST22では、この初期値とステップST21の処理で得られる静電容量値との差分を求める処理が行われる。そして、処理がステップST23に進む。
ステップST23では、ステップST22の処理結果に補正処理がなされ、その結果に応じて圧力分布が検出される。そして、コントローラIC15は、検出された圧力分布から操作面20SAにおける実際に押圧された位置(座標)を検出する。
(補正処理について)
次に、補正処理の具体例について図16および図17を参照して説明する。図16Aは、センサ20の一例を示している。なお、本例では説明の理解を容易とするために、センサ20が全体として湾曲したフレキシブルな形状を有するものとして説明する。図16Aでは、外力による曲げが発生しておらず、また、押圧もなされていない初期状態のセンサ20が示されている。なお、図16および図17では、第1導電部201の中心ラインが行(Row)に対応する実線R1、R2、R3、R4により、また、第2導電部301の中心ラインが列(Column)に対応する実線C1、C2、C3、C4により簡略化されて示されている。
図16Bは、初期状態におけるセンサ20の圧力分布を可視化したイメージ図である。図16Bに示すように、初期状態では曲げや押圧がないので圧力は検出されず反応が生じていない。
図17Aは、センサ20に対する操作がなされた状態の一例を示している。例えば、ラインR3とラインC1とが交差する箇所付近(以下、操作領域AAと適宜、称する)およびラインR3とラインC4とが交差する箇所付近(以下、操作領域BBと適宜、称する)が指により押圧される。また、センサ20の左上のコーナー付近の領域(以下、領域CCと適宜、称する)が、ユーザの意図と関係なく折り曲がってしまっているものとする。
図17Bは、図17Aに示す操作状態における圧力分布を可視化したイメージ図である。操作領域AAに対応する箇所および操作領域BBに対応する箇所に圧力が検出されている。また、センサ20が折れ曲がっている領域CCにも圧力が検出されている。補正処理がなされない場合には、領域CCに対応する箇所にも押圧操作がなされたものと誤検出されてしまうおそれがある。
そこで、補正処理が行われる。補正処理は、例えば、抵抗値の変化の有無による判別処理を行い、その結果に基づいて正確な操作領域を特定する処理である。例えば、図17Aに示す状態では、曲げによる伸長(収縮でもよい)が発生したラインは、ラインC1およびラインR1に相当する第1導電部201および第2導電部301のみであることから、曲げによる抵抗値の変化が生じたラインは、ラインC1およびラインR1に相当する第1導電部201および第2導電部301のみとなる。一方で、押圧操作による圧力では抵抗値の変化は発生しない(発生した場合でもその変化量は微小である)ことから、抵抗値の変化が生じている領域CCにおける圧力は、押圧操作による圧力ではないと推定することができる。そこで、図17Cに示すように、コントローラIC15は、領域CCを除去した補正がなされた圧力分布を検出結果として出力する。
このように曲げの検出結果を使用した補正処理を行うことにより、センサ20が実装される面が曲面等であっても、平面状態におけるセンサ20の使用と同等に、押圧位置等を検出することができる。圧力および曲げを検出する別々のセンサを使用することなく、1つのデバイスで圧力および曲げを検出することができる。
なお、圧力分布検出モードの処理における消費電流は、センシング部30Aの静電容量値を計測するためのスキャン処理を含むため、曲げ検出モードの処理における消費電流よりも大きくなる。曲げ検出モードの処理における消費電流は、例えば数十μA(マイクロアンペア)程度なのに対して、圧力分布検出モードの処理における消費電流は、数十mA(ミリアンペア)程度となる。したがって、電子機器1の使用時等、必要なときにのみ圧力分布検出モードに対応する処理を実行することが、消費電力の観点から優位である。
そこで、電子機器1(本例では、時計型の電子機器)の使用時を判別し、電子機器1の使用時のみに圧力分布検出モードを有効にする(オンする)処理が追加されてもよい。この処理の具体例について、図18のフローチャートを参照して説明する。
ステップST31では、ホスト機器16からコントローラIC15に対してスリープモードに移行する旨の命令がなされる。この命令に応じて、コントローラIC15は、曲げ検出モードのみを実行するスリープモード(待機状態)に遷移し、低消費電力状態となる。そして、処理がステップST32に進む。
ステップST32では、コントローラIC15が第1、第2導電部201、301の抵抗値を計測して、各抵抗値の変化と所定の閾値とを比較する。計測した抵抗値のうち、少なくとも一の抵抗値の変化が閾値より大きい場合には、処理がステップST33に進む。
ここで、抵抗値の変化が閾値より大きい場合には、電子機器1のバンド部11が曲げられた、換言すれば、電子機器1が使用されたと判断できることから、ステップST33では、圧力分布検出モードを有効にする処理が行われ、圧力分布検出モードを実行可能な状態(動作状態)に遷移する。以降、例えば、図15のフローチャートを参照して説明した処理が行われる。
ステップST32の処理において計測した抵抗値のうち、全ての抵抗値の変化が閾値以下の場合には、処理がステップST34に進む。ステップST34ではスリープモードが継続され、再び、処理がステップST32に戻り、ステップST32の判断処理が行われる。
以上の処理を行うことにより、電子機器1の使用時のみに圧力分布検出モードを有効にすることができ、電子機器1の消費電力を低減することができる。
なお、上述した処理により電子機器1の使用状態および非使用状態を区別できる。そこで、電子機器1の使用状態および非使用状態のそれぞれに応じて受け付け可能な入力操作の内容を変更したり、表示装置12の表示内容等を変更する処理が行われてもよい。
[1.5 電子機器に追加可能な処理]
以上、一実施形態に係るセンサ20が適用される電子機器1について説明した。上述した説明における処理に加え、センサ20が適用される電子機器1に応じた処理を追加することも可能である。
例えば、一実施形態で説明した電子機器1のユーザを特定する処理が追加されてもよい。図19A、図19Bは、バンド部11の調整度合いによりバンド部11が異なる曲率となる様子を模式的に示した図である。例えば、異なる腕の太さの2人のユーザ(ユーザA,ユーザB)が実際にバンド部11を腕に巻く。コントローラIC15は、そのときの各ユーザのセンサ20の第1導電部201および第2導電部301の抵抗値の変化をユーザ毎に記憶する。そして、次回以降、バンド部11が腕に取り付けられた際の抵抗値の変化に基づいて、電子機器1のユーザを特定するようにしてもよい。このようにして、家族等の複数人により電子機器1を共有することができる。
上述した処理において、抵抗値の変化を曲率に変換する処理が行われてもよい。ユーザは、3人以上でもよい。ユーザ名等を、センサ20や操作ボタン13、音声入力等を使用して、登録可能なようにしてもよい。特定したユーザに対応する情報(例えば、運動量等)が読み出されて、ユーザに提示されるようにしてもよい。このように、センサ20が適用される電子機器1に応じた処理を追加することができる。
[1.6 効果]
本技術の一実施形態に係るセンサによれば、上述した説明における効果の他、例えば、以下のような効果も得られる。
伸び率が大きい材質(例えば、スポンジなど)の保持体に対して導電層を形成する場合、面状に繋がった導電層では曲げによる欠陥が発生しやすい。それに対して、導電層を分割することで保持体が大きく変形をした場合でも応力の集中が少なくなり、導電層における欠陥の発生を抑制することができる。
また、導電層の分割を行う際、分割された導電部間の距離をスリット距離と定義すると、スリット距離の大きさを変化させることにより、磁界の透過率を変化させることができる。例えば、センサを電子機器に実装する際、通信用などのアンテナ磁界に対する影響をスリット距離の大きさを変化させることによりコントロールすることが可能となる。
また、センサが変形した場合、導電層が分割されておらず面状に連結している場合、構造的に内の空気が逃げる流路が無く、センサの変形後の戻り遅れ等につながっていた。本技術では各導電部間にスリットが形成されているので、センサが大きな変形を起こす際の空気の流路を確保し、センサ特性の悪化を避けることができる。
センサの実装面が曲面の状態であっても平坦な状態であっても押圧操作を検出できるので、一実施形態のような時計型の電子機器の場合には、電子機器を腕に巻いている状態でも平坦な机に載置した状態でも電子機器に対する操作を行うことが可能となる。
センサは、曲げだけでなく圧力分布を検出できるので、一実施形態のような時計型の電子機器の場合には、電子機器と腕との密着状態を推定することもできる。
<2.変形例>
以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、複数の変形例について説明する。
[2.1 変形例1]
図20は、変形例1におけるセンサの断面を示す図である。一実施形態では、センサ20がバンド部11に設けられている構成について説明したが、表示装置12の裏面側にセンサ20が設けられてもよい。このように、センサ20が設けられる位置は、適宜、変更することができる。
[2.2 変形例2]
図21は、変形例2におけるセンサの断面を示す図である。変形例2におけるセンサでは、第1導電部201が導電性の基材52aに形成され、第2導電部301が導電性の基材52bに形成されている。また、第1導電層200と積層体100との間には空隙55aが形成されており、この空隙55aに変形可能な弾性体である複数の第1柱状体58aが設けられている。また、第2導電層300と積層体100との間には空隙55bが形成されており、この空隙55bに変形可能な弾性体である複数の第2柱状体58bが設けられている。すなわち、変形例2のセンサにおける変形層は、複数の柱状体を有している。操作面20SAに応じて、第1、第2柱状体58a、58bが変形する。このように、第1、第2柱状体58a、58bを有するセンサの構成でもよい。変形層が、第1柱状体58aおよび第2柱状体58bの一方を有する構成でもよい。
[2.3 変形例3]
図22および図23は、変形例3を説明するための図である。図22に示すように、例えば微小な孔を有する発泡体60に、印刷等により第1導電部201が形成されていてもよい。
図23Aは、変形例3におけるセンサを示している。上述した一実施形態における変形層が発泡体(発泡体60)により構成されていてもよい。図23Aに示すように、発泡体60の上面に第1導電部201が形成されている。積層体100の下面には、第2導電部301が形成されている。操作面20SAに対する押圧操作がなされると、図23Bに示すように、発泡体60が変形するとともに発泡体60の体積減少分に相当する空気が発泡体60の表面から放出される。空気を放出できる構成なので、発泡体60の戻りを早くすることができ、センサの応答性を向上させることができる。
なお、第1導電部201および第2導電部301が発泡体に形成されてもよいし、第2導電部301のみが発泡体に形成されていてもよい。
[2.4 変形例4]
第1導電部201および第2導電部301の形状は、ストライプ状に限定されるものではなく、種々の形状を採用することができる。図24は、変形例4における例えば第1導電部201およびセンシング部30Aの配置例を示す図である。図24では、第1導電部201E、201F、201Gが示されている。第1導電部201E、201Fは、同心状に配置されており、全体としては略矩形の枠状であってその一部が連結されておらず端部が対向した形状を有している。導電部201Gは、第1導電部201E、201Fの中心付近に配置された矩形の形状である。
第1導電部201Eの端部のそれぞれに配線WR21が接続されている。第1導電部201Fの端部のそれぞれに配線WR22が接続されている。上述した実施形態と同様にして、第1導電部201E、201Fの両端の抵抗値が計測される。図24に示す例によれば、配線数を少なくすることができる。なお、図24に示す例における導電部201Gは、グランドとして機能するものであり抵抗値の変化を計測するためのものではない。
なお、図24に示す例において、第2導電部301は、面状の導電部でもよいし、第1導電部201と同様の形状であってもよい。
[2.5 変形例5]
図25は、変形例5を説明するための図である。図25に示すように、上述した一実施形態における容量形成部30の周囲には、容量形成部30に対する外部ノイズの影響を避ける目的でグランドレベルとされているシールド電極70が設けられる場合がある。シールド電極70は、例えば、対向する辺部71aおよび辺部71bと、辺部71aと辺部71bとを連結する辺部71cとを有している。辺部71a、71bが曲げにより抵抗値が変化する部材である。
シールド電極70に所定の電圧を印加して、シールド電極70の抵抗値の変化を測定することにより、センサの曲げを検出することが可能である。なお、図25ではY軸方向の曲げを検出する例であるが、X軸方向の曲げを検出できる構成でもよい。例えば、辺部71aと、辺部71cと、辺部71aに接続され辺部71cと対向する辺部を有するシールド電極であってもよい。また、シールド電極を上下方向に設けて、X軸およびY軸方向の曲げを検出できる構成としてもよい。
[2.6 その他の変形例]
上述した一実施形態では、全ての第1導電部および全ての第2導電部の抵抗値の変化を検出するようにしたが、一部の第1導電部および一部の第2導電部の抵抗値の変化を検出するようにしてもよい。これにより、処理に伴う演算量を減らすことができる。一部の第1導電部は、例えば、両端に位置する第1導電部でもよいし、所定間隔毎に配置された第1導電部でもよい。第2導電部についても同様である。
上述した一実施形態では、第1導電層および第2導電層が分割された構成について説明したが、第1導電層のみ、または、第2導電層のみが分割され、他方が面状の導電層である構成が採用されてもよい。また、第1導電層分割パターンおよび第2導電層分割パターンが異なる分割パターンであってもよい。
曲げ検出モードおよび圧力分布検出モードの各モードにおける処理が並列的に行われてもよい。すなわち、第1導電部201および第2導電部301に電圧が印加された状態で、抵抗値の変化を検出する処理および圧力分布を検出する処理が行われてもよい。圧力分布を検出する処理が実行される場合に、第1導電部201および第2導電部301が必ずしもグランドレベルとされている必要はない。また、上述した一実施形態において、抵抗値の変化の大きさから、曲げの程度を検出してもよい。
一実施形態で説明したセンサを他のセンサと併用してもよく、各センサの検出結果に基づく処理(例えば、ユーザの現在の状態を推定する処理)が行われるようにしてもよい。他のセンサとして、心拍数等を計測する生体センサ、加速度センサ、温度センサ、GPS(Global Positioning System)センサを挙げることできる。
センサは、一実施形態で説明した変形層(変形層22,25)のうち、いずれか一方のみの変形層を有する構成でもよい。
上述した実施形態における電子機器が、時計型ではなく、メガネ型のウエアラブル機器や指輪、ネックレス、イヤリング等のアクセサリー型のウエアラブル機器でもよい。また、電子機器1は、ウエアラブル機器でなくてもよい。一実施形態におけるセンサは、医療用、産業用の機器やスマートフォン、コンピュータ装置、ゲーム機器、ロボット、電子書籍(例えば、曲げの検出に応じたページ送り処理)、各種の入力機器、介護装置、マット等の電子機器に組み込まれていてもよい。
より具体的には、上述したセンサが手のひら側に実装されたグローブ状センサであってもよい。この場合、物体をつかむ際にセンサ自身の曲率が変化しても、握った対象物との接触点の座標とつかみ圧を検出することが可能となる。同時に、センサ自身の現在の形状も把握することが可能となり、例えばグローブ型センサの場合、グローブの現在の三次元形状と表面にかかる圧力、接触位置座標の情報を同時に得ることができる。このようなグローブ状センサを使用してロボットハンドなどへの応用も可能となる。
上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。上述した実施形態および変形例を実現するための構成が適宜、追加されてもよい。上述した実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。
本技術は、以下の構成も採ることができる。
(1)
変形可能であり互いに対向するように配置される第1導電層および第2導電層と、
前記第1導電層と第2導電層との間に配置され、複数のセンシング部を含む容量形成部と
を有し、
前記第1導電層および第2導電層のうち少なくとも一方の導電層が、所定の導電層分割パターンにより複数の導電部に分割されている
センサ。
(2)
前記第1導電層が第1導電層分割パターンにより複数の第1導電部に分割され、前記第2導電層が第2導電層分割パターンにより複数の第2導電部に分割されている
(1)に記載のセンサ。
(3)
前記第1導電部と前記第2導電部とが対向する交差部に前記センシング部が配置されている
(2)に記載のセンサ。
(4)
前記第1導電層分割パターンによる分割方向と前記第2導電層分割パターンによる分割方向とが略直交する
(2)または(3)に記載のセンサ。
(5)
前記第1導電層分割パターンは、前記第1導電層をストライプ状に分割するパターンであり、前記第2導電層分割パターンは、前記第2導電層をストライプ状に分割するパターンである
(4)に記載のセンサ。
(6)
前記複数の第1導電部および前記複数の第2導電部が接続される駆動制御部をさらに有する
(2)乃至(5)のいずれかに記載のセンサ。
(7)
前記駆動制御部は、前記第1導電部および前記第2導電部における抵抗値の変化に基づいて曲げを検出する第1機能と、前記複数のセンシング部の各々における静電容量の変化に基づいて圧力分布を検出する第2機能とを有する
(6)に記載のセンサ。
(8)
前記駆動制御部は、全ての前記第1導電部および全ての前記第2導電部における抵抗値の変化に基づいて曲げを検出するように構成されている
(7)に記載のセンサ。
(9)
前記駆動制御部は、一部の前記第1導電部および一部の前記第2導電部における抵抗値の変化に基づいて曲げを検出するように構成されている
(7)に記載のセンサ。
(10)
前記駆動制御部は、前記第1機能と前記第2機能とをモードとして切替可能に構成されている
(7)乃至(9)のいずれかに記載のセンサ。
(11)
前記駆動制御部は、前記第1機能のみを実行可能な待機状態から、前記第2機能を実行可能な動作状態に遷移可能に構成されている
(7)乃至(10)のいずれかに記載のセンサ。
(12)
前記駆動制御部は、前記抵抗値の変化が閾値を超えた場合に前記待機状態から前記動作状態に遷移するように構成される
(11)に記載のセンサ。
(13)
前記駆動制御部は、前記曲げの検出結果に基づいて、前記圧力分布の検出結果を補正するように構成される
(7)乃至(12)のいずれかに記載のセンサ。
(14)
前記第1導電層と前記容量形成部との間および前記第2導電層と前記容量形成部との間の少なくとも一方に変形層が設けられている
(1)乃至(13)のいずれかに記載のセンサ。
(15)
前記変形層は、発泡体により構成されている
(14)に記載のセンサ。
(16)
前記変形層は、複数の柱状体を有している
(14)に記載のセンサ。
(17)
(1)乃至(16)のいずれかに記載のセンサを有する入力装置。
(18)
(1)乃至(16)のいずれかに記載のセンサを有する電子機器。
(19)
ディスプレイ部をさらに有し、
前記ディスプレイ部の裏面に前記センサが配される
(18)に記載の電子機器。
(20)
人体に着脱自在なように構成される
(18)または(19)に記載の電子機器。
1・・・電子機器
15・・・コントローラIC
30A・・・センシング部
40・・・交差部
58A・・・第1柱状体
58B・・・第2柱状体
60・・・発泡体
200・・・第1導電層
201・・・第1導電部
300・・・第2導電層
301・・・第2導電部

Claims (20)

  1. 変形可能であり互いに対向するように配置される第1導電層および第2導電層と、
    前記第1導電層と第2導電層との間に配置され、複数のセンシング部を含む容量形成部と
    を有し、
    前記第1導電層および第2導電層のうち少なくとも一方の導電層が、所定の導電層分割パターンにより複数の導電部に分割されている
    センサ。
  2. 前記第1導電層が第1導電層分割パターンにより複数の第1導電部に分割され、前記第2導電層が第2導電層分割パターンにより複数の第2導電部に分割されている
    請求項1に記載のセンサ。
  3. 前記第1導電部と前記第2導電部とが対向する交差部に前記センシング部が配置されている
    請求項2に記載のセンサ。
  4. 前記第1導電層分割パターンによる分割方向と前記第2導電層分割パターンによる分割方向とが略直交する
    請求項2に記載のセンサ。
  5. 前記第1導電層分割パターンは、前記第1導電層をストライプ状に分割するパターンであり、前記第2導電層分割パターンは、前記第2導電層をストライプ状に分割するパターンである
    請求項4に記載のセンサ。
  6. 前記複数の第1導電部および前記複数の第2導電部が接続される駆動制御部をさらに有する
    請求項2に記載のセンサ。
  7. 前記駆動制御部は、前記第1導電部および前記第2導電部における抵抗値の変化に基づいて曲げを検出する第1機能と、前記複数のセンシング部の各々における静電容量の変化に基づいて圧力分布を検出する第2機能とを有する
    請求項6に記載のセンサ。
  8. 前記駆動制御部は、全ての前記第1導電部および全ての前記第2導電部における抵抗値の変化に基づいて曲げを検出するように構成されている
    請求項7に記載のセンサ。
  9. 前記駆動制御部は、一部の前記第1導電部および一部の前記第2導電部における抵抗値の変化に基づいて曲げを検出するように構成されている
    請求項7に記載のセンサ。
  10. 前記駆動制御部は、前記第1機能と前記第2機能とをモードとして切替可能に構成されている
    請求項7に記載のセンサ。
  11. 前記駆動制御部は、前記第1機能のみを実行可能な待機状態から、前記第2機能を実行可能な動作状態に遷移可能に構成されている
    請求項7に記載のセンサ。
  12. 前記駆動制御部は、前記抵抗値の変化が閾値を超えた場合に前記待機状態から前記動作状態に遷移するように構成される
    請求項11に記載のセンサ。
  13. 前記駆動制御部は、前記曲げの検出結果に基づいて、前記圧力分布の検出結果を補正するように構成される
    請求項7に記載のセンサ。
  14. 前記第1導電層と前記容量形成部との間および前記第2導電層と前記容量形成部との間の少なくとも一方に変形層が設けられている
    請求項1に記載のセンサ。
  15. 前記変形層は、発泡体により構成されている
    請求項14に記載のセンサ。
  16. 前記変形層は、複数の柱状体を有している
    請求項14に記載のセンサ。
  17. 請求項1に記載のセンサを有する入力装置。
  18. 請求項1に記載のセンサを有する電子機器。
  19. ディスプレイ部をさらに有し、
    前記ディスプレイ部の裏面に前記センサが配される
    請求項18に記載の電子機器。
  20. 人体に着脱自在なように構成される
    請求項18に記載の電子機器。
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