TWI707127B

TWI707127B - 壓力檢測裝置

Info

Publication number: TWI707127B
Application number: TW106106019A
Authority: TW
Inventors: 渡津裕次; 柴田洋介
Original assignee: 日商日本寫真印刷股份有限公司
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2020-10-11
Also published as: JP6280579B2; CN108885149B; WO2017149884A1; TW201738540A; US10760982B2; KR20180118129A; CN108885149A; JP2017156126A; US20180356299A1; KR102519243B1

Abstract

本發明所提供者，係在壓力檢測裝置中可高精度的檢測出與輸入面成為垂直方向之應力以及剪斷應力。其解決手段為，使第1電極圖案Ty或第2電極圖案Tx，延伸於複數個第3電極Rx中在Y方向鄰接之第3電極Rx彼此之間，藉此而與鄰接之第3電極Rx各自之一部分僅在俯視時重疊。微控制器25可供檢測在上述部分所產生之靜電電容。微控制器25在當受壓造成第2絕緣體13變形時，係根據於從俯視時呈現重疊之第3電極Rx與第1電極Ty或第2電極Tx之重疊面積的變化所得到之靜電電容變化，以算出剪斷力。

Description

壓力檢測裝置

本發明，係有關於壓力檢測裝置，特別是，係有關能夠檢測與輸入面成為垂直方向之應力與剪斷應力之壓力檢測裝置。

近年來，可檢測壓力之面內分布之感測器薄片，已經有開發及製品化。例如，已知有敷在身體下以供測定體壓分布之物品、以及可供檢測壓力之觸控板。然而，其等皆僅能用以檢測作用於薄片面之法線方向（Z方向）之應力之面內分布。另一方面，作為不僅只於檢測Z方向之應力，亦能檢測剪斷方向（X、Y方向）之應力之物，已知有三維力測力器等。然而，為了要檢測面內分布，必須將大量的三維力測力器予以佈滿以進行配置，因此，難以實施裝置之實用化。

在引用文獻1中所揭示者，係透過介電體而配置複數個矩形之第1電極與複數個第2電極，以作為可供測定剪斷力之觸覺感測器。

專利文獻1：日本特開2014-115282號公報

引用文獻1之觸覺感測器中，矩形之第1電極130與第2電極140，係各以被佈滿於上部基板110與下部基板120之方式而配置。然而，由於其條件為上部基板110須為可供彈性變形者，因此，欲在此處形成多數個第1電極130且進一步將配線延伸至控制電路，實際上有相當之技術難度。

本發明之課題在於，在壓力檢測裝置中，可高精度檢測出與輸入面成為垂直方向之應力以及剪斷應力。

以下將說明複數個形態，以作為解決問題之手段。其等之形態，可按照必要性而任意的組合。

本發明之一個面向之壓力檢測裝置，具有支持基板、剛性較支持基板為低之經壓力作用將發生彈性變形之第2絕緣體、及第1絕緣體。壓力檢測裝置具有複數個第3電極、複數個第1帶狀電極、複數個第2帶狀電極、靜電電容測定電路、及壓力檢測電路。支持基板、第2絕緣體、第1絕緣體，係從壓力被輸入之側的反向側依序被並排而疊層。複數個第3電極係以全面佈滿於第2絕緣板與支持基板之間之方式而設置。

複數個第1帶狀電極係設置成，在第1絕緣體中之與第2絕緣體成為反向之側延伸於第1方向。複數個第1帶狀電極係被設置成，在複數個第3電極中於與第1方向成交叉之方向鄰接之第3電極彼此之間延伸，而與鄰接之第3電極各自之一部分僅在俯視時呈現重疊。複數個第2帶狀電極係被配置成，在第1絕緣體與第2絕緣體之間延伸於與第1方向交叉之第2方向。複數個第1帶狀電極係被配置成，在複數個第3電極中於與第2方向成交叉之方向鄰接之第3電極彼此之間延伸，而與鄰接之第3電極各自之一部分僅在俯視時呈現重疊。

靜電電容測定電路可供檢測在第3電極與俯視時重疊於該第3電極之第1帶狀電極之間所產生之靜電電容。靜電電容測定電路可供檢測在第3電極與俯視時重疊於該第3電極之第2帶狀電極之間所產生之靜電電容。壓力計算電路在受壓而使第2絕緣體變形時，係利用在俯視時彼此重疊之第3電極與第1帶狀電極之重疊面積，及／或俯視時彼此重疊之第3電極與第2帶狀電極之重疊面積的變化，根據於靜電電容測定電路所得到之靜電電容變化，而算出剪斷力。

在該裝置中的各個第1帶狀電極，俯視時與在第2方向鄰接並排之複數對之第3電極形成有重疊，而構成多數個交點。又，各個第2帶狀電極，俯視時與在第1方向鄰接並排之複數對之第3電極形成有重疊，而構成多數個交點。在該裝置中，例如當有朝第2方向之剪斷力作用於第1絕緣體時，在第1帶狀電極之剪斷力所作用的部分當中，係使第1帶狀電極與鄰接之一對第3電極之各交點（第1帶狀電極對於相對應之一對第3電極之俯視時呈現重疊的部分）的面積發生變化。藉此，該第1帶狀電極與一方之第3電極之間的靜電電容將會增加，該第1帶狀電極與另一方之第3電極之間的靜電電容將會減少。又，由靜電電容測定電路檢測該部分之靜電電容變化，且由壓力計算電路根據該靜電電容變化而算出剪斷力。

壓力檢測裝置進一步具備複數個開關元件、複數個讀取線、複數個控制線、及開關控制部。複數個開關元件係以一對一之方式而連接至複數個第3電極。各讀取線係連接至複數個開關元件中在第1方向或第2方向並排之複數個開關元件。各讀取線係延著該複數個開關元件之並排方向而連接至靜電電容測定電路。複數個控制線係延伸於與並排方向交叉之方向，連接於在該方向並排之複數個開關元件。開關控制部係藉由複數個控制線，進行複數個開關元件之ON／OFF控制。

該裝置內，在開關控制部藉1條控制線而使複數個開關元件成為ON的狀態中，係由靜電電容測定電路以對於複數個讀取線依序檢測的方式，而檢測出第1帶狀電極或第2帶狀電極與第3電極之交點之靜電電容變化。在該裝置中，讀取線係透過複數個開關元件而連接至複數個第3電極，因此，可減少讀取線的數目。其結果，在配置有較多之第3電極之構造中，能在無問題的情況下配置讀取線。

第2絕緣體的彈性係數，亦可為0.001～10MPa。在此裝置中，由於第2絕緣體非常的柔軟，因此，若有壓力之作用，第1帶狀電極及第2帶狀電極很容易的在趨近於第3電極之方向以及平面方向位移。

第1絕緣體亦可較第2絕緣體為薄。在此裝置中，第1帶狀電極與第2帶狀電極之距離被設定得較短，因此，第1帶狀電極及第2帶狀電極相對於第3電極而位移時，第1帶狀電極對於第3電極之位移量，以及第2帶狀電極對於第3電極之位移量，彼此並無大的差值產生。其結果，可維持靜電電容於高的測定精度。

本發明之壓力檢測裝置中，可高精度的檢測與輸入面成為垂直方向之力以及剪斷力。

1.第1實施形態（1）觸控板裝置之整體構造使用圖1，以說明觸控板裝置1（壓力檢測裝置之一例）之整體構成。圖1係觸控板裝置之方塊構成圖。

觸控板裝置1具有感測器部3（觸控板）及控制電路5。感測器部3具有可檢測壓力所作用之位置之功能，以及具有可檢測壓力之功能。控制電路5可供控制感測器部3，且能根據來自感測器部3之檢測信號以進行各種測定。再者，觸控板裝置1具有PC7。PC7例如為個人電腦。藉由PC7，可將各種資料及指令輸入至控制電路5，且能進一步將來自控制電路5之資訊顯示於監視器之畫面。例如，可將後述之測定結果、亦即互電容之資料，顯示於PC7之監視器。

（2）感測器部之構造感測器部3具有支持基板11、第2絕緣體13、及第1絕緣體15，其等係從壓力之輸入側的反向側被依序的並排而疊層。具體而言，第2絕緣體13係設置於支持基板11的上面。第1絕緣體15係設置於第2絕緣體13的上面。支持基板11例如為玻璃環氧樹脂基板，厚度為1.6mm。再者，支持基板11的材料並無特別限定。

第2絕緣體13係經過力之作用會發生彈性變形之構件。第2絕緣體13之彈性係數以0.001～10MPa之範圍為較佳，以0.001～0.01MPa之範圍為更佳。第2絕緣體13例如為聚胺甲酸乙酯凝膠薄片，厚度為1mm。聚胺甲酸乙酯凝膠薄片較佳，係硬度為0，即使在輕度荷重情況亦能充份變形者。再者，由於聚胺甲酸乙酯凝膠薄片具有黏著性，在不需準備其他黏著劑等之情況下，即可將支持基板11與第1絕緣體15予以接著。再者，第2絕緣體13的材料並無特別限定。第2絕緣體13的厚度，以10μm～10000μm之範圍為較佳，100μm～2000μm之範圍則又更佳。

第1絕緣體15係用以將第1電極圖案Ty與第2電極圖案Tx以彼此絕緣且在疊層方向保有既定距離而配置之層。第1絕緣體15例如為胺甲酸乙酯膜，厚度為0.07mm。第1絕緣體15之彈性係數，以1MPa～4000MPa之範圍為佳，以1MPa～10MPa之範圍則又更佳。再者，第1絕緣體15的材料並無特別限定。第1絕緣體15的厚度，以1μm～1000μm之範圍為佳，以10μm～100μm之範圍則又更佳。

第1電極圖案Ty及第2電極圖案Tx，係各由複數個短板狀或帶狀之第2電極Tx及第1電極Ty所構成。第1電極圖案Ty係設置在第1絕緣體15的上面，亦即係設置在第1絕緣體15中之與第2絕緣體13成為反向之側。第1電極圖案Ty如圖2所示，係在圖之Y方向並排，而延伸於X方向（第1方向之一例）。第1電極圖案Ty具有延伸於X方向之複數個第1電極Ty（1）、Ty（2）、Ty（3）、、、、Ty（l－2）、Ty（l－1）、以及Ty（l）。圖2係第1電極圖案之俯視圖。

第2電極圖案Tx係設置在第1絕緣體15的下面，亦即係設置在第1絕緣體15與第2絕緣體13之間。第2電極圖案Tx如圖3所示，係在圖之X方向並排，而延伸於Y方向（第2方向之一例）。第2電極圖案Tx具有延伸於Y方向之複數個第2電極Tx（1）、Tx（2）、Tx（3）、、、、Tx（m－2）、Tx（m－1）、以及Tx（m）。圖3係第2電極圖案之俯視圖。藉由上述之構成，第2電極圖案Tx係被配置成，與第1電極圖案Ty之間保持絕緣性且與第1電極圖案Ty構成交叉（在本實施形態中為正交）。第1電極圖案Ty及第2電極圖案Tx，係藉由拉引配線而被拉出至連接端子（未圖示）為止。

第3電極圖案Rx（以全面被佈滿於第2絕緣體與支持基板之間之方式而設置，係複數個電極之一個設置例）係被設置於第2絕緣體13與支持基板11之間。第3電極圖案Rx如圖4所示，係由被整體佈滿而配置之多數個島狀之第3電極Rx所構成。圖4係第3電極圖案之俯視圖。

第3電極圖案Rx係構成為第3電極Rx（1,1）～Rx（n,o）之矩陣狀。在本實施形態中，各個第3電極Rx之形狀為正方形。如後述，係將第1電極Ty及第2電極Tx配置成，覆蓋於相鄰之第3電極Rx之間隙。亦即，第1電極Ty及第2電極Tx之寬度，較第3電極Rx彼此之間隙要大。第3電極Rx的形狀，亦可為其他形狀。

作為第1電極圖案Ty、第2電極圖案Tx、及第3電極圖案Rx的材料，較佳係有數mΩ至數百Ω之表面電阻值（導電性）者，例如，能為氧化銦、氧化錫、銦錫氧化物（ITO）、錫銻酸等之金屬氧化物、或是可由金、銀、銅、鉑、鈀、鋁、銠等之金屬而成膜。由其等之材料所構成之第1電極圖案Ty及第2電極圖案Tx，其形成方法，可為濺鍍法、真空蒸鍍法、離子植入法等之PVD法、或是以CVD法、鍍膜法等形成透明導電膜之後藉蝕刻而予以圖案化之方法、或印刷法等。在上述之構造中，在第2電極圖案Tx與第3電極圖案Rx之間介有第2絕緣體13，以作為能根據來自輸入面之應力而發生變形之彈性體。因之，藉由來自輸入面之應力，可使第2電極圖案Tx及第1電極圖案Ty相對於第3電極圖案Rx而位移。再者，第2電極Tx、第1電極Ty、及第1絕緣體15，亦需具有某種程度之柔軟性。原因在於，若是疊層了PET膜等剛性偏高者，則會因為其剛性而妨害第2絕緣體13的彈性變形。

感測器部3具有保護層17。保護層17的上面，作為手指所碰觸之輸入面。保護層17係用以保護上述之電極圖案之層，所具有之功能，能防止手指與電極圖案的導通，以及防止電極圖案的損傷等。保護層17例如為胺甲酸乙酯膜，厚度為0.05mm。再者，保護層17可為任意之構件，可以省略。

在保護層17的下面，設有第4電極圖案Ta。第4電極圖案Ta係將第1電極圖案Ty、第2電極圖案Tx、及第3電極圖案Rx全部覆蓋之全面圖案。第4電極圖案Ta亦可為任意之構件。又，第4電極圖案Ta只要可供覆蓋於第3電極圖案Rx即可，因此，亦可在與第1電極圖案Ty為相同之平面上形成於第1電極圖案Ty之間。保護層17與第1絕緣體15，係藉由作為絕緣體之PSA19而將彼此固定。

第1絕緣體15較第2絕緣體13為薄。第1絕緣體15的厚度，在第2絕緣體13之厚度之20%以下的範圍為佳，在10%以下的範圍則又更佳。例如，第2絕緣體13的厚度為1mm之情形時，第1絕緣體15的厚度為0.07mm。在此裝置中，由於第2絕緣體13被設定得較薄，因此，第1電極圖案Ty與第2電極圖案Tx之距離被設定得較短。因此，在第1電極圖案Ty與第2電極圖案Tx相對於第3電極Rx而位移時，第1電極圖案Ty相對於第3電極Rx之位移量，與第2電極圖案Tx相對於第3電極Rx之位移量，彼此並未產生大的差值。

（3）剪斷力之檢測原理以下使用圖5至圖7，以定性說明在使輸入面受到朝剪斷方向之應力時，電極位置的變化以及其檢測原理。圖5係表示電極圖案之重疊狀態之俯視圖。圖6及圖7係表示有剪斷力作用時，電極圖案之重疊狀態之變化的俯視圖。

複數個第1電極Ty，係在複數個第3電極Rx中於Y方向鄰接之第3電極Rx彼此之間延伸，藉此，與鄰接之第3電極Rx各自之一部分，僅在俯視時呈現重疊。複數個第2電極Tx，係在複數個第3電極Rx中於X方向鄰接之第3電極Rx彼此之間延伸，藉此，與鄰接之第3電極Rx各自之一部分，僅在俯視時呈現重疊。

如上述，各個第1電極Ty，與在Y方向鄰接並排之複數對之第3電極Rx係在俯視時呈現重疊，藉此而構成多數個交點。又，各個第2電極Tx，與在X方向鄰接並排之複數對之第3電極Rx係在俯視時呈現重疊，藉此而構成多數個交點。

以下使用圖5，以考慮第3電極圖案Rx中之第3電極Rx（a－1,b＋1）～第3電極Rx（a＋1,b－1）（a,b為任意之自然數）、各自與其具有重疊區域之第2電極Tx（d）、第2電極Tx（d＋1）、第1電極Ty（c）、及第1電極Ty（c＋1）。圖5係表示無應力狀態之第1電極Ty、第2電極Tx、及第3電極Rx之重疊。各第2電極Tx及第1電極Ty，與第3電極Rx具有重疊，具有與其面積大致成比例之互電容。

之後將討論，劃有陰影線之4個重疊區A～D。重疊A：Rx（a－1,b）／Tx（d）之間重疊B：Rx（a,b）／Tx（d）之間重疊C：Rx（a,b＋1）／Ty（c）之間重疊D：Rx（a,b）／Ty（c）之間

再者，重疊A～D之互電容，係由下述之符號來表示。重疊A之互電容：C〔Rx（a－1,b）／Tx（d）〕重疊B之互電容：C〔Rx（a,b）／Tx（d）〕重疊C之互電容：C〔Rx（a,b＋1）／Ty（c）〕重疊D之互電容：C〔Rx（a,b）／Ty（c）〕

如圖6所示，當輸入面接收到＋X方向之應力之情形時，第2電極Tx及第1電極Ty係相對於第3電極Rx而朝＋X方向移動，對應於此而有重疊面積之變化。具體而言，重疊B之互電容C〔Rx（a,b）／Tx（d）〕會增大，重疊A之互電容C〔Rx（a－1,b）／Tx（d）〕會減少。另一方面，重疊C之互電容C〔Rx（a,b＋1）／Ty（c）〕與重疊D之互電容C〔Rx（a,b）／Ty（c）〕並未改變。如圖7所示，當輸入面接收到＋Y方向之應力之情形時，第2電極Tx及第1電極Ty係相對於第3電極Rx而朝＋Y方向移動，對應於此而有重疊面積之變化。具體而言，重疊C之互電容C〔Rx（a,b+1）／Tx（c）〕會增大，重疊D之互電容C〔Rx（a,b）／Tx（c）〕會減少。

藉以上所述，以測定上述4個重疊區A～D之靜電電容之方式，即可檢出X方向與Y方向的移動，可藉此而檢測出剪斷力。

（4）互電容、剪斷力、及法線方向應力之關係接著，將第2電極Tx及第1電極Ty與第3電極Rx之互電容、剪斷力、連同法線方向（Z方向）之應力之關係，進行定量之解析。由於是考慮到X方向，在圖8～圖11，係將第2電極Tx（d）與第3電極Rx（a－1,b）及第3電極Rx（a,b）的位置關係，以截面圖呈現。圖8～圖11，係用以表示互電容、剪斷力、及法線方向之應力之關係之示意截面圖。再者，就Y方向之應力而言，由於使用重疊D之互電容C〔Rx(a,b)／Ty（c）〕與重疊C之互電容C〔Rx（a,b＋1）／Ty（c）〕可同樣進行檢測，故在此予以省略。

圖8表示未施加應力之情況。在此情況時，第2電極Tx（d）與第3電極Rx（a－1,b）或第3電極Rx（a,b）在俯視時於法線方向的距離以z₀ 表示，此時之各個互電容，係以下述之數學式1來表示。【數學式1】

此處之K1與K2，各自係表示第2絕緣體13之介電率、或是由厚度、各電極圖案之大小、或X方向／Y方向之位置等所決定之比例常數。如圖9所示，在朝－Z方向加壓時，係以對應於壓力之強度之方式，使第2電極Tx（d）逼近於第3電極Rx（a－1,b）與第3電極Rx（a,b）。亦即，距離從z₀ 變成z₀ －Δz。在此情形，重疊B之互電容C〔Rx（a,b）／Tx（d）〕z與重疊A之互電容C〔Rx（a－1,b）／Tx（d）〕z，係以對應於Δz之方式，呈現下述之數學式2之變化。【數學式2】

將數學式1與數學式2連立，則Δz能以下述之數學式3而表示。【數學式3】

彈性體之變形為彈性區域之情形時，由於Δz與應力成比例，因此，利用數學式3，藉電容之變化可檢出－Z方向之應力。

接著，如圖10所示，考慮到朝＋X方向有產生加壓（剪斷應力）之情形。在此情形，第2電極Tx係對應於壓力之強度而移動。在此情形，重疊B之互電容C〔Rx（a,b）／Tx（d）〕x與重疊A之互電容C〔Rx（a－1,b）／Tx（d）〕x，係對應於Δx而以下述數學式4之方式而變化。【數學式4】

此處，K_p 係為與圖5所示之斜線部分之長度成比例之值。根據數學式1與數學式4，Δx能以下述之數學式5而表示。【數學式5】

第2絕緣體13之變形為彈性區域之情形時，由於Δx與應力成比例，因此，可藉由數學式5，藉電容變化而檢測出＋X方向的應力。

最後，如圖11所示，考慮到同時有朝＋X方向之加壓與－Z方向之加壓之情形時。在此情形，係考慮到第2電極Tx（d）朝Z方向移動Δz，且朝向X方向移動Δx。C〔Rx（a,b）／Tx（d）〕zx與C〔Rx（a－1,b）／Tx（d）〕zx，由於能將數學式4之z₀ 置換成Z－Δz來計算，因而能以下述之數學式6而表示。【數學式6】

根據數學式6與數學式1，可得到以下之數學式7。【數學式7】

藉此，Δz與下述之數學式8成比例。【數學式8】

又，藉此，Δx與下述之數學式9成比例。【數學式9】

如上述，由於第1電極Ty及第2電極Tx係以相對於第3電極Rx在俯視狀態形成多數個交點之方式而配置，因此，藉由測定交點之互電容，即可檢出手指之接觸位置與其壓力。亦即，手指接近於第1電極Ty及第2電極Tx後，接近於接觸位置之交點的互電容會發生變化，若再進一步加壓而使第2絕緣體13變形時，藉由將第1電極Ty及第2電極Tx接近於第3電極圖案Rx，使得該交點之互電容發生變化。例如，當朝向Y方向的剪斷力作用於某個點後，在第1電極Ty中之剪斷力的作用部分中，造成第1電極Ty與鄰接之一對的第3電極Rx之各交點（第1電極Ty對於相對應之一對之第3電極Rx於俯視狀態呈現重疊的部分）的面積變化。藉此，該第1電極Ty與一方之第3電極Rx之間的靜電電容會增加，該第1電極Ty與另一方之第3電極Rx之間的靜電電容會減少。

（6）觸控板裝置之控制構成使用圖1，以說明觸控板裝置1之控制構成。控制電路5具有微控制器25。微控制器25係具有CPU、RAM、ROM等之電腦。

控制電路5具有信號產生電路27。信號產生電路27係連接於第1電極圖案Ty或第2電極圖案Tx、及微控制器25。信號產生電路27可將電壓脈衝施加至第1電極圖案Ty或是第2電極圖案Tx。控制電路5具有ADC（類比-數位轉換器）29。ADC29係以可將數位信號輸入至微控制器25之方式而連接。控制電路5具有放大電路33。放大電路33係連接至第3電極圖案Rx及ADC29。放大電路33係將來自第3電極圖案Rx之類比信號予以放大後，傳送至ADC29。

微控制器25可供檢測第1電極圖案Ty及第2電極圖案Tx與第3電極Rx之重疊部分（交點）之互電容。亦即，微控制器25具有靜電電容測定電路之功能。具體而言，微控制器25可供檢測出，第3電極Rx與俯視狀態時重疊於該第3電極Rx之第1電極Ty之間所產生之靜電電容。微控制器25可供檢測出，第3電極Rx與俯視狀態時重疊於該第3電極Rx之第2電極Tx之間所產生之靜電電容。更具體而言，微控制器25透過信號產生電路27，依序對第1電極圖案Ty及第2電極圖案Tx施加電壓脈衝以作為傳訊電極，將複數個第3電極Rx作為收訊電極而測定收訊強度，藉此而能檢測出在各電極交點之互電容之變化。

控制電路5具有閘極驅動電路35。閘極驅動電路35係藉由複數個控制線（後述），以進行複數個開關元件（後述）之ON／OFF控制之開關控制部。閘極驅動電路35係連接至微控制器25。微控制器25可控制靜電電容之檢測時間點、及閘極驅動電路35之切換時間點。微控制器25係根據在各交點中之互電容之變化，算出壓力作用位置。亦即，微控制器25具有壓力作用位置計算電路之功能。壓力作用位置之計算技術為周知內容，故省略其說明。

微控制器25根據各交點中之互電容之變化，而算出壓力。亦即，微控制器25具有壓力計算電路之功能。在該裝置中，例如將手指加壓至保護層17時，微控制器25將信號傳送至第2電極Tx或第1電極Ty，將第3電極Rx接收之信號經放大電路33作為放大後之信號然後透過ADC29而接收之，藉此，微控制器25可供測定第2電極Tx或第1電極Ty與第3電極Rx之互電容。又，微控制器25算出壓力作用位置，以及算出壓力（與輸入面成為法線方向之應力及剪斷應力）。

使用圖12，以說明開關元件21藉主動矩陣所進行之第3電極Rx之切換電路。圖12表示第3電極圖案之主動矩陣之示意圖。在圖12中之示例形態，係在3×3=9個部品數之第3電極Rx各安裝有開關元件。再者，實際上例如為10×15=150等之更多的部品數目亦可，但為了簡略說明而使用圖12以說明之。在此實施形態中，開關元件21係設置於支持基板11之第2面。第3電極Rx與開關元件21，係藉由設置於貫通孔之連接線23而連接。再者，開關元件係可設置於與第3電極Rx相同側之面。開關元件21例如為FET等之電晶體、或光耦合器等。然而，開關元件21的種類並無特別限制。開關元件21在各列係藉由控制線53a～53c而連接至閘極驅動電路35。複數個控制線53a～53c，係延伸於與並排方向交叉之方向，係連接至並排於該方向之複數個開關元件21。

藉由以上之構造，第3電極Rx在主動矩陣內係透過開關元件21而連接至放大電路33（圖12）之輸入端。具體而言，開關元件21的一端係連接至各第3電極Rx，另一端之各行係藉由讀取線51a～51c而連接至放大電路33。換言之，複數個讀取線51a～51c，係連接至複數個開關元件21中並排於一個方向之複數個開關元件21。又，讀取線51a～51c係延著該複數個開關元件21之並排方向，而連接至放大電路33。

閘極驅動電路35（開關控制部的一例）係用於藉開關元件21而將各第3電極Rx選擇性連接至控制電路5之方法中，亦即用於藉由主動矩陣所進行之檢測當中。閘極驅動電路35係根據來自微控制器25之指令，藉由複數個控制線53a～53c，以切換於開關元件21之ON／OFF。

閘極驅動電路35僅使任意之列之開關元件21成為ON狀態，可將該列之第3電極Rx個別的連接至放大電路33。在圖12中所表示之狀態，閘極驅動電路35係使得連接至第3電極Rx（3,1）～Rx（3,3）之開關元件21成為ON的狀態。此時，由於係僅將第3電極Rx（3,1）～Rx（3,3）個別的連接至放大電路33，此外之第3電極Rx則因為開關元件21為OFF，故並未連接至放大電路33。

以上所述之構成中，在閘極驅動電路35藉由1條控制線而使複數個開關元件21成為ON狀態時，微控制器25以對於複數個讀取線51a～51c依序檢測之方式，而能檢測第1電極圖案Ty或第2電極圖案Tx與第3電極圖案Rx之交點之靜電電容變化。亦即，由於讀取線51a～51c係透過複數個開關元件21而連接至複數個第3電極Rx，因而可減少讀取線的數目。其結果，在配置有多個第3電極Rx之構造中，能夠無問題的配置讀取線。作為比較例，以不採用上述構成之方式，而將所有第3電極Rx個別的拉引至放大電路之情形時（之後以「全數拉引」來表示），由於拉引之配線過多，現實上被認為不可能。至少，在第3電極為4×4以上之矩陣之情形時，相較於「全數拉引」之情形，若採用本實施形態之主動矩陣，拉線至控制電路之拉引配線的數目將在半數以下，故有其效果。

（7）壓力作用位置及壓力之檢測控制以下使用圖13，以說明微控制器25進行之觸控板裝置1之碰觸檢測之控制動作。圖13係壓力測定之控制流程圖。最初，微控制器25根據於來自放大電路33之位準信號，判斷有無碰觸之輸入（步驟S1）。

若是判斷成有碰觸情形（步驟S1時為Yes），則微控制器25乃測定第1電極圖案Ty與第3電極圖案Rx之交點之靜電電容（步驟S2）。由微控制器25測定第2電極圖案Tx與第3電極圖案Rx之交點之靜電電容（步驟S3）。各交點之靜電電容之值，被保存於微控制器25之記憶體。

步驟S2與步驟S3之順序，並不侷限於上述實施例。接著，微控制器25分別決定出碰觸之壓力作用位置及壓力（步驟S4）。

使用圖14，以說明步驟S2之各交點之靜電電容之測定控制。圖14係第1電極圖案與第3電極圖案之間之靜電電容測定控制之流程圖。最初，微控制器25將驅動電壓供應至第1電極圖案Ty（步驟S11）。接著，閘極驅動電路35使開關元件21的一列成為ON狀態（步驟S12）。

微控制器25從讀取線而依序讀取來自第3電極Rx之信號（步驟S13）。所讀取之值被保存於記憶體（步驟S14）。接著，判定所有的列是否皆已被測定（步驟S15）。若有尚未測定之列（步驟S15為No），則流程回到步驟S12。若是所有的列之交點已被測定互電容（步驟S15為Yes），則結束流程。

使用圖15，以說明步驟S3之各交點之電容值測定控制。圖15係第2電極圖案與第3電極圖案之間之靜電電容測定控制之流程圖。最初，微控制器25將驅動電壓供應至第2電極圖案Tx（步驟S16）。接著，閘極驅動電路35使開關元件21的一列成為ON狀態（步驟S17）。

微控制器25從讀取線而依序讀取來自第3電極Rx之信號（步驟S18）。所讀取之值被保存於記憶體（步驟S19）。接著，判定所有列是否皆已被測定（步驟S20）。若有尚未測定之列（步驟S20為No），則流程回到步驟S17。若所有列之交點已經測定互電容（步驟S20為Yes），則結束流程。

以上之結果，可檢測加於片狀彈性體之X,Y,Z方向之所有應力之面內分布。作為上述裝置之應用例，在經由複數個手指而碰觸之情形時，可檢測各手指在XYZ方向之力。若是運用於PC之觸控板之類的輸入器件，由於亦能夠檢測出疑似為旋轉方向之應力，因此，可檢測出諸如“拿取”或“扭轉表面”之類之新形態的手勢動作。又，亦可用於操作3D影像之新的輸入器件當中。

作為此種感測器之應用例，有可供測定體壓分布者。其可用於各種剪斷力之測定，例如在步行或移動之測量時，可用以測定施於足底之壓力分布等。又，若是鋪設於床上，則可測定施加於睡臥者之身體之整體的剪斷力分布，因此，能有助於褥瘡之研究或預防等。

2.其他實施形態以上，雖已說明本發明之一個或複數個之實施形態，但本發明並不侷限於上述實施形態，在不脫離發明要旨之範圍內，可進行各種變更。特別是，在本說明書所載之複數個實施形態及變形例，可按照必要性而任意組合。

各層之疊層順序及其他各層之有無，並不侷限於上述實施形態。

各層之材料及厚度，並不侷限於上述實施形態。其控制構成方式，並不侷限於上述實施形態。控制流程圖並不侷限於上述實施形態。具體而言，複數個步驟之順序及有無，並無特別限定。特別是，在前後所說明之步驟，亦可使其全部同時的進行，或是使其中一部分同時進行。

亦可測定第4電極圖案Ta與第3電極圖案Rx之間之靜電電容。以測定第4電極圖案Ta之靜電電容之方式，亦能測定弱壓力。

本發明可廣泛適用於壓力檢測裝置。

1‧‧‧觸控板裝置3‧‧‧感測器部5‧‧‧控制電路7‧‧‧PC11‧‧‧支持基板13‧‧‧第2絕緣體15‧‧‧第1絕緣體17‧‧‧保護層19‧‧‧PSA21‧‧‧開關元件23‧‧‧連接線25‧‧‧微控制器27‧‧‧信號產生電路29‧‧‧ADC33‧‧‧放大電路35‧‧‧閘極驅動電路51a～51c‧‧‧讀取線53a～53c‧‧‧控制線Ty‧‧‧第1電極圖案Tx‧‧‧第2電極圖案Rx‧‧‧第3電極圖案Ta‧‧‧第4電極圖案S1~S4‧‧‧步驟S11~S20‧‧‧步驟

圖1係觸控板裝置之方塊構成圖。圖2係第1電極圖案之俯視圖。圖3係第2電極圖案之俯視圖。圖4係第3電極圖案之俯視圖。圖5係電極圖案之重疊狀態之俯視圖。圖6係表示剪斷力作用時之電極圖案之重疊狀態之變化之俯視圖。圖7係表示剪斷力作用時之電極圖案之重疊狀態之變化之俯視圖。圖8係表示互電容、剪斷力、及法線方向之應力關係之示意截面圖。圖9係表示互電容、剪斷力、及法線方向之應力關係之示意截面圖。圖10係表示互電容、剪斷力、及法線方向之應力關係之示意截面圖。圖11係表示互電容、剪斷力、及法線方向之應力關係之示意截面圖。圖12係第3電極圖案之主動矩陣之示意圖。圖13係壓力測定之控制流程圖。圖14係第1電極圖案與第3電極圖案之間之靜電電容測定控制之流程圖。圖15係第2電極圖案與第3電極圖案之間之靜電電容測定控制之流程圖。

1‧‧‧觸控板裝置

3‧‧‧感測器部

5‧‧‧控制電路

7‧‧‧PC

11‧‧‧支持基板

13‧‧‧第2絕緣體

15‧‧‧第1絕緣體

17‧‧‧保護層

19‧‧‧PSA

21‧‧‧開關元件

23‧‧‧連接線

25‧‧‧微控制器

27‧‧‧信號產生電路

29‧‧‧ADC

33‧‧‧放大電路

35‧‧‧閘極驅動電路

Ty‧‧‧第1電極圖案

Tx‧‧‧第2電極圖案

Rx‧‧‧第3電極圖案

Ta‧‧‧第4電極圖案

Claims

一種壓力檢測裝置，其具備：從壓力被輸入之側的反向側所依序疊層之支持基板、及剛性較該支持基板為低之經壓力作用即會發生彈性變形之第2絕緣體、第1絕緣體；複數個電極，係以全面佈滿於該第2絕緣體與該支持基板之間之方式而設置；複數個第1帶狀電極，其係設置成：在該第1絕緣體中之與該第2絕緣體反方向之側朝第1方向延伸，且其係於該複數個電極中在與該第1方向交叉之方向鄰接之電極彼此之間延伸，而僅與該鄰接之電極各自之一部分在俯視時呈現重疊；複數個第2帶狀電極，其係設置成：在該第1絕緣體與該第2絕緣體之間延伸於與該第1方向交叉之第2方向，且其係於該複數個電極中在與該第2方向成交叉之方向鄰接之電極彼此之間延伸，而僅與該鄰接之電極各自之一部分在俯視時呈現重疊；靜電電容測定電路，其可供檢測在該電極與俯視時重疊於該電極之第1帶狀電極之間所產生之靜電電容；並可供檢測在該電極與俯視時重疊於該電極之第2帶狀電極之間所產生之靜電電容；及壓力計算電路，其係根據在施加壓力使該第2絕緣體變形時，從俯視時呈現重疊之電極與第1帶狀電極之重疊面積，及／或俯視時呈現重疊之電極與第2帶狀電極之重疊面積之變化，藉由該靜電電容測定電路所得到之靜電電容測定結果，而算出剪斷力。
如申請專利範圍第1項之壓力檢測裝置，其中更具備：複數個開關元件，係以一對一方式連接至該複數個電極；複數個讀取線，其係連接至該複數個開關元件中在該第1方向或該第2方向並排之複數個開關元件，係延著該複數個開關元件之並排方向而連接至該靜電電容測定電路；複數個控制線，其係延伸於與該並排方向交叉之方向，而連接至在該方向並排之複數個開關元件；及開關控制部，其係藉由該複數個控制線，以進行該複數個開關元件之ON／OFF控制。
如申請專利範圍第1或2項之壓力檢測裝置，其中，該第2絕緣體之彈性係數為0.001～10MPa。
如申請專利範圍第1或2項之壓力檢測裝置，其中，該第1絕緣體較該第2絕緣體為薄。