WO2014196367A1

WO2014196367A1 - 圧力検出装置および入力装置

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Publication number: WO2014196367A1
Application number: PCT/JP2014/063563
Authority: WO
Inventors: 裕次渡津; 栄二角谷; 啓佑尾▲崎▼; 柴田　淳一
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2015-12-05
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Abstract

【課題】　圧電センサ内で位置検出と荷重検出ができる圧電センサを提供する。【解決手段】　本発明の圧電センサ１０は、入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層１１と、　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極１２と、　前記圧電層１１の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極１３と、　前記第１電極１２に接続される第１キャパシタＣ１または第１共振回路ＲＣ１と、　前記第１電極１２に接続される第１検出部２０と、を備えるように構成した。

Description

圧力検出装置および入力装置

　本発明は、荷重に応じた圧電信号を発生する圧電センサに関し、特に荷重が与えられた位置を検出できる圧電センサに関する。

　与えられた荷重を検出するため、圧電シートを用いた圧電センサが知られている。例えば、特許文献１には、透明感圧層と、一対の透明導電層からなる透明圧電センサが開示されている。

特開２００４－１２５５７１号公報

　しかし、特許文献１の透明圧電センサでは、圧電シートから発生する電荷は非常に小さいため、圧電シートから発生した電荷を検出することは困難である。

　上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

　本発明の圧力検出装置は、
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１キャパシタと、
　前記第１電極と前記第１キャパシタとを備えるように構成した。

　本発明の圧力検出装置は、
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１キャパシタと、
　前記第１電極と前記第１キャパシタに接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１キャパシタに接続される第１電極部を複数備え、
　前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続するように構成した。

　本発明の圧力検出装置は、
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記第１電極に接続される第１キャパシタと、
　前記第１電極と前記第１キャパシタに接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第２電極に接続される第２キャパシタと、
　前記第２電極と前記第２キャパシタに接続される第２マルチプレクサと、
　前記第２マルチプレクサに接続される第２検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１キャパシタに接続される第１電極部を複数有し、
　前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続し、
　前記第２電極は、前記第２キャパシタに接続される第２電極部を複数有し、
　前記第２マルチプレクサは、前記第２検出部に対して複数の前記第２電極部を切替えて接続するように構成した。

　本発明の一態様によれば、
　前記第１電極部は、一の方向に平行な方向に配置され、
　前記第２電極部は、一の方向に対して垂直な方向に配置されるように構成してもよい。

　本発明の一態様によれば、
　前記第１検出部は、
　前記第１マルチプレクサと接続されるアンプ部と、
　前記第１アンプ部と接続される第１電圧検出器とを備えるように構成してもよい。

　本発明の一態様によれば、
　前記第１検出部は
　前記第１アンプ部と前記第１電圧検出器との間に接続され、下記式（１）で示される周波数ｆ１を有する第１バンドパスフィルタを備えるように構成してもよい。
　式（１）：ｆ１＝１／（Ｔ１×２）
　Ｔ１＝第１検出部を一の第１電極部に接続してから他の第１電極部に接続するまでに要する時間

　本発明の一態様によれば、
　前記第２検出部は、
　前記第２マルチプレクサと接続される第２アンプ部と、
　前記第２アンプ部と接続される第２電圧検出器とを備えるように構成してもよい。

　本発明の一態様によれば、
　前記第２検出部は、
　前記第２アンプ部と前記第２電圧検出器との間に接続され、下記式（２）で示される周波数ｆ１を有する備える第２バンドパスフィルタを備えるように構成してもよい。
　式（２）：ｆ２＝１／（Ｔ２×２）
　Ｔ２＝第２検出部を一の第２電極部に接続してから他の第２電極部に接続するまでに要する時間

　本発明の圧力検出装置は、
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１共振回路と、
　前記第１電極と前記第１共振回路に接続される第１検出部とを備えるように構成した。

　本発明の圧力検出装置は、
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１共振回路と、
　前記第１電極と前記第１共振回路に接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１共振回路に接続される第１電極部を複数備え、
　前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続するように構成した。

　本発明の圧力検出装置は、
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記第１電極に接続される第１共振回路と、
　前記第１電極と前記第１共振回路に接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第２電極に接続される第２共振回路と、
　前記第２電極と前記第２共振回路に接続される第２マルチプレクサと、
　前記第２マルチプレクサに接続される第２検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１共振回路に接続される第１電極部を複数有し、
　前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続し、
　前記第２電極は、前記第２共振回路に接続される第２電極部を複数有し、
　前記第２マルチプレクサは、前記第２検出部に対して複数の前記第２電極部を切替えて接続するように構成した。

　本発明の前記共振回路を備える一態様によれば、
　前記第１電極部は、一の方向に平行な方向に配置され、
　前記第２電極部は、一の方向に対して垂直な方向に配置されるように構成してもよい。

　本発明の前記共振回路を備える一態様によれば、
　前記共振回路は、バラクタを備えていてもよい。

　本発明の一態様によれば、上記圧力検出装置とタッチパネルを備えていてもよい。

　本発明に係る圧電センサでは、圧電シートから発生する電荷が非常に小さくても、圧電シートから発生した電荷を検出することができる。

圧力検出装置の概念図である。圧力検出装置の概念図である。図２（図８）のＡ-Ａ’断面図である。圧力検出装置の概念図である。圧力検出装置の概念図である。圧力検出装置の概念図である。圧力検出装置の概念図である。圧力検出装置の概念図である。圧力検出装置の概念図である。圧電センサの変形例における断面図である。

　下記で、本発明に係る実施形態を図面に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明の実施例に記載した部位や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

１．第１実施形態
（１）圧力検出装置の全体構造
　図１を用いて、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図１は圧力検出装置の概略図である。

　圧力検出装置は、与えられた荷重の量と位置を検出する機能を有している。
　図１に示すように、第１実施形態に係る圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２０と、第１キャパシタＣ１を有している。圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を有している。第１電極１２は、圧電層１１の第１主面に配置され、第１キャパシタＣ１と電気的に接続されている。第２電極１３は、圧電シート１１の第１主面とは反対側の第２主面に配置され、アースＥと接続されている。なお、第１電極１２と第２電極１３は、それぞれ圧電層１１の一面にわたって配置されている。
　以下で、圧力検出装置１の各構成について詳細に説明する。

（２）圧電センサ
　圧電センサ１０は、与えられた荷重に応じて電荷を発生させる装置である。図１に示すように、圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を有している。

（３）圧電層
　圧電層１１を構成する材料としては、無機圧電材料や有機圧電材料が挙げられる。

　無機圧電材料としては、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどが挙げられる。

　有機圧電材料としては、フッ化物重合体又はその共重合体、キラリティーを有する高分子材料などが挙げられる。フッ化物重合体又はその共重合体としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－トリフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。キラリティーを有する高分子材料としては、Ｌ型ポリ乳酸や、Ｒ型ポリ乳酸などが挙げられる。

　また、圧力検出装置１を、液晶ディスプレイなどの表示装置の上に配置する場合には、圧電シートを透明な材料により構成するか、又は、光が十分に透過できる程度に薄く構成することが好ましい。

（４）電極
　このような第１電極１２、第２電極１３は、導電性を有する材料により構成できる。導電性を有する材料としては、インジウム－スズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ－Ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、スズ－亜鉛酸化物（Ｔｉｎ－Ｚｉｎｃ－Ｏｘｉｄｅ、ＴＺＯ）などのような透明導電酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰｏｌｙｅＴｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙＴｈｉｏｐｈｅｎｅ、ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子、などを用いることができる。この場合、上記の電極は、蒸着やスクリーン印刷などを用いて形成できる。

　また、導電性を有する材料として、銅、銀などの導電性の金属を用いてもよい。この場合、上記の電極は、蒸着により形成してもよく、銅ペースト、銀ペーストなどの金属ペーストを用いて形成してもよい。

　さらに、導電性を有する材料として、バインダー中に、カーボンナノチューブ、金属粒子、金属ナノファイバーなどの導電材料が分散したものを用いてもよい。

（５）第１キャパシタ
　第１キャパシタＣ１は、キャパシタがアースされた構造からなる。第１キャパシタＣ１は、静電容量により電荷を蓄えたり、放出したりする素子である。そのような部材としては、セラミックキャパシタ、タンタルキャパシタ、フィルムキャパシタを挙げることができる。

　なお、第１キャパシタＣ１に充電された電荷は、圧電センサ１０に荷重がかかっていないときに、第１キャパシタＣ１から取り除くことが好ましい。第１キャパシタＣ１から電荷を取り除くには放電スイッチを圧電センサ１０と第１検出部２０の間に配置しておけばよい。

（６）検出部
　第１検出部２０は、圧電センサ１０で発生した電荷を検出する装置である。第１検出部２０は、第１アンプ部２１と、第１電位検出部２２を有している。第１アンプ部２１は、電荷の充電により発生した第１キャパシタＣ１の電圧を増幅させる機器であり、第１電極１２と第１キャパシタＣ１に接続されている。第１電位検出部２２は、第１アンプ部２１で増幅された電荷の電位を測定する機器であり、第１アンプ部２１と接続されている。

（７）効果
　本発明の構成によれば、圧力検出装置１において、第１電極１２は、第１キャパシタＣ１と接続されている。そのため、圧電層１１で発生した電荷は、第１電極１２を経由して第１キャパシタＣ１に充電される。そうすると、圧電層１１が押圧されたとき発生する電荷が微弱であっても、第１キャパシタＣ１の電圧を第１検出部２０で測定することによって、上記で発生した電荷を第１検出部２０で検出できるものとなっている。

　さらに、第１検出部２０は、第１アンプ部２１と第１電位検出部２２を備えている。そのため、第１キャパシタＣ１の電圧が小さい場合でも、第１アンプ部２１で上記電圧を増幅したのち、第１電位検出部２２で検出できるようになっている。

２．第２実施形態
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。基本的な構造は、第１実施形態と同じであるので、相違点について説明する。

（１）圧力検出装置の全体構造
　図２を用いて、本発明の第２実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図２は圧力検出装置の概略図である。図３は、図２のＡ‐Ａ’断面図である。図４は、第２実施形態の変形例である。
　図２に示すように、第２実施形態に係る圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２０と、第１キャパシタＣ１と、第１マルチプレクサＭ１を有している。

　図３に示すように、圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を備えている。第１電極１２は圧電層１１の第１主面に配置され、第１電極部１２０を複数備えている。上記第１電極部１２０は、圧電層１１のＹ軸方向に平行に配列され、それぞれ第１キャパシタＣ１と接続されている。
　なお、第１電極部１２０と第１キャパシタＣ１は、第１マルチプレクサＭ１を介して第１検出部２０と接続されている。
　第２電極１３は、圧電層１１の第１主面とは反対側の第２主面に配置されている。第２電極１３は、第２主面の一面に配置され、アースＥと接続されている。

（２）マルチプレクサ
　第１マルチプレクサＭ１は、複数の第１電極部１２０の中から１つの第１電極部１２０を選択し、選択された第１電極部１２０と第１検出部２０と接続する装置である。
　また、上記第１電極部１２０の切替は、マイコンやカスタムＩＣなどの記憶部に記憶されたプログラムを、ＣＰＵなどに実行させることにより実現してもよい。

（３）検出部
　第１検出部２０は、第１アンプ部２１と、第１電位検出部２２を有している。第１アンプ部２１と、第１電位検出部２２の構成は、前記と同じであるので省略する。

（４）効果
　本発明の構成によれば、圧力検出装置１において、第１電極１２は、第１キャパシタＣ１に接続されている。そのため、圧電層１１で発生した電荷は、第１電極１２を経由して第１キャパシタＣ１に充電される。そうすると、圧電層１１が押圧されたとき発生する電荷が微弱であっても、第１キャパシタＣ１の電圧を第１検出部２０で測定することで、圧電層１１で発生した電荷を第１検出部２０で検出できるものとなっている。

　さらに、第１検出部２０は、第１アンプ部２１と第１電位検出部２２を備えている。そのため、第１キャパシタＣ１の電圧が小さい場合でも、第１アンプ部２１で上記電圧を増幅したのち、第１電位検出部２２で検出できるものとなっている。

　さらに、第１電極１２は、Ｙ軸方向に平行に配置された第１電極部１２０を複数有している。また、上記第１電極部１２０は、第１マルチプレクサＭ１を介して第１検出部２０と接続されている。
　そのため、第１検出部２０で検出された電荷が、複数存在する第１電極部１２０のうち、いずれの第１電極部１２０を経由したかを第１マルチプレクサＭ１で検出することができる。その結果、圧電センサ１０にかけられた荷重について、Ｙ軸方向の荷重位置を特定することができるものとなっている。

（５）変形例
　図４に示すように、圧力検出装置１は、第１検出部２０において第１バンドパスフィルタ２３を有していてもよい。第１バンドパスフィルタ２３は、第１アンプ部２１と第１電位検出部２２との間に配置される。第１バンドパスフィルタ２３は、必要な範囲の周波数のみを通すＲＬＣ回路で構成されていてもよい。

　なお、第１バンドパスフィルタ２３の周波数ｆ１は、１／（Ｔ１×２）となるように設定されている。上記Ｔ１は、第１マルチプレクサＭ１において、第１検出部２０を一の第１電極部１２０に接続してから他の第１電極部１２０に接続するまでの時間である。

　上記のように、第１検出部２０が構成されていると、第１マルチプレクサＭ１を操作して、第１検出部２０と接続される第１電極部１２０を次々と切替えていくと、第１電位検出部２２で検出される電圧は、次々と変化していく。この電圧変化のうち、周波数ｆ１（ｆ１=１／（Ｔ１×２））の成分は、各第１キャパシタＣ１の電圧情報を多く含み、それ以外の成分は、ノイズ信号を多く含む。ノイズ信号とは、圧電センサ１０の周囲に存在する電磁波から受けるノイズなどである。従って、第１バンドパスフィルタ２３によって、周波数ｆ１のみを検出することで、ノイズを効果的に除去することができる。

３．第３実施形態
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。基本的な構造は、第１～第２実施形態と同じであるので、相違点について説明する。

（１）圧力検出装置の全体構造
　図５を用いて、本発明の第３実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図５は圧力検出装置の概略図である。図６は、第３実施形態の変形例である。
　図５に示すように、第３実施形態に係る圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２０と、第１キャパシタＣ１と、第２キャパシタＣ２と、第１マルチプレクサＭ１と、第２マルチプレクサＭ２を有している。

　圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を備えている。第１電極１２は圧電層１１の第１主面に配置され、第１電極部１２０を複数備えている。上記第１電極部１２０は、圧電層１１のＹ軸方向に平行に配列され、第１キャパシタＣ１とそれぞれ接続されている。なお、第１電極部１２０と第１キャパシタＣ１は、第１マルチプレクサＭ１を介して第１検出部２０と接続されている。

　第２電極１３は、圧電層１１の第１主面とは反対側の第２主面に配置されている。第２電極１３は、第２電極部１３０を複数備えている。上記第２電極部１３０は、圧電層１１のＸ軸方向に平行に配列され、第２キャパシタＣ２とそれぞれ接続されている。なお、第２電極部１３０と第２キャパシタＣ２は、第２マルチプレクサＭ２を介して第２検出部２５と接続されている。

（２）マルチプレクサ
　第１マルチプレクサＭ１は、複数の第１電極部１２０の中から１つの第１電極部１２０を選択し、選択された第１電極部１２０と第１検出部２０と接続する装置である。第２マルチプレクサＭ２は、複数の第２電極部１３０の中から１つの第２電極部１３０を選択し、選択された第２電極部１３０と第２検出部２５と接続する装置である。

　また、上記切替機能は、上記マイコンやカスタムＩＣなどの記憶部に記憶されたプログラムを、ＣＰＵなどに実行させることにより実現してもよい。

（３）検出部
　第１検出部２０は、第１アンプ部２１と、第１電位検出部２２を有している。第２検出部２５は、第２アンプ部２６と、第２電位検出部２８を有している。これら部材は、上記と同じであるので省略する。

（４）効果
　本発明の構成によれば、圧力検出装置１において、第１電極部１２０は、第１キャパシタＣ１と接続され、第２電極部１３０は第２キャパシタＣ２と接続されている。そのため、圧電層１１で発生した電荷は、第１電極部１２０や第２電極部１３０を経由して、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２で充電される。
　そうすると、圧電層１１が押圧されたとき発生する電荷が微弱であっても、第１キャパシタＣ１や第２キャパシタＣ２の電圧を第１検出部２０や第２検出部２５で測定することができる。これによって、圧電層１１で発生した電荷を第１検出部２０や第２検出部２５で検出できるものとなっている。

　さらに、第１検出部２０は、第１アンプ部２１と第１電位検出部２２を備えている。第２検出部２５は、第２アンプ部２６と第２電位検出部２８を備えている。そのため、第１キャパシタＣ１の電圧や第２キャパシタＣ２の電圧が小さい場合でも、第１アンプ部２１や第２アンプ部２６で上記電圧を増幅できる。その結果、圧電層１１で発生した電荷を第１電位検出部２２や第２電位検出部２８で検出できるものとなっている。

さらに、第１電極１２が、Ｙ軸方向に平行に配置された第１電極部１２０を複数有し、第１電極部１２０は、第１マルチプレクサＭ１と接続されている。
　そのため、第１検出部２０で検出された電荷が、複数存在する第１電極部１２０のうち、いずれの第１電極部１２０を経由したかを第１マルチプレクサＭ１で検出できる。その結果、圧電センサ１０にかけられた荷重について、Ｙ軸方向の荷重位置を特定することができる。

　さらに、第２電極１３は、Ｙ軸方向とは垂直なＸ軸方向に平行に配置された第２電極部１３０を複数有し、第２電極部１３０は、第２マルチプレクサＭ２と接続されている。
　そのため、第２検出部２５で検出された電荷が、複数存在する第２電極部１２０のうち、いずれの第２電極部１２０を経由したかを第２マルチプレクサＭ２で検出できる。その結果、圧電センサ１０にかけられた荷重について、Ｘ軸方向の荷重位置を特定することができる。

　従って、上記第１マルチプレクサＭ１、第２マルチプレクサＭ２で得られた検出結果を組合わせることにより、圧電センサ１０にかけられた荷重位置を検出できるようになっている。なお、荷重のかかった箇所が複数に及んだ場合も同様である。すなわち、上記圧力検出装置１によれば、マルチフォースが可能となっている。

（５）変形例
　図６に示すように、圧力検出装置１は、第１検出部２０において第１バンドパスフィルタ２３を有していてもよい。第１バンドパスフィルタ２３は、第１アンプ部２１と第１電位検出部２２との間に配置される。
　また、第２検出部２５において第２バンドパスフィルタ２７を有していてもよい。第２バンドパスフィルタ２７は、第２アンプ部２６と第２電位検出部２８との間に配置される。第１バンドパスフィルタ２３と第２バンドパスフィルタ２７は、必要な範囲の周波数のみを通すＲＬＣ回路で構成されていてもよい。

　なお、第１バンドパスフィルタ２３の周波数ｆ１は、１／（Ｔ１×２）となるように設定されている。上記Ｔ１は、第１マルチプレクサＭ１において、第１検出部２０を一の第１電極部１２０に接続してから他の第１電極部１２０に接続するまでの時間である。
　また、第２バンドパスフィルタ２７の周波数ｆ２は、１／（Ｔ２×２）となるように設定されている。上記Ｔ２は、第２マルチプレクサＭ２において、第２検出部２５を一の第２電極部１３０に接続してから他の第２電極部１３０に接続するまでの時間である。

　上記のように、第１検出部２０が構成されていると、第１マルチプレクサＭ１を操作して第１検出部２０と接続される第１電極部１２０を次々と切替えていくと、第１電位検出部２２で検出される電圧は、次々と変化していく。この電圧変化のうち、周波数ｆ１（ｆ１=１／（Ｔ１×２））の成分は、各第１キャパシタＣ１の電圧情報を多く含み、それ以外の成分は、ノイズ信号を多く含む。ノイズ信号とは、圧電センサ１０の周囲に存在する電磁波から受けるノイズなどである。従って、第１バンドパスフィルタ２３によって、周波数ｆ１のみを検出することで、ノイズを効果的に除去することができる。

　上記のように、第２検出部２５が構成されていると、第２マルチプレクサＭ２を操作して、第２検出部２５と接続される第２電極部１３０を次々と切替えていくと、第２電位検出部２８で検出される電圧は、次々と変化していく。この電圧変化のうち、周波数ｆ２（ｆ２＝１／（Ｔ２×２））の成分は、各第２キャパシタＣ２の電圧情報を多く含み、それ以外の成分は、ノイズ信号を多く含む。ノイズ信号とは、圧電センサ１０の周囲に存在する電磁波から受けるノイズなどである。従って、第２バンドパスフィルタ２７によって、周波数ｆ２のみを検出することで、ノイズを効果的に除去することができる。

４．第４実施形態
　上記第１～第３実施形態では、キャパシタを有している構成について説明してきたが、キャパシタに代えて共振回路が設けられていてもよい。

（１）圧力検出装置の全体構造
　図７を用いて、本発明の第４実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図７は圧力検出装置の概略図である。

　圧力検出装置は、与えられた荷重の量と位置を検出する機能を有している。
　図７に示すように、第４実施形態に係る圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２０と、第１共振回路ＲＣ１を有している。圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３からなる。第１電極１２は、圧電層１１の第１主面に配置され、第１共振回路ＲＣ１を介して第１検出部２０と電気的に接続されている。第２電極１３は、圧電シート１１の第１主面とは反対側の第２主面に配置され、アースＥと接続されている。なお、第１電極１２と第２電極１３は、それぞれ圧電層１１の一面にわたって配置されている。以下で、圧力検出装置１の構成を詳細に説明するが。

（２）圧電センサ
　圧電センサ１０は、与えられた荷重に応じて電荷を発生させる装置である。図７に示すように、圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３からなる。

　有機圧電材料としては、フッ化物重合体又はその共重合体、キラリティーを有する高分子材料などが挙げられる。フッ化物重合体又はその共重合体としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－トリフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。キラリティーを有する高分子材料としては、Ｌ型ポリ乳酸や、ＲＣ型ポリ乳酸などが挙げられる。

　また、圧力検出装置１を、タッチパネルを備えた表示装置に適用する場合には、圧電シートを透明な材料により構成するか、又は、光が十分に透過できる程度に薄く構成することが好ましい。

（５）共振回路
　第１共振回路ＲＣ１は、外部から加わったエネルギーに反応して振動や共鳴などの現象を生じる電気回路であり、ＲＬＣ回路、ＬＣ回路からなる。なお、第１共振回路ＲＣ１は、バラクタを備えている。

（６）検出部
　第１検出部２０は、第１共振回路ＲＣ１における周波数の変化を検出する機器である。すなわち、第１検出部２０は、第１共振回路ＲＣ１の共振周波数の変化を検出するものである。

　上記のように、圧力検出装置１が構成されていると、第１電極１２は、第１共振回路ＲＣ１に接続されているため、圧電層１１で発生した電荷は、第１電極１２を経由して第１共振回路ＲＣ１に流れ込む。すると、流れ込んだ電荷によって、バラクタにバイアス電圧が加わり第１共振回路ＲＣ１の周波数は変化する。その結果、圧電層１１が押圧されたとき発生する電荷が微弱であっても、第１共振回路ＲＣ１の変化を第１検出部２０で検出すれば、上記電荷を容易に検出できるものとなっている。

５．第５実施形態
　次に、本発明の第５実施形態について説明する。基本的な構造は、第４実施形態と同じであるので、相違点について説明する。

（１）圧力検出装置の全体構造
　図８を用いて、本発明の第５実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図８は圧力検出装置１の概略図である。図８のＡ‐Ａ’断面図は「２．第２実施形態」で示した図３と同じである。

　図８に示すように、圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２０と、第１共振回路ＲＣ１と、第１マルチプレクサＭ１を有している。

　図３に示すように、圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を備えている。第１電極１２は圧電層１１の第１主面に配置され、第１電極部１２０を複数備えている。上記第１電極部１２０は、圧電層１１のＹ軸方向に平行に配列され、それぞれ第１共振回路ＲＣ１と接続されている。なお、第１電極１２と第１共振回路ＲＣ１は、第１マルチプレクサＭ１を介して第１検出部２０と接続されている。
　第２電極１３は、圧電層１１の第１主面とは反対側の第２主面に配置されている。図示しないが、第２電極１３は、第２主面の一面に配置され、アースＥと接続されている。

（２）マルチプレクサ
　第１マルチプレクサＭ１は、複数の入力をひとつの信号として出力する装置である。具体的には、複数の第１電極部１２０の中から１つの第１電極部１２０を選択し、選択された第１電極部１２０と第１検出部２０と接続する装置である。

　また、第１電極部１２０の切替は、マイコンやカスタムＩＣなどの記憶部に記憶されたプログラムを、ＣＰＵなどに実行させることにより実現してもよい。

　上記のように、圧力検出装置１が構成されると、第１電極部１２０は、第１共振回路ＲＣ１に接続されているため、圧電層１１で発生した電荷は、第１電極部１２０を経由して第１共振回路ＲＣ１に流れ込む。すると、流れ込んだ電荷によってバラクタにバイアス電圧が加わり、第１共振回路ＲＣ１の周波数は変化する。その結果、圧電層１１が押圧されたとき発生する電荷が微弱であっても、第１共振回路ＲＣ１の変化を第１検出部２０で検出すれば、上記電荷を容易に検出できるものとなっている。

　さらに、第１電極部１２０は、Ｙ軸方向に平行に複数配置されている。また、上記第１電極部１２０は、第１マルチプレクサＭ１を介して第１検出部２０と接続されている。
　そのため、第１検出部２０で検出された電荷が、複数存在する第１電極部１２０のうち、いずれの第１電極部１２０を経由したかを第１マルチプレクサＭ１で検出することができる。その結果、圧電センサ１０にかけられた荷重について、Ｘ軸方向の荷重位置を特定することができるものとなっている。

６．第６実施形態
　次に、本発明の第６実施形態について説明する。基本的な構造は、第４～第５実施形態と同じであるので、相違点について説明する。

（１）圧力検出装置の全体構造
　図９を用いて、本発明の第６実施形態に係る圧力検出装置の全体構造を説明する。図９は圧力検出装置の概略図である。

　図９に示すように、第６実施形態に係る圧力検出装置１は、圧電センサ１０と、第１検出部２０と、第２検出部２１と、第１共振回路ＲＣ１と、第２共振回路ＲＣ２と、第１マルチプレクサＭ１と、第２マルチプレクサＭ２を有している。

　圧電センサ１０は、圧電層１１と、第１電極１２と、第２電極１３を有している。第１電極１２は、圧電層１１の第１主面に配置され、第１電極部１２０を複数有している。複数の第１電極部１２０は、圧電層１１のＹ軸方向に平行に配列され、第１共振回路ＲＣ１にそれぞれ接続されている。なお、第１電極部１２０と第１共振回路ＲＣ１は、第１マルチプレクサＭ１を介して第１検出部２０と接続されている。

　第２電極１３は、圧電層１１の第１主面とは反対側の第２主面に配置され、第２電極部１３０を複数備えている。複数の第２電極部１３０は、圧電層１１のＸ軸方向に平行に配列され、第２共振回路ＲＣ２にそれぞれ接続されている。なお、第２電極部１３０と第２共振回路ＲＣ２は、第２マルチプレクサＭ２を介して第２検出部３１と接続されている。

（２）マルチプレクサ
　第１マルチプレクサＭ１、第２マルチプレクサＭ２は、複数の入力をひとつの信号として出力する装置である。第１マルチプレクサＭ１は、複数の第１電極部１２０の中から１つの第１電極部１２０を選択し、選択された第１電極部１２０と第１検出部２０と接続する装置である。第２マルチプレクサＭ２は、複数の第２電極部１３０の中から１つの第２電極部１３０を選択し、選択された第２電極部１３０と第２検出部２５と接続する装置である。

（３）検出部
　第１検出部２０と第２検出部２１は、第１共振回路ＲＣ１と第２共振回路ＲＣ２における周波数の変化をそれぞれ検出する機器である。すなわち、第１検出部２０と第２検出部２１は、第１共振回路ＲＣ１や第２共振回路ＲＣ２に流れ込んだとき、第１共振回路ＲＣ１や第２共振回路ＲＣ２の共振周波数の変化を検出するものである。

（４）共振回路
　第１共振回路ＲＣ１と第２共振回路ＲＣ２は、外部から加わったエネルギーに反応して振動や共鳴などの現象を生じる電気回路であり、ＲＬＣ回路、ＬＣ回路からなる。なお、第１共振回路ＲＣ１と第２共振回路ＲＣ２は、バラクタを備えていることが好ましい。

　上記のように、圧力検出装置１が構成されていると、第１電極部１２０は第１共振回路ＲＣ１と接続され、第２電極部１３０は第２共振回路ＲＣ２と接続される。そのため、圧電層１１で発生した電荷は、第１電極部１２０や第２電極部１３０を経由して、第１共振回路ＲＣ１、第２共振回路ＲＣ２に流れ込む。すると、流れ込んだ電荷によって、バラクタにバイアス電圧が加わり第１共振回路ＲＣ１や第２共振回路ＲＣ２の周波数は変化する。
　その結果、圧電層１１が押圧されたとき発生する電荷が微弱であっても、上記電荷を容易に検出できるものとなっている。

　さらに、第１電極１２は、Ｙ軸方向に平行に配置された第１電極部１２０を複数有し、第１電極部１２０は、第１マルチプレクサＭ１と接続されている。
　そのため、第１検出部２０で検出された電荷が、複数存在する第１電極部１２０のうち、いずれの第１電極部１２０を経由したかを第１マルチプレクサＭ１で検出できる。その結果、圧電センサ１０にかけられた荷重について、Ｘ軸方向の荷重位置を特定することができる。

　また、第２電極１３は、Ｙ軸方向とは垂直なＸ軸方向に平行に配置された第２電極部１３０を複数有し、第２電極部１３０は、第２マルチプレクサＭ２と接続されている。
　そのため、第２検出部２１で検出された電荷が、複数存在する第２電極部１２０のうち、いずれの第２電極部１２０を経由したかを第２マルチプレクサＭ２で検出できる。その結果、圧電センサ１０にかけられた荷重について、Ｙ軸方向の荷重位置を特定することができる。

　従って、上記第１マルチプレクサＭ１、第２マルチプレクサＭ２で得られた検出結果を組合せることにより、圧電センサ１０にかけられた荷重位置を検出できるようになっている。なお、荷重のかかった箇所が複数に及んだ場合も同様である。すなわち、上記圧力検出装置１によれば、マルチフォースが可能となっている。

７．第７実施形態
　上記第１～第６実施形態では、第１電極１２と第２電極１３に圧電層１１が挟まれた構成について説明してきたが、第１電極１２と第２電極１３の間に基準電極１１４が設けられていてもよい。

　図１０は、第７実施形態に係る圧電センサの断面図である。

　図１０に示すように、第７実施形態に係る圧電センサ１０は、第１電極１２と第２電極１３の間に基準電極１１４が設けられている。第１電極１２と基準電極１１４の間には第１圧電層１１０が設けられている。第２電極１３と基準電極１１４の間には第２圧電層１１１が設けられている。第１圧電シート１１０と第２圧電シート１１１の材質は、圧電層１１と同じである。基準電極１１４の材質も、第１電極１２や第２電極１３と同じである。
　このように、第１電極１２と第２電極１３との間に基準電極４０が設けられると、第１圧電シート１１０や第２圧電シート１１１で発生した電荷を第１電極１２と第２電極１３とで独立して検出できる。その結果、検出回路の設計が簡易になる。

８．その他の実施形態
　上記では、与えられた荷重の位置と量を圧電センサ１０で検出する例を示した。しかし、圧電センサ１０の上にタッチパネル５０を積層することで、与えられた荷重の位置と量を検出してもよい。
　圧電センサ１０の上にタッチパネル５０を積層することにより、与えられた荷重が圧電センサ１０で検出できないほど小さい場合（フェザータッチの場合）でも、タッチパネル５０を用いて与えられた荷重の位置を検出できる。

　１：　圧力検出装置
　１０：　圧電センサ
　１１：　圧電層
　１２：　第１電極
　１３：　第２電極
　２０：　第１検出部
　Ｃ１：　第１キャパシタ
　ＲＣ１：　第１共振回路

Claims

　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１キャパシタと、
　前記第１電極と前記第１キャパシタに接続される第１検出部と、
　を備える圧力検出装置。
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１キャパシタと、
　前記第１電極と前記第１キャパシタに接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１キャパシタに接続される第１電極部を複数備え、
　前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続する圧力検出装置。
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記第１電極に接続される第１キャパシタと、
　前記第１電極と前記第１キャパシタに接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第２電極に接続される第２キャパシタと、
　前記第２電極と前記第２キャパシタに接続される第２マルチプレクサと、
　前記第２マルチプレクサに接続される第２検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１キャパシタに接続される第１電極部を複数有し、
　前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続し、
　前記第２電極は、前記第２キャパシタに接続される第２電極部を複数有し、
　前記第２マルチプレクサは、前記第２検出部に対して複数の前記第２電極部を切替えて接続する圧力検出装置。
　前記第１電極部は、一の方向に平行な方向に配置され、
　前記第２電極部は、一の方向と交差する方向に配置される請求項３の圧力検出装置。
　前記第１検出部は、
　前記第１マルチプレクサと接続されるアンプ部と、
　前記第１アンプ部と接続される第１電圧検出器とを備える請求項１～４の圧力検出装置。
　前記第１検出部は、
　前記第１アンプ部と前記第１電圧検出器との間に接続され、下記式（１）で示される周波数ｆ１を有する第１バンドパスフィルタを備える請求項５の圧力検出装置。
　式（１）：ｆ１＝１／（Ｔ１×２）
　Ｔ１＝第１検出部を一の第１電極部に接続してから他の第１電極部に接続するまでに要する時間
　前記第２検出部は、
　前記第２マルチプレクサと接続される第２アンプ部と、
　前記第２アンプ部と接続される第２電圧検出器とを備える請求項３～４の圧力検出装置。
　前記第２検出部は、
　前記第２アンプ部と前記第２電圧検出器との間に接続され、下記式（２）で示される周波数ｆ２を有する備える第２バンドパスフィルタを備える請求項７の圧力検出装置。
　式（２）：ｆ２＝１／（Ｔ２×２）
　Ｔ２＝第２検出部を一の第２電極部に接続してから他の第２電極部に接続するまでに要する時間
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１共振回路と、
　前記第１電極と前記第１共振回路に接続される第１検出部と、
　を備える圧力検出装置。
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第１電極に接続される第１共振回路と、
　前記第１電極と前記第１共振回路に接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１共振回路に接続される第１電極部を複数備え、
前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続する圧力検出装置。
　入力手段によって押圧されると電荷を発生する圧電層と、
　前記圧電層の第１主面に配置される第１電極と、
　前記第１電極に接続される第１共振回路と、
　前記第１電極と前記第１共振回路に接続される第１マルチプレクサと、
　前記第１マルチプレクサに接続される第１検出部と、
　前記圧電層の前記第１主面とは反対側の第２主面に配置される第２電極と、
　前記第２電極に接続される第２共振回路と、
　前記第２電極と前記第２共振回路に接続される第２マルチプレクサと、
　前記第２マルチプレクサに接続される第２検出部と、を備え、
　前記第１電極は、前記第１共振回路に接続される第１電極部を複数有し、
前記第１マルチプレクサは、前記第１検出部に対して複数の前記第１電極部を切替えて接続し、
　前記第２電極は、前記第２共振回路に接続される第２電極部を複数有し、
前記第２マルチプレクサは、前記第２検出部に対して複数の前記第２電極部を切替えて接続する圧力検出装置。
　前記第１電極部は、一の方向に平行な方向に配置され、
　前記第２電極部は、一の方向と交差する方向に配置される請求項１１の圧力検出装置。
　前記共振回路がバラクタを備える請求項９～１２の圧力検出装置。
　請求項１～１３の圧力検出装置とタッチパネルを備えた入力装置。