WO2018003527A1 - センサ、センサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器 - Google Patents

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WO2018003527A1
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sensor
electrode
contraction
capacitance
expansion
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PCT/JP2017/022197
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川口 裕人
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ソニー株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/22Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in capacitance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance

Definitions

  • This technology relates to a capacitance type sensor, a sensor module including the same, a wearable terminal, and an electronic device.
  • the above optical measurement method has an advantage that the deformation and movement of the object can be measured without contact. That is, there is an advantage that there is no measurement influence on the deformation and movement of the object.
  • the above optical measurement method has a drawback that it cannot measure a portion that is not irradiated with measurement light. For example, when measuring the state of a gripped finger, it is easy to project measurement light to the outside of the finger, so it is possible to measure the state of the finger outside, but the measurement light is It is difficult to measure the state inside the finger.
  • a technique has been proposed in which a sensor is attached to the object itself to measure the deformation and movement of the object.
  • This sensor is a so-called flexible sensor or a stretchable sensor, and has a configuration in which electrodes are formed on a flexible and highly stretchable base material (see, for example, Patent Document 1). Sensors with cushioning properties that measure body pressure distribution in a sitting or sleeping state have already been put into practical use.
  • An object of the present technology is to provide a novel sensor that can be attached to a soft object or a human body, a sensor module including the sensor, a wearable terminal, and an electronic device.
  • a first technique includes a stretchable base material having a first surface and a second surface, a first sensor that detects a change in capacitance due to the stretching of the first surface, A second sensor that detects a change in capacitance due to expansion and contraction of the second surface, and the first sensor and the second sensor are opposed to each other with a base material interposed therebetween.
  • the second technology is a sensor module including a sensor of the first technology and a control unit that measures the bending and expansion / contraction of the sensor from the capacitance of the first sensor and the capacitance of the second sensor.
  • the third technology is a wearable terminal including the sensor of the first technology.
  • the fourth technology is an electronic device including the sensor of the first technology.
  • This technology can realize a new sensor that can be attached to a soft object or a human body.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to the first embodiment of the present technology.
  • FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a plan view showing the configuration of the second surface of the sensor.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing the state of the extended sensor.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state of the contracted sensor.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing a state of the sensor bent so that the first surface is convex.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to the first embodiment of the present technology.
  • FIG. 2A is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 2A
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state of the sensor bent so that the second surface is convex.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the controller IC.
  • FIG. 6A is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor. 6B is a cross-sectional view taken along the line VIB-VIB in FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a plan view showing the configuration of the second surface of the sensor.
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • FIG. 10A is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line XB-XB in FIG. 10A.
  • FIG. 10C is a plan view showing the configuration of the second surface of the sensor.
  • FIG. 11A is a plan view of a mesh sensor.
  • FIG. 11B is a plan view of a branched sensor.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor according to the second embodiment of the present technology.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sensor.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view showing the configuration of the sensor.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to the third embodiment of the present technology.
  • FIG. 15A is a plan view showing the configuration of the first surface of the sensor.
  • FIG. 15B is a sectional view taken along line XVB-XVB in FIG. 15A.
  • the electronic device 10 includes a sensor module 11 and a host device 12 that is a main body of the electronic device 10.
  • the electronic device 10 can measure the movement of a human body and deformation of an object, and may be a wearable terminal such as a smart watch, a wristband, a ring, glasses, shoes, or clothes.
  • the sensor module 11 includes a sensor 20 and a controller IC 13 as a control unit.
  • the sensor module 11 can measure the bending and expansion / contraction of the sensor 20 at the same time. For this reason, the sensor module 11 can measure a complex deformation of the object to which the sensor 20 is attached and a movement of the human body.
  • the sensor module 11 ⁇ / b> A calculates the bending amount and the expansion / contraction amount of the sensor 20 based on the output signal from the sensor 20, and outputs it to the host device 12.
  • the sensor 20 has elasticity and can be attached to a human body or an object.
  • the sensor 20 detects an electrostatic capacity corresponding to the bending and expansion / contraction of the sensor 20 and outputs an output signal corresponding to the electrostatic capacity to the controller IC 13.
  • ⁇ Wearing on human body> it is possible to measure the movement of the human body by attaching the sensor 20 to a movable part of the human body such as a finger, a wrist, and an elbow.
  • a movable part of the human body such as a finger, a wrist, and an elbow.
  • Examples of the form of the sensor 20 include, but are not limited to, gloves, wristbands, sports supporters, rings, glasses, shoes, insoles, clothes, and the like.
  • ⁇ Mounting on objects> By mounting the sensor 20 on a relatively flexible object such as a pillow, a cushion, or a bed mat, the deformation state of the object can be measured.
  • Improve sleeping by measuring posture at bedtime and optimize sleeping gear
  • Improve sitting posture and optimize sitting tool by measuring cushion and chair deformation during sitting
  • the controller IC 13 determines whether bending or expansion / contraction of the sensor 20 has been performed on the sensor 20 based on an output signal corresponding to the capacitance supplied from the sensor 20, and determines the bending amount and expansion / contraction amount of the sensor 20. Output to the host device 12.
  • the host device 12 executes various processes based on information supplied from the controller IC 13.
  • the host device 12 can communicate with an external device using a predetermined wireless communication standard such as Bluetooth (registered trademark) to exchange information.
  • the host device 12 may supply the data acquired by the sensor 20 to an external device wirelessly. Examples of external devices include, but are not limited to, tablet computers, personal computers, mobile phones such as smartphones, and portable game devices.
  • the host device 12 may supply the data acquired by the sensor 20 to an external device by wire.
  • the host device 12 may include a display device such as a liquid crystal display, an electroluminescence (EL) display, and electronic paper, and may display data acquired by the sensor 20.
  • the sensor 20 is a flexible sheet, and is provided on the stretchable base material 21 and the first surface S1, as shown in FIGS. 2A to 2C.
  • the first and second sensors SE ⁇ b> 1 and SE ⁇ b> 2 are opposed to each other through the base material 21.
  • the first and second sensors SE1 and SE2 facing each other constitute a sensing unit for measuring the bending and expansion / contraction of the sensor 20.
  • the sensor 20 When the sensor 20 is viewed from a direction perpendicular to the first surface S1 or the second surface S2, it has a strip shape.
  • the sensor 20 may have transparency with respect to visible light, or may have opacity.
  • axes orthogonal to each other in the first surface S1 or the second surface S2 are referred to as an X axis and a Y axis, respectively, and an axis perpendicular to the first surface S1 or the second surface S2 is referred to as a Z axis.
  • Bending the sensor 20 so that the first surface S1 is convex is referred to as upward bending (see FIG. 4A), and bending the sensor 20 so that the second surface S2 is convex is downward bending (see FIG. 4A). 4B).
  • the base material 21 has a sheet shape.
  • the base material 21 includes, for example, an insulating elastomer as an insulating stretchable material.
  • the base material 21 may contain an additive as necessary.
  • the additive for example, one or more of a crosslinking agent, a plasticizer, an anti-aging agent, a surfactant, a viscosity modifier, a reinforcing agent, a colorant, and the like can be used.
  • the insulating elastomer for example, one or more of silicone resin, acrylic resin, urethane resin, and the like can be used.
  • the first sensor SE1 is provided on the first surface S1, and includes first and second electrodes 22 and 23 having elasticity.
  • the second sensor SE2 is provided on the second surface S2, and is configured by third and fourth electrodes 24, 25 having elasticity.
  • the first to fourth electrodes 22 to 25 are connected to the controller IC 13 via a flexible printed circuit (FPC) (not shown).
  • FPC flexible printed circuit
  • the first and second electrodes 22 and 23 are configured to be capable of forming capacitive coupling
  • the third and fourth electrodes 24 and 25 are configured to be capable of forming capacitive coupling.
  • the first and second electrodes 22 and 23 have a comb-teeth shape and are provided so as to mesh the comb-teeth portions on the first surface S1.
  • the third and fourth electrodes 24 and 25 have a comb-teeth shape, and are provided so as to mesh the comb-teeth portions on the second surface S2.
  • the first electrode 22 includes a plurality of electrode element portions 22a having a linear shape and a connecting portion 22b having a linear shape.
  • the second electrode 23 includes a plurality of electrode element portions 23a having a linear shape and a connecting portion 23b having a linear shape.
  • the plurality of electrode element portions 22a and 23a extend in the Y-axis direction and are alternately spaced at predetermined intervals in the X-axis direction. Adjacent electrode element portions 22a and 23a are configured to be capable of forming capacitive coupling.
  • the connecting portion 22b is provided on one end side of the plurality of electrode element portions 22a and 23a and extends in the Y-axis direction. One end of the plurality of electrode element portions 22a is connected to the connecting portion 22b, whereas one end of the plurality of electrode element portions 23a is separated from the connecting portion 22b by a predetermined distance.
  • the connecting portion 23b is provided on the other end side of the plurality of electrode element portions 22a and 23a, and extends in the Y-axis direction. The other ends of the plurality of electrode element portions 23a are connected to the connecting portion 22b, while the other ends of the plurality of electrode element portions 22a are separated from the connecting portion 22b by a predetermined distance.
  • the third electrode 24 includes a plurality of electrode element portions 24a having a linear shape and a connecting portion 24b having a linear shape.
  • the fourth electrode 25 includes a plurality of electrode element portions 25a having a linear shape and a connecting portion 25b having a linear shape.
  • the electrode element portions 24a and 25a and the connecting portions 24b and 25b have the same configuration as the electrode element portions 22a and 23a and the connecting portions 22b and 23b.
  • the first to fourth electrodes 22 to 25 have elasticity, and are configured to be deformable following the bending and expansion / contraction of the base material 21.
  • the first to fourth electrodes 22 to 25 include, for example, a conductive material and a binder (binder).
  • the first to fourth electrodes 22 to 25 may further contain an additive as necessary.
  • the first to fourth electrodes 22 to 25 may be opaque electrodes that are opaque to visible light, or may be transparent electrodes that are transparent to visible light.
  • the conductive material may be conductive particles.
  • Examples of the shape of the conductive particles include a spherical shape, an ellipsoidal shape, a needle shape, a plate shape, a scale shape, a tube shape, a wire shape, a rod shape (rod shape), and an indefinite shape. It is not something. Two or more kinds of particles having the above shapes may be used in combination.
  • the conductive material one or more of metals, metal oxides, carbon materials, and conductive polymers can be used.
  • the metal is defined to include a semi-metal.
  • metals include copper, silver, gold, platinum, palladium, nickel, tin, cobalt, rhodium, iridium, iron, ruthenium, osmium, manganese, molybdenum, tungsten, niobium, tantel, titanium, bismuth, antimony, lead, and the like. However, it is not limited to these.
  • the metal oxide examples include indium tin oxide (ITO), zinc oxide, indium oxide, antimony-added tin oxide, fluorine-added tin oxide, aluminum-added zinc oxide, gallium-added zinc oxide, silicon-added zinc oxide, and zinc oxide- Examples thereof include, but are not limited to, a tin oxide system, an indium oxide-tin oxide system, and a zinc oxide-indium oxide-magnesium oxide system.
  • ITO indium tin oxide
  • zinc oxide indium oxide
  • indium oxide antimony-added tin oxide
  • fluorine-added tin oxide aluminum-added zinc oxide
  • gallium-added zinc oxide gallium-added zinc oxide
  • silicon-added zinc oxide silicon-added zinc oxide
  • zinc oxide- Examples thereof include, but are not limited to, a tin oxide system, an indium oxide-tin oxide system, and a zinc oxide-indium oxide-magnesium oxide system.
  • the carbon material examples include, but are not limited to, carbon black, porous carbon, carbon fiber, fullerene, graphene, carbon nanotube, carbon microcoil, and nanohorn.
  • the conductive polymer for example, substituted or unsubstituted polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and one or two (co) polymers selected from these can be used, but are not limited thereto. is not.
  • the binder it is preferable to use an elastomer. This is because good stretchability can be imparted to the first to fourth electrodes 22 to 25.
  • the elastomer for example, one or more of silicone resin, acrylic resin, urethane resin, and the like can be used.
  • the additive for example, one or more of a crosslinking agent, a plasticizer, an anti-aging agent, a surfactant, a viscosity modifier, a reinforcing agent, a colorant, and the like can be used.
  • Examples of the material of the first to fourth electrodes 22 to 25 include a conductive ink in which metal powder is dispersed in a highly stretchable thermoplastic resin or thermosetting resin, a conductive ink using carbon nanotubes as a conductor, silver Conductive ink in which nanowires are dispersed in a solvent, rolled copper or electrolytic copper foil used for flexible printed circuit boards, metal films formed by plating, metal films formed by sputtering or vapor deposition, ITO, etc.
  • An oxide conductive film, an organic conductor such as PEDOT / PSS, a conductive fiber in which a metal film is formed on the fiber by plating, or the like may be used.
  • a printing method such as screen printing, gravure printing, gravure offset printing, flexographic printing, ink jet printing, or a patterning method using a photolithography technique may be used. it can.
  • the capacitances of the first and second sensors SE1 and SE2 are represented by symbols C1 and C2, respectively, and the capacitances (initial capacitances) of the first and second sensors SE1 and SE2 in the initial state. Is represented by the symbols C1 (0) and C2 (0).
  • Capacitance change during shrinkage As shown in FIG. 3B, when the sensor 20 is contracted in the in-plane direction of the planar first and second surfaces S1 and S2, the first and second surfaces S1 and S2 are the first and second surfaces in the initial state. Shrink from the surfaces S1 and S2. Thereby, the space
  • Capacitance change during upward bending As shown in FIG. 4A, when the sensor 20 is bent so that the first surface S1 is convex (when the sensor 20 is bent upward), the first surface S1 extends from the first surface S1 in the initial state. On the other hand, the second surface S2 shrinks from the second surface S2 in the initial state. As a result, the distance D1 between the electrode element portions 22a and 23a increases from the distance D1 in the initial state, and the capacitance C1 of the first sensor SE1 decreases, whereas the distance D2 between the electrode element portions 24a and 25a is the initial value. The capacitance C2 of the second sensor SE2 increases from the state interval D2.
  • Capacitance change during downward bending As shown in FIG. 4B, when the sensor 20 is bent so that the second surface S2 is convex (when the sensor 20 is bent downward), the first surface S1 contracts from the first surface S1 in the initial state. On the other hand, the second surface S2 extends from the second surface S2 in the initial state. As a result, the distance D1 between the electrode element portions 22a and 23a decreases from the distance D1 in the initial state, and the capacitance C1 of the first sensor SE1 increases, whereas the distance D2 between the electrode element portions 24a and 25a is the initial value. The capacitance C2 of the second sensor SE2 decreases from the state interval D2.
  • the controller IC 13 has a plurality of threshold values ⁇ a and ⁇ b.
  • the threshold value + a is used to determine whether or not the sensor 20 is contracted, and the threshold value ⁇ a is used to determine whether or not the sensor 20 is extended.
  • the threshold value + b is used to determine whether or not the sensor 20 is bent downward, and the threshold value ⁇ b is used to determine whether or not the sensor 20 is bent upward.
  • the controller IC 13 has a memory as a recording unit, and in this memory, a first conversion table for converting ⁇ A into the amount of expansion and contraction of the sensor 20, and ⁇ B into the amount of upward bending and the amount of downward bending of the sensor 20.
  • the second conversion table is stored.
  • the controller IC 13 calculates ⁇ A and ⁇ B from the capacitances C1 and C2 supplied from the first and second sensors SE1 and SE2.
  • the controller IC 13 converts the calculated ⁇ A into an extension amount or a contraction amount using the first conversion table and outputs it to the host device 12, and calculates the calculated ⁇ B using the second conversion table as an upper bending amount or a lower bending amount. It is converted into a quantity and output to the host device 12.
  • controller IC 13 executes the driving (detection operation) of the first sensor SE1 and the second sensor SE2 alternately with time shift (time division). This is because the signals of the first and second sensors SE1 and S2 can be suppressed from crosstalk through the base material 21.
  • the controller IC 13 acquires initial capacitances C1 (0) and C2 (0) in advance and stores them in a memory as a storage unit.
  • step S11 the controller IC 13 acquires the capacitances C1 and C2 of the first and second sensors SE1 and SE2 every predetermined time.
  • step S14 the controller IC 13 determines whether or not ⁇ A is larger than the threshold value a. If it is determined in step S14 that ⁇ A is larger than the threshold value a, in step S15, the controller IC 13 converts ⁇ A into a contraction amount using the first conversion table and outputs it to the host device 12, and then performs processing. Proceed to step S19. On the other hand, when it is determined in step S14 that ⁇ A is not larger than the threshold value a, in step S16, the controller IC 13 determines whether ⁇ A is smaller than the threshold value ⁇ a.
  • step S17 If it is determined in step S16 that ⁇ A is smaller than the threshold ⁇ a, in step S17, the controller IC 13 converts ⁇ A into an expansion amount using the first conversion table, and outputs it to the host device 12 before processing. Advances to step S19. On the other hand, if it is determined in step S16 that ⁇ A is not smaller than the threshold ⁇ a, in step S18, the controller IC 13 determines that the sensor 20 has not expanded or contracted, and the process proceeds to step S19.
  • step S19 the controller IC 13 determines whether or not ⁇ B is larger than the threshold value b. If it is determined in step S19 that ⁇ A is larger than the threshold value b, in step S20, the controller IC 13 converts ⁇ B into a downward bending amount using the second conversion table, and outputs it to the host device 12 before processing. Is returned to step S11. On the other hand, when it is determined in step S19 that ⁇ A is not larger than the threshold value b, in step S21, the controller IC 13 determines whether ⁇ B is smaller than the threshold value ⁇ b.
  • step S21 If it is determined in step S21 that ⁇ A is smaller than the threshold ⁇ b, in step S22, the controller IC 13 converts ⁇ B into an upper bending amount using the second conversion table, and outputs it to the host device 12. The process returns to step S11. On the other hand, if it is determined in step S21 that ⁇ A is not smaller than the threshold ⁇ b, in step S23, the controller IC 13 determines that the sensor 20 is not bent, and the process returns to step S11.
  • the sensor 20 includes a stretchable base material having first and second surfaces S1 and S2, a first sensor SE1 that detects a change in capacitance due to expansion and contraction of the first surface S1, and A second sensor SE2 that detects a change in capacitance due to expansion and contraction of the second surface S2.
  • the first and second sensors SE ⁇ b> 1 and SE ⁇ b> 2 are opposed to each other through the base material 21. Therefore, a novel sensor that can be attached to a soft object or a human body can be realized.
  • the sensor module 11 includes a sensor 20 and a sum ⁇ A and a difference ⁇ B of capacitance changes ⁇ C1 and ⁇ C2 of the first and second sensors SE1 and SE2 based on an output signal from the sensor 20. And a controller IC 13 for calculating.
  • the controller IC 13 can convert the calculated ⁇ A into the amount of expansion or contraction of the sensor 20 and can convert the calculated ⁇ B into the upper bending amount or the lower bending amount of the sensor 20. Therefore, the bending and expansion / contraction of the sensor 20 can be measured simultaneously. Thereby, when the sensor 20 is mounted on the human body, the movement of the human body can be measured by the sensor 20, and when the sensor 20 is mounted on the object, the sensor 20 deforms the object. Can be measured. Further, since the bending and expansion / contraction of the sensor 20 can be measured at the same time, it is possible to measure a minute shape deformation of a soft object and a complicated movement of the human body.
  • a plurality of first sensors SE1 are provided on the first surface S1
  • a plurality of second sensors SE2 are provided on the second surface S2
  • the first and second sensors SE1, SE2 are You may comprise the group which opposes through the base material 21.
  • the first and second electrodes 22 and 23 are configured by individual electrodes by the plurality of first sensors SE1
  • the third and fourth electrodes 24 and 25 are also configured by the plurality of second sensors SE2. Consists of individual electrodes. This method is applied to a mutual capacitance type sensor.
  • a configuration in which a plurality of sets of the first and second sensors SE1 and SE2 are provided as described above, it is possible to measure the state of local expansion / contraction and bending of the sensor 20.
  • the plurality of first sensors SE1 may be arranged one-dimensionally on the first surface S1 as shown in FIG. 6A, or 2 on the first surface S1 as shown in FIGS. It may be arranged in a dimension. As shown in FIG. 9, a part of the plurality of first sensors SE1 is arranged one-dimensionally on the first surface S1, and the rest is arranged two-dimensionally on the first surface S1. May be.
  • FIG. 7 shows an example in which a plurality of first sensors SE1 are two-dimensionally arranged radially. In FIG. 8, a plurality of first sensors SE1 are two-dimensionally arranged to form a row in the X and Y directions.
  • the two-dimensional arrangement is not limited to this example, and various arrangement forms can be adopted in consideration of an object on which the sensor 20 is mounted.
  • the plurality of second sensors SE2 are also arranged on the second surface S2 in the same manner as the plurality of first sensors SE1.
  • Modification 2 instead of the configuration of the first and second sensors SE1, SE2 in the first modification, the following configuration may be adopted. That is, as shown in FIGS. 10A to 10C, one of the first and second electrodes 22 and 23 is configured as an electrode shared by a plurality of first sensors SE1, and the other electrode is a plurality of electrodes.
  • the first sensor SE1 may be composed of individual electrodes.
  • one of the third and fourth electrodes 24 and 25 is configured by an electrode shared by the plurality of second sensors SE2, and the other electrode is configured by an individual electrode by the plurality of second sensors SE2. May be. This method is applied to a self-capacitance type sensor, and a common electrode is generally a ground electrode.
  • the plurality of first and second sensors SE1 and SE2 may be arranged one-dimensionally on the first surface S1 and the second surface S2 as in the first modification. It may be arranged two-dimensionally.
  • the shape of the sensor 20 is not limited to this, and can be selected according to a target to which the sensor 20 is attached. .
  • the sensor 20 may have a mesh shape as shown in FIG. 11A or a branch shape as shown in FIG. 11B.
  • various shapes such as a radial shape, a stripe shape, a meander shape, a concentric shape, a spiral shape, a spider web shape, a tree shape, a fish bone shape, a ring shape, a lattice shape, and an indefinite shape can be employed.
  • the state where the sensor 20 is not expanded or bent is set as an initial state, but at least one of expansion and contraction is added to the sensor 20 in advance.
  • the state may be the initial state.
  • the initial state may be a state in which the sensor 20 is wound around the wrist or the like.
  • the controller IC acquires the electrostatic capacities of the first and second sensors SE1 and SE2 in a state where the sensor 20 is mounted on an object or a human body as initial electrostatic capacities C1 (0) and C2 (0). do it.
  • Modification 5 In the first embodiment, the configuration in which the controller IC 13 stores the first and second conversion tables in the memory has been described. However, the controller IC 13 may store the first and second conversion formulas in the memory. In this case, the controller IC 13 converts ⁇ A into an amount of expansion or contraction using the first conversion formula, and converts ⁇ B into an upper bending amount or a lower bending amount using the second conversion formula.
  • Modification 6 In the first embodiment, the configuration in which the sensor module 11 simultaneously measures the bending and expansion / contraction of the sensor 20 has been described. However, the sensor module 11 is configured to measure only one of the bending and expansion / contraction of the sensor 20. May be.
  • the portion that touches the human body may be made of a material that does not easily induce allergies or rashes.
  • a material for example, silicone
  • the electronic device 10 may be used as a wearable band. Since the wearable band generally changes in shape between wearing and non-wearing, the sensor 20 can detect this deformation and automatically turn off the power when the band is removed. Is possible.
  • the sensor 20A according to the second embodiment of the present technology is different from the first embodiment in that the sensor 20A includes a base material 21a including a stretchable ground electrode 21b. Note that in the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the ground electrode 21b has, for example, a sheet shape, a mesh shape, a lattice shape, a concentric shape, a spiral shape, a stripe shape, or an indefinite shape.
  • the ground electrode 21b includes, for example, a conductive material and a binder (binder).
  • the ground electrode 21b may contain an additive as necessary. These conductive materials, binders and additives are the same as those of the first to fourth electrodes 22 to 25.
  • the base 21a includes a ground electrode 21b, a stretchable insulating resin layer 21c provided on the first surface of the ground electrode 21b, and a stretchable insulating resin provided on the second surface of the ground electrode 21b.
  • the insulating resin layers 21c and 21d may include a stretchable sheet and a bonding layer that bonds the sheet to the ground electrode 21b, or may be a stretchable coating layer.
  • the bonding layer is comprised with the adhesive agent.
  • pressure-sensitive adhesion is defined as a kind of adhesion. According to this definition, the adhesive layer is regarded as a kind of adhesive layer.
  • the sensor 20A is provided on the first sensor SE1 on the ground electrode (first ground electrode) 26b provided apart from the first sensor SE1 and on the second sensor SE2. You may make it provide the ground electrode (2nd ground electrode) 25b provided apart from 2 sensor SE2.
  • the sensor 20A is provided on the insulating resin layer 26a and the stretchable insulating resin layer 26a provided on the first surface S1 so as to cover the first and second electrodes 22 and 23.
  • the ground electrode 26b, the stretchable insulating resin layer 27a provided on the second surface S2 so as to cover the third and fourth electrodes 24, 25, and the ground electrode provided on the insulating resin layer 27a 27b.
  • the insulating resin layers 26a and 27a may have the same configuration as the insulating resin layers 21c and 21d in the second embodiment, or may include a bonding layer.
  • the bonding layer preferably contains insulating fine particles. This is because contact between the first sensor SE1 and the ground electrode 26b and contact between the second sensor SE2 and the ground electrode 27b can be suppressed.
  • the ground electrodes 26b and 27b are the same as the ground electrode 21b in the second embodiment.
  • Modification 2 In Modification 1, as shown in FIG. 13B, a base material 21 may be adopted instead of the base material 21a. However, from the viewpoint of crosstalk suppression, it is preferable to employ the base material 21a.
  • the configuration described in the first to third modifications of the first embodiment may be applied to the sensor 20A according to the second embodiment.
  • the electronic device 10 according to the first embodiment may include the sensor 20A according to the second embodiment or the modifications 1 and 2 instead of the sensor 20.
  • the electronic device 10A according to the third embodiment of the present technology includes a sensor module 11A and a host device 12A that is a main body of the electronic device 10A. Note that in the third embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the sensor module 11A includes a sensor 20B and controller ICs 13 and 14 as control units.
  • the sensor module 11A can detect bending and expansion / contraction of the sensor 20B and a touch operation on the surface of the sensor 20, and outputs information corresponding to the detection result to the host device 12A.
  • the sensor 20 detects a capacitance according to the bending and expansion / contraction of the sensor 20 and outputs an output signal corresponding to the capacitance to the controller IC 13. Moreover, the electrostatic capacitance according to touch operation with respect to the surface of the sensor 20 is detected, and the output signal according to it is output to controller IC14.
  • the controller IC 14 calculates the position coordinates of the touch operation based on the output signal from the sensor 20B and outputs it to the host device 12A.
  • the host device 12A executes various processes based on information supplied from the controller ICs 13 and 14.
  • the host device 12A includes a display device, and based on information such as the position coordinates of the touch operation supplied from the sensor module 11A, displays character information and image information on the display device, moves the cursor displayed on the display device, and Processing such as screen scrolling may be executed.
  • the sensor 20B includes a first area R1 that measures bending and expansion and contraction, and a second area R2 that detects position coordinates of a touch operation.
  • the first area R1 is provided with a pair of first and second sensors SE1 and SE2 that face each other with the base material 21 interposed therebetween.
  • a capacitive third sensor SE3 for detecting the position coordinates of the touch operation is provided.
  • the third sensor SE3 is provided on at least one of the first surface S1 and the second surface S2.
  • 15 and 15B show an example in which the third sensor SE3 is provided on the first surface S1.
  • the third sensor SE3 includes a plurality of sensing units SEa that are one-dimensionally arranged on at least one of the first surface S1 and the second surface S2.
  • the sensing part SEa is composed of fifth and sixth electrodes 28 and 29 having elasticity.
  • the fifth and sixth electrodes 28 and 29 are configured to be capable of forming capacitive coupling.
  • the fifth electrode 28 includes a plurality of electrode element portions 28a and a connecting portion 28b.
  • the sixth electrode 29 includes a plurality of electrode element portions 29a and a connecting portion 29b.
  • the electrode element portions 28a and 29a and the connecting portions 28b and 29b have the same configuration as the electrode element portions 22a and 23a and the connecting portions 22b and 23b.
  • a first area R1 provided with a pair of first and second sensors SE1 and SE2 opposed via a base material 21 and a third sensor SE3 provided. Two areas R2 are provided. Therefore, the bending and expansion / contraction of the first area R1 can be measured, and the touch operation of the second area R2 can be detected.
  • the third sensor SE3 may include a plurality of sensing units SEa that are two-dimensionally arranged on at least one of the first surface S1 and the second surface S2. In this case, the two-dimensional position coordinates (X, Y) can be detected in the second area R2.
  • the configurations described in the first to eighth modifications of the first embodiment may be applied to the sensor 20B and the electronic device 10A according to the third embodiment. Further, in the sensor 20B according to the third embodiment, the base material 21a in the second embodiment may be adopted, or the insulating resin layers 26a, 27a in the first and second modifications of the second embodiment. The ground electrodes 26b and 27b may be employed.
  • the present technology can also employ the following configurations.
  • a stretchable substrate having a first surface and a second surface;
  • a first sensor for detecting a change in capacitance due to expansion and contraction of the first surface;
  • a second sensor for detecting a change in capacitance due to expansion and contraction of the second surface,
  • the first sensor and the second sensor are opposed to each other through the base material.
  • the first sensor is provided on the first surface and includes a first electrode and a second electrode having elasticity
  • the sensor according to (1), wherein the second sensor is provided on the second surface and includes a third electrode and a fourth electrode having elasticity.
  • the first electrode and the second electrode are configured to be capable of forming capacitive coupling, The sensor according to (2), wherein the third electrode and the fourth electrode are configured to be capable of forming capacitive coupling.
  • the first electrode and the second electrode have electrode element portions that are provided alternately and spaced apart in one direction, The sensor according to (2) or (3), wherein the third electrode and the fourth electrode have electrode element portions that are provided alternately and spaced apart in the one direction.
  • the first electrode and the second electrode have a comb-like shape, and are provided so as to mesh the comb-tooth portion, The sensor according to any one of (2) to (4), wherein the third electrode and the fourth electrode have a comb-like shape and are provided so as to mesh with a comb-tooth portion.
  • One of the first electrode and the second electrode is grounded; The sensor according to any one of (2) to (5), wherein one of the third electrode and the fourth electrode is grounded.
  • a plurality of sets of the first sensor and the second sensor facing each other through the base material are provided, One of the first electrode and the second electrode is configured by an electrode shared by a plurality of the first sensors, and the other is configured by an individual electrode by the plurality of first sensors, One of the third electrode and the fourth electrode is configured by an electrode shared by the plurality of second sensors, and the other is configured by an individual electrode by the plurality of second sensors (2).
  • a plurality of sets of the first sensor and the second sensor facing each other through the base material are provided, The sensor according to any one of (1) to (7), wherein the plurality of sets are arranged one-dimensionally or two-dimensionally in an in-plane direction of the base material. (9) The sensor according to any one of (1) to (8), wherein a sensing unit for measuring bending and expansion / contraction of the sensor is configured by the opposing first sensor and second sensor. (10) The capacitance type third sensor for detecting the position coordinate of the touch operation is further provided on at least one of the first surface and the second surface, according to any one of (1) to (9). Sensor.
  • the said 3rd sensor is a sensor as described in (10) comprised by the 5th electrode and 6th electrode which have a stretching property.
  • a sensor module comprising: a controller that measures bending and expansion / contraction of the sensor from the capacitance of the first sensor and the capacitance of the second sensor.
  • the said control part is a sensor module as described in (14) which measures the bending and expansion / contraction of the said sensor from the sum and difference of the electrostatic capacitance change of a said 1st sensor, and the electrostatic capacitance change of a said 2nd sensor.
  • a wearable terminal comprising the sensor according to any one of (1) to (13).
  • An electronic device comprising the sensor according to any one of (1) to (13).

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Abstract

センサは、第1面および第2面を有する伸縮性の基材と、第1面の伸縮による静電容量の変化を検出する第1センサと、第2面の伸縮による静電容量の変化を検出する第2センサとを備える。第1センサと第2センサとは、基材を介して対向している。

Description

センサ、センサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器
 本技術は、静電容量式のセンサ、それを備えるセンサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器に関する。
 近年、クッションやボールなどの柔らかな物体の変形、および腕や指などの人体の動きを計測する技術が研究されている。例えば、レーザー変位計などの光学的な測定方法によって物体表面との距離を細かく計測することにより、柔らかな物体を指で押したときの物体の変形を計測することが可能である。人体の動きについても上記方法で計測することが可能である。
 上記の光学的な計測方法には、非接触で対象物の変形や動きを計測できるという利点がある。すなわち、対象物の変形や動きに対する測定の影響がないという利点がある。しかしながら、上記の光学的な計測方法には、計測光が当たっていない部分の計測をすることができないという欠点がある。例えば、握った指の状態を計測するような場合、指の外側には測定光を投射することは容易であるため、指の外側の状態を計測可能であるが、指の内側には測定光を投射することが難しいため、指の内側の状態を計測することは困難である。
 このため、物体そのものにセンサを貼り付けて、対象物の変形や動きを計測する技術が提案されている。このセンサは、いわゆるフレキシブルセンサ、またはストレッチャブルセンサと呼ばれものであり、柔軟で伸縮性の高い基材に電極を形成した構成を有している(例えば特許文献1参照)。座った状態や寝ている状態の体圧分布を計測する、クッション性を持ったセンサなどは既に実用化されている。
特開2014-219263号公報
 本技術の目的は、柔らかな物体や人体に装着可能な新規なセンサ、それを備えるセンサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器を提供することにある。
 上述の課題を解決するために、第1の技術は、第1面および第2面を有する伸縮性の基材と、第1面の伸縮による静電容量の変化を検出する第1センサと、第2面の伸縮による静電容量の変化を検出する第2センサとを備え、第1センサと第2センサとは、基材を介して対向しているセンサである。
 第2の技術は、第1の技術のセンサと、第1センサの静電容量と第2センサの静電容量とから、センサの曲げおよび伸縮を計測する制御部とを備えるセンサモジュールである。
 第3の技術は、第1の技術のセンサを備えるウェアラブル端末である。
 第4の技術は、第1の技術のセンサを備える電子機器である。
 本技術によれば、柔らかな物体や人体に装着可能な新規なセンサを実現できる。
図1は、本技術の第1の実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。 図2Aは、センサの第1面の構成を示す平面図である。図2Bは、図2AのIIB-IIB線に沿った断面図である。図2Cは、センサの第2面の構成を示す平面図である。 図3Aは、伸ばされたセンサの状態を示す断面図である。図3Bは、縮まされたセンサの状態を示す断面図である。 図4Aは、第1面が凸状となるように曲げられたセンサの状態を示す断面図である。図4Bは、第2面が凸状となるように曲げられたセンサの状態を示す断面図である。 図5は、コントローラICの動作を説明するためのフローチャートである。 図6Aは、センサの第1面の構成を示す平面図である。図6Bは、図6AのVIB-VIB線に沿った断面図である。図6Cは、センサの第2面の構成を示す平面図である。 図7は、センサの第1面の構成を示す平面図である。 図8は、センサの第1面の構成を示す平面図である。 図9は、センサの第1面の構成を示す平面図である。 図10Aは、センサの第1面の構成を示す平面図である。図10Bは、図10AのXB-XB線に沿った断面図である。図10Cは、センサの第2面の構成を示す平面図である。 図11Aは、メッシュ状のセンサの平面図である。図11Bは、分枝状のセンサの平面図である。 図12は、本技術の第2の実施形態に係るセンサの構成を示す断面図である。 図13Aは、センサの構成を示す断面図である。図13Bは、センサの構成を示す断面図である。 図14は、本技術の第3の実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。 図15Aは、センサの第1面の構成を示す平面図である。図15Bは、図15AのXVB-XVB線に沿った断面図である。
 本技術の実施形態について以下の順序で説明する。
1 第1の実施形態(センサ、センサモジュールおよびそれを備える電子機器の例)
 1.1 電子機器
 1.2 センサの構成
 1.3 第1、第2センサの静電容量変化
 1.4 コントローラICの動作
 1.5 効果
 1.6 変形例
2 第2の実施形態(接地電極を含む基材を備えるセンサの例)
 2.1 センサの構成
 2.2 効果
 2.3 変形例
3 第3の実施形態(センサ、センサモジュールおよびそれを備える電子機器の例)
 3.1 電子機器の構成
 3.2 センサの構成
 3.3 効果
 3.4 変形例
<1 第1の実施形態>
[1.1 電子機器の構成]
 本技術の第1の実施形態に係る電子機器10は、図1に示すように、センサモジュール11と、電子機器10の本体であるホスト機器12とを備える。電子機器10は、人体の動きや物体の変形を計測可能なものであり、スマートウォッチ、リストバンド、指輪、眼鏡、靴または衣服などのウェアラブル端末であってもよい。
(センサモジュール)
 センサモジュール11は、図1に示すように、センサ20と、制御部としてのコントローラIC13とを備える。センサモジュール11は、センサ20の曲げと伸縮とを同時に計測可能なものである。このため、センサモジュール11は、センサ20が装着された物体の複雑な変形や人体の動きを計測することができる。センサモジュール11Aは、センサ20からの出力信号に基づき、センサ20の曲げ量および伸縮量を算出し、ホスト機器12に出力する。
(センサ)
 センサ20は、伸縮性を有し、人体または物体に対して装着可能である。センサ20は、このセンサ20の曲げおよび伸縮に応じた静電容量を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC13に出力する。
 以下、人体または物体に対するセンサ20の装着例について説明する。
<人体に対する装着>
 例えば、指、手首、肘などの人体の可動部に対してセンサ20を装着することにより、人体の動きを計測することが可能である。センサ20の形態としては、例えば、手袋、リストバンド、スポーツ用サポーター、指輪、眼鏡、靴、インソール、衣服などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
 人体に対してセンサ20を装着することで、例えば、以下のことが可能である。
・運動時の関節動作の計測による運動能力の改善に必要な情報の取得
・作業時の指先の細かな動作の計測によるゲーム機や各種機械の操作
・手首の筋の動きによる手首の回転状態や指先の動きの計測によるゲーム機や各種機械の操作
・歩行や走行時の足裏の動きの計測によるゲーム機や各種機械の操作、歩行や走行の改善に必要な情報の取得
<物体に対する装着>
 枕、クッション、ベッドマットのような比較的柔軟な物体にセンサ20を装着することで、物体の変形状態を計測することが可能である。
 物体に対してセンサ20を装着することで、例えば、以下のことが可能である。
・就寝時の姿勢の計測による就寝改善、就寝具の最適化
・座位時のクッションおよび椅子の変形の計測による座位姿勢の改善や座位具の最適化
(コントローラIC)
 コントローラIC13は、センサ20から供給される、静電容量に応じた出力信号に基づき、センサ20に対して曲げおよび伸縮のいずれかが行われたかを判断し、センサ20の曲げ量および伸縮量をホスト機器12に出力する。
(ホスト機器)
 ホスト機器12は、コントローラIC13から供給される情報に基づき、各種の処理を実行する。ホスト機器12は、Bluetooth(登録商標)などの所定の無線通信規格で外部機器と通信し、情報のやりとりを行うこともできる。ホスト機器12は、センサ20により取得したデータを、無線により外部機器に供給するようにしてもよい。外部機器としては、タブレット型コンピュータ、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなど携帯電話、携帯ゲーム機器などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
 なお、ホスト機器12が、有線で外部機器と通信し、情報のやりとりを行うことができる構成を採用しいてもよい。この場合には、ホスト機器12は、センサ20により取得したデータを、有線により外部機器に供給するようにしてもよい。また、ホスト機器12が、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、電子ペーパーなどの表示装置を備え、センサ20により取得したデータを表示するようにしてもよい。
[1.2 センサの構成]
 センサ20は、柔軟性を有するシートであり、図2A~図2Cに示すように、伸縮性の基材21と、第1面S1に設けられ、この第1面S1の伸縮による静電容量の変化を検出する静電容量式の第1センサSE1と、第2面S2に設けられ、この第2面S2の伸縮による静電容量の変化を検出する静電容量式の第2センサSE2とを備える。第1、第2センサSE1、SE2は、基材21を介して対向している。対向する第1、第2センサSE1、SE2により、センサ20の曲げおよび伸縮を計測するためのセンシング部が構成されている。
 第1面S1または第2面S2に垂直な方向からセンサ20を見ると、帯状の形状を有している。センサ20は、可視光に対して透明性を有していてもよいし、不透明性を有していてもよい。本明細書において、第1面S1または第2面S2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、第1面S1または第2面S2に垂直な軸をZ軸という。また、第1面S1が凸状となるようにセンサ20を曲げることを上曲げ(図4A参照)といい、第2面S2が凸状となるようにセンサ20を曲げることを下曲げ(図4B参照)ということがある。
(基材)
 基材21は、シート状を有している。基材21は、例えば、絶縁性伸縮材料として絶縁性エラストマを含んでいる。基材21は、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、架橋剤、可塑剤、老化防止剤、界面活性剤、粘度調整剤、補強剤および着色剤などのうちの1種以上を用いることができる。絶縁性エラストマとしては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびウレタン樹脂などのうちの1種以上用いることができる。
(第1、第2センサ)
 第1センサSE1は、第1面S1に設けられ、伸縮性を有する第1、第2電極22、23により構成されている。第2センサSE2は、第2面S2に設けられ、伸縮性を有する第3、第4電極24、25により構成されている。第1~第4電極22~25は、図示しないフレキシブルプリント配線基板(Flexible Printed Circuit:FPC)を介してコントローラIC13に接続されている。第1、第2電極22、23のうちの一方が接地され、第3、第4電極のうちの一方が接地されている。
 第1、第2電極22、23は容量結合を形成可能に構成され、第3、第4電極24、25は容量結合を形成可能に構成されている。第1、第2電極22、23は、櫛歯状を有し、第1面S1において櫛歯の部分を噛み合わせるようにして設けられている。第3、第4電極24、25も同様に、櫛歯状を有し、第2面S2において櫛歯の部分を噛み合わせるようにして設けられている。
 第1電極22は、線状を有する複数の電極要素部22aと、線状を有する連結部22bとを備える。第2電極23は、線状を有する複数の電極要素部23aと、線状を有する連結部23bとを備える。複数の電極要素部22a、23aは、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ている。隣接する電極要素部22a、23aが、容量結合を形成可能に構成されている。
 連結部22bは、複数の電極要素部22a、23aの一端の側に設けられ、Y軸方向に延設されている。複数の電極要素部22aの一端は連結部22bに連結されているのに対して、複数の電極要素部23aの一端は連結部22bから所定間隔離されている。連結部23bは、複数の電極要素部22a、23aの他端の側に設けられ、Y軸方向に延設されている。複数の電極要素部23aの他端は連結部22bに連結されているのに対して、複数の電極要素部22aの他端は連結部22bから所定間隔離されている。
 第3電極24は、線状を有する複数の電極要素部24aと、線状を有する連結部24bとを備える。第4電極25は、線状を有する複数の電極要素部25aと、線状を有する連結部25bとを備える。電極要素部24a、25a、連結部24b、25bは、電極要素部22a、23a、連結部22b、23bと同様の構成を有している。
 第1~第4電極22~25は、伸縮性を有しており、基材21の曲げや伸縮に追従して変形可能に構成されている。第1~第4電極22~25は、例えば、導電性材料とバインダ(結着剤)とを含んでいる。第1~第4電極22~25は、必要に応じて添加剤をさらに含んでいてもよい。第1~第4電極22~25は、可視光に対して不透明性を有している不透明電極であってもよいし、可視光に対して透明性を有する透明電極であってもよい。
 導電性材料は、導電性粒子であってもよい。導電性粒子の形状としては、例えば、球状、楕円体状、針状、板状、鱗片状、チューブ状、ワイヤー状、棒状(ロッド状)、不定形状などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、上記形状の粒子を2種以上組み合わせて用いてもよい。
 導電性材料としては、金属、金属酸化物、炭素材料および導電性ポリマーのうちの1種以上を用いることができる。ここで、金属には、半金属が含まれるものと定義する。金属としては、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、タンテル、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が、これに限定されるものではない。金属酸化物としては、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が、これに限定されるものではない。
 炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、ポーラスカーボン、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、ナノホーンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。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が、これに限定されるものではない。
 バインダとしては、エラストマを用いることが好ましい。第1~第4電極22~25に良好な伸縮性を付与することができるからである。エラストマとしては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびウレタン樹脂などのうちの1種以上用いることができる。添加剤としては、例えば、架橋剤、可塑剤、老化防止剤、界面活性剤、粘度調整剤、補強剤および着色剤などのうちの1種以上を用いることができる。
 第1~第4電極22~25の材料としては、例えば、高伸縮性を有する熱可塑性樹脂または熱硬化型樹脂に金属粉を分散させた導電インク、カーボンナノチューブを導電体とした導電インク、銀ナノワイヤーを溶媒中に分散させた導電インク、フレキシブルプリント基板に用いられている圧延銅または電解銅箔、メッキ法によって形成される金属膜、スパッターまたは蒸着などによって形成される金属膜、ITOなどの酸化導電膜、PEDOT/PSSなどの有機性導電体、繊維に金属膜をメッキなどによって形成した導電繊維などを用いてもよい。
 第1~第4電極22~25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などを用いることができる。
[1.3 第1、第2センサの静電容量変化]
 以下、図3A~図4B、表1を参照して、センサ20の伸縮および曲げ時における第1、第2センサSE1、SE2の静電容量変化の一例について説明する。ここでは、説明を簡略化するために、センサ20に伸縮も曲げも加えられておらず、第1、第2面S1、S2が平面状となっている状態を初期状態とする。
 本明細書中では、第1、第2センサSE1、SE2の静電容量をそれぞれ記号C1、C2で表し、初期状態における第1、第2センサSE1、SE2の静電容量(初期静電容量)を記号C1(0)、C2(0)で表す。また、第1、第2センサSE1、SE2それぞれの初期状態からの静電容量変化を記号ΔC1(=C1-C1(0))、ΔC2(=C1-C2(0))で表し、ΔC1、ΔC2の和を記号ΔA(=ΔC1+ΔC2)で表し、ΔC1、ΔC2の差を記号ΔB(=ΔC1-ΔC2)で表す。
 表1は、センサ20の伸縮および曲げ時における第1、第2センサSE1、SE2の静電容量C1、C2、静電容量変化ΔC1、ΔC2、静電容量変化の和ΔAおよび差ΔBの一例を示す。ここでは、説明を簡略化するために、初期状態においてC1=10、C2=10とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(伸び時の静電容量変化)
 図3Aに示すように、センサ20が平面状の第1、第2面S1、S2の面内方向に引っ張られると、第1、第2面S1、S2は初期状態の第1、第2面S1、S2から伸びる。これにより、電極要素部22a、23aの間隔D1は初期状態の間隔D1から増加し、第1センサSE1の静電容量C1が減少する。電極要素部24a、25aの間隔D2も同様に初期状態の間隔D2から増加し、第2センサSE2の静電容量C2も減少する。
 例えば、上記の伸びによってC1、C2が表1に示すようにC1=8、C2=8に変化したとすると、ΔA=-4、ΔB=0となる。したがって、センサ20が伸ばされた場合には、ΔBは初期状態のΔB(=0)から変化しないのに対して、ΔAは初期状態のΔA(=0)から減少し、負の値を取ることがわかる。また、ΔAの値が小さいほど、伸び量が大きいことがわかる。したがって、ΔAに基づいて伸び量を算出可能であることがわかる。
(縮み時の静電容量変化)
 図3Bに示すように、センサ20が平面状の第1、第2面S1、S2の面内方向に縮まされると、第1、第2面S1、S2は初期状態の第1、第2面S1、S2から縮む。これにより、電極要素部22a、23aの間隔D1は初期状態の間隔D1から減少し、第1センサSE1の静電容量C1が増加する。電極要素部24a、25aの間隔D2も同様に初期状態の間隔D2から減少し、第2センサSE2の静電容量C2も増加する。
 例えば、上記の縮みによってC1、C2が表1に示すようにC1=12、C2=12に変化したとすると、ΔA=4、ΔB=0となる。したがって、センサ20が縮まされた場合には、ΔBは初期状態のΔB(=0)から変化しないのに対して、ΔAは初期状態のΔA(=0)から増加し、正の値を取ることがわかる。また、ΔAの値が大きいほど、縮み量が大きいことがわかる。したがって、ΔAに基づいて縮み量を算出可能であることがわかる。
(上曲げ時の静電容量変化)
 図4Aに示すように、第1面S1が凸状となるようにセンサ20が曲げられると(センサ20が上曲げされると)、第1面S1は初期状態の第1面S1から伸びるのに対して、第2面S2は初期状態の第2面S2から縮む。これにより、電極要素部22a、23aの間隔D1は初期状態の間隔D1から増加し、第1センサSE1の静電容量C1が減少するのに対して、電極要素部24a、25aの間隔D2は初期状態の間隔D2から減少し、第2センサSE2の静電容量C2は増加する。
 例えば、上記の上曲げによってC1、C2が表1に示すようにC1=8、C2=12に変化したとすると、ΔA=0、ΔB=-4となる。したがって、センサ20が伸ばされた場合には、ΔAは初期状態のΔA(=0)から変化しないのに対して、ΔBは初期状態のΔB(=0)から減少し、負の値を取ることがわかる。また、ΔBの値が小さいほど、上曲げの量が大きいことがわかる。したがって、ΔBに基づいて上曲げ量を算出可能であることがわかる。
(下曲げ時の静電容量変化)
 図4Bに示すように、第2面S2が凸状となるようにセンサ20が曲げられると(センサ20が下曲げされると)、第1面S1は初期状態の第1面S1から縮むのに対して、第2面S2は初期状態の第2面S2から伸びる。これにより、電極要素部22a、23aの間隔D1は初期状態の間隔D1から減少し、第1センサSE1の静電容量C1が増加するのに対して、電極要素部24a、25aの間隔D2は初期状態の間隔D2から増加し、第2センサSE2の静電容量C2は減少する。
 例えば、上記の上曲げによってC1、C2が表1に示すようにC1=12、C2=8に変化したとすると、ΔA=4、ΔB=0となる。したがって、センサ20が伸ばされた場合には、ΔAは初期状態のΔA(=0)から変化しないのに対して、ΔBは初期状態のΔB(=0)から増加し、正の値を取ることがわかる。また、ΔBの値が大きいほど、下曲げの量が大きいことがわかる。したがって、ΔBに基づいて下曲げ量を算出可能であることがわかる。
 上述の説明を総合すると、以下のことがわかる。センサ20が曲げられず伸縮のみなされている場合には、ΔAのみが増減し、ΔBは変化しない。したがって、ΔAの値により伸縮の状態かを検出できると共に、その量を計測できる。一方、センサ20が伸縮されず曲げのみ加えられて場合には、ΔAは変化せず、ΔBのみ増減する。したがって、ΔBの値により曲げの方向を検出できると共に、その量を計測できる。
[1.4 コントローラICの動作]
 コントローラIC13は、第1センサSE1の静電容量C1と第2センサSE2の静電容量C2とからセンサ20の曲げおよび伸縮を同時に検出し、それらの量を計測する。具体的には、第1、第2センサSE1、SE2の静電容量変化ΔC1、ΔC2の和ΔA(=ΔC1+ΔC2)と第1、第2センサSE1、SE2の静電容量変化ΔC1、ΔC2の差ΔB(=ΔC1-ΔC2)とからセンサ20の曲げおよび伸縮を同時に検出し、それらの量を計測する。
 コントローラIC13は、複数の閾値±a、±bを有している。閾値+aは、センサ20の縮みの有無を判断するものであり、閾値-aは、センサ20の伸びの有無を判断するものである。閾値+bは、センサ20の下曲げの有無を判断するものであり、閾値-bは、センサ20の縮みの上曲げの有無を判断するものである。
 なお、上述の静電容量変化の説明では、センサ20に伸縮が加えられていない場合には、ΔB=0となり、センサ20に曲げが加えられていない場合には、ΔA=0となる例について説明した(表1参照)。しかしながら、実際には、センサ20に実質的に伸縮や曲げが加えられていな状態であってもΔA=0、ΔB=0となることは通常なく、ΔAがΔA>0またはΔA<0となり、ΔBがΔB>0またはΔB<0となることが一般的である。この点を考慮すると、a>0、b>0とすることが好ましい。但し、a=0、b=0と設定することも可能ではある。
 コントローラIC13は、記録部としてのメモリを有し、このメモリにΔAをセンサ20の伸び量および縮み量に変換する第1変換テーブルと、ΔBをセンサ20の上曲げ量および下曲げ量に変換する第2変換テーブルとを記憶している。コントローラIC13は、第1、第2センサSE1、SE2から供給される静電容量C1、C2からΔA、ΔBを算出する。コントローラIC13は、算出したΔAを第1変換テーブルを用いて伸び量または縮み量に変換し、ホスト機器12に出力し、また、算出したΔBを第2変換テーブルを用いて上曲げ量または下曲げ量に変換し、ホスト機器12に出力する。
 コントローラIC13は、第1センサSE1と第2センサSE2との駆動(検出動作)を時間的にずらして(時分割して)交互に実行することが好ましい。第1、第2センサSE1、S2の信号が、基材21を介してクロストークすることを抑制できるからである。
 以下、図5を参照して、コントローラIC13の動作の一例について説明する。なお、以下で説明する動作に先立って、コントローラICは初期静電容量C1(0)、C2(0)を予め取得し、記憶部としてのメモリに記憶しているものとする。
 まず、ステップS11において、コントローラIC13は、所定の時間毎に第1、第2センサSE1、SE2それぞれの静電容量C1、C2を取得する。次に、ステップS12において、コントローラIC13は、取得した静電容量C1、C2を用いて、初期静電容量C1(0)、C2(0)からの静電容量変化ΔC1(=C1-C1(0))、ΔC2(=C2-C2(0))を算出する。次に、ステップS13において、コントローラIC13は、ΔC1とΔC2との和ΔA(=ΔC1+ΔC2)、およびΔC1とΔC2との差ΔB(=ΔC1-ΔC2)を算出する。
 次に、ステップS14において、コントローラIC13は、ΔAが閾値aより大きいか否かを判断する。ステップS14にてΔAが閾値aより大きいと判断された場合には、ステップS15において、コントローラIC13は、ΔAを第1変換テーブルを用いて縮み量に変換しホスト機器12に出力した後、処理をステップS19に進める。一方、ステップS14にてΔAが閾値aより大きくないと判断された場合には、ステップS16において、コントローラIC13は、ΔAが閾値-aより小さいか否かを判断する。
 ステップS16にてΔAが閾値-aより小さいと判断された場合には、ステップS17において、コントローラIC13は、ΔAを第1変換テーブルを用いて伸び量に変換しホスト機器12に出力した後、処理をステップS19に進める。一方、ステップS16にてΔAが閾値-aより小さくないと判断された場合には、ステップS18において、コントローラIC13は、センサ20は伸縮していないと判断し、処理をステップS19に進める。
 次に、ステップS19において、コントローラIC13は、ΔBが閾値bより大きいか否かを判断する。ステップS19にてΔAが閾値bより大きいと判断された場合には、ステップS20において、コントローラIC13は、ΔBを第2変換テーブルを用いて下曲げ量に変換しホスト機器12に出力した後、処理をステップS11に戻す。一方、ステップS19にてΔAが閾値bより大きくないと判断された場合には、ステップS21において、コントローラIC13は、ΔBが閾値-bより小さいか否かを判断する。
 ステップS21にてΔAが閾値-bより小さいと判断された場合には、ステップS22において、コントローラIC13は、ΔBを第2変換テーブルを用いて上曲げ量に変換しホスト機器12に出力した後、処理をステップS11に戻す。一方、ステップS21にてΔAが閾値-bより小さくないと判断された場合には、ステップS23において、コントローラIC13は、センサ20は曲げられていないと判断し、処理をステップS11に戻す。
[1.5 効果]
 第1の実施形態に係るセンサ20は、第1、第2面S1、S2を有する伸縮性の基材と、第1面S1の伸縮による静電容量の変化を検出する第1センサSE1と、第2面S2の伸縮による静電容量の変化を検出する第2センサSE2とを備える。第1、第2センサSE1、SE2は、基材21を介して対向している。このため、柔らかな物体や人体に装着可能な新規なセンサを実現できる。
 第1の実施形態に係るセンサモジュール11は、センサ20と、このセンサ20からの出力信号に基づき、第1、第2センサSE1、SE2それぞれの静電容量変化ΔC1、ΔC2の和ΔAおよび差ΔBを算出するコントローラIC13とを備える。コントローラIC13は、算出したΔAをセンサ20の伸び量または縮み量に変換すると共に、算出したΔBをセンサ20の上曲げ量または下曲げ量に変換することができる。したがって、センサ20の曲げと伸縮とを同時に計測することができる。これにより、人体に対してセンサ20を装着した場合には、センサ20により人体の動きを計測することができ、また、物体に対してセンサ20を装着した場合には、センサ20により物体の変形を計測することができる。また、センサ20の曲げと伸縮とを同時に計測することができるので、柔らかな物体の細かな形状変形や人体の複雑な動きを計測することもできる。
[1.6 変形例]
(変形例1)
 図6A~図6Cに示すように、複数の第1センサSE1が第1面S1に設けられ、複数の第2センサSE2が第2面S2に設けられ、第1、第2センサSE1、SE2が基材21を介して対向する組を構成していてもよい。この構成を採用する場合、第1、第2電極22、23は、複数の第1センサSE1で個別の電極により構成され、第3、第4電極24、25も、複数の第2センサSE2で個別の電極により構成される。この方式は相互容量型のセンサに適用される。上述のように複数の第1、第2センサSE1、SE2の組を設ける構成を採用した場合、センサ20の局所的な伸縮や曲げの状態を計測することが可能となる。
 複数の第1センサSE1は、図6Aに示すように、第1面S1上に1次元的に配置されていてもよいし、図7、図8に示すように、第1面S1上に2次元的に配置されていてもよい。また、図9に示すように、複数の第1センサSE1のうちの一部が、第1面S1上に1次元的に配置され、残りが第1面S1上に2次元的に配置されていてもよい。図7では、複数の第1センサSE1が放射状に2次元配置された例が示され、図8では、複数の第1センサSE1がX、Y方向に列を構成するように2次元配置された例が示されているが、2次元配置はこの例に限定されるものではなく、センサ20を装着する対象などを考慮して様々な配置形態を採用できる。なお、複数の第2センサSE2も、第2面S2において上記の複数の第1センサSE1と同様に配置される。
(変形例2)
 変形例1における第1、第2センサSE1、SE2の構成に代えて、以下の構成を採用してもよい。すなわち、図10A~図10Cに示すように、第1、第2電極22、23のうちの一方の電極は、複数の第1センサSE1で共用の電極で構成され、他方の電極は、複数の第1センサSE1で個別の電極で構成されていてもよい。また、第3、第4電極24、25のうちの一方の電極は、複数の第2センサSE2で共用の電極で構成され、他方の電極は、複数の第2センサSE2で個別の電極で構成されていてもよい。この方式は、自己容量型のセンサに適用され、共用の電極が一般的には接地電極となる。
 上記構成を採用する場合にも、複数の第1、第2センサSE1、SE2はそれぞれ、変形例1と同様に、第1面S1、第2面S2上に1次元的に配置されていてもよいし、2次元的に配置されていてもよい。
(変形例3)
 上述の第1の実施形態では、センサ20が帯状を有する場合について説明したが、センサ20の形状はこれに限定されるものではなく、センサ20を装着する対象に応じて選ぶことが可能である。例えば、センサ20を曲面物体や柔らかな物体などに装着することを考慮して、図11Aに示すようにメッシュ状としてもよいし、図11Bに示すように分枝状としてもよい。これ以外にも、放射状、ストライプ状、ミアンダ状、同心状、螺旋状、蜘蛛の巣状、ツリー状、魚の骨状、リング状、格子状、不定形状など様々な形状を採用することができる。
(変形例4)
 第1の実施形態では、説明を簡略化するために、センサ20が伸縮も曲げも加えられていない状態を初期状態としたが、センサ20が伸縮および曲げのうちの少なくとも一方が予め加えられた状態を初期状態としてもよい。例えば、センサ20が手首などに巻き付けられた状態を初期状態としてもよい。この場合、コントローラICが、物体や人体などにセンサ20が装着された状態の第1、第2センサSE1、SE2の静電容量を初期の静電容量C1(0)、C2(0)として取得すればよい。
(変形例5)
 第1の実施形態では、コントローラIC13がメモリに第1、第2変換テーブルを記憶している構成について説明したが、コントローラIC13がメモリに第1、第2変換式を記憶していてもよい。この場合、コントローラIC13は、ΔAを第1変換式を用いて伸び量または縮み量に変換し、ΔBを第2変換式を用いて上曲げ量または下曲げ量に変換する。
(変形例6)
 第1の実施形態では、センサモジュール11がセンサ20の曲げと伸縮とを同時に計測する構成について説明したが、センサモジュール11がセンサ20の曲げと伸縮とのうちの一方のみを計測する構成であってもよい。
(変形例7)
 電子機器10がウェアラブル端末などの人体に装着するものである場合、人体に触れる部分は、アレルギーやかぶれなどを誘発しにくい材料で構成されていてもよい。このような材料としては、衣服やアクセサリーなどに一般的に用いられている材料(例えばシリコーン)などを用いることができる。電子機器10の表面を防水材で覆うことにより防水対応するようにしてもよい。
(変形例8)
 電子機器10をウェアラブルバンドとして用いてもよい。ウェアラブルバンドは、装着時と非装着時とで形状が変わることが一般的であるので、センサ20によりこの変形を検出して、バンドが外された場合には自動的に電源をOFFすることも可能である。
<2 第2の実施形態>
[2.1 センサの構成]
 本技術の第2の実施形態に係るセンサ20Aは、図12に示すように、伸縮性の接地電極21bを含む基材21aを備える点において第1の実施形態とは異なっている。なお、第2の実施形態において第1の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
 接地電極21bは、例えば、シート状、メッシュ状、格子状、同心状、螺旋状、ストライプ状または不定形状などを有している。接地電極21bは、例えば、導電性材料とバインダ(結着剤)とを含んでいる。接地電極21bは、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。これらの導電性材料、バインダおよび添加剤は、第1~第4電極22~25と同様である。
 基材21aは、接地電極21bと、接地電極21bの第1面上に設けられた伸縮性の絶縁性樹脂層21cと、接地電極21bの第2面上に設けられた伸縮性の絶縁性樹脂層21dとを備える。絶縁性樹脂層21c、21dは、伸縮性のシートと、このシートを接地電極21bに貼り合わせる貼合層とを備えるものであってもよいし、伸縮性のコーティング層であってもよい。シートの材料としては、第1の実施形態における基材21と同様のものが挙げられる。貼合層は、接着剤により構成されている。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。この定義に従えば、粘着層は接着層の一種と見なされる。
[2.2 効果]
 第2の実施形態に係るセンサ20Aでは、伸縮性の接地電極21bを含む基材21aが備えられているため、第1、第2センサSE1、S2の信号が基材21を介してクロストークすることを抑制できる。
[2.3 変形例]
(変形例1)
 図13Aに示すように、センサ20Aが、第1センサSE1上に、この第1センサSE1から離間して設けられた接地電極(第1接地電極)26bと、第2センサSE2上に、この第2センサSE2から離間して設けられた接地電極(第2接地電極)25bとを備えるようにしてもよい。具体的には、センサ20Aが、第1、第2電極22、23を覆うように第1面S1上に設けられた伸縮性の絶縁性樹脂層26aと、絶縁性樹脂層26a上に設けられた接地電極26bと、第3、第4電極24、25を覆うように第2面S2上に設けられた伸縮性の絶縁性樹脂層27aと、絶縁性樹脂層27a上に設けられた接地電極27bとを備えるようにしてもよい。絶縁性樹脂層26a、27aは、第2の実施形態における絶縁性樹脂層21c、21dと同様の構成であってもよいし、貼合層で構成されていてもよい。絶縁性樹脂層26a、27aが貼合層で構成される場合、貼合層が絶縁性の微粒子を含んでいることが好ましい。第1センサSE1と接地電極26bとの接触、および第2センサSE2と接地電極27bとの接触を抑制することができるからである。接地電極26b、27bは、第2の実施形態における接地電極21bと同様である。
 上記の構成を採用した場合には、外部ノイズ(外部電場)がセンサ20Aの両表面から内部に入り込むことを抑制できるので、外部ノイズによるセンサ20Aの検出精度の低下または誤検出を抑制できる。したがって、センサ20Aを備える電子機器の誤作動や取得データの信頼性低下を抑制できる。
(変形例2)
 変形例1において、図13Bに示すように、基材21aに代えて基材21を採用するようにしてもよい。但し、クロストーク抑制の観点からすると、基材21aを採用することが好ましい。
(その他の変形例)
 第2の実施形態に係るセンサ20Aに対して、第1の実施形態の変形例1~3にて説明した構成を適用してもよい。また、第1の実施形態に係る電子機器10が、センサ20に代えて第2の実施形態またはその変形例1、2に係るセンサ20Aを備えるようにしてもよい。
<3 第3の実施形態>
[3.1 電子機器の構成]
 本技術の第3の実施形態に係る電子機器10Aは、図14に示すように、センサモジュール11Aと、電子機器10Aの本体であるホスト機器12Aとを備える。なお、第3の実施形態において第1の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
(センサモジュール)
 センサモジュール11Aは、センサ20Bと、制御部としてのコントローラIC13、14とを備える。センサモジュール11Aは、センサ20Bの曲げおよび伸縮と、このセンサ20の表面に対するタッチ操作とを検出可能なものであり、検出結果に応じた情報をホスト機器12Aに出力する。
(センサ)
 センサ20は、センサ20の曲げおよび伸縮に応じた静電容量を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC13に出力する。また、センサ20の表面に対するタッチ操作に応じた静電容量を検出し、それに応じた出力信号をコントローラIC14に出力する。
(コントローラIC)
 コントローラIC14は、センサ20Bからの出力信号に基づいて、タッチ操作の位置座標を算出し、ホスト機器12Aに出力する。
(ホスト機器)
 ホスト機器12Aは、コントローラIC13、14から供給される情報に基づき、各種の処理を実行する。ホスト機器12Aは表示装置を備え、センサモジュール11Aから供給されるタッチ操作の位置座標などの情報に基づき、表示装置に対する文字情報や画像情報などの表示、表示装置に表示されたカーソルの移動、および画面のスクロールなどの処理を実行するようにしてもよい。
[3.2 センサの構成]
 本技術の第3の実施形態に係るセンサ20Bは、図15A、図15Bに示すように、曲げおよび伸縮を計測する第1エリアR1と、タッチ操作の位置座標を検出する第2エリアR2とを備える。第1エリアR1には、基材21を介して対向する1組の第1、第2センサSE1、SE2が設けられている。第2エリアR2には、タッチ操作の位置座標を検出するための静電容量式の第3センサSE3が設けられている。
 第3センサSE3は、第1面S1および第2面S2の少なくとも一方の面に設けられている。なお、図15、図15Bでは、第3センサSE3が第1面S1に設けられた例が示されている。第3センサSE3は、第1面S1および第2面S2の少なくとも一方の面に1次元的に配置された複数のセンシング部SEaを備えている。センシング部SEaは、伸縮性を有する第5、第6電極28、29により構成されている。第5、第6電極28、29は容量結合を形成可能に構成されている。
 第5電極28は、複数の電極要素部28aと、連結部28bとを備える。第6電極29は、複数の電極要素部29aと、連結部29bとを備える。電極要素部28a、29a、連結部28b、29bは、電極要素部22a、23a、連結部22b、23bと同様の構成を有している。
[3.3 効果]
 第3の実施形態に係るセンサ20Bでは、基材21を介して対向する1組の第1、第2センサSE1、SE2が設けられた第1エリアR1と、第3センサSE3が設けられた第2エリアR2とが備えられている。したがって、第1エリアR1の曲げおよび伸縮を計測可能であると共に、第2エリアR2のタッチ操作を検出可能である。
[3.4 変形例]
(変形例1)
 第3センサSE3は、第1面S1および第2面S2の少なくとも一方の面に2次元的に配置された複数のセンシング部SEaを備えていてもよい。この場合、第2エリアR2にて2次元的な位置座標(X、Y)を検出可能である。
(その他の変形例)
 第3の実施形態に係るセンサ20Bおよび電子機器10Aに対して、第1の実施形態の変形例1~8にて説明した構成を適用してもよい。また、第3の実施形態に係るセンサ20Bにおいて、第2の実施形態における基材21aを採用してもよいし、第2の実施形態の変形例1、2における絶縁性樹脂層26a、27a、接地電極26b、27bを採用してもよい。
 以上、本技術の実施形態およびその変形例について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態およびその変形例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。
 例えば、上述の実施形態および変形例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。
 また、上述の実施形態およびその変形例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
 また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
(1)
 第1面および第2面を有する伸縮性の基材と、
 前記第1面の伸縮による静電容量の変化を検出する第1センサと、
 前記第2面の伸縮による静電容量の変化を検出する第2センサと
 を備え、
 前記第1センサと前記第2センサとは、前記基材を介して対向しているセンサ。
(2)
 前記第1センサは、前記第1面に設けられ、伸縮性を有する第1電極および第2電極により構成され、
 前記第2センサは、前記第2面に設けられ、伸縮性を有する第3電極および第4電極により構成されている(1)に記載のセンサ。
(3)
 前記第1電極と前記第2電極とが容量結合を形成可能に構成され、
 前記第3電極と前記第4電極とが容量結合を形成可能に構成されている(2)に記載のセンサ。
(4)
 前記第1電極および前記第2電極は、一方向に向かって交互に離間して設けられた電極要素部を有し、
 前記第3電極および前記第4電極は、前記一方向に向かって交互に離間して設けられた電極要素部を有している(2)または(3)に記載のセンサ。
(5)
 前記第1電極および前記第2電極は、櫛歯状を有し、櫛歯の部分を噛み合わせるようにして設けられ、
 前記第3電極および前記第4電極は、櫛歯状を有し、櫛歯の部分を噛み合わせるようにして設けられている(2)から(4)のいずれかに記載のセンサ。
(6)
 前記第1電極および前記第2電極のうちの一方が接地され、
 前記第3電極および前記第4電極のうちの一方が接地されている(2)から(5)のいずれかに記載のセンサ。
(7)
 前記基材を介して対向する前記第1センサと前記第2センサとの組が複数設けられ、
 前記第1電極および前記第2電極のうちの一方は、複数の前記第1センサで共用の電極により構成され、他方は、複数の前記第1センサで個別の電極により構成され、
 前記第3電極および前記第4電極のうちの一方は、複数の前記第2センサで共用の電極により構成され、他方は、複数の前記第2センサで個別の電極により構成されている(2)から(6)のいずれかに記載のセンサ。
(8)
 前記基材を介して対向する前記第1センサと前記第2センサとの組が複数設けられ、
 前記複数の組が、前記基材の面内方向に1次元的または2次元的に配置されている(1)から(7)のいずれかに記載のセンサ。
(9)
 対向する前記第1センサと前記第2センサとにより、前記センサの曲げおよび伸縮を計測するためのセンシング部が構成されている(1)から(8)のいずれかに記載のセンサ。
(10)
 前記第1面および前記第2面の少なくとも一方の面に、タッチ操作の位置座標を検出するための静電容量式の第3センサをさらに備える(1)から(9)のいずれかに記載のセンサ。
(11)
 前記第3センサは、伸縮性を有する第5電極および第6電極により構成されている(10)に記載のセンサ。
(12)
 前記基材は、該基材内に接地電極を含んでいる(1)から(11)のいずれかに記載のセンサ。
(13)
 前記第1センサ上に、該第1センサから離間して設けられた第1接地電極と、
 前記第2センサ上に、該第2センサから離間して設けられた第2接地電極と
 をさらに備える(1)から(12)のいずれかに記載のセンサ。
(14)
 (1)から(13)のいずれかに記載のセンサと、
 前記第1センサの静電容量と前記第2センサの静電容量とから、前記センサの曲げおよび伸縮を計測する制御部と
 を備えるセンサモジュール。
(15)
 前記制御部は、前記第1センサの静電容量変化と前記第2センサの静電容量変化との和および差から、前記センサの曲げおよび伸縮を計測する(14)に記載のセンサモジュール。
(16)
 (1)から(13)のいずれかに記載のセンサを備えるウェアラブル端末。
(17)
 (1)から(13)のいずれかに記載のセンサを備える電子機器。
 10、10A  電子機器(ウェアラブル機器)
 11、13  コントローラIC(制御部)
 12  ホスト機器
 20、20A、20B  センサ
 21、21a  基材
 21b  接地電極
 21c、21d  絶縁性樹脂層
 22  電極(第1電極)
 23  電極(第2電極)
 24  電極(第3電極)
 25  電極(第4電極)
 26a、27a  絶縁性樹脂層
 26b  接地電極(第1接地電極)
 26b  接地電極(第2接地電極)
 22a、23a、24a、25a、28a、29a  電極要素部
 22b、23b、24b、25b、28b、29b  連結部
 S1  第1面
 S2  第2面
 SE1  第1センサ
 SE2  第2センサ
 SE3  第3センサ

Claims (17)

  1.  第1面および第2面を有する伸縮性の基材と、
     前記第1面の伸縮による静電容量の変化を検出する第1センサと、
     前記第2面の伸縮による静電容量の変化を検出する第2センサと
     を備え、
     前記第1センサと前記第2センサとは、前記基材を介して対向しているセンサ。
  2.  前記第1センサは、前記第1面に設けられ、伸縮性を有する第1電極および第2電極により構成され、
     前記第2センサは、前記第2面に設けられ、伸縮性を有する第3電極および第4電極により構成されている請求項1に記載のセンサ。
  3.  前記第1電極と前記第2電極とが容量結合を形成可能に構成され、
     前記第3電極と前記第4電極とが容量結合を形成可能に構成されている請求項2に記載のセンサ。
  4.  前記第1電極および前記第2電極は、一方向に向かって交互に離間して設けられた電極要素部を有し、
     前記第3電極および前記第4電極は、前記一方向に向かって交互に離間して設けられた電極要素部を有している請求項2に記載のセンサ。
  5.  前記第1電極および前記第2電極は、櫛歯状を有し、櫛歯の部分を噛み合わせるようにして設けられ、
     前記第3電極および前記第4電極は、櫛歯状を有し、櫛歯の部分を噛み合わせるようにして設けられている請求項2に記載のセンサ。
  6.  前記第1電極および前記第2電極のうちの一方が接地され、
     前記第3電極および前記第4電極のうちの一方が接地されている請求項2に記載のセンサ。
  7.  前記基材を介して対向する前記第1センサと前記第2センサとの組が複数設けられ、
     前記第1電極および前記第2電極のうちの一方は、複数の前記第1センサで共用の電極により構成され、他方は、複数の前記第1センサで個別の電極により構成され、
     前記第3電極および前記第4電極のうちの一方は、複数の前記第2センサで共用の電極により構成され、他方は、複数の前記第2センサで個別の電極により構成されている請求項2に記載のセンサ。
  8.  前記基材を介して対向する前記第1センサと前記第2センサとの組が複数設けられ、
     前記複数の組が、前記基材の面内方向に1次元的または2次元的に配置されている請求項1に記載のセンサ。
  9.  対向する前記第1センサと前記第2センサとにより、前記センサの曲げおよび伸縮を計測するためのセンシング部が構成されている請求項1に記載のセンサ。
  10.  前記第1面および前記第2面の少なくとも一方の面に、タッチ操作の位置座標を検出するための静電容量式の第3センサをさらに備える請求項1に記載のセンサ。
  11.  前記第3センサは、伸縮性を有する第5電極および第6電極により構成されている請求項10に記載のセンサ。
  12.  前記基材は、該基材内に接地電極を含んでいる請求項1に記載のセンサ。
  13.  前記第1センサ上に、該第1センサから離間して設けられた第1接地電極と、
     前記第2センサ上に、該第2センサから離間して設けられた第2接地電極と
     をさらに備える請求項1に記載のセンサ。
  14.  請求項1に記載のセンサと、
     前記第1センサの静電容量と前記第2センサの静電容量とから、前記センサの曲げおよび伸縮を計測する制御部と
     を備えるセンサモジュール。
  15.  前記制御部は、前記第1センサの静電容量変化と前記第2センサの静電容量変化との和および差から、前記センサの曲げおよび伸縮を計測する請求項14に記載のセンサモジュール。
  16.  請求項1に記載のセンサを備えるウェアラブル端末。
  17.  請求項1に記載のセンサを備える電子機器。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180188015A1 (en) * 2016-12-29 2018-07-05 Taiwan Alpha Electronic Co., Ltd. Lamination type stretch sensor for making different layers generates displacement along different directions when stretched
JP2020085613A (ja) * 2018-11-22 2020-06-04 ムネカタインダストリアルマシナリー株式会社 歪みセンサアレイおよびその製造方法
JP2021063786A (ja) * 2019-10-14 2021-04-22 美思科技股▲ふん▼有限公司 検出装置
JP2021154850A (ja) * 2020-03-26 2021-10-07 豊田合成株式会社 ステアリングホイール
KR102356379B1 (ko) * 2021-03-17 2022-02-08 전북대학교산학협력단 반응성 액정을 이용한 투명 휨 센서 및 이의 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11980237B2 (en) 2020-12-30 2024-05-14 Nike, Inc. Minimizing bulk charge in an electroadhesive actuator
KR20230125794A (ko) * 2020-12-30 2023-08-29 나이키 이노베이트 씨.브이. 텍스타일과 전기접착 시스템을 위한 인터페이스

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5047952A (en) * 1988-10-14 1991-09-10 The Board Of Trustee Of The Leland Stanford Junior University Communication system for deaf, deaf-blind, or non-vocal individuals using instrumented glove
JP2002071304A (ja) * 2000-09-05 2002-03-08 Tokin Corp 歪検出システムおよび歪検出方法
JP2004205410A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Takata Corp 荷重センサ及びシート重量計測装置
JP2005043316A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 力センサ
JP2011133329A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Anritsu Sanki System Co Ltd
JP2011232322A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Univ Of Tokyo 力センサ
JP2015026371A (ja) * 2013-06-21 2015-02-05 株式会社半導体エネルギー研究所 情報処理装置
JP2015197382A (ja) * 2014-04-01 2015-11-09 バンドー化学株式会社 静電容量型センサ、及び歪み計測装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001021308A (ja) * 1999-07-09 2001-01-26 Tokin Corp 静電容量式歪センサ
DE102011003734B3 (de) * 2011-02-07 2012-06-14 Ident Technology Ag Elektrodenkonfiguration für eine kapazitive Sensoreinrichtung sowie kapazitive Sensoreinrichtung zur Annäherungsdetektion
JP2014219263A (ja) 2013-05-08 2014-11-20 バンドー化学株式会社 静電容量型センサシート及び静電容量型センサ
CN107003740A (zh) * 2014-12-09 2017-08-01 Lg 伊诺特有限公司 带式传感器和具有带式传感器的可佩戴式设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5047952A (en) * 1988-10-14 1991-09-10 The Board Of Trustee Of The Leland Stanford Junior University Communication system for deaf, deaf-blind, or non-vocal individuals using instrumented glove
JP2002071304A (ja) * 2000-09-05 2002-03-08 Tokin Corp 歪検出システムおよび歪検出方法
JP2004205410A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Takata Corp 荷重センサ及びシート重量計測装置
JP2005043316A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 力センサ
JP2011133329A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Anritsu Sanki System Co Ltd
JP2011232322A (ja) * 2010-04-28 2011-11-17 Univ Of Tokyo 力センサ
JP2015026371A (ja) * 2013-06-21 2015-02-05 株式会社半導体エネルギー研究所 情報処理装置
JP2015197382A (ja) * 2014-04-01 2015-11-09 バンドー化学株式会社 静電容量型センサ、及び歪み計測装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180188015A1 (en) * 2016-12-29 2018-07-05 Taiwan Alpha Electronic Co., Ltd. Lamination type stretch sensor for making different layers generates displacement along different directions when stretched
US10274305B2 (en) * 2016-12-29 2019-04-30 Taiwan Alpha Electronic Co., Ltd. Lamination type stretch sensor for making different layers generates displacement along different directions when stretched
JP2020085613A (ja) * 2018-11-22 2020-06-04 ムネカタインダストリアルマシナリー株式会社 歪みセンサアレイおよびその製造方法
JP2021063786A (ja) * 2019-10-14 2021-04-22 美思科技股▲ふん▼有限公司 検出装置
JP2021154850A (ja) * 2020-03-26 2021-10-07 豊田合成株式会社 ステアリングホイール
KR102356379B1 (ko) * 2021-03-17 2022-02-08 전북대학교산학협력단 반응성 액정을 이용한 투명 휨 센서 및 이의 제조방법
WO2022196874A1 (ko) * 2021-03-17 2022-09-22 전북대학교산학협력단 반응성 액정을 이용한 투명 휨 센서 및 이의 제조방법

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