WO2018066262A1 - 押圧検出装置 - Google Patents

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Murata Manufacturing Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a pressure detection device that detects a pressure operation on an operation surface.
  • a touch input device As a conventional press detection device, for example, there is a touch input device described in Patent Document 1.
  • electrodes are formed on both main surfaces of the polylactic acid film, and one electrode is divided into a plurality of parts.
  • the divided electrodes are connected to a processing unit that outputs position information and pressing information based on voltages detected independently from each other.
  • An object of the present invention is to provide a press detection device that determines a pressing force applied to a pressed position when a plurality of positions are pressed simultaneously.
  • the press detection device of the present invention includes an operation surface, a piezoelectric film distorted by a pressing operation on the operation surface, a plurality of first electrodes disposed on a first main surface of the piezoelectric film, and a second main electrode of the piezoelectric film.
  • a position detection unit for detecting a pressed position on the operation surface, and a plurality of positions on the operation surface are simultaneously pressed
  • “Simultaneously pressing” is not limited to pressing two locations at the same time, but includes pressing one location with a time difference while pressing one location. In this configuration, when a plurality of positions are pressed at the same time, the pressing force applied to the pressing position can be determined.
  • the calculation unit calculates a ratio of a pressing force applied to the pressing position based on a ratio of a voltage between the first electrode and the second electrode. In this configuration, when a plurality of positions are pressed at the same time, the ratio of the pressing force applied to the pressing positions can be calculated, so that a high-performance pressing detection device can be realized.
  • the calculation unit calculates a voltage ratio between the first electrode and the second electrode corresponding to the pressed position detected by the position detection unit when a plurality of positions on the operation surface are simultaneously pressed. Then, it is preferable to calculate the ratio of the pressing force by substituting the calculated value into a predetermined function. With this configuration, it is possible to reduce the calculation load when calculating the ratio of the pressing force.
  • the calculation unit calculates a total value of voltages between the first electrode and the second electrode, and based on the calculated total value and the pressing position detected by the position detection unit, the pressing The total value of the pressing force applied to the position may be calculated, and the pressing force applied to the pressing position may be calculated based on the calculated total value of the pressing force and the ratio of the pressing force. In this configuration, since the pressing force applied to the pressing position can be calculated, a higher-performance pressing detection device can be realized.
  • the pressing force applied to the pressing position can be determined.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a press detection device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure detection device 10 taken along the line AA.
  • FIG. 3 is a plan view of the capacitance sensor 14.
  • FIG. 4A is a plan view of the pressure detection electrode 26 and the PET film 27.
  • FIG. 4B is a plan view of the ground electrode 22 and the PET film 21.
  • FIG. 5 is a block diagram of the arithmetic circuit module 30.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing executed by the control unit 34.
  • FIG. 7 is a diagram showing the pressing position.
  • FIG. 8 is a diagram showing the pressing force applied to the position shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the potential of the pressure detection electrode 26 when the position shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a change in the ratio Pr F of the pressing force with respect to a change in the potential ratio R V when the positions shown in FIG. 7 are pressed simultaneously.
  • FIG. 11 is a diagram showing the pressing position.
  • FIG. 12 is a diagram showing a change in the pressing force ratio Pr F with respect to a change in the potential ratio R V when the positions shown in FIG. 11 are simultaneously pressed.
  • FIG. 13 is a block diagram of the arithmetic circuit module 40 according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating processing executed by the control unit 44.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a press detection device 10 according to the first embodiment.
  • the press detection device 10 is an information processing device such as a smartphone.
  • the press detection device 10 includes a rectangular parallelepiped housing 11 and a planar surface panel 12 disposed in an opening on the upper surface of the housing 11 in appearance.
  • the surface panel 12 is made of, for example, glass, polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), or an acrylic flat plate.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • the upper surface of the front panel 12 functions as an operation surface on which a user operates using a finger, a pen, or the like.
  • the width direction (lateral direction) of the housing 11 is the X-axis direction
  • the length direction (vertical direction) is the Y-axis direction
  • the thickness direction is the Z-axis direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure detection device 10 taken along the line AA.
  • FIG. 3 is a plan view of the capacitance sensor 14.
  • FIG. 4A is a plan view of the pressure detection electrode 26 and the PET film 27.
  • FIG. 4B is a plan view of the ground electrode 22 and the PET film 21.
  • illustration of the extraction electrode connected to each detection electrode is omitted.
  • an adhesive 13, a capacitance sensor 14, an adhesive 15, and the like are arranged in the housing 11 along the Z-axis direction in order from the opening (surface panel 12) side of the housing 11.
  • a piezoelectric sensor 20, an adhesive 16, a liquid crystal display 17, and an arithmetic circuit module 30 are arranged.
  • the capacitance sensor 14, the piezoelectric sensor 20, and the liquid crystal display 17 have a flat plate shape and are arranged inside the casing 11 so as to be parallel to the opening (front panel 12) of the casing 11. .
  • the capacitance sensor 14 is attached to the lower surface of the front panel 12 via the adhesive 13.
  • a piezoelectric sensor 20 is attached to the lower surface of the capacitance sensor 14 via an adhesive 15.
  • a liquid crystal display 17 is attached to the lower surface of the piezoelectric sensor 20 via an adhesive 16.
  • a circuit board (not shown) is disposed between the bottom surface of the housing 11 and the liquid crystal display 17, and the arithmetic circuit module 30 is mounted on the circuit board.
  • the arithmetic circuit module 30 includes a CPU, a memory, a CPU peripheral circuit, and the like. Note that the present invention includes a configuration in which no liquid crystal display is arranged.
  • the capacitance sensor 14 includes a plurality of capacitance detection electrodes 141, a flat insulating substrate 142, and a plurality of capacitance detection electrodes 143.
  • the insulating substrate 142 is made of a transparent material, for example, a film made of PET or COP (cycloolefin polymer), a sheet or plate made of PC or PMMA (acrylic resin), or 0.1 mm to 0.7 mm. Made of thin glass.
  • a plurality of capacitance detection electrodes 141 are formed on the first main surface (upper surface side) of the insulating substrate 142. As shown in FIG. 3, the plurality of capacitance detection electrodes 141 have a rectangular shape that is long in one direction in plan view (viewed from the Z-axis direction), and the long direction is parallel to the Y-axis direction. Are arranged as follows. The plurality of capacitance detection electrodes 141 are arranged at predetermined intervals along the X-axis direction.
  • a plurality of capacitance detection electrodes 143 are formed on the second main surface (lower surface side) of the insulating substrate 142. As shown in FIG. 3, the plurality of capacitance detection electrodes 143 also have a rectangular shape that is long in one direction in plan view. The plurality of capacitance detection electrodes 143 are arranged so that the longitudinal direction is parallel to the X-axis direction. Such a plurality of capacitance detection electrodes 143 are arranged at predetermined intervals along the Y-axis direction.
  • the capacitance sensor 14 detects a change in capacitance that occurs when a user's finger approaches or comes into contact with the capacitance detection electrode 141 and the capacitance detection electrode 143.
  • positioning aspect of the electrode 141 for electrostatic capacitance detection and the electrode 143 for electrostatic capacitance detection is not restricted to this example.
  • the piezoelectric sensor 20 includes a PET film 21, a plurality of ground electrodes 22, an adhesive 23, a piezoelectric film 24, an adhesive 25, a plurality of press detection electrodes 26, and a PET film 27.
  • the first main surface (upper surface side) of the PET film 21 is affixed to the lower surface of the capacitance sensor 14 via the adhesive 15.
  • a ground electrode 22 is deposited on the second main surface (lower surface side) of the PET film 21.
  • a piezoelectric film 24 is attached to the ground electrode 22 via an adhesive 23.
  • a pressure detection electrode 26 is attached to the piezoelectric film 24 via an adhesive 25.
  • the pressure detection electrode 26 is deposited on a PET film 27.
  • the pressure detection electrode 26 is disposed on the first main surface (lower surface side) of the piezoelectric film 24.
  • the ground electrode 22 is disposed on the second main surface (upper surface side) of the piezoelectric film 24.
  • the pressure detection electrode 26 and the ground electrode 22 are examples of the “first electrode” and the “second electrode” in the present invention, respectively.
  • the ground electrode 22 is vapor-deposited on the PET film 21 and the pressure detection electrode 26 is vapor-deposited on the PET film 27.
  • the ground electrode 22 and the pressure detection electrode 26 are formed of a piezoelectric film. You may form directly on both main surfaces. In this case, a PET film or an adhesive between the piezoelectric film 24 and the ground electrode 22 and the pressure detection electrode 26 is unnecessary.
  • the plurality of press detection electrodes 26 are arranged on substantially the entire surface of the PET film 27 in plan view.
  • the pressure detection electrodes 26 are arranged in a matrix in plan view.
  • the pressure detection electrodes 26 are aligned in 5 rows and 3 columns in plan view.
  • the length of each pressing detection electrode 26 in the X-axis direction is equal to or greater than the width of the capacitance detection electrode 141.
  • the length of each press detection electrode 26 in the Y-axis direction is equal to or greater than the width of the capacitance detection electrode 143.
  • the plurality of ground electrodes 22 are formed on substantially the entire surface of the PET film 21 in plan view.
  • the ground electrodes 22 are arranged in a matrix in plan view.
  • the ground electrodes 22 are aligned in 5 rows and 3 columns in plan view.
  • the ground electrode 22 and the pressure detection electrode 26 are opposed to each other via the piezoelectric film 24.
  • the ground electrode may be composed of one electrode that is not divided into a plurality of parts.
  • the ground electrode 22 and the pressure detection electrode 26 are all made of a transparent material, for example, a material mainly composed of indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), or polythiophene.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • polythiophene polythiophene
  • the structure does not include a display device such as a liquid crystal display or a structure in which a piezoelectric sensor is disposed on the back surface of the display device, it may be non-transparent, such as copper (Cu) or silver (Ag).
  • the piezoelectric film 24 is distorted by a pressing operation with respect to the operation surface of the front panel 12, generates electric charges in the respective pressing detection electrodes 26, and changes the potential of the respective pressing detection electrodes 26.
  • Such a piezoelectric film 24 is preferably made of a highly transparent chiral polymer. More preferably, it is uniaxially stretched polylactic acid (PLA), more preferably L-type polylactic acid (PLLA).
  • PLA uniaxially stretched polylactic acid
  • PLLA L-type polylactic acid
  • a chiral polymer has a helical structure in its main chain, and has a piezoelectric property when oriented uniaxially and molecules are oriented. The amount of charge generated by the uniaxially stretched chiral polymer is uniquely determined by the amount of displacement of the surface panel 12 in the normal direction.
  • the piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers. That is, it is possible to detect a pressing operation with high sensitivity and to output a deformation detection signal corresponding to the pressing amount with high accuracy.
  • the piezoelectric film 24 is disposed such that the uniaxial stretching direction forms an angle of approximately 45 ° with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction. By performing such an arrangement, the pressing operation can be detected with higher sensitivity.
  • the control unit 34 controls the overall operation of the arithmetic circuit module 30. As will be described later, when the plurality of positions on the operation surface of the front panel 12 are pressed at the same time, the control unit 34 compares the potential R of the pressure detection electrode 26 corresponding to the pressed position detected by the position detection unit 36. Based on V , the ratio R F of the pressing force applied to the pressing position is calculated. More specifically, the control unit 34 calculates the ratio R V of the potential of the pressure detection electrode 26 corresponding to the pressure position detected by the position detection unit 36, and substitutes the calculated value for a predetermined function f. To calculate the ratio R F of the pressing force. “Simultaneously pressing” is not limited to pressing two locations at the same time, but includes pressing one location with a time difference while pressing one location. The control unit 34 includes the “calculation unit” of the present invention.
  • the storage unit 35 stores a program executed by the arithmetic circuit module 30 and sequentially stores arithmetic processing results and the like.
  • the storage unit 35 stores a plurality of functions f determined according to the combination of the pressed positions. More specifically, the storage unit 35 stores the slope and intercept of the function f represented by a linear function. Details of the function f will be described later.
  • the display processing unit 33 displays an image on the liquid crystal display 17 based on the control of the control unit 34.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing executed by the control unit 34.
  • the pressed position is acquired from the position detector 36 (S11).
  • S12: Yes the potential V 1 of the pressing detection electrode 26 corresponding to the one pressing position P 1 acquired from the potential detecting unit 32 and the other pressing acquired.
  • the potential V 2 of the pressure detection electrode 26 corresponding to the position P 2 is acquired (S13).
  • the potential ratio R V is calculated (S14).
  • R V V 1 / V 2 .
  • the ratio R V of the calculated potential by substituting the previously stored function f in the storage unit 35, calculates the ratio Pr F of the pressing force (S15).
  • Pr F F 1 / F.
  • F 1 is a pressing force applied to the pressing position P 1 .
  • FIG. 10 is a diagram showing a change in the ratio Pr F of the pressing force with respect to a change in the potential ratio R V when the positions shown in FIG. 7 are pressed simultaneously.
  • FIG. 10 is obtained from the results shown in FIGS.
  • the function f is expressed by a linear function that is determined according to the combination of the pressed positions.
  • a plurality of functions f determined in accordance with the combination of the pressing positions are stored in the storage unit 35 in advance, so that the ratio Pr F of the pressing force is calculated from the potential ratio R V no matter what position is pressed. Is done. It should be noted that the present invention is not limited to the linear function formula described above, and any relationship between the pressing force ratio Pr F and the potential ratio R V can be included in the present invention.
  • the pressing force ratio Pr F is about 0.5, and as a result, the pressing force ratio R F is about 1.
  • the accuracy can be further increased by detecting the pressing in light of a function suitable for the position.
  • FIG. 13 is a block diagram of the arithmetic circuit module 40 according to the second embodiment.
  • the control unit 44 calculates the pressing force at each pressed position.
  • the storage unit 45 stores in advance a function, a table, and the like that associate the total pressing force F with a combination of a total potential and a pressing position of a later-described pressing detection electrode 26.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating processing executed by the control unit 44.
  • the pressed position is acquired from the position detector 36 (S21).
  • the potentials of all the pressing detection electrodes 26 are acquired from the potential detection unit 32 (S23).
  • the total potential of the pressure detection electrode 26 is calculated (S24).
  • the total potential of the pressure detection electrode 26 is the total value of the potentials of all the pressure detection electrodes 26 acquired from the potential detection unit 32.
  • the total pressing force F is calculated by applying a function, a table, or the like stored in advance in the storage unit 45 to the combination of the calculated total potential of the pressing detection electrode 26 and the acquired pressing position. (S25).
  • the pressing force at each pressing position is calculated, so that a higher-performance touch panel can be realized.
  • the pressing position is detected by the capacitance method.
  • the pressing position may be detected by a resistance film method, a membrane switch, or the like.
  • the function f that associates the pressing force ratio Pr F with the potential ratio R V is expressed by a linear function.
  • the fifth row A column (hereinafter referred to as 5-A)
  • the gap between the pressure detection electrode and the fifth row B column (hereinafter referred to as 5-B) pressure detection electrode and the 5-B pressure detection electrode and the fifth row C column (hereinafter referred to as 5-C)
  • an average value of a function of 5-A and 5-B and a function of 5-B and 5-C may be used.
  • store can be reduced.

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Abstract

押圧検出装置（１０）は、操作面と、操作面に対する押圧操作により歪む圧電フィルム（２４）と、圧電フィルム（２４）の第１主面に配置された複数の第１電極（２６）と、圧電フィルムの第２主面に配置され、第１電極（２６）と対向する少なくとも１つの第２電極（２２）と、操作面上の押圧位置を検出する位置検出部と、同時に操作面上の複数の位置が押圧されたとき、位置検出部が検出した押圧位置に対応する押圧力を算出する算出部と、を備える。

Description

押圧検出装置
　本発明は、操作面に対する押圧操作を検出する押圧検出装置に関する。
　従来の押圧検出装置として、例えば、特許文献１に記載のタッチ式入力装置がある。このタッチ入力装置では、ポリ乳酸フィルムの両主面に電極が形成され、一方の電極が複数に分割されている。また、分割された電極は、当該電極から互いに独立して検出される電圧に基づいて位置情報および押圧情報を出力する処理部に接続されている。
国際公開第２０１０／１４３５２８号
　特許文献１に記載のタッチ式入力装置では、タッチパネル上の１つの位置が押圧されることが前提となっている。即ち、このタッチ式入力装置では、タッチパネル上の複数の位置が同時に押圧されることが想定されていない。
　本発明の目的は、複数の位置が同時に押圧された場合に、押圧位置にかかる押圧力を判定する押圧検出装置を提供することにある。
　本発明の押圧検出装置は、操作面と、前記操作面に対する押圧操作により歪む圧電フィルムと、前記圧電フィルムの第１主面に配置された複数の第１電極と、前記圧電フィルムの第２主面に配置され、前記第１電極と対向する少なくとも１つの第２電極と、前記操作面上の押圧位置を検出する位置検出部と、同時に前記操作面上の複数の位置が押圧されたとき、前記位置検出部が検出した前記押圧位置に対応する押圧力を算出する算出部と、を備える。「同時に押圧」については、同じタイミングで２箇所を同時に押すというものに限らず、１箇所を押している状態でもう１箇所を時間差で押すというものも含む。この構成では、複数の位置が同時に押圧された場合に、押圧位置にかかる押圧力を判定できる。
　前記算出部は、前記第１電極と前記第２電極との間の電圧の比に基づいて、前記押圧位置にかかる押圧力の比を算出することが好ましい。この構成では、複数の位置が同時に押圧された場合に、押圧位置にかかる押圧力の比を算出できるので、高性能な押圧検出装置を実現できる。
　前記算出部は、同時に前記操作面上の複数の位置が押圧されたとき、前記位置検出部が検出した前記押圧位置に対応する前記第１電極と前記第２電極と間の電圧の比を算出し、その算出値を所定の関数に代入することで前記押圧力の比を算出することが好ましい。この構成では、押圧力の比を算出するときの計算負荷を小さくできる。
　前記算出部は、前記第１電極と前記第２電極との間の電圧の合計値を算出し、算出した合計値と、前記位置検出部で検出された前記押圧位置とに基づいて、前記押圧位置にかかる押圧力の合計値を算出し、算出した前記押圧力の合計値および前記押圧力の比に基づいて、前記押圧位置にかかる押圧力を算出してもよい。この構成では、押圧位置にかかる押圧力を算出できるので、さらに高性能な押圧検出装置を実現できる。
　本発明によれば、複数の位置が同時に押圧された場合に、押圧位置にかかる押圧力を判定できる。
図１は第１の実施形態に係る押圧検出装置１０の外観斜視図である。 図２は押圧検出装置１０のＡ－Ａ断面図である。 図３は静電容量センサ１４の平面図である。 図４（Ａ）は押圧検出用電極２６およびＰＥＴフィルム２７の平面図である。図４（Ｂ）はグランド電極２２およびＰＥＴフィルム２１の平面図である。 図５は演算回路モジュール３０のブロック図である。 図６は、制御部３４が実行する処理を示すフローチャートである。 図７は押圧位置を示す図である。 図８は、図７に示す位置にかかる押圧力を示す図である。 図９は、図７に示す位置が、図８に示す押圧力で、同時に押圧されたときの押圧検出用電極２６の電位を示す図である。 図１０は、図７に示す位置が同時に押圧されたときの電位の比ＲVの変化に対する押圧力の割合ＰｒFの変化を示す図である。 図１１は押圧位置を示す図である。 図１２は、図１１に示す位置が同時に押圧されたときの電位の比ＲVの変化に対する押圧力の割合ＰｒFの変化を示す図である。 図１３は第２の実施形態に係る演算回路モジュール４０のブロック図である。 図１４は、制御部４４が実行する処理を示すフローチャートである。
　以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第１の実施形態》
　図１は第１の実施形態に係る押圧検出装置１０の外観斜視図である。押圧検出装置１０はスマートフォン等の情報処理装置である。押圧検出装置１０は、外観上、直方体形状の筐体１１と、筐体１１の上面の開口部に配置された平面状の表面パネル１２と、を備えている。表面パネル１２は、例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、またはアクリルの平板によって形成されている。表面パネル１２の上面は、利用者が指やペン等を用いて操作を行う操作面として機能する。なお、本明細書では、筐体１１の幅方向（横方向）をＸ軸方向とし、長さ方向（縦方向）をＹ軸方向とし、厚み方向をＺ軸方向とする。
　図２は押圧検出装置１０のＡ－Ａ断面図である。図３は静電容量センサ１４の平面図である。図４（Ａ）は押圧検出用電極２６およびＰＥＴフィルム２７の平面図である。図４（Ｂ）はグランド電極２２およびＰＥＴフィルム２１の平面図である。なお、図３、図４（Ａ）、および図４（Ｂ）では、それぞれの検出用電極に接続される引出電極の図示を省略している。
　図２に示すように、筐体１１の内部には、筐体１１の開口部（表面パネル１２）側から順にＺ軸方向に沿って、粘着剤１３、静電容量センサ１４、粘着剤１５、圧電センサ２０、粘着剤１６、液晶ディスプレイ１７、および演算回路モジュール３０が配置されている。静電容量センサ１４、圧電センサ２０、および液晶ディスプレイ１７は、平板状であり、それぞれ筐体１１の開口部（表面パネル１２）と平行になるように、筐体１１の内部に配置されている。静電容量センサ１４は、粘着剤１３を介して表面パネル１２の下面に貼り付けられる。静電容量センサ１４の下面には、粘着剤１５を介して圧電センサ２０が貼り付けられる。圧電センサ２０の下面には、粘着剤１６を介して液晶ディスプレイ１７が貼り付けられる。筐体１１の底面と液晶ディスプレイ１７との間には、回路基板（不図示）が配置されており、当該回路基板に演算回路モジュール３０が実装されている。演算回路モジュール３０は、ＣＰＵ、メモリ、ＣＰＵの周辺回路等から構成される。なお、液晶ディスプレイが配置されない構成であっても本発明に含まれる。
　静電容量センサ１４は、複数の静電容量検出用電極１４１、平板状の絶縁性基板１４２、および複数の静電容量検出用電極１４３を備えている。絶縁性基板１４２は、透明性を有する材料からなり、例えばＰＥＴやＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等からなるフィルム、ＰＣやＰＭＭＡ（アクリル樹脂）等からなるシートやプレート、または０．１ｍｍ~０．７ｍｍ程度の薄いガラスからなる。
　絶縁性基板１４２の第１主面（上面側）には、複数の静電容量検出用電極１４１が形成されている。図３に示すように、複数の静電容量検出用電極１４１は、平面視して（Ｚ軸方向から見て）一方向に長い長方形状であり、長尺方向がＹ軸方向に平行になるように配置されている。このような複数の静電容量検出用電極１４１は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔で配置されている。
　また、絶縁性基板１４２の第２主面（下面側）には、複数の静電容量検出用電極１４３が形成されている。図３に示すように、複数の静電容量検出用電極１４３も、平面視して一方向に長い長方形状である。複数の静電容量検出用電極１４３は、長尺方向がＸ軸方向に平行になるように配置されている。このような複数の静電容量検出用電極１４３は、Ｙ軸方向に沿って所定の間隔で配置されている。
　複数の静電容量検出用電極１４１および複数の静電容量検出用電極１４３は、全て透明性を有する材料からなり、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ポリチオフェンを主成分とする材料を用いる。液晶ディスプレイ等の表示装置を備えない構成や表示装置の裏面に圧電センサを配置する構成であれば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）のように透明性を有しないものであっても良い。
　静電容量センサ１４は、利用者の指が近接したり、接触したりした際に生じる静電容量の変化を、静電容量検出用電極１４１および静電容量検出用電極１４３で検出する。
　なお、静電容量検出用電極１４１および静電容量検出用電極１４３の配置態様は、この例に限るものではない。
　圧電センサ２０は、ＰＥＴフィルム２１、複数のグランド電極２２、粘着剤２３、圧電フィルム２４、粘着剤２５、複数の押圧検出用電極２６、およびＰＥＴフィルム２７を備えている。ＰＥＴフィルム２１の第１主面（上面側）は、粘着剤１５を介して静電容量センサ１４の下面に貼り付けられている。ＰＥＴフィルム２１の第２主面（下面側）には、グランド電極２２が蒸着されている。グランド電極２２には、粘着剤２３を介して圧電フィルム２４が貼り付けられている。圧電フィルム２４には、粘着剤２５を介して押圧検出用電極２６が貼り付けられている。押圧検出用電極２６はＰＥＴフィルム２７に蒸着されている。即ち、押圧検出用電極２６は圧電フィルム２４の第１主面（下面側）に配置されている。グランド電極２２は圧電フィルム２４の第２主面（上面側）に配置されている。押圧検出用電極２６およびグランド電極２２は、それぞれ、本発明の「第１電極」および「第２電極」の一例である。
　なお、この例では、グランド電極２２がＰＥＴフィルム２１に蒸着され、押圧検出用電極２６がＰＥＴフィルム２７に蒸着される例を示しているが、グランド電極２２および押圧検出用電極２６は圧電フィルムの両主面に直接形成されていてもよい。この場合、ＰＥＴフィルムや、圧電フィルム２４とグランド電極２２および押圧検出用電極２６との間の粘着剤は不要である。
　図４（Ａ）に示すように、複数の押圧検出用電極２６は、平面視してＰＥＴフィルム２７の略全面に配置されている。押圧検出用電極２６は、平面視してマトリクス状に配置されている。押圧検出用電極２６は、平面視して５行３列に整列している。それぞれの押圧検出用電極２６のＸ軸方向の長さは静電容量検出用電極１４１の幅以上である。それぞれの押圧検出用電極２６のＹ軸方向の長さは静電容量検出用電極１４３の幅以上である。図４（Ｂ）に示すように、複数のグランド電極２２は、平面視してＰＥＴフィルム２１の略全面に形成されている。グランド電極２２は、平面視してマトリクス状に配置されている。グランド電極２２は、平面視して５行３列に整列している。グランド電極２２と押圧検出用電極２６とは圧電フィルム２４を介して互いに対向している。なお、グランド電極は、複数に分割されていない１つの電極から構成されてもよい。
　グランド電極２２および押圧検出用電極２６は、全て透明性を有する材料からなり、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ポリチオフェンを主成分とする材料を用いる。液晶ディスプレイ等の表示装置を備えない構成や表示装置の裏面に圧電センサを配置する構成であれば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）のように透明性を有しないものであっても良い。
　圧電フィルム２４は、表面パネル１２の操作面に対する押圧操作により歪み、それぞれの押圧検出用電極２６に電荷を発生させるとともに、それぞれの押圧検出用電極２６の電位を変化させる。
　このような圧電フィルム２４には、透明性の高いキラル高分子を用いることが好ましい。より好ましくは、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、さらにはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）であることが好ましい。キラル高分子は、主鎖が螺旋構造を有し、一軸延伸されて分子が配向すると、圧電性を有する。そして、一軸延伸されたキラル高分子が発生する電荷量は、表面パネル１２が法線方向へ変位する変位量によって一意的に決定される。
　一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。すなわち、押圧操作を高感度に検出し、押圧量に応じた変形検出信号を高精度に出力することができる。
　また、キラル高分子は、延伸等による分子の配向処理で圧電性が生じるため、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。このため、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に変動することがなく、極めて安定している。さらに、ポリ乳酸は、焦電性がないため、操作面に近い位置に圧電フィルムを配置し、利用者の指等の熱が伝わる場合であっても、検出される電荷量が変化することがない。第１の実施形態では、圧電フィルム２４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して、一軸延伸方向が略４５°の角度を成すように配置されている。このような配置を行うことで、より高感度に押圧操作を検出できる。
　図５は演算回路モジュール３０のブロック図である。演算回路モジュール３０は、位置処理部３１、電位検出部３２、表示処理部３３、制御部３４、および記憶部３５を備える。位置処理部３１は、静電容量センサ１４の静電容量の変化に基づいて、表面パネル１２の操作面上のタッチ位置を検出する。このため、静電容量センサ１４および位置処理部３１は、表面パネル１２の操作面上の押圧位置を検出する位置検出部３６を構成する。電位検出部３２は、位置検出部３６が検出した押圧位置に対応する押圧検出用電極２６の電位（押圧検出用電極２６とグランド電極２２との間の電圧）を検出する。押圧位置に対応する押圧検出用電極２６は、平面視して、位置検出部３６が検出した押圧位置に重なるものである。押圧位置に対応するグランド電極２２は、平面視して、位置検出部３６が検出した押圧位置に重なるものである。
　制御部３４は演算回路モジュール３０の全体の動作を制御する。制御部３４は、後述のように、同時に表面パネル１２の操作面上の複数の位置が押圧されたとき、位置検出部３６が検出した押圧位置に対応する押圧検出用電極２６の電位の比ＲVに基づいて、押圧位置にかかる押圧力の比ＲFを算出する。より具体的には、制御部３４は、位置検出部３６が検出した押圧位置に対応する押圧検出用電極２６の電位の比ＲVを算出し、その算出値を所定の関数ｆに代入することで押圧力の比ＲFを算出する。「同時に押圧」については、同じタイミングで２箇所同時に押すというものに限らず、１箇所を押している状態でもう１箇所を時間差で押すというものも含む。制御部３４は本発明の「算出部」を含む。
　記憶部３５は、演算回路モジュール３０が実行するプログラムを記憶し、また、演算処理結果等を逐次記憶する。記憶部３５は、押圧位置の組合せに従って定まる複数の関数ｆを記憶している。より具体的には、記憶部３５は、一次関数で表される関数ｆの傾きおよび切片を記憶している。関数ｆの詳細については後述する。表示処理部３３は、制御部３４の制御に基づいて、液晶ディスプレイ１７に映像を表示する。
　図６は、制御部３４が実行する処理を示すフローチャートである。まず、位置検出部３６から押圧位置を取得する（Ｓ１１）。取得された押圧位置が２つの場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、電位検出部３２から、取得された一方の押圧位置Ｐ1に対応する押圧検出用電極２６の電位Ｖ1と、取得された他方の押圧位置Ｐ2に対応する押圧検出用電極２６の電位Ｖ2とを取得する（Ｓ１３）。次に、電位の比ＲVを算出する（Ｓ１４）。ここで、ＲV＝Ｖ1／Ｖ2である。次に、算出された電位の比ＲVを、記憶部３５に予め記憶された関数ｆに代入することで、押圧力の割合ＰｒFを算出する（Ｓ１５）。ここで、ＰｒF＝Ｆ1／Ｆである。Ｆ1は押圧位置Ｐ1にかかる押圧力である。Ｆは、Ｆ2を押圧位置Ｐ2にかかる押圧力として、Ｆ=Ｆ1＋Ｆ2である。即ち、Ｆは押圧位置にかかる押圧力の合計値（全押圧力）である。そして、押圧力の比ＲFを、ＲF＝Ｆ1／Ｆ2＝ＰｒF／（１－ＰｒF）から算出する（Ｓ１５）。取得された押圧位置が２つではない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、処理を終了する。なお、制御部３４は、上記の処理を随時行いつつ、プログラムに定められた他の処理を行う。
　次に、電位の比ＲVに押圧力の割合ＰｒFを対応付ける関数ｆについて説明する。図９は、図７に示す位置が、図８に示す押圧力で、同時に押圧されたときの押圧検出用電極２６の電位を示す図である。例えば、ケース１では、押圧位置Ｐ1に１Ｎの押圧力がかかると同時に、押圧位置Ｐ2に５Ｎの押圧力がかかる。押圧位置Ｐ1に対応する５行目Ｂ列目の押圧検出用電極２６の電位は１．１４Ｖである。押圧位置Ｐ2に対応する３行目Ｂ列目の押圧検出用電極２６の電位は１．４２Ｖである。このように、図８に示す押圧力と図９に示す押圧検出用電極２６の電位が必ずしも一定の関係とならないことがある。
　図１０は、図７に示す位置が同時に押圧されたときの電位の比ＲVの変化に対する押圧力の割合ＰｒFの変化を示す図である。図１０は、図８および図９に示す結果から得られる。図１０に示すように、図７に示す位置が押圧されたとき、押圧力の割合ＰｒFは、電位の比ＲVを用いて、概ね、ＰｒF＝１．８８×ＲV－１．３０と表される。このように、関数ｆは、押圧位置の組合せに従って定まる一次関数で表される。このため、押圧位置の組合せに従って定まる複数の関数ｆが記憶部３５に予め記憶されることで、どのような位置が押圧されたとしても、電位の比ＲVから押圧力の割合ＰｒFが算出される。なお、前述した一次関数の式に限らず、押圧力の割合ＰｒFと電位の比ＲVとの関係が関数で表されていれば本発明に含まれる。
　次に、図６に示すステップＳ１５の具体例について説明する。図７に示す位置が同時に押圧された場合、押圧力の割合ＰｒFは、上記のように、ＰｒF＝１．８８×ＲV－１．３０と表される。例えば、電位の比ＲVが１となった場合、押圧力の割合ＰｒFは約０．６となり、その結果、押圧力の比ＲFは約３／２となる。図１２は、図１１に示す位置が同時に押圧されたときの電位の比ＲVの変化に対する押圧力の割合ＰｒFの変化を示す図である。図１２から、図１１に示す位置が同時に押圧されたとき、押圧力の割合ＰｒFは、概ね、ＰｒF＝０．２１×ＲV＋０．０８と表される。例えば、電位の比ＲVが２となった場合、押圧力の割合ＰｒFは約０．５となり、その結果、押圧力の比ＲFは約１となる。図１０と図１２とに示されている通り、押圧位置によって傾向が異なるため、その位置に合った関数に照らし合わせて押圧を検知することでより精度を高くすることができる。
　第１の実施形態では、表面パネル１２の操作面上の２つの位置が同時に押圧された場合、押圧力の比ＲFが算出される。このため、それぞれの押圧位置の押圧力を判定できるので、より高性能なタッチパネルを実現できる。
《第２の実施形態》
　第２の実施形態では、算出部が、押圧検出用電極の電位の合計値を算出し、算出した押圧検出用電極の電位の合計値と、位置検出部で検出された押圧位置とに基づいて、押圧位置にかかる押圧力の合計値を算出する。そして、算出部は、算出した押圧力の合計値および押圧力の比に基づいて、押圧位置にかかる押圧力を算出する。
　図１３は第２の実施形態に係る演算回路モジュール４０のブロック図である。制御部４４は、後述のように、同時に２つの位置が押圧されたとき、それぞれの押圧位置の押圧力を算出する。記憶部４５は、後述の押圧検出用電極２６の合計電位と押圧位置との組合せに全押圧力Ｆを対応付ける関数、テーブル等を予め記憶している。
　図１４は、制御部４４が実行する処理を示すフローチャートである。まず、位置検出部３６から押圧位置を取得する（Ｓ２１）。取得された押圧位置が２つの場合（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、電位検出部３２から全ての押圧検出用電極２６の電位を取得する（Ｓ２３）。次に、押圧検出用電極２６の合計電位を算出する（Ｓ２４）。押圧検出用電極２６の合計電位は、電位検出部３２から取得された全ての押圧検出用電極２６の電位の合計値である。次に、算出された押圧検出用電極２６の合計電位と、取得された押圧位置との組合せに、記憶部４５に予め記憶された関数、テーブル等を適用して、全押圧力Ｆを算出する（Ｓ２５）。ステップＳ２５で使用される関数、テーブル等は、上記のように、押圧検出用電極２６の合計電位と押圧位置との組合せに全押圧力Ｆを対応付けるものである。次に、各押圧位置に対応する押圧検出用電極２６の電位を選択し、その電位の比ＲVを算出する（Ｓ２６）。次に、算出された電位の比ＲVを、記憶部４５に予め記憶された関数ｆに代入することで、押圧力の割合ＰｒFを算出する（Ｓ２７）。なお、押圧力の割合ＰｒFは本発明の「押圧力の比」の一例である。次に、Ｆ1＝ＰｒFＦおよびＦ2＝（１－ＰｒF）Ｆから、押圧力Ｆ1および押圧力Ｆ2を算出する（Ｓ２８）。取得された押圧位置が２つではない場合（Ｓ２２：Ｎｏ）、処理を終了する。
　なお、ステップＳ２７およびステップＳ２８において、押圧力の比ＲFを算出し、そして、押圧力の比ＲFおよび全押圧力Ｆに基づいて押圧力Ｆ1および押圧力Ｆ2を算出してもよい。
　第２の実施形態では、表面パネル１２の操作面上の２つの位置が同時に押圧された場合、それぞれの押圧位置の押圧力が算出されるので、より高性能なタッチパネルを実現できる。
　なお、上記の実施形態では、静電容量方式で押圧位置を検出する例を示したが、抵抗膜方式やメンブレンスイッチ等により押圧位置を検出してもよい。
　また、上記の実施形態では、電位の比ＲVに押圧力の割合ＰｒFを対応付ける関数ｆを１次関数で表す例を示したが、例えば５行目Ａ列目（以下、５－Ａ）の押圧検知用電極と５行目Ｂ列目（以下、５－Ｂ）の押圧検出用電極の隙間および５－Ｂの押圧検知用電極と５行目Ｃ列目（以下、５－Ｃ）の押圧検出用電極の隙間を押圧した際に、５－Ａと５－Ｂの関数と、５－Ｂと５－Ｃの関数の平均値を用いてもよい。これにより、記憶させる関数を減らすことができる。
１０…押圧検出装置
１１…筐体
１２…表面パネル
１３，１５，１６，２３，２５…粘着剤
１４…静電容量センサ
１７…液晶ディスプレイ
２０…圧電センサ
２１，２７…ＰＥＴフィルム
２２…グランド電極（第２電極）
２４…圧電フィルム
２６…押圧検出用電極（第１電極）
３０，４０…演算回路モジュール
３１…位置処理部
３２…電位検出部
３３…表示処理部
３４，４４…制御部（算出部）
３５，４５…記憶部
３６…位置検出部
１４１，１４３…静電容量検出用電極
１４２…絶縁性基板

Claims (4)

  1. 　操作面と、
    　前記操作面に対する押圧操作により歪む圧電フィルムと、
    　前記圧電フィルムの第１主面に配置された複数の第１電極と、
    　前記圧電フィルムの第２主面に配置され、前記第１電極と対向する少なくとも１つの第２電極と、
    　前記操作面上の押圧位置を検出する位置検出部と、
    　同時に前記操作面上の複数の位置が押圧されたとき、前記位置検出部が検出した前記押圧位置に対応する押圧力を算出する算出部と、を備える、押圧検出装置。
  2. 　前記算出部は、前記第１電極と前記第２電極との間の電圧の比に基づいて、前記押圧位置にかかる押圧力の比を算出する、請求項１に記載の押圧検出装置。
  3. 　前記算出部は、同時に前記操作面上の複数の位置が押圧されたとき、前記位置検出部が検出した前記押圧位置に対応する前記第１電極と前記第２電極と間の電圧の比を算出し、その算出値を所定の関数に代入することで前記押圧力の比を算出する、請求項１または２に記載の押圧検出装置。
  4. 　前記算出部は、前記第１電極と前記第２電極との間の電圧の合計値を算出し、算出した合計値と、前記位置検出部が検出した前記押圧位置とに基づいて、前記押圧位置にかかる押圧力の合計値を算出し、算出した前記押圧力の合計値および前記押圧力の比に基づいて、前記押圧位置にかかる押圧力を算出する、請求項１乃至３の何れかに記載の押圧検出装置。
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