WO2022030486A1 - 操作検出センサおよび電子機器 - Google Patents

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WO2022030486A1
WO2022030486A1 PCT/JP2021/028759 JP2021028759W WO2022030486A1 WO 2022030486 A1 WO2022030486 A1 WO 2022030486A1 JP 2021028759 W JP2021028759 W JP 2021028759W WO 2022030486 A1 WO2022030486 A1 WO 2022030486A1
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reference voltage
detection sensor
electronic device
detection
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PCT/JP2021/028759
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Inventor
勇希 橘
宏明 北田
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株式会社村田製作所
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    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to an operation detection sensor and an electronic device for detecting an operation on an operation target.
  • Patent Document 1 describes a configuration in which it is determined whether or not the output value of the piezoelectric sensor exceeds the threshold value, and when the threshold value is exceeded, it is determined that the housing is held.
  • Patent Document 2 includes a piezoelectric sensor that outputs a voltage corresponding to the amount of deformation of the receiving unit that accepts the pressing operation, and whether the receiving unit accepts the pressing operation based on the integrated value obtained by integrating the voltage. The configuration for determining whether or not it is described is described.
  • Patent Documents 1 and 2 both detect the difference from the reference voltage.
  • the waveform of the output voltage of the sensor needs to be stable. Therefore, the reference voltage cannot be set until the output value of the sensor stabilizes.
  • the determination of the integrated value as in Patent Document 2 since the calculation error is accumulated, it is necessary to reset the reference voltage periodically. Even when resetting the reference voltage, the waveform of the output voltage of the sensor needs to be stable.
  • an object of the present invention is to provide an operation detection sensor and an electronic device that detect an operation on an operation target regardless of the state of the waveform of the output voltage of the sensor.
  • the operation detection sensor obtains a reference voltage by averaging the detection voltage of the piezoelectric element, the voltage detection circuit that detects the voltage generated in the piezoelectric element, and the voltage detection circuit, and obtains the reference voltage and the reference voltage. It is characterized by including a calculation unit for detecting an operation on an operation target when a state in which a voltage difference from the detection voltage is equal to or more than a predetermined value continues for a predetermined time or longer.
  • the calculation unit detects the operation on the operation target when the difference from the reference voltage continues for a predetermined time or longer, not the value of the detection voltage itself. Therefore, even if the waveform of the output voltage of the sensor is unstable, it is possible to appropriately detect whether or not the operation has been performed.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the electronic device 100 provided with the operation detection sensor 1. It is sectional drawing of the electronic device 100. It is a block diagram which shows the electrical structure of operation detection sensor 1. It is a flowchart which shows the operation of the arithmetic unit 17. It is a figure which shows the voltage difference from a reference voltage. It is a flowchart which shows the operation of the arithmetic unit 17 which concerns on modification 1. FIG. It is a figure which shows the time waveform of the voltage difference of the detection voltage and the reference voltage which concerns on modification 1. It is a flowchart which shows the operation of the arithmetic unit 17 which concerns on modification 2. It is a figure which shows the time waveform of the voltage difference of the detection voltage and the reference voltage which concerns on modification 2.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electronic device 100 provided with an operation detection sensor 1.
  • the electronic device 100 is an information processing device such as a smartphone.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view cut along the line I-I shown in FIG. Note that FIG. 2 shows the operation detection sensor 1 in a large size for the sake of explanation, and omits other electronic components and the like.
  • the electronic device 100 includes a substantially rectangular parallelepiped housing 102.
  • the electronic device 100 includes a flat plate-shaped surface panel 103 arranged in the housing 102.
  • the surface panel 103 functions as an operation surface on which the user performs a touch operation using a finger, a pen, or the like.
  • the width direction (horizontal direction) of the housing 102 will be the X direction
  • the length direction (vertical direction) will be the Y direction
  • the thickness direction will be the Z direction.
  • the electronic device 100 includes a display 104 and an operation detection sensor 1 inside the housing 102.
  • the display 104 and the operation detection sensor 1 are formed on the inner surface of the housing 102 of the surface panel 103.
  • the surface panel 103 is translucent.
  • the lower surface of the front panel 103 and the upper surface of the display 104 are attached with, for example, an adhesive or an adhesive. Further, the lower surface of the display 104 and the upper surface of the operation detection sensor 1 are attached with, for example, an adhesive or an adhesive.
  • the operation detection sensor 1 When the operation detection sensor 1 is transparent, the operation detection sensor 1 may be arranged on the surface panel 103 side of the display 104.
  • the front panel 103 bends in the Z direction.
  • the operation detection sensor 1 is deformed according to the bending of the surface panel 103.
  • the operation detection sensor 1 includes a piezoelectric element 10, a first electrode 11, and a second electrode 12.
  • the piezoelectric element 10 is formed in a rectangular shape in a plan view.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 have a flat film shape, and are formed in a rectangular shape in a plan view like the piezoelectric element 10.
  • the shapes of the piezoelectric element 10, the first electrode 11, and the second electrode 12 are not limited to a rectangular shape.
  • the piezoelectric element 10 is made of a chiral polymer such as PVDF (polyvinylidene fluoride) or polylactic acid.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • polylactic acid either L-type polylactic acid (PLLA) or D-type polylactic acid (PDLA) may be used.
  • the piezoelectric element 10 is polarized by expansion and contraction in the plane direction, and a potential difference is generated between the first main surface and the second main surface.
  • the first electrode 11 is a ground electrode
  • the second electrode 12 is a detection electrode.
  • the first electrode 11 also functions as a noise shield for the display 104.
  • the second electrode 12 may be a ground electrode.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the electrical configuration of the operation detection sensor 1.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are connected to the voltage detection circuit 15.
  • the voltage detection circuit 15 detects the potential difference between the first electrode 11 and the second electrode 12, that is, the voltage generated by the piezoelectric element 10.
  • the voltage detection circuit 15 outputs the detected voltage to the calculation unit 17.
  • the calculation unit 17 detects whether or not a pressing operation has been performed on the surface panel 103, which is an operation target, based on the detection voltage detected by the voltage detection circuit 15.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the calculation unit 17, and FIG. 4 is a diagram showing a time waveform of the voltage difference between the detected voltage and the reference voltage.
  • the calculation unit 17 performs the operation shown in FIG. 4 every predetermined time elapse (for example, every 1 msec).
  • the vertical axis of FIG. 5 is the value of the voltage difference between the detected voltage and the reference voltage, and the value of the reference voltage is not always 0V.
  • the calculation unit 17 acquires the detected voltage (S11). At this time, the arithmetic unit 17 may perform a low-pass filter (LPF) process of about several tens of Hz to several hundreds of Hz to remove noise components.
  • LPF low-pass filter
  • the calculation unit 17 averages the detected voltage and calculates the reference voltage (S12).
  • the reference voltage is obtained by, for example, the moving average of the detected voltage.
  • the calculation unit 17 uses, for example, the average of the detected voltages of the past 1000 samples as the reference voltage. In other words, the calculation unit 17 uses the average value of the detected voltages in the past 1 second as the reference voltage.
  • the arithmetic unit 17 determines whether or not the voltage difference between the current detected voltage and the reference voltage is larger than a predetermined value (0 in this example), that is, whether or not the current detected voltage is larger than the reference voltage. Judgment (S13).
  • the operation detection sensor 1 bends and a positive voltage is generated at the second electrode 12.
  • the voltage is proportional to the deformation speed of the operation detection sensor 1. Therefore, when the user presses the surface panel 103, the current detection voltage becomes larger than the reference voltage.
  • the calculation unit 17 determines that the current detection voltage is larger than the reference voltage. For example, the arithmetic unit 17 counts up 1 msec in order to perform the operation of FIG. 5 every 1 msec. Then, the calculation unit 17 determines whether or not the determination count has reached a predetermined time (30 msec in this example) (S15), and if it reaches 30 msec, it is determined that the pressing operation has been performed (S16). On the other hand, when the calculation unit 17 determines in the determination of S13 that the current detection voltage is equal to or lower than the reference voltage, the arithmetic unit 17 resets the determination count (S17).
  • the calculation unit 17 detects the operation on the operation target when the difference from the reference voltage continues for a predetermined time or longer, not the value of the detection voltage itself.
  • the current detection voltage may be larger than the reference voltage for a predetermined time or longer. No. Therefore, the calculation unit 17 does not erroneously determine that the pressing operation has been performed due to noise.
  • the calculation unit 17 does not erroneously determine that the pressing operation has been performed even for an unintended impact or the like.
  • the calculation unit 17 can appropriately detect only the intentional pressing operation of the user.
  • the operation detection sensor 1 of the present embodiment does not use the value of the detection voltage itself as a determination criterion, it is possible to appropriately detect the pressing operation even when the detection voltage is unstable and the reference voltage fluctuates. It is possible to detect an operation on an operation target regardless of the state of the waveform of the output voltage of the sensor. Further, the operation detection sensor 1 can make a judgment without depending on the individual difference in the sensitivity of the sensor. Further, the operation detection sensor 1 of the present embodiment can make a judgment without depending on the sensitivity difference of the plurality of sensors even if a plurality of sensors are used in the same device.
  • the surface panel 103, the display 104, and the operation detection sensor 1 are attached with an adhesive or an adhesive as described above.
  • the adhesive or adhesive produces a stress relaxation action that attempts to restore the deformed shape to its original shape.
  • the stress relaxation action produces a voltage having the opposite polarity to the voltage for deformation.
  • the stress relaxation action continues even after the deformation disappears. Therefore, when the judgment is made based on the integrated value of the detected voltage deformation, the stress relaxation action affects the judgment result.
  • the operation detection sensor 1 of the present embodiment does not use the integrated value, it is possible to make a judgment without depending on the stress relaxation action.
  • the operation detection sensor 1 of the present embodiment calculates the reference voltage by averaging the detected voltages, it is easy to obtain the reference voltage regardless of whether the detected voltage is stable or not. Therefore, it is unnecessary (or easy) to calibrate the operation detection sensor 1 when the sensor is activated or during operation.
  • the predetermined time is not limited to 30 msec.
  • the predetermined time may be appropriately set depending on the housing of the electronic device to be used, the type of the sensor, the sensitivity, and the like, but if it is in the range of 10 msec to 150 msec, only the pressing operation can be appropriately detected.
  • the pressing operation is detected when the current detection voltage is continuously larger than the reference voltage for a predetermined time or longer, but when the current detection voltage is smaller than the reference voltage, the pressing operation is performed.
  • the operation may be detected.
  • the operation on the operation target is not limited to the pressing operation.
  • the operation detection sensor 1 may detect, for example, a bending operation or a twisting operation of the housing 102 of the electronic device 100.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the calculation unit 17 according to the modified example 1
  • FIG. 7 is a diagram showing a time waveform of the voltage difference between the detected voltage and the reference voltage according to the modified example 1.
  • the same reference numerals are given to the processes common to those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted.
  • the arithmetic unit 17 determines whether or not the voltage difference between the current detected voltage and the reference voltage is larger than a predetermined value (1/3 of the dynamic range in this example) (S23).
  • the dynamic range is the maximum value of the voltage that can be detected.
  • the predetermined value is not 0 but is set to a positive voltage value to some extent. That is, a dead band is set in the voltage difference between the current detected voltage and the reference voltage.
  • the housing 102 of the electronic device 100 is provided with an operation target such as a plurality of switches.
  • the operation detection sensor 1 is also deformed when an operation is performed on another operation target. Therefore, as shown in the state B of FIG. 7, the detection voltage also increases when an operation is performed on another operation target.
  • a dead zone is set in the voltage difference between the current detected voltage and the reference voltage. Therefore, the calculation unit 17 according to the modification 1 does not erroneously determine that the pressing operation has been performed when the operation for another operation target is performed as in the state B.
  • the dead zone is set to 1/3 of the dynamic range, but it is not limited to 1/3 of the dynamic range.
  • the dead zone is appropriately set according to the configuration of other objects to be operated, but only the pressing operation can be appropriately detected if the range is 1/40 or more of the dynamic range.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the calculation unit 17 according to the modification 2
  • FIG. 9 is a diagram showing a time waveform of the voltage difference between the detection voltage and the reference voltage according to the modification 2.
  • the same reference numerals are given to the processes common to those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted.
  • the calculation unit 17 When the calculation unit 17 according to the modification 2 determines in S13 that the current detection voltage is larger than the reference voltage, the calculation unit 17 resets the determination count of the negative signal (S31) and increases the determination count of the positive signal (S31). S32). Further, when the calculation unit 17 determines in S13 that the current detection voltage is equal to or lower than the reference voltage, the arithmetic unit 17 resets the determination count of the positive signal (S33) and increases the determination count of the negative signal (S34). Note that S13 may determine whether the current detected voltage is equal to or higher than the reference voltage or lower than the reference voltage.
  • the arithmetic unit 17 determines whether or not the positive signal determination count has reached a predetermined time (30 msec in this example) (S36), and if it has reached 30 msec, a pressing operation is performed. (S37). On the other hand, the arithmetic unit 17 determines whether or not the negative signal determination count has reached a predetermined time (30 msec in this example) after the processing of S35 (S38), and if it reaches 30 msec, the pressing operation is performed. It is determined that the release has been performed (S39).
  • the detection voltage is proportional to the deformation speed of the operation detection sensor 1. Therefore, as shown in the state B of FIG. 9, when the user presses the surface panel 103, the current detection voltage becomes larger than the reference voltage. However, when the pressing operation is continued with the same pressing pressure, the detected voltage gradually decreases and the difference from the reference voltage becomes smaller. Then, when the pressing operation is released as shown in the state D in FIG. 9, the current detected voltage becomes smaller than the reference voltage. After that, when the deformation of the surface panel 103 is restored, the detection voltage gradually increases and the difference from the reference voltage becomes smaller.
  • the state in which the current detected voltage is larger than the reference voltage continues for a predetermined time or longer, and then the state in which the current detected voltage is smaller than the reference voltage continues for a predetermined time or longer.
  • the detection state of the pressing operation is maintained until. As a result, a long press operation on the front panel 103 of the user is detected.
  • the calculation unit 17 of the modification 2 does not erroneously determine that the pressing operation has been performed even when a positively large detection voltage is detected due to an unintended impact or the like as in the state A. Similarly, even if a negatively large detection voltage is detected due to an unintended impact such as state C, the calculation unit 17 does not erroneously determine that the pressing operation has been released.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the calculation unit 17 according to the modified example 3
  • FIG. 11 is a diagram showing a time waveform of the voltage difference between the detected voltage and the reference voltage according to the modified example 3.
  • the same reference numerals are given to the processes common to those in FIG. 8, and the description thereof will be omitted.
  • the calculation unit 17 determines whether or not it is in the determination waiting state after calculating the reference voltage in S12 (S41).
  • the determination waiting state is a state in which a predetermined determination waiting time is waited after the pressing operation is detected (or after the release of the pressing operation is detected), as shown in the state A of FIG.
  • the arithmetic unit 17 passes through until the next determination timing (after 1 msec has elapsed) without performing comparison with the reference voltage.
  • the reference voltage is a value obtained by averaging the detected voltage
  • the reference voltage gradually changes to a higher value when the user performs a pressing operation.
  • the detected voltage tends to be lower than the reference voltage.
  • the stress relaxation action produces a voltage having the opposite polarity to the voltage for deformation. Therefore, immediately after the pressing operation, the state where the detected voltage is lower than the reference voltage may continue for a predetermined time (for example, 30 msec) or more due to the stress relaxation action. Therefore, the calculation unit 17 of the modification 3 passes through until the next determination timing (after 1 msec has elapsed) without performing comparison with the reference voltage as a determination waiting state after detecting the pressing operation. This prevents erroneous determination due to stress relaxation action. The same applies after the pressing operation is released.
  • the calculation unit 17 detects a pressing operation when the detected voltage is higher than the reference voltage for a predetermined time or longer, and presses the pressing operation when the detected voltage is lower than the reference voltage for a predetermined time or longer. Release was detected.
  • the operation on the operation target object may include, for example, a bending operation. While the user can perform the operation of pressing the surface panel 103, the user cannot perform the operation of pulling the surface panel 103 (deformation operation in the direction opposite to the pressing). However, the bending operation can be performed along the first direction and the second direction opposite to the first direction. Therefore, the calculation unit 17 detects the bending operation along the first direction when the state where the detected voltage is higher than the reference voltage continues for a predetermined time or longer, and the state where the detected voltage is lower than the reference voltage is the predetermined time or longer. Bending operation along the second direction may be detected if continued.
  • a bending operation While the user can perform the operation of pressing the surface panel 103, the user cannot perform the operation of pulling the surface panel 103 (deformation operation in the direction opposite to the pressing). However, the bending operation can be performed along the first direction and the second direction opposite to the first direction. Therefore, the calculation unit 17 detects the bending operation along the first direction when the state where the detected voltage is higher than the reference
  • the arithmetic unit 17 first detects a bending operation along the first direction and then detects an operation along the second direction, and a second operation from a state in which no operation is detected. It may be detected as a different operation from the case where the operation along the direction is detected. That is, the arithmetic unit 17 detects the first operation when the state in which the detected voltage is first higher than the reference voltage continues for a predetermined time or longer from the state in which no operation is detected, and detects no operation. The second operation is detected when the state in which the detection voltage is lower than the reference voltage continues for a predetermined time or longer from the state in which the detection voltage is not set.
  • the calculation unit 17 detects a third operation when the state where the detected voltage is higher than the reference voltage continues for a predetermined time or longer and then the state where the detected voltage is lower than the reference voltage continues for a predetermined time or longer.
  • the fourth operation may be detected when the state where the detected voltage is lower than the reference voltage continues for a predetermined time or longer and then the state where the detected voltage is higher than the reference voltage continues for a predetermined time or longer.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the calculation unit 17 according to the modified example 4.
  • 13 (A), 13 (B), 14 (A), and 14 (B) are diagrams showing time waveforms of the voltage difference between the detected voltage and the reference voltage according to the modified example 4.
  • the operations common to FIG. 8 in FIG. 12 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the calculation unit 17 of the modification 4 determines in S36 that the positive signal determination count has reached a predetermined time (30 msec in this example), whether or not two consecutive pressing operations (fifth operation) have been performed. Is determined (S306). When the pressing operation is performed twice in a row, as shown in FIG.
  • the calculation unit 17 determines that the pushing operation has been performed twice in a short period of time as the fifth operation (S307).
  • the calculation unit 17 performs a normal pressing. It is determined that the operation (first operation) has been performed (S37).
  • the arithmetic unit 17 inverts the polarity, detects the second operation, and then does not detect the fourth operation, and the negative signal determination count reaches the predetermined time again. In this state, it may be determined that the two-step operation has been performed as the fifth operation. In this case, as shown in FIG. 14B, the calculation unit 17 detects the fourth operation, and when the negative signal determination count reaches a predetermined time thereafter, the normal pressing operation (second operation). It is determined that the operation) has been performed.
  • the calculation unit 17 can distinguish between a simple pressing operation and a two-step pressing operation.
  • the calculation unit 17 can start different application programs depending on whether a simple pressing operation is determined or a two-step pressing operation is determined.
  • calculation unit 17 may determine a larger number of pressing operations (for example, a sixth operation which is a three-step continuous pressing operation).
  • FIG. 15 is an external perspective view (partially transparent perspective view) of the stylus pen 100A, which is another example of an electronic device.
  • the stylus pen 100A is gripped by the user.
  • the user holds the stylus pen 100A and performs a writing operation such as tracing a touch panel display of a host electronic device such as a smartphone or a tablet PC.
  • the host electronic device detects the touch position of the stylus pen 100A and performs a predetermined process.
  • the stylus pen 100A includes a housing 200 including a rod-shaped portion 204, a tip portion 205 connected to the rod-shaped portion 204, and a housing 200.
  • the rod-shaped portion 204 has a circular bottom surface, but may have a polygonal shape.
  • the stylus pen 100A receives a gripping operation from the user at a position close to the tip portion 205 of the rod-shaped portion 204.
  • the stylus pen 100A notifies a host electronic device such as a smartphone or a tablet-type PC when it receives a two-step continuous grip operation. Upon receiving the notification, the host electronic device starts, for example, a predetermined application program.
  • the rod-shaped portion 204 is hollow.
  • the rod-shaped portion 204 includes a battery 210 and a control board 211 inside.
  • the operation detection sensor 1 and the acceleration sensor 215 are mounted on the control board 211.
  • the control board 211 is arranged at a position closer to the tip 205 than the battery 210.
  • the operation detection sensor 1 is arranged on the side of the control board 211 closer to the tip 205.
  • the operation detection sensor 1 is arranged at a position where the user holds the stylus pen 100A.
  • the operation detection sensor 1 may be attached to the inside of the rod-shaped portion 204, or may be attached to the side close to the tip portion 205 inside the rod-shaped portion 204.
  • the acceleration sensor 215 is, for example, a 3-axis acceleration sensor having three detection axes.
  • One of the three detection axes of the acceleration sensor 215 is parallel to the axis of the bar-shaped portion 204 (hereinafter, referred to as a parallel axis) of the one-dot broken line shown in FIG.
  • the acceleration sensor 215 is also arranged on the side of the control board 211 closer to the tip 205. This makes it easier for the accelerometer 215 to detect the impact at the tip 205.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the stylus pen 100A.
  • the stylus pen 100A includes a microcomputer 170.
  • the microcomputer 170 functionally includes an acceleration determination unit 171, a pressing determination unit 172, and a writing determination unit 173.
  • the acceleration determination unit 171 inputs the signal of the acceleration sensor 215 and determines the acceleration applied to the stylus pen 100A.
  • the pressing determination unit 172 inputs the signal of the operation detection sensor 1 and determines whether or not there is a pressing operation on the stylus pen 100A.
  • the acceleration determination unit 171 determines, for example, based on the flowchart shown in FIG. 4 or FIG. 6, whether or not the acceleration of the parallel axis has a continuous change for a predetermined time or longer and the writing operation has been performed.
  • the predetermined time for which the determination count satisfies the condition is shorter than the time shown in FIG. 4 or FIG. 6, and is preferably 10 msec or less, for example.
  • the change in the acceleration of the parallel axis generated during the writing operation is about 10 to 20 msec. Therefore, when the predetermined time is set to 10 msec or less, the acceleration determination unit 171 can accurately determine the change in the acceleration of the parallel axis generated during the writing operation.
  • the acceleration determination unit 171 has a high correlation between the output of the parallel axis and the impact applied to the tip portion 205. It is possible to determine the impact during writing operation with high accuracy without performing complicated signal processing.
  • the pressing determination unit 172 determines the gripping operation based on, for example, the flowchart shown in FIG.
  • the pressing determination unit 172 determines that one pressing operation (first operation or second operation) is the start of the gripping operation.
  • the pressing determination unit 172 determines the two-step continuous pressing operation (fifth operation) as the occurrence of the gripping operation.
  • FIG. 17 is a state transition diagram of the writing determination unit 173.
  • the writing determination unit 173 determines three states of "waiting for operation", "holding", and “writing” based on the determination results of the acceleration determination unit 171 and the pressing determination unit 172.
  • the writing determination unit 173 shifts to the "waiting for operation” state when the stylus pen 100A is started.
  • the writing determination unit 173 shifts to the "holding" state.
  • the writing determination unit 173 notifies the host electronic device when the pressing determination unit 172 determines the occurrence of the gripping operation (that is, when the pressing operation is detected in two consecutive stages) in the “during gripping”, and “ It returns to the state of "waiting for operation”.
  • the writing determination unit 173 may give different notifications depending on the number of occurrences of the gripping operation.
  • the host electronic device may perform different processing depending on the number of occurrences of gripping operations.
  • the writing determination unit 173 shifts to the "writing" state. In the "writing” state, the writing determination unit 173 does not notify the host electronic device even if the pressing determination unit 172 determines that a gripping operation has occurred.
  • the writing determination unit 173 shifts to the "waiting for operation" state when the gripping operation has not occurred for a certain period of time and the writing operation has not been determined.
  • FIG. 18 is a diagram showing the time change of the output of each sensor.
  • FIG. 18 shows the output waveform of each sensor when the number “3” is written as an example.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 18 is time, and the vertical axis corresponds to the output (voltage).
  • the output in the direction parallel to the parallel axis becomes a signal at an extremely larger level than the output in the other directions at the start of writing.
  • the change in the acceleration of the parallel axis generated during the writing operation is a short time of about 10 to 20 msec. Since the acceleration determination unit 171 sets a predetermined time that satisfies the determination count to 10 msec or less, the change in acceleration in such a short time can be accurately determined as the start of the writing operation.
  • the writing determination unit 173 does not notify the host electronic device even if the pressing determination unit 172 determines that a gripping operation has occurred.
  • an output corresponding to a change in the gripping force during writing is generated from the operation detection sensor 1. That is, during writing, a state larger or smaller than the reference voltage may occur for a predetermined time (for example, 30 msec) or more due to the writing pressure or the like.
  • the writing determination unit 173 does not erroneously determine that the output due to such writing pressure is a gripping operation.
  • the writing determination unit 173 may immediately shift to the "waiting for operation" state after the pressing determination unit 172 determines the occurrence of a gripping operation. In this case, the writing determination unit 173 can accept the start of the gripping operation immediately after the writing operation is completed, and can detect the next gripping operation immediately after the writing operation is completed.
  • Operation detection sensor 10 Piezoelectric element 11 ... First electrode 12 ... Second electrode 15 ... Voltage detection circuit 17 ... Calculation unit 100 ... Electronic device 102 ... Housing 103 ... Surface panel 104 ... Display

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Abstract

センサの出力電圧の波形の状態に依らずに操作対象物に対する操作を検出する操作検出センサおよび電子機器を提供する。　操作検出センサは、圧電素子と、前記圧電素子に生じる電圧を検知する電圧検出回路と、前記電圧検出回路の検出電圧を平均化することで基準電圧を求め、前記基準電圧と前記検出電圧との電圧差が所定値以上の状態が所定時間以上継続した場合に、操作対象物に対する操作を検出する演算部と、を備える。

Description

操作検出センサおよび電子機器
　本発明は、操作対象物に対する操作を検出する操作検出センサおよび電子機器に関する。
　特許文献１には、圧電センサ出力値が閾値を超えたか否かを判定し、閾値を超えた場合に筐体を保持していると判定する構成が記載されている。
　特許文献２には、押圧操作を受け付ける受付部の変形量に対応して電圧を出力する圧電センサを備え、電圧を積分した積分値に基づいて、該受付部が押圧操作を受け付けている状態か否かを判定する構成が記載されている。
特許第６２６５２７２号公報 特許第６５６６１８２号公報
　特許文献１，２の構成は、ともに基準電圧との差を検出している。しかし、基準電圧を定めるためには、センサの出力電圧の波形が安定している必要がある。したがって、センサの出力値が安定するまでは、基準電圧を定めることができない。また、特許文献２の様な積分値の判定は、計算誤差が累積されていくため、定期的な基準電圧のリセットが必要である。基準電圧のリセットも、センサの出力電圧の波形が安定している必要がある。
　そこで、本発明の目的は、センサの出力電圧の波形の状態に依らずに操作対象物に対する操作を検出する操作検出センサおよび電子機器を提供することにある。
　本発明に係る操作検出センサは、圧電素子と、前記圧電素子に生じる電圧を検知する電圧検出回路と、前記電圧検出回路の検出電圧を平均化することで基準電圧を求め、前記基準電圧と前記検出電圧との電圧差が所定値以上の状態が所定時間以上継続した場合に、操作対象物に対する操作を検出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
　この様に、演算部は、検出電圧の値そのものではなく、基準電圧との差が所定時間以上継続した場合に操作対象物に対する操作を検出する。そのため、センサの出力電圧の波形が不安定な状態であっても、操作がなされたか否かを適切に検出することができる。
　本発明によれば、センサの出力電圧の波形の状態に依らずに操作対象物に対する操作を検出することができる。
操作検出センサ１を備えた電子機器１００の斜視図である。 電子機器１００の断面模式図である。 操作検出センサ１の電気的構成を示すブロック図である。 演算部１７の動作を示すフローチャートである。 基準電圧との電圧差を示す図である。 変形例１に係る演算部１７の動作を示すフローチャートである。 変形例１に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。 変形例２に係る演算部１７の動作を示すフローチャートである。 変形例２に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。 変形例３に係る演算部１７の動作を示すフローチャートである。 変形例３に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。 変形例４に係る演算部１７の動作を示すフローチャートである。 図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）は、変形例４に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。 図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、変形例４に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。 電子機器の他の例であるスタイラスペン１００Ａの外観斜視図（一部透過斜視図）である。 スタイラスペン１００Ａの構成を示すブロック図である。 筆記判定部１７３の状態遷移図である。 各センサの出力の時間変化を示す図である。
　以下、本発明の実施形態に係る操作検出センサ１よび当該操作検出センサ１を備えた電子機器１００について、図を参照しながら説明する。なお、各図面において、説明の都合上、配線等は省略している。
　図１は、操作検出センサ１を備えた電子機器１００の斜視図である。電子機器１００は、スマートフォン等の情報処理装置である。
　図２は、図１に示すＩ－Ｉ線で切断した断面模式図である。なお、図２は、説明のために操作検出センサ１を大きく表示し、他の電子部品等は省略している。
　図１に示すように、電子機器１００は、略直方体形状の筐体１０２を備える。電子機器１００は、筐体１０２に配置された平板状の表面パネル１０３を備える。表面パネル１０３は、ユーザが指またはペンなどを用いてタッチ操作を行う操作面として機能する。以下、筐体１０２の幅方向（横方向）をＸ方向とし、長さ方向（縦方向）をＹ方向とし、厚み方向をＺ方向として説明する。
　図２に示すように、電子機器１００は、筐体１０２の内側に表示器１０４および操作検出センサ１を備える。表示器１０４および操作検出センサ１は、表面パネル１０３の筐体１０２内側の面に形成されている。表面パネル１０３は透光性を有する。
　表面パネル１０３の下面と表示器１０４の上面は、例えば粘着剤または接着剤で貼り付けられる。また、表示器１０４の下面と操作検出センサ１の上面は、例えば粘着剤または接着剤で貼り付けられる。
　なお、操作検出センサ１が透明である場合、操作検出センサ１は表示器１０４よりも表面パネル１０３側に配置してもよい。
　利用者が表面パネル１０３を押下すると、表面パネル１０３はＺ方向に撓む。操作検出センサ１は、表面パネル１０３の撓みに応じて変形する。
　操作検出センサ１は、圧電素子１０、第１電極１１、および第２電極１２を備える。圧電素子１０は平面視して矩形状に形成されている。第１電極１１および第２電極１２は平膜状であり、圧電素子１０と同様に平面視して矩形状に形成されている。なお、圧電素子１０、第１電極１１、および第２電極１２の形状は、矩形状に限らない。
　圧電素子１０は、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）またはポリ乳酸等のキラル高分子からなる。ポリ乳酸（ＰＬＡ）は、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）またはＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）のいずれを用いてもよい。圧電素子１０は、平面方向の伸縮により分極し、第１主面および第２主面に電位差を生じる。
　第１電極１１は、グランド電極であり、第２電極１２は、検出用電極である。第１電極１１は、表示器１０４に対するノイズシールドとしても機能する。ただし、第２電極１２がグランド電極であってもよい。
　図３は、操作検出センサ１の電気的構成を示すブロック図である。第１電極１１および第２電極１２は、電圧検出回路１５に接続される。電圧検出回路１５は、第１電極１１および第２電極１２の電位差、すなわち圧電素子１０で生じる電圧を検出する。電圧検出回路１５は、検出電圧を演算部１７に出力する。
　演算部１７は、電圧検出回路１５で検出した検出電圧に基づいて、操作対象物である表面パネル１０３に対する押圧操作がなされたか否かを検出する。
　図４は、演算部１７の動作を示すフローチャートであり、図４は、検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。演算部１７は、所定時間経過毎（例えば１ｍｓｅｃ毎）に図４の動作を行なう。なお、図５の縦軸は、検出電圧と基準電圧の電圧差の値であり、基準電圧の値は０Ｖとは限らない。
　演算部１７は、検出電圧を取得する（Ｓ１１）。このとき、演算部１７は、数十Ｈｚ～数百Ｈｚ程度のローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を行ない、ノイズ成分を除去してもよい。
　次に、演算部１７は、検出電圧を平均化して基準電圧を算出する（Ｓ１２）。基準電圧は、例えば検出電圧の移動平均で求める。演算部１７は、例えば過去１０００サンプルの検出電圧の平均を基準電圧とする。言い換えると、演算部１７は、過去１秒間における検出電圧の平均値を基準電圧とする。
　次に、演算部１７は、現在の検出電圧と基準電圧との電圧差が所定値（この例では０）より大きいか否か、すなわち、現在の検出電圧が基準電圧よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１３）。利用者が表面パネル１０３に対して押圧操作を行なうと、操作検出センサ１が撓み、第２電極１２において正の電圧が生じる。電圧は、操作検出センサ１の変形速度に比例する。したがって、利用者が表面パネル１０３に対して押圧操作を行なうと現在の検出電圧が基準電圧よりも大きくなる。
　演算部１７は、現在の検出電圧が基準電圧よりも大きいと判断した場合、判定カウントをアップする（Ｓ１４）。例えば、演算部１７は、１ｍｓｅｃ毎に図５の動作を行なうため、１ｍｓｅｃをカウントアップする。そして、演算部１７は、判定カウントが所定時間（この例では３０ｍｓｅｃ）に達したか否かを判断し（Ｓ１５）、３０ｍｓｅｃに達していた場合、押圧操作がなされたと判定する（Ｓ１６）。一方で、演算部１７は、Ｓ１３の判断において現在の検出電圧が基準電圧以下であると判断した場合、判定カウントをリセットする（Ｓ１７）。
　これにより、演算部１７は、検出電圧の値そのものではなく、基準電圧との差が所定時間以上継続した場合に操作対象物に対する操作を検出する。図４に示す様に、押圧操作がなされていな場合、仮に状態Ａの様に、ノイズ等により検出電圧が不安定である場合、所定時間以上、現在の検出電圧が基準電圧より大きくなることがない。そのため、演算部１７は、ノイズにより押圧操作がなされたと誤判定することはない。また、状態Ｂの様に、例えば意図しない衝撃等により高い検出電圧が検出された場合でも、所定時間以上、現在の検出電圧が基準電圧より大きくなることがない。そのため、演算部１７は、意図しない衝撃等も押圧操作がなされたと誤判定することはない。
　一方で、状態Ｃの様に利用者が意図的に表面パネル１０３に押圧操作を行なった場合には、衝撃等に比べると緩やかにかつ長い時間連続して正の電圧が生じる。そのため、利用者が意図的に表面パネル１０３に押圧操作を行なった場合、所定時間以上連続して現在の検出電圧が基準電圧より大きくなる。よって、演算部１７は、利用者の意図的な押圧操作のみを適切に検出することができる。
　本実施形態の操作検出センサ１は、検出電圧の値そのものを判断基準に用いないため、検出電圧が不安定な場合で、基準電圧が変動する場合でも適切に押圧操作を検出することができ、センサの出力電圧の波形の状態に依らずに操作対象物に対する操作を検出することができる。また、操作検出センサ１は、センサの感度の個体差に依存せずに判断を行なうことができる。また、本実施形態の操作検出センサ１は、仮に同じ装置に複数センサを用いる場合でも複数センサの感度差に依存せずに判断を行なうことができる。
　また、表面パネル１０３、表示器１０４、および操作検出センサ１は、上述した様に接着剤または粘着剤で貼り付けられる。接着剤または粘着剤は、変形した形状から、元の形状に復元しようとする応力緩和作用を生じる。応力緩和作用は、変形に対する電圧とは逆極性の電圧を生じる。応力緩和作用は、変形が無くなった後も続く。そのため、仮に検出電圧変形の積分値に基づいて判断する場合に、応力緩和作用が判断結果に影響する。しかし、本実施形態の操作検出センサ１は、積分値を用いないため、応力緩和作用に依存せずに判断を行うことができる。
　また、本実施形態の操作検出センサ１は、検出電圧を平均化して基準電圧を算出しているため、検出電圧が安定しているか否かに関わらず、基準電圧を求めるのが容易である。そのため、操作検出センサ１は、センサの起動時あるいは動作中に校正を行なうことが不要（または容易）である。
　なお、所定時間は、３０ｍｓｅｃに限らない。所定時間は、使用する電子機器の筐体やセンサの種類、感度等により適宜設定すればよいが、１０ｍｓｅｃ～１５０ｍｓｅｃの範囲であれば押圧操作のみを適切に検出することができる。
　なお、上記の例では、所定時間以上連続して現在の検出電圧が基準電圧より大きくなる場合に押圧操作を検出する例を示したが、現在の検出電圧が基準電圧より小さくなる場合に、押圧操作を検出してもよい。また、操作対象物に対する操作は、押圧操作に限らない。操作検出センサ１は、例えば、電子機器１００の筐体１０２に対する曲げ操作あるいはねじり操作等を検出してもよい。
　次に、図６は、変形例１に係る演算部１７の動作を示すフローチャートであり、図７は、変形例１に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。なお、図６において図４と共通する処理については同一の符号を付し、説明を省略する。
　この例では、演算部１７は、現在の検出電圧と基準電圧との電圧差が所定値（この例ではダイナミックレンジの１／３）よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２３）。ダイナミックレンジとは、検出できる電圧の最大値である。その他の処理は図６のフローチャートと同一である。この例では、所定値が０ではなく、ある程度正の電圧値に設定されている。つまり、現在の検出電圧と基準電圧との電圧差に不感帯が設定されている。
　電子機器１００の筐体１０２には、複数のスイッチ等の操作対象物が設けられている。操作検出センサ１は、他の操作対象物に対する操作がなされた場合も変形する。したがって、図７の状態Ｂに示す様に、他の操作対象物に対する操作がなされた場合も検出電圧が上昇する。しかし、変形例１では、現在の検出電圧と基準電圧との電圧差に不感帯が設定されている。そのため、変形例１に係る演算部１７は、状態Ｂの様に、他の操作対象物に対する操作がなされた場合に、押圧操作がなされたと誤判定することはない。
　なお、図６の例では、不感帯は、ダイナミックレンジの１／３に設定されているが、ダイナミックレンジの１／３に限らない。不感帯は、他の操作対象物等の構成に応じて適宜設定するが、ダイナミックレンジの１／４０以上の範囲であれば押圧操作のみを適切に検出することができる。
　次に、図８は、変形例２に係る演算部１７の動作を示すフローチャートであり、図９は、変形例２に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。なお、図８において図４と共通する処理については同一の符号を付し、説明を省略する。
　変形例２に係る演算部１７は、Ｓ１３において現在の検出電圧が基準電圧よりも大きいと判断した場合に、負信号の判定カウントをリセットして（Ｓ３１）、正信号の判定カウントをアップする（Ｓ３２）。また、演算部１７は、Ｓ１３において現在の検出電圧が基準電圧以下であると判断した場合に、正信号の判定カウントをリセットして（Ｓ３３）、負信号の判定カウントをアップする（Ｓ３４）。なお、Ｓ１３は、現在の検出電圧が基準電圧以上であるか、基準電圧未満であるかを判断してもよい。
　そして、演算部１７は、Ｓ３２の処理の後、正信号判定カウントが所定時間（この例では３０ｍｓｅｃ）に達したか否かを判断し（Ｓ３６）、３０ｍｓｅｃに達していた場合、押圧操作がなされたと判定する（Ｓ３７）。一方で、演算部１７は、Ｓ３５の処理の後、負信号判定カウントが所定時間（この例では３０ｍｓｅｃ）に達したか否かを判断し（Ｓ３８）、３０ｍｓｅｃに達していた場合、押圧操作が解除されたと判定する（Ｓ３９）。
　上述した様に、検出電圧は、操作検出センサ１の変形速度に比例する。したがって、図９の状態Ｂに示す様に、利用者が表面パネル１０３に対して押圧操作を行なうと現在の検出電圧が基準電圧よりも大きくなる。しかし、押圧操作を同じ押圧力で継続している場合、検出電圧は徐々に低下し、基準電圧との差が小さくなる。そして、図９の状態Ｄに示す様に押圧操作を解除すると、現在の検出電圧が基準電圧よりも小さくなる。その後、表面パネル１０３の変形が元に戻ると、検出電圧は徐々に上昇し、基準電圧との差が小さくなる。
　そこで、変形例２に係る演算部１７は、現在の検出電圧が基準電圧よりも大きい状態が所定時間以上継続した後、次に現在の検出電圧が基準電圧よりも小さい状態が所定時間以上継続するまで押圧操作の検出状態を維持する。これにより、利用者の表面パネル１０３に対する長押し操作を検出する。
　なお、変形例２の演算部１７も、例えば状態Ａのように意図しない衝撃等により正に大きい検出電圧が検出された場合でも、押圧操作がなされたと誤判定することはない。同様に、演算部１７は、例えば状態Ｃの様に意図しない衝撃等により負に大きい検出電圧が検出された場合でも、押圧操作が解除されたと誤判定することはない。
　次に、図１０は、変形例３に係る演算部１７の動作を示すフローチャートであり、図１１は、変形例３に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。なお、図１０において図８と共通する処理については同一の符号を付し、説明を省略する。
　変形例３に係る演算部１７は、Ｓ１２で基準電圧を算出した後に、判定待ち状態であるか否かを判断する（Ｓ４１）。判定待ち状態とは、図１１の状態Ａに示す様に、押圧操作を検出した後（または押圧操作の解除を検出した後）に所定の判定待ち時間を待機する状態である。演算部１７は、判定待ち状態では、基準電圧との対比を行なわずに、次の判定タイミング（１ｍｓｅｃ経過後）までスルーする。
　基準電圧は、検出電圧を平均化した値であるため、利用者が押圧操作を行なうと基準電圧は徐々に高い値に変化する。基準電圧が高い状態になると、検出電圧が基準電圧よりも低い状態になり易くなる。そして、上述したように、応力緩和作用は、変形に対する電圧とは逆極性の電圧を生じる。したがって、押圧操作を行なった直後は、応力緩和作用により、検出電圧が基準電圧よりも低い状態が所定時間（例えば３０ｍｓｅｃ）以上続く場合もあり得る。そこで、変形例３の演算部１７は、押圧操作を検出した後に判定待ち状態として基準電圧との対比を行なわずに、次の判定タイミング（１ｍｓｅｃ経過後）までスルーする。これにより、応力緩和作用による誤判定を防止する。押圧操作を解除した後も同様である。
　本実施形態の説明は、すべての点で例示であり、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。
　例えば、演算部１７は、検出電圧が基準電圧よりも高い状態が所定時間以上継続した場合に押圧操作を検出し、検出電圧が基準電圧よりも低い状態が所定時間以上継続した場合に押圧操作の解除を検出した。
　しかし、上述したように、操作対象物に対する操作は、例えば、曲げ操作を含んでいてもよい。利用者は、表面パネル１０３を押圧する操作を行なう一方で、表面パネル１０３を引っ張る操作（押圧とは逆方向の変形操作）を行なうことができない。しかし、曲げ操作は、第１の方向に沿った曲げと、第１の方向とは逆の第２の方向に沿った曲げを行なうことができる。そこで、演算部１７は、検出電圧が基準電圧よりも高い状態が所定時間以上継続した場合に第１の方向に沿った曲げ操作を検出し、検出電圧が基準電圧よりも低い状態が所定時間以上継続した場合に第２の方向に沿った曲げ操作を検出してもよい。
　また、演算部１７は、第１の方向に沿った曲げ操作を検出した後に、第２の方向に沿った操作を検出した場合と、何も操作を検出していない状態から最初に第２の方向に沿った操作を検出した場合と、で異なる操作として検出してもよい。すなわち、演算部１７は、何も操作を検出していない状態から、最初に検出電圧が基準電圧よりも高い状態が所定時間以上継続した場合に第１の操作を検出し、何も操作を検出していない状態から、最初に検出電圧が基準電圧よりも低い状態が所定時間以上継続した場合に第２の操作を検出する。そして、演算部１７は、最初に検出電圧が基準電圧よりも高い状態が所定時間以上継続した後に検出電圧が基準電圧よりも低い状態が所定時間以上継続した場合に第３の操作を検出し、最初に検出電圧が基準電圧よりも低い状態が所定時間以上継続した後に検出電圧が基準電圧よりも高い状態が所定時間以上継続した場合に第４の操作を検出してもよい。
　図１２は、変形例４に係る演算部１７の動作を示すフローチャートである。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、変形例４に係る検出電圧と基準電圧の電圧差の時間波形を示す図である。図１２において図８と共通する動作は、同一の符号を付し、説明を省略する。変形例４の演算部１７はＳ３６で正信号判定カウントが所定時間（この例では３０ｍｓｅｃ）に達したと判断した場合に、さらに、２回連続の押圧操作（第５の操作）がなされたか否かを判断する（Ｓ３０６）。２回連続で押圧操作がなされるとは、図１３（Ａ）に示す様に、押圧による出力（第１の操作）を検出した後に押圧の解除による出力（第３の操作）を検出せず、再び正信号判定カウントが所定時間に達した状態を言う。この場合、演算部１７は、第５の操作として、短時間に２回連続して押し込み操作がなされたと判定する（Ｓ３０７）。一方で、演算部１７は、図１３（Ｂ）に示す様に、押圧の解除による出力（第３の操作）を検出した後に正信号判定カウントが所定時間に達した場合には、通常の押圧操作（第１の操作）がなされたと判定する（Ｓ３７）。
　なお、図１４（Ａ）に示す様に、演算部１７は、極性を反転して、第２の操作を検出した後に第４の操作を検出せず、再び負信号判定カウントが所定時間に達した状態の場合に、第５の操作として２段階操作がなされたと判定してもよい。この場合、演算部１７は、図１４（Ｂ）に示す様に、第４の操作を検出し、その後に負信号判定カウントが所定時間に達した場合には、通常の押圧操作（第２の操作）がなされたと判定する。
　これにより、演算部１７は、単純な押圧操作と、２段階の押圧操作と、を区別することができる。例えば、演算部１７は、単純な押圧操作を判定した場合と、２段階の押圧操作を判定した場合と、で異なるアプリケーションプログラムを起動させることができる。
　なお、演算部１７は、さらに多数の押圧操作（例えば、３段階連続の押圧操作である第６の操作）を判定してもよい。
　次に、図１５は、電子機器の他の例であるスタイラスペン１００Ａの外観斜視図（一部透過斜視図）である。
　スタイラスペン１００Ａは、利用者に把持される。利用者は、スタイラスペン１００Ａを把持し、スマートフォンまたはタブレット型ＰＣ等のホスト電子機器のタッチパネル式ディスプレイをなぞるような筆記操作を行う。ホスト電子機器は、スタイラスペン１００Ａのタッチ位置を検出し、所定の処理を行う。
　スタイラスペン１００Ａは、棒状部２０４と、当該棒状部２０４に接続される先端部２０５と、からなる筐体２００を備えている。図１５では、棒状部２０４は、底面の形状が円形であるが、多角形状でもよい。スタイラスペン１００Ａは、棒状部２０４のうち先端部２０５に近い位置において、利用者から握り操作を受ける。スタイラスペン１００Ａは、２段階連続の握り操作を受けた場合に、スマートフォンまたはタブレット型ＰＣ等のホスト電子機器に通知を行う。ホスト電子機器は、当該通知を受けて、例えば所定のアプリケーションプログラムを起動させる。
　棒状部２０４は、空洞になっている。棒状部２０４は、内部にバッテリ２１０と、制御基板２１１と、を備えている。制御基板２１１には、操作検出センサ１と、加速度センサ２１５と、が搭載されている。制御基板２１１は、バッテリ２１０よりも先端部２０５に近い位置に配置されている。操作検出センサ１は、制御基板２１１のうち先端部２０５に近い側に配置されている。操作検出センサ１は、利用者がスタイラスペン１００Ａを把持する位置に配置されている。操作検出センサ１は棒状部２０４の内側に貼り付けても良く、棒状部２０４の内側の先端部２０５に近い側に貼り付けてもよい。
　加速度センサ２１５は、例えば３つの検出軸を有する３軸加速度センサである。加速度センサ２１５の３つの検出軸のうち１つの軸は、図１４に示す１点破線の棒状部２０４の軸（以下、平行軸と称する。）と平行になっている。この例では、加速度センサ２１５も、制御基板２１１のうち先端部２０５に近い側に配置されている。これにより、加速度センサ２１５は、先端部２０５における衝撃を検知しやすくなる。
　図１６は、スタイラスペン１００Ａの構成を示すブロック図である。スタイラスペン１００Ａは、マイコン１７０を備えている。マイコン１７０は、機能的に、加速度判定部１７１、押圧判定部１７２、および筆記判定部１７３を備えている。加速度判定部１７１は、加速度センサ２１５の信号を入力し、スタイラスペン１００Ａに印加された加速度を判定する。押圧判定部１７２は、操作検出センサ１の信号を入力し、スタイラスペン１００Ａに対する押圧操作の有無を判定する。
　利用者がスタイラスペン１００Ａを把持して筆記操作を行うと、筆記操作の衝撃により平行軸に加速度が生じる。加速度判定部１７１は、例えば図４あるいは図６に示したフローチャートに基づいて、平行軸の加速度に所定時間以上継続した変化があり、筆記操作がなされたか否かを判定する。ただし、判定カウントが条件を満たす所定時間は、図４または図６に示した時間よりも短く、例えば１０ｍｓｅｃ以下にすることが好ましい。筆記操作時に発生する平行軸の加速度の変化は、概ね１０～２０ｍｓｅｃ程度である。したがって、加速度判定部１７１は、所定時間を１０ｍｓｅｃ以下に設定すると、筆記操作時に発生する平行軸の加速度の変化を精度良く判定することができる。
　なお、加速度センサ２１５の３つの軸のうち１つが平行軸に平行であることは必須ではないが、平行軸の出力と先端部２０５に加わる衝撃との相関は高いため、加速度判定部１７１は、複雑な信号処理を行うことなく、高い精度で筆記操作時の衝撃を判定することができる。
　押圧判定部１７２は、例えば図１２に示したフローチャートに基づいて、握り操作を判定する。押圧判定部１７２は、１回の押圧操作（第１の操作または第２の操作）を握り操作の開始として判定する。押圧判定部１７２は、２段階連続の押圧操作（第５の操作）を、握り操作の発生として判定する。
　図１７は、筆記判定部１７３の状態遷移図である。筆記判定部１７３は、加速度判定部１７１および押圧判定部１７２の判定結果に基づいて、「操作待ち」、「握り中」、および「筆記中」の３つの状態を判定する。筆記判定部１７３は、スタイラスペン１００Ａの起動時には「操作待ち」の状態に移行する。「操作待ち」状態で押圧判定部１７２が握り操作を開始したと判定した場合、筆記判定部１７３は、「握り中」の状態に移行する。さらに、筆記判定部１７３は、「握り中」において押圧判定部１７２が握り操作の発生を判定した場合（つまり、２段階連続の押圧操作を検知した場合）、ホスト電子機器に通知を行い、「操作待ち」の状態に戻る。なお、筆記判定部１７３は、握り操作の発生数に応じて異なる通知を行ってもよい。ホスト電子機器は、握り操作の発生数に応じて異なる処理を行ってもよい。
　筆記判定部１７３は、「操作待ち」または「握り中」に加速度判定部１７１が筆記操作を判定した場合、「筆記中」の状態に移行する。筆記判定部１７３は、「筆記中」の状態では、押圧判定部１７２で握り操作の発生を判定しても、ホスト電子機器に通知をしない。
　筆記判定部１７３は、一定時間以上握り操作の発生がなく、かつ筆記操作の判定もなされない場合、「操作待ち」状態に移行する。
　図１８は、各センサの出力の時間変化を示す図である。図１８は、一例として数字の「３」を筆記した時の各センサの出力波形を示す。図１８に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は出力（電圧）に対応する。
　図１８に示す様に、加速度センサ２１５のうち、平行軸と平行な方向の出力は、筆記開始時において他の方向の出力よりも極めて大きなレベルの信号となる。また、上述の様に、筆記操作時に発生する平行軸の加速度の変化は、概ね１０～２０ｍｓｅｃ程度の短い時間である。加速度判定部１７１は、判定カウントが条件を満たす所定時間を１０ｍｓｅｃ以下に設定しているため、この様な短い時間の加速度の変化を、筆記操作の開始として精度良く判定することができる。
　また、上述した様に、筆記判定部１７３は、「筆記中」の状態では、押圧判定部１７２で握り操作の発生を判定しても、ホスト電子機器に通知をしない。図１８に示す様に、筆記中には、操作検出センサ１から筆記時の把持力の変化に応じた出力が発生する。つまり、筆記中には、筆記の圧力等により、所定時間（例えば３０ｍｓｅｃ）以上、基準電圧よりも大きいまたは小さい状態が発生する場合がある。しかし、筆記判定部１７３は、この様な筆記の圧力による出力を握り操作であると誤判定することがない。
　なお、筆記判定部１７３は、押圧判定部１７２で握り操作の発生を判定した後、直ちに「操作待ち」状態に移行してもよい。この場合、筆記判定部１７３は、筆記操作の終了後に直ちに握り操作の開始を受け付けることができ、筆記操作の終了後に直ちに次の握り操作を検出することができる。
１…操作検出センサ
１０…圧電素子
１１…第１電極
１２…第２電極
１５…電圧検出回路
１７…演算部
１００…電子機器
１０２…筐体
１０３…表面パネル
１０４…表示器

Claims (14)

  1. 　圧電素子と、
    　前記圧電素子に生じる電圧を検知する電圧検出回路と、
    　前記電圧検出回路の検出電圧を平均化することで基準電圧を求め、前記基準電圧と前記検出電圧との電圧差が所定値以上の状態が所定時間以上継続した場合に、操作対象物に対する操作を検出する演算部と、
    　を備えた操作検出センサ。
  2. 　前記演算部は、前記基準電圧と前記検出電圧との電圧差が０より大きい状態が所定時間以上継続した場合に、操作対象物に対する変形操作を検出する、
    　請求項１に記載の操作検出センサ。
  3. 　前記演算部は、前記基準電圧が前記検出電圧よりも大きい状態が所定時間以上継続した場合に第１の操作を検出する、
    　請求項１または請求項２に記載の操作検出センサ。
  4. 　前記演算部は、前記第１の操作を検出しない状態で前記基準電圧が前記検出電圧よりも小さい状態が所定時間以上継続した場合に第２の操作を検出する、
    　請求項３に記載の操作検出センサ。
  5. 　前記演算部は、前記第１の操作を検出した後に前記基準電圧が前記検出電圧よりも小さい状態が所定時間以上継続した場合に第３の操作を検出する、
    　請求項３または請求項４に記載の操作検出センサ。
  6. 　前記演算部は、前記第２の操作を検出した後に前記基準電圧が前記検出電圧よりも大きい状態が所定時間以上継続した場合に第４の操作を検出する、
    　請求項４に記載の操作検出センサ。
  7. 　前記演算部は、操作対象物に対する操作を検出した後に、予め定めた待ち時間を経過するまで次の検出を停止する、
    　請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の操作検出センサ。
  8. 　前記演算部は、前記第１の動作を検出した後に前記第３の操作を検出しない状態で前記基準電圧が前記検出電圧よりも大きい状態が所定時間以上継続した場合に、２段階操作があったと判定する、
    　請求項５に記載の操作検出センサ。
  9. 　前記演算部は、前記第２の動作を検出した後に前記第４の操作を検出しない状態で前記基準電圧が前記検出電圧よりも大きい状態が所定時間以上継続した場合に、２段階操作があったと判定する、
    　請求項６に記載の操作検出センサ。
  10. 　請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の操作検出センサを備える電子機器。
  11. 　前記電子機器は、
    　棒状部を有する筐体と、
    　加速度センサと、
    　前記圧電素子に生じる電圧に基づいて前記棒状部に対する操作を判定する判定部と、
    　を備え、
    　前記判定部は、前記加速度センサに基づいて筆記操作を検出し、
    　前記判定部は、前記筆記操作を検出している場合を除き、前記棒状部に対する操作を検出した場合、該電子機器に接続されるホスト電子機器に前記操作を通知する、
    　請求項１０に記載の電子機器。
  12. 　前記判定部は、前記加速度センサの検出軸のうち前記棒状部に並行する軸の出力の変化が所定時間以上継続した場合に、前記筆記操作を検出する、
    　請求項１１に記載の電子機器。
  13. 　前記判定部は、前記加速度センサの検出軸のうち前記棒状部に並行する軸の出力の変化が１０ｍｓｅｃ以上継続した場合に、前記筆記操作を検出する、
    　請求項１２に記載の電子機器。
  14. 　前記判定部は、前記筆記操作を検出した後に２回以上前記棒状部に対する操作を検出した場合、２回目の棒状部に対する操作を前記ホスト電子機器に通知する、
    　請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の電子機器。
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