JP6872031B2 - 入力装置 - Google Patents
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Description
前記荷重による圧力の変化に応じた電荷をそれぞれ発生する第1圧電センサ及び第2圧電センサと、
前記第1圧電センサにおいて発生した電荷と前記第2圧電センサにおいて発生した電荷とに応じた第1検出信号を出力する第1電荷検出回路と、
前記第1圧電センサ及び前記第2圧電センサから前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路と、
前記荷重を受ける表面を持ち、前記第1圧電センサ及び前記第2圧電センサの少なくとも一部を覆う表面部材とを有し、
前記第1圧電センサは、
第1圧電体と、
所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第1圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた第1負電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第1圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられ、前記第1負電極より前記表面の近くに位置する第1正電極とを含み、
前記第2圧電センサは、
第2圧電体と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第2圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた第2正電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第2圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられ、前記第2正電極より前記表面の近くに位置する第2負電極とを含み、
前記第1電荷検出回路は、前記第1圧電センサからの電荷を第1電荷として入力する第1期間と、前記第2圧電センサからの電荷を第2電荷として入力する第2期間とを交互に反復し、前記第1電荷及び前記第2電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第1検出信号を出力し、
前記スイッチ回路は、前記第1期間において、前記第1正電極から前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第2期間において、前記第2負電極から前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する、
入力装置を提供する。
以下、第1の実施形態に係る入力装置について図面を参照しながら説明する。図1は、第1の実施形態に係る入力装置の構造の一例を示す分解図である。本実施形態に係る入力装置は、例えばユーザの指などを接触させて、その接触位置と押圧力を検出するタッチパッドなどのユーザインターフェース装置である。図1の例において、入力装置は、金属板などの基台1と、弾性を有する支持部材6を介して基台1に固定された回路基板2と、指などの物体の接触による荷重を受ける表面5を持った表面部材4と、回路基板2と表面部材4との間に設けられた圧電センサシート3とを有する。
(圧電センサP1,P2による圧力の検出)
まず、第1圧電センサP1及び第2圧電センサP2によって圧力を検出する動作について説明する。図6は、第1電荷検出回路11における各部の信号の例を示すタイミング図である。図6の例において、入力装置は、帰還キャパシタCsの電荷をリセットする動作モード(以下、「リセットモード」と記す。)と、第1圧電センサP1及び第2圧電センサP2において発生した電荷を検出する動作モード(以下、「検出モード」と記す。)とを交互に繰り返す。
(圧電センサP1,P2の出力に重畳するノイズの影響)
次に、第1圧電センサP1及び第2圧電センサP2の出力に重畳する外来のノイズが圧力の検出結果に与える影響について説明する。
(静電センサ部10における静電容量の変化の検出)
次に、物体の近接に伴って変化する静電センサ部10のキャパシタCijの静電容量を検出する動作について説明する。
(静電センサ部10の出力に重畳するノイズの影響)
次に、静電センサ部10の出力に重畳する外来のノイズがキャパシタCijの静電容量の検出結果に与える影響について説明する。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態に係る入力装置について説明する。図9は、第2の実施形態に係る入力装置における第1電荷検出回路11とスイッチ回路20Aの構成例を示す図である。本実施形態に係る入力装置は、第1の実施形態に係る入力装置におけるスイッチ回路20をスイッチ回路20Aに置換し、第1圧電センサP1の第1負電極EN1と第2圧電センサP2の第2正電極EP2とを導通させたものであり、他の構成は第1の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、第1の実施形態に係る入力装置との相違点を中心に説明する。
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態に係る入力装置について説明する。図10は、第3の実施形態に係る入力装置の構成の一例を示す図である。図11は、本実施形態に係る入力装置における第1電荷検出回路11とスイッチ回路20Aの構成例を示す図である。本実施形態に係る入力装置は、第2の実施形態に係る入力装置において直列接続された2つの圧電センサ(P1,P2)を1つの圧電センサPに置き換えたものであり、他の構成は第2の実施形態に係る入力装置と同じである。以下では、第2の実施形態に係る入力装置との相違点を中心に説明する。
例えば、n個の駆動電極ED1〜EDnに沿ってn個の圧電センサのパターンが形成されている場合、このn個の圧電センサのパターンを図2に示すように全て並列接続するのではなく、複数のブロックに分けてブロック毎に並列接続してもよい。ブロック毎にスイッチ回路及び第1電荷検出回路を設けて圧電センサと接続することにより、ブロック毎に第1検出信号を生成することができる。
Claims (10)
- 荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
前記荷重による圧力の変化に応じた電荷をそれぞれ発生する第1圧電センサ及び第2圧電センサと、
前記第1圧電センサにおいて発生した電荷と前記第2圧電センサにおいて発生した電荷とに応じた第1検出信号を出力する第1電荷検出回路と、
前記第1圧電センサ及び前記第2圧電センサから前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路と、
前記荷重を受ける表面を持ち、前記第1圧電センサ及び前記第2圧電センサの少なくとも一部を覆う表面部材とを有し、
前記第1圧電センサは、
第1圧電体と、
所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第1圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた第1負電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第1圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられ、前記第1負電極より前記表面の近くに位置する第1正電極とを含み、
前記第2圧電センサは、
第2圧電体と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第2圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた第2正電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記第2圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられ、前記第2正電極より前記表面の近くに位置する第2負電極とを含み、
前記第1電荷検出回路は、前記第1圧電センサからの電荷を第1電荷として入力する第1期間と、前記第2圧電センサからの電荷を第2電荷として入力する第2期間とを交互に反復し、前記第1電荷及び前記第2電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第1検出信号を出力し、
前記スイッチ回路は、前記第1期間において、前記第1正電極から前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第2期間において、前記第2負電極から前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する、
入力装置。 - 前記第1電荷検出回路は、入力ノードの電圧が参照電圧に近づくように、前記入力ノードから電荷を入力し、
前記スイッチ回路は、前記第1期間において、前記第1正電極を前記入力ノードに接続し、前記第2期間において、前記第2負電極を前記入力ノードに接続し、
前記第1負電極及び前記第2正電極に前記参照電圧が印加される、
請求項1に記載の入力装置。 - 前記スイッチ回路は、前記第1期間において、前記第1負電極を前記参照電圧に接続し、前記第2期間において、前記第2正電極を前記参照電圧に接続する、請求項2に記載の入力装置。
- 前記第1負電極と前記第2正電極とが導通しており、
前記第1電荷検出回路は、入力ノードの電圧が参照電圧に近づくように、前記入力ノードから電荷を入力し、
前記スイッチ回路は、前記第1期間において、前記第1正電極を前記入力ノードに接続するとともに前記第2負電極を前記参照電圧に接続し、前記第2期間において、前記第2負電極を前記入力ノードに接続するとともに前記第1正電極を前記参照電圧に接続する、
請求項1に記載の入力装置。 - 前記第1電荷検出回路は、
一端が前記入力ノードに接続された帰還キャパシタと、
前記入力ノードの電圧と前記参照電圧との差を増幅した電圧である出力電圧を前記帰還キャパシタの他端に出力する演算増幅器と、
前記演算増幅器の前記出力電圧の出力端子と前記入力ノードとの間における前記帰還キャパシタの接続の向きを、前記第1期間と前記第2期間とで切り替える接続切り替え回路とを含む、
請求項2乃至4の何れか一項に記載の入力装置。 - 前記荷重を加える物体の近接に伴って静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極及び駆動電極と、
前記第1期間と前記第2期間とで異なる方向に変化する周期的な駆動電圧を前記駆動電極に印加する駆動回路と、
前記駆動電圧の変化に伴って前記キャパシタから前記検出電極を介して入力した電荷に応じた第2検出信号を出力する第2電荷検出回路とを有し、
前記第2電荷検出回路は、前記第1期間において、前記キャパシタからの電荷を第3電荷として入力し、前記第2期間において、前記キャパシタからの電荷を第4電荷として入力し、前記第3電荷及び前記第4電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成し
た電荷の蓄積量に応じた前記第2検出信号を出力し、
前記スイッチ回路は、前記第1圧電センサ及び前記第2圧電センサから前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を前記駆動電圧に応じて切り替える、
請求項1乃至5の何れか一項に記載の入力装置。 - 前記駆動電極は、前記検出電極よりも前記表面の近くに配置され、
前記第1圧電センサ及び前記第2圧電センサは、前記駆動電極よりも前記表面の近くであって、前記表面を臨む方向から見た平面視において少なくとも一部が前記駆動電極と重なる場所に配置される、
請求項6に記載の入力装置。 - 前記第2電荷検出回路は、
一端が前記検出電極に接続された帰還キャパシタと、
前記検出電極の電圧と参照電圧との差を増幅した電圧である出力電圧を前記帰還キャパシタの他端に出力する演算増幅器と、
前記演算増幅器の前記出力電圧の出力端子と前記検出電極との間における前記帰還キャパシタの接続の向きを切り替える接続切り替え回路とを含む、
請求項6又は7に記載の入力装置。 - 荷重による圧力の変化に応じた情報を入力する入力装置であって、
前記荷重による圧力の変化に応じた電荷を発生する圧電センサと、
前記圧電センサにおいて発生した電荷に応じた第1検出信号を出力する第1電荷検出回路と、
前記圧電センサから前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路に設けられたスイッチ回路とを有し、
前記圧電センサは、
圧電体と、
所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記圧電体において正の電荷を発生する部分に設けられた正電極と、
前記所定の方向へ前記圧力が変化したとき前記圧電体において負の電荷を発生する部分に設けられた負電極とを含み、
前記第1電荷検出回路は、前記圧電センサからの電荷を第1電荷として入力する第1期間と、前記圧電センサからの電荷を第2電荷として入力する第2期間とを交互に反復し、
前記第1電荷及び前記第2電荷の一方の符号を反転して他方に合成し、当該合成した電荷の蓄積量に応じた前記第1検出信号を出力し、
前記スイッチ回路は、前記第1期間において、前記正電極から前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成し、前記第2期間において、前記負電極から前記第1電荷検出回路へ電荷を伝送する経路を形成する、入力装置。 - 前記荷重を加える物体の近接に伴って静電容量が変化するキャパシタを形成する検出電極及び駆動電極と、
前記駆動電極に周期的な駆動電圧を印加する駆動回路と、
前記駆動電圧の変化に伴って前記キャパシタに蓄積される電荷を前記検出電極から入力し、前記入力した電荷に応じた第2検出信号を出力する第2電荷検出回路と、
前記荷重を受ける表面を持ち、前記圧電センサと前記検出電極と前記駆動電極との少なくとも一部を覆う表面部材とを有し、
前記駆動電極は、前記検出電極よりも前記表面の近くに配置され、
前記圧電センサは、前記駆動電極よりも前記表面の近くであって、前記表面を臨む方向から見た平面視において少なくとも一部が前記駆動電極と重なる場所に配置される、請求項9に記載の入力装置。
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