JP7056571B2 - センサ、電子機器、ウエアラブル端末および制御方法 - Google Patents
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Description
圧力検出部を含むセンシング層と、
センシング層上に設けられ、変形可能な誘電体層と、
誘電体層に向けて突出した凸部を有し、センシング層の面内方向に移動可能である導電層と
を備えるセンサである。
このセンサを備える電子機器でもよい。
このセンサを備えるウエアラブル端末でもよい。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.第3の実施形態>
<4.変形例>
<5.応用例>
以下に説明する実施形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
[電子機器の外観例]
図1は、本技術の第1の実施形態に係る電子機器の外観例を示す。電子機器は、例えば、人体に着脱自在とされる腕時計型電子機器10であり、いわゆるウエアラブル機器である。図1Aに示すように、腕時計型電子機器10は、本体部11と、この本体部11に取り付けられたバンド12、13とを備える。バンド12、13は、ユーザによりバンド12、13を交換可能なように、本体部11に着脱自在な構成を有していてもよい。バンド12は、一方の主面に操作エリアR10を有している。操作エリアR10の内側には、実施形態に係るセンサ100が設けられている。なお、バンド13も、操作エリアR10を有するようにしてもよい。
本体部11は、図2に示すように、CPU21と、コントローラIC(Integrated Circuit)22と、GPS(Global Positioning System)部23と、無線通信部24と、音声処理部25と、マイクロフォン(MIC)26と、スピーカ27と、NFC(Near Field Communication)通信部28と、電源部29と、バイブレータ30と、ディスプレイ31と、モーションセンサ32とを備える。センサ100は、図示しないFPC(Flexible Printed Display)を介してコントローラIC22に接続されている。なお、バンド12、13が、NFC通信部28、電源部29およびバイブレータ30などのうちの1つを備えるようにしてもよい。
次に、センサ100の構成について説明する。図3は、センサ100の分解斜視図である。本技術の第1の実施形態に係るセンサ100は、いわゆる圧力分布センサであり、図3に示すように、長尺のシート状を有し、一方の主面に加わる押圧およびスライド操作(スライド操作等により発生する剪断力)を検出することが可能である。センサ100はFPC35を介して上述したコントローラIC22に接続されている。
センシング層40は、図3、4に示すように、基材41と、基材41の上面に設けられた複数のパルス電極42(第1電極)と、基材41の下面に設けられた複数のセンサ電極43(第2電極)とを備える。複数のパルス電極42は、全体としてストライプ状を有している。具体的には、複数のパルス電極42は、Y軸方向に延設されるとともに、X軸方向に一定の間隔離して配置されている。複数のセンサ電極43は、全体としてストライプ状を有している。具体的には、複数のセンサ電極43は、X軸方向に延設されるとともに、Y軸方向に一定の間隔離して配置されている。
基材41は、可撓性を有している。基材41は、例えば、フィルム状または板状を有する。基材41の材料としては、無機材料および有機材料のいずれも用いることができ、有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、例えば、公知の高分子材料を用いることができる。公知の高分子材料としては、具体的には例えば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル(TPEE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、アラミド、ポリエチレン(PE)、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン(PP)、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)などが挙げられる。
パルス電極42は、例えば、線状を有する複数の電極により構成されている。複数の電極が、Y軸方向に延設されると共に、X軸方向に離して配置されている。X軸方向に隣接する電極の間隔は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
第1電極基材50、第2電極基材60は、可撓性を有する電極フィルムである。第1電極基材50は、センサ100の一方の主面を構成し、第2電極基材60は、センサ100の他方の主面を構成している。第1電極基材50、第2電極基材60は、例えば、図示しない支持部材によりその両端が支持されている。
センシング層40の一方の主面側に第1誘電体層70が設けられている。センシング層40の他方の主面側に第2誘電体層80が設けられている。第1誘電体層70および第2誘電体層80は、弾性変形可能な変形層である。
次に、センサ100の動作例について説明する。図7は、操作若しくは意図しない現象(例えば、センサ100を含む機器と他の物体(鞄や服等)との接触による擦れ)によって生じ得るセンサ100の部分的な変形を示す図である。図7Aは、例えばZ軸方向への押圧操作に伴うセンサ100の変形を示しており、図7Bは、例えばX軸方向へのスライド操作に伴うセンサ100の変形を示している。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り、第2の実施形態に適用することができる。第2の実施形態では、凸部および凹部の形状が第1の実施形態と異なる。
次に、第3の実施形態について説明する。なお、第1、第2の実施形態で説明した事項は、特に断らない限り、第3の実施形態に適用することができる。第3の実施形態では、凸部55に対して2以上(例えば2個)の圧力検出部45が対応して設けられている。
以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、上述の各実施形態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。以下、複数の変形例について説明する。
図14は、変形例1におけるセンサの構成を説明するための分解斜視図である。図14に示すように、第1電極基材50(具体的にはREF電極層50b)が面内方向で分割されていてもよい。そして、分割された各領域における押圧や剪断力を検出するようにしてもよい。各領域における押圧や剪断力を個別に検出できるため、多点のタッチ操作等に伴う押圧やスライドを検出することができる。なお、分割された各第1電極基材50の大きさは、同一の大きさでもよいし異なる大きさでもよい。
図15は、変形例2におけるセンサの断面の一部を示す図である。第1誘電体層70の構造を変更して、スライド操作等による変形に必要な負荷を制御できる。例えば、図15に示すように弾性凸部76の幅方向(X軸方向)の大きさを小さくまたは大きくすることによりスライド操作等による変形に必要な負荷を制御できる。また、第1誘電体層70の弾性凸部76の全部または一部の頂部76aが第1電極基材50に貼り合わされていてもよい。貼り合わされている箇所の数によってもスライド操作等による変形に必要な負荷を制御できる。
図16は、変形例3におけるセンサの断面の一部を示す図である。凸部55の先端である頂部55bが丸みを帯びていてもよい。これにより、第1電極基材50が面内方向にスライドしやすくすることができる。
図17は、変形例4におけるセンサの断面の一部を示す図である。凸部55が、凸部55の底部55aから頂部55bに向かって幅が狭くなるように傾斜した側面を有していてもよい。この構成により、静電容量の急激な変化を抑制することができ、スライドの有無やスライド量等を検出しやすくすることができる。
図18A乃至図18Cは、変形例5におけるセンサの断面の一例を示す図である。第1誘電体層70が有する弾性凸部は、第1電極基材50の面内方向の移動に際して、当該第1電極基材50の凸部(例えば、凸部55)に対して加わる負荷を段階的に変化させることが可能な構成を有していてもよい。例えば、図18Aに示すように、第1誘電体層70が、第1電極基材50に向けて突出する弾性凸部76bを有していてもよい。弾性凸部76bは、凹部75内における凸部55と弾性凸部76との間に設けられており、例えば、断面逆L字状を成している。なお、弾性凸部76bは、初期状態(スライド操作等がない段階)では第1電極基材50に当接していない。
図19は、変形例6におけるセンサの断面の一部を示す断面図である。上述した実施形態等では、センサの一方の面の第1電極基材50に凸部55を設け、第1誘電体層70に凹部75等を設ける構成とした。センサの他方の面も同様の構成としてもよい。すなわち、第2電極基材60をセンシング層40の面内方向に移動可能とし、第2電極基材60(具体的にREF電極層60b)が第2誘電体層80に向けて突出する凸部65を有するようにしてもよい。そして、第2誘電体層80に凹部85、第2電極基材60に向けて突出する弾性凸部86(第2凸部)を設けてもよい。また、第2電極基材60、第2誘電体層80に上述した変形例で説明した構成を設けてもよい。この構成により、例えば、押圧操作により第1誘電体層70および第2誘電体層80の両方が変形するので、静電容量の変化を大きくすることができ、センサの荷重感度を高くすることができる。
センサが柔軟性をより得られる構造であってもよい。図20Aは、変形例7におけるセンサの一部の構成を示す分解者斜視図であり、図20Bは、変形例7における第1電極基材50の凸部55を拡大して示した図である。例えば、第1電極基材50に格子状の溝部50dが設けられ、第1電極基材50が複数の電極基材50cに分割されている。互いに隣接する4つの電極基材50cの対応する4個のコーナーによりコーナー部50eが形成されている。また、第1誘電体層70にも、格子状の溝部70dが設けられている。
上述した実施形態等において、操作面側でない側(例えば、第2電極基材60)は、金属板等により構成されていてもよい。また、上述した実施形態等において、圧力検出部は1個であってもよい。また、第1、第2電極基材は、基材を有しない構成(REF電極層のみの構成)でもよい。パルス電極42およびセンサ電極43が、基材41の一方の面に設けられていてもよい。個々のパルス電極42およびセンサ電極43が、複数の線状の電極(サブ電極とも称される)で構成されてもよく、交差部のみがサブ電極により構成されてもよい。
(1)
圧力検出部を含むセンシング層と、
前記センシング層上に設けられ、変形可能な誘電体層と、
前記誘電体層に向けて突出した凸部を有し、前記センシング層の面内方向に移動可能である導電層と
を備えるセンサ。
(2)
前記凸部の先端が、丸みを帯びている(1)に記載のセンサ。
(3)
前記凸部は、底部から頂部に向かって幅が狭くなるように傾斜した側面を有している(1)に記載のセンサ。
(4)
前記凸部と前記圧力検出部とが、対応して設けられている(1)乃至(3)の何れかに記載のセンサ。
(5)
前記凸部と2以上の前記圧力検出部とが、対応して設けられている(1)乃至(4)の何れかに記載のセンサ。
(6)
前記凸部が、点状を有する(1)乃至(5)の何れかに記載のセンサ。
(7)
前記凸部が、線状を有する(1)乃至(5)の何れかに記載のセンサ。
(8)
前記導電層が、面内で分割されている(1)乃至(7)の何れかに記載のセンサ。
(9)
前記誘電体層は、前記導体層に向けて突出した弾性凸部を有している(1)乃至(8)の何れかに記載のセンサ。
(10)
前記弾性凸部は、前記導体層に当接されている(1)乃至(9)の何れかに記載のセンサ。
(11)
前記弾性凸部は、前記導体層に貼り合わされている(1)乃至(9)の何れかに記載のセンサ。
(12)
前記弾性凸部は、前記導電層の面内方向の移動に際して該導体層の凸部に対して加わる負荷を段階的に変化させることが可能な構成を有している(1)乃至(11)の何れかに記載のセンサ。
(13)
前記センシング層は、
基材と、
前記基材の一方の面に設けられた第1電極と、
前記基材の他方の面に設けられた第2電極と
を備え、
前記第1電極と前記第2電極とにより前記圧力検出部が構成されている(1)乃至(12)の何れかに記載のセンサ。
(14)
前記センシング層は、
基材と、
前記基材の一方の面に設けられた第1電極および第2電極と
を備え、
前記第1電極と前記第2電極とにより前記圧力検出部が構成されている(1)乃至(12)の何れかに記載のセンサ。
(15)
圧力検出部を含むセンシング層と、
前記センシング層の一方の面上に設けられ、変形可能な第1誘電体層と、
前記第1誘電体層の側に設けられ、前記第1誘電体層に向けて突出する第1凸部を有し、前記センシング層の面内方向に移動可能である第1導電層と、
前記センシング層の他方の面上に設けられ、変形可能な第2誘電体層と、
前記第2誘電体層の側に設けられた第2導電層と
を備えるセンサ。
(16)
前記第2導電層は、前記第2誘電体層に向けて突出する第2凸部を有し、前記センシング層の面内方向に移動可能である(15)に記載のセンサ。
(17)
前記圧力検出部から出力に基づき、前記導電層の押圧および剪断力を検出する制御部をさらに備える(1)乃至(16)の何れかに記載のセンサ。
(18)
(1)乃至(17)の何れかに記載のセンサを備える電子機器。
(19)
(1)乃至(17)の何れかに記載のセンサを備え、人体に装着可能とされるウエアラブル端末。
(20)
検出部が、押圧または剪断力に応じた圧力検出部の静電容量の変化を検出し、
制御部が、前記検出部の検出結果に応じた処理を実行する制御方法。
次に、本技術の応用例について説明するが、本技術は、下記の応用例に限定されるものではない。本技術のセンサの応用例としては腕時計型電子機器、ヘッドマウントディスプレイ、操作ディスプレイ、電子楽器、靴下型センサ、スマートバンドなどのバンド型電子機器、腕輪型電子機器、指輪型電子機器、眼鏡型電子機器、または衣服型電子機器などにも適用可能である。
40・・・センシング層
45・・・圧力検出部
50・・・第1電極基材
50b・・・REF電極層
55・・・凸部
60・・・第2電極基材
60b・・・REF電極層
70・・・第1誘電体層
75・・・凹部
76・・・弾性凸部
80・・・第2誘電体層
100・・・センサ
Claims (19)
- 圧力検出部を含むセンシング層と、
前記センシング層上に設けられ、変形可能な誘電体層と、
前記誘電体層に向けて突出した凸部を有し、前記センシング層の面内方向に移動可能である導電層と
を備えるセンサ。 - 前記凸部の先端が、丸みを帯びている請求項1に記載のセンサ。
- 前記凸部は、底部から頂部に向かって幅が狭くなるように傾斜した側面を有している請求項1に記載のセンサ。
- 前記凸部と前記圧力検出部とが、対応して設けられている請求項1に記載のセンサ。
- 前記凸部と2以上の前記圧力検出部とが、対応して設けられている請求項1に記載のセンサ。
- 前記凸部が、点状を有する請求項1に記載のセンサ。
- 前記凸部が、線状を有する請求項1に記載のセンサ。
- 前記導電層が、面内で分割されている請求項1に記載のセンサ。
- 前記誘電体層は、前記導電層に向けて突出した弾性凸部を有している請求項1に記載のセンサ。
- 前記弾性凸部は、前記導電層に当接されている請求項9に記載のセンサ。
- 前記弾性凸部は、前記導電層に貼り合わされている請求項9に記載のセンサ。
- 前記弾性凸部は、前記導電層の面内方向の移動に際して該導電層の凸部に対して加わる負荷を段階的に変化させることが可能な構成を有している請求項9に記載のセンサ。
- 前記センシング層は、
基材と、
前記基材の一方の面に設けられた第1電極と、
前記基材の他方の面に設けられた第2電極と
を備え、
前記第1電極と前記第2電極とにより前記圧力検出部が構成されている請求項1に記載のセンサ。 - 前記センシング層は、
基材と、
前記基材の一方の面に設けられた第1電極および第2電極と
を備え、
前記第1電極と前記第2電極とにより前記圧力検出部が構成されている請求項1に記載のセンサ。 - 圧力検出部を含むセンシング層と、
前記センシング層の一方の面上に設けられ、変形可能な第1誘電体層と、
前記第1誘電体層の側に設けられ、前記第1誘電体層に向けて突出する第1凸部を有し、前記センシング層の面内方向に移動可能である第1導電層と、
前記センシング層の他方の面上に設けられ、変形可能な第2誘電体層と、
前記第2誘電体層の側に設けられた第2導電層と
を備えるセンサ。 - 前記第2導電層は、前記第2誘電体層に向けて突出する第2凸部を有し、前記センシング層の面内方向に移動可能である請求項15に記載のセンサ。
- 前記圧力検出部からの出力に基づき、前記導電層の押圧および剪断力を検出する制御部をさらに備える請求項1に記載のセンサ。
- 請求項1に記載のセンサを備える電子機器。
- 請求項1に記載のセンサを備え、人体に装着可能とされるウエアラブル端末。
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