検出装置、電子機器、及びロボット
【課題】外力の有無を高速に検出し、且つ、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能な検出装置、電子機器、及びロボットを提供する。
【解決手段】外力の有無を検出する第一機構３１と、外力の大きさと方向とを検出する第二機構３２と、を備え、第二機構３２が形成される部位は窪んでいる。
【解決手段】外力の有無を検出する第一機構３１と、外力の大きさと方向とを検出する第二機構３２と、を備え、第二機構３２が形成される部位は窪んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、これを備えた電子機器、及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を検出する検出装置として、特許文献１、及び特許文献２に記載の検出装置が知られている。この様な検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。特許文献１の検出装置は、裏面に錐状突起が略均一に配置された受圧シートを用い、その突起の変形量から外力分布を検出する構成となっている。特許文献２の検出装置は、表面に変位可能な接触子を備え、又、接触子の変位を検出ポイントで検出して出力する複数の感圧素子を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１３５８３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の検出装置では、突起の変形量をカメラにより撮影した画像から演算する為に演算量が多く、外力検出に要する時間が長くなる。又、受圧シートの測定面（裏面）にかかる外力の面内方向の力（滑り力）を測定する事はできない。上記特許文献２の検出装置では、演算により測定面（表面）にかかる外力の面内方向の力（滑り力）を算出する事ができるが、接触子一つあたりの検出ポイントが多い場合、出力値を得る為に必要な時間が長くなってしまう。以上の様に、特許文献１、及び特許文献２の検出装置では、いずれも外力の有無を高速に検出する機能と、外力の分布や方向及び大きさを高い精度で検出する機能とが両立されていないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現する事が可能である。
【０００６】
（適用例１） 本適用例に係わる検出装置は、第一センサーと第二センサーとが設けられた第一基板と、第一基板に対向し、第一センサーに当接して外力によって弾性変形する第一弾性体突起と、第二センサーに当接して外力によって弾性変形する第二弾性体突起とが設けられた第二基板とを備え、第一基板は、凹部を備え、凹部には、第二センサーが複数配置され、第一センサーと第一弾性体突起とにより外力の有無を検出する第一機構を形成し、複数の第二センサーと第二弾性体突起とにより外力の大きさと方向を検出する第二機構とを形成している事を特徴とする。
この構成によれば、外力の有無の検出を第一機構によって検出し、外力の大きさと方向とを第二機構によって、其々分けて検出するので、検出部の全体で外力の有無を検出する場合と比較して、いち早く外力の有無を検出する事ができる。又、第二機構では、検出装置に滑り力（検出装置の平面に平行な方向の力）が加えられた際に、第二弾性体突起は凹部において第二センサーに当接した状態で弾性変形する。従って、大きな外力が斜め方向から検出装置に加えられた場合、凹部により、検出装置の平面に平行な方向への第二弾性体突起の過度の変形が抑制される。これにより、隣り合う第二弾性体突起同士が接触する事や、第二弾性体突起が所定の第二センサーの一群からはみ出してしまう事などを抑止できるので、外力の方向と大きさや、外力の分布状況を極めて正確に検出する事ができる。更に、第一機構と第二機構とを同一装置に配置する事により、検出装置を省スペースで構成する事ができる。具体的には、検出装置の薄型化や小型化、或いは低コスト化を進める事ができる。加えて、第二基板に第二弾性体突起が配置されているので、検出面（第二基板の裏面）が略平面となり、且つ、外力による第二弾性体突起の変形特性が同一となる為、外力の方向と大きさとを偏りなく正確に検出する事ができる。
【０００７】
（適用例２） 上記適用例に係わる検出装置において、第一センサーは平坦部に形成され、第一機構に含まれる第一弾性体突起は、第一センサーと重なる位置に重心が位置し、先端部が第一センサーに当接する様に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、僅かな外力が加えられただけでも第一機構は感度良く外力の有無を検出できる。又、第一機構と第二センサーとが同一装置内に形成されているので、外力の大きさなどを演算処理する為の補正を少なくする事ができる。
【０００８】
（適用例３） 上記適用例に係わる検出装置において、凹部の開口径は、第二弾性体突起の外径よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、凹部の開口径が第二弾性体突起の外径よりも大きいので、第二弾性体突起が第一基板の平坦部に平行な方向に変形しても、第二弾性体突起の凹部からのはみ出しが抑えられる。これにより、隣り合う第二弾性体突起同士が接触する事や、第二弾性体突起が第二センサーの一群からはみ出して隣の基準点に位置する第二センサーの一群に入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【０００９】
（適用例４） 上記適用例に係わる検出装置において、凹部の外周部における平坦部に対する傾斜角度は、凹部の中央部における平坦部に対する傾斜角度よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、第一基板の平坦部に対する凹部の傾斜角度が中央部よりも外周部において大きいので、平坦部に平行な方向への弾性体突起の変形を外周部で抑える事ができる。これにより、第二弾性体突起の凹部からのはみ出しが抑えられるので、隣り合う弾性体突起同士が接触する事や、第二弾性体突起が第二センサーの一群からはみ出して隣の基準点の第二センサーの一群に入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【００１０】
（適用例５） 上記適用例に係わる検出装置において、凹部の深さは、第二弾性体突起の高さよりも小さい事が好ましい。
この構成によれば、第二弾性体突起の高さは凹部の深さよりも大きいので、外力が付加されていない状態でも第二弾性体突起は第二センサーに当接する。従って、僅かな外力が検出装置に加えられただけであっても、第二弾性体突起を介して外力は第二センサーに敏感に伝達される。こうして外力の方向と大きさや、外力の圧力分布を正確に検出する事ができる。
【００１１】
（適用例６） 上記適用例に係わる検出装置において、第一機構の検出結果に基づいて第二機構の検出動作を制御する制御部を有する事が好ましい。
この構成によれば、第一機構が外力の存在を検出した時に、制御部によって第二機構の検出動作を実行する様に制御するので、無駄な検出動作を省き、検出装置のエネルギー消費量を削減する事ができる。
【００１２】
（適用例７） 上記適用例に係わる検出装置において、第一機構により外力がある事を検出した場合は、制御部からの信号により、第二センサーが外力の検出を開始する事が好ましい。
この構成によれば、外力の有無を検出した後、制御部によって第二機構の検出動作を実行する様に制御する事により、外力の大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くする事ができる。
【００１３】
（適用例８） 上記適用例に係わる検出装置において、第一機構は、平面視において、少なくとも２つの第二機構の間に形成されている事が好ましい。
この構成によれば、少なくとも２つの第二機構を備えているので、外力の方向や回転トルクを検出する事ができる。
【００１４】
（適用例９） 上記適用例に係わる検出装置において、平面的に第一機構の周囲に少なくとも２つの第二機構が配置されている事が好ましい。
この構成によれば、少なくとも２つの第二機構を備えているので、外力の方向や回転トルクを検出する事ができる。
【００１５】
（適用例１０） 上記適用例に係わる検出装置において、第二センサーは、複数個が基準点に対して点対称に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、基準点に対して点対称（均等）に第二センサーが配置されているので、第二センサーと第二弾性体突起との位置関係による補正が不要となり、第二センサーの検出値の差分のみによって外力の方向と大きさとを検出する事ができる。又、第二センサーが複数配置されている事により、回転トルクを精度よく検出する事ができる。
【００１６】
（適用例１１） 上記適用例に係わる検出装置において、第二センサーは、複数個が平面的に互いに直交する２方向に行列状に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、各第二センサーで計測された圧力値のうち、任意に組み合わされた各第二センサーで計測された圧力値の差分から外力の方向と大きさとを演算する事ができる。
【００１７】
（適用例１２） 上記適用例に係わる検出装置において、第二センサーは、複数個が単位検出領域当たり少なくとも４行４列に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、第二センサーの数が１６個以上と多くなるので、多数の第二センサーで検出された圧力値に基づいて、各第二センサーの検出結果を積算して外力の作用する方向と大きさとを求める事ができる。従って、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【００１８】
（適用例１３） 上記適用例に係わる検出装置において、第一センサーは、第一基板上に対向配置された第一電極と第二電極とを有し、第二センサーは、第一基板上に対向配置された第三電極と第四電極とを有し、少なくとも第三電極と第四電極との間に感圧導電体が配置されている事が好ましい。
この構成によれば、少なくとも第三電極と第四電極との間に感圧導電体が挟持されているので、外力が加えられた際、感圧導電体を圧縮する事により、外力を電気信号に変換する事が可能となり、外力の大きさや方向を検出する事ができる。又、第一機構においては、第一電極と第二電極との間に感圧導電体が無い場合は、弱い外力でも第一電極と第二電極とを接触させる事が可能となり、第一機構と第二センサーとが同一の第一基板上にありながら、第二センサーよりも高い感度を得る事ができる。
【００１９】
（適用例１４） 上記適用例に係わる検出装置において、第一電極の平面積が、第三電極の平面積よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、第三電極が第一電極よりも小さいので、第一機構の平面積と第二機構の平面積とを同程度にでき、それ故に、第一機構に備えられた第一弾性体突起と第二機構に備えられた第二弾性体突起とを同一とできる。即ち、第一、第二弾性体突起を一種類のみとでき、第二基板の表面が容易に平面になって検出感度が向上し、同時に製造も容易となる。更に、第一センサーの感度を高める事ができる。
【００２０】
（適用例１５） 本適用例に係わる電子機器は、上記に記載の検出装置を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外力の有無を高速に検出する事ができ、又、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能な電子機器を提供する事ができる。
【００２１】
（適用例１６） 本適用例に係わるロボットは、上記に記載の検出装置を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外力の有無を高速に検出する事ができ、又、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能なロボットを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】検出装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図２】検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図３】検出部を説明する図。
【図４】検出装置における制御部の構成を示すブロック図。
【図５】検出装置の検出制御動作を示すフローチャート。
【図６】外力の法線方向の成分を検出する方法の説明図。
【図７】外力の滑り力を検出する方法の説明図。
【図８】第二機構の概略構成を示す図。
【図９】単位検出領域の座標系を示す図。
【図１０】外力分布を示す図。
【図１１】滑り方向の計算例を示す図。
【図１２】第２実施形態の検出部の概略構成を示す分解斜視図。
【図１３】検出装置の詳細説明図。
【図１４】垂直方向の外力が付加された状態を説明する図。
【図１５】斜め方向の外力が付加された状態を説明する図。
【図１６】第２実施形態における単位検出領域Ｓの座標系を示す図。
【図１７】本実施形態に係わる検出装置の概略構成を示す図。
【図１８】検出装置を適用した携帯電話機の概略構成を示す模式図。
【図１９】検出装置を適用した携帯情報端末の概略構成を示す模式図。
【図２０】検出装置を適用したロボットハンドの概略構成を示す模式図。
【図２１】変形例１に係わる検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図２２】変形例２に係わる検出装置の構造を示す模式断面図。
【図２３】変形例７に係わるセンサー基板を説明する図。
【図２４】変形例８及び変形例９に係わるセンサー基板又は突起シートを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。尚、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となる様に、適宜拡大又は縮小して表示している。尚、実施形態の検出装置は、外力の方向と大きさとを検出可能な圧力センサー方式のタッチパッドであり、例えば、ノート型パーソナルコンピューター（ノートパソコン）等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられる物である。又、本実施形態において、第一基板の「表面」とは、第一基板における複数の第二センサー形成面を指す。第二基板の「表面」とは、第二基板における弾性体突起形成面の反対面を指し、つまりは、外力を受ける面を指す。
【００２４】
以下の説明においては、図２中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がセンサー基板本体１１に対して平行な方向に設定されている。Ｚ軸は、Ｘ軸とＹ軸とにそれぞれ直交する方向、即ち第一基板としてのセンサー基板本体１１に対する法線方向に設定されている。
【００２５】
（第１実施形態）
＜検出装置の構成＞
図１は、検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。以下、検出装置の電気的な構成を、図１を参照しながら説明する。図１に示す様に、検出装置１００は、検出部１１０と制御部１２０とを備えている。検出部１１０は、外力Ｆの有無を検出する第一機構３１（図３参照）と、外力Ｆの大きさと方向とを検出する第二機構３２（図３参照）と、を備えている。検出部１１０によって検出された情報は制御部１２０に入力される。制御部１２０は、第一センサー１２（図３参照）を用いて外力Ｆの有無を検出する動作を行い、その検出結果に基づいて第二センサー１３（図３参照）の次の検出動作を制御する。
【００２６】
図２は検出装置の構成を示す分解斜視図である。図３は検出部を説明する図で、図３（ａ）は図２に示す検出装置のＡ−Ａ’線に沿う模式断面図で、図３（ｂ）は平面図である。以下、検出部１１０の構成を、図２及び図３を参照しながら説明する。図２において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応して配置された単位検出領域を示す。尚、「基準点」とは、滑り力が作用していない場合に弾性体突起２２の中心（重心）が平面視で位置するポイントである。
【００２７】
図２に示す様に、検出部１１０は、第一基板としてのセンサー基板１０と、第二基板としての突起シート２０と、を有している。センサー基板１０と突起シート２０とは互いに対向する様に配置されている。突起シート２０は、第二基板としての突起シート本体２１と、その裏面に設けられた外力Ｆによって弾性変形する弾性体突起２２とを含んでいる。
【００２８】
センサー基板１０は、センサー基板本体１１に基準点Ｐが少なくとも２個以上定められ居り、各基準点Ｐの回りに第二センサー１３が設けられている。第二センサー１３は圧力センサーである。センサー基板本体１１の表面には、平坦部と、この平坦部から窪む凹部１８とが形成されており、基準点Ｐは凹部１８に位置している。第二センサー１３は基準点Ｐの回りで凹部１８に平面視にて重なる様に複数個設けられている。具体的には、単位検出領域Ｓの中央部に基準点Ｐが定められ、基準点Ｐを中心に円錐状の凹部１８が形成され、この凹部１８に第二センサー１３が平面的に重なる様に２行２列の４個配置されている。行列状に配置された第二センサー１３の一群の中心が基準点Ｐとなっている。
【００２９】
センサー基板１０には第一センサー１２も設けられている。第一センサー１２は接触センサーである。第一センサー１２は平坦部に形成され、平面視において、少なくとも２つの単位検出領域Ｓの間に形成されている。或いは、第一センサー１２は、平面的にその周囲に少なくとも２つの単位検出領域Ｓが配置されている。センサー基板１０は、例えば、ガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形板状のセンサー基板本体１１と、センサー基板本体１１に行列状に配置された複数の第二センサー１３と、２つの単位検出領域Ｓの間に配置された第一センサー１２と、を具備して構成されている事になる。
【００３０】
図３に示す様に、第一機構３１は第一センサー１２と弾性体突起２２とを含み、第二機構３２は第二センサー１３と弾性体突起２２とを含んでいる。第一機構３１に含まれる弾性体突起２２が第一弾性体突起であり、これは第一センサー１２と重なる位置に重心が位置し、その先端部２２ａが第一センサー１２に当接する様に配置されている。一方、第二機構３２に含まれる弾性体突起２２が第二弾性体突起であり、基準点Ｐと重なる位置に重心Ｇが位置し、先端部２２ａが第二センサー１３に当接する様に配置されている。こうして、弾性体突起２２は、その先端部２２ａが第一センサー１２や第二センサー１３に当接した状態で弾性変形し得る。以下、第一弾性体突起と第二弾性体突起とを特に区別する必要がない場合、単に弾性体突起２２と記載する。
【００３１】
複数の第二センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の第二センサー１３は、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に行列状に配置されている。これにより、基準点Ｐと各第二センサー１３との間の距離が互いに等しくなる。これにより、弾性体突起２２の変形と各第二センサー１３で検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各第二センサー１３の圧力値のうち任意に組み合わされた各第二センサー１３で検出された圧力値の差分を演算する事が容易となる。尚、圧力値の差分の演算方法については後述する。
【００３２】
突起シート２０は、上述した様に、矩形板状の突起シート本体２１と、突起シート本体２１に設けられた複数の弾性体突起２２と、を具備して構成されている。突起シート本体２１は、外力Ｆを直接受ける部分である。突起シート本体２１は、例えば、ガラス、石英、及びプラスチック等の材料で構成する事もできるし、発泡ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料で構成する事もできる。本実施形態では、突起シート本体２１及び弾性体突起２２の形成材料として樹脂材料を用い、突起シート本体２１、及び弾性体突起２２を金型で一体形成している。
【００３３】
複数の弾性体突起２２は、突起シート本体２１上においてＸ方向及びＹ方向に行列状に配置されている。弾性体突起２２の先端部２２ａは、例えば、球面の錐状となっており、センサー基板１０に当接している。第二弾性体突起の重心は、単位検出領域Ｓにおける初期的に基準点Ｐと重なる位置に配置されている。又、第一弾性体突起の重心は、第一センサー１２の中心と重なる位置に配置されている。
【００３４】
第一センサー１２及び第二センサー１３と接する弾性体突起２２について説明したが、他の領域においても複数の弾性体突起２２が突起シート本体２１に形成されている。この様に、第一センサー１２や第二センサー１３が配置されていない領域にも弾性体突起２２を配置する事によって、弾性体突起２２が弾性変形したときの突起シート本体２１の面内に平行な方向の変形量を許容する事ができる。又、弾性体突起２２が突起シート本体２１上においてＸ方向及びＹ方向に行列状に離間して配置されている事により、一方の弾性体突起２２が変形した時に他方の弾性体突起２２に変形の影響を及ぼす事を抑制する事ができる。この為、複数の弾性体突起２２が互いに接触して配置されている場合に比べて、外力Ｆを正確に各第二センサー１３に伝達する事ができる。従って、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。又、各第二センサー１３の圧力値のうち任意に組み合わされた各第二センサー１３の圧力値の差分から外力Ｆの方向と大きさとを演算する事が容易となる。又、弾性体突起２２のサイズは任意に設定する事ができる。ここでは、弾性体突起２２の基部の径は１．８ｍｍ程度になっている。一方、弾性体突起２２の高さ（弾性体突起２２のＺ方向の距離）は２ｍｍ程度になっている。更に、隣り合う弾性体突起２２の離間間隔は１ｍｍ程度になっている。尚、弾性体突起２２のデュロメーター硬さ（タイプＡ、ＩＳＯ ７６１９準拠のデュロメーターによる硬さ測定値）は、例えば、３０〜６０程度になっている。
【００３５】
複数の第二センサー１３は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行、横２列に計４つ配置されている。４つの第二センサー１３の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。例えば、単位検出領域Ｓの大きさ（平面視のサイズ）は、縦２．８ｍｍ×横２．８ｍｍ程度になっている。又、４つの第二センサー１３の各面積がほぼ等しくなっている。又、単位検出領域Ｓにおける複数（４個）の第二センサー１３と、第二センサー１３に対向配置された弾性体突起２２とにより、第二機構３２が構成されている。具体的には、図３に示す様に、第二センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に設けられた複数の第三電極１３ａと、第三電極１３ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第四電極１３ｂとを備えて構成されている。又、図３に示す様に、第一センサー１２は、例えば、第三電極１３ａより平面的に面積が大きな第一電極１２ａと、第一電極１２ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第二電極１２ｂとを備えて構成されている。尚、２つのセンサー（１２，１３）を判別し易くする為に、図２や図３（ｂ）に示す様に、第一電極１２ａ及び第三電極１３ａのみを図示して、第一センサー１２及び第二センサー１３と称している。尚、図３（ｂ）には、外力Ｆが付加されない状態における、複数の第二センサー１３や基準点Ｐに対する弾性体突起２２の先端部２２ａを記載してある。ここで先端部２２ａは、センサー基板１０と弾性体突起２２とが接する領域を示している。
【００３６】
第一センサー１２（第一電極１２ａ）の平面的な面積は、１つの第二センサー１３（第三電極１３ａ）の面積よりも広い事が望ましい。第一センサー１２の面積が広い事により、突起シート２０に外力Ｆが加えられた際、感圧導電体１３ｃを介して第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが接触したときの抵抗値が、第三電極１３ａと第四電極１３ｂとが接触したときの抵抗値よりも小さい。よって、第一センサー１２の感度が高くなる。
【００３７】
感圧導電体１３ｃとしては、例えば、感圧導電ゴム等による感圧素子を用いる事ができる。第二センサー１３は、接触面に外力Ｆが作用した時に感圧導電ゴム等に加わる外力Ｆを電気信号に変換する。又、隣り合う第二センサー１３の間隔は、０．１ｍｍ程度になっている。この為、外乱や静電気等の影響により、隣り合う位置の第二センサー１３で検出される圧力値にノイズがのらない様になっている。第二センサー１３としては、例えば、ダイアフラムゲージ等の感圧素子を用いる事ができる。この場合には、接触面に外力Ｆが作用した時にダイアフラムに加わる外力Ｆを電気信号に変換する。尚、この検出装置１００は、単位検出領域Ｓを少なくとも２つ配置しているので、圧力値や外力Ｆの方向（滑り力）を求めるだけではなく、回転トルクも求める事ができる。
【００３８】
図４は、検出装置における制御部の構成を示すブロック図である。以下、制御部の構成を、図４を参照に説明する。図４に示す様に、制御部１２０は、検出部１１０（図１参照）との信号の授受と演算結果の出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｏ部）１２１と、各第二センサー１３の制御処理を行う制御ユニット１２２と、各演算処理を行う演算装置１２３と、データを格納するデータメモリー１２４と、を有して構成されている。
【００３９】
演算装置１２３は、外力Ｆによって弾性体突起２２が弾性変形する事により、複数の第二センサー１３で検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各第二センサー１３で検出された各圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向と大きさとを演算する。又、演算装置１２３は、検出部１１０で検出された外力Ｆの合力の方向と大きさとを演算する第２演算処理と、外力Ｆにより検出部１１０に作用する回転トルクの方向と大きさとを演算する第３演算処理を行う。これらの演算方法については後述する。
【００４０】
尚、本実施形態では、制御ユニット１２２と演算装置１２３とにそれぞれＣＰＵを備えているが、１つのＣＰＵにより、制御ユニット１２２における装置の制御と、演算装置１２３における各種演算とを行わせる構成としてもよい。言い換えれば、制御ユニット１２２はＣＰＵを備え、各種の演算にも対応するとしてもよい。
【００４１】
図５は、検出装置の検出制御動作を示すフローチャートである。以下、検出装置の検出制御動作を、図５を参照しながら説明する。図５に示す様に、ステップＳ１１では、第一機構３１によって外力Ｆの検出動作を行い、外力を検出する。
【００４２】
ステップＳ１２では、検出された圧力値から外力Ｆがあるか否かを判定する。外力Ｆがあると判定された場合、ステップＳ１３に移行する。外力Ｆが無いと判定された場合、ステップＳ１１に移行して、引き続き、第一センサー１２による圧力値の検出を行う。
【００４３】
ステップＳ１３では、外力Ｆがあると判定された場合、その判定結果から、対応する単位検出領域Ｓの第二センサー１３の次の検出動作を決定する。具体的には、例えば、対応する単位検出領域Ｓの第二機構３２に配置された複数の第二センサー１３の圧力値をそれぞれ検出する。
【００４４】
ステップＳ１４では、外力Ｆの方向と大きさとを演算する。演算終了後は、その結果を出力すると同時に、ステップＳ１１に戻り、第一センサー１２により圧力値を検出し、外力Ｆの有無を検出する検出動作を行なう。
【００４５】
図６は、外力Ｆの法線方向の成分（Ｆｚ）を検出する方法の説明図である。又、図７は、外力Ｆの滑り力（ＦｘやＦｙ）を検出する方法の説明図である。以下、外力Ｆの大きさ及び方向を検出する方法を、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００４６】
突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前の状態（外力Ｆの作用がない状態）は図３に示されている。図３に示す様に、突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前においては、弾性体突起２２は変形しない。これにより、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離は一定に保たれる。又、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。この時の各第二センサー１３の圧力値は、データメモリー１２４に記憶されている。データメモリー１２４に記憶された各第二センサー１３の圧力値を基準として外力Ｆの作用する方向や大きさが求められる。
【００４７】
図６は、突起シート本体２１の表面に垂直方向（滑り力がない状態）の外力Ｆが付加された状態を示している。又、図６は、図７に示す突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが加えられた際の、表面の法線方向（Ｚ方向）の力の成分（Ｆｚ）の検出原理を表す図でもある。図６に示す様に、弾性体突起２２は、突起シート２０を介して垂直方向の外力Ｆが付加された時、第一機構３１の一部をなす弾性体突起２２の先端部２２ａが、いち早くセンサー基板本体１１の表面に配置された第一センサー１２を押圧する。同時に第二機構３２の一部をなす弾性体突起２２の先端部２２ａも、センサー基板本体１１の表面に配置された第二センサー１３を押圧する。即ち、弾性体突起２２はセンサー基板１０に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する（撓む）。そして、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。この時の第一センサー１２や第二センサー１３の圧力値は、外力Ｆの作用がない時に比べて大きくなる。但し、第一センサー１２はセンサー基板本体１１の平坦部に形成されている為に、弾性体突起２２は第二センサー１３よりも第一センサー１２をより強く押圧する。更に、第一電極１２ａが第三電極１３ａよりも面積が広く、第一センサー１２においてはセンサー基板１０に当接している先端部２２ａの全域が第一電極１２ａ内に位置する為に、外力Ｆの有無に対する感度は第一機構３１が第二機構３２よりも著しく高くなる。僅かな外力Ｆであっても第一機構３１はその有無を検出できる事になる。
【００４８】
図７は、突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆ（滑り力）が付加された状態を示している。尚、滑り力とは外力ＦのＸ成分（Ｆｘ）とＹ成分（Ｆｙ）とを指す。図７に示す様に、弾性体突起２２は、突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが付加された時、弾性体突起２２の先端部２２ａがセンサー基板本体１１の表面に配置された第二センサー１３に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。つまり、弾性体突起２２がＺ方向に撓み、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。更に、弾性体突起２２の重心Ｇは、基準点ＰからＸ方向やＹ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２と複数個の第二センサー１３の各々との重なる面積は其々異なる。例えば図７（ｂ）に示される様な外力Ｆが加えられた場合、弾性体突起２２と４つの第二センサー１３との重なる面積は、４つの第二センサー１３の内で、＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された右下の第二センサー１３と重なる面積が、−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された左上の第二センサー１３と重なる面積よりも大きくなる。こうして、第二センサー１３の各々からの出力を計測する事でＦｘやＦｙの大きさを特定できる。
【００４９】
弾性体突起２２は、斜め方向の外力Ｆにより変形に偏りが生じる。即ち、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐからずれて滑り方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動する。すると、各第二センサー１３で異なる値の圧力値が検出される。そして、後述する差分の演算方法に基づいて加えられた外力Ｆの方向が求められる。突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが付加された場合には、弾性体突起２２が大きく変形する。そして、弾性体突起２２がセンサー基板１０に接した状態で、弾性体突起２２でセンサー基板１０に接触している部位がずれる。図７は、基準点Ｐに対する弾性体突起２２の重心Ｇや接触している部位が外力Ｆに応じてずれる事を示している。
【００５０】
図８は、第二機構３２の概略構成を示す図であり、（ａ）はセンサー基板１０及び突起シート２０の基準点における断面図であり、図８（ｂ）はセンサー基板１０の基準点における断面図である。尚、図８（ａ）及び（ｂ）に示す２点鎖線Ｌは、センサー基板１０の平坦部（Ｘ方向）に平行である。又、図８（ａ）及び（ｂ）では、分かり易くする為に第二センサー１３の図示を省略している。
【００５１】
図８（ａ）及び（ｂ）に示す様に、第二機構３２はセンサー基板１０と突起シート２０とを備えている。センサー基板１０には、平坦部から−Ｚ方向に窪む、断面が略楕円状の凹面に形成された凹部１８が設けられている。凹部１８の平坦部からの深さＨ１は、弾性体突起２２の基部から先端部までの高さＨ２よりも小さい。その為、弾性体突起２２が設けられた突起シート２０の表面に外力Ｆが付加されていない状態において、弾性体突起２２はセンサー基板１０の平坦部からＺ方向に突出するので、突起シート本体２１がセンサー基板１０の平坦部に接触する事はない。即ち、外力Ｆが付加されていない状態においては、センサー基板１０の平坦部に対して弾性体突起２２が突出するので、突起シート本体２１とセンサー基板１０とが離間される。こうして、突起シート２０に付加された外力Ｆは、弾性体突起２２を介して第二センサー１３に伝達され、外力Ｆの作用する方向と大きさ（外力Ｆの成分）や、外力Ｆの圧力分布を正確に検出する事ができる。尚、凹部１８の深さＨ１は、弾性体突起２２がこれ以上変形しない臨界点となる外力Ｆが加えられた状態においても、弾性体突起２２の高さＨ２よりも小さい事が望ましい。
【００５２】
又、凹部１８の開口径（直径）Ｄ１は、弾性体突起２２の基部の外径（直径）Ｄ２よりも大きい。その為、外力Ｆが加えられた事により弾性体突起２２が圧縮されて変形しても、弾性体突起２２の凹部１８からセンサー基板１０の平坦部に平行な方向へのはみ出しが抑えられる。更に、図８（ｂ）に示す様に、凹部１８の外周部（周縁部）における平坦部に対する傾斜角度θ２は、凹部１８の中央部における平坦部に対する傾斜角度θ１よりも大きい。その為、平坦部に平行な方向（Ｘ方向やＹ方向）への弾性体突起２２の過度の変形を、凹部１８の外周部により効果的に抑える事ができる。凹部１８は、例えば、センサー基板本体１１（図示省略）の平坦部側の一部を異方性エッチングにより除去した後、更に等方性エッチングを行う事で形成できる。これらにより、隣り合う弾性体突起２２同士が接触する事や、弾性体突起２２が所定の単位検出領域Ｓからはみ出して隣の単位検出領域Ｓに入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【００５３】
尚、本実施形態の様に、凹部１８が傾斜面ではなく略楕円球状の凹面の場合、傾斜角度とは、図８（ｂ）に示す断面において、凹部１８の凹面の各部における接線と平坦部とがなす角度をいう。凹部１８が略楕円球状の凹面の場合、凹部１８の凹面の外周部における曲率は、凹部１８の凹面の中央部における曲率よりも大きいと言い換える事もできる。
【００５４】
図９は、単位検出領域Ｓの座標系を示す図である。図１０は、第二センサー１３として圧力センサーを複数個行列状に配列した際に計測される垂直方向の外力Ｆ分布を示す図である。図１１は、複数の第二機構３２による滑り方向の計算例を示す図である。図９に示す様に、第二センサー１３が単位検出領域Ｓ当たりに２行２列に計４個配置され、それらをＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）と名付ける。ここで、各第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰS1，ＰS2，ＰS3，ＰS4とすると、外力ＦのＸ方向成分Ｆｘ（外力Ｆの面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（１）で表される。
【００５５】
【数１】
【００５６】
又、外力ＦのＹ方向成分Ｆｙ（外力Ｆの面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（２）で表される。
【００５７】
【数２】
【００５８】
又、外力ＦのＺ方向成分Ｆｚ（外力Ｆの垂直方向成分、Ｚ軸は図９の図中省略）は以下の式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
【００６０】
本実施形態では、外力Ｆによって弾性体突起２２が弾性変形する事により４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向が演算される。式（１）に示す様に、外力ＦのＸ方向成分Ｆｘにおいては、４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値のうち＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳ２、及び第二センサーＳ４で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ３で検出された値が組み合わされる。この様に、＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳ２、及び第二センサーＳ４の組み合わせによる圧力値と−Ｘ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ３の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＸ方向成分が求められる。
【００６１】
式（２）に示す様に、外力ＦのＹ方向成分Ｆｙにおいては、４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値のうち＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ２で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された第二センサーＳ３、及び第二センサーＳ４で検出された値が組み合わされる。この様に、＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ２の組み合わせによる圧力値と−Ｙ方向に配置された第二センサーＳ３、及び第二センサーＳ４の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＹ方向成分が求められる。
【００６２】
式（３）に示す様に、外力ＦのＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の圧力値を足し合わせた合力で求められる。
【００６３】
検出部１１０に加わる外力Ｆの合計の方向と大きさは、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計によって得られる。従って外力Ｆの合計の方向と大きさとを演算する第２演算処理は、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計を算出する演算となる。
【００６４】
又、検出部１１０に加わる回転トルクの方向と大きさは、突起シート本体２１の表面に加わる外力Ｆの分布の重心を算出し、その座標を中心として点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分又はＹ方向成分の差分を取る事によって得られる。従って回転トルクの方向と大きさとを演算する第３演算処理は、外力Ｆの分布の重心の座標を中心とした点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分又はＹ方向成分の差分の演算となる。
【００６５】
次に、図１０に示す様に、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。この時、外力Ｆの垂直方向の外力Ｆは、外力Ｆが作用した部分の中心部が最も大きくなっている（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。又、外力Ｆの垂直方向の外力Ｆは、中心部に次いでその周辺部（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。又、指で押されていない領域は、第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度となっている。尚、タッチパッドには単位検出領域（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）が集合した領域）が行列状（例えば縦１６行×横１６列に計２５６個）に配置されているとする。又、符号ＤＧは検出した外力Ｆの分布の重心である。
【００６６】
指で押されていない領域は、第二センサー１３の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度である為、第二センサー１３の出力電圧３０ｍＶを外力Ｆの有無の判定基準として設定している。即ち単位検出領域Ｓである第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の合計出力電圧が３０ｍＶ未満であれば、外力Ｆは加わっていないと判定し、第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧が３０ｍＶ以上であれば、外力Ｆが加わっていると判定する。図１０の場合、縦１６行×横１６列に配置された単位検出領域Ｓのうち、７箇所の単位検出領域Ｓで外力Ｆが加わっていると判定される。外力Ｆの垂直方向の圧力値は、外力Ｆが作用した範囲の中心部が最も大きくなっている（単位検出領域Ｓの第二センサーの合計出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。又、外力Ｆの垂直方向の圧力値は、中心部に次いでその周辺部（６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。
【００６７】
図１１に示す様に、検出部１１０の検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外力Ｆの面内方向成分（滑り方向）の算出方法を考える。図１０の場合、指の押外力Ｆ（外力Ｆ）は、縦１６行×横１６列に配置された単位検出領域Ｓのうち、７箇所の単位検出領域Ｓで外力Ｆが加わっていると判定される。そこでこの７箇所の単位検出領域Ｓのみを抽出して第１演算処理による外力Ｆの面内方向成分（滑り方向）の演算を行う事により、演算処理が高速化される。抽出した７箇所の各単位検出領域Ｓは、それぞれ４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）を有しており、各第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各第二センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向が演算される。つまり、各単位検出領域Ｓでは、上述した式（１）及び式（２）に基づいて、各単位検出領域Ｓにおける外力ＦのＸ方向成分Ｆｘ及び外力ＦのＹ方向成分Ｆｙが第１演算処理によって算出される。言い換えれば、第１演算処理により、各第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向と大きさとを求める事ができる。
【００６８】
第２演算処理により、外力Ｆの合計の方向と大きさが算出される。ここでは、外力ＦがＸ方向に−０．５４、Ｙ方向に０．８４５の方向成分を持つ事から、＋Ｘ方向を基準として左回りに約１２２°の方向に合計の外力Ｆが作用している事が分かる。
【００６９】
又、第３演算処理により、回転トルクの方向と大きさが算出される。図１０の場合、外力Ｆの分布の重心ＤＧの座標はＸ＝６．７３、Ｙ＝１０．０４となり、Ｘ＝７、Ｙ＝１０に位置する単位検出領域Ｓに近似される。そこでＸ＝７、Ｙ＝１０を中心として点対称の関係にある２つの単位検出領域Ｓの組み合わせについて、Ｘ軸方向成分の差分から回転トルクの大きさを算出する。差分の大きさは８ｍＶである事から、検出部１１０の検出面には右ねじの方向にごく微小な回転トルクが作用している事が分かる。
【００７０】
以上詳述した様に、第１実施形態の検出装置１００によれば、以下に示す効果が得られる。
【００７１】
（１）第１実施形態の検出装置１００によれば、外力Ｆの有無の検出を第一センサー１２によって検出し、外力Ｆの大きさなどを第二機構３２によって、それぞれ分けて検出するので、検出部１１０の全体で外力Ｆの有無などを検出する場合と比較して、早く外力Ｆの有無を検出する事ができる。更に、外力Ｆの有無を検出した後、制御部１２０によって第二機構３２の検出動作のみを制御する事により、外力Ｆの大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くする事ができる。
【００７２】
（２）第１実施形態の検出装置１００によれば、第一センサー１２及び第二センサー１３をセンサー基板本体１１上に配置する事により、小さなスペースで構成する事ができる。具体的には、薄型化、小型化、低コスト化にする事ができる。又、同一基板上なので、外力Ｆの大きさなどを演算処理する為の補正を抑える事ができる。
【００７３】
（３）第１実施形態の検出装置１００によれば、第一センサー１２を挟んで２つの第二機構３２を備えているので、外力Ｆの方向や回転トルクを検出する事ができる。
【００７４】
（４）第１実施形態の検出装置１００によれば、第一センサー１２（第一電極１２ａ）の平面的な面積が、１つの第二センサー１３（第三電極１３ａ）の面積よりも広いので、突起シート２０に外力Ｆが加えられた際、感圧導電体１３ｃを介して第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが接触したときの抵抗値が、第三電極１３ａと第四電極１３ｂとが接触したときの抵抗値よりも小さくなる。よって、第一センサー１２の感度を高くする事ができる。
【００７５】
（５）第二機構３２に凹部１８が設けられている為、外力Ｆが加えられた事により弾性体突起２２が圧縮されて変形しても、弾性体突起２２の凹部１８からセンサー基板１０の平坦部に平行な方向へのはみ出しが抑えられる。更に、平坦部に平行な方向（Ｘ方向やＹ方向）への弾性体突起２２の過度の変形を、凹部１８の外周部により効果的に抑える事ができる。これらにより、隣り合う弾性体突起２２同士が接触する事や、弾性体突起２２が所定の単位検出領域Ｓからはみ出して隣の単位検出領域Ｓに入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【００７６】
（第２実施形態）
＜検出装置の構成＞
図１２は、第２実施形態の検出部の概略構成を示す分解斜視図である。図１３は、図１２に示す検出部の詳細説明図で、（ａ）はＢ−Ｂ’線に沿う模式断面図、（ｂ）はその付近の平面図ある。以下、検出部１１０の構成を、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２に示す様に、第２実施形態の検出部１１０は、複数の第二センサー１３が互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦ｉ行、横ｉ列に配置されている部分が、上述の第１実施形態で説明した検出装置１００と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
【００７７】
検出部１１０は、基準点Ｐの回りに複数配置された第二センサー１３と、複数の第二センサー１３で構成される単位検出領域Ｓと別の単位検出領域Ｓとの平面的な間に設けられた第一センサー１２と、を備えるセンサー基板１０を有する。更に、検出部１１０は、第１実施形態と同様に、先端部２２ａがセンサー基板１０に当接し外力Ｆによって弾性変形する弾性体突起２２が形成された突起シート２０と、を備えている。ここでは、ｉ個（ｉは４以上の整数）の第二センサー１３を用いた場合に拡張した計算式を示す。
【００７８】
図１２に示す様に、センサー基板本体１１上には、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦４行横４列（ｉ＝４）に合計１６個の第二センサー１３が配置されている。これら１６個の第二センサー１３の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。
【００７９】
図１３に示す様に、第一機構３１の構成は実施形態１と同じである。第二機構３２は、単位検出領域Ｓにおける複数の第二センサー１３と、第二センサー１３に対向配置された弾性体突起２２とにより構成されている。具体的には、第二センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に設けられた複数の第三電極１３ａと、第三電極１３ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第四電極１３ｂとを備えて構成されている。第一センサー１２は、例えば、第三電極１３ａより平面的な面積が大きな第一電極１２ａと、第一電極１２ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第二電極１２ｂとを備えて構成されている。尚、第１実施形態と同様に、２つのセンサーを判別し易くする為に、図１２に示す様に、第一電極１２ａ及び第三電極１３ａのみを図示して、第一センサー１２及び第二センサー１３と称している。
【００８０】
図１４と図１５とは、実施形態１の図６と図７とに対応しており、第２実施形態にて外力Ｆに応じて検出部１１０の被る変化を示す模式図で、其々（ａ）は図１２のＢ−Ｂ’線に沿う模式断面図、（ｂ）はその付近の平面図ある。以下、外力Ｆの大きさと方向を検出する方法を、図１４及び図１５を参照しながら説明する。突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前の状態（外力Ｆの作用がないとき）は図１３に示されている。突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前においては、弾性体突起２２は変形しない。これにより、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。この時の各第二センサー１３の圧力値はデータメモリー１２４に記憶されている。データメモリー１２４に記憶された各第二センサー１３の圧力値を基準として外力Ｆの作用する方向や大きさが求められる。
【００８１】
図１４は、突起シート本体２１の表面に垂直方向（滑り力がない状態）の外力Ｆが付加された状態を示している。突起シート本体２１の表面に垂直方向の外力Ｆが付加されたとき、弾性体突起２２は、Ｚ方向に圧縮変形する。そして、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。この時の第二センサー１３の圧力値は、外力Ｆの作用がない時に比べて大きくなる。又、その変化量は各第二センサー１３ともほぼ同じ値となる。
【００８２】
図１５は、突起シート本体２１の表面に斜め方向（滑り力がある状態）の外力Ｆが付加された状態を示している。突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが付加された時、弾性体突起２２は、斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、弾性体突起２２がＺ方向に撓み、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。更に、突起シート２０の撓み量は滑り力の大きさや方向に応じて変わってくる。即ち、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐから±Ｘ方向及び±Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２の先端部２２ａと複数の第二センサー１３との重なる面積の割合は、第二センサー１３間で異なってくる。例えば図１５（ｂ）に示される様に、外力Ｆが加えられた場合、弾性体突起２２と第二センサー１３との重なる面積は、１６個の第二センサー１３の内で、＋方向及び−Ｙ方向に配置された右下に位置する第二センサー１３と重なる面積が、−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された左上に位置する第二センサー１３と重なる面積よりも大きくなる。こうして、第二センサー１３の各々からの出力を計測する事でＦｘやＦｙの大きさを特定できる。
【００８３】
図１６は、図９に対応した、第２実施形態における単位検出領域Ｓの座標系を示す図である。尚、図１６において、複数の第二センサーＳｉ（１３）（１００個）が行列状に配置されており、このうちの２５個の第二センサーＳｉ（１３）がそれぞれ−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域に配置されている。又、図１６においては、便宜上、１００個の第二センサーＳｉ（１３）を図示しているが、第二センサーＳｉ（１３）の配置数はこれに限らず任意に変更する事ができる。
【００８４】
図１６に示す様に、複数の第二センサーＳｉ（１３）は、単位検出領域Ｓ当たり縦１０行、横１０列に計１００個配置されている。ここで、各第二センサーＳｉ（１３）が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰi（ｉ＝１〜１００）、基準点Ｐと各第二センサーＳｉ（１３）との間の距離の面内方向成分をｒi（ｉ＝１〜１００）とする。又、面内方向成分のうちＸ方向成分をｒxi（ｉ＝１〜１００）、面内方向成分のうちＹ方向成分をｒyi（ｉ＝１〜１００）とすると、単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分Ｆｘ（外力Ｆの面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（４）で表される。
【００８５】
【数４】
【００８６】
又、単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＹ方向成分Ｆｙ（外力Ｆの面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（５）で表される。
【００８７】
【数５】
【００８８】
又、単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＺ方向成分Ｆｚ（外力Ｆの垂直方向成分）は以下の式（６）で表される。
【００８９】
【数６】
【００９０】
本実施形態では、外力Ｆによって弾性体突起２２が弾性変形する事により変化する１００個の第二センサーＳｉ（１３）の圧力値のうち任意に組み合わされた各第二センサーＳｉ（１３）の圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向が演算される。
【００９１】
式（４）に示す様に、外力ＦのＸ方向成分Ｆｘにおいては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値のうち相対的に＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされる。この様に、相対的に＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値と相対的に−Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＸ方向成分が求められる。
【００９２】
式（５）に示す様に、外力ＦのＹ方向成分Ｆｙにおいては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）の圧力値のうち相対的に＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされる。この様に、相対的に＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値と相対的に−Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＹ方向成分が求められる。
【００９３】
式（６）に示す様に、外力ＦのＺ方向成分Ｆｚにおいては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値を足し合わせた合力で求められる。
【００９４】
尚、外力Ｆの作用する方向の算出にあっては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値の算出結果の平均値で求める方法、或いは１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値の算出結果のうちの最大値（例えば、所定のしきい値よりも大きい検出値）により求める方法を用いる事ができる。
【００９５】
検出部１１０に加わる外力Ｆの合力の方向と大きさは、第１実施形態と同様、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計によって得られる。従って外力Ｆの合計の方向と大きさとを演算する第２演算処理は、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計を算出する演算となる。
【００９６】
又、検出部１１０に加わる回転トルクの方向と大きさは、突起シート本体２１の表面に加わる外力Ｆの分布の重心の座標を算出し、その外力Ｆの分布の重心の座標を中心とした点対称となる、任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分、又はＹ方向成分の差分を取る事によって得られる。従って回転トルクの方向と大きさとを演算する第３演算処理は、外力Ｆの分布の重心の座標を中心として点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分又はＹ方向成分の差分の演算となる。
【００９７】
以上詳述した様に、第２実施形態の検出装置１００によれば、上述した第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加えて、以下に示す効果が得られる。
【００９８】
（６）第２実施形態の検出装置１００によれば、配置される第二センサー１３の数が第１実施形態と比較して多いので、多数の第二センサー１３で検出される圧力値に基づいて各第二センサー１３の検出結果を積算して外力Ｆの作用する方向と大きさとを決める事ができる。従って、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【００９９】
（第３実施形態）
＜検出装置＞
次に、第３実施形態に係わる検出装置を説明する。本実施形態に係わる検出装置は、第１実施形態に対して、センサー基板１０の構成が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。第１実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【０１００】
図１７は、本実施形態に係わる検出装置の概略構成を示す図である。詳しくは、図１７（ａ）はセンサー基板１０及び突起シート２０の基準点における断面図であり、図１７（ｂ）はセンサー基板１０の製造方法を説明する図である。
【０１０１】
図１７（ａ）に示す様に、本実施形態に係わる検出装置１００は、センサー基板１０と突起シート２０とを備えている。センサー基板１０は、センサー基板本体１１と、接着層３７と、圧力センサーシート３３と、を備えている。接着層３７は、例えば、ＵＶ硬化型の接着剤等からなる。
【０１０２】
圧力センサーシート３３は、樹脂層３６と、樹脂層３６上に順に形成された第一電極１２ａ並びに第三電極１３ａと、感圧導電体１３ｃと、第二電極１２ｂ並びに第四電極１３ｂと、を備えている。樹脂層３６は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）等のフレキシブルな樹脂で構成されている。従って、センサー基板１０では、第一センサー１２や第二センサー１３がセンサー基板本体１１上に接着層３７及び樹脂層３６を介して配置されている。
【０１０３】
第一電極１２ａや第二電極１２ｂ、第三電極１３ａ、第四電極１３ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。感圧導電体１３ｃは、例えば感圧導電ゴム等の、感圧材料からなる。圧力センサーシート３３は、外力が付加され第一電極１２ａと第二電極１２ｂとの間の距離、或いは第三電極１３ａと第四電極１３ｂとの間の距離が小さくなると、外力の作用がないときに比べて抵抗値が小さくなる。圧力センサーシート３３は、抵抗値の変化により外力を検出する抵抗方式の圧力測定器である。
【０１０４】
図１７（ｂ）に示す様に、センサー基板１０は、接着層３７を介して、センサー基板本体１１上に圧力センサーシート３３を接着する事により形成される。この様に、検出装置１００では、汎用の圧力センサーシート３３を用いてセンサー基板１０を形成する事ができる。又、センサー基板本体１１に圧力センサーシート３３を接着する事により、半導体プロセスにより製造するセンサー基板１０に比べて、センサー基板１０の製造工程を簡略化する事ができる。
【０１０５】
以上詳述した様に、第３実施形態の検出装置１００によれば、上述した第１実施形態及び第２実施形態の（１）〜（６）の効果に加えて、以下に示す効果が得られる。
【０１０６】
（７）本実施形態に係わる検出装置１００の構成によれば、第１実施形態に係わる検出装置１００と同様に、隣り合う弾性体突起２２同士が相互に接触する事や、弾性体突起２２が所定の単位検出領域Ｓからはみ出して隣の単位検出領域Ｓに入り込んでしまう事を抑止できる。
【０１０７】
（８）本実施形態に係わる検出装置１００の構成によれば、半導体プロセスによりセンサー基板１０を製造する第１実施形態に比べて、汎用の圧力センサーシート３３を用いて、容易にセンサー基板１０を製造する事ができるので、検出装置１００の製造コストを低減する事ができる。
【０１０８】
（第４実施形態）
＜電子機器＞
図１８は、上記実施形態の検出装置のいずれかを備えた携帯電話機の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３及びコントロールパッド１００２、並びに表示部としての液晶パネル１００１を備えている。コントロールパッド１００２を操作する事によって、液晶パネル１００１に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル１００１にはメニューボタン（図示略）が表示される。例えば、メニューボタンにカーソル（図示略）を合わせてコントロールパッド１００２を強く押す事で、電話帳が表示されたり、携帯電話機１０００の電話番号が表示されたりする。
【０１０９】
図１９は、上記実施形態に係わる検出装置のいずれかを適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ ＡｓＳｉ（１３）ｓｔａｎｔｓ）の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２及びコントロールパッド２００３、並びに表示部としての液晶パネル２００１を備えている。コントロールパッド２００３を操作すると、液晶パネル２００１に表示され為ニューを操作できる。例えば、メニュー（図示略）にカーソル（図示略）を合わせてコントロールパッド２００３を強く押す事で、住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
【０１１０】
この様な電子機器によれば、上述した検出装置１００をコントロールパッド１００２や２００３に備えているので、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１１】
尚、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、デジタルスチールカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、本発明に係わる検出装置を適用させる事ができる。
【０１１２】
以上述べた様に、第４実施形態の電子機器によれば、以下に示す効果が得られる。
【０１１３】
（９）第４実施形態の電子機器によれば、上記に記載の検出装置１００を備えているので、外力Ｆの有無を高速に検出する事ができ、又、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１４】
（第５実施形態）
＜ロボット＞
図２０は、上記実施形態に係わる検出装置のいずれかを備えたロボットハンドの概略構成を示す模式図である。図２０（ａ）に示す様に、ロボットハンド３０００は、本体部３００３及び一対のアーム部３００２、並びに上記検出装置１００のいずれかを適用した把持部３００１を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部３００２に駆動信号を送信すると、一対のアーム部３００２が開閉動作する。
【０１１５】
図２０（ｂ）に示す様に、ロボットハンド３０００でコップ等の対象物３０１０を把持する場合を考える。この時、対象物３０１０に作用する力は把持部３００１で外力Ｆとして検出される。ロボットハンド３０００は、把持部３００１として上述した検出装置１００のいずれかを備えているので、対象物３０１０の表面（接触面）に垂直な方向の力と併せて重力Ｍｇですべる方向の力（滑り力の成分）や回転トルクを検出する事が可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたり滑りやすい物体を落としたりしない様、対象物３０１０の質感に応じて力を加減しながら持つ事ができる。
【０１１６】
このロボットによれば、上述した検出装置１００のいずれかを備えているので、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１７】
以上述べた様に、第５実施形態のロボットによれば、以下に示す効果が得られる。
【０１１８】
（１０）第５実施形態のロボットによれば、上記に記載の検出装置１００を備えているので、外力Ｆの有無を高速に検出する事ができ、又、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。
【０１２０】
（変形例１）
上述の第１実施形態の様に、２つの単位検出領域Ｓの間に第一センサー１２を配置する事に限定されず、例えば、図２１に示す様な構成であってもよい。図２１は、変形例１の検出装置の構成を示す分解斜視図である。
【０１２１】
図２１に示す検出部１１０は、複数の第二センサー１３を備える単位検出領域Ｓ（図２参照）が、第一センサー１２の回りに点対称に４個配置されている。第一センサー１２はセンサー基板本体１１の平坦部に形成され、第二センサー１３は凹部１８と平面視にて重なる様に形成されている。尚、上記実施形態と同様、第一センサー１２及び第二センサー１３が配置されていない領域にも弾性体突起２２が配置されている。この様に、１つの第一機構３１（図３参照）に対して第二機構３２（図３参照）の数を増やす事により、回転トルクなどの検出をより精度よく検出する事ができる。尚、演算時間を早くしたい場合は、第１実施形態の様に第二機構３２を二つとし、検出精度を高めたい場合は、変形例１の様に第二機構３２を四つとするなど、使用方法に応じて選択する事が望ましい。
【０１２２】
（変形例２）
上述した様に、第一センサー１２における第一電極１２ａと第二電極１２ｂとの間に感圧導電体１３ｃを設ける事に限定されず、図２２に示す様に、感圧導電体１３ｃを設けない構造にしてもよい。図２２は、変形例２の検出装置の構造を示す模式断面図である。図２２（ａ）は、突起シート２０に外力Ｆが加えられていない状態を示す。図２２（ｂ）は、突起シート２０に外力Ｆが加えられている状態を示す。
【０１２３】
これによれば、第一センサー１２において感圧導電体１３ｃがない為、弱い外力Ｆでも第二電極１２ｂと第一電極１２ａとを接触させる事ができる。これにより、同じセンサー基板本体１１上でありながら、第一センサー１２の方が第二機構３２よりも高い感度を得る事ができる。
【０１２４】
又、図２２に示す様に、突起シート２０とセンサー基板１０との間に弾性シート４００を設ける様にしてもよい。尚、弾性シート４００と弾性体突起２２とは、固定もしくは一体成形されている。これによれば、突起シート２０に外力Ｆが加えられた際、弾性体突起２２の位置がずれてしまう事を抑える事ができる。
【０１２５】
又、弾性体突起２２が弾性シート４００に固定されている事により、２つの隣り合う弾性体突起２２が互いに反対の方向に圧縮変形する事を抑える事が可能となり、高い精度で外力Ｆを検出する事ができる。尚、弾性体突起２２がずれない構造であれば、弾性シート４００と固定されていなくてもよい。
【０１２６】
（変形例３）
上述した様に、第一センサー１２と第二機構３２との配置関係は、２つの第二機構３２の間（中間）に第一センサー１２を配置する構造（図２参照）に限定されず、例えば、第一センサー１２の周囲に少なくとも２つの第二機構３２が配置されている構造でもよい。尚、少なくとも２つの第二機構３２の距離は、回転トルクを高い精度で検出したい事から、第一センサー１２を中心としてなるべく離れている事が望ましい。
【０１２７】
（変形例４）
上述した様に、外力Ｆがあったと判断した後、外力Ｆの大きさや方向を出力する事に限定されず、例えば、以下の様な動作を行う様にしてもよい。図２０に示すロボットハンド３０００の場合、一対のアーム部３００２が接近していき、コップなどを挟んだら、コップを壊さない様に、演算した外力Ｆに応じてアーム部３００２の閉じる速度を落とす、又は停止する動作を行う様にしてもよい。
【０１２８】
更に、コップを移動する場合、回転トルクがある場合には、別のロボットハンド３０００に持ち変えるなどの動作を行う様にしてもよい。又、初期の段階では、第一機構３１をフルにセンシングさせておき、外力Ｆが加わったと判断したら、第一機構３１のセンシングを停止する様にしてもよい。その後、第二機構３２及び演算装置１２３によって、外力Ｆの大きさ、方向、回転トルクなどの演算処理を開始する。又、初期滑りの時に発生する振動を検出する様にして、アーム部３００２の動作を制御する様にしてもよい。
【０１２９】
（変形例５）
上述した様に、第二センサー１３は、感圧導電ゴムなどの感圧素子を用いる事に限定されず、例えば、静電容量値変化型の感圧素子を用いる様にしてもよい。この場合、外力Ｆが作用すると静電容量値の変化を感知して外力Ｆを検出する事ができる。又、インダクタンスの変化を検出する様にしてもよい。
【０１３０】
（変形例６）
上述した様に、電子機器は、携帯電話機１０００や携帯情報端末２０００に限定されず、例えば、高精細ＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、テレビ、車載機器、オーディオ機器などに搭載する事ができる。
【０１３１】
（変形例７）
図２３は変形例７に係わるセンサー基板１０を説明した図である。上述した実施形態では、弾性体突起２２が設けられた突起シート２０を、検出装置１００が備える構成であったが、この様な形態に限定されない。例えば、図２３に示す様に、弾性体突起２２がセンサー基板１０上に配置された構成であってもよい。図２３に示す例では、弾性体突起２２の基部が平坦部と凹部１８とに設置されており、弾性体突起２２の先端部２２ａに外力が付加される構成となっている。この様な構成であっても、凹部１８により、センサー基板１０の平坦部に平行な方向への弾性体突起２２の過度の変形を抑える事ができる。
【０１３２】
（変形例８）
図２４は変形例８及び変形例９に係わるセンサー基板１０又は突起シート２０を説明した図である。上述した実施形態では、凹部１８は球状面又は楕円球状面を有していたが、この様な形態に限定されない。凹部１８は、例えば、図２４（ａ）に示す凹部１８の様に、センサー基板１０の断面が傾斜面となる円錐状の凹面であっても良い。或いは、図２４（ｂ）に示す凹部１８の様に、センサー基板１０の断面が傾斜角度が異なる複数の傾斜面で構成される凹面であってもよい。又、凹部１８は、これらの傾斜面と球状面との組み合わせで構成されていてもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。尚、凹部１８が複数の傾斜面や球状面の組み合わせで構成される場合は、外周部における曲率又は傾斜角度が中央部における曲率又は傾斜角度よりも大きい事が望ましい。
【０１３３】
（変形例９）
上述した実施形態では、弾性体突起２２の先端部２２ａが球面の錘状であったが、この様な形態に限定されない。弾性体突起２２の形状は、例えば、図２４（ｃ）に示す様に半球状であってもよいし、図２４（ｄ）に示す様に円柱状でああってもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３４】
（変形例１０）
上述した実施形態では、第二センサー１３が単位検出領域Ｓ当たり２行２列の計４個、又は４行４列の計１６個、行列状に配置されている例をあげて説明したが、この様な形態に限定されない。第二センサー１３は、単位検出領域Ｓ当たり３つ以上配置されていればよいし、行列状以外の配置であってもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３５】
（変形例１１）
上述した実施形態では、第一センサー１２や第二センサー１３は電気抵抗を計測する方式のセンサーであったが、この様な形態に限定されない。これらのセンサーとして、例えば、静電容量式センサーを用いる構成や、ダイアフラムに加わる圧力を電気信号に変換するダイアフラムゲージ等の感圧素子を用いる構成や、インダクタンスの変化を検出する素子を用いる構成であってもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３６】
（変形例１２）
上述した実施形態では、検出装置１００が電子機器やロボットハンド３０００の把持部３００１に搭載された例を説明したが、この様な形態に限定されない。例えば、ロボットの指先や足裏等に搭載して触覚センサーとして用いる構成としてもよい。この様な構成によれば、対象物の表面状態や動作状態を検知して、より精密な動作を行う事が可能なロボットを提供する事ができる。或いは、検出装置１００を衣服等の身に着けるものの中に縫い込む事や埋め込む事により搭載する構成であってもよい。この様な構成によれば、筋肉等の身体の一部の動作を検知する事が可能となる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０…センサー基板、１１…センサー基板本体、１２…第一センサー、１２ａ…第一電極、１２ｂ…第二電極、１３…第二センサー、１３ａ…第三電極、１３ｂ…第四電極、１３ｃ…感圧導電体、１８…凹部、２０…突起シート、２１…突起シート本体、２２…弾性体突起、２２ａ…先端部、３１…第一機構、３２…第二機構、３３…圧力センサーシート、３６…樹脂層、３７…接着層、１００…検出装置、１１０…検出部、１２０…制御部、１２２…制御ユニット、１２３…演算装置、１２４…データメモリー、４００…弾性シート、１０００…携帯電話機、１００１…液晶パネル、１００２…コントロールパッド、１００３…操作ボタン、２０００…携帯情報端末、２００１…液晶パネル、２００２…操作ボタン、２００３…コントロールパッド、３０００…ロボットハンド、３００１…把持部、３００２…アーム部、３００３…本体部、３０１０…対象物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、これを備えた電子機器、及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を検出する検出装置として、特許文献１、及び特許文献２に記載の検出装置が知られている。この様な検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。特許文献１の検出装置は、裏面に錐状突起が略均一に配置された受圧シートを用い、その突起の変形量から外力分布を検出する構成となっている。特許文献２の検出装置は、表面に変位可能な接触子を備え、又、接触子の変位を検出ポイントで検出して出力する複数の感圧素子を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１３５８３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の検出装置では、突起の変形量をカメラにより撮影した画像から演算する為に演算量が多く、外力検出に要する時間が長くなる。又、受圧シートの測定面（裏面）にかかる外力の面内方向の力（滑り力）を測定する事はできない。上記特許文献２の検出装置では、演算により測定面（表面）にかかる外力の面内方向の力（滑り力）を算出する事ができるが、接触子一つあたりの検出ポイントが多い場合、出力値を得る為に必要な時間が長くなってしまう。以上の様に、特許文献１、及び特許文献２の検出装置では、いずれも外力の有無を高速に検出する機能と、外力の分布や方向及び大きさを高い精度で検出する機能とが両立されていないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決する為になされたものであり、以下の形態又は適用例として実現する事が可能である。
【０００６】
（適用例１） 本適用例に係わる検出装置は、第一センサーと第二センサーとが設けられた第一基板と、第一基板に対向し、第一センサーに当接して外力によって弾性変形する第一弾性体突起と、第二センサーに当接して外力によって弾性変形する第二弾性体突起とが設けられた第二基板とを備え、第一基板は、凹部を備え、凹部には、第二センサーが複数配置され、第一センサーと第一弾性体突起とにより外力の有無を検出する第一機構を形成し、複数の第二センサーと第二弾性体突起とにより外力の大きさと方向を検出する第二機構とを形成している事を特徴とする。
この構成によれば、外力の有無の検出を第一機構によって検出し、外力の大きさと方向とを第二機構によって、其々分けて検出するので、検出部の全体で外力の有無を検出する場合と比較して、いち早く外力の有無を検出する事ができる。又、第二機構では、検出装置に滑り力（検出装置の平面に平行な方向の力）が加えられた際に、第二弾性体突起は凹部において第二センサーに当接した状態で弾性変形する。従って、大きな外力が斜め方向から検出装置に加えられた場合、凹部により、検出装置の平面に平行な方向への第二弾性体突起の過度の変形が抑制される。これにより、隣り合う第二弾性体突起同士が接触する事や、第二弾性体突起が所定の第二センサーの一群からはみ出してしまう事などを抑止できるので、外力の方向と大きさや、外力の分布状況を極めて正確に検出する事ができる。更に、第一機構と第二機構とを同一装置に配置する事により、検出装置を省スペースで構成する事ができる。具体的には、検出装置の薄型化や小型化、或いは低コスト化を進める事ができる。加えて、第二基板に第二弾性体突起が配置されているので、検出面（第二基板の裏面）が略平面となり、且つ、外力による第二弾性体突起の変形特性が同一となる為、外力の方向と大きさとを偏りなく正確に検出する事ができる。
【０００７】
（適用例２） 上記適用例に係わる検出装置において、第一センサーは平坦部に形成され、第一機構に含まれる第一弾性体突起は、第一センサーと重なる位置に重心が位置し、先端部が第一センサーに当接する様に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、僅かな外力が加えられただけでも第一機構は感度良く外力の有無を検出できる。又、第一機構と第二センサーとが同一装置内に形成されているので、外力の大きさなどを演算処理する為の補正を少なくする事ができる。
【０００８】
（適用例３） 上記適用例に係わる検出装置において、凹部の開口径は、第二弾性体突起の外径よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、凹部の開口径が第二弾性体突起の外径よりも大きいので、第二弾性体突起が第一基板の平坦部に平行な方向に変形しても、第二弾性体突起の凹部からのはみ出しが抑えられる。これにより、隣り合う第二弾性体突起同士が接触する事や、第二弾性体突起が第二センサーの一群からはみ出して隣の基準点に位置する第二センサーの一群に入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【０００９】
（適用例４） 上記適用例に係わる検出装置において、凹部の外周部における平坦部に対する傾斜角度は、凹部の中央部における平坦部に対する傾斜角度よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、第一基板の平坦部に対する凹部の傾斜角度が中央部よりも外周部において大きいので、平坦部に平行な方向への弾性体突起の変形を外周部で抑える事ができる。これにより、第二弾性体突起の凹部からのはみ出しが抑えられるので、隣り合う弾性体突起同士が接触する事や、第二弾性体突起が第二センサーの一群からはみ出して隣の基準点の第二センサーの一群に入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【００１０】
（適用例５） 上記適用例に係わる検出装置において、凹部の深さは、第二弾性体突起の高さよりも小さい事が好ましい。
この構成によれば、第二弾性体突起の高さは凹部の深さよりも大きいので、外力が付加されていない状態でも第二弾性体突起は第二センサーに当接する。従って、僅かな外力が検出装置に加えられただけであっても、第二弾性体突起を介して外力は第二センサーに敏感に伝達される。こうして外力の方向と大きさや、外力の圧力分布を正確に検出する事ができる。
【００１１】
（適用例６） 上記適用例に係わる検出装置において、第一機構の検出結果に基づいて第二機構の検出動作を制御する制御部を有する事が好ましい。
この構成によれば、第一機構が外力の存在を検出した時に、制御部によって第二機構の検出動作を実行する様に制御するので、無駄な検出動作を省き、検出装置のエネルギー消費量を削減する事ができる。
【００１２】
（適用例７） 上記適用例に係わる検出装置において、第一機構により外力がある事を検出した場合は、制御部からの信号により、第二センサーが外力の検出を開始する事が好ましい。
この構成によれば、外力の有無を検出した後、制御部によって第二機構の検出動作を実行する様に制御する事により、外力の大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くする事ができる。
【００１３】
（適用例８） 上記適用例に係わる検出装置において、第一機構は、平面視において、少なくとも２つの第二機構の間に形成されている事が好ましい。
この構成によれば、少なくとも２つの第二機構を備えているので、外力の方向や回転トルクを検出する事ができる。
【００１４】
（適用例９） 上記適用例に係わる検出装置において、平面的に第一機構の周囲に少なくとも２つの第二機構が配置されている事が好ましい。
この構成によれば、少なくとも２つの第二機構を備えているので、外力の方向や回転トルクを検出する事ができる。
【００１５】
（適用例１０） 上記適用例に係わる検出装置において、第二センサーは、複数個が基準点に対して点対称に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、基準点に対して点対称（均等）に第二センサーが配置されているので、第二センサーと第二弾性体突起との位置関係による補正が不要となり、第二センサーの検出値の差分のみによって外力の方向と大きさとを検出する事ができる。又、第二センサーが複数配置されている事により、回転トルクを精度よく検出する事ができる。
【００１６】
（適用例１１） 上記適用例に係わる検出装置において、第二センサーは、複数個が平面的に互いに直交する２方向に行列状に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、各第二センサーで計測された圧力値のうち、任意に組み合わされた各第二センサーで計測された圧力値の差分から外力の方向と大きさとを演算する事ができる。
【００１７】
（適用例１２） 上記適用例に係わる検出装置において、第二センサーは、複数個が単位検出領域当たり少なくとも４行４列に配置されている事が好ましい。
この構成によれば、第二センサーの数が１６個以上と多くなるので、多数の第二センサーで検出された圧力値に基づいて、各第二センサーの検出結果を積算して外力の作用する方向と大きさとを求める事ができる。従って、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【００１８】
（適用例１３） 上記適用例に係わる検出装置において、第一センサーは、第一基板上に対向配置された第一電極と第二電極とを有し、第二センサーは、第一基板上に対向配置された第三電極と第四電極とを有し、少なくとも第三電極と第四電極との間に感圧導電体が配置されている事が好ましい。
この構成によれば、少なくとも第三電極と第四電極との間に感圧導電体が挟持されているので、外力が加えられた際、感圧導電体を圧縮する事により、外力を電気信号に変換する事が可能となり、外力の大きさや方向を検出する事ができる。又、第一機構においては、第一電極と第二電極との間に感圧導電体が無い場合は、弱い外力でも第一電極と第二電極とを接触させる事が可能となり、第一機構と第二センサーとが同一の第一基板上にありながら、第二センサーよりも高い感度を得る事ができる。
【００１９】
（適用例１４） 上記適用例に係わる検出装置において、第一電極の平面積が、第三電極の平面積よりも大きい事が好ましい。
この構成によれば、第三電極が第一電極よりも小さいので、第一機構の平面積と第二機構の平面積とを同程度にでき、それ故に、第一機構に備えられた第一弾性体突起と第二機構に備えられた第二弾性体突起とを同一とできる。即ち、第一、第二弾性体突起を一種類のみとでき、第二基板の表面が容易に平面になって検出感度が向上し、同時に製造も容易となる。更に、第一センサーの感度を高める事ができる。
【００２０】
（適用例１５） 本適用例に係わる電子機器は、上記に記載の検出装置を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外力の有無を高速に検出する事ができ、又、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能な電子機器を提供する事ができる。
【００２１】
（適用例１６） 本適用例に係わるロボットは、上記に記載の検出装置を備える事を特徴とする。
この構成によれば、上述した検出装置を備えているので、外力の有無を高速に検出する事ができ、又、外力の方向と大きさとを高い精度で検出する事が可能なロボットを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】検出装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図２】検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図３】検出部を説明する図。
【図４】検出装置における制御部の構成を示すブロック図。
【図５】検出装置の検出制御動作を示すフローチャート。
【図６】外力の法線方向の成分を検出する方法の説明図。
【図７】外力の滑り力を検出する方法の説明図。
【図８】第二機構の概略構成を示す図。
【図９】単位検出領域の座標系を示す図。
【図１０】外力分布を示す図。
【図１１】滑り方向の計算例を示す図。
【図１２】第２実施形態の検出部の概略構成を示す分解斜視図。
【図１３】検出装置の詳細説明図。
【図１４】垂直方向の外力が付加された状態を説明する図。
【図１５】斜め方向の外力が付加された状態を説明する図。
【図１６】第２実施形態における単位検出領域Ｓの座標系を示す図。
【図１７】本実施形態に係わる検出装置の概略構成を示す図。
【図１８】検出装置を適用した携帯電話機の概略構成を示す模式図。
【図１９】検出装置を適用した携帯情報端末の概略構成を示す模式図。
【図２０】検出装置を適用したロボットハンドの概略構成を示す模式図。
【図２１】変形例１に係わる検出装置の構成を示す分解斜視図。
【図２２】変形例２に係わる検出装置の構造を示す模式断面図。
【図２３】変形例７に係わるセンサー基板を説明する図。
【図２４】変形例８及び変形例９に係わるセンサー基板又は突起シートを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。尚、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となる様に、適宜拡大又は縮小して表示している。尚、実施形態の検出装置は、外力の方向と大きさとを検出可能な圧力センサー方式のタッチパッドであり、例えば、ノート型パーソナルコンピューター（ノートパソコン）等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられる物である。又、本実施形態において、第一基板の「表面」とは、第一基板における複数の第二センサー形成面を指す。第二基板の「表面」とは、第二基板における弾性体突起形成面の反対面を指し、つまりは、外力を受ける面を指す。
【００２４】
以下の説明においては、図２中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がセンサー基板本体１１に対して平行な方向に設定されている。Ｚ軸は、Ｘ軸とＹ軸とにそれぞれ直交する方向、即ち第一基板としてのセンサー基板本体１１に対する法線方向に設定されている。
【００２５】
（第１実施形態）
＜検出装置の構成＞
図１は、検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。以下、検出装置の電気的な構成を、図１を参照しながら説明する。図１に示す様に、検出装置１００は、検出部１１０と制御部１２０とを備えている。検出部１１０は、外力Ｆの有無を検出する第一機構３１（図３参照）と、外力Ｆの大きさと方向とを検出する第二機構３２（図３参照）と、を備えている。検出部１１０によって検出された情報は制御部１２０に入力される。制御部１２０は、第一センサー１２（図３参照）を用いて外力Ｆの有無を検出する動作を行い、その検出結果に基づいて第二センサー１３（図３参照）の次の検出動作を制御する。
【００２６】
図２は検出装置の構成を示す分解斜視図である。図３は検出部を説明する図で、図３（ａ）は図２に示す検出装置のＡ−Ａ’線に沿う模式断面図で、図３（ｂ）は平面図である。以下、検出部１１０の構成を、図２及び図３を参照しながら説明する。図２において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応して配置された単位検出領域を示す。尚、「基準点」とは、滑り力が作用していない場合に弾性体突起２２の中心（重心）が平面視で位置するポイントである。
【００２７】
図２に示す様に、検出部１１０は、第一基板としてのセンサー基板１０と、第二基板としての突起シート２０と、を有している。センサー基板１０と突起シート２０とは互いに対向する様に配置されている。突起シート２０は、第二基板としての突起シート本体２１と、その裏面に設けられた外力Ｆによって弾性変形する弾性体突起２２とを含んでいる。
【００２８】
センサー基板１０は、センサー基板本体１１に基準点Ｐが少なくとも２個以上定められ居り、各基準点Ｐの回りに第二センサー１３が設けられている。第二センサー１３は圧力センサーである。センサー基板本体１１の表面には、平坦部と、この平坦部から窪む凹部１８とが形成されており、基準点Ｐは凹部１８に位置している。第二センサー１３は基準点Ｐの回りで凹部１８に平面視にて重なる様に複数個設けられている。具体的には、単位検出領域Ｓの中央部に基準点Ｐが定められ、基準点Ｐを中心に円錐状の凹部１８が形成され、この凹部１８に第二センサー１３が平面的に重なる様に２行２列の４個配置されている。行列状に配置された第二センサー１３の一群の中心が基準点Ｐとなっている。
【００２９】
センサー基板１０には第一センサー１２も設けられている。第一センサー１２は接触センサーである。第一センサー１２は平坦部に形成され、平面視において、少なくとも２つの単位検出領域Ｓの間に形成されている。或いは、第一センサー１２は、平面的にその周囲に少なくとも２つの単位検出領域Ｓが配置されている。センサー基板１０は、例えば、ガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形板状のセンサー基板本体１１と、センサー基板本体１１に行列状に配置された複数の第二センサー１３と、２つの単位検出領域Ｓの間に配置された第一センサー１２と、を具備して構成されている事になる。
【００３０】
図３に示す様に、第一機構３１は第一センサー１２と弾性体突起２２とを含み、第二機構３２は第二センサー１３と弾性体突起２２とを含んでいる。第一機構３１に含まれる弾性体突起２２が第一弾性体突起であり、これは第一センサー１２と重なる位置に重心が位置し、その先端部２２ａが第一センサー１２に当接する様に配置されている。一方、第二機構３２に含まれる弾性体突起２２が第二弾性体突起であり、基準点Ｐと重なる位置に重心Ｇが位置し、先端部２２ａが第二センサー１３に当接する様に配置されている。こうして、弾性体突起２２は、その先端部２２ａが第一センサー１２や第二センサー１３に当接した状態で弾性変形し得る。以下、第一弾性体突起と第二弾性体突起とを特に区別する必要がない場合、単に弾性体突起２２と記載する。
【００３１】
複数の第二センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の第二センサー１３は、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に行列状に配置されている。これにより、基準点Ｐと各第二センサー１３との間の距離が互いに等しくなる。これにより、弾性体突起２２の変形と各第二センサー１３で検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各第二センサー１３の圧力値のうち任意に組み合わされた各第二センサー１３で検出された圧力値の差分を演算する事が容易となる。尚、圧力値の差分の演算方法については後述する。
【００３２】
突起シート２０は、上述した様に、矩形板状の突起シート本体２１と、突起シート本体２１に設けられた複数の弾性体突起２２と、を具備して構成されている。突起シート本体２１は、外力Ｆを直接受ける部分である。突起シート本体２１は、例えば、ガラス、石英、及びプラスチック等の材料で構成する事もできるし、発泡ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料で構成する事もできる。本実施形態では、突起シート本体２１及び弾性体突起２２の形成材料として樹脂材料を用い、突起シート本体２１、及び弾性体突起２２を金型で一体形成している。
【００３３】
複数の弾性体突起２２は、突起シート本体２１上においてＸ方向及びＹ方向に行列状に配置されている。弾性体突起２２の先端部２２ａは、例えば、球面の錐状となっており、センサー基板１０に当接している。第二弾性体突起の重心は、単位検出領域Ｓにおける初期的に基準点Ｐと重なる位置に配置されている。又、第一弾性体突起の重心は、第一センサー１２の中心と重なる位置に配置されている。
【００３４】
第一センサー１２及び第二センサー１３と接する弾性体突起２２について説明したが、他の領域においても複数の弾性体突起２２が突起シート本体２１に形成されている。この様に、第一センサー１２や第二センサー１３が配置されていない領域にも弾性体突起２２を配置する事によって、弾性体突起２２が弾性変形したときの突起シート本体２１の面内に平行な方向の変形量を許容する事ができる。又、弾性体突起２２が突起シート本体２１上においてＸ方向及びＹ方向に行列状に離間して配置されている事により、一方の弾性体突起２２が変形した時に他方の弾性体突起２２に変形の影響を及ぼす事を抑制する事ができる。この為、複数の弾性体突起２２が互いに接触して配置されている場合に比べて、外力Ｆを正確に各第二センサー１３に伝達する事ができる。従って、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。又、各第二センサー１３の圧力値のうち任意に組み合わされた各第二センサー１３の圧力値の差分から外力Ｆの方向と大きさとを演算する事が容易となる。又、弾性体突起２２のサイズは任意に設定する事ができる。ここでは、弾性体突起２２の基部の径は１．８ｍｍ程度になっている。一方、弾性体突起２２の高さ（弾性体突起２２のＺ方向の距離）は２ｍｍ程度になっている。更に、隣り合う弾性体突起２２の離間間隔は１ｍｍ程度になっている。尚、弾性体突起２２のデュロメーター硬さ（タイプＡ、ＩＳＯ ７６１９準拠のデュロメーターによる硬さ測定値）は、例えば、３０〜６０程度になっている。
【００３５】
複数の第二センサー１３は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行、横２列に計４つ配置されている。４つの第二センサー１３の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。例えば、単位検出領域Ｓの大きさ（平面視のサイズ）は、縦２．８ｍｍ×横２．８ｍｍ程度になっている。又、４つの第二センサー１３の各面積がほぼ等しくなっている。又、単位検出領域Ｓにおける複数（４個）の第二センサー１３と、第二センサー１３に対向配置された弾性体突起２２とにより、第二機構３２が構成されている。具体的には、図３に示す様に、第二センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に設けられた複数の第三電極１３ａと、第三電極１３ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第四電極１３ｂとを備えて構成されている。又、図３に示す様に、第一センサー１２は、例えば、第三電極１３ａより平面的に面積が大きな第一電極１２ａと、第一電極１２ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第二電極１２ｂとを備えて構成されている。尚、２つのセンサー（１２，１３）を判別し易くする為に、図２や図３（ｂ）に示す様に、第一電極１２ａ及び第三電極１３ａのみを図示して、第一センサー１２及び第二センサー１３と称している。尚、図３（ｂ）には、外力Ｆが付加されない状態における、複数の第二センサー１３や基準点Ｐに対する弾性体突起２２の先端部２２ａを記載してある。ここで先端部２２ａは、センサー基板１０と弾性体突起２２とが接する領域を示している。
【００３６】
第一センサー１２（第一電極１２ａ）の平面的な面積は、１つの第二センサー１３（第三電極１３ａ）の面積よりも広い事が望ましい。第一センサー１２の面積が広い事により、突起シート２０に外力Ｆが加えられた際、感圧導電体１３ｃを介して第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが接触したときの抵抗値が、第三電極１３ａと第四電極１３ｂとが接触したときの抵抗値よりも小さい。よって、第一センサー１２の感度が高くなる。
【００３７】
感圧導電体１３ｃとしては、例えば、感圧導電ゴム等による感圧素子を用いる事ができる。第二センサー１３は、接触面に外力Ｆが作用した時に感圧導電ゴム等に加わる外力Ｆを電気信号に変換する。又、隣り合う第二センサー１３の間隔は、０．１ｍｍ程度になっている。この為、外乱や静電気等の影響により、隣り合う位置の第二センサー１３で検出される圧力値にノイズがのらない様になっている。第二センサー１３としては、例えば、ダイアフラムゲージ等の感圧素子を用いる事ができる。この場合には、接触面に外力Ｆが作用した時にダイアフラムに加わる外力Ｆを電気信号に変換する。尚、この検出装置１００は、単位検出領域Ｓを少なくとも２つ配置しているので、圧力値や外力Ｆの方向（滑り力）を求めるだけではなく、回転トルクも求める事ができる。
【００３８】
図４は、検出装置における制御部の構成を示すブロック図である。以下、制御部の構成を、図４を参照に説明する。図４に示す様に、制御部１２０は、検出部１１０（図１参照）との信号の授受と演算結果の出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｏ部）１２１と、各第二センサー１３の制御処理を行う制御ユニット１２２と、各演算処理を行う演算装置１２３と、データを格納するデータメモリー１２４と、を有して構成されている。
【００３９】
演算装置１２３は、外力Ｆによって弾性体突起２２が弾性変形する事により、複数の第二センサー１３で検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各第二センサー１３で検出された各圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向と大きさとを演算する。又、演算装置１２３は、検出部１１０で検出された外力Ｆの合力の方向と大きさとを演算する第２演算処理と、外力Ｆにより検出部１１０に作用する回転トルクの方向と大きさとを演算する第３演算処理を行う。これらの演算方法については後述する。
【００４０】
尚、本実施形態では、制御ユニット１２２と演算装置１２３とにそれぞれＣＰＵを備えているが、１つのＣＰＵにより、制御ユニット１２２における装置の制御と、演算装置１２３における各種演算とを行わせる構成としてもよい。言い換えれば、制御ユニット１２２はＣＰＵを備え、各種の演算にも対応するとしてもよい。
【００４１】
図５は、検出装置の検出制御動作を示すフローチャートである。以下、検出装置の検出制御動作を、図５を参照しながら説明する。図５に示す様に、ステップＳ１１では、第一機構３１によって外力Ｆの検出動作を行い、外力を検出する。
【００４２】
ステップＳ１２では、検出された圧力値から外力Ｆがあるか否かを判定する。外力Ｆがあると判定された場合、ステップＳ１３に移行する。外力Ｆが無いと判定された場合、ステップＳ１１に移行して、引き続き、第一センサー１２による圧力値の検出を行う。
【００４３】
ステップＳ１３では、外力Ｆがあると判定された場合、その判定結果から、対応する単位検出領域Ｓの第二センサー１３の次の検出動作を決定する。具体的には、例えば、対応する単位検出領域Ｓの第二機構３２に配置された複数の第二センサー１３の圧力値をそれぞれ検出する。
【００４４】
ステップＳ１４では、外力Ｆの方向と大きさとを演算する。演算終了後は、その結果を出力すると同時に、ステップＳ１１に戻り、第一センサー１２により圧力値を検出し、外力Ｆの有無を検出する検出動作を行なう。
【００４５】
図６は、外力Ｆの法線方向の成分（Ｆｚ）を検出する方法の説明図である。又、図７は、外力Ｆの滑り力（ＦｘやＦｙ）を検出する方法の説明図である。以下、外力Ｆの大きさ及び方向を検出する方法を、図６及び図７を参照しながら説明する。
【００４６】
突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前の状態（外力Ｆの作用がない状態）は図３に示されている。図３に示す様に、突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前においては、弾性体突起２２は変形しない。これにより、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離は一定に保たれる。又、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。この時の各第二センサー１３の圧力値は、データメモリー１２４に記憶されている。データメモリー１２４に記憶された各第二センサー１３の圧力値を基準として外力Ｆの作用する方向や大きさが求められる。
【００４７】
図６は、突起シート本体２１の表面に垂直方向（滑り力がない状態）の外力Ｆが付加された状態を示している。又、図６は、図７に示す突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが加えられた際の、表面の法線方向（Ｚ方向）の力の成分（Ｆｚ）の検出原理を表す図でもある。図６に示す様に、弾性体突起２２は、突起シート２０を介して垂直方向の外力Ｆが付加された時、第一機構３１の一部をなす弾性体突起２２の先端部２２ａが、いち早くセンサー基板本体１１の表面に配置された第一センサー１２を押圧する。同時に第二機構３２の一部をなす弾性体突起２２の先端部２２ａも、センサー基板本体１１の表面に配置された第二センサー１３を押圧する。即ち、弾性体突起２２はセンサー基板１０に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する（撓む）。そして、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。この時の第一センサー１２や第二センサー１３の圧力値は、外力Ｆの作用がない時に比べて大きくなる。但し、第一センサー１２はセンサー基板本体１１の平坦部に形成されている為に、弾性体突起２２は第二センサー１３よりも第一センサー１２をより強く押圧する。更に、第一電極１２ａが第三電極１３ａよりも面積が広く、第一センサー１２においてはセンサー基板１０に当接している先端部２２ａの全域が第一電極１２ａ内に位置する為に、外力Ｆの有無に対する感度は第一機構３１が第二機構３２よりも著しく高くなる。僅かな外力Ｆであっても第一機構３１はその有無を検出できる事になる。
【００４８】
図７は、突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆ（滑り力）が付加された状態を示している。尚、滑り力とは外力ＦのＸ成分（Ｆｘ）とＹ成分（Ｆｙ）とを指す。図７に示す様に、弾性体突起２２は、突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが付加された時、弾性体突起２２の先端部２２ａがセンサー基板本体１１の表面に配置された第二センサー１３に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。つまり、弾性体突起２２がＺ方向に撓み、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。更に、弾性体突起２２の重心Ｇは、基準点ＰからＸ方向やＹ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２と複数個の第二センサー１３の各々との重なる面積は其々異なる。例えば図７（ｂ）に示される様な外力Ｆが加えられた場合、弾性体突起２２と４つの第二センサー１３との重なる面積は、４つの第二センサー１３の内で、＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された右下の第二センサー１３と重なる面積が、−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された左上の第二センサー１３と重なる面積よりも大きくなる。こうして、第二センサー１３の各々からの出力を計測する事でＦｘやＦｙの大きさを特定できる。
【００４９】
弾性体突起２２は、斜め方向の外力Ｆにより変形に偏りが生じる。即ち、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐからずれて滑り方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動する。すると、各第二センサー１３で異なる値の圧力値が検出される。そして、後述する差分の演算方法に基づいて加えられた外力Ｆの方向が求められる。突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが付加された場合には、弾性体突起２２が大きく変形する。そして、弾性体突起２２がセンサー基板１０に接した状態で、弾性体突起２２でセンサー基板１０に接触している部位がずれる。図７は、基準点Ｐに対する弾性体突起２２の重心Ｇや接触している部位が外力Ｆに応じてずれる事を示している。
【００５０】
図８は、第二機構３２の概略構成を示す図であり、（ａ）はセンサー基板１０及び突起シート２０の基準点における断面図であり、図８（ｂ）はセンサー基板１０の基準点における断面図である。尚、図８（ａ）及び（ｂ）に示す２点鎖線Ｌは、センサー基板１０の平坦部（Ｘ方向）に平行である。又、図８（ａ）及び（ｂ）では、分かり易くする為に第二センサー１３の図示を省略している。
【００５１】
図８（ａ）及び（ｂ）に示す様に、第二機構３２はセンサー基板１０と突起シート２０とを備えている。センサー基板１０には、平坦部から−Ｚ方向に窪む、断面が略楕円状の凹面に形成された凹部１８が設けられている。凹部１８の平坦部からの深さＨ１は、弾性体突起２２の基部から先端部までの高さＨ２よりも小さい。その為、弾性体突起２２が設けられた突起シート２０の表面に外力Ｆが付加されていない状態において、弾性体突起２２はセンサー基板１０の平坦部からＺ方向に突出するので、突起シート本体２１がセンサー基板１０の平坦部に接触する事はない。即ち、外力Ｆが付加されていない状態においては、センサー基板１０の平坦部に対して弾性体突起２２が突出するので、突起シート本体２１とセンサー基板１０とが離間される。こうして、突起シート２０に付加された外力Ｆは、弾性体突起２２を介して第二センサー１３に伝達され、外力Ｆの作用する方向と大きさ（外力Ｆの成分）や、外力Ｆの圧力分布を正確に検出する事ができる。尚、凹部１８の深さＨ１は、弾性体突起２２がこれ以上変形しない臨界点となる外力Ｆが加えられた状態においても、弾性体突起２２の高さＨ２よりも小さい事が望ましい。
【００５２】
又、凹部１８の開口径（直径）Ｄ１は、弾性体突起２２の基部の外径（直径）Ｄ２よりも大きい。その為、外力Ｆが加えられた事により弾性体突起２２が圧縮されて変形しても、弾性体突起２２の凹部１８からセンサー基板１０の平坦部に平行な方向へのはみ出しが抑えられる。更に、図８（ｂ）に示す様に、凹部１８の外周部（周縁部）における平坦部に対する傾斜角度θ２は、凹部１８の中央部における平坦部に対する傾斜角度θ１よりも大きい。その為、平坦部に平行な方向（Ｘ方向やＹ方向）への弾性体突起２２の過度の変形を、凹部１８の外周部により効果的に抑える事ができる。凹部１８は、例えば、センサー基板本体１１（図示省略）の平坦部側の一部を異方性エッチングにより除去した後、更に等方性エッチングを行う事で形成できる。これらにより、隣り合う弾性体突起２２同士が接触する事や、弾性体突起２２が所定の単位検出領域Ｓからはみ出して隣の単位検出領域Ｓに入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【００５３】
尚、本実施形態の様に、凹部１８が傾斜面ではなく略楕円球状の凹面の場合、傾斜角度とは、図８（ｂ）に示す断面において、凹部１８の凹面の各部における接線と平坦部とがなす角度をいう。凹部１８が略楕円球状の凹面の場合、凹部１８の凹面の外周部における曲率は、凹部１８の凹面の中央部における曲率よりも大きいと言い換える事もできる。
【００５４】
図９は、単位検出領域Ｓの座標系を示す図である。図１０は、第二センサー１３として圧力センサーを複数個行列状に配列した際に計測される垂直方向の外力Ｆ分布を示す図である。図１１は、複数の第二機構３２による滑り方向の計算例を示す図である。図９に示す様に、第二センサー１３が単位検出領域Ｓ当たりに２行２列に計４個配置され、それらをＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）と名付ける。ここで、各第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰS1，ＰS2，ＰS3，ＰS4とすると、外力ＦのＸ方向成分Ｆｘ（外力Ｆの面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（１）で表される。
【００５５】
【数１】
【００５６】
又、外力ＦのＹ方向成分Ｆｙ（外力Ｆの面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（２）で表される。
【００５７】
【数２】
【００５８】
又、外力ＦのＺ方向成分Ｆｚ（外力Ｆの垂直方向成分、Ｚ軸は図９の図中省略）は以下の式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
【００６０】
本実施形態では、外力Ｆによって弾性体突起２２が弾性変形する事により４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向が演算される。式（１）に示す様に、外力ＦのＸ方向成分Ｆｘにおいては、４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値のうち＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳ２、及び第二センサーＳ４で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ３で検出された値が組み合わされる。この様に、＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳ２、及び第二センサーＳ４の組み合わせによる圧力値と−Ｘ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ３の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＸ方向成分が求められる。
【００６１】
式（２）に示す様に、外力ＦのＹ方向成分Ｆｙにおいては、４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値のうち＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ２で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された第二センサーＳ３、及び第二センサーＳ４で検出された値が組み合わされる。この様に、＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳ１、及び第二センサーＳ２の組み合わせによる圧力値と−Ｙ方向に配置された第二センサーＳ３、及び第二センサーＳ４の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＹ方向成分が求められる。
【００６２】
式（３）に示す様に、外力ＦのＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の圧力値を足し合わせた合力で求められる。
【００６３】
検出部１１０に加わる外力Ｆの合計の方向と大きさは、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計によって得られる。従って外力Ｆの合計の方向と大きさとを演算する第２演算処理は、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計を算出する演算となる。
【００６４】
又、検出部１１０に加わる回転トルクの方向と大きさは、突起シート本体２１の表面に加わる外力Ｆの分布の重心を算出し、その座標を中心として点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分又はＹ方向成分の差分を取る事によって得られる。従って回転トルクの方向と大きさとを演算する第３演算処理は、外力Ｆの分布の重心の座標を中心とした点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分又はＹ方向成分の差分の演算となる。
【００６５】
次に、図１０に示す様に、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。この時、外力Ｆの垂直方向の外力Ｆは、外力Ｆが作用した部分の中心部が最も大きくなっている（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。又、外力Ｆの垂直方向の外力Ｆは、中心部に次いでその周辺部（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。又、指で押されていない領域は、第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度となっている。尚、タッチパッドには単位検出領域（第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）が集合した領域）が行列状（例えば縦１６行×横１６列に計２５６個）に配置されているとする。又、符号ＤＧは検出した外力Ｆの分布の重心である。
【００６６】
指で押されていない領域は、第二センサー１３の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度である為、第二センサー１３の出力電圧３０ｍＶを外力Ｆの有無の判定基準として設定している。即ち単位検出領域Ｓである第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の合計出力電圧が３０ｍＶ未満であれば、外力Ｆは加わっていないと判定し、第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）の出力電圧が３０ｍＶ以上であれば、外力Ｆが加わっていると判定する。図１０の場合、縦１６行×横１６列に配置された単位検出領域Ｓのうち、７箇所の単位検出領域Ｓで外力Ｆが加わっていると判定される。外力Ｆの垂直方向の圧力値は、外力Ｆが作用した範囲の中心部が最も大きくなっている（単位検出領域Ｓの第二センサーの合計出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。又、外力Ｆの垂直方向の圧力値は、中心部に次いでその周辺部（６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。
【００６７】
図１１に示す様に、検出部１１０の検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外力Ｆの面内方向成分（滑り方向）の算出方法を考える。図１０の場合、指の押外力Ｆ（外力Ｆ）は、縦１６行×横１６列に配置された単位検出領域Ｓのうち、７箇所の単位検出領域Ｓで外力Ｆが加わっていると判定される。そこでこの７箇所の単位検出領域Ｓのみを抽出して第１演算処理による外力Ｆの面内方向成分（滑り方向）の演算を行う事により、演算処理が高速化される。抽出した７箇所の各単位検出領域Ｓは、それぞれ４つの第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）を有しており、各第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各第二センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向が演算される。つまり、各単位検出領域Ｓでは、上述した式（１）及び式（２）に基づいて、各単位検出領域Ｓにおける外力ＦのＸ方向成分Ｆｘ及び外力ＦのＹ方向成分Ｆｙが第１演算処理によって算出される。言い換えれば、第１演算処理により、各第二センサーＳ１（１３）〜Ｓ４（１３）で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向と大きさとを求める事ができる。
【００６８】
第２演算処理により、外力Ｆの合計の方向と大きさが算出される。ここでは、外力ＦがＸ方向に−０．５４、Ｙ方向に０．８４５の方向成分を持つ事から、＋Ｘ方向を基準として左回りに約１２２°の方向に合計の外力Ｆが作用している事が分かる。
【００６９】
又、第３演算処理により、回転トルクの方向と大きさが算出される。図１０の場合、外力Ｆの分布の重心ＤＧの座標はＸ＝６．７３、Ｙ＝１０．０４となり、Ｘ＝７、Ｙ＝１０に位置する単位検出領域Ｓに近似される。そこでＸ＝７、Ｙ＝１０を中心として点対称の関係にある２つの単位検出領域Ｓの組み合わせについて、Ｘ軸方向成分の差分から回転トルクの大きさを算出する。差分の大きさは８ｍＶである事から、検出部１１０の検出面には右ねじの方向にごく微小な回転トルクが作用している事が分かる。
【００７０】
以上詳述した様に、第１実施形態の検出装置１００によれば、以下に示す効果が得られる。
【００７１】
（１）第１実施形態の検出装置１００によれば、外力Ｆの有無の検出を第一センサー１２によって検出し、外力Ｆの大きさなどを第二機構３２によって、それぞれ分けて検出するので、検出部１１０の全体で外力Ｆの有無などを検出する場合と比較して、早く外力Ｆの有無を検出する事ができる。更に、外力Ｆの有無を検出した後、制御部１２０によって第二機構３２の検出動作のみを制御する事により、外力Ｆの大きさを検出する時間を、従来と比較して、早くする事ができる。
【００７２】
（２）第１実施形態の検出装置１００によれば、第一センサー１２及び第二センサー１３をセンサー基板本体１１上に配置する事により、小さなスペースで構成する事ができる。具体的には、薄型化、小型化、低コスト化にする事ができる。又、同一基板上なので、外力Ｆの大きさなどを演算処理する為の補正を抑える事ができる。
【００７３】
（３）第１実施形態の検出装置１００によれば、第一センサー１２を挟んで２つの第二機構３２を備えているので、外力Ｆの方向や回転トルクを検出する事ができる。
【００７４】
（４）第１実施形態の検出装置１００によれば、第一センサー１２（第一電極１２ａ）の平面的な面積が、１つの第二センサー１３（第三電極１３ａ）の面積よりも広いので、突起シート２０に外力Ｆが加えられた際、感圧導電体１３ｃを介して第一電極１２ａと第二電極１２ｂとが接触したときの抵抗値が、第三電極１３ａと第四電極１３ｂとが接触したときの抵抗値よりも小さくなる。よって、第一センサー１２の感度を高くする事ができる。
【００７５】
（５）第二機構３２に凹部１８が設けられている為、外力Ｆが加えられた事により弾性体突起２２が圧縮されて変形しても、弾性体突起２２の凹部１８からセンサー基板１０の平坦部に平行な方向へのはみ出しが抑えられる。更に、平坦部に平行な方向（Ｘ方向やＹ方向）への弾性体突起２２の過度の変形を、凹部１８の外周部により効果的に抑える事ができる。これらにより、隣り合う弾性体突起２２同士が接触する事や、弾性体突起２２が所定の単位検出領域Ｓからはみ出して隣の単位検出領域Ｓに入り込んでしまう事を効果的に抑止できる。
【００７６】
（第２実施形態）
＜検出装置の構成＞
図１２は、第２実施形態の検出部の概略構成を示す分解斜視図である。図１３は、図１２に示す検出部の詳細説明図で、（ａ）はＢ−Ｂ’線に沿う模式断面図、（ｂ）はその付近の平面図ある。以下、検出部１１０の構成を、図１２及び図１３を参照しながら説明する。図１２に示す様に、第２実施形態の検出部１１０は、複数の第二センサー１３が互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦ｉ行、横ｉ列に配置されている部分が、上述の第１実施形態で説明した検出装置１００と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
【００７７】
検出部１１０は、基準点Ｐの回りに複数配置された第二センサー１３と、複数の第二センサー１３で構成される単位検出領域Ｓと別の単位検出領域Ｓとの平面的な間に設けられた第一センサー１２と、を備えるセンサー基板１０を有する。更に、検出部１１０は、第１実施形態と同様に、先端部２２ａがセンサー基板１０に当接し外力Ｆによって弾性変形する弾性体突起２２が形成された突起シート２０と、を備えている。ここでは、ｉ個（ｉは４以上の整数）の第二センサー１３を用いた場合に拡張した計算式を示す。
【００７８】
図１２に示す様に、センサー基板本体１１上には、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦４行横４列（ｉ＝４）に合計１６個の第二センサー１３が配置されている。これら１６個の第二センサー１３の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。
【００７９】
図１３に示す様に、第一機構３１の構成は実施形態１と同じである。第二機構３２は、単位検出領域Ｓにおける複数の第二センサー１３と、第二センサー１３に対向配置された弾性体突起２２とにより構成されている。具体的には、第二センサー１３は、基準点Ｐに対して点対称に設けられた複数の第三電極１３ａと、第三電極１３ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第四電極１３ｂとを備えて構成されている。第一センサー１２は、例えば、第三電極１３ａより平面的な面積が大きな第一電極１２ａと、第一電極１２ａ上に設けられたベタ状の感圧導電体１３ｃと、感圧導電体１３ｃ上に設けられた第二電極１２ｂとを備えて構成されている。尚、第１実施形態と同様に、２つのセンサーを判別し易くする為に、図１２に示す様に、第一電極１２ａ及び第三電極１３ａのみを図示して、第一センサー１２及び第二センサー１３と称している。
【００８０】
図１４と図１５とは、実施形態１の図６と図７とに対応しており、第２実施形態にて外力Ｆに応じて検出部１１０の被る変化を示す模式図で、其々（ａ）は図１２のＢ−Ｂ’線に沿う模式断面図、（ｂ）はその付近の平面図ある。以下、外力Ｆの大きさと方向を検出する方法を、図１４及び図１５を参照しながら説明する。突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前の状態（外力Ｆの作用がないとき）は図１３に示されている。突起シート本体２１の表面に外力Ｆが付加される前においては、弾性体突起２２は変形しない。これにより、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。この時の各第二センサー１３の圧力値はデータメモリー１２４に記憶されている。データメモリー１２４に記憶された各第二センサー１３の圧力値を基準として外力Ｆの作用する方向や大きさが求められる。
【００８１】
図１４は、突起シート本体２１の表面に垂直方向（滑り力がない状態）の外力Ｆが付加された状態を示している。突起シート本体２１の表面に垂直方向の外力Ｆが付加されたとき、弾性体突起２２は、Ｚ方向に圧縮変形する。そして、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。この時の第二センサー１３の圧力値は、外力Ｆの作用がない時に比べて大きくなる。又、その変化量は各第二センサー１３ともほぼ同じ値となる。
【００８２】
図１５は、突起シート本体２１の表面に斜め方向（滑り力がある状態）の外力Ｆが付加された状態を示している。突起シート本体２１の表面に斜め方向の外力Ｆが付加された時、弾性体突起２２は、斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、弾性体突起２２がＺ方向に撓み、センサー基板１０と突起シート２０との間の距離が外力Ｆの作用がない時に比べて小さくなる。更に、突起シート２０の撓み量は滑り力の大きさや方向に応じて変わってくる。即ち、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐから±Ｘ方向及び±Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２の先端部２２ａと複数の第二センサー１３との重なる面積の割合は、第二センサー１３間で異なってくる。例えば図１５（ｂ）に示される様に、外力Ｆが加えられた場合、弾性体突起２２と第二センサー１３との重なる面積は、１６個の第二センサー１３の内で、＋方向及び−Ｙ方向に配置された右下に位置する第二センサー１３と重なる面積が、−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された左上に位置する第二センサー１３と重なる面積よりも大きくなる。こうして、第二センサー１３の各々からの出力を計測する事でＦｘやＦｙの大きさを特定できる。
【００８３】
図１６は、図９に対応した、第２実施形態における単位検出領域Ｓの座標系を示す図である。尚、図１６において、複数の第二センサーＳｉ（１３）（１００個）が行列状に配置されており、このうちの２５個の第二センサーＳｉ（１３）がそれぞれ−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域に配置されている。又、図１６においては、便宜上、１００個の第二センサーＳｉ（１３）を図示しているが、第二センサーＳｉ（１３）の配置数はこれに限らず任意に変更する事ができる。
【００８４】
図１６に示す様に、複数の第二センサーＳｉ（１３）は、単位検出領域Ｓ当たり縦１０行、横１０列に計１００個配置されている。ここで、各第二センサーＳｉ（１３）が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰi（ｉ＝１〜１００）、基準点Ｐと各第二センサーＳｉ（１３）との間の距離の面内方向成分をｒi（ｉ＝１〜１００）とする。又、面内方向成分のうちＸ方向成分をｒxi（ｉ＝１〜１００）、面内方向成分のうちＹ方向成分をｒyi（ｉ＝１〜１００）とすると、単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分Ｆｘ（外力Ｆの面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（４）で表される。
【００８５】
【数４】
【００８６】
又、単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＹ方向成分Ｆｙ（外力Ｆの面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（５）で表される。
【００８７】
【数５】
【００８８】
又、単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＺ方向成分Ｆｚ（外力Ｆの垂直方向成分）は以下の式（６）で表される。
【００８９】
【数６】
【００９０】
本実施形態では、外力Ｆによって弾性体突起２２が弾性変形する事により変化する１００個の第二センサーＳｉ（１３）の圧力値のうち任意に組み合わされた各第二センサーＳｉ（１３）の圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力Ｆが加えられた方向が演算される。
【００９１】
式（４）に示す様に、外力ＦのＸ方向成分Ｆｘにおいては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値のうち相対的に＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされる。この様に、相対的に＋Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値と相対的に−Ｘ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＸ方向成分が求められる。
【００９２】
式（５）に示す様に、外力ＦのＹ方向成分Ｆｙにおいては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）の圧力値のうち相対的に＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）で検出された値が組み合わされる。この様に、相対的に＋Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値と相対的に−Ｙ方向に配置された第二センサーＳｉ（１３）の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力ＦのＹ方向成分が求められる。
【００９３】
式（６）に示す様に、外力ＦのＺ方向成分Ｆｚにおいては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値を足し合わせた合力で求められる。
【００９４】
尚、外力Ｆの作用する方向の算出にあっては、１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値の算出結果の平均値で求める方法、或いは１００個の第二センサーＳｉ（１３）で検出された圧力値の算出結果のうちの最大値（例えば、所定のしきい値よりも大きい検出値）により求める方法を用いる事ができる。
【００９５】
検出部１１０に加わる外力Ｆの合力の方向と大きさは、第１実施形態と同様、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計によって得られる。従って外力Ｆの合計の方向と大きさとを演算する第２演算処理は、第１演算処理で得られた各単位検出領域Ｓに加えられた外力Ｆの合計を算出する演算となる。
【００９６】
又、検出部１１０に加わる回転トルクの方向と大きさは、突起シート本体２１の表面に加わる外力Ｆの分布の重心の座標を算出し、その外力Ｆの分布の重心の座標を中心とした点対称となる、任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分、又はＹ方向成分の差分を取る事によって得られる。従って回転トルクの方向と大きさとを演算する第３演算処理は、外力Ｆの分布の重心の座標を中心として点対称となる任意の単位検出領域Ｓに加わる外力ＦのＸ方向成分又はＹ方向成分の差分の演算となる。
【００９７】
以上詳述した様に、第２実施形態の検出装置１００によれば、上述した第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加えて、以下に示す効果が得られる。
【００９８】
（６）第２実施形態の検出装置１００によれば、配置される第二センサー１３の数が第１実施形態と比較して多いので、多数の第二センサー１３で検出される圧力値に基づいて各第二センサー１３の検出結果を積算して外力Ｆの作用する方向と大きさとを決める事ができる。従って、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【００９９】
（第３実施形態）
＜検出装置＞
次に、第３実施形態に係わる検出装置を説明する。本実施形態に係わる検出装置は、第１実施形態に対して、センサー基板１０の構成が異なっているが、その他の構成はほぼ同じである。第１実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【０１００】
図１７は、本実施形態に係わる検出装置の概略構成を示す図である。詳しくは、図１７（ａ）はセンサー基板１０及び突起シート２０の基準点における断面図であり、図１７（ｂ）はセンサー基板１０の製造方法を説明する図である。
【０１０１】
図１７（ａ）に示す様に、本実施形態に係わる検出装置１００は、センサー基板１０と突起シート２０とを備えている。センサー基板１０は、センサー基板本体１１と、接着層３７と、圧力センサーシート３３と、を備えている。接着層３７は、例えば、ＵＶ硬化型の接着剤等からなる。
【０１０２】
圧力センサーシート３３は、樹脂層３６と、樹脂層３６上に順に形成された第一電極１２ａ並びに第三電極１３ａと、感圧導電体１３ｃと、第二電極１２ｂ並びに第四電極１３ｂと、を備えている。樹脂層３６は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）等のフレキシブルな樹脂で構成されている。従って、センサー基板１０では、第一センサー１２や第二センサー１３がセンサー基板本体１１上に接着層３７及び樹脂層３６を介して配置されている。
【０１０３】
第一電極１２ａや第二電極１２ｂ、第三電極１３ａ、第四電極１３ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料からなる。感圧導電体１３ｃは、例えば感圧導電ゴム等の、感圧材料からなる。圧力センサーシート３３は、外力が付加され第一電極１２ａと第二電極１２ｂとの間の距離、或いは第三電極１３ａと第四電極１３ｂとの間の距離が小さくなると、外力の作用がないときに比べて抵抗値が小さくなる。圧力センサーシート３３は、抵抗値の変化により外力を検出する抵抗方式の圧力測定器である。
【０１０４】
図１７（ｂ）に示す様に、センサー基板１０は、接着層３７を介して、センサー基板本体１１上に圧力センサーシート３３を接着する事により形成される。この様に、検出装置１００では、汎用の圧力センサーシート３３を用いてセンサー基板１０を形成する事ができる。又、センサー基板本体１１に圧力センサーシート３３を接着する事により、半導体プロセスにより製造するセンサー基板１０に比べて、センサー基板１０の製造工程を簡略化する事ができる。
【０１０５】
以上詳述した様に、第３実施形態の検出装置１００によれば、上述した第１実施形態及び第２実施形態の（１）〜（６）の効果に加えて、以下に示す効果が得られる。
【０１０６】
（７）本実施形態に係わる検出装置１００の構成によれば、第１実施形態に係わる検出装置１００と同様に、隣り合う弾性体突起２２同士が相互に接触する事や、弾性体突起２２が所定の単位検出領域Ｓからはみ出して隣の単位検出領域Ｓに入り込んでしまう事を抑止できる。
【０１０７】
（８）本実施形態に係わる検出装置１００の構成によれば、半導体プロセスによりセンサー基板１０を製造する第１実施形態に比べて、汎用の圧力センサーシート３３を用いて、容易にセンサー基板１０を製造する事ができるので、検出装置１００の製造コストを低減する事ができる。
【０１０８】
（第４実施形態）
＜電子機器＞
図１８は、上記実施形態の検出装置のいずれかを備えた携帯電話機の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３及びコントロールパッド１００２、並びに表示部としての液晶パネル１００１を備えている。コントロールパッド１００２を操作する事によって、液晶パネル１００１に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル１００１にはメニューボタン（図示略）が表示される。例えば、メニューボタンにカーソル（図示略）を合わせてコントロールパッド１００２を強く押す事で、電話帳が表示されたり、携帯電話機１０００の電話番号が表示されたりする。
【０１０９】
図１９は、上記実施形態に係わる検出装置のいずれかを適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ ＡｓＳｉ（１３）ｓｔａｎｔｓ）の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２及びコントロールパッド２００３、並びに表示部としての液晶パネル２００１を備えている。コントロールパッド２００３を操作すると、液晶パネル２００１に表示され為ニューを操作できる。例えば、メニュー（図示略）にカーソル（図示略）を合わせてコントロールパッド２００３を強く押す事で、住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
【０１１０】
この様な電子機器によれば、上述した検出装置１００をコントロールパッド１００２や２００３に備えているので、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１１】
尚、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、デジタルスチールカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、本発明に係わる検出装置を適用させる事ができる。
【０１１２】
以上述べた様に、第４実施形態の電子機器によれば、以下に示す効果が得られる。
【０１１３】
（９）第４実施形態の電子機器によれば、上記に記載の検出装置１００を備えているので、外力Ｆの有無を高速に検出する事ができ、又、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１４】
（第５実施形態）
＜ロボット＞
図２０は、上記実施形態に係わる検出装置のいずれかを備えたロボットハンドの概略構成を示す模式図である。図２０（ａ）に示す様に、ロボットハンド３０００は、本体部３００３及び一対のアーム部３００２、並びに上記検出装置１００のいずれかを適用した把持部３００１を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部３００２に駆動信号を送信すると、一対のアーム部３００２が開閉動作する。
【０１１５】
図２０（ｂ）に示す様に、ロボットハンド３０００でコップ等の対象物３０１０を把持する場合を考える。この時、対象物３０１０に作用する力は把持部３００１で外力Ｆとして検出される。ロボットハンド３０００は、把持部３００１として上述した検出装置１００のいずれかを備えているので、対象物３０１０の表面（接触面）に垂直な方向の力と併せて重力Ｍｇですべる方向の力（滑り力の成分）や回転トルクを検出する事が可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたり滑りやすい物体を落としたりしない様、対象物３０１０の質感に応じて力を加減しながら持つ事ができる。
【０１１６】
このロボットによれば、上述した検出装置１００のいずれかを備えているので、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１７】
以上述べた様に、第５実施形態のロボットによれば、以下に示す効果が得られる。
【０１１８】
（１０）第５実施形態のロボットによれば、上記に記載の検出装置１００を備えているので、外力Ｆの有無を高速に検出する事ができ、又、外力Ｆの方向と大きさとを高い精度で検出する事ができる。
【０１１９】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。
【０１２０】
（変形例１）
上述の第１実施形態の様に、２つの単位検出領域Ｓの間に第一センサー１２を配置する事に限定されず、例えば、図２１に示す様な構成であってもよい。図２１は、変形例１の検出装置の構成を示す分解斜視図である。
【０１２１】
図２１に示す検出部１１０は、複数の第二センサー１３を備える単位検出領域Ｓ（図２参照）が、第一センサー１２の回りに点対称に４個配置されている。第一センサー１２はセンサー基板本体１１の平坦部に形成され、第二センサー１３は凹部１８と平面視にて重なる様に形成されている。尚、上記実施形態と同様、第一センサー１２及び第二センサー１３が配置されていない領域にも弾性体突起２２が配置されている。この様に、１つの第一機構３１（図３参照）に対して第二機構３２（図３参照）の数を増やす事により、回転トルクなどの検出をより精度よく検出する事ができる。尚、演算時間を早くしたい場合は、第１実施形態の様に第二機構３２を二つとし、検出精度を高めたい場合は、変形例１の様に第二機構３２を四つとするなど、使用方法に応じて選択する事が望ましい。
【０１２２】
（変形例２）
上述した様に、第一センサー１２における第一電極１２ａと第二電極１２ｂとの間に感圧導電体１３ｃを設ける事に限定されず、図２２に示す様に、感圧導電体１３ｃを設けない構造にしてもよい。図２２は、変形例２の検出装置の構造を示す模式断面図である。図２２（ａ）は、突起シート２０に外力Ｆが加えられていない状態を示す。図２２（ｂ）は、突起シート２０に外力Ｆが加えられている状態を示す。
【０１２３】
これによれば、第一センサー１２において感圧導電体１３ｃがない為、弱い外力Ｆでも第二電極１２ｂと第一電極１２ａとを接触させる事ができる。これにより、同じセンサー基板本体１１上でありながら、第一センサー１２の方が第二機構３２よりも高い感度を得る事ができる。
【０１２４】
又、図２２に示す様に、突起シート２０とセンサー基板１０との間に弾性シート４００を設ける様にしてもよい。尚、弾性シート４００と弾性体突起２２とは、固定もしくは一体成形されている。これによれば、突起シート２０に外力Ｆが加えられた際、弾性体突起２２の位置がずれてしまう事を抑える事ができる。
【０１２５】
又、弾性体突起２２が弾性シート４００に固定されている事により、２つの隣り合う弾性体突起２２が互いに反対の方向に圧縮変形する事を抑える事が可能となり、高い精度で外力Ｆを検出する事ができる。尚、弾性体突起２２がずれない構造であれば、弾性シート４００と固定されていなくてもよい。
【０１２６】
（変形例３）
上述した様に、第一センサー１２と第二機構３２との配置関係は、２つの第二機構３２の間（中間）に第一センサー１２を配置する構造（図２参照）に限定されず、例えば、第一センサー１２の周囲に少なくとも２つの第二機構３２が配置されている構造でもよい。尚、少なくとも２つの第二機構３２の距離は、回転トルクを高い精度で検出したい事から、第一センサー１２を中心としてなるべく離れている事が望ましい。
【０１２７】
（変形例４）
上述した様に、外力Ｆがあったと判断した後、外力Ｆの大きさや方向を出力する事に限定されず、例えば、以下の様な動作を行う様にしてもよい。図２０に示すロボットハンド３０００の場合、一対のアーム部３００２が接近していき、コップなどを挟んだら、コップを壊さない様に、演算した外力Ｆに応じてアーム部３００２の閉じる速度を落とす、又は停止する動作を行う様にしてもよい。
【０１２８】
更に、コップを移動する場合、回転トルクがある場合には、別のロボットハンド３０００に持ち変えるなどの動作を行う様にしてもよい。又、初期の段階では、第一機構３１をフルにセンシングさせておき、外力Ｆが加わったと判断したら、第一機構３１のセンシングを停止する様にしてもよい。その後、第二機構３２及び演算装置１２３によって、外力Ｆの大きさ、方向、回転トルクなどの演算処理を開始する。又、初期滑りの時に発生する振動を検出する様にして、アーム部３００２の動作を制御する様にしてもよい。
【０１２９】
（変形例５）
上述した様に、第二センサー１３は、感圧導電ゴムなどの感圧素子を用いる事に限定されず、例えば、静電容量値変化型の感圧素子を用いる様にしてもよい。この場合、外力Ｆが作用すると静電容量値の変化を感知して外力Ｆを検出する事ができる。又、インダクタンスの変化を検出する様にしてもよい。
【０１３０】
（変形例６）
上述した様に、電子機器は、携帯電話機１０００や携帯情報端末２０００に限定されず、例えば、高精細ＥＶＦ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｉｅｗ Ｆｉｎｄｅｒ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、テレビ、車載機器、オーディオ機器などに搭載する事ができる。
【０１３１】
（変形例７）
図２３は変形例７に係わるセンサー基板１０を説明した図である。上述した実施形態では、弾性体突起２２が設けられた突起シート２０を、検出装置１００が備える構成であったが、この様な形態に限定されない。例えば、図２３に示す様に、弾性体突起２２がセンサー基板１０上に配置された構成であってもよい。図２３に示す例では、弾性体突起２２の基部が平坦部と凹部１８とに設置されており、弾性体突起２２の先端部２２ａに外力が付加される構成となっている。この様な構成であっても、凹部１８により、センサー基板１０の平坦部に平行な方向への弾性体突起２２の過度の変形を抑える事ができる。
【０１３２】
（変形例８）
図２４は変形例８及び変形例９に係わるセンサー基板１０又は突起シート２０を説明した図である。上述した実施形態では、凹部１８は球状面又は楕円球状面を有していたが、この様な形態に限定されない。凹部１８は、例えば、図２４（ａ）に示す凹部１８の様に、センサー基板１０の断面が傾斜面となる円錐状の凹面であっても良い。或いは、図２４（ｂ）に示す凹部１８の様に、センサー基板１０の断面が傾斜角度が異なる複数の傾斜面で構成される凹面であってもよい。又、凹部１８は、これらの傾斜面と球状面との組み合わせで構成されていてもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。尚、凹部１８が複数の傾斜面や球状面の組み合わせで構成される場合は、外周部における曲率又は傾斜角度が中央部における曲率又は傾斜角度よりも大きい事が望ましい。
【０１３３】
（変形例９）
上述した実施形態では、弾性体突起２２の先端部２２ａが球面の錘状であったが、この様な形態に限定されない。弾性体突起２２の形状は、例えば、図２４（ｃ）に示す様に半球状であってもよいし、図２４（ｄ）に示す様に円柱状でああってもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３４】
（変形例１０）
上述した実施形態では、第二センサー１３が単位検出領域Ｓ当たり２行２列の計４個、又は４行４列の計１６個、行列状に配置されている例をあげて説明したが、この様な形態に限定されない。第二センサー１３は、単位検出領域Ｓ当たり３つ以上配置されていればよいし、行列状以外の配置であってもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３５】
（変形例１１）
上述した実施形態では、第一センサー１２や第二センサー１３は電気抵抗を計測する方式のセンサーであったが、この様な形態に限定されない。これらのセンサーとして、例えば、静電容量式センサーを用いる構成や、ダイアフラムに加わる圧力を電気信号に変換するダイアフラムゲージ等の感圧素子を用いる構成や、インダクタンスの変化を検出する素子を用いる構成であってもよい。この様な構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３６】
（変形例１２）
上述した実施形態では、検出装置１００が電子機器やロボットハンド３０００の把持部３００１に搭載された例を説明したが、この様な形態に限定されない。例えば、ロボットの指先や足裏等に搭載して触覚センサーとして用いる構成としてもよい。この様な構成によれば、対象物の表面状態や動作状態を検知して、より精密な動作を行う事が可能なロボットを提供する事ができる。或いは、検出装置１００を衣服等の身に着けるものの中に縫い込む事や埋め込む事により搭載する構成であってもよい。この様な構成によれば、筋肉等の身体の一部の動作を検知する事が可能となる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０…センサー基板、１１…センサー基板本体、１２…第一センサー、１２ａ…第一電極、１２ｂ…第二電極、１３…第二センサー、１３ａ…第三電極、１３ｂ…第四電極、１３ｃ…感圧導電体、１８…凹部、２０…突起シート、２１…突起シート本体、２２…弾性体突起、２２ａ…先端部、３１…第一機構、３２…第二機構、３３…圧力センサーシート、３６…樹脂層、３７…接着層、１００…検出装置、１１０…検出部、１２０…制御部、１２２…制御ユニット、１２３…演算装置、１２４…データメモリー、４００…弾性シート、１０００…携帯電話機、１００１…液晶パネル、１００２…コントロールパッド、１００３…操作ボタン、２０００…携帯情報端末、２００１…液晶パネル、２００２…操作ボタン、２００３…コントロールパッド、３０００…ロボットハンド、３００１…把持部、３００２…アーム部、３００３…本体部、３０１０…対象物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一センサーと第二センサーとが設けられた第一基板と、
前記第一基板に対向し、前記第一センサーに当接して外力によって弾性変形する第一弾性体突起と、前記第二センサーに当接して前記外力によって弾性変形する第二弾性体突起とが設けられた第二基板とを備え、
前記第一基板は、凹部を備え、前記凹部には、前記第二センサーが複数配置され、
前記第一センサーと前記第一弾性体突起とにより外力の有無を検出する第一機構を形成し、複数の前記第二センサーと前記第二弾性体突起とにより前記外力の大きさと方向を検出する第二機構とを形成することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記第一基板は、平坦部を備え、
前記第一センサーは前記平坦部に形成され、
前記第一機構に含まれる前記第一弾性体突起は、前記第一センサーと重なる位置に重心が位置し、先端部が前記第一センサーに当接する様に配置されている事を特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記凹部の開口径は、前記第二弾性体突起の外径よりも大きい事を特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記凹部の外周部における前記平坦部に対する傾斜角度は、前記凹部の中央部における前記平坦部に対する傾斜角度よりも大きい事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記凹部の深さは、前記第二弾性体突起の高さよりも小さい事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記第一機構の検出結果に基づいて前記第二機構の検出動作を制御する制御部を有する事を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項７】
前記第一機構により外力がある事を検出した場合は、前記制御部からの信号により、前記第二センサーが外力の検出を開始する事を特徴とする請求項６に記載の検出装置。
【請求項８】
前記第一機構は、平面視において、少なくとも２つの前記第二機構の間に形成されている事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項９】
平面的に前記第一機構の周囲に少なくとも２つの前記第二機構が配置されている事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記第二センサーは、複数個が前記基準点に対して点対称に配置されている事を特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記第二センサーは、複数個が平面的に互いに直交する２方向に行列状に配置されている事を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記第二センサーは、複数個が単位検出領域当たり少なくとも４行４列に配置されている事を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記第一センサーは、前記第一基板上に対向配置された第一電極と第二電極とを有し、
前記第二センサーは、前記第一基板上に対向配置された第三電極と第四電極とを有し、
少なくとも前記第三電極と前記第四電極との間に感圧導電体が配置されている事を特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記第一電極の平面積が、前記第三電極の平面積よりも大きい事を特徴とする請求項１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の検出装置を備える事を特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の検出装置を備える事を特徴とするロボット。
【請求項１】
第一センサーと第二センサーとが設けられた第一基板と、
前記第一基板に対向し、前記第一センサーに当接して外力によって弾性変形する第一弾性体突起と、前記第二センサーに当接して前記外力によって弾性変形する第二弾性体突起とが設けられた第二基板とを備え、
前記第一基板は、凹部を備え、前記凹部には、前記第二センサーが複数配置され、
前記第一センサーと前記第一弾性体突起とにより外力の有無を検出する第一機構を形成し、複数の前記第二センサーと前記第二弾性体突起とにより前記外力の大きさと方向を検出する第二機構とを形成することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記第一基板は、平坦部を備え、
前記第一センサーは前記平坦部に形成され、
前記第一機構に含まれる前記第一弾性体突起は、前記第一センサーと重なる位置に重心が位置し、先端部が前記第一センサーに当接する様に配置されている事を特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記凹部の開口径は、前記第二弾性体突起の外径よりも大きい事を特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記凹部の外周部における前記平坦部に対する傾斜角度は、前記凹部の中央部における前記平坦部に対する傾斜角度よりも大きい事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項５】
前記凹部の深さは、前記第二弾性体突起の高さよりも小さい事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項６】
前記第一機構の検出結果に基づいて前記第二機構の検出動作を制御する制御部を有する事を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項７】
前記第一機構により外力がある事を検出した場合は、前記制御部からの信号により、前記第二センサーが外力の検出を開始する事を特徴とする請求項６に記載の検出装置。
【請求項８】
前記第一機構は、平面視において、少なくとも２つの前記第二機構の間に形成されている事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項９】
平面的に前記第一機構の周囲に少なくとも２つの前記第二機構が配置されている事を特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１０】
前記第二センサーは、複数個が前記基準点に対して点対称に配置されている事を特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１１】
前記第二センサーは、複数個が平面的に互いに直交する２方向に行列状に配置されている事を特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１２】
前記第二センサーは、複数個が単位検出領域当たり少なくとも４行４列に配置されている事を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１３】
前記第一センサーは、前記第一基板上に対向配置された第一電極と第二電極とを有し、
前記第二センサーは、前記第一基板上に対向配置された第三電極と第四電極とを有し、
少なくとも前記第三電極と前記第四電極との間に感圧導電体が配置されている事を特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項１４】
前記第一電極の平面積が、前記第三電極の平面積よりも大きい事を特徴とする請求項１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の検出装置を備える事を特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の検出装置を備える事を特徴とするロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−９６８８４（Ｐ２０１３−９６８８４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０９１７（Ｐ２０１１−２４０９１７）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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