電子機器及び操作検知方法
【課題】タッチセンサ上での位置検出及び押圧力の双方の検出を精度良く行うことが可能な電子機器及び操作検知方法を提供する。
【解決手段】複数の導電層２０８が島状に形成され、ユーザによる押圧操作を受けた際に弾性変形可能な入力面部材２０２と、入力面部材２０２と対向して配置され、入力面部材２０２が変形した際に導電層２０８と接触する島状の導電層２１０が形成された基材２０４と、複数の導電層２０８間、及び複数の導電層２１０間の静電容量を検出する静電容量検出部３０４と、入力面部材２０２の変形により導電層２０８と導電層２１０が接触した際に、導電層２０８と導電層２１０間の抵抗値を検出する抵抗値検出部３０８と、導電層２０８及び導電層２１０と、静電容量検出部３０４又は抵抗値検出部３０８との電気接続を制御するスイッチ部３２０と、を備える。
【解決手段】複数の導電層２０８が島状に形成され、ユーザによる押圧操作を受けた際に弾性変形可能な入力面部材２０２と、入力面部材２０２と対向して配置され、入力面部材２０２が変形した際に導電層２０８と接触する島状の導電層２１０が形成された基材２０４と、複数の導電層２０８間、及び複数の導電層２１０間の静電容量を検出する静電容量検出部３０４と、入力面部材２０２の変形により導電層２０８と導電層２１０が接触した際に、導電層２０８と導電層２１０間の抵抗値を検出する抵抗値検出部３０８と、導電層２０８及び導電層２１０と、静電容量検出部３０４又は抵抗値検出部３０８との電気接続を制御するスイッチ部３２０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器及び操作検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時においては、携帯電話などのモバイル機器、ノート型パーソナルコンピュータ等において、表示画面と一体にタッチパネル式のセンサを設けた装置が知られている。例えば、特許文献１には、静電結合式タッチパネルのスイッチ動作において、安定したオン／オフ動作を確保するとともに、擬似的な押圧判断をすることを想定した技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ユーザの指、またはユーザーによって操られるスタイラス等の入力面上の２次元位置を検出する装置としては、抵抗膜式のタッチパネルや、静電容量式のタッチパネルが知られている。抵抗膜式のタッチパネルによっては、専ら２次元位置が検出され、静電容量式のタッチパネルによっては、通常は２次元位置だけが検出される。
【０００５】
しかしながら、静電結合式タッチパネルでは、静電容量に基づいて処理を行うため、特に押圧力の判定を正確に行うことは困難である。一方で、抵抗膜式のタッチパネルでは、対向して配置された導電層同士が接触するために所定値以上の押圧力がユーザから与えられる必要があり、導電層同士が接触しない程度の押圧力の場合は出力が得られず、ユーザによる操作の初期（接触開始）から位置検出を精度良く行うことは困難である。
【０００６】
更に、ユーザやスタイラスが入力面に加える（操作）力を検出しようとする場合は、上記抵抗膜式タッチパネルや静電容量式タッチパネルの他に、操作力を検出するための操作力センサーを別途設ける必要があった。
【０００７】
しかしながら、操作力センサー別途を設けることは、以下の問題点がある。電子機器へのアプリケーションにおいて、別途設ける操作力センサーは、通常、２次元位置を検出するタッチパネル等と、電子機器の筐体等の間に挿入されるように配置されるため、操作力センサーの性能は電子機器の筐体等の、例えば平坦度などに左右されてしまう。このため、操作力センサー単体としての性能保証が困難である。
【０００８】
また、タッチパネルのように入力面がＬＣＤなどの表示装置の上に配置される場合、操作力センサーは、画像の妨げにならぬように、周辺部に複数個配置されることになる。この場合、各センサーに分配される力は、センサーの取り付け精度に大きく依存する。一方で、各センサーに与えられる操作力と出力信号の関係はリニアでない場合が多く、そのために入力面に加えられる力を正確に検出することは極めて困難である。更に、別途に操作力センサーを設けるため、製造コストが増大する問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献１には、静電容量式のタッチパネルでありながら、タッチパネルに接触する面積を検出し、擬似的に押圧判断する技術が開示されている。しかしながら、静電容量を利用した面積の検出においては、ユーザの指の状態（発汗など）や湿度など環境要因が大きく影響し、実用的な測定が困難であるという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、タッチセンサ上での位置検出及び押圧力の双方の検出を精度良く行うことが可能な、新規かつ改良された電子機器及び操作検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の第１の導電層が島状に形成され、ユーザによる押圧操作を受けた際に弾性変形可能な入力面部材と、前記入力面部材と対向して配置され、前記入力面部材が変形した際に前記第１の導電層と接触する島状の第２の導電層が形成された基材と、前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出する静電容量検出部と、前記入力面部材の変形により前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記第１の導電層及び前記第２の導電層と、前記静電容量検出部又は前記抵抗値検出部との電気接続を制御するスイッチ部と、を備える、電子機器が提供される。
【００１２】
また、前記第１の導電層と前記第２の導電層は共にストライプ状に形成され、互いに直交する方向に延在するものであってもよい。
【００１３】
また、情報を表示する表示画面を備え、前記入力面部材及び前記基材は、透明な材質から構成され、前記表示画面上に設けられるものであってもよい。
【００１４】
また、前記静電容量の変化に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上での２次元位置、又は、前記入力面部材に対する前記ユーザによる操作が接近する程度を演算する静電演算部を備えるものであってもよい。
【００１５】
また、前記抵抗値に基づいて、少なくとも前記入力面部材に加えられる押圧力を演算する抵抗値演算部を備えるものであってもよい。
【００１６】
前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数に基づいて、前記入力面部材に加えられる押圧力を演算するものであってもよい。
【００１７】
また、前記抵抗値演算部は、前記抵抗値に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上の２次元位置を演算するものであってもよい。
【００１８】
また、前記ユーザの操作による前記入力面部材上の２次元位置に基づいて、当該２次元位置における前記第１の導電層及び前記第２の導電層の理論抵抗値を計算する抵抗値逆算部と、を備え、前記抵抗値演算部は、前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数を求め、前記理論抵抗値と検出された前記抵抗値とを比較して前記接点数から求まる押圧力を補正する補正部を備えるものであってもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の第１の導電層がストライプ状に形成された入力面部材と、前記入力面部材と対向し、前記第１の導電層と直交する第２の導電層がストライプ状に形成された基材とを備えるタッチセンサにおいて、前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出するステップと、ユーザの押圧操作により前記入力面部材が変形して前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出するステップと、を備える、操作検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、タッチセンサ上での位置検出及び押圧力の双方の検出を精度良く行うことが可能な電子機器及び操作検知方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る情報処理装置の外観を示す斜視図である。
【図２】センシングヘッド部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック図である。
【図４】指によりセンシングヘッド部の入力面部材が押された場合に、静電容量検出部と抵抗値検出部で出力が得られる様子を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態に係る情報処理装置の動作を示す模式図である。
【図６】指が入力面部材に接近した場合に、導電層と指との間にコンデンサが生じる様子を示す模式図である。
【図７】複数の導電層のうちの１つの導電層（Ｙｃ）と、複数の導電層のうちの１つの導電層（Ｘｃ）とが接点Ｖｃで接した状態を示す模式図である。
【図８】特性データ収納部に記憶されている、押圧力ｆと接触抵抗Ｒの関係を示す特性図である。
【図９】接点数から求まる押圧力を接触抵抗から求まる押圧力で補間する処理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．情報処理装置の外観例
２．センシングヘッド部の構成
３．情報処理装置の機能ブロック構成
４．本実施形態に係る情報処理装置の動作
５．押圧力の検出について
【００２４】
［１．情報処理装置の外観例］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る情報処理装置１００の概略構成について説明する。図１は、情報処理装置１００の外観を示す斜視図である。情報処理装置１００は、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、またはスマートフォンなどの携帯電話機能を備えたモバイル機器等の装置である。
【００２５】
図１に示すように、情報処理装置１００は、各種情報を表示するための表示部１０２を備えている。表示部１０２の表面には、センシングヘッド部２００が設けられている。センシングヘッド部２００は、タッチパネルやタッチパッドのようなセンサから構成される。センシングヘッド部２００は、ユーザの指、またはスタイラス１５０等が表示部１０２の表面に触れると、これを検出して、ユーザの操作に応じた機能を実現させる。ここで、ユーザの操作に応じた機能には、アプリケーションの起動、画面のスクロール、画面の更新など様々な機能が含まれる。
【００２６】
本実施形態では、タッチパネルやタッチパッドのような、概平面状のセンシングヘッド部２００（入力装置）において、ユーザーの指やスタイラス１５０がセンシングヘッド部２００の表面に接したときの２次元位置（平面上の位置）に加え、その平面と直交する方向の位置をも検出する。また、本実施形態では、指又はスタイラス１５０がセンシングヘッド部２００の上空にある状態を検出し、更に、センシングヘッド部２００の表面に接した後の押圧力をも検出する。
【００２７】
［２．センシングヘッド部の構成］
図２は、センシングヘッド部２００の構成を示す模式図である。センシングヘッド部２００は、ユーザが指やスタイラス１５０を用いて入力を行なう入力面側に設けられた入力面部材２０２と、入力面部材２０２に対向した位置に設けられた基材２０４を含む。入力面部材２０２と基材２０４とは、いずれも平板状に設けられている。入力面部材２０２と基材２０４との間隔は、図２中の断面図に示すように、スペーサ２０６によって数μｍから数十μｍに保たれている。入力面部材２０２は、厚さ０．２ｍｍ程度の透明なＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）材で、基材２０４に対向する面側には透明電極（ＩＴＯ膜）など所定の抵抗値をもったストライプ状の導電層２０８が均一な厚さで形成されている。ここで、導電層２０８は、Ｙ１〜Ｙｎのｎ本が形成されているものとする。
【００２８】
基材２０４も透明なＰＥＴ材から構成される。基材２０４の入力面部材２０２と対向する面側にも、やはりＩＴＯ膜など所定の抵抗値をもったストライプ状の導電層２１０が均一な厚さで形成されており、入力面部材２０２のストライプ状の導電層２０８と基材２０４のストライプ状の導電層２１０は直交している。ここで、導電層２１０は、Ｘ１〜Ｘｎのｎ本が形成されているものとする。それぞれの導電層２０８，２１０の端部と、後述するコントロールユニット３００とは 引き出し線によって電気的に接続されている。
【００２９】
［３．情報処理装置の機能ブロック構成］
図３は、本実施形態に係る情報処理装置１００の機能ブロック図である。図２に示すように、情報処理装置１００は、センシングヘッド部２００、コントロールユニット３００、ＣＰＵ４００を有して構成される。
【００３０】
コントロールユニット３００は、センシングヘッド部２００の各導電層２０８，２１０のそれぞれに印加する電圧をコントロールする。また、コントロールユニット３００は、ユーザの指やスタイラス１５０の接近、その２次元位置、ユーザの指やスタイラス１５０の押圧力により変化する信号を処理して所望のデータを算出し、情報処理装置１００のＣＰＵ４００に送る。コントロールユニット３００は、センシングヘッド部２００とＣＰＵ４００の間に設けられる。
【００３１】
コントロールユニット３００は、スイッチ部３０２、静電容量検出部３０４、静電演算部３０６、抵抗値検出部３０８、抵抗値演算部３１０、抵抗値逆算部３１２、力データ比較補正部３１４、特性データ収納部３１６、を備える。
【００３２】
静電容量検出部３０４は、センシングヘッド部２００の、それぞれの導電層２０８、導電層２１０の間の静電容量を検出する。抵抗値検出部３０８は、導電層２０８，２１０の端部間の抵抗値を検出する。静電演算部３０６は、静電容量検出部３０４で検出された静電容量の変化から、指やスタイラス１５０が入力面部材２０２へ接近している様子を算出する。また、静電演算部３０６は、静電容量検出部３０４で検出された静電容量の値から、指やスタイラス１５０の入力面部材２０２上での２次元位置を算出する。
【００３３】
抵抗値演算部３１０は、指やスタイラス１５０の押圧により入力面部材２０２が基材２０４と接したときに、それぞれの導電層２０８，２１０が接触する接点数をカウントする。また、抵抗値演算部３１０は、指やスタイラス１５０の押圧により入力面部材２０２が基材２０４と接したときに、抵抗値の変化に基づいて、押圧力と接点の２次元位置を算出する。
【００３４】
特性データ収納部３１６は、導電層２０８，２１０の抵抗率、サイズの情報を収納したメモリである。また、特性データ収納部３１６には、導電層２０８と導電層２１０が接触した場合に、押圧力と接触抵抗の関係を示すデータが格納されている。抵抗値逆算部３１２は、特性データ収納部３１６に収納された特性データと、得られた２次元データから導電層２０８，２１０の端部間の理論抵抗値を逆算する。力データ比較補正部３１４は、逆算された抵抗値と実際に検出された抵抗値を比較することにより指やスタイラス１５０が入力面部材２０２に及ぼす押圧力を補正する。
【００３５】
図４は、指（またはスタイラス１５０）によりセンシングヘッド部２００の入力面部材２０２が押された場合に、静電容量検出部３０４と抵抗値検出部３０８で出力が得られる様子を模式的に示す図である。図４に示すように、静電容量検出部３０４では、押圧力が微小値であっても、静電容量の変化を検出することができる。一方、抵抗値検出部３０８では、導電層２０８と導電層２１０が接触するまでは抵抗値の変化が検出されないため、押圧力が所定値（２０ｇｆ程度）に達するまでの間は、検出を行うことができない。
【００３６】
本実施形態では、図４に示す特性を考慮して、静電演算部３０６による演算結果からセンシングヘッド部２００における指の位置、指の接近状態を算出し、抵抗値演算部３１０による演算結果から指による押圧力を算出する。これにより、押圧力が非常に小さい場合、または、指が入力面部材２０２に接触しておらず、指が入力面部材２０２に接近する過程においても、静電容量に基づいて指の位置を高精度に検出することができる。また、抵抗値演算部３１０による演算結果から押圧力を算出することにより、導電層２０８と導電層２１０が接触した後においては、導電層２０８と導電層２１０との接点数、導電層２０８と導電層２１０との接触抵抗とから、押圧力を高精度に検出することができる。スイッチ部３０２では、センシングヘッド部２００の出力を周期的に切り換えて静電容量検出部３０４及び抵抗値検出部３０８へ送る。
【００３７】
［４．本実施形態に係る情報処理装置の動作］
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本実施形態に係る情報処理装置１００の動作を示す模式図である。以下では、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、ユーザの指が入力面部材２０２に次第に近づいていく際に、それぞれの位置に分けて説明する。この際、スイッチ部３０２により、静電容量検出部３０４と抵抗値検出部３０８は、逐次センシングヘッド部２００への接続が切り替えられている。
【００３８】
図５（Ａ）は、指が入力面部材２０２に接近している場合を示している。また、図６は、指が入力面部材２０２に接近した場合に、導電層２０８と指との間にコンデンサ２２０が生じる様子を示している。図６に示すように、隣接する導電層２０８間には静電容量が存在し、コンデンサ２１０が形成されている。指が入力面部材２０２に接近すると、隣接する導電層２０８間の静電容量は、指との間に生じるコンデンサ２２０が追加されたことで変化する。基材２０４の導電層２１０においても同様に、導電層２１０と指との間にコンデンサが生じることで、隣接する導電層２１０間の静電容量が変化する。静電容量検出部３０４では、それぞれの導電層２０８，２１０でこの静電容量の変化を検出する。そして、静電演算部３０６では、静電容量の変化を演算処理することで、指の２次元位置（Ｘ，Ｙ）を計算する。具体的には、隣接する導電層２０８間の静電容量を求め、指が存在しない場合の静電容量の理論値に対して変化が生じている場合は、変化が生じている導電層２０８間に指が位置しているものと判定できる。隣接する導電層２１０間についても同様の計算を行い、最終的に指の２次元位置を計算する。
【００３９】
また、追加されたコンデンサ２２０の容量は、指と入力面部材２０２の距離によっても変化するので、指（またはスタイラス１５０）の２次元位置（Ｘ，Ｙ）位置を特定した後で、静電演算部３０６では、このコンデンサ２２０の容量の絶対値から指が入力面部材２０２に対してどの程度接近しているかを表すデータを得ることができる。なお、隣接する導電層２０８間の静電容量を検出しているが、入力面部材２０２と基材２０４に形成されている直交した導電層２１０間においても同じ原理で、指の（Ｘ，Ｙ）
位置と入力面部材２０２に対する近接の程度を検知することが可能である。
【００４０】
図５（Ｂ） は、指が入力面部材２０２上に接している場合を示している。この場合は、未だ入力面部材２０２の形状変化は起きておらず、入力面部材２０２と基材２０４間には、スペーサ２０６によるスペース（空間）が存在している。指が入力面部材２０２に接することで、図５（Ａ）で見られた静電容量は急激に大きくなるが、同じ原理で２次元位置（Ｘ，Ｙ）を得ることができる。
【００４１】
なお、図５（Ｂ）に示す状態までは、入力面部材２０２と基材２０４の間には空隙があるため、抵抗値検出部３０８で検出される抵抗値は無限大（∞）である。
【００４２】
図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の状態から更に入力面部材２０２が指（またはスタイラス１５０）によって押された状態を示している。図５（Ｃ）に示す状態では、指の押圧により入力面部材２０２が変形し、その一部が基材２０４に接し、それぞれの内面に形成されている導電層２０８，２１０が電気的に接続される。
【００４３】
［５．押圧力の検出について］
図７は、複数の導電層２０８のうちの１つの導電層２０８（Ｙｃ）と、複数の導電層２１０のうちの１つの導電層２１０（Ｘｃ）とが接点ＣＰで接した状態を示す模式図である。この際、図７に示すように、先ず入力面部材２０２の全ての導電層２０８（Ｙ１〜Ｙｎ）の両端に一定の電圧が印加されており、上述の接点ＣＰにおける電圧をＶｃとする。また、導電層２１０の、接点ＣＰから左端部までの長さをＸＬ、右端部までの長さをＸＲし、上記左端部と右端部に流れる電流をそれぞれ、iＬ、iＲとする。ここで、導電層２１０の単位長さ当たりの抵抗値（抵抗率）をｒとすると、ＸＬ，ＸＲにおける抵抗値はそれぞれ ｒＸＬ，ｒＸＲとなるので、上記iＬ，iＲはそれぞれ、
iＬ＝Ｖｃ/ｒＸＬ
iＲ＝Ｖｃ/ｒＸＲ
と表すことが出来るので、以下の関係が導かれる。
iＬ/iＲ＝ＸＲ/ＸＬ
即ち、iＬとiＲの値の比を求めれば、ＸＲとＸＬの比も求まる。ＸＲ+ＸＬ（＝導電層２１０の長さ）は、特性データ収納部３１６に収納されているので、接点ＣＰのＸ座標を算出することが出来る。
抵抗値検出部３０８により、上記電流値 ｉＬ と電流値ｉＲ が読み取られ、上記の関係を用いて抵抗値演算部３１０にて接点ＣＰのＸ座標が算出される。Ｙ座標の算出は、これと反対に、基材２０４の導電層２１０（Ｘ１〜Ｘｎ）に一定電圧を印加して、接点ＣＰを通して入力面部材２０２側に流れる電流を読み取ることにより行なわれる。
【００４４】
さらに指が入力面部材２０２を押すと、図５（Ｄ）に示すように、入力面部材２０２は大きく変形し、入力面部材２０２の導電層２０８と基材２０４の導電層２１０は複数の接点を持つようになる。接点の数は、指による押圧力が大きくなるほど増加するため、接点の数を検出することにより、接点の数（整数）に応じた、大まかな押圧力を得ることができる。接点数は、各導電層２０８に個別に電圧を印加し、各導電層２１０の電位を個別に検出することにより、検出することができる。また、押圧力が変化すると、接点の数だけでなく、個々の接点における入力面部材２０２の導電層２０８と基材２０４の導電層２１０間の接触抵抗も変化する。従って、接点の数と導電層２０８，２１０間の接触抵抗とから詳細な押圧力を求め、接点数から求まる大まかな押圧力を補うことが可能である。
【００４５】
接触抵抗の値は以下の様に求めることができる。特性データ収納部３１６に収納されている、導電層２０８，２１０の、抵抗率や形状のデータと、上記のように算出される２次元位置（Ｘ，Ｙ）から、導電層２０８，２１０間の接触抵抗がない場合の各２次元位置における位置に応じた理論抵抗値を算出する。例えば図７において、導電層２０８の両端に印加されている電圧Ｅによる電流が、矢印Ｉに示すように、導電層２０８の下端部から接点ＣＰを通り、導電層２１０の左端部に流れる場合を想定する。導電層２１０、２０８の抵抗値は特性データ収納部３１６に収納されているそれぞれの導電層の抵抗率と、先に求められているそれぞれの経路の長さ（接点のＸ，Ｙ座標）から、この電流経路上の理論抵抗値Ｒが計算される。
実際上は、接点ＣＰにおける押圧の大きさにより、接触抵抗値Ｒｃが発生するため、それをも考慮した場合の抵抗値の合計値は、（Ｒ+Ｒｃ）となる。
抵抗検出部３０８によって導電層２１０左端部の電流値iＬは、上記接触抵抗値Ｒｃをも含んだ値として検出されるので、
iＬ＝Ｅ/（Ｒ+Ｒｃ）である。
ここで、Ｒ，Ｅ，iＬの各値は既知であるので、接触抵抗値Ｒｃが算出される。
【００４６】
図８は、特性データ収納部３１６に記憶されている、押圧力ｆと接触抵抗Ｒの関係を示す特性図である。
指が押圧を増していき、図５（Ｃ）の状態になったとき、入力面部材２０２に設けられた導電層２０８が、初めて基材２０４に設けられた導電層２１０に接する。この状態が図８における「接合開始点」であり、接触抵抗の値としては最も大きなＲｃ０となる。押圧力を増加させていくと抵抗値Ｒは減少していくが、やがて減少は飽和する。その際の抵抗値がＲｃｓで、実際の値としてはゼロに近い。
ここに示すｆ-Ｒｃ特性図は、導電層２０８と導電層２１０の、ある１つの接点について、実測によって得られたものであるが、互いに接する導電層の材料や幅の値が同じであれば、全ての接点について同一の関係を適用することができる。またもちろん、全ての接点に関しての特性データを実測し、特性データ収納部３１６に収納しておいても良い。
【００４７】
図９は、接点数から求まる押圧力を接触抵抗から求まる押圧力で補間する処理を示す模式図である。上述したように、導電層２０８と導電層２１０の接点数から、ユーザの指による大まかな押圧力が求められる。図９に示す実線の特性は、接点数から求まる押圧力を示している。接点数が１の場合、押圧力がＦ1からＦ２までの値であることが示されている。同様に、接点数が２の場合は押圧力がＦ２からＦ３までの値であることが示され、接点数が３の場合は押圧力がＦ３からＦ４までの値であることが示されている。このように、接点数から求まる押圧力は比較的大まかな値として検出され、階段状に遷移する。接点数から求まる階段状の押圧力を補間するため、図８の特性を用いることが出来る。例えば接点数が１のとき、当該接点が初めて接合を開始する時、（図８における「接合開始点」）押圧力ｆはＦ１であるが、押圧力を増して行くと共に、接触抵抗値は図８の特性のように減少していき、やがてゼロに近いところで飽和する。この際の押圧力は図９に示したＦ1s である。この間の押圧力の推移は、特性データ収納部に収納されている図８のようなｆ−Ｒｃ特性と、先に示したように算出可能な接触抵抗値Ｒｃによって決定することが可能である。接点数が２、３、４、と増加した場合も、同様に、接点数から検出される階段状の押圧力の間が補間され、より精細な押圧力の測定が可能となる。
【００４８】
以上説明したように本実施形態によれば、ユーザーの指が入力面部材２０２に接近し、やがて入力面部材２０２を押圧する際に、入力面部材２０２上の指の２次元位置を静電容量の演算から求めることができる。この際、指が入力面部材２０２に接触している場合のみならず、指が入力面部材２０２の上空にある時の近接の程度をも静電容量から検出することができる。更に、導電層２０８と導電層２１０との接触状態から、指が入力面を押す際の押圧力を求めることができる。従って、指の位置検出と、押圧力の検出とを、導電層２０８，２１０を備える１つのシステムで実現することができる。
【００４９】
そして、本実施形態では、センシングヘッド部２００と、コントロールユニット３００及びＣＰＵ４００からなる構成により、既存のタッチパネルのように２次元のＸＹ位置を検知することに加え、ユーザやスタイラス１５０の入力面部材２０２に対する接近と、押圧力を検出してＣＰＵ４００に送ることができる。従って、位置検出と押圧力検出をそれぞれ行う別デバイスを組み合わせて同様な機能を実現する場合に比較して、センシングヘッド部２００の機構（メカ）設計が容易になり、また情報処理装置１００の筐体自体には高度な精度が必要ないため、量産に適し、かつ筐体のコスト削減が可能となる。また、使用するデバイスの数も減るので、デバイス自体の総コストや管理コストの削減が可能となる。
【００５０】
更に、センシングヘッド部２００は、静電容量式タッチパネルと、抵抗膜式タッチパネルの双方の特徴を有しているので、指と（専用でない）スタイラスの両方に対応した検出が可能である。また、静電容量式のため、２次元位置を読み込む際には押圧力は実質的に０ｇｆで済み、かつ１本の指又はスタイラスのみならず複数を同時に検出可能である。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５２】
１００ 情報処理装置
２０２ 入力面部材
２０４ 基材
２０８，２１０ 導電層
３０２ スイッチ部
３０４ 静電容量検出部
３０８ 抵抗値検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器及び操作検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時においては、携帯電話などのモバイル機器、ノート型パーソナルコンピュータ等において、表示画面と一体にタッチパネル式のセンサを設けた装置が知られている。例えば、特許文献１には、静電結合式タッチパネルのスイッチ動作において、安定したオン／オフ動作を確保するとともに、擬似的な押圧判断をすることを想定した技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ユーザの指、またはユーザーによって操られるスタイラス等の入力面上の２次元位置を検出する装置としては、抵抗膜式のタッチパネルや、静電容量式のタッチパネルが知られている。抵抗膜式のタッチパネルによっては、専ら２次元位置が検出され、静電容量式のタッチパネルによっては、通常は２次元位置だけが検出される。
【０００５】
しかしながら、静電結合式タッチパネルでは、静電容量に基づいて処理を行うため、特に押圧力の判定を正確に行うことは困難である。一方で、抵抗膜式のタッチパネルでは、対向して配置された導電層同士が接触するために所定値以上の押圧力がユーザから与えられる必要があり、導電層同士が接触しない程度の押圧力の場合は出力が得られず、ユーザによる操作の初期（接触開始）から位置検出を精度良く行うことは困難である。
【０００６】
更に、ユーザやスタイラスが入力面に加える（操作）力を検出しようとする場合は、上記抵抗膜式タッチパネルや静電容量式タッチパネルの他に、操作力を検出するための操作力センサーを別途設ける必要があった。
【０００７】
しかしながら、操作力センサー別途を設けることは、以下の問題点がある。電子機器へのアプリケーションにおいて、別途設ける操作力センサーは、通常、２次元位置を検出するタッチパネル等と、電子機器の筐体等の間に挿入されるように配置されるため、操作力センサーの性能は電子機器の筐体等の、例えば平坦度などに左右されてしまう。このため、操作力センサー単体としての性能保証が困難である。
【０００８】
また、タッチパネルのように入力面がＬＣＤなどの表示装置の上に配置される場合、操作力センサーは、画像の妨げにならぬように、周辺部に複数個配置されることになる。この場合、各センサーに分配される力は、センサーの取り付け精度に大きく依存する。一方で、各センサーに与えられる操作力と出力信号の関係はリニアでない場合が多く、そのために入力面に加えられる力を正確に検出することは極めて困難である。更に、別途に操作力センサーを設けるため、製造コストが増大する問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献１には、静電容量式のタッチパネルでありながら、タッチパネルに接触する面積を検出し、擬似的に押圧判断する技術が開示されている。しかしながら、静電容量を利用した面積の検出においては、ユーザの指の状態（発汗など）や湿度など環境要因が大きく影響し、実用的な測定が困難であるという問題点がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、タッチセンサ上での位置検出及び押圧力の双方の検出を精度良く行うことが可能な、新規かつ改良された電子機器及び操作検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の第１の導電層が島状に形成され、ユーザによる押圧操作を受けた際に弾性変形可能な入力面部材と、前記入力面部材と対向して配置され、前記入力面部材が変形した際に前記第１の導電層と接触する島状の第２の導電層が形成された基材と、前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出する静電容量検出部と、前記入力面部材の変形により前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、前記第１の導電層及び前記第２の導電層と、前記静電容量検出部又は前記抵抗値検出部との電気接続を制御するスイッチ部と、を備える、電子機器が提供される。
【００１２】
また、前記第１の導電層と前記第２の導電層は共にストライプ状に形成され、互いに直交する方向に延在するものであってもよい。
【００１３】
また、情報を表示する表示画面を備え、前記入力面部材及び前記基材は、透明な材質から構成され、前記表示画面上に設けられるものであってもよい。
【００１４】
また、前記静電容量の変化に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上での２次元位置、又は、前記入力面部材に対する前記ユーザによる操作が接近する程度を演算する静電演算部を備えるものであってもよい。
【００１５】
また、前記抵抗値に基づいて、少なくとも前記入力面部材に加えられる押圧力を演算する抵抗値演算部を備えるものであってもよい。
【００１６】
前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数に基づいて、前記入力面部材に加えられる押圧力を演算するものであってもよい。
【００１７】
また、前記抵抗値演算部は、前記抵抗値に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上の２次元位置を演算するものであってもよい。
【００１８】
また、前記ユーザの操作による前記入力面部材上の２次元位置に基づいて、当該２次元位置における前記第１の導電層及び前記第２の導電層の理論抵抗値を計算する抵抗値逆算部と、を備え、前記抵抗値演算部は、前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数を求め、前記理論抵抗値と検出された前記抵抗値とを比較して前記接点数から求まる押圧力を補正する補正部を備えるものであってもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の第１の導電層がストライプ状に形成された入力面部材と、前記入力面部材と対向し、前記第１の導電層と直交する第２の導電層がストライプ状に形成された基材とを備えるタッチセンサにおいて、前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出するステップと、ユーザの押圧操作により前記入力面部材が変形して前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出するステップと、を備える、操作検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、タッチセンサ上での位置検出及び押圧力の双方の検出を精度良く行うことが可能な電子機器及び操作検知方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る情報処理装置の外観を示す斜視図である。
【図２】センシングヘッド部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る情報処理装置の機能ブロック図である。
【図４】指によりセンシングヘッド部の入力面部材が押された場合に、静電容量検出部と抵抗値検出部で出力が得られる様子を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態に係る情報処理装置の動作を示す模式図である。
【図６】指が入力面部材に接近した場合に、導電層と指との間にコンデンサが生じる様子を示す模式図である。
【図７】複数の導電層のうちの１つの導電層（Ｙｃ）と、複数の導電層のうちの１つの導電層（Ｘｃ）とが接点Ｖｃで接した状態を示す模式図である。
【図８】特性データ収納部に記憶されている、押圧力ｆと接触抵抗Ｒの関係を示す特性図である。
【図９】接点数から求まる押圧力を接触抵抗から求まる押圧力で補間する処理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．情報処理装置の外観例
２．センシングヘッド部の構成
３．情報処理装置の機能ブロック構成
４．本実施形態に係る情報処理装置の動作
５．押圧力の検出について
【００２４】
［１．情報処理装置の外観例］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る情報処理装置１００の概略構成について説明する。図１は、情報処理装置１００の外観を示す斜視図である。情報処理装置１００は、例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、またはスマートフォンなどの携帯電話機能を備えたモバイル機器等の装置である。
【００２５】
図１に示すように、情報処理装置１００は、各種情報を表示するための表示部１０２を備えている。表示部１０２の表面には、センシングヘッド部２００が設けられている。センシングヘッド部２００は、タッチパネルやタッチパッドのようなセンサから構成される。センシングヘッド部２００は、ユーザの指、またはスタイラス１５０等が表示部１０２の表面に触れると、これを検出して、ユーザの操作に応じた機能を実現させる。ここで、ユーザの操作に応じた機能には、アプリケーションの起動、画面のスクロール、画面の更新など様々な機能が含まれる。
【００２６】
本実施形態では、タッチパネルやタッチパッドのような、概平面状のセンシングヘッド部２００（入力装置）において、ユーザーの指やスタイラス１５０がセンシングヘッド部２００の表面に接したときの２次元位置（平面上の位置）に加え、その平面と直交する方向の位置をも検出する。また、本実施形態では、指又はスタイラス１５０がセンシングヘッド部２００の上空にある状態を検出し、更に、センシングヘッド部２００の表面に接した後の押圧力をも検出する。
【００２７】
［２．センシングヘッド部の構成］
図２は、センシングヘッド部２００の構成を示す模式図である。センシングヘッド部２００は、ユーザが指やスタイラス１５０を用いて入力を行なう入力面側に設けられた入力面部材２０２と、入力面部材２０２に対向した位置に設けられた基材２０４を含む。入力面部材２０２と基材２０４とは、いずれも平板状に設けられている。入力面部材２０２と基材２０４との間隔は、図２中の断面図に示すように、スペーサ２０６によって数μｍから数十μｍに保たれている。入力面部材２０２は、厚さ０．２ｍｍ程度の透明なＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）材で、基材２０４に対向する面側には透明電極（ＩＴＯ膜）など所定の抵抗値をもったストライプ状の導電層２０８が均一な厚さで形成されている。ここで、導電層２０８は、Ｙ１〜Ｙｎのｎ本が形成されているものとする。
【００２８】
基材２０４も透明なＰＥＴ材から構成される。基材２０４の入力面部材２０２と対向する面側にも、やはりＩＴＯ膜など所定の抵抗値をもったストライプ状の導電層２１０が均一な厚さで形成されており、入力面部材２０２のストライプ状の導電層２０８と基材２０４のストライプ状の導電層２１０は直交している。ここで、導電層２１０は、Ｘ１〜Ｘｎのｎ本が形成されているものとする。それぞれの導電層２０８，２１０の端部と、後述するコントロールユニット３００とは 引き出し線によって電気的に接続されている。
【００２９】
［３．情報処理装置の機能ブロック構成］
図３は、本実施形態に係る情報処理装置１００の機能ブロック図である。図２に示すように、情報処理装置１００は、センシングヘッド部２００、コントロールユニット３００、ＣＰＵ４００を有して構成される。
【００３０】
コントロールユニット３００は、センシングヘッド部２００の各導電層２０８，２１０のそれぞれに印加する電圧をコントロールする。また、コントロールユニット３００は、ユーザの指やスタイラス１５０の接近、その２次元位置、ユーザの指やスタイラス１５０の押圧力により変化する信号を処理して所望のデータを算出し、情報処理装置１００のＣＰＵ４００に送る。コントロールユニット３００は、センシングヘッド部２００とＣＰＵ４００の間に設けられる。
【００３１】
コントロールユニット３００は、スイッチ部３０２、静電容量検出部３０４、静電演算部３０６、抵抗値検出部３０８、抵抗値演算部３１０、抵抗値逆算部３１２、力データ比較補正部３１４、特性データ収納部３１６、を備える。
【００３２】
静電容量検出部３０４は、センシングヘッド部２００の、それぞれの導電層２０８、導電層２１０の間の静電容量を検出する。抵抗値検出部３０８は、導電層２０８，２１０の端部間の抵抗値を検出する。静電演算部３０６は、静電容量検出部３０４で検出された静電容量の変化から、指やスタイラス１５０が入力面部材２０２へ接近している様子を算出する。また、静電演算部３０６は、静電容量検出部３０４で検出された静電容量の値から、指やスタイラス１５０の入力面部材２０２上での２次元位置を算出する。
【００３３】
抵抗値演算部３１０は、指やスタイラス１５０の押圧により入力面部材２０２が基材２０４と接したときに、それぞれの導電層２０８，２１０が接触する接点数をカウントする。また、抵抗値演算部３１０は、指やスタイラス１５０の押圧により入力面部材２０２が基材２０４と接したときに、抵抗値の変化に基づいて、押圧力と接点の２次元位置を算出する。
【００３４】
特性データ収納部３１６は、導電層２０８，２１０の抵抗率、サイズの情報を収納したメモリである。また、特性データ収納部３１６には、導電層２０８と導電層２１０が接触した場合に、押圧力と接触抵抗の関係を示すデータが格納されている。抵抗値逆算部３１２は、特性データ収納部３１６に収納された特性データと、得られた２次元データから導電層２０８，２１０の端部間の理論抵抗値を逆算する。力データ比較補正部３１４は、逆算された抵抗値と実際に検出された抵抗値を比較することにより指やスタイラス１５０が入力面部材２０２に及ぼす押圧力を補正する。
【００３５】
図４は、指（またはスタイラス１５０）によりセンシングヘッド部２００の入力面部材２０２が押された場合に、静電容量検出部３０４と抵抗値検出部３０８で出力が得られる様子を模式的に示す図である。図４に示すように、静電容量検出部３０４では、押圧力が微小値であっても、静電容量の変化を検出することができる。一方、抵抗値検出部３０８では、導電層２０８と導電層２１０が接触するまでは抵抗値の変化が検出されないため、押圧力が所定値（２０ｇｆ程度）に達するまでの間は、検出を行うことができない。
【００３６】
本実施形態では、図４に示す特性を考慮して、静電演算部３０６による演算結果からセンシングヘッド部２００における指の位置、指の接近状態を算出し、抵抗値演算部３１０による演算結果から指による押圧力を算出する。これにより、押圧力が非常に小さい場合、または、指が入力面部材２０２に接触しておらず、指が入力面部材２０２に接近する過程においても、静電容量に基づいて指の位置を高精度に検出することができる。また、抵抗値演算部３１０による演算結果から押圧力を算出することにより、導電層２０８と導電層２１０が接触した後においては、導電層２０８と導電層２１０との接点数、導電層２０８と導電層２１０との接触抵抗とから、押圧力を高精度に検出することができる。スイッチ部３０２では、センシングヘッド部２００の出力を周期的に切り換えて静電容量検出部３０４及び抵抗値検出部３０８へ送る。
【００３７】
［４．本実施形態に係る情報処理装置の動作］
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本実施形態に係る情報処理装置１００の動作を示す模式図である。以下では、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、ユーザの指が入力面部材２０２に次第に近づいていく際に、それぞれの位置に分けて説明する。この際、スイッチ部３０２により、静電容量検出部３０４と抵抗値検出部３０８は、逐次センシングヘッド部２００への接続が切り替えられている。
【００３８】
図５（Ａ）は、指が入力面部材２０２に接近している場合を示している。また、図６は、指が入力面部材２０２に接近した場合に、導電層２０８と指との間にコンデンサ２２０が生じる様子を示している。図６に示すように、隣接する導電層２０８間には静電容量が存在し、コンデンサ２１０が形成されている。指が入力面部材２０２に接近すると、隣接する導電層２０８間の静電容量は、指との間に生じるコンデンサ２２０が追加されたことで変化する。基材２０４の導電層２１０においても同様に、導電層２１０と指との間にコンデンサが生じることで、隣接する導電層２１０間の静電容量が変化する。静電容量検出部３０４では、それぞれの導電層２０８，２１０でこの静電容量の変化を検出する。そして、静電演算部３０６では、静電容量の変化を演算処理することで、指の２次元位置（Ｘ，Ｙ）を計算する。具体的には、隣接する導電層２０８間の静電容量を求め、指が存在しない場合の静電容量の理論値に対して変化が生じている場合は、変化が生じている導電層２０８間に指が位置しているものと判定できる。隣接する導電層２１０間についても同様の計算を行い、最終的に指の２次元位置を計算する。
【００３９】
また、追加されたコンデンサ２２０の容量は、指と入力面部材２０２の距離によっても変化するので、指（またはスタイラス１５０）の２次元位置（Ｘ，Ｙ）位置を特定した後で、静電演算部３０６では、このコンデンサ２２０の容量の絶対値から指が入力面部材２０２に対してどの程度接近しているかを表すデータを得ることができる。なお、隣接する導電層２０８間の静電容量を検出しているが、入力面部材２０２と基材２０４に形成されている直交した導電層２１０間においても同じ原理で、指の（Ｘ，Ｙ）
位置と入力面部材２０２に対する近接の程度を検知することが可能である。
【００４０】
図５（Ｂ） は、指が入力面部材２０２上に接している場合を示している。この場合は、未だ入力面部材２０２の形状変化は起きておらず、入力面部材２０２と基材２０４間には、スペーサ２０６によるスペース（空間）が存在している。指が入力面部材２０２に接することで、図５（Ａ）で見られた静電容量は急激に大きくなるが、同じ原理で２次元位置（Ｘ，Ｙ）を得ることができる。
【００４１】
なお、図５（Ｂ）に示す状態までは、入力面部材２０２と基材２０４の間には空隙があるため、抵抗値検出部３０８で検出される抵抗値は無限大（∞）である。
【００４２】
図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の状態から更に入力面部材２０２が指（またはスタイラス１５０）によって押された状態を示している。図５（Ｃ）に示す状態では、指の押圧により入力面部材２０２が変形し、その一部が基材２０４に接し、それぞれの内面に形成されている導電層２０８，２１０が電気的に接続される。
【００４３】
［５．押圧力の検出について］
図７は、複数の導電層２０８のうちの１つの導電層２０８（Ｙｃ）と、複数の導電層２１０のうちの１つの導電層２１０（Ｘｃ）とが接点ＣＰで接した状態を示す模式図である。この際、図７に示すように、先ず入力面部材２０２の全ての導電層２０８（Ｙ１〜Ｙｎ）の両端に一定の電圧が印加されており、上述の接点ＣＰにおける電圧をＶｃとする。また、導電層２１０の、接点ＣＰから左端部までの長さをＸＬ、右端部までの長さをＸＲし、上記左端部と右端部に流れる電流をそれぞれ、iＬ、iＲとする。ここで、導電層２１０の単位長さ当たりの抵抗値（抵抗率）をｒとすると、ＸＬ，ＸＲにおける抵抗値はそれぞれ ｒＸＬ，ｒＸＲとなるので、上記iＬ，iＲはそれぞれ、
iＬ＝Ｖｃ/ｒＸＬ
iＲ＝Ｖｃ/ｒＸＲ
と表すことが出来るので、以下の関係が導かれる。
iＬ/iＲ＝ＸＲ/ＸＬ
即ち、iＬとiＲの値の比を求めれば、ＸＲとＸＬの比も求まる。ＸＲ+ＸＬ（＝導電層２１０の長さ）は、特性データ収納部３１６に収納されているので、接点ＣＰのＸ座標を算出することが出来る。
抵抗値検出部３０８により、上記電流値 ｉＬ と電流値ｉＲ が読み取られ、上記の関係を用いて抵抗値演算部３１０にて接点ＣＰのＸ座標が算出される。Ｙ座標の算出は、これと反対に、基材２０４の導電層２１０（Ｘ１〜Ｘｎ）に一定電圧を印加して、接点ＣＰを通して入力面部材２０２側に流れる電流を読み取ることにより行なわれる。
【００４４】
さらに指が入力面部材２０２を押すと、図５（Ｄ）に示すように、入力面部材２０２は大きく変形し、入力面部材２０２の導電層２０８と基材２０４の導電層２１０は複数の接点を持つようになる。接点の数は、指による押圧力が大きくなるほど増加するため、接点の数を検出することにより、接点の数（整数）に応じた、大まかな押圧力を得ることができる。接点数は、各導電層２０８に個別に電圧を印加し、各導電層２１０の電位を個別に検出することにより、検出することができる。また、押圧力が変化すると、接点の数だけでなく、個々の接点における入力面部材２０２の導電層２０８と基材２０４の導電層２１０間の接触抵抗も変化する。従って、接点の数と導電層２０８，２１０間の接触抵抗とから詳細な押圧力を求め、接点数から求まる大まかな押圧力を補うことが可能である。
【００４５】
接触抵抗の値は以下の様に求めることができる。特性データ収納部３１６に収納されている、導電層２０８，２１０の、抵抗率や形状のデータと、上記のように算出される２次元位置（Ｘ，Ｙ）から、導電層２０８，２１０間の接触抵抗がない場合の各２次元位置における位置に応じた理論抵抗値を算出する。例えば図７において、導電層２０８の両端に印加されている電圧Ｅによる電流が、矢印Ｉに示すように、導電層２０８の下端部から接点ＣＰを通り、導電層２１０の左端部に流れる場合を想定する。導電層２１０、２０８の抵抗値は特性データ収納部３１６に収納されているそれぞれの導電層の抵抗率と、先に求められているそれぞれの経路の長さ（接点のＸ，Ｙ座標）から、この電流経路上の理論抵抗値Ｒが計算される。
実際上は、接点ＣＰにおける押圧の大きさにより、接触抵抗値Ｒｃが発生するため、それをも考慮した場合の抵抗値の合計値は、（Ｒ+Ｒｃ）となる。
抵抗検出部３０８によって導電層２１０左端部の電流値iＬは、上記接触抵抗値Ｒｃをも含んだ値として検出されるので、
iＬ＝Ｅ/（Ｒ+Ｒｃ）である。
ここで、Ｒ，Ｅ，iＬの各値は既知であるので、接触抵抗値Ｒｃが算出される。
【００４６】
図８は、特性データ収納部３１６に記憶されている、押圧力ｆと接触抵抗Ｒの関係を示す特性図である。
指が押圧を増していき、図５（Ｃ）の状態になったとき、入力面部材２０２に設けられた導電層２０８が、初めて基材２０４に設けられた導電層２１０に接する。この状態が図８における「接合開始点」であり、接触抵抗の値としては最も大きなＲｃ０となる。押圧力を増加させていくと抵抗値Ｒは減少していくが、やがて減少は飽和する。その際の抵抗値がＲｃｓで、実際の値としてはゼロに近い。
ここに示すｆ-Ｒｃ特性図は、導電層２０８と導電層２１０の、ある１つの接点について、実測によって得られたものであるが、互いに接する導電層の材料や幅の値が同じであれば、全ての接点について同一の関係を適用することができる。またもちろん、全ての接点に関しての特性データを実測し、特性データ収納部３１６に収納しておいても良い。
【００４７】
図９は、接点数から求まる押圧力を接触抵抗から求まる押圧力で補間する処理を示す模式図である。上述したように、導電層２０８と導電層２１０の接点数から、ユーザの指による大まかな押圧力が求められる。図９に示す実線の特性は、接点数から求まる押圧力を示している。接点数が１の場合、押圧力がＦ1からＦ２までの値であることが示されている。同様に、接点数が２の場合は押圧力がＦ２からＦ３までの値であることが示され、接点数が３の場合は押圧力がＦ３からＦ４までの値であることが示されている。このように、接点数から求まる押圧力は比較的大まかな値として検出され、階段状に遷移する。接点数から求まる階段状の押圧力を補間するため、図８の特性を用いることが出来る。例えば接点数が１のとき、当該接点が初めて接合を開始する時、（図８における「接合開始点」）押圧力ｆはＦ１であるが、押圧力を増して行くと共に、接触抵抗値は図８の特性のように減少していき、やがてゼロに近いところで飽和する。この際の押圧力は図９に示したＦ1s である。この間の押圧力の推移は、特性データ収納部に収納されている図８のようなｆ−Ｒｃ特性と、先に示したように算出可能な接触抵抗値Ｒｃによって決定することが可能である。接点数が２、３、４、と増加した場合も、同様に、接点数から検出される階段状の押圧力の間が補間され、より精細な押圧力の測定が可能となる。
【００４８】
以上説明したように本実施形態によれば、ユーザーの指が入力面部材２０２に接近し、やがて入力面部材２０２を押圧する際に、入力面部材２０２上の指の２次元位置を静電容量の演算から求めることができる。この際、指が入力面部材２０２に接触している場合のみならず、指が入力面部材２０２の上空にある時の近接の程度をも静電容量から検出することができる。更に、導電層２０８と導電層２１０との接触状態から、指が入力面を押す際の押圧力を求めることができる。従って、指の位置検出と、押圧力の検出とを、導電層２０８，２１０を備える１つのシステムで実現することができる。
【００４９】
そして、本実施形態では、センシングヘッド部２００と、コントロールユニット３００及びＣＰＵ４００からなる構成により、既存のタッチパネルのように２次元のＸＹ位置を検知することに加え、ユーザやスタイラス１５０の入力面部材２０２に対する接近と、押圧力を検出してＣＰＵ４００に送ることができる。従って、位置検出と押圧力検出をそれぞれ行う別デバイスを組み合わせて同様な機能を実現する場合に比較して、センシングヘッド部２００の機構（メカ）設計が容易になり、また情報処理装置１００の筐体自体には高度な精度が必要ないため、量産に適し、かつ筐体のコスト削減が可能となる。また、使用するデバイスの数も減るので、デバイス自体の総コストや管理コストの削減が可能となる。
【００５０】
更に、センシングヘッド部２００は、静電容量式タッチパネルと、抵抗膜式タッチパネルの双方の特徴を有しているので、指と（専用でない）スタイラスの両方に対応した検出が可能である。また、静電容量式のため、２次元位置を読み込む際には押圧力は実質的に０ｇｆで済み、かつ１本の指又はスタイラスのみならず複数を同時に検出可能である。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５２】
１００ 情報処理装置
２０２ 入力面部材
２０４ 基材
２０８，２１０ 導電層
３０２ スイッチ部
３０４ 静電容量検出部
３０８ 抵抗値検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の導電層が島状に形成され、ユーザによる押圧操作を受けた際に弾性変形可能な入力面部材と、
前記入力面部材と対向して配置され、前記入力面部材が変形した際に前記第１の導電層と接触する島状の第２の導電層が形成された基材と、
前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出する静電容量検出部と、
前記入力面部材の変形により前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層と、前記静電容量検出部又は前記抵抗値検出部との電気接続を制御するスイッチ部と、
を備える、電子機器。
【請求項２】
前記第１の導電層と前記第２の導電層は共にストライプ状に形成され、互いに直交する方向に延在する、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
情報を表示する表示画面を備え、
前記入力面部材及び前記基材は、透明な材質から構成され、前記表示画面上に設けられる、請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記静電容量の変化に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上での２次元位置、又は、前記入力面部材に対する前記ユーザによる操作が接近する程度を演算する静電演算部を備える、請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記抵抗値に基づいて、少なくとも前記入力面部材に加えられる押圧力を演算する抵抗値演算部を備える、請求項１に記載の電子機器。
【請求項６】
前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数に基づいて、前記入力面部材に加えられる押圧力を演算する、請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記抵抗値演算部は、前記抵抗値に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上の２次元位置を演算する、請求項５に記載の電子機器。
【請求項８】
前記ユーザの操作による前記入力面部材上の２次元位置に基づいて、当該２次元位置における前記第１の導電層及び前記第２の導電層の理論抵抗値を計算する抵抗値逆算部を備え、
前記抵抗値演算部は、前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数を求め、
前記理論抵抗値と検出された前記抵抗値とを比較して前記接点数から求まる押圧力を補正する補正部を備える、請求項５に記載の電子機器。
【請求項９】
複数の第１の導電層がストライプ状に形成された入力面部材と、前記入力面部材と対向し、前記第１の導電層と直交する第２の導電層がストライプ状に形成された基材とを備えるタッチセンサにおいて、前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出するステップと、
ユーザの押圧操作により前記入力面部材が変形して前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出するステップと、
を備える、操作検出方法。
【請求項１】
複数の第１の導電層が島状に形成され、ユーザによる押圧操作を受けた際に弾性変形可能な入力面部材と、
前記入力面部材と対向して配置され、前記入力面部材が変形した際に前記第１の導電層と接触する島状の第２の導電層が形成された基材と、
前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出する静電容量検出部と、
前記入力面部材の変形により前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層と、前記静電容量検出部又は前記抵抗値検出部との電気接続を制御するスイッチ部と、
を備える、電子機器。
【請求項２】
前記第１の導電層と前記第２の導電層は共にストライプ状に形成され、互いに直交する方向に延在する、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
情報を表示する表示画面を備え、
前記入力面部材及び前記基材は、透明な材質から構成され、前記表示画面上に設けられる、請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記静電容量の変化に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上での２次元位置、又は、前記入力面部材に対する前記ユーザによる操作が接近する程度を演算する静電演算部を備える、請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記抵抗値に基づいて、少なくとも前記入力面部材に加えられる押圧力を演算する抵抗値演算部を備える、請求項１に記載の電子機器。
【請求項６】
前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数に基づいて、前記入力面部材に加えられる押圧力を演算する、請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記抵抗値演算部は、前記抵抗値に基づいて、前記ユーザによる押圧操作の前記入力面部材上の２次元位置を演算する、請求項５に記載の電子機器。
【請求項８】
前記ユーザの操作による前記入力面部材上の２次元位置に基づいて、当該２次元位置における前記第１の導電層及び前記第２の導電層の理論抵抗値を計算する抵抗値逆算部を備え、
前記抵抗値演算部は、前記ユーザの押圧操作により前記第１の導電層と第２の導電層が接触した際の接点数を求め、
前記理論抵抗値と検出された前記抵抗値とを比較して前記接点数から求まる押圧力を補正する補正部を備える、請求項５に記載の電子機器。
【請求項９】
複数の第１の導電層がストライプ状に形成された入力面部材と、前記入力面部材と対向し、前記第１の導電層と直交する第２の導電層がストライプ状に形成された基材とを備えるタッチセンサにおいて、前記複数の第１の導電層間、及び前記複数の第２の導電層間の静電容量を検出するステップと、
ユーザの押圧操作により前記入力面部材が変形して前記第１の導電層と前記第２の導電層が接触した際に、前記第１の導電層と前記第２の導電層間の抵抗値を検出するステップと、
を備える、操作検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２１６７７（Ｐ２０１１−２２１６７７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８８２８３（Ｐ２０１０−８８２８３）
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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