触摸式操作输入装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够准确地检测操作者按压的按压力的触摸式操作输入装置。触摸式操作输入装置(1)具备：具有压电传感器(10P)以及触摸传感器(10D)的触摸面板(10)和按压力检测部(3)。按压力检测部(3)直到获得基于触摸传感器(10D)的位置检测信号为止，以与压电传感器(10P)的输出电压(Vp)一致的方式使按压力检测用的基准电压(Vref)追随压电传感器(10P)的输出电压(Vp)。按压力检测部(3)若获得基于触摸传感器(10D)的位置检测信号，则固定基准电压(Vref)。按压力检测部(3)根据固定的基准电压(Vref)与输出电压(Vp)之差来计算按压力检测电压(Vout)，并检测按压力(P)。
【专利说明】触摸式操作输入装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及对利用手指等进行了操作输入的位置和该操作时的压入量进行检测的触摸式操作输入装置。
【背景技术】
[0002]以往，提出了各种通过操作者用手指等触摸平面状的操作面来同时对该触摸位置和触摸时的压入量进行检测的触摸式操作输入装置。
[0003]例如，专利文献I中记载了一种使平板状的压敏传感器和检测触摸位置的触摸面板紧贴并重叠的结构的触摸式操作输入装置。在该触摸输入装置中，触摸位置是由触摸面板检测的。压入量是由与触摸面板分体形成且与该触摸面板重叠的压敏传感器检测的。
[0004]在这样的触摸式操作输入装置中，将压电元件用于压敏传感器的情况下，为了检测压入量，需要向压电元件施加规定偏压的基准电压，或以运算放大器等放大电路来放大对压电兀件的输出电压。
[0005]专利文献1:日本特开平5 - 61592号公报
[0006]然而，如上所述，若向压电元件施加规定偏压或以放大电路放大输出电压，则由于来自外部的噪声等所引发的外部干扰，会导致基准电压变得不稳定。
[0007]因此，在操作者实际按压了触摸面板的情况下，并不一定得到与真正的按压力对应的输出电压。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的在于提供一种不受到由外部干扰引发的基准电压的不稳定程度的影响地，能够准确地检测操作者按压的按压力的触摸式操作输入装置。
[0009]本发明涉及触摸式操作输入装置，该触摸式操作输入装置具备:压电传感器，其产生与按压力对应的输出电压；触摸传感器，其检测操作输入；以及按压力检测部，其基于压电传感器的输出电压来检测按压力，上述触摸式操作输入装置具有下述的特征。在未获得基于来自触摸传感器的输出信号而表示进行过一定的操作输入的检测结果时，该按压力检测部使按压力检测用的基准电压与压电传感器的上述输出电压一致。在获得基于来自触摸传感器的输出信号而表示进行过一定的操作输入的检测结果时，按压力检测部固定基准电压，并根据输出电压与固定的基准电压的电压之差，来检测按压力。
[0010]在该构成中，对于触摸式操作输入装置的规定位置，在被施加了一定的按压力的时刻固定基准电压，并检测按压力。由此，在抑制了由外部干扰引发的基准电压的不稳定程度的状态下，进行按压力的检测。
[0011]另外，在本发明的触摸式操作输入装置中，优选地，按压力检测部在来自触摸传感器的表示按压位置的输出信号在规定时间以上相同时，判断为获得了表示进行过一定的操作输入的检测结果。
[0012]在该构成中，在误碰到触摸面的情况下，或者在一边使触摸面上的操作位置移动一边碰到了触摸面的情况下，不进行按压力的检测。由此，能够仅在需要按压力的检测时才检测按压力。
[0013]另外，在本发明的触摸式操作输入装置中，优选为下述的构成。按压力检测部在未检测出来自触摸传感器的表示按压位置的输出信号时，停止按压力检测。在检测出来自触摸传感器的表示按压位置的输出信号时，按压力检测部开始按压力检测。
[0014]在该构成中，在未进行操作输入的期间，按压力检测部成为休眠模式，若进行操作输入，则按压力检测部起动。由此，能够使触摸式操作输入装置节电化。
[0015]另外，在本发明的触摸式操作输入装置中，按压力检测部能够根据来自触摸传感器的表示按压位置的输出信号所表示的触摸面上的位置，来修正根据输出电压检测的按压力。
[0016]在该构成中，能够修正由对于按压力的压电传感器的歪曲量根据触摸面的位置而不同所引发的按压力检测值的误差。
[0017]另外，在本发明的触摸式操作输入装置中，优选地，按压力检测部基于表示按压位置的输出信号表示的触摸面上的位置与触摸面的中心之间的距离，进行越远离中心，则越提高相对于按压力的灵敏度的修正。
[0018]在该构成中，不管触摸面上的触摸位置，均能够更准确地检测按压力。
[0019]另外，优选地，本发明的触摸式操作输入装置为如下所述的构成。压电传感器与触摸传感器具备:平膜状的压电薄膜，其具有相互对置的第一主面与第二主面；静电电容检测用电极，其形成在该压电薄膜的至少第一主面或者第二主面；以及压电电压检测用电极，其形成在压电薄膜的第一主面以及第二主面。
[0020]在该构成中，压电传感器与触摸传感器能够由I张压电薄膜和形成在该压电薄膜的电极形成。由此，能够将压电传感器与触摸传感器一体化，从而能够实现轻薄化。
[0021 ] 另外，在本发明的触摸式操作输入装置中，优选地，压电薄膜由至少向一轴向进行了延伸处理的聚乳酸构成。
[0022]在该构成中，示出了适于上述压电薄膜的材料例子。由于通过延伸提高了相对于规定方向的分子取向度的聚乳酸的压电常量较高，所以若压电薄膜中使用聚乳酸，则基于触摸的压入量的检测灵敏度提高，触摸所导致的静电电容的变化的检测灵敏度也提高。
[0023]并且，由于聚乳酸的内部雾度值极小、总光线透过率较高，所以还能够实现透光性高的触摸式操作输入装置。另外，由于聚乳酸不具有焦电性，所以即使以手指等来碰到了触摸表面时有体温传递，也不会给压入量(按压力)的检测带来影响。因此，在使用了聚乳酸作为压电薄膜的情况下，与使用了 PVDF等具有焦电性的压电薄膜的情况相比，不需要进行基于体温的修正。或者，不需要设置如不会向压电薄膜传递体温等复杂的机构。
[0024]根据本发明，能够准确地检测操作者按压的按压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明的触摸式操作输入装置I的框图。
[0026]图2是表示第一实施方式所涉及的按压力检测部3的处理流程的流程图。
[0027]图3是表示第一实施方式所涉及的进行了基于按压力检测部3的处理的情况下的各电压的变化的图。[0028]图4是表示按压力检测部3的操作输入检测流程的流程图。
[0029]图5是本发明的触摸面板10的俯视图以及多个剖面图。
[0030]图6是本发明的触摸面板10的第一主面100ST的俯视图。
[0031]图7是本发明的触摸面板10的第二主面100SB的俯视图。
[0032]图8是用于说明本发明的触摸面板10的压入量检测功能的图。
[0033]图9是本发明的触摸面板10的压入量的输出电压的波形图，以及表示输出电压与压入量之间的关系的图表。
[0034]图10是表示第二实施方式所涉及的按压力检测部3的处理流程的流程图。
[0035]图11是用于说明在第三实施方式所涉及的按压力检测部3执行的按压力修正处理的概念的图。
【具体实施方式】
[0036]参照附图，对本发明的第一实施方式所涉及的触摸式操作输入装置I进行说明。图1是本发明的触摸式操作输入装置I的框图。
[0037]触摸式操作输入装置I具备触摸面板10、压电传感器用驱动电压施加部2A、触摸传感器用驱动电压施加部2B、按压力检测部3。
[0038]对于触摸面板10，压电传感器IOP和触摸传感器IOD使用I张压电薄膜100形成为一体。压电传感器用驱动电压施加部2A对压电传感器IOP施加规定的驱动电压。根据该驱动电压，决定压电传感器IOP的基准电压。触摸传感器用驱动电压施加部2B对触摸传感器IOD施加规定的检测用电压。
[0039]关于压电传感器10P，优选的详细的结构会后述，其具备在由聚乳酸(PLA)构成的压电薄膜100的第一主面形成的压电电压检测用电极和在第二主面形成的压电电压检测用电极。若对触摸面板10施加按压力，由于触摸面板10的微少的弯曲而使压电薄膜100伸长(或压缩)，则压电传感器IOP在第一主面的压电电压检测用电极与第二主面的压电电压检测用电极之间产生并输出与位移量对应的输出电压。
[0040]关于触摸传感器10D，对于其优选的详细的结构也会后述，其具备在由聚乳酸(PLA)构成的压电薄膜100的第一主面形成的静电电容检测用电极和在第二主面形成的静电电容检测用电极。触摸传感器IOD检测在操作者用手指触摸了保护层30的规定位置时产生的在第一主面与第二主面分别形成的静电电容检测用电极间的电流变化，并输出位置检测信号。
[0041]按压力检测部3基于来自压电传感器IOP的输出电压与来自触摸传感器IOD的位置检测信号，来检测对触摸面板10的按压力P。此外，虽未图示，但是触摸式操作输入装置I还具备基于来自触摸传感器IOD的位置检测信号，来检测触摸位置的功能部。
[0042]接下来，对按压力检测部3的更加具体的处理进行说明。图2是表示按压力检测部3的处理流程的流程图。图3是表示进行了基于按压力检测部3的处理的情况下的各电压的变化的图。
[0043]按压力检测部3通过监视来自触摸传感器IOD的位置检测信号，来检测基于触摸传感器IOD的操作输入的有无(SlOl)。按压力检测部3若不能取得位置检测信号，判断为无操作输入(S102:否)，则如图3的期间Ta所示那样，使按压力检测用的基准电压Vref追随压电传感器IOP的输出电压Vp (S103)。换言之，按压力检测部3总是使基准电压Vref变动，以使基准电压Vref与被输入的压电传感器IOP的输出电压Vp —致。
[0044]按压力检测部3若取得位置检测信号，判断为有操作输入(S102:是)，则如图3的期间Tb所示那样，固定按压力检测用的基准电压Vref (S104)。此时，按压力检测部3使基准电压Vref与在判断为有操作输入的时刻的输出电压Vp —致并将其固定。或者，按压力检测部3使基准电压Vref与在判断为有操作输入的时刻紧前所取得的输出电压Vp —致并将其固定。
[0045]按压力检测部3若固定基准电压Vref，则取得压电传感器IOP的输出电压Vp。按压力检测部3从输出电压Vp减去基准电压Vref，来计算按压力检测电压Vout。按压力检测部3使用预先存储的按压力检测电压Vout与按压力P之间的关系表或关系式，根据计算出的按压力检测电压Vout来计算按压力P (S105)。
[0046]其中，如图3的期间Tc所示那样，若操作输入被解除，按压力检测部3不能取得位置检测信号，判断为无操作输入，则按压力检测部3再次使基准电压Vref追随压电传感器IOP的输出电压Vp。
[0047]通过进行这样的处理，如图3的期间Ta所示那样，触摸面板10未被操作时，基准电压Vref根据外部环境的变化而进行适应。然后，如图3的期间Tb所示那样，触摸面板10被操作时，基准电压Vref被固定,从而能够根据与输出电压Vp的差来检测按压力P。
[0048]由此，能够抑制因受到外部干扰的影响而使基准电压Vref产生偏差所引发的按压力检测电压Vout的误差分量。因此，能够高精度地检测按压力检测电压Vout，并能够高精度地检测按压力P。
[0049]其中，此时，例如通过使用将在压电传感器IOP的后段连接的运算放大器的输入阻抗保持得非常高的结构、在压电传感器IOP并联电容器的结构，从而能够延长与按压力P对应的输出电压Vp的保持时间，容易计算按压力检测电压Vout。
[0050]另外，在对触摸面板10进行操作输入时，有时还存在不施加某程度的按压力，而仅仅是触及了触摸面的情况。例如，想要使鼠标的指示器移动那样的状况属于该情况。在这样的情况下，与检测出触及了触摸面这一情况而固定基准电压Vref相比，有时更优选在触及触摸面的情况下使基准电压Vref追随输出电压Vp。该情况下，例如，基于以下的图4所示的流程来进行操作输入的有无的判断处理即可。图4是表示按压力检测部3的操作输入检测流程的流程图。
[0051]按压力检测部3通过监视来自触摸传感器IOD的位置检测信号，来检测基于触摸传感器IOD的操作输入的有无。按压力检测部3若不能检测出位置检测信号(S111:否)，则继续进行位置检测信号的监视。若按压力检测部3检测出位置检测信号(S111:是)，则根据该位置检测信号来检测触摸传感器IOD上的触摸面中的按压位置。
[0052]按压力检测部3继续进行该处理，若能够在预先设定的规定时间以上检测出相同的按压位置(S112:是)，则产生按压力检测用的操作触发(S113)。若获得按压力检测用的操作触发，按压力检测部3则根据图2所示的流程，来检测按压力P。按压力检测部3若检测出相同的按压位置的持续时间不足上述预先设定的规定时间(S112:否)，则继续进行位置检测信号的监视。其中，上述“相同的按压位置”是指，位置检测坐标在规定的范围内。
[0053]通过执行这样的处理，在触及了触摸面的情况下，为了使基准电压Vref追随按压力检测电压Vout，而不检测按压力。因此，仅在操作者有意按压了触摸面时才固定基准电压Vref，能够高精度地检测按压力检测电压Vout。此外，若执行这样的处理，则在无意(错误地)按压了触摸面的情况下，也不会固定基准电压Vref。
[0054]此外，在按压力检测部3中，在未获得按压力检测用的操作触发的情况下，还能够进行不进行按压力的检测这一的动作的软件性的处理。
[0055]接下来，参照图5至图9，对更加优选适用于上述的触摸式操作输入装置I的触摸面板10的构成进行说明。
[0056]图5是本发明的第一实施方式所涉及的触摸面板10的俯视图和该俯视图中的A — A’剖面图、B— B’剖面图、C— C’剖面图、D— D’剖面图。图6是本发明的第一实施方式所涉及的触摸面板10的第一主面100ST的俯视图。图7是本发明的第一实施方式所涉及的触摸面板10的第二主面100SB的俯视图。其中，图6、图7是从第一主面100ST侧观察第一主面100ST、第二主面100SB的图。其中，图5、图6、图7的电极图案是一个例子，第一线状电极、第二线状电极、第三线状电极以及第四线状电极的配设数量并不限于此，而是根据触摸面板的规格，适当地决定它们的数量。
[0057]触摸面板10具备压电薄膜100、保护层30和40、以后述的图案形成的压电检测用电极以及静电电容检测用电极。
[0058]压电薄膜100由具备相互对置的第一主面100ST和第二主面100SB的矩形形状的平膜构成。压电薄膜100由单轴延伸的聚乳酸(PLA)形成。
[0059]PLA是手性高分子，主链具有螺旋结构。PLA是单轴延伸，若分子进行取向，则具有压电性。单轴延伸的PLA的压电常量在高分子中属于非常高的类型。
[0060]其中，延伸倍率优选为3?8倍左右。通过在延伸后实施热处理，PLA的伸展链结晶的结晶化被促进，压电常量提高。其中，在进行了双轴延伸的情况下，能够通过使各个轴的延伸倍率不同，来得到与单轴延伸同样的效果。例如将某方向设为X轴并沿该方向实施了 8倍延伸、沿与该轴正交的Y轴方向实施了 2倍延伸的情况下，关于压电常量，得到与沿X轴方向实施了 4倍的单轴延伸的情况几乎等同的效果。由于单纯地单轴延伸了的薄膜容易沿延伸轴向裂开，所以能够通过进行如上所述的双轴延伸来增加一些强度。
[0061]另外，PLA通过基于延伸等的分子的取向处理而产生压电性，从而不需要如PVDF等其他聚合物、压电陶瓷那样进行加压处理。即，不属于强电介质的PLA的压电性不是如PVDF、PZT等强电介质那样由于离子的极化来显现，而是来源于分子的特征性结构即螺旋结构。因此,PLA不产生在其他的强介电性的压电体中产生的焦电性。而且，PVDF等随时间的经过而显现压电常量的变动，有时存在压电常量根据情况而显著降低的情况，但是PLA的压电常量随时间的经过也极其稳定。此外，聚乳酸(PLA)包括L型聚乳酸(PLLA)和D型聚乳酸O3DLA)，从制造成本等方面考虑时，优选使用PLLA。
[0062]另外，PLLA的比介电常数非常低，约为2.5，所以若将d设为压电常量、将ε τ设为介电常数，则压电输出常量(=压电g常量，g = d/eT)成为较大的值。
[0063]在此，根据上述的式，介电常数ε 33T = 13X ε C1、压电常量d31 = 25pC/N的PVDF的压电g常量为g31 = 0.2172Vm/N。另一方面，若将压电常量d14 = 10pC/N的PLLA的压电g常量换算成g31来求出，则d14 = 2Xd31,所以成为d31 = 5pC/N，压电g常量为g31 = 0.2258Vm/N。因此，能够以压电常量d14 = 10pC/N的PLLA充分地得到与PVDF同样的压入量的检测灵敏度。并且，本申请的发明人通过实验得到了 d14= 15?20pC/N的PLLA，通过使用该PLLA，能够以更常高的灵敏度检测压入量。
[0064]在由具有这样的特性的PLLA构成的压电薄膜100的第一主面100ST，以如图5、图6所示那样的图案形成成为静电电容检测用电极的多个第一线状电极11A、11B、11C、11D、11E、11F和成为按压力检测用电极的第三线状电极13A、13B、13C、13D、13E、13F、13G、13H、131、13J、13K、13L。这些多个第一线状电极IlA?IlF和线状电极13A?13L优选使用ITO、ZnO、银纳米线、以聚噻吩(polythiophene)作为主成分的有机电极和以聚苯胺(polyaniline)作为主成分的有机电极中的任意一个。通过使用这些材料，能够形成透光性高的电极图案。另外，在不需要透明性的情况下，还能够使用由银糊形成的电极或通过蒸镀、溅射或者镀覆等形成的金属系的电极。
[0065]多个第一线状电极IIA?IIF形成为相同的形状。具体地，例如，第一线状电极IIA具备多个宽度广部111、多个宽度窄部112和一对端部用的宽度广部113。各宽度广部111形成为正方形。宽度窄部112形成为长度比宽度长的矩形形状。端部用的宽度广部113大致形成为等腰三角形。多个宽度广部111和多个宽度窄部112以沿第一线状电极IlA的延伸方向交替地排列的方式连接。此时，各宽度广部111以正方形的对角线与相对于宽度窄部112的连接方向平行的方式与宽度窄部112连接。而且，各宽度广部111在形成该对角线的一对顶角处与宽度窄部112连接。
[0066]在第一线状电极IlA的延伸方向的两端具备端部用的宽度广部113。由多个宽度广部111与多个宽度窄部112构成的连续的电极图案的两端通过宽度窄部112连接于端部用的宽度广部113。此时，端部用的宽度广部113在等腰三角形的顶角处与宽度窄部112连接。
[0067]多个第一线状电极IlA?IlF形成为沿压电薄膜100的第一主面100ST的第一方向延伸。多个第一线状电极IlA?IlF沿第一主面100ST的与上述第一方向正交的第二方向隔开规定间隔而形成。此时，多个第一线状电极IlA?IlF形成为各个宽度广部111位于沿第一方向的相同的位置，换言之，各个宽度广部111沿第二方向排列。
[0068]在此，第一方向和第二方向被设定为与压电薄膜100的单轴延伸方向900形成大致45°角度的方向。大致45°是指，例如包括45° ±10°左右的角度。这些角度是应当基于位移传感器的用途并按照弯曲的检测精度等整体设计而适当地决定的设计内容。
[0069]多个第三线状电极13A?13L是沿第一线状电极IlA?IlF的外径形状的形状，并且与该第一线状电极IlA?IlF隔开间隔地形成。
[0070]具体地，第三线状电极13A沿第一线状电极IlA的与第一线状电极IlB相反的一侧的外径形状，并且与该第一线状电极IlA隔开间隔地形成。
[0071]第三线状电极13B沿第一线状电极IlA的第一线状电极IlB侧的外径形状，与该第一线状电极IlA隔开间隔地形成。第三线状电极13C沿第一线状电极IlB的第一线状电极IlA侧的外径形状，与该第一线状电极IlB隔开间隔地形成。第三线状电极13B、13C在第一线状电极的宽度广部111以及端部的宽度广部113的角部附近相互连接。
[0072]第三线状电极13D沿第一线状电极IlB的第一线状电极IlC侧的外径形状，与该第一线状电极IlB隔开间隔地形成。第三线状电极13E沿第一线状电极IlC的第一线状电极IlB侧的外径形状，与该第一线状电极IlC隔开间隔地形成。第三线状电极13D、13E在第一线状电极的宽度广部111以及端部的宽度广部113的角部附近相互连接。
[0073]第三线状电极13F沿第一线状电极IlC的第一线状电极IlD侧的外径形状，与该第一线状电极IlC隔开间隔地形成。第三线状电极13G沿第一线状电极IlD的第一线状电极IlC侧的外径形状，与该第一线状电极IlD隔开间隔地形成。第三线状电极13F、13G在第一线状电极的宽度广部111以及端部的宽度广部113的角部附近相互连接。
[0074]第三线状电极13H沿第一线状电极IlD的第一线状电极IlE侧的外径形状，与该第一线状电极IlD隔开间隔地形成。第三线状电极131沿第一线状电极IlE的第一线状电极IlD侧的外径形状，与该第一线状电极IlE隔开间隔地形成。第三线状电极13H、13I在第一线状电极的宽度广部111以及端部的宽度广部113的角部附近相互连接。
[0075]第三线状电极13J沿第一线状电极IlE的第一线状电极IlF侧的外径形状，与该第一线状电极IlE隔开间隔地形成。第三线状电极13K沿第一线状电极IlF的第一线状电极IlE侧的外径形状，与该第一线状电极IlF隔开间隔地形成。第三线状电极13J、13K在第一线状电极的宽度广部111以及端部的宽度广部113的角部附近相互连接。
[0076]第三线状电极13L沿第一线状电极IlF的与第一线状电极IlE相反的一侧的外径形状，与该第一线状电极IlF隔开间隔地形成。
[0077]第三线状电极13A?13K通过引出电极(routing electrode) 14而汇集,并向外部电路连接。第一线状电极IlA?IlF分别独自地与引出电极12A?12F连接，并经由该引出电极12A?12F向外部电路连接。这些引出电极12A?12F、14形成在第一线状电极IlA?IIF和第三线状电极13A?13K的形成区域的外侦彳。而且，引出电极12A?12F形成在第一方向的一端，引出电极14形成在第一方向的另一端。
[0078]另外，在压电薄膜100的第二主面100SB，以如图1、图3所示那样的图案形成成为静电电容检测用电极的多个第二线状电极21A、21B、21C、21D、21E、21F和成为按压力检测用电极的第四线状电极 23A、23B、23C、23D、23E、23F、23G、23H、231、23J、23K、23L。这些多个第二线状电极21A?21F和线状电极23A?23L也优选使用ΙΤ0、Ζη0、银纳米线，以聚噻吩作为主成分的有机电极、以聚苯胺作为主成分的有机电极的任意一种。通过使用这些材料，能够形成透光性高的电极图案。其中，在不需要透明性的情况下，还能够使用由银糊形成的电极或通过蒸镀、溅射或者镀覆等形成的金属系的电极。
[0079]多个第二线状电极21Α?21F形成为相同的形状。具体的，例如，第二线状电极21Α具备多个宽度广部211、多个宽度窄部212和一对端部用的宽度广部213。各宽度广部211形成为正方形。宽度窄部212形成为长度比宽度长的矩形形状。端部用的宽度广部213大致形成为等腰三角形。多个宽度广部211和多个宽度窄部212以沿第二线状电极21Α的延伸方向交替地排列的方式连接。此时，各宽度广部211以正方形的对角线与相对于宽度窄部212的连接方向平行的方式与宽度窄部212连接。而且，各宽度广部211在形成该对角线的一对顶角处与宽度窄部212连接。
[0080]在第二线状电极21Α的延伸方向的两端具备端部用的宽度广部213。由多个宽度广部211和多个宽度窄部212构成的连续的电极图案的两端通过宽度窄部212连接在端部用的宽度广部213。此时，端部用的宽度广部213在等腰三角形的顶角与宽度窄部212连接。
[0081]多个第二线状电极21Α?21F形成为沿压电薄膜100的第二主面100SB的第二方向延伸。多个第二线状电极21A?21F沿第二主面IOOSB的与上述第二方向正交的第一方向隔开规定间隔地形成。此时，多个第二线状电极21A?21F形成为各个宽度广部211位于沿第二方向的相同的位置，换言之，各个宽度广部211沿第一方向排列。
[0082]另外，多个第二线状电极21A?21F形成为各个宽度广部221不经由压电薄膜100与第一线状电极IlA?IlF的宽度广部111对置。换言之，第二线状电极21A?21F形成为，从第一主面100ST侧观察，构成多个第二线状电极21A?21F的各宽度广部221与构成第一线状电极IlA?IlF的各宽度广部111不重叠。而且，若使用另一表述，则多个第一线状电极IlA?IlF以及多个第二线状电极21A?21F仅在宽度窄部112、212部分才经由压电薄膜100对置。
[0083]而且，第一线状电极IlA?IlF以及第二线状电极21A?21F形成为，从第一主面100ST侧观察，构成多个第二线状电极21A?21F的各宽度广部221与构成第一线状电极IlA?IlF的各宽度广部111之间存在规定的宽度的间隙。并且，该间隙的宽度以从第一主面100ST侧观察时，在上述的第一主面100ST形成的线状电极13A?13K被收纳在间隙内的方式被设定。
[0084]多个第四线状电极23A?23L是沿第二线状电极21A?21F的外径形状的形状，并且与该第二线状电极21A?21F隔开间距地形成。
[0085]具体地，第四线状电极23A沿第二线状电极21A的与第二线状电极21B相反的一侧的外径形状，与该第二线状电极21A隔开间距地形成。
[0086]第四线状电极23B沿第二线状电极21A的第二线状电极21B侧的外径形状，与第二线状电极21A隔开间距地形成。第四线状电极23C沿第二线状电极21B的第二线状电极21A侧的外径形状，与该第二线状电极21B隔开间距地形成。第四线状电极23B、23C在第二线状电极的宽度广部211以及端部的宽度广部213的角部附近相互连接。
[0087]第四线状电极23D沿第二线状电极21B的第二线状电极21C侧的外径形状，与该第二线状电极21B隔开间距地形成。第四线状电极23E沿第二线状电极21C的第二线状电极21B侧的外径形状，与该第二线状电极21C隔开间距地形成。第四线状电极23D、23E在第二线状电极的宽度广部211以及端部的宽度广部213的角部附近相互连接。
[0088]第四线状电极23F沿第二线状电极21C的第二线状电极21D侧的外径形状，与第二线状电极21C隔开间距地形成。第四线状电极23G沿第二线状电极21D的第二线状电极21C侧的外径形状，与该第二线状电极21D隔开间距地形成。第四线状电极23F、23G在第二线状电极的宽度广部211以及端部的宽度广部213的角部附近相互连接。
[0089]第四线状电极23H沿第二线状电极21D的第二线状电极21E侧的外径形状，与该第二线状电极21D隔开间距地形成。第四线状电极231沿第二线状电极21E的第二线状电极21D侧的外径形状，与该第二线状电极21E隔开间距地形成。第四线状电极23H、23I在第二线状电极的宽度广部211以及端部的宽度广部213的角部附近相互连接。
[0090]第四线状电极23J沿第二线状电极21E的第二线状电极21F侧的外径形状，与该第二线状电极21E隔开间距地形成。第四线状电极23K沿第二线状电极21F的第二线状电极21E侧的外径形状，与该第二线状电极21F隔开间距地形成。第四线状电极23J、23K在第二线状电极的宽度广部211以及端部的宽度广部213的角部附近相互连接。
[0091]第四线状电极23L沿第二线状电极2IF的与第二线状电极2IE相反的一侧的外径形状，与该第二线状电极21F隔开间距地形成。
[0092]并且，形成在第二主面100SB的第四线状电极23A?23L与形成在第一主面100ST的第三线状电极13A?13K形成为，在宽度广部211、213与宽度广部111、113之间产生的从第一主面100ST侧看到的间隙中，大致跨越全长，且经由压电薄膜100相互对置。
[0093]例如，如图5所示那样，第四线状电极23A在第二线状电极2IA的端部用的宽度广部213与第一线状电极IlA的端部用的宽度广部113之间，与第三线状电极13A对置。另夕卜，第四线状电极23A在第二线状电极21A的宽度广部211与第一线状电极IlAUlB的端部用的宽度广部113之间，分别与第三线状电极13B、13C对置。
[0094]此外，如图5所示那样，第四线状电极23A的其他部位也同样地与第三线状电极13D?13L对置，其他的第四线状电极23B?23L也分别与第三线状电极13A?13L对置。
[0095]第四线状电极23A?23K通引出电极24而被汇集，并向外部电路连接。第二线状电极21A?21F分别独自地与引出电极22A?22F连接，并经由该引出电极22A?22F向外部电路连接。这些引出电极22A?22F、24形成在第二线状电极21A?21F和第四线状电极23A?23K的形成区域的外侧。而且，引出电极22A?22F形成在第二方向的一端，弓丨出电极24形成在第二方向的另一端。
[0096]这样，由形成有第一线状电极IlA?11F、第三线状电极13A?13L、第二线状电极2IA?2IF以及第四线状电极23A?23L的压电薄膜100构成触摸面板I的触摸面板10。
[0097]在触摸面板10的压电薄膜100的第一主面100ST侧，以覆盖第一线状电极IIA?IlF以及第三线状电极13A?13L的电极图案形成区域的整个面的方式配设有保护层30。保护层30具有绝缘性，其由具有透光性的材料形成。此外，在不需要透光性的情况下，只要具有绝缘性，则对材料不进行特别限定。
[0098]在触摸面板10的压电薄膜100的第二主面100SB侧，以覆盖第二线状电极21A?21F以及第四线状电极23A?23L的电极图案形成区域的整个面的方式配设有保护层40。与保护层30同样地，保护层40也具有绝缘性，由具有透光性的材料形成。此外，保护层30、40可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，聚乙烯石脑油PEN，聚丙烯PP等，并且以不阻碍压电薄膜100的弯曲的形状(厚度等)形成即可。另外，在不需要透光性的情况下，只要具有绝缘性即可，则对材料不进行特别限定。
[0099]由如上所述的结构构成的触摸面板10以如下所述的方式检测触摸位置以及压入量。
[0100]首先，触摸位置是利用如下所述的原理检测的。其中，在本实施方式的构成中，使用所谓的、基于投影型且互电容方式的触摸位置的检测概念，并省略详细的检测概念的说明。因此，以下大致说明触摸位置的检测概念。
[0101]经由引出电极12A?12F对第一线状电极IIA?IIF施加驱动信号。第二线状电极2IA?2IF经由引出电极22A?22F与未图示的检测电路连接。
[0102]在这样的状态中，若操作者用手指触摸保护层30的规定位置，则该触摸位置处的电场的一部分被诱导至手指侧。由此，与不用手指进行触摸时相比，在触摸位置产生电流变化。因此，通过以检测电路检测这样的电流变化，从而生成与触摸位置对应的位置检测信号，由此能够检测利用手指进行的触摸。
[0103]在此，如上所述，由于第一线状电极IlA?IlF为沿第一方向延伸的形状且沿第二方向隔开规定间隔配设，第二线状电极21A?21F为沿第二方向延伸的形状且沿第一方向隔开规定间隔配设，因而第一线状电极IlA?IlF与第二线状电极21A?21F经由压电薄膜100对置的位置，换言之产生电场并使检测用的电流流动的位置能够根据构成该对置位置的第一线状电极与第二线状电极的组合，利用二维坐标进行检测。例如，在操作者触摸了第一线状电极IlC与第二线状电极21D的对置位置附近的情况下，在该对置位置附近，电场发生变化，从第一线状电极IlC经由第二线状电极21D流动的电流发生变化。此时，在其他对置部位处电场不发生变化，因此电流也不发生变化。通过使用这样的原理，能够检测触摸位置。
[0104]而且，本实施方式的第一线状电极IlA?IlF以及第二线状电极21A?21F被配设为沿与操作面即第一主面100ST正交的方向观察时，在宽度窄部112、212对置，且在宽度广部111、112不重叠，由此对于第一线状电极IlA?IlF以及第二线状电极21A?21F这两方，容易产生手指的触摸引发电场变化的情况。由此，能够提高触摸的检测灵敏度。
[0105]接下来，对压入量的检测概念进行说明。图8是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的触摸面板10的压入量检测功能的图。图8(A)表示不涉及压入量的状态，图8(B)表示涉及基于手指的压入量的状态。图9(A)是表示压入量与检测电压之间的关系的图表，图9(B)是本发明的第一实施方式所涉及的触摸面板10的压入量的检测电压的波形图。
[0106]如图8(A)所示那样，将触摸面板I的触摸面板10安装在平板状的弹性体50的一方主面，彼此的平面紧贴。弹性体50由玻璃、丙烯酸、聚碳酸酯等形成。弹性体50并不局限于在此记载的材料，根据使用条件选择适当的材料即可。另外，关于贴合触摸面板I的触摸面板10的面，也根据使用条件选择适当的面即可。以支撑体501支撑弹性体50的对置的两端。即，若为触摸面板1，则固定触摸面板I的第一方向的两端。在该状态下，由于弹性体50不发生弯曲，应力未施加于压电薄膜100，所以不产生电荷。
[0107]如图8 (B)所示那样，若用手指510按压弹性体50的表面，则如粗箭头520所示那样的按压力施加于弹性体50。在该情况下，弹性体50以向触摸面板10的配设面侧鼓起的方式弯曲。由此，触摸面板10的压电薄膜100大致沿第一方向伸延，产生如粗箭头530所示那样的拉伸应力。根据该应力，压电薄膜100在第一主面100ST和第二主面100SB极化。
[0108]在此，如上所述，通过在第一主面100ST形成第三线状电极13A?13L、在第二主面100SB形成第四线状电极23A?23L，从而在第三线状电极13A?13L与第四线状电极23A?23L之间产生电位差。因此，通过检测该电位差，即压电电压，从而能够检测基于手指的按压，换言之基于手指的触摸所引起的压入。
[0109]而且，在PLA中，如图9㈧所示那样，根据压入量(与按压力P对应)输出电压Vp(压电电压)线性变化。此时，如上述那样，根据状况适当地固定基准电压Vref，从而能够准确地检测按压力检测电压Vout。根据这些效果，计测触摸面板10的输出电压Vp，从而能够容易且高精度地检测按压力P。即，能够准确地检测出操作者是轻轻地触摸了操作面还是较强地按压了操作面。此外，触摸面板10的输出电压Vp通常是在应力产生的瞬间产生，基于压电效果发生电荷的泄露，并且输出电压Vp的值也迅速降低。然而，如上述那样，若在输出电压Vp的检测电路中使用具有较大的输入阻抗的检测电路，则如图9(B)所示那样，能够将输出电压Vp值维持规定时间。由此，能够更可靠地计测输出电压Vp值，检测按压力P。
[0110]这样，若使用上述的方式的触摸面板10，则能够容易且高精度地检测按压力P。而且，若使用上述的方式的触摸面板10，则仅仅通过在I张压电薄膜100的对置的两面形成静电电容检测用电极以及按压力检测用电极，就能够同时检测触摸位置和按压力。由此，能够实现薄型触摸式操作输入装置。而且，能够实现透光性高的触摸式操作输入装置。
[0111]而且，通过使用压电薄膜100的PLA，从而不受焦电性的影响。因此，进行检测时，能够不取决于检测位置的温度便能够获得仅对应于按压力P的输出电压Vp。S卩，与上述的基准电压Vref的适应一并，能够以更加高的精度检测按压力P。另外，PLA为聚合物，并且具有柔软性，所以不会如压电陶瓷那样因较大的位移而发生破损。因此，即使位移量大，也能够可靠地检测该位移量。
[0112]此外，在上述的说明中，仅记载了配设保护层30、40这一情况，但是还可以如上述那样将触摸面板10的第一主面100ST侧抵接于弹性率高的丙烯板等的弹性体50，仅在第二主面100SB侧配设保护层40。
[0113]另外，还可以配设保护层30、40，并使保护层40的与触摸面板10相反的一侧的面具有粘着性。而且，通过将该粘着性设为弱粘着性，从而能够实现可根据使用场所安装或剥离的触摸面板。
[0114]另外，由上述的方式构成的触摸面板10是一个例子，即使使用将压电传感器与触摸传感器一体化的其他方式的触摸面板，也能够应用上述的结构。
[0115]接下来，参照附图，对第二实施方式所涉及的触摸式操作输入装置进行说明。本实施方式的触摸式操作输入装置与第一实施方式中所示的触摸式操作输入装置的构成相同，而按压力检测部3所进行的处理则不同。因此，仅对不同部分进行说明。图10是表示第二实施方式所涉及的按压力检测部3的处理流程的流程图。
[0116]若不能检测位置检测信号的输入(S201:否)，则按压力检测部3设定成在仅仅使位置检测信号的输入检测功能运转的状态下停止其他功能的休眠模式(省电模式)(S211)。按压力检测部3若检测出位置检测信号的输入(S201:是)，则起动按压力检测部3的所有功能，并解除休眠模式(S202)。根据该位置检测信号，来检测触摸传感器IOD上的触摸面的按压位置。
[0117]按压力检测部3继续进行该处理，若能够以预先设定的规定时间以上地检测出相同的按压位置(S203:是)，则产生按压力检测用的操作触发(S204)。按压力检测部3若检测出相同的按压位置的持续时间小于上述预先设定的规定时间(S203:否)，则不产生按压力检测用的操作触发。
[0118]按压力检测部3若未获得按压力检测用的操作触发，则判断为无操作输入(S205:否)，并使按压力检测用的基准电压Vref追随压电传感器IOP的输出电压Vp (S206)。换言之，按压力检测部3总是使基准电压Vref变动，以便基准电压Vref与所输入的压电传感器IOP的输出电压Vp —致。
[0119]按压力检测部3若获得按压力检测用的操作触发，并判断为有操作输入(S205:是)，则固定按压力检测用的基准电压Vref (S207)。
[0120]按压力检测部3若固定基准电压Vref，则获取压电传感器IOP的输出电压Vp。按压力检测部3从输出电压Vp减去基准电压Vref，来计算按压力检测电压Vout。按压力检测部3使用预先存储的按压力检测电压Vout与按压力P之间的关系表或关系式，并根据计算出的按压力检测电压Vout来计算按压力P(S208)。[0121]通过进行这样的处理，直到得出位置检测信号为止，按压力检测部3的一部分功能停止，从而可实现节电。因此，能够更少实现耗电的触摸式操作输入装置10。
[0122]接下来，参照附图，对第三实施方式所涉及的触摸式操作输入装置进行说明。本实施方式的触摸式操作输入装置与第一实施方式中所示的触摸式操作输入装置的构成相同，而按压力检测部3所进行的处理则不同。因此，仅对不同部分进行说明。图11是用于说明在第三实施方式所涉及的按压力检测部3执行的按压力修正处理的概念的图。
[0123]按压力检测部3根据压电传感器IOP的输出电压Vp计算按压力P，但是由于压电传感器IOP使用端部被固定的压电薄膜100，所以根据按压位置，相对于按压力P的歪曲量不同。因此，相对于按压力P的输出电压Vp,换言之相对于按压力P的输出电压Vp的灵敏度不同。具体地，若是相同的按压力P，则越靠中心弯曲的程度越大，所以输出电压Vp也变大。
[0124]因此，在本实施方式的按压力检测部3中，若基于来自触摸传感器IOD的位置检测信号检测按压位置，则使用对应于按压位置的修正系数来计算按压力P。此时，修正系数以取决于从触摸面板10 (压电薄膜100)的中心900到按压位置901为止的距离RP的方式来设定。更加具体地，例如，以如下所述的方式设定修正系数。
[0125]将连结压电薄膜100的中心900与按压位置901的线和构成压电薄膜100的端面的线的交点设为902。将中心900与交点902的距离设为RA。如上所述，将从触摸面板10(压电薄膜100)的中心900到按压位置901为止的距离设为RP。在这样的设定中，以取决于RP/RA的函数给出修正系数。例如，RP/RA的值越大，即按压位置901越远离中心900，修正系数被设定为越大的值。换言之，以如下所述的方式设定:RP/RA的值越大，即按压位置901越远离中心900，则灵敏度越高。
[0126]按压力检测部3对以这种方式设定的修正系数乘以上述的按压力检测电压Vout。由此，能够抑制由按压位置的不同所导致的按压力P的计算误差。其中，在此，虽然对按压力检测电压Vout乘以修正系数，但是还可以对利用上述的方法并根据按压力检测电压Vout计算出的按压力P乘以修正系数。
[0127]附图标记说明
[0128]1:触摸式操作输入装置；2A:压电传感器用驱动电压施加部；2B:触摸传感器用驱动电压施加部；3:按压力检测部；10:触摸面板；10P:压电传感器；10D:触摸传感器；30,40:保护层；50:弹性体；100:压电薄膜；100ST:第一主面；100SB:第二主面；11A、11B、11C、11D、11E、11F:第一线状电极；21A、21B、21C、21D、21E、21F:第二线状电极;13A、13B、13C、13D、13E、13F、13G、13H、131、13J、13K、13L、131A、132A、131B、132B、131C、132C、131D、132D、131E、132E、131H、132H、1311、1321、131J、132J、131K、132K、131L、132L:第三线状电极；23A、23B、23C、23D、23E、23F、23G、23H、231、23J、23K、23L、231A、232A、231B、232B、231C、232C、231D、232D、231E、232E、231H、232H、2311、2321、231J、232J、231K、232K、231L、232L:第四线状电极；12A ?12F、14、22A ?22F、24、141、142、143、144、241、242、243、244:引出电极；111、211:宽度广部；112、212:宽度窄部；113、213:端部用的宽度广部；Arl:第一部分区域；Ar2:第二部分区域；Ar3:第三部分区域；Ar4:第四部分区域。
【权利要求】
1.一种触摸式操作输入装置，具备: 压电传感器，其产生与按压力对应的输出电压； 触摸传感器，其检测操作输入；以及 按压力检测部，其基于所述压电传感器的输出电压来检测按压力， 所述按压力检测部在未获得基于来自所述触摸传感器的输出信号而表不进行过一定的操作输入的检测结果时，使按压力检测用的基准电压与所述压电传感器的所述输出电压—致7 所述按压力检测部在获得了基于来自所述触摸传感器的输出信号而表示进行过一定的操作输入的检测结果时，固定所述基准电压，并根据所述输出电压与所述固定的基准电压的电压之差来检测按压力。
2.根据权利要求1所述的触摸式操作输入装置，其中， 所述按压力检测部在来自所述触摸传感器的表示按压位置的输出信号在规定时间以上相同时，判断为获得了表示进行过所述一定的操作输入的检测结果。
3.根据权利要求1或2所述的触摸式操作输入装置，其中， 所述按压力检测部在未检测出来自所述触摸传感器的表示所述按压位置的输出信号时,停止检测按压力， 所述按压力检测部在检测出来自所述触摸传感器的表示所述按压位置的输出信号时，开始检测按压力。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的触摸式操作输入装置，其中， 所述按压力检测部根据来自触摸传感器的表示所述按压位置的输出信号所表示的触摸面上的位置，来修正根据所述输出电压检测的按压力。
5.根据权利要求4所述的触摸式操作输入装置，其中， 所述按压力检测部基于表示所述按压位置的输出信号所表示的触摸面上的位置与所述触摸面的中心的距离，进行越远离所述中心则越提高对所述按压力的灵敏度的修正。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的触摸式操作输入装置，其中， 所述压电传感器和所述触摸传感器具备: 平膜状的压电薄膜，其具备相互对置的第一主面和第二主面； 静电电容检测用电极，其形成在该压电薄膜的至少所述第一主面或者所述第二主面；以及 压电电压检测用电极，其形成在所述压电薄膜的所述第一主面以及所述第二主面。
7.根据权利要求6所述的触摸式操作输入装置，其中， 所述压电薄膜由至少沿一轴向进行了延伸处理的聚乳酸构成。
【文档编号】G06F3/0354GK103988433SQ201280061921
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2011年12月16日
【发明者】安藤正道 申请人:株式会社村田制作所