触摸式输入装置以及触摸输入检测方法与流程

本发明涉及检测向操作面的触摸位置和按压量的触摸式输入装置以及触摸输入检测方法。

背景技术：

在专利文献1中公开有能够检测画面的触摸位置以及向画面的按压量的触摸面板。专利文献1所记载的触摸面板具备电介质薄膜和压电体薄膜，电极被配置成夹持各薄膜。而且，以电介质薄膜的一主面侧为操作面，若该操作面被用户触摸，则通过夹持电介质薄膜的电极来检测电容的变化，并通过该电容的变化来检测触摸位置。另外，若按压操作面，则通过夹持压电体薄膜的电极来检测压电电压，并通过该压电电压来检测按压量。

专利文献1：国际公开2014/045847号小册子

在电容式的触摸面板中，在检测触摸位置的情况下，需要向电极施加检测信号，在测定出该响应后到开始下一个测定为止的期间，停止检测信号的施加，释放积蓄于电极的电荷。在释放该电荷的时机检测压电电压，并检测出按压量的情况下，存在压电电压发生变化的情况。因此，存在无法高精度地检测按压量的情况。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种不受触摸位置的检测处理影响就能够检测按压量的触摸式输入装置以及触摸输入检测方法。

本发明的触摸式输入装置的特征在于具备：位置检测传感器，其检测向操作面触摸的触摸位置；按压检测传感器，其检测向操作面的按压；位置检测传感器驱动部，其重复进行向上述位置检测传感器的驱动信号的输出以及输出停止，检测从上述位置检测传感器输出的响应信号，在驱动信号的输出停止时对上述位置检测传感器的电荷进行放电；以及按压信号检测部，其检测从上述按压检测传感器输出的按压信号，上述按压信号检测部在由上述位置检测传感器驱动部进行的驱动信号的输出期间检测按压信号。

在该结构中，由于避开对积蓄于位置检测传感器的电荷进行放电的时机，在驱动信号的输出期间按压信号检测部检测按压信号，因此能够不对按压信号检测部检测的按压信号造成由于积蓄于位置检测传感器的电荷的放电而引起的压电电压变化的影响。其结果是，能够高精度地检测按压量。

上述按压信号检测部优选以上述位置检测传感器驱动部开始驱动信号的输出的时机为基准来检测按压信号。

在该结构中，由于能够不对按压信号检测部所检测的按压信号造成由于触摸位置的检测处理而引起的噪声影响，因此能够高精度地检测按压量。

优选上述位置检测传感器具有：电介质基板；第一位置检测用电极，其配置于上述电介质基板的第一主面；以及第二位置检测用电极，其配置于上述电介质基板的第二主面，上述按压检测传感器具有：压电薄膜，其被配置成第一主面与上述电介质基板的第二主面重叠；第一压电检测用电极，其配置于上述压电薄膜的第一主面；以及第二压电检测用电极，其配置于上述压电薄膜的第二主面。

由于能够不受因触摸位置的检测处理而引起的噪声影响，因此如上述结构那样，能够将第二位置检测用电极和第一压电检测用电极形成于同层等、提高设计的自由度。其结果是，能够实现触摸式输入装置的轻薄化。

优选上述第二位置检测用电极和上述第一压电检测用电极形成于同层。

在该结构中，由于第二位置检测用电极与第一压电检测用电极形成于相同平面上，因此能够在层叠方向上变薄。

根据本发明，由于能够不对按压信号检测部所检测的按压信号造成由于触摸位置的检测处理而引起的噪声影响，因此能够高精度地检测按压量。

附图说明

图1是实施方式所涉及的触摸传感器的侧面剖视图。

图2是表示实施方式所涉及的触摸传感器的各层的电极图案的俯视图。

图3是表示具备实施方式所涉及的触摸传感器的触摸式输入装置的结构的侧面剖视图。

图4是表示运算电路模块的结构的框图。

图5是用于对位置检测传感器驱动部以及按压信号检测部分别检测信号的时机进行说明的图。

具体实施方式

图1是本实施方式所涉及的触摸传感器的侧面剖视图。图2是表示本实施方式所涉及的触摸传感器的各层的电极图案的俯视图。图3是表示具备本实施方式所涉及的触摸传感器的触摸式输入装置的结构的侧面剖视图。此外，在图3中仅记载有构成触摸传感器的按压检测传感器以及位置检测传感器的简要形状。

触摸传感器10具备按压检测传感器20和位置检测传感器30。按压检测传感器20和位置检测传感器30由俯视观察时呈矩形的平板形状构成。按压检测传感器20与位置检测传感器30被重叠配置成主面平行。触摸传感器10将位置检测传感器30设置于外罩部件40侧，安装于外罩部件40的背面侧。外罩部件40具有玻璃板或丙烯酸板等的透光性以及绝缘性。外罩部件40的表面是操作面且是显示图像的显示面。

外罩部件40与位置检测传感器30通过透光性的粘着剂12粘合。另外，位置检测传感器30与按压检测传感器20通过透光性的粘着剂11粘合。粘着剂11、12例如由丙烯酸系粘着剂构成。

如图3所示，这样结构的触摸传感器10作为触摸式输入装置1的一部分被装入。触摸式输入装置1具备大致长方体形状的壳体50。壳体50具有开口。在壳体50内从开口侧依次配置有外罩部件40、触摸传感器10(按压检测传感器20与位置检测传感器30的层叠体)、显示面板60以及运算电路模块70。触摸传感器10与显示面板60通过粘合剂13结合。粘着剂13优选具有不阻碍在向按压检测传感器施加压力时的变形的程度的弹性率。另外，粘合剂13可以具有空间。在该情况下，不阻碍按压检测传感器20的变形。配置有显示面板60以及运算电路模块70。显示面板60由液晶面板、有机EL面板等薄型显示器构成。运算计算电路模块70从按压检测传感器20以及位置检测传感器30输出的检测信号来计算操作位置以及按压量。

接下来，对触摸传感器10的更加具体的结构进行说明。

按压检测传感器20具备压电薄膜21、第一压电检测用电极22以及第二压电检测用电极23。压电薄膜21相当于本发明所涉及的“薄膜部件”。此外，本发明所涉及的“薄膜部件”以压电薄膜为例进行表示，但并不限定于此。

压电薄膜21呈矩形，是由手性高分子形成的薄膜。作为手性高分子，在本实施方式中使用聚乳酸(PLA)、尤其是L型聚乳酸(PLLA)。PLLA单轴延伸。单轴延伸方向相对于构成矩形的正交的两边(第一方向的边以及第二方向的边)大致成45°。大致45°包含45°±10°。在该情况下，能够得到与45°同等程度的特性。另外根据使用方式也可以超过±10°的范围。此外，单轴延伸方向所成的角度可以适当地调整，在触摸传感器10相对于壳体50仅在第一方向的两端、仅在第二方向的两端或沿外周固定的情况下优选为45°。

由这样的手性高分子构成的PLLA的主链具有螺旋结构。若PLLA被单轴延伸且分子进行取向则具有压电性。而且，被单轴延伸的PLLA通过按压压电薄膜的平板面来产生电荷。此时，产生的电荷量取决于根据按压量(押入量)平板面向与该平板面正交的方向进行位移的位移量。而且，单轴延伸后的PLLA的压电常量在高分子中属于非常高的种类。因此，通过在压电薄膜21中使用PLLA从而能够高灵敏度地检测由按压引起的位移。

此外，延伸倍率优选为3～8倍左右。通过在延伸后实施热处理，促进聚乳酸的伸展链结晶的结晶化并提高压电常量。此外，在双轴延伸的情况下，通过使各个轴的延伸倍率不同，能够得到与单轴延伸相同的效果。例如对第一轴向施加8倍的延伸、对与第一轴向正交的第二轴向实施2倍的延伸的情况下，关于压电常量，得到几乎与大概对第一轴向实施了4倍的单轴延伸的情况同等的效果。即，上述的单轴延伸方向是指，包含压电薄膜向多个方向延伸的情况在内，最大延伸的方向的意思。而且，由于单纯地单轴延伸的薄膜容易沿延伸轴向撕裂，因此通过进行上述那样的双轴延伸，能够增加几分强度。

另外，PLLA利用基于延伸等的分子的取向处理来产生压电性，不需要如PVDF等其他聚合物或压电陶瓷那样进行极化处理(Polling process)。即，不属于强磁性体的PLLA的压电性并不如PVDF、PZT等强磁性体那样通过离子的极化来发现，而来自于分子的特征结构亦即螺旋结构。因此，在PLLA不产生其他强电介质性的压电体产生的热电性，从而不受周围温度的变化影响。因此，不会因气温的变化、电子设备的发热、或者手指接触引起的温度变化等而振动的强度发生变化。并且，PVDF等随着时间经过出现压电常量的变动，根据情况有时压电常量显著降低，但PLLA的压电常量随着时间经过极其稳定。因此，不会受周围环境影响，而能够高灵敏度地检测由按压引起的位移。

另外，PLLA作为有机压电材料透光性较高。因此，能够提高压电薄膜21的透光性。

第一压电检测用电极22配置于压电薄膜21的第一主面。压电薄膜21的第一主面是位置检测传感器30侧的面，并且与位置检测传感器30的第二主面重叠。在压电薄膜21的第一主面以薄膜成膜有透光性较高的硬涂层210，在该硬涂层210的表面形成有第一压电检测用电极22。硬涂层210具有绝缘性，并且由具有比压电薄膜21更强的刚性材料构成。

第一压电检测用电极22可以使用以ITO、ZnO、银纳米线、碳纳米管、石墨烯等无机电极、以聚噻吩、聚苯胺等为主要成分的有机电极中的任意一种。通过使用这样的材料，能够形成透光性较高的电极。

另外，在该结构中，由于在压电薄膜21的第一主面形成有硬涂层210，因此在将形成于该硬涂层210的表面的第一压电检测用电极22与外部电路连接时，能够进行由各向异性导电膜等的热压进行的连接。

第二压电检测用电极23配置于压电薄膜21的第二主面侧。压电薄膜21的第二主面是与压电薄膜21的第一主面相反的一侧的面。第二压电检测用电极23形成于绝缘性基膜230。绝缘性基膜230由具有透光性的材料构成。绝缘性基膜230通过粘着剂25与压电薄膜21的第二主面粘合，以使得形成第二压电检测用电极23的侧的面成为压电薄膜21侧。

第二压电检测用电极23以横跨压电薄膜21的第二主面的大致整个面的形状配置，如图2所示，具有多个电极非形成部231。在沿厚度方向观察触摸传感器10时，电极非形成部231设置于后述的位置检测传感器30的电极32、33的双方重叠的区域(位置检测用电极的重复区域)。根据该结构，在除了位置检测用电极的重复区域之外，第二压电检测用电极23成为与第一压电检测用电极22重叠的结构。

通过设置电极非形成部231，能够使各电极的重叠程度均匀地接近。其结果是，能够减轻显示面板60的颜色不均。

第二压电检测用电极23可以使用ITO、ZnO、银纳米线、碳纳米管、石墨烯等无机电极、以聚噻吩、聚苯胺等为主要成分的有机电极中的任意一种。通过使用这样的材料，能够形成透光性较高的电极。

在这样的结构中，若压入外罩部件40而向压电薄膜21施加应力，则压电薄膜21发生变形而产生电荷。第一压电检测用电极22与第二压电检测用电极23检测该电荷而产生按压检测信号，从而能够检测按压量。

位置检测传感器30具备电介质基板31、第一位置检测用电极32以及第二位置检测用电极33。电介质基板31呈矩形且由具有透光性的绝缘性材料构成。

第一位置检测用电极32呈长条状，在电介质基板31的第一主面被配置为与电介质基板31的第一方向以及长边方向平行。电介质基板31的第一主面是电介质基板31的外罩部件40侧的面。

第一位置检测用电极32为多个且沿电介质基板31的第二方向隔开间隔地配置。第一位置检测用电极32直接形成于电介质基板31的第一主面。

第二位置检测用电极33呈长条状，在电介质基板31的第二主面被配置为与电介质基板31的第二方向以及长边方向平行。电介质基板31的第二主面是电介质基板31的按压检测传感器20侧的面。第二位置检测用电极33为多个且沿电介质基板31的第一方向隔开间隔地配置。更具体而言，电介质基板31的第二主面与压电薄膜21的第一主面重叠。因此，第二位置检测用电极33形成于硬涂层210的表面，且与第一压电检测用电极22同层地形成。通过将电极22、33同层地形成，能够使触摸传感器10变薄。

第一位置检测用电极32以及第二位置检测用电极33由具有透光性的材料构成，例如由ITO构成。由此，能够实现具有透光性的位置检测传感器30。

在这样的结构中，根据手指接触或接近操作面时的电容的变化，第一位置检测用电极32以及第二位置检测用电极33之间的电容发生变化。此时，最接近手指的位置的第一位置检测用电极32以及第二位置检测用电极33对置的区域的电容变化最大。因此，通过对该电容的变化最大的第一位置检测用电极32以及第二位置检测用电极33的组合进行检测，能够检测操作位置。

图4是表示运算电路模块70的结构的框图。

位置检测传感器驱动部71重复进行向驱动信号的位置检测传感器30的输出和输出停止。详细而言，位置检测传感器驱动部71周期性地向第一压电检测用电极22与第二压电检测用电极23之间施加电压。在向电极22、23之间施加了电压的状态下，若用户用手指接触(或者接近)操作面，则产生由电极22、23之间的电容的变化引起的电流的变化。位置检测传感器30将该电流作为位置检测信号来输出。位置检测传感器驱动部71检测该位置检测信号。该位置检测信号相当于本发明所涉及的“响应信号”。

另外，位置检测传感器驱动部71在驱动信号的输出停止时到下一个驱动信号的输出为止，将电极22、23的一方或双方与地线连接。由此，积蓄于电极22、23之间的电荷被放电。因此，接下来输出驱动信号，在操作面被触摸时，产生电极22、23之间的电容变化。

触摸位置计算部72从位置检测传感器驱动部71检测出的位置检测信号来计算向操作面的触摸位置。详细而言，触摸位置计算部72从位置检测信号对电容的变化最大的第一位置检测用电极32以及第二位置检测用电极33的组合进行检测，来确定与之对应的位置。

按压信号检测部73检测从按压检测传感器20输出的按压检测信号。若通过用户按压操作面而向压电薄膜21施加应力，则压电薄膜21发生变形而产生电荷。按压检测传感器20通过第一压电检测用电极22和第二压电检测用电极23来检测产生的电荷作为按压检测信号(电压值)输出。

按压信号检测部73在位置检测传感器驱动部71输出驱动信号的期间检测按压检测信号。详细内容将在后面进行详细叙述，按压信号检测部73在从位置检测传感器驱动部71被通知了位置检测信号的检测结束时，检测按压检测信号。

取样部74以规定的周期对按压信号检测部73检测出的按压检测信号进行取样。

按压信号处理部75从取样部74取样得到的数据所对应的电压值来对施加至按压检测传感器20的按压量，即用户对向操作面的按压量进行计算。

位置/按压合成部76合成触摸位置计算部72计算出的触摸位置以及按压信号处理部75计算出的按压量。位置/按压合成部76所合成的数据例如输出至未图示的控制部，并在该控制部中适当地执行与计算出的触摸位置以及按压量对应的处理。

图5是用于对位置检测传感器驱动部71和按压信号检测部73分别检测信号的时机进行说明的图。

按压信号检测部73在位置检测传感器驱动部71输出驱动信号的期间检测按压检测信号。详细而言，如图5所示，位置检测传感器驱动部71输出驱动信号，在停止信号输出之后，检测位置检测信号。按压信号检测部73在位置检测传感器驱动部71检测出位置检测信号之后，检测按压检测信号。

如上所述，按压检测传感器20的第一压电检测用电极22与位置检测传感器30的第二位置检测用电极33设置于同层。另外，在由位置检测传感器驱动部71进行的驱动信号的输出停止后，电极22、23与地线连接，积蓄于电极22、23之间的电荷被放电。因此，在电极22、23与地线连接时，来自按压检测传感器20的按压检测信号的输出电压降低。若在该电压降低时检测按压检测信号来计算按压量，则存在由于电压变化，即使未被按压也误检测出按压的情况。

因此，如图5所示，在位置检测传感器驱动部71输出驱动信号的期间，按压信号检测部73检测按压检测信号。由此，通过在电压降低时计算按压量，从而能够避免误检测按压这样的问题。尤其是如在本实施方式中说明那样，可适用于第二位置检测用电极33与第一按压检测用电极22配置于同层的结构。

另外，在本实施方式中，按压信号检测部73在位置检测信号的检测后，由于检测按压检测信号，因此能够在触摸位置计算的间隙进行按压量的计算，能够使软件处理的负荷平均化。

如以上说明那样，在本实施方式中，通过避开来自按压检测传感器20的按压检测信号的输出电压降低的时机，来检测按压检测信号，从而能够高精度地计算向操作面的按压量。

此外，只要位置检测传感器驱动部71在输出驱动信号的期间，按压信号检测部73可以在任意时机检测按压检测信号。例如，位置检测传感器驱动部71可以从检测到位置检测信号起经过规定时间之后检测按压检测信号。在该情况下，由于能够在压电电压变化的响应时间之后进行检测，因此能够检测稳定的按压检测信号。另外，按压信号检测部73可以在位置检测传感器驱动部71开始驱动信号的输出的时机检测按压检测信号。在该情况下，能够简化与没有等待规定时间的处理相对应的部分、整体的控制。

另外，在本实施方式中，虽然第二位置检测用电极33与第一按压检测用电极22形成于同层，但是触摸传感器10也可以是第二位置检测用电极33与第一按压检测用电极22接近配置的结构。另外，作为压电薄膜21能够使用PVDF、压电陶瓷等各种压电材料。

附图标记说明

1…触摸式输入装置；10…触摸传感器；11、12…粘着剂；20…按压检测传感器；21…压电薄膜；22…第一压电检测用电极；23…第二压电检测用电极；25…粘着剂；30…位置检测传感器；31…电介质基板；32…第一位置检测用电极；33…第二位置检测用电极；40…外罩部件；50…壳体；60…显示面板；70…运算电路模块；71…位置检测传感器驱动部；72…触摸位置计算部；73…按压信号检测部；74…取样部；75…按压信号处理部；76…按压合成部；210…硬涂层；230…绝缘性基膜；231…电极非形成部。