特許 6139917 接触センサ、接触入力装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6139917

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】接触センサ、接触入力装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/02 20060101AFI20170522BHJP

   G01L 1/18 20060101ALI20170522BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20170522BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/02

   G01L1/18 A

   G01L5/00 101Z

   G06F3/041 400

   G06F3/041 500

   G06F3/041 602

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-43430(P2013-43430)

(22)【出願日】2013年3月5日

(65)【公開番号】特開2014-173844(P2014-173844A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2016年1月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002325

【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】下山 勲

(72)【発明者】

【氏名】松本 潔

(72)【発明者】

【氏名】高橋 英俊

(72)【発明者】

【氏名】グェン ミン ジューン

(72)【発明者】

【氏名】内山 武

(72)【発明者】

【氏名】大海 学

(72)【発明者】

【氏名】篠原 陽子

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１４３２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０２０７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−００３９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４３８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３１００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４９４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２６７９０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／０２， １／１８

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｇ０１Ｌ ９／００

Ｇ０１Ｌ １３／０６

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材と、
前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部と、
前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段と、
を備え、
前記圧力変動検出部は、
前記圧力伝達媒体が流通可能な開口を有する本体部と、
先端部が自由端かつ基端部が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材の内部に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、
前記圧力変動検出部の前記本体部は、キャビティを備え、
前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と外部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、
前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材は、板状に形成され、
前記中空部材の表面に沿って設けられ、接触操作に応じて前記圧力変動を発生可能な平面状の接触操作部を備え、
配置位置が異なる少なくとも３つの前記圧力変動検出部を備え、
前記接触検出手段は、前記３つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された３つの前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記３つの前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記接触操作部における前記接触位置の２次元座標位置を検出する、
ことを特徴とする接触センサ。

【請求項2】

圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材と、
前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部と、
前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段と、
を備え、
前記圧力変動検出部は、
前記圧力伝達媒体が流通可能な開口を有する本体部と、
先端部が自由端かつ基端部が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材に形成された開口部に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、
前記本体部の前記開口は、前記中空部材の内部と外部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記中空部材の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、
前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材は、板状に形成され、
前記中空部材の表面に沿って設けられ、接触操作に応じて前記圧力変動を発生可能な平面状の接触操作部を備え、
配置位置が異なる少なくとも３つの前記圧力変動検出部を備え、
前記接触検出手段は、前記３つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された３つの前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記３つの前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記接触操作部における前記接触位置の２次元座標位置を検出する、
ことを特徴とする接触センサ。

【請求項3】

前記圧力変動検出部の前記本体部は、前記中空部材の外部に配置されたキャビティを備え、
前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部との圧力差に応じて撓み変形する、
ことを特徴とする請求項２に記載の接触センサ。

【請求項4】

前記接触検出手段は、前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位のうち、前記変位が最も大きい前記カンチレバーの位置または前記変位の応答が最も早い前記カンチレバーの位置に基づいて、前記物体の接触位置を検出する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の接触センサ。

【請求項5】

圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材と、
前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部と、
前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段と、
を備え、
前記圧力変動検出部は、
前記圧力伝達媒体が流通可能な開口を有する本体部と、
先端部が自由端かつ基端部が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材は、環状に形成され、
前記中空部材の内部に周方向を塞ぐように配置された１つの前記圧力変動検出部を備え、
前記本体部の前記開口は、前記圧力伝達媒体の流通方向である周方向の第１方向側の第１方向部と第２方向側の第２方向部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記第１方向部と前記第２方向部との圧力差に応じて撓み変形し、
前記変位検出部は、前記第１方向および前記第２方向に伝達された前記圧力変動による前記カンチレバーの２回の撓み変形に応じた２つの変位を検出し、
前記接触検出手段は、前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの前記２つの変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出する、
ことを特徴とする接触センサ。

【請求項6】

前記中空部材は、前記圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達不能な不感領域を備え、
前記変位検出部は、前記不感領域を跨いだ前記中空部材に対する前記物体の接触移動に起因した複数回の前記圧力変動による前記カンチレバーの複数回の撓み変形に応じた複数の変位を検出し、
前記接触検出手段は、前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの前記複数の変位のタイミングに基づいて、前記不感領域を跨いだ前記物体の接触移動の方向および接触位置を検出する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の接触センサ。

【請求項7】

圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材と、
前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部と、
前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段と、
を備え、
前記圧力変動検出部は、
前記圧力伝達媒体が流通可能な開口を有する本体部と、
先端部が自由端かつ基端部が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材の内部に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、
前記圧力変動検出部の前記本体部は、キャビティを備え、
前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と外部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、
前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材は、管状に形成され、
前記中空部材の長手方向に沿って設けられ、押圧操作によって弾性変形可能かつ前記押圧操作に応じて前記圧力変動を発生可能な複数の押圧操作部を備え、
前記中空部材の長手方向の第１端部および第２端部に第１および第２の前記圧力変動検出部を備え、
前記接触検出手段は、前記第１および第２の前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された第１および第２の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記第１および第２の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記複数の押圧操作部のうち何れの前記押圧操作部が押圧操作されたかを検出する接触センサと、
前記接触検出手段によって検出された前記押圧操作部に応じた入力信号を出力する入力信号出力部と、を備える、
ことを特徴とする接触入力装置。

【請求項8】

圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材と、
前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部と、
前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段と、
を備え、
前記圧力変動検出部は、
前記圧力伝達媒体が流通可能な開口を有する本体部と、
先端部が自由端かつ基端部が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、を備え、
前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材に形成された開口部に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、
前記本体部の前記開口は、前記中空部材の内部と外部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記中空部材の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、
前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、
前記中空部材は、管状に形成され、
前記中空部材の長手方向に沿って設けられ、押圧操作によって弾性変形可能かつ前記押圧操作に応じて前記圧力変動を発生可能な複数の押圧操作部を備え、
前記中空部材の長手方向の第１端部および第２端部に第１および第２の前記圧力変動検出部を備え、
前記接触検出手段は、前記第１および第２の前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された第１および第２の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記第１および第２の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記複数の押圧操作部のうち何れの前記押圧操作部が押圧操作されたかを検出する接触センサと、
前記接触検出手段によって検出された前記押圧操作部に応じた入力信号を出力する入力信号出力部と、を備える、
ことを特徴とする接触入力装置。

【請求項9】

前記圧力変動検出部の前記本体部は、前記中空部材の外部に配置されたキャビティを備え、
前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部とを連通し、
前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部との圧力差に応じて撓み変形する、
ことを特徴とする請求項８に記載の接触入力装置。

【請求項10】

請求項１から請求項３の何れか１つに記載の接触センサと、
前記接触検出手段によって検出された前記接触位置に応じた入力信号を出力する入力信号出力部と、を備える、ことを特徴とする接触入力装置。

【請求項11】

請求項７から請求項１０の何れか１つに記載の接触入力装置を備える電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、接触センサ、接触入力装置および電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、平面状の感圧センサ上に可撓性を有するタッチパネルを互いに密着するように重ねて構成した入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、タッチパネルの下面に複数の圧力センサを配置し、タッチパネルに対する接触を検出した場合に、この接触の位置から所定範囲内の圧力センサの出力を用いて、動作モードを設定する入力装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５−６１５９２号公報

【特許文献2】特許第５０４３６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記従来技術に係る入力装置においては、抵抗感圧型または静電容量検出型などの圧力センサを用いており、タッチパネルに対する接触位置を検出するための電極や電気配線をタッチパネル近傍に設ける必要が生じる。これによって、タッチパネル近傍の構造が複雑になるとともに、構造上の制約が増大するという問題が生じる。さらに、タッチパネルに対する接触圧の強度を検出するために必要とされる構造が複雑化することによって、各種の形状や大きさを有するようにして汎用性を向上させることが困難である。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構造が複雑化することを防止しつつ接触位置および接触圧を検出することが可能な接触センサ、接触入力装置および電子機器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１の発明に係る接触センサは、圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材（例えば、実施形態での中空部材１０１）と、前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部（例えば、実施形態での圧力センサ１）と、前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備え、前記圧力変動検出部は、前記圧力伝達媒体が流通可能な開口（例えば、実施形態での連通開口１１）を有する本体部（例えば、実施形態での本体部３）と、先端部（例えば、実施形態での先端部４ｂ）が自由端かつ基端部（例えば、実施形態での基端部４ａ）が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバー（例えば、実施形態でのカンチレバー４）と、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部（例えば、実施形態での変位測定部５）と、を備え、前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材の内部に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、前記圧力変動検出部の前記本体部は、キャビティ（例えば、実施形態でのキャビティ１０）を備え、前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と外部とを連通し、前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材は、板状に形成され、前記中空部材の表面に沿って設けられ、接触操作に応じて前記圧力変動を発生可能な平面状の接触操作部（例えば、実施形態での接触操作部２１１）を備え、配置位置が異なる少なくとも３つの前記圧力変動検出部を備え、前記接触検出手段は、前記３つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された３つの前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記３つの前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記接触操作部における前記接触位置の２次元座標位置を検出する。

【0008】

さらに、本発明の第２の発明に係る接触センサは、圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材（例えば、実施形態での中空部材１０１）と、前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部（例えば、実施形態での圧力センサ１）と、前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備え、前記圧力変動検出部は、前記圧力伝達媒体が流通可能な開口（例えば、実施形態での連通開口１１）を有する本体部（例えば、実施形態での本体部３）と、先端部（例えば、実施形態での先端部４ｂ）が自由端かつ基端部（例えば、実施形態での基端部４ａ）が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバー（例えば、実施形態でのカンチレバー４）と、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部（例えば、実施形態での変位測定部５）と、を備え、前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材に形成された開口部（例えば、実施形態での開口部１１１）に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、前記本体部の前記開口は、前記中空部材の内部と外部とを連通し、前記カンチレバーは、前記中空部材の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材は、板状に形成され、前記中空部材の表面に沿って設けられ、接触操作に応じて前記圧力変動を発生可能な平面状の接触操作部（例えば、実施形態での接触操作部２１１）を備え、配置位置が異なる少なくとも３つの前記圧力変動検出部を備え、前記接触検出手段は、前記３つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された３つの前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記３つの前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記接触操作部における前記接触位置の２次元座標位置を検出する。

【0009】

さらに、本発明の第３の発明に係る接触センサでは、前記圧力変動検出部の前記本体部は、前記中空部材の外部に配置されたキャビティ（例えば、実施形態でのキャビティ１０）を備え、前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部とを連通し、前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部との圧力差に応じて撓み変形する。

【0012】

さらに、本発明の第４の発明に係る接触センサでは、前記接触検出手段は、前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位のうち、前記変位が最も大きい前記カンチレバーの位置または前記変位の応答が最も早い前記カンチレバーの位置に基づいて、前記物体の接触位置を検出する。

【0013】

さらに、本発明の第５の発明に係る接触センサでは、圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材（例えば、実施形態での中空部材１０１）と、前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部（例えば、実施形態での圧力センサ１）と、前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備え、前記圧力変動検出部は、前記圧力伝達媒体が流通可能な開口（例えば、実施形態での連通開口１１）を有する本体部（例えば、実施形態での本体部３）と、先端部（例えば、実施形態での先端部４ｂ）が自由端かつ基端部（例えば、実施形態での基端部４ａ）が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバー（例えば、実施形態でのカンチレバー４）と、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部（例えば、実施形態での変位測定部５）と、を備え、前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材は、環状に形成され、前記中空部材の内部に周方向を塞ぐように配置された１つの前記圧力変動検出部を備え、前記本体部の前記開口は、前記圧力伝達媒体の流通方向である周方向の第１方向側の第１方向部（例えば、実施形態での第１方向部１１３ａ）と第２方向側の第２方向部（例えば、実施形態での第２方向部１１３ｂ）とを連通し、前記カンチレバーは、前記第１方向部と前記第２方向部との圧力差に応じて撓み変形し、前記変位検出部は、前記第１方向および前記第２方向に伝達された前記圧力変動による前記カンチレバーの２回の撓み変形に応じた２つの変位を検出し、前記接触検出手段は、前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの前記２つの変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出する。

【0014】

さらに、本発明の第６の発明に係る接触センサでは、前記中空部材は、前記圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達不能な不感領域（例えば、実施形態での不感領域１１２）を備え、前記変位検出部は、前記不感領域を跨いだ前記中空部材に対する前記物体の接触移動に起因した複数回の前記圧力変動による前記カンチレバーの複数回の撓み変形に応じた複数の変位を検出し、前記接触検出手段は、前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの前記複数の変位のタイミングに基づいて、前記不感領域を跨いだ前記物体の接触移動の方向および接触位置を検出する。

【0015】

また、本発明の第７の発明に係る接触入力装置は、圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材（例えば、実施形態での中空部材１０１）と、前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部（例えば、実施形態での圧力センサ１）と、前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備え、前記圧力変動検出部は、前記圧力伝達媒体が流通可能な開口（例えば、実施形態での連通開口１１）を有する本体部（例えば、実施形態での本体部３）と、先端部（例えば、実施形態での先端部４ｂ）が自由端かつ基端部（例えば、実施形態での基端部４ａ）が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバー（例えば、実施形態でのカンチレバー４）と、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部（例えば、実施形態での変位測定部５）と、を備え、前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材の内部に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、前記圧力変動検出部の前記本体部は、キャビティ（例えば、実施形態でのキャビティ１０）を備え、前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と外部とを連通し、前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材は、管状に形成され、前記中空部材の長手方向に沿って設けられ、押圧操作によって弾性変形可能かつ前記押圧操作に応じて前記圧力変動を発生可能な複数の押圧操作部（例えば、実施形態でのキーパッド２０１のキー）を備え、前記中空部材の長手方向の第１端部および第２端部に第１および第２の前記圧力変動検出部を備え、前記接触検出手段は、前記第１および第２の前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された第１および第２の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記第１および第２の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記複数の押圧操作部のうち何れの前記押圧操作部が押圧操作されたかを検出する接触センサと、前記接触検出手段によって検出された前記押圧部に応じた入力信号を出力する入力信号出力部（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備える。
また、本発明の第８の発明に係る接触入力装置は、圧力伝達媒体を内部に有し、物体の接触による圧力変動を前記圧力伝達媒体に伝達可能な中空部材（例えば、実施形態での中空部材１０１）と、前記中空部材または前記中空部材の内部に配置され、前記圧力変動に応じた検出信号を出力する少なくとも１つの圧力変動検出部（例えば、実施形態での圧力センサ１）と、前記圧力変動検出部から出力された前記検出信号に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出する接触検出手段（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備え、前記圧力変動検出部は、前記圧力伝達媒体が流通可能な開口（例えば、実施形態での連通開口１１）を有する本体部（例えば、実施形態での本体部３）と、先端部（例えば、実施形態での先端部４ｂ）が自由端かつ基端部（例えば、実施形態での基端部４ａ）が前記本体部に片持ち状に支持された状態で前記開口を塞ぐように配置され、前記圧力変動に応じて撓み変形するカンチレバー（例えば、実施形態でのカンチレバー４）と、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部（例えば、実施形態での変位測定部５）と、を備え、前記接触検出手段は、少なくとも１つの前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された前記カンチレバーの複数の前記変位の大きさおよびタイミングの差に基づいて、前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材に形成された開口部（例えば、実施形態での開口部１１１）に配置された複数の前記圧力変動検出部を備え、前記本体部の前記開口は、前記中空部材の内部と外部とを連通し、前記カンチレバーは、前記中空部材の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形し、前記接触検出手段は、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、複数の前記変位検出部によって検出された複数の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて前記物体の接触位置および接触圧を検出し、前記中空部材は、管状に形成され、前記中空部材の長手方向に沿って設けられ、押圧操作によって弾性変形可能かつ前記押圧操作に応じて前記圧力変動を発生可能な複数の押圧操作部（例えば、実施形態でのキーパッド２０１のキー）を備え、前記中空部材の長手方向の第１端部および第２端部に第１および第２の前記圧力変動検出部を備え、前記接触検出手段は、前記第１および第２の前記圧力変動検出部の前記変位検出部によって検出された第１および第２の前記カンチレバーの前記変位の大きさと、前記第１および第２の前記カンチレバー間の前記変位のタイミングの差と、に基づいて、前記複数の押圧操作部のうち何れの前記押圧操作部が押圧操作されたかを検出する接触センサと、前記接触検出手段によって検出された前記押圧部に応じた入力信号を出力する入力信号出力部（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備える。
また、本発明の第９の発明に係る接触入力装置は、前記圧力変動検出部の前記本体部は、前記中空部材の外部に配置されたキャビティ（例えば、実施形態でのキャビティ１０）を備え、前記本体部の前記開口は、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部とを連通し、前記カンチレバーは、前記キャビティの内部と前記中空部材の内部との圧力差に応じて撓み変形する。

【0016】

また、本発明の第１０の発明に係る接触入力装置は、第１の発明から第３の発明のいずれか１つに記載の接触センサと、前記接触検出手段によって検出された前記接触位置に応じた入力信号を出力する入力信号出力部（例えば、実施形態での信号処理回路１０３）と、を備える。

【0017】

また、本発明の第１１の発明に係る電子機器は、第７の発明から第１０の発明のいずれか１つに記載の接触入力装置を備える。

【発明の効果】

【0018】

本発明の接触センサによれば、中空部材を各種の形状や大きさを有するように形成することができ、軽量化および薄型化などが容易に可能であり、汎用性を向上させることができる。さらに、物体の接触位置の近傍に電極や電気配線を設ける必要が無く、液体などに対する特別なシール構造を設ける必要が無く、構造が複雑化することを防止することができる。さらに、中空部材を形成する材料および圧力伝達媒体を成す物質の光透過率を適宜に設定することができ、所望の光透過率を容易に確保することができる。さらに、付加的な特別な構造または構成要素を設ける必要無しに接触位置および接触圧を同時に検出することができる。さらに、外部からの電圧印加が不要であり、消費電力の増大を防止することができる。

【0019】

本発明の接触入力装置によれば、構造が複雑化することを防止しつつ軽量化および薄型化などが容易に可能であり、汎用性を向上させることができる。
さらに、第１０の発明に係る接触入力装置によれば、１つの管状の中空部材によって複数の押圧操作部に対する操作を区別して検出することができ、例えば複数の押圧操作部のそれぞれに個別にセンサを設ける場合に比べて、構造を単純化することができる。
さらに、第１１の発明に係る接触入力装置によれば、板状の中空部材の大きさにかかわらずに２次元座標位置を精度良く検出することができ、各種の大きさの中空部材によって汎用性を向上させることができる。

【0020】

本発明の電子機器によれば、構造が複雑化することを防止しつつ軽量化および薄型化などが容易に可能であり、汎用性を向上させることができる。
さらに、第７の発明から第９の発明に係る接触入力装置を備える電子機器によれば、１つの管状の中空部材によって複数の押圧操作部に対する操作を区別して検出することができ、例えば複数の押圧操作部のそれぞれに個別にセンサを設ける場合に比べて、構造を単純化することができる。
さらに、第１０の発明に係る接触入力装置を備える電子機器によれば、板状の中空部材の大きさにかかわらずに２次元座標位置を精度良く検出することができ、各種の大きさの電子機器を容易に形成することができ、汎用性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る接触センサの構成図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成を示す平面図である。

【図3】図２に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る圧力センサに入力される圧力変動とセンサ出力との一例を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係る圧力センサの動作の一例を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係る接触センサの２つの圧力センサのセンサ出力（出力信号）の一例を示す図である。

【図7】本発明の実施形態の第１変形例に係る接触センサの構成図である。

【図8】本発明の実施形態の第２変形例に係る接触センサの構成図である。

【図9】本発明の実施形態の第３変形例に係る接触センサの構成図である。

【図10】本発明の実施形態の第４変形例に係る接触センサの構成図である。

【図11】本発明の実施形態の第４変形例に係る接触センサの２つの圧力センサのセンサ出力（出力信号）の一例を示す図である。

【図12】本発明の実施形態の第５変形例に係る接触センサの構成図である。

【図13】本発明の実施形態の第５変形例に係る接触センサの３つの圧力センサのセンサ出力（出力信号）の一例を示す図である。

【図14】本発明の実施形態の第６変形例に係る接触センサの構成図である。

【図15】本発明の実施形態の第６変形例に係る接触センサの圧力センサのセンサ出力（出力信号）と第１および第２のコンパレータの出力との一例を示す図である。

【図16】本発明の実施形態の第６変形例に係る接触センサの圧力センサのセンサ出力（出力信号）と第１および第２のコンパレータの出力との一例を示す図である。

【図17】本発明の実施形態の第７変形例に係る接触センサの構成図である。

【図18】本発明の実施形態の第７変形例に係る接触センサの構成図である。

【図19】本発明の実施形態に係る接触入力装置の構成図である。

【図20】本発明の実施形態に係る接触入力装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（接触センサ）
以下、本発明の実施形態に係る接触センサについて添付図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係る接触センサ１００の構成図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る圧力センサ１の構成を示す平面図である。図３は、図２中に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【0023】

図１に示すように、本実施形態の接触センサ１００は、物体の接触位置および接触圧を検出するセンサである。接触センサ１００は、例えば、少なくとも２つの第１の圧力センサ１（１ａ）および第２の圧力センサ１（１ｂ）と、中空部材１０１と、検出回路１０２と、信号処理回路１０３と、を備えている。

【0024】

（圧力センサの構成）
図２及び図３に示すように、本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域の圧力変動を検出するセンサである。圧力センサ１は、例えば、ＳＯＩ基板２と本体部３とを一体的に固定した形状からなり、ＳＯＩ基板２に形成されたカンチレバー４と、カンチレバー４に接続されてカンチレバー４の変位を測定する変位測定部５と、を備えている。

【0025】

ＳＯＩ基板２は、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせて形成されている。
本体部３は、例えば樹脂材で構成され、キャビティ１０として機能する箱型の凹部１０ａ、つまりキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１が設けられた箱型の凹部１０ａを備えている。これに伴い、例えば、ＳＯＩ基板２の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃには、本体部３の連通開口１１に臨んで連通する連通開口２Ａが形成されている。

【0026】

カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃからなり、平板状のシリコン活性層２ｃからカンチレバー４と枠部１２とを形成するようにギャップ１３を切り出すことによって形成されている。カンチレバー４は、基端部４ａを固定端とし、先端部４ｂを自由端とした片持ち梁構造を形成し、基端部４ａを中心としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形可能とされている。
カンチレバー４の基端部４ａには、該カンチレバー４が撓み変形し易くなるようにして、貫通孔１５が形成されている。

【0027】

変位測定部５は、カンチレバー４の基端部４ａの表面上に設けられたピエゾ抵抗２０と、ピエゾ抵抗２０に接続された配線部２１と、カンチレバー４の変位を検出する検出回路１０２と、を備えている。
ピエゾ抵抗２０は、カンチレバー４の撓み量（変位量）に応じて電気抵抗値が変化する抵抗素子であり、図２におけるカンチレバー４の短手方向において、貫通孔１５を挟んだ両側に対となって配置されている。これら一対のピエゾ抵抗２０は、導電性材料からなる配線部２１を介して相互に電気的に接続されている。検出回路１０２は一対のピエゾ抵抗２０に接続され、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化に基づいてカンチレバー４の変位を検出する。

【0028】

この変位測定部５において、検出回路１０２を通じてピエゾ抵抗２０に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、貫通孔１５を回り込むようにして、一方のピエゾ抵抗２０から配線部２１を経由して他方のピエゾ抵抗２０に流れる。これによって、検出回路１０２は、カンチレバー４の変位（撓み変形）に応じて変化するピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化を電気的な出力信号として取り出すことが可能である。変位測定部５は、この出力信号（センサ出力）に基づいて、カンチレバー４の変位を測定可能であり、キャビティ１０の内部と外部との間に発生した圧力差を検出する。

【0029】

なお、ピエゾ抵抗２０は、例えばリンなどのドープ剤（不純物）がイオン注入法や拡散法などの各種の方法によりドーピングされることで形成される。また、双方のピエゾ抵抗２０は配線部２１のみで電気的に導通するように形成されている。これによって、カンチレバー４周囲のシリコン活性層２ｃは、配線部２１以外でピエゾ抵抗２０双方が導通しないよう、エッチングされている。
また、ピエゾ抵抗２０は、圧電薄膜であってもよい。この場合、カンチレバー４の基端部４ａに加わる応力に応じて、起電力が発生する。検出回路１０２は、この起電力を検出することで、カンチレバー４の変位を検出する。

【0030】

（圧力センサの動作）
まず、上述した圧力センサ１を用いて、微小な圧力変動を検出する場合について、図４及び図５を用いて説明する。
初めに、図４（Ａ）に示す期間Ａのように、キャビティ１０の外部の圧力（以下、外圧Ｐｏｕｔ）と、キャビティ１０内部の圧力（以下、内圧Ｐｉｎ）との圧力差がゼロである場合には、図５（Ａ）に示すように、カンチレバー４は撓み変形しない。
ここで、図４（Ａ）に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、外圧Ｐｏｕｔがステップ状に上昇すると、キャビティ１０の外部と内部との間に圧力差が生じるので、図５（Ｂ）に示すように、カンチレバー４はキャビティ１０内部に向けて撓み変形する。
すると、カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗２０に歪みが生じ、電気抵抗値が変化するので、図４（Ｂ）に示すように、圧力センサ１の出力信号が増大する。

【0031】

また、外圧Ｐｏｕｔの上昇以降、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動する。そのため、図４（Ａ）に示すように、内圧Ｐｉｎは時間の経過とともに、外圧Ｐｏｕｔよりも遅れながら、かつ外圧Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答で上昇する。
その結果、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに徐々に近づくので、キャビティ１０の外部と内部との圧力が均衡状態になり始め、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、図４（Ｂ）に示すように上記出力信号が徐々に低下する。
そして、図４（Ａ）に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように、内圧Ｐｉｎが外圧Ｐｏｕｔに等しくなると、図５（Ｃ）に示すように、カンチレバー４の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、図４（Ｂ）に示すように、圧力センサ１の出力信号が再びゼロになる。

【0032】

このように、カンチレバー４の変位に基づいた出力信号の変動をモニタすることで、キャビティ１０の外部の圧力変動を検出することができる。
特に、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを用いて半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、従来の圧電素子に比べて薄型化（例えば、数十〜数百ｎｍ）し易い。したがって、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。

【0033】

（接触センサの構成）
２つの第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）は、中空部材１０１の内部の異なる位置に配置されている。
中空部材１０１は、物体の接触の押圧によって接触部分が変形可能、かつ押圧の解除によって変形前の形状に復帰可能な材料、例えば樹脂材などによって形成されている。中空部材１０１は、各種の気体や液体からなる圧力伝達媒体を内部に有し、外表面に対する物体の接触の押圧による接触部分の圧力変動を内部の圧力伝達媒体に伝達可能である。
中空部材１０１の内部に配置された各圧力センサ１において、キャビティ１０の内部および外部には圧力伝達媒体が存在しており、物体の接触の押圧によって中空部材１０１の外表面の接触部分から圧力伝達媒体に伝達された圧力変動に応じて各圧力センサ１のカンチレバー４が撓み変形可能である。

【0034】

なお、例えば、中空部材１０１が透明または光透過率が所定値より高い材料により形成され、かつ圧力伝達媒体が空気などの透明または光透過率が所定値より高い物質とされた場合には、接触センサ１００は所定値より高い光透過率を有する。

【0035】

検出回路１０２は、各圧力センサ１に対して、圧力伝達媒体の圧力変動に起因するカンチレバー４の撓み変形に応じた変位を検出し、この変位の検出信号を出力する。
信号処理回路１０３は、検出回路１０２から出力された検出信号を用いて、第１の圧力センサ１（１ａ）に対して検出された変位と第２の圧力センサ１（１ｂ）に対して検出された変位との大きさおよびタイミングの差に基づいて、中空部材１０１の外表面に対する物体の接触位置および接触圧を検出する。

【0036】

例えば図６に示すように、中空部材１０１の外表面に対する物体の接触の押圧に対し、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位の大きさ（センサ出力Ｆａ，Ｆｂ）は、圧力伝達媒体の圧力変動の大きさ、つまり中空部材１０１の外表面に対する物体の接触の押圧強度（接触圧）を示している。したがって、信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位の大きさを用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）を検出する。
さらに、図６に示すように、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆａ，Ｆｂに対応する時刻ｔａ，ｔｂ）の差ｔ（＝ｔｂ−ｔａ）は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）の位置と接触位置との距離差ｄに対応している。この距離差ｄは、圧力伝達媒体における圧力変動の伝達速度ｖと、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位のタイミングの差ｔ（＝ｔｂ−ｔａ）との積（ｄ＝ｔ×ｖ）によって記述可能である。したがって、信号処理回路１０３は、中空部材１０１の内部における第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）間の所定の圧力伝達経路に対し、距離差ｄに応じて圧力伝達経路上の接触位置を検出する。

【0037】

（接触センサの動作）
以下に、本実施形態において、例えば図１に示すように、接触センサ１００の中空部材１０１が管状に形成され、この管状の中空部材１０１の延在方向（例えば、中空部材１０１が伸びる方向である長手方向など）の第１端部１０１Ｌに第１の圧力センサ１（１ａ）が配置され、第２端部１０１Ｒに第２の圧力センサ１（１ｂ）が配置された場合の接触センサ１００の動作について説明する。

【0038】

この管状の中空部材１０１の延在方向の第１端部１０１Ｌおよび第２端部１０１Ｒ間の適宜の位置に物体の接触による押圧Ｆが作用すると、この接触に起因する圧力変動は、圧力伝達媒体によって中空部材１０１の延在方向に沿って第１端部１０１Ｌおよび第２端部１０１Ｒに向かい伝達される。したがって、中空部材１０１の延在方向に沿って伝達された圧力変動は、第１端部１０１Ｌの第１の圧力センサ１（１ａ）と、第２端部１０１Ｒの第２の圧力センサ１（１ｂ）とによって検出される。

【0039】

信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２によって検出された変位の大きさを用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）を検出する。さらに、信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２によって検出された変位のタイミングの差を用いて、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）の位置と物体の接触位置との距離差を検出する。そして、検出した距離差に応じて中空部材１０１の延在方向に沿った圧力伝達経路上の接触位置を検出する。

【0040】

上述したように本実施形態の接触センサ１００によれば、中空部材１０１を各種の形状や大きさを有するように形成することができ、軽量化および薄型化などが容易に可能であり、汎用性を向上させることができる。さらに、物体の接触位置の近傍に電極や電気配線を設ける必要が無く、液体などに対する特別なシール構造を設ける必要が無く、構造が複雑化することを防止することができる。さらに、中空部材１０１を形成する材料および圧力伝達媒体を成す物質の光透過率を適宜に設定することができ、所望の光透過率を容易に確保することができる。さらに、付加的な特別な構造または構成要素を設ける必要無しに接触位置および接触圧を同時に検出することができる。さらに、外部からの電圧印加が不要であり、消費電力の増大を防止することができる。

【0041】

（第１変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば中空部材１０１の内部の圧力伝達媒体と同一の圧力伝達媒体が中空部材１０１の外部に存在する場合などにおいて、図７に示す第１変形例に係る接触センサ１００のように、中空部材１０１は内部と外部とを連通する連通開口部１０１ａを備えてもよい。
この第１変形例によれば、中空部材１０１の内部の圧力は、連通開口部１０１ａを通じて外部の圧力と同一になることから、外部圧力の変化による中空部材１０１の変形を抑制することができ、中空部材１０１の劣化や破損などの発生を防止することができる。

【0042】

（第２変形例）
なお、上述した実施形態においては、図８に示す第２変形例に係る接触センサ１００のように、圧力センサ１は中空部材１０１に形成された開口部１１１に配置されてもよい。
この第２変形例においては、管状の中空部材１０１の延在方向（例えば、中空部材１０１が伸びる方向である長手方向など）の第１端部１０１Ｌおよび第２端部１０１Ｒに開口部１１１が設けられている。そして、開口部１１１の内壁面と圧力センサ１の外面（例えば、ＳＯＩ基板２や本体部３の端面など）とが接触し、開口部１１１によって圧力センサ１が支持されるようにして、開口部１１１に圧力センサ１が装着されている。本体部３およびキャビティ１０は、中空部材１０１の外部に配置され、本体部３の連通開口１１は、キャビティ１０の内部と中空部材１０１の内部とを連通している。カンチレバー４は、キャビティ１０の内部と中空部材１０１の内部との圧力差に応じて撓み変形する。

【0043】

（第３変形例）
なお、上述した第２変形例においては、例えば中空部材１０１の内部の圧力伝達媒体と同一の圧力伝達媒体が中空部材１０１の外部に存在する場合などにおいて、図９に示す第３変形例に係る接触センサ１００のように、圧力センサ１の本体部３はＳＯＩ基板２の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃと同一の形状、例えば環板状に形成され、キャビティ１０は省略されてもよい。
この第３変形例においては、本体部３の連通開口１１は、中空部材１０１の内部と外部とを連通している。カンチレバー４は、中空部材１０１の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。

【0044】

（第４変形例）
なお、上述した実施形態においては、図１０に示す第４変形例に係る接触センサ１００のように、中空部材１０１は、中空部材１０１の外表面に対する物体の接触の押圧に対して、圧力変動を圧力伝達媒体に伝達不能な不感領域１１２を備えてもよい。
不感領域１１２は、例えば、物体の接触の押圧によって接触部分が変形不能な領域であって、物体の接触の押圧によって変形可能な領域に比べて、より厚く形成されたり、より硬質な材料によって形成されている。

【0045】

この第４変形例において、検出回路１０２は、各圧力センサ１に対して、不感領域１１２を跨いだ中空部材１０１に対する物体の接触移動に起因した複数回（例えば、図１０に示す２回など）の圧力変動によるカンチレバー４の複数回の撓み変形に応じた複数の変位を検出する。信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２によって検出された複数回の変位の大きさを用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）を検出する。さらに、信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２によって検出された複数の変位のタイミングの差を用いて、不感領域１１２を跨いだ物体の接触移動の方向と、接触移動の始点位置および終点位置を検出する。

【0046】

例えば図１１に示すように、不感領域１１２を跨いだ物体の接触移動に起因して第１の圧力センサ１（１ａ）に対して、検出回路１０２によって、不感領域１１２を跨ぐ前後の２つの変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆａに対応する２つの時刻ｔａ１，ｔａ２）が検出される。また、不感領域１１２を跨いだ物体の接触移動に起因して第２の圧力センサ１（１ｂ）に対して、検出回路１０２によって、不感領域１１２を跨ぐ前後の２つの変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆｂに対応する２つの時刻ｔｂ１，ｔｂ２）が検出される。

【0047】

ここで、不感領域１１２を跨ぐ前の第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆａ，Ｆｂに対応する時刻ｔａ１，ｔｂ１）の差Ｔ１（＝ｔｂ１−ｔａ１）は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）の位置と接触移動の始点位置との距離差に対応している。また、不感領域１１２を跨いだ後の第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆａ，Ｆｂに対応する時刻ｔａ２，ｔｂ２）の差Ｔ２（＝ｔｂ２−ｔａ２）は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）の位置と接触移動の終点位置との距離差に対応している。そして、不感領域１１２を跨ぐ前のタイミングの差Ｔ１と、不感領域１１２を跨いだ後のタイミングの差Ｔ２と、に対して、Ｔ１＞Ｔ２の場合は、接触移動の方向が第１の圧力センサ１（１ａ）から第２の圧力センサ１（１ｂ）に向かう方向である場合に対応している。また、Ｔ１＜Ｔ２の場合は、接触移動の方向が第２の圧力センサ１（１ｂ）から第１の圧力センサ１（１ａ）に向かう方向である場合に対応している。

【0048】

したがって、信号処理回路１０３は、先ず、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位の大きさ（センサ出力Ｆａ，Ｆｂ）を用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）を検出する。
さらに、信号処理回路１０３は、不感領域１１２を跨ぐ前の第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位のタイミングの差Ｔ１を用いて、接触移動の始点位置を検出する。さらに、不感領域１１２を跨いだ後の第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出された変位のタイミングの差Ｔ２を用いて、接触移動の終点位置を検出する。さらに、これらのタイミングの差Ｔ１，Ｔ２を用いて、接触移動の方向を検出する。

【0049】

（第５変形例）
なお、上述した実施形態においては、図１２に示す第５変形例に係る接触センサ１００のように、少なくとも３つの第１、第２および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）を備えてもよい。
この第５変形例においては、中空部材１０１は薄板状に形成され、３つの第１、第２および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）は、中空部材１０１に形成された３つの開口部１１１（１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ）に配置されている。そして、開口部１１１の内壁面と圧力センサ１の外面（例えば、ＳＯＩ基板２や本体部３の端面など）とが接触し、開口部１１１によって圧力センサ１が支持されるようにして、開口部１１１に圧力センサ１が装着されている。本体部３およびキャビティ１０は、中空部材１０１の外部に配置され、本体部３の連通開口１１は、キャビティ１０の内部と中空部材１０１の内部とを連通している。カンチレバー４は、キャビティ１０の内部と中空部材１０１の内部との圧力差に応じて撓み変形する。

【0050】

この第５変形例においては、信号処理回路１０３は、検出回路１０２から出力された３つの第１、第２および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）に対する検出信号を用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）に加えて、中空部材１０１の外表面上に設定された２次元座標系において中空部材１０１の外表面に対する物体の接触位置の２次元座標位置を検出する。

【0051】

例えば図１３に示すように、信号処理回路１０３は、第１、第２および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）に対して検出された変位の大きさ（センサ出力Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ）を用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）を検出する。
さらに、例えば図１３に示すように、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２によって検出された変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆａ，Ｆｂに対応する時刻ｔａ，ｔｂ）の差ｔａｂ（＝ｔｂ−ｔａ）は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）の位置と接触位置との距離差ｄａｂに対応している。また、第１および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｃ）に対して検出回路１０２によって検出された変位のタイミング（つまり、センサ出力Ｆａ，Ｆｃに対応する時刻ｔａ，ｔｃ）の差ｔａｃ（＝ｔｃ−ｔａ）は、第１および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｃ）の位置と接触位置との距離差ｄａｃに対応している。したがって、信号処理回路１０３は、中空部材１０１の外表面上に設定された２次元座標系において、距離差ｄａｂ，ｄａｃに応じて２次元座標の接触位置を検出する。

【0052】

（第６変形例）
なお、上述した実施形態においては、図１４に示す第６変形例に係る接触センサ１００のように、中空部材１０１が環状に形成されている場合には、中空部材１０１の内部に周方向を塞ぐように配置された１つの圧力センサ１を備えてもよい。
この第６変形例においては、圧力センサ１の本体部３はＳＯＩ基板２の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃと同一の形状、例えば環板状に形成され、キャビティ１０は省略されている。本体部３の連通開口１１は、中空部材１０１の内部における圧力伝達媒体の流通方向である周方向の第１方向側の第１方向部１１３ａと第２方向側の第２方向部１１３ｂとを連通し、カンチレバー４は、第１方向部１１３ａと第２方向部１１３ｂとの圧力差に応じて撓み変形する。

【0053】

この第６変形例に係る接触センサ１００は、検出回路１０２から出力される検出信号と所定の第１閾値Ｖｔｈ１とを比較して比較結果の信号を出力する第１のコンパレータ１１４（１１４ａ）と、検出回路１０２から出力される検出信号と所定の第２閾値Ｖｔｈ２とを比較して比較結果の信号を出力する第２のコンパレータ１１４（１１４ｂ）とを備えている。
この第６変形例においては、中空部材１０１の外表面に対する物体の接触の押圧に対して、周方向の第１方向および第２方向に圧力変動が伝達される。これによって、物体の接触位置から第１方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離と、物体の接触位置から第２方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離と、が異なる場合には、カンチレバー４に互いに逆方向の２回の撓み変形が生じる。したがって、検出回路１０２は、カンチレバー４の互いに逆方向の２回の撓み変形に応じた２つの変位を検出し、これら２つの変位の検出信号、例えば正の値を有する検出信号と負の値を有する検出信号とを出力する。

【0054】

第１および第２のコンパレータ１１４（１１４ａ，１１４ｂ）の第１閾値Ｖｔｈ１および第２閾値Ｖｔｈ２は、圧力センサ１のカンチレバー４に生じる互いに逆方向の２回の撓み変形に対応して設定されている。例えば、検出回路１０２から出力された正の値を有する検出信号が所定の正の値の第１閾値Ｖｔｈ１よりも大きい値を有する場合に第１のコンパレータ１１４（１１４ａ）から出力されるＯＮ信号は、周方向の第１方向に伝達された圧力変動に応じてカンチレバー４に撓み変形が生じたことを示す。また、検出回路１０２から出力された負の値を有する検出信号が所定の負の値の第２閾値Ｖｔｈ２よりも小さい値を有する場合に第２のコンパレータ１１４（１１４ｂ）から出力されるＯＮ信号は、周方向の第２方向に伝達された圧力変動に応じてカンチレバー４に撓み変形が生じたことを示す。

【0055】

信号処理回路１０３は、検出回路１０２から出力される２つの検出信号を用いて、物体の接触の押圧強度（接触圧）を検出することに加えて、第１および第２のコンパレータ１１４（１１４ａ，１１４ｂ）から出力されるＯＮ信号のタイミングに基づいて、中空部材１０１の周方向における物体の接触位置を検出する。
例えば図１４に示す第１の押圧Ｆ１のように、物体の接触位置から第１方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離が、物体の接触位置から第２方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離よりも短い場合には、図１５に示すように、第１のコンパレータ１１４（１１４ａ）からＯＮ信号が出力された時刻ｔ１の後の時刻ｔ２に第２のコンパレータ１１４（１１４ｂ）からＯＮ信号が出力される。また、例えば図１４に示す第２の押圧Ｆ２のように、物体の接触位置から第１方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離が、物体の接触位置から第２方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離よりも長い場合には、図１６に示すように、第２のコンパレータ１１４（１１４ｂ）からＯＮ信号が出力された時刻ｔ１の後の時刻ｔ２に第１のコンパレータ１１４（１１４ａ）からＯＮ信号が出力される。したがって、信号処理回路１０３は、第１および第２のコンパレータ１１４（１１４ａ，１１４ｂ）から出力されるＯＮ信号の順序と、これらのＯＮ信号のタイミングの差Ｔ（＝ｔ２−ｔ１）とに応じて、中空部材１０１の周方向における物体の接触位置を検出する。

【0056】

なお、物体の接触位置から第１方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離と、物体の接触位置から第２方向側に圧力センサ１へ向かう圧力伝達経路の距離とが等しい場合には、カンチレバー４に生じる互いに逆方向の撓み変形が相殺する。したがって、中空部材１０１の周方向の第１方向および第２方向で圧力センサ１からの距離がほぼ等しくなる所定領域１１３ｃは、物体の接触に対する不感領域とされている。

【0057】

（第７変形例）
なお、上述した実施形態においては、図１７に示す第７変形例に係る接触センサ１００のように、所定の配列線に沿って複数の圧力センサ１を配列してもよいし、所定の網目状に複数の圧力センサ１を配置してもよい。
この第７変形例においては、複数の圧力センサ１は中空部材１０１に形成された複数の開口部１１１に配置されてもよいし、複数のカンチレバー４が形成されたＳＯＩ基板２によって複数の圧力センサ１が構成され、このＳＯＩ基板２が中空部材１０１に形成された開口部１１１に配置されてもよい。そして、開口部１１１の内壁面と圧力センサ１の外面（例えば、ＳＯＩ基板２や本体部３の端面など）とが接触し、開口部１１１によって圧力センサ１が支持されるようにして、開口部１１１に圧力センサ１が装着されている。圧力センサ１の本体部３はＳＯＩ基板２の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃと同一の形状、例えば環板状に形成され、キャビティ１０は省略されている。本体部３の連通開口１１は、中空部材１０１の内部と外部とを連通している。カンチレバー４は、中空部材１０１の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。
この第７変形例においては、信号処理回路１０３は、複数の圧力センサ１に対して検出回路１０２から出力された複数の検出信号のうち、カンチレバー４の変位が最も大きい検出信号またはカンチレバー４の変位の応答が最も早い検出信号を用いて、この検出信号に対応する圧力センサ１の位置またはこの位置の近傍を、物体の接触位置であると検出する。

【0058】

なお、この第７変形例においては、例えば図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、圧力センサ１に直接的に物体が接触して、この接触の押圧による接触部分の圧力変動が圧力センサ１によって検出されてもよい。この場合、さらに、例えば図１８（Ｃ）に示すように、複数の圧力センサ１を覆うカバー１１５などを備え、このカバー１１５を介して圧力センサ１に物体が接触するように構成してもよい。

【0059】

（接触入力装置）
以下、本発明の第１の実施形態に係る接触入力装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の接触入力装置２００は、例えばキーボードなどの入力装置であって、図１９に示すように、各種の文字、記号および機能の信号の出力が割り当てられた押圧操作可能な複数のキー２０１ａを備えるキーパッド２０１と、上述した実施形態の接触センサ１００と、を備えている。

【0060】

接触センサ１００はキーパッド２０１の裏面側に配置され、操作者の押圧操作によって弾性変形可能なキーパッド２０１の各キー２０１ａの接触の押圧による圧力変動を検出する。
接触センサ１００の中空部材１０１は管状に形成され、キーパッド２０１の各キー２０１ａの配列に対応して複数箇所で湾曲した形状を有している。この管状の中空部材１０１の延在方向の第１端部１０１Ｌには第１の圧力センサ１（１ａ）が配置され、第２端部１０１Ｒには第２の圧力センサ１（１ｂ）が配置されている。

【0061】

接触センサ１００の信号処理回路１０３は、予め、管状の中空部材１０１の延在方向に沿った圧力伝達経路上の位置と、キーパッド２０１の各キー２０１ａの位置との対応関係のデータを記憶している。これによって、信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２から出力された検出信号を用いて、中空部材１０１の延在方向に沿った圧力伝達経路上における物体（つまりキーパッド２０１の各キー２０１ａ）の接触位置を検出する。そして、検出した接触位置に応じてキーパッド２０１上で押圧操作されたキー２０１ａを検出し、検出したキー２０１ａに対して予め割り当てられている信号を外部に出力する。

【0062】

以下、本発明の第２の実施形態に係る接触入力装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の接触入力装置２１０は、例えばタッチパネルなどの入力装置であって、図２０に示すように、平板状の接触操作部２１１と、上述した実施形態の第５変形例に係る接触センサ１００と、を備えている。
接触操作部２１１は、操作者の押圧操作によって弾性変形可能かつ押圧操作に応じて圧力変動を発生可能である。
接触センサ１００は接触操作部２１１の裏面側に配置され、操作者の押圧操作によって弾性変形可能な接触操作部２１１の圧力変動を検出する。

【0063】

接触センサ１００の信号処理回路１０３は、第１、第２および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）に対して検出回路１０２から出力された検出信号を用いて、接触操作部２１１に対する押圧操作の押圧強度（接触圧）を検出する。さらに、信号処理回路１０３は、接触操作部２１１の表面上に予め設定された２次元座標系での接触位置の２次元座標を検出する。そして、検出した接触位置および接触圧の信号を外部に出力する。

【0064】

上述した第１または第２の実施形態の接触入力装置２００，２１０によれば、構造が複雑化することを防止しつつ軽量化および薄型化などが容易に可能であり、汎用性を向上させることができる。
さらに、第１の実施形態に係る接触入力装置２００によれば、１つの管状の中空部材１０１によって複数のキー２０１ａに対する操作を区別して検出することができ、例えば複数のキー２０１ａのそれぞれに個別にセンサを設ける場合に比べて、構造を単純化することができる。
さらに、第２の実施形態に係る接触入力装置２１０によれば、板状の接触操作部２１１の大きさにかかわらずに接触位置の２次元座標位置を精度良く検出することができ、各種の大きさの接触操作部２１１によって汎用性を向上させることができる。

【0065】

（電子機器）
上述した第１および第２の実施形態に係る接触入力装置２００，２１０は、例えばコンピュータ装置や電子楽器などの各種の電子機器に備えることができる。
例えば、上述した第１の実施形態に係る接触入力装置２００を備える電子鍵盤楽器においては、接触センサ１００の中空部材１０１は管状に形成され、押圧操作可能な電子鍵盤楽器の複数の白鍵および黒鍵の配列に対応した形状を有している。接触センサ１００の信号処理回路１０３は、予め、管状の中空部材１０１の延在方向に沿った圧力伝達経路上の位置と、電子鍵盤楽器の複数の白鍵および黒鍵の位置との対応関係のデータを記憶している。これによって、信号処理回路１０３は、第１および第２の圧力センサ１（１ａ，１ｂ）に対して検出回路１０２から出力された検出信号を用いて、押圧操作された白鍵または黒鍵を検出し、検出した白鍵または黒鍵に対して予め割り当てられている音色の音出力信号を外部に出力する。

【0066】

また、例えば、上述した第２の実施形態に係る接触入力装置２１０を備える電子打楽器においては、接触センサ１００の信号処理回路１０３は、予め、接触操作部２１１の表面上の２次元座標系での接触位置と、接触圧と、音色との対応関係のデータを記憶している。これによって、信号処理回路１０３は、第１、第２および第３の圧力センサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ）に対して検出回路１０２から出力された検出信号を用いて、接触圧および接触位置を検出し、検出した接触圧および接触位置に対して予め割り当てられている音色の音出力信号を外部に出力する。

【0067】

上述した実施形態の電子機器によれば、構造が複雑化することを防止しつつ軽量化および薄型化などが容易に可能であり、汎用性を向上させることができる。
さらに、第１の実施形態に係る接触入力装置２００を備える電子鍵盤楽器によれば、１つの管状の中空部材１０１によって複数の白鍵および黒鍵に対する操作を区別して検出することができ、例えば複数の白鍵および黒鍵のそれぞれに個別にセンサを設ける場合に比べて、構造を単純化することができる。
さらに、第２の実施形態に係る接触入力装置２１０を備える電子打楽器によれば、板状の接触操作部２１１の大きさにかかわらずに接触位置の２次元座標位置を精度良く検出することができ、各種の大きさの電子打楽器を容易に形成することができ、汎用性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0068】

１…圧力センサ（圧力変動検出部） ３…本体部 ４…カンチレバー １０…キャビティ １１…連通開口（開口） １００…接触センサ １０１…中空部材 １０２…検出回路 １０３…信号処理回路（接触検出手段、入力信号出力部） １１１…開口部 １１３ａ…第１方向部 １１３ｂ…第２方向部 ２１１…接触操作部

【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】