特許 6802009 圧力検出装置及びその駆動方法

(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】6802009

(24)【登録日】2020年11月30日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】圧力検出装置及びその駆動方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20201207BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 101Z

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-166596(P2016-166596)

(22)【出願日】2016年8月29日

(65)【公開番号】特開2018-36058(P2018-36058A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】501426046

【氏名又は名称】エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120363

【弁理士】

【氏名又は名称】久保田 智樹

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(72)【発明者】

【氏名】平木 克良

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 治

(72)【発明者】

【氏名】渡部 一貴

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１０９０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３２１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００２１９６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力感応素子と選択トランジスタとをそれぞれが含み、複数行及び複数列に渡って２次元状に配された複数のセンサセルと、
前記複数行のそれぞれに配された複数の第１駆動信号線と、
前記複数行のうちの少なくとも一部の行に配された複数の第２駆動信号線と、
前記複数の第１駆動信号線に接続され、各行の前記第１駆動信号線に前記選択トランジスタの駆動信号を個別に供給する第１駆動回路と、
前記複数の第２駆動信号線に接続され、前記複数の第２駆動信号線に同時に前記選択トランジスタの駆動信号を供給する第２駆動回路と、
前記第１駆動回路により前記第１駆動信号線を順次駆動する第１駆動モードと、前記第２駆動回路により前記複数の第２駆動信号線を同時に駆動する第２駆動モードとを切り替える制御回路と、
を有し、
前記複数の第２駆動信号線のそれぞれは、対応する行に配された前記複数のセンサセルのうちの一部のセンサセルに接続されており、
前記複数の第１駆動信号線のそれぞれは、対応する行に配された前記複数のセンサセルのうち、前記第２駆動信号線に接続されていないセンサセルに接続されており、
前記制御回路は、前記第１駆動モードにおいて、前記第１駆動回路により駆動している前記第１駆動信号線が属する行に前記第２駆動信号線が含まれる場合に、前記第１駆動信号線の駆動と同期して前記第２駆動回路を駆動する
ことを特徴とする圧力検出装置。

【請求項2】

圧力感応素子と選択トランジスタとをそれぞれが含み、複数行及び複数列に渡って２次元状に配された複数のセンサセルと、
前記複数行のそれぞれに配された複数の第１駆動信号線と、
前記複数行のうちの少なくとも一部の行に配された複数の第２駆動信号線と、
前記複数の第１駆動信号線に接続され、各行の前記第１駆動信号線に前記選択トランジスタのうちの第１選択トランジスタの駆動信号を個別に供給する第１駆動回路と、
前記複数の第２駆動信号線に接続され、前記複数の第２駆動信号線に同時に前記選択トランジスタのうちの第２選択トランジスタの駆動信号を供給する第２駆動回路と、
前記第１駆動回路により前記第１駆動信号線を順次駆動する第１駆動モードと、前記第２駆動回路により前記複数の第２駆動信号線を同時に駆動する第２駆動モードとを切り替える制御回路と、
を有し、
前記複数の第２駆動信号線のそれぞれは、対応する行に配された前記複数のセンサセルのうちの前記第２選択トランジスタを含む一部のセンサセルに接続されており、
前記複数の第１駆動信号線のそれぞれは、対応する行に配された前記複数のセンサセルのすべてに接続されている
ことを特徴とする圧力検出装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記複数のセンサセルの前記圧力感応素子が圧力の変化を検知しない場合に、前記第２駆動モードに切り替える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力検出装置。

【請求項4】

前記制御回路は、前記第２駆動回路により前記複数の第２駆動信号線を所定の時間間隔で間欠的に駆動する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧力検出装置。

【請求項5】

前記制御回路は、前記第２駆動モードにおいて、いずれかの前記センサセルの前記圧力感応素子が圧力の変化を検知したときは、前記第１駆動モードに切り替える
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧力検出装置。

【請求項6】

前記第２駆動信号線に接続された前記センサセルは、２次元的に等間隔に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力検出装置。

【請求項7】

前記第２駆動信号線に接続された前記センサセルの数は、各列に１個以下である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧力検出装置。

【請求項8】

圧力感応素子と選択トランジスタとをそれぞれが含み、複数行及び複数列に渡って２次元状に配された複数のセンサセルと、前記複数行のそれぞれに配された複数の第１駆動信号線と、前記複数行のうちの少なくとも一部の行に配された複数の第２駆動信号線と、前記複数の第１駆動信号線に前記選択トランジスタの駆動信号を供給する第１駆動回路と、前記複数の第２駆動信号線に前記選択トランジスタの駆動信号を供給する第２駆動回路と、を有し、前記複数の第２駆動信号線のそれぞれが、対応する行に配された前記複数のセンサセルのうちの一部のセンサセルに接続され、前記複数の第１駆動信号線のそれぞれが、対応する行に配された前記複数のセンサセルのうち、前記第２駆動信号線に接続されていないセンサセルに接続されている、圧力検出装置の駆動方法であって、
いずれかの前記センサセルの前記圧力感応素子が圧力の変化を検知したときは、前記第１駆動回路により前記第１駆動信号線を順次駆動する第１駆動モードを実行し、
前記複数のセンサセルの前記圧力感応素子が圧力の変化を検知しないときは、前記第２駆動回路により前記複数の第２駆動信号線を同時に駆動する第２駆動モードを実行し、
前記第１駆動モードにおいて、前記第１駆動回路により駆動している前記第１駆動信号線が属する行に前記第２駆動信号線が含まれる場合に、前記第１駆動信号線の駆動と同期して前記第２駆動回路を駆動する
ことを特徴とする圧力検出装置の駆動方法。

【請求項9】

前記第２駆動モードでは、前記第２駆動回路により前記複数の第２駆動信号線を所定の時間間隔で間欠的に駆動する
ことを特徴とする請求項８記載の圧力検出装置の駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力検出装置及びその駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

小型の圧力センサ素子を２次元アレイ状に配置して圧力分布の測定を可能にした圧力検出装置が知られている。このような圧力検出装置では、多くの場合に画像表示用パネルにおける画素の駆動と同様、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いて圧力センサ素子をアクティブマトリックス制御することが想定されている（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

アクティブマトリックス型２次元圧力センサでは、例えばシフトレジスタを用いてアクティブなゲート配線を切り換えて読み出す圧力センサ素子を順次変更することにより、２次元の圧力分布データを取得する。この動作を常時継続することで、時間変化する圧力の２次元データを取得することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−０７０２７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、時間変化する圧力の２次元データを取得する場合、制御回路や検出回路などは圧力の有無に関わらず常に動作状態であり、電力を消費し続ける。そのため、圧力の加わっていない状態における無駄な電力消費は、特に電池駆動を想定した場合には大きな問題であり、低減することが望まれていた。

【0006】

本発明の目的は、圧力の加わっていない状態における消費電力を低減しうる圧力検出装置及びその駆動方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によれば、圧力感応素子と選択トランジスタとをそれぞれが含み、複数行及び複数列に渡って２次元状に配された複数のセンサセルと、前記複数行のそれぞれに配された複数の第１駆動信号線と、前記複数行のうちの少なくとも一部の行に配された複数の第２駆動信号線と、前記複数の第１駆動信号線に接続され、各行の前記第１駆動信号線に前記選択トランジスタの駆動信号を個別に供給する第１駆動回路と、前記複数の第２駆動信号線に接続され、前記複数の第２駆動信号線に同時に前記選択トランジスタの駆動信号を供給する第２駆動回路と、を有し、前記複数の第２駆動信号線のそれぞれは、対応する行に配された前記センサセルのうちの一部の前記センサセルに接続されており、前記複数の第１駆動信号線のそれぞれは、対応する行に配された前記センサセルのうち、前記第２駆動信号線に接続されていない前記センサセルに接続されている圧力検出装置が提供される。

【0008】

また、本発明の他の一観点によれば、圧力感応素子と選択トランジスタとをそれぞれが含み、複数行及び複数列に渡って２次元状に配された複数のセンサセルと、前記複数行のそれぞれに配された複数の第１駆動信号線と、前記複数行のうちの少なくとも一部の行に配された複数の第２駆動信号線と、前記複数の第１駆動信号線に前記選択トランジスタの駆動信号を供給する第１駆動回路と、前記複数の第２駆動信号線に前記選択トランジスタの駆動信号を供給する第２駆動回路と、を有し、前記複数の第２駆動信号線のそれぞれが、対応する行に配された前記センサセルのうちの一部の前記センサセルに接続され、前記複数の第１駆動信号線のそれぞれが、対応する行に配された前記センサセルのうち、前記第２駆動信号線に接続されていない前記センサセルに接続されている、圧力検出装置の駆動方法であって、いずれかの前記センサセルの前記圧力感応素子が圧力の変化を検知したときは、前記第１駆動回路により前記第１駆動信号線を順次駆動する第１駆動モードを実行し、前記複数のセンサセルの前記圧力感応素子が圧力の変化を検知しないときは、前記第２駆動回路により前記複数の第２駆動信号線を同時に駆動する第２駆動モードを実行する圧力検出装置の駆動方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、通常動作時における圧力の検出精度を損なうことなく、圧力の加わっていない状態における消費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態による圧力検出装置の構造を示す概略図である。

【図2】本発明の第１実施形態による圧力検出装置の検出回路の一例を示す図である。

【図3】本発明の第１実施形態による圧力検出装置の駆動方法を示すタイミング図である。

【図4】本発明の第２実施形態による圧力検出装置の構造を示す概略図である。

【図5】本発明の第２実施形態による圧力検出装置の駆動方法を示すタイミング図である。

【図6】参考例による圧力検出装置の構造を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による圧力検出装置及びその駆動方法について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態による圧力検出装置の構造を示す概略図である。図２は、本実施形態による圧力検出装置の検出回路の一例を示す図である。図３は、本実施形態による圧力検出装置の駆動方法を示すタイミング図である。

【0012】

はじめに、本実施形態による圧力検出装置の構造について、図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態による圧力検出装置１００は、図１に示すように、センサアレイ１０と、垂直走査回路２０と、電圧供給回路３０と、検出回路４０と、制御回路５０とを有する２次元圧力センサである。

【0013】

センサアレイ１０は、複数行（例えばｍ行）及び複数列（例えばｎ列）に渡って２次元状に配された複数のセンサセル１２を含む。それぞれのセンサセル１２は、選択トランジスタＭと、圧力感応素子Ｓとを含む。選択トランジスタＭは、例えば、薄膜トランジスタからなる。圧力感応素子Ｓとしては、例えば、導電性ゴムなどの圧力印加に伴って電気抵抗値が変化する感圧素材を一対の電極の間に挟持してなる素子を適用することができる。

【0014】

センサアレイ１０の各行には、行方向に延在して、第１駆動信号線Ｘ_１が配されている。図１には、第１行、第２行、第３行、第４行、第５行、…、第ｍ行に配された第１駆動信号線Ｘ_１を、それぞれ、第１駆動信号線Ｘ_１１，Ｘ_１２，Ｘ_１３，Ｘ_１４，Ｘ_１５，…，Ｘ_１ｍと表記している。第１駆動信号線Ｘ_１１，Ｘ_１２，Ｘ_１３，Ｘ_１４，Ｘ_１５，…，Ｘ_１ｍは、垂直走査回路２０に接続されている。

【0015】

センサアレイ１０の一部の行には、行方向に延在して、第２駆動信号線Ｘ_２が配されている。図１には、センサアレイ１０の第１行、第３行、第５行に第２駆動信号線Ｘ_２が配されているものとし、これらをそれぞれ第２駆動信号線Ｘ_２１，Ｘ_２３，Ｘ_２５と表記している。なお、第２駆動信号線Ｘ_２を配する行は、複数行のうちの少なくとも一部であればよく、例えば、待機状態において必要とされる検出感度等に応じて適宜選択することができる。第２駆動信号線Ｘ_２１，Ｘ_２３，Ｘ_２５は、電圧供給回路３０に接続されている。

【0016】

センサアレイ１０の各列には、列方向に延在して、出力信号線Ｙがそれぞれ配されている。図１には、第１列、第２列、第３列、…、第ｎ列に配された出力信号線Ｙを、出力信号線Ｙ_１，Ｙ_２，Ｙ_３，…，Ｙ_ｎと表記している。出力信号線Ｙ_１，Ｙ_２，Ｙ_３，…，Ｙ_ｎは、検出回路４０に接続されている。

【0017】

センサセル１２の圧力感応素子Ｓは、一方の端子が電源電圧線に接続されており、他方の端子が選択トランジスタＭのドレインに接続されている。選択トランジスタＭのソースは、対応する列の出力信号線Ｙに接続されている。選択トランジスタＭのゲートは、対応する行の第１駆動信号線Ｘ_１又は第２駆動信号線Ｘ_２に接続されている。ここでは、第１行第１列のセンサセル１２、第３行第ｎ列のセンサセル１２、第５行第３列のセンサセル１２が第２駆動信号線Ｘ_２に接続されており、他のセンサセル１２が第１駆動信号線Ｘ_１に接続されている場合を想定する。

【0018】

第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の数は、各列に１個以下とする。第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２が配置されていない列があってもよい（例えば、図１において第２列）。第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２は、同じ行に複数個（１個以上）あってもよい。第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２が配置されていない行があってもよい（例えば、図１において第２行、第４行、第ｍ行）。

【0019】

垂直走査回路２０は、デコーダやシフトレジスタで構成される。垂直走査回路２０は、第１駆動信号線Ｘ_１１，Ｘ_１２，Ｘ_１３，Ｘ_１４，Ｘ_１５，…，Ｘ_１ｍに、駆動信号ＰＴＸ_１１，ＰＴＸ_１２，ＰＴＸ_１３，ＰＴＸ_１４，ＰＴＸ_１５，…，ＰＴＸ_１ｍを、それぞれ供給する。これら駆動信号ＰＴＸ_１は、第１駆動信号線Ｘ_１に接続された選択トランジスタＭの駆動信号である。この意味で、垂直走査回路２０は、選択トランジスタＭの駆動回路でもある。例えば、選択トランジスタＭがＮ型トランジスタの場合、駆動信号ＰＴＸ_１がハイレベルのとき、対応する行の選択トランジスタＭはオン状態になる。また、駆動信号ＰＴＸ_１がローレベルのとき、対応する行の選択トランジスタＭがオフ状態になる。

【0020】

電圧供給回路３０は、第２駆動信号線Ｘ_２１，Ｘ_２３，Ｘ_２５に、駆動信号ＰＳＴＢを供給する。駆動信号ＰＳＴＢは、第２駆動信号線Ｘ_２１，Ｘ_２３，Ｘ_２５に接続された選択トランジスタＭの駆動信号である。この意味で、電圧供給回路３０は、選択トランジスタＭの駆動回路でもある。例えば、選択トランジスタＭがＮ型トランジスタの場合、駆動信号ＰＳＴＢがハイレベルのとき、選択トランジスタＭはオン状態になる。また、駆動信号ＰＳＴＢがローレベルのとき、選択トランジスタＭがオフ状態になる。

【0021】

検出回路４０は、出力信号線Ｙ_１，Ｙ_２，Ｙ_３，…，Ｙ_ｎの電圧を検出するための回路である。出力信号線Ｙの電圧を検出することで、圧力感応素子Ｓに圧力が加わっているかどうかを検知することができる。また、出力信号線Ｙの電圧の値に基づき、圧力感応素子Ｓに加わる応力を算出することが可能となる。また、検出回路４０は、センサアレイ１０に物体が接触して出力信号線Ｙの電圧が変化したことを検知すると、その情報を制御回路５０に出力するように構成されている。

【0022】

検出回路４０は、特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、センサアレイ１０の列毎に、Ａ／Ｄコンバータ４２と、抵抗Ｒとを有する。Ａ／Ｄコンバータ４２の入力端子は、出力信号線Ｙに接続されている。抵抗Ｒは、出力信号線ＹとＡ／Ｄコンバータ４２の入力端子との間の接続ノードと、接地電圧線との間に設けられている。これにより、センサセル１２の選択トランジスタＭがオン状態になることによって、圧力感応素子Ｓと抵抗Ｒとが直列に接続された構成となり、圧力感応素子Ｓと抵抗Ｒとの間の接続ノードの電圧がＡ／Ｄコンバータ４２に入力されるようになっている。

【0023】

制御回路５０は、垂直走査回路２０、電圧供給回路３０及び検出回路４０に接続されている。制御回路５０は、垂直走査回路２０、電圧供給回路３０及び検出回路４０の動作やそのタイミングを制御する。制御回路５０は、検出回路４０から出力される接触検知の情報に応じて、垂直走査回路２０及び電圧供給回路３０を制御することも可能である。

【0024】

第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２は、センサアレイ１０に物体が接触したかどうかを判定するために用いられる。このような目的の場合、圧力の２次元分布を測定することは必ずしも必要はなく、また、センサアレイ１０のどこか一部分の圧力が変化したことを検出できればよい。また、物体が接触したかどうかを検知するために必要なセンサの配置密度は、凹凸などの物質の表面状態を検知するために必要なセンサの配置密度よりも低くてよい。つまり、物体の接触判定では、高分解能の検知は不要である。

【0025】

そこで、本実施形態による圧力検出装置では、センサアレイ１０の一部のセンサセル１２だけに第２駆動信号線Ｘ_２を接続している。第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２は、物体が接触したことを認知するのに必要な間隔で配置されていればよい。配置する間隔は、圧力検出装置の使用目的等に応じて適宜設定することができる。また、感度の面内均一性を高める観点から、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２は、センサアレイ１０内に２次元的に等間隔に配置されていることが望ましい。

【0026】

次に、本実施形態による圧力検出装置の駆動方法について、図３を用いて説明する。
本実施形態による圧力検出装置は、駆動モードとして、待機モードと通常動作モードとを含む。待機モードは、第２駆動信号線Ｘ_２を間欠的に一括駆動し、物体の接触を検知するモードである。通常動作モードは、第１駆動信号線Ｘ_１を行毎に個別に駆動し、圧力の２次元分布を測定するモードである。

【0027】

待機モードでは、制御回路５０の制御のもと、垂直走査回路２０から第１駆動信号線Ｘ_１に供給する駆動信号ＰＴＸ_１を、ローレベルに維持する。また、電圧供給回路３０から第２駆動信号線Ｘ_２に供給される駆動信号ＰＳＴＢは、予め定められた所定の時間間隔で間欠的にローレベルからハイレベルへと遷移する。なお、所定の時間間隔は、待機モードにおいて圧力の検知を実行する時間間隔であり、圧力検出装置の使用目的等に応じて適宜設定する。

【0028】

駆動信号ＰＳＴＢがハイレベルになると、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の選択トランジスタＭがオン状態となり、圧力感応素子Ｓが選択トランジスタＭを介して出力信号線Ｙに接続される。このとき、圧力感応素子Ｓに物体が接触すると、圧力感応素子Ｓの抵抗値が変化し、出力信号線Ｙの電圧が変化する。この電圧の変化を検出回路４０によって検出することで、物体が接触したことを検知することができる。

【0029】

図２の構成の検出回路４０では、電源電圧が圧力感応素子Ｓと抵抗Ｒとにより抵抗分圧され、圧力感応素子Ｓの抵抗値に応じた圧力感応素子Ｓと抵抗Ｒとの間の接続ノードの電圧が、Ａ／Ｄコンバータ４２に入力される。圧力感応素子Ｓの抵抗値が変化することで、Ａ／Ｄコンバータ４２に入力される電圧が変化することになる。

【0030】

検出回路４０により物体の接触が検知されないときは、圧力検出装置は、待機モードを維持する。待機モードでは、通常動作モード時の行順次駆動のように短時間でパルスを切り替える駆動は不要であり、消費電力を低減することができる。なお、待機モードにおいて、Ａ／Ｄコンバータ４２は、通常動作モード時と比較して、より周波数の低いクロックに基づいて動作するようにしてもよい。これにより、Ａ／Ｄコンバータ４２の消費電力を削減することができる。

【0031】

検出回路４０が物体の接触を検知したときは、制御回路５０は、待機モードから通常動作モードに移行する。通常動作モードでは、制御回路５０の制御のもと、垂直走査回路２０から第１駆動信号線Ｘ_１に供給する駆動信号ＰＴＸ_１を、行順次でローレベルからハイレベルへと遷移する。例えば図３に示すように、第１駆動信号線Ｘ_１１，Ｘ_１２，Ｘ_１３，Ｘ_１４，Ｘ_１５，…，Ｘ_１ｍに供給する駆動信号ＰＴＸ_１１，ＰＴＸ_１２，ＰＴＸ_１３，ＰＴＸ_１４，ＰＴＸ_１５，…，ＰＴＸ_１ｍを、順次ハイレベルにする。

【0032】

これにより、第１駆動信号線Ｘ_１に接続されたセンサセル１２の選択トランジスタＭが行単位で順次オン状態となり、各列の出力信号線Ｙには、圧力感応素子Ｓへの物体の接触状態に応じた電圧が出力される。この動作を第１行から第ｍ行について順次行うことで、圧力の２次元分布を高精度で測定することができる。

【0033】

この際、第２駆動信号線Ｘ_２に供給する駆動信号ＰＳＴＢは、第１駆動信号線Ｘ_１に供給する駆動信号ＰＴＸ_１とは異なるタイミングで、ローレベルからハイレベルへと遷移する。例えば図３に示すように、各行の駆動信号ＰＴＸ_１を順次ローレベルからハイレベルへと遷移するよりも前のタイミングで、駆動信号ＰＳＴＢをローレベルからハイレベルへと遷移する。これにより、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の選択トランジスタＭがオン状態となり、出力信号線Ｙには、圧力感応素子Ｓへの物体の接触状態に応じた電圧が出力される。第２駆動信号線Ｘ_２にも駆動信号を供給することで、総てのセンサセル１２を圧力測定に用いることができる。

【0034】

駆動信号ＰＳＴＢをハイレベルにすると、複数の第２駆動信号線Ｘ_２（例えば、第２駆動信号線Ｘ_２１，Ｘ_２３，Ｘ_２５）が同時にハイレベルになる。しかしながら、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の数は各列に１個以下であるため、１つの列の複数のセンサセル１２において選択トランジスタＭが同時にオンになることはない。

【0035】

総てのセンサセル１２からの出力電圧が、物体が接触していないときの所定値に戻ったときは、制御回路５０は、通常動作モードから待機モードに移行し、上述の動作を繰り返し実行する。

【0036】

なお、通常動作モードでは、第２駆動信号線Ｘ_２は、必ずしも駆動する必要はない。この場合、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２では圧力検知をできないが、例えば、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の数が全体のセンサセル１２の数よりも十分に少ないような場合には、検出精度への影響は小さい。

【0037】

また、上記実施形態では、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２からの出力を通常動作モードにおいても利用する観点から、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の数を各列に１個以下にしている。通常動作モードにおいて第２駆動信号線Ｘ_２を駆動しない場合には、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の数を各列に２個以上としてもよい。

【0038】

第２駆動信号線Ｘ_２や電圧供給回路３０を備えていない図６に示すような圧力検出装置２００において物体の接触を検知するためには、上述の通常動作モードと同様の行順次駆動を行い、センサアレイ１０内の圧力分布を測定することが必要である。このため、物体の接触判定には、センサアレイ１０の行数に応じた読み出し時間が必要であり、また、要する消費電力も大きくなる。

【0039】

本実施形態による圧力検出装置１００では、１度のパルス駆動でセンサアレイ１０内における物体の接触判定を行うことができる。このため、物体の接触判定を行うための消費電力は、センサアレイ１０を構成するセンサセル１２の行数をｍとすると、図６の圧力検出装置２００の場合と比較して、およそ１／ｍに低減することができる。また、物体の接触判定に必要な処理速度も、図６の圧力検出装置２００の場合と比較して、およそ１／ｍに低減することができる。

【0040】

例えば、本実施形態による圧力検出装置をロボットの指に搭載した場合、待機モードでの動作によって、ロボットの指が物体に触れたことをいち早く検知することができ、その情報に応じて動力部分の制御を迅速に行うことができる。また、通常動作モードでは、検出した圧力の２次元分布から、ロボットが触れた物体の表面の凹凸などを正確に読み取ることができる。

【0041】

このように、本実施形態によれば、通常動作時における検出精度を損なうことなく、圧力の加わっていない状態における消費電力を低減することができる。

【0042】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による圧力検出装置及びその駆動方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態による圧力検出装置の構造を示す概略図である。図５は、本実施形態による圧力検出装置の駆動方法を示すタイミング図である。図１及び図２に示す第１実施形態による圧力検出装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。

【0043】

はじめに、本実施形態による圧力検出装置の構造について、図４を用いて説明する。
本実施形態による圧力検出装置１００は、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１２の構成が異なるほかは、図１に示す第１実施形態による圧力検出装置と同様である。

【0044】

本実施形態による圧力検出装置１００は、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１４が、２つの選択トランジスタＭ１，Ｍ２と１つの圧力感応素子Ｓとにより構成されている。その他のセンサセル１２は、第１実施形態による圧力検出装置のセンサセル１２と同様である。

【0045】

センサセル１４の圧力感応素子Ｓは、一方の端子が電源電圧線に接続されており、他方の端子が選択トランジスタＭ１のドレイン及び選択トランジスタＭ２のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ１のソース及び選択トランジスタＭ２のソースは、対応する列の出力信号線Ｙに接続されている。選択トランジスタＭ１のゲートは、対応する行の第１駆動信号線Ｘ_１に接続されている。選択トランジスタＭ２のゲートは、対応する行の第２駆動信号線Ｘ_２に接続されている。

【0046】

なお、本実施形態による圧力検出装置では、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１４は、各列に複数個（１個以上）接続されていてもよい。

【0047】

次に、本実施形態による圧力検出装置の駆動方法について、図５を用いて説明する。
本実施形態による圧力検出装置の駆動方法は、第１実施形態と同様、駆動モードとして、待機モードと通常動作モードとを含む。

【0048】

待機モードでは、制御回路５０の制御のもと、垂直走査回路２０から第１駆動信号線Ｘ_１に供給する駆動信号ＰＴＸ_１を、ローレベルに維持する。また、電圧供給回路３０から第２駆動信号線Ｘ_２に供給される駆動信号ＰＳＴＢは、所定の時間間隔で間欠的にローレベルからハイレベルへと遷移する。

【0049】

駆動信号ＰＳＴＢがハイレベルになると、第２駆動信号線Ｘ_２に接続されたセンサセル１４の選択トランジスタＭ２がオン状態となり、圧力感応素子Ｓが選択トランジスタＭ２を介して出力信号線Ｙに接続される。このとき、圧力感応素子Ｓに物体が接触すると、圧力感応素子Ｓの抵抗値が変化し、出力信号線Ｙの電圧が変化する。この電圧の変化を検出回路４０によって検出することで、物体が接触したことを検知することができる。

【0050】

なお、出力信号線Ｙに複数のセンサセル１４が接続されている場合、出力信号線Ｙの電圧は必ずしも圧力感応素子Ｓに加わる圧力に応じた値とはならないが、待機モードでは物体が接触したことを検知できれば十分である。

【0051】

検出回路４０により物体の接触が検知されないときは、圧力検出装置は、待機モードを維持する。待機モードでは、通常動作モード時の行順次駆動のように短時間でパルスを切り替える駆動は不要であり、消費電力を低減することができる。

【0052】

検出回路４０が物体の接触を検知したときは、制御回路５０は、待機モードから通常動作モードに移行する。通常動作モードでは、制御回路５０の制御のもと、垂直走査回路２０から第１駆動信号線Ｘ_１に供給する駆動信号ＰＴＸ_１を、行順次でローレベルからハイレベルへと遷移する。例えば図５に示すように、第１駆動信号線Ｘ_１１，Ｘ_１２，Ｘ_１３，Ｘ_１４，Ｘ_１５，…，Ｘ_１ｍに供給する駆動信号ＰＴＸ_１１，ＰＴＸ_１２，ＰＴＸ_１３，ＰＴＸ_１４，ＰＴＸ_１５，…，ＰＴＸ_１ｍを、順次ハイレベルにする。なお、本実施形態では、通常動作モードにおける第２駆動信号線Ｘ_２の駆動は行わない。

【0053】

これにより、センサセル１２の選択トランジスタＭ及びセンサセル１４の選択トランジスタＭ１が行単位で順次オン状態となり、各列の出力信号線Ｙには、圧力感応素子Ｓへの物体の接触状態に応じた電圧が出力される。この動作を第１行から第ｍ行について順次行うことで、圧力の２次元分布を高精度で測定することができる。

【0054】

本実施形態の圧力検出装置では、待機モードと通常動作モードとにおいて、センサセル１４で駆動する選択トランジスタＭ１，Ｍ２が異なっている。このため、１列に複数のセンサセル１４が設けられていても、通常動作モードにおいて１つの列の複数のセンサセル１４において選択トランジスタＭ１が同時にオンになることはない。

【0055】

総てのセンサセル１２からの出力電圧が、物体が接触していないときの所定値に戻ったときは、制御回路５０は、通常動作モードから待機モードに移行し、上述の動作を繰り返し実行する。

【0056】

本実施形態による圧力検出装置１００では、１度のパルス駆動でセンサアレイ１０内における物体の接触判定を行うことができる。このため、物体の接触判定を行うための消費電力は、センサアレイ１０を構成するセンサセル１２の行数をｍとすると、図６の圧力検出装置２００の場合と比較して、およそ１／ｍに低減することができる。また、物体の接触判定に必要な処理速度も、図６の圧力検出装置２００の場合と比較して、およそ１／ｍに低減することができる。

【0057】

このように、本実施形態によれば、通常動作時における検出精度を損なうことなく、圧力の加わっていない状態における消費電力を低減することができる。

【0058】

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

【0059】

例えば、上記実施形態では、通常動作モードにおいて、総ての行の第１駆動信号線Ｘ_１を行順次で駆動したが、必ずしも総ての行を駆動する必要はない。

【0060】

また、上記実施形態では、本発明の圧力検出装置をロボットの指に搭載する例を示したが、本発明の圧力検出装置は、圧力の２次元分布測定やタッチセンシングの機能が求められる種々の装置に搭載可能である。例えば、本発明の圧力検出装置を、タッチセンサ一体型表示装置のタッチパネルに適用することも可能である。

【0061】

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0062】

Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…選択トランジスタ
Ｓ…圧力感応素子
１０…センサアレイ
１２…センサセル
２０…垂直走査回路
３０…電圧供給回路
４０…検出回路
５０…制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】