WO2012144550A1 - 静電容量型センサ装置 - Google Patents

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capacitance
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誠生 稲田
士傑 郭
貴久 白岡
宏 磯部
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Sumitomo Riko Co Ltd
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Tokai Rubber Industries Ltd
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays

Definitions

  • the present invention when an external force is applied to a capacitive sensor formed by interposing an elastically deformable dielectric layer between opposing electrode pairs, an electrostatic force that changes as the dielectric layer deforms is applied.
  • the present invention relates to a capacitance type sensor device that can measure the position and magnitude of the external force by measuring the capacitance.
  • a touch sensor using a capacitance is described in International Publication No. 2009/013965.
  • This touch sensor detects a capacitance between the arranged electrodes and the ground. For example, the position of the approaching finger is detected by utilizing the fact that the capacitance of the approaching electrode and the ground changes by bringing a human finger closer.
  • Japanese Patent Publication No. 6-52206 discloses a device for measuring the distribution of external force applied by measuring the capacitance between electrode pairs for a capacitance type sensor.
  • the dielectric layer can be elastically deformed when subjected to an external force. It is necessary to have a thickness. When the thickness of the dielectric layer is ensured, the distance between the electrode pairs increases. When the distance between the electrode pairs increases, when an external force is applied and the dielectric layer elastically deforms, the capacitance between the electrode pairs changes as the distance between the electrode pairs decreases. Small change in capacitance. Therefore, the resolution of the magnitude of the external force that can be detected becomes low, and the magnitude of the external force cannot be detected with high accuracy.
  • This invention is made in view of such a situation, and it aims at providing the electrostatic capacitance type sensor apparatus which can detect the position and magnitude
  • the capacitive sensor device is an electrostatic sensor in which electrode pairs provided facing each other at a distance are arranged in a matrix, and an elastically deformable dielectric layer is arranged between the electrode pairs.
  • a capacitance-type sensor, and a capacitance measuring unit that performs measurement of capacitance between the electrode pair group including a plurality of electrode pairs including the selected electrode pair for the electrode pair group including a plurality of combinations;
  • An external force calculation unit that calculates the magnitude of the external force applied to the position of the selected electrode pair based on the plurality of measured capacitances.
  • the capacitance between the electrode pair changes as the distance between the electrode pair changes as the dielectric layer is elastically deformed by an external force. Using this, the position and magnitude of the external force are acquired.
  • the electrostatic capacitance measurement part in this means is measuring the electrostatic capacitance of the electrode pair group comprised from a some electrode pair instead of measuring the electrostatic capacitance for each electrode pair. Accordingly, the area of the electrode pair at the time of measurement is not the area of one electrode pair but the area of a plurality of electrode pairs. Here, the capacitance increases as the area of the electrode pair increases. Therefore, by measuring the capacitance of the electrode pair group, the measured capacitance outputs a larger value than when measuring the capacitance of one electrode pair. Therefore, the measured capacitance is highly accurate.
  • the capacitance is measured for a plurality of combinations of the electrode pair group including the selected electrode pair. That is, the selected electrode pair is included in an electrode pair group composed of a plurality of combinations. Accordingly, the capacitances of these electrode pairs are all values affected by the capacitance of the selected electrode pair.
  • the magnitude of the external force applied to the position of the selected electrode pair is calculated based on the capacitance of the electrode pair group consisting of a plurality of combinations.
  • the capacitance of the selected electrode pair is proportional to the magnitude of the external force applied to the selected electrode pair. Therefore, the external force calculation unit calculates the external force as a value proportional to the capacitance of the selected electrode pair using the capacitance of the plurality of electrode pair groups. For example, in consideration of the influence degree of the selected electrode pair in the electrode pair group, the influence degree of the capacitance of each electrode pair group is determined, and the external force applied to the selected electrode pair is determined. Calculate the size. Therefore, it is possible to detect the external force received by each electrode pair constituting the electrode pair group. That is, the magnitude and position of the external force applied to the matrix capacitive sensor can be obtained with high accuracy and high resolution.
  • the capacitance type sensor includes a first electrode group in which a plurality of first electrodes extending in a first direction are arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and a second electrode extending in the second direction.
  • a plurality of electrodes arranged in one direction, the second electrode group disposed opposite to the first electrode group at a distance, and the second electrode group disposed between the first electrode group and the second electrode group A dielectric layer may be provided. Thereby, the number of electrodes and the number of wirings can be reduced.
  • the electrode pair group for measuring the capacitance in the capacitance measuring unit may be composed of a plurality of continuous electrode pairs. Thereby, the influence degree of the selected electrode pair in the electrode pair group can be determined relatively easily. That is, it can be obtained with high accuracy by simple calculation.
  • the electrode pair group measured by the capacitance measuring unit may be the electrode pair group not including the electrode pair constituting the electrode pair group measured immediately before.
  • the electrode pair group is charged by the capacitance measurement. If the electrode pair group measured immediately before and the electrode pair group measured this time overlap, the capacitance of the electrode pair group measured this time may be affected by the charge charged in the electrode pair group by the previous measurement. There is.
  • the electrode pair group measured immediately before and the electrode pair group measured this time do not overlap. Therefore, the capacitance of the electrode pair group measured this time can reduce the influence of the charge charged in the electrode pair group by the previous measurement. As a result, the capacitance of the electrode pair group measured this time can be measured with high accuracy. As a result, the position and magnitude of the external force applied to the capacitive sensor can be calculated with high accuracy.
  • 1st embodiment It is a figure which shows the structure of an electrostatic capacitance type sensor apparatus, and shows sectional drawing of an electrostatic capacitance type sensor. It is a figure which shows the structure of an electrostatic capacitance type sensor apparatus, and is a figure which shows the detailed structure of an electrostatic capacitance type sensor, an input side switching circuit, and an output side switching circuit.
  • the capacitive sensor is a plan view in a state where an insulating layer is removed.
  • 1st embodiment The top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 3A by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 3B by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 3C by hatching is shown.
  • 2nd embodiment The top view of a capacitive sensor is shown, and the electrode pair group of a capacitive sensor at the time of measuring by a capacitance measuring part by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 4B by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 4C by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 4D by hatching is shown.
  • the top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part in the next measurement order of FIG. 4E by hatching is shown.
  • 3rd embodiment The top view of an electrostatic capacitance type sensor is shown, and the electrode pair group of an electrostatic capacitance type sensor at the time of measuring by an electrostatic capacitance measurement part by hatching is shown.
  • the capacitive sensor device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the capacitive sensor device can detect the distribution of the external force applied to the surface of the capacitive sensor formed in a sheet shape, that is, the position and magnitude of the external force.
  • the capacitive sensor device will be described in detail below.
  • the capacitance type sensor device includes a capacitance type sensor 10, an AC power supply 20, an input side switching circuit 30, an output side switching circuit 40, a capacitance measuring unit 50, and an external force calculating unit 60.
  • the capacitance type sensor 10 is formed in a sheet shape, and has flexibility and a stretchable property. Therefore, the capacitive sensor 10 can be formed not only in a planar shape but also in a curved shape. However, the planar capacitive sensor 10 will be described below with reference to FIG.
  • the capacitance type sensor 10 includes an electrode pair Es (configured by first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i) provided to face each other with a distance in the surface normal direction (vertical direction in FIG. 1). Are arranged in a matrix, and an elastically deformable dielectric layer 13 is disposed between the electrode pair Es.
  • a capacitive sensor in which electrode pairs Es are arranged in a matrix of 9 rows in the horizontal direction (hereinafter “X direction”) and 9 rows in the vertical direction (hereinafter “Y direction”). 10 is shown.
  • X direction 9 rows in the horizontal direction
  • Y direction 9 rows in the vertical direction
  • the capacitance type sensor 10 is configured as follows because the number of electrodes and the number of wirings increase when the electrode pairs Es are scattered in a matrix. That is, the capacitive sensor 10 includes a first electrode group 11, a second electrode group 12, a dielectric layer 13 provided between the first and second electrode groups 11, 12, and the second electrode group 12 side. Insulating layers 14 and 15 are provided so as to cover the front surface and the back surface on the first electrode group 11 side.
  • the first electrode group 11 has a plurality (for example, 9 rows) of long plate-shaped first electrodes 11a to 11i extending in the X direction parallel to the Y direction (direction orthogonal to the X axis direction).
  • the second electrode group 12 includes a plurality of (e.g., nine rows) long plate-shaped second electrodes 12 a to 12 i extending in the Y direction, and arranged in parallel to the X direction. Are arranged opposite to each other at a distance.
  • the second electrode group 12 is arranged on the surface side of the capacitive sensor 10 with respect to the first electrode group 11.
  • each of the parts where the first electrode group 11 and the second electrode group 12 intersect constitute an electrode pair Es.
  • the separation distance between the first electrodes 11a to 11i and the second electrodes 12a to 12i changes according to the external force F applied to the surface of the capacitive sensor 10, and the first electrodes 11a to 11a change with this change.
  • the capacitance between 11i and the second electrodes 12a to 12i changes. Since it is well known that the capacitance is inversely proportional to the distance between the electrodes, detailed description is omitted.
  • the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i are made of the same material. Specifically, the materials of the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i are formed by blending a conductive filler in an elastomer. The first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i are flexible and stretchable.
  • Examples of the elastomer constituting the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i include silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, and acrylic rubber. Epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, urethane rubber and the like can be applied. Further, the conductive filler blended in the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i may be any conductive particles, and for example, fine particles such as carbon materials and metals can be applied.
  • the dielectric layer 13 is formed of an elastomer or a resin, and has flexibility and a stretchable property, like the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i.
  • the elastomer constituting the dielectric layer 13 include silicone rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, and urethane rubber.
  • the resin constituting the dielectric layer 13 for example, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polystyrene (including cross-linked expanded polystyrene), polyvinyl chloride-polyvinylidene chloride copolymer, ethylene-acetic acid copolymer, and the like can be applied.
  • the dielectric layer 13 has a set thickness and is formed to be approximately the same as or larger than the outer shape of the first and second electrode groups 11 and 12.
  • the insulating layers 14 and 15 are flexible and extendable and contractible, like the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i.
  • the elastomer or resin constituting the insulating layers 14 and 15 for example, materials described as the elastomer or resin constituting the dielectric layer 13 are applied.
  • the dielectric layer 13 compresses and deforms in the surface normal direction, so that the external force F
  • the separation distance between the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i located at the site to which is given is shortened. In this case, the capacitance between the first and second electrodes 11a to 11i and 12a to 12i is increased.
  • the AC power supply 20 generates an AC voltage and applies it to the first electrode group 11 of the capacitive sensor 10.
  • the input side switching circuit 30 includes a plurality of switches 30a to 30i. One end of each switch 30a to 30i is connected to the AC power supply 20, and the other end of each switch 30a to 30i is connected to the corresponding first electrode 11a to 11i. Then, a plurality selected from the first electrodes 11a to 11i are connected to the AC power supply 20, and the remaining first electrodes 11a to 11i are disconnected from the AC power supply. In FIG. 2, the first and second switches 30a and 30b of the input side switching circuit 30 are short-circuited (ON) and the other switches 30c to 30i are disconnected (OFF).
  • the output side switching circuit 40 includes a plurality of switches 40a to 40i. One end of each switch 40a to 40i is connected to the corresponding second electrode 12a to 12i, and the other end of each switch 40a to 40i is connected to the capacitance measuring unit 50. Then, a plurality selected from the second electrodes 12a to 12i and the capacitance measuring unit 50 are connected, and the remaining second electrodes 12a to 12i are disconnected. In FIG. 2, the first and second switches 40a and 40b of the output side switching circuit 40 are short-circuited (ON) and the other switches 40c to 40i are disconnected (OFF).
  • the capacitance measuring unit 50 includes a first electrode 11a to 11i to which an alternating voltage is applied in the first electrode group 11 and a second electrode 12a connected to the second electrode group 12 by the output side switching circuit 40. Measure the capacitance between ⁇ 12i. However, actually, the capacitance measuring unit 50 measures a voltage according to the capacitance.
  • FIG. 2 shows a state in which the capacitance measuring unit 50 measures a voltage corresponding to the capacitance between the first electrodes 11a and 11b and the second electrodes 12a and 12b.
  • the electrode pair Es is represented by a broken-line square. That is, the electrode pair Es corresponds to a portion where the first electrodes 11a to 11i and the second electrodes 12a to 12i shown in FIG. 2 intersect.
  • the capacitance measuring unit 50 measures the capacitance of the electrode pair group Eg in the hatched range (X1 to X2, Y1 to Y2) of FIG. 3A.
  • the first and second switches 30a and 30b of the input side switching circuit 30 are turned on, and the remaining switches 30c to 30i are turned off.
  • the first and second switches 40a and 40b of the output side switching circuit 40 are turned on, and the remaining switches 40c to 40i are turned off.
  • the capacitance of the electrode pair group Eg in the hatched range (X1 to X2, Y2 to Y3) in FIG. 3B is measured.
  • the second and third switches 30b and 30c of the input side switching circuit 30 are turned on, and the remaining switches 30a and 30d to 30i are turned off. Further, the first and second switches 40a and 40b of the output side switching circuit 40 are turned on, and the remaining switches 40c to 40i are turned off.
  • the capacitance of the electrode pair group Eg in the hatched range (X2 to X3, Y1 to Y2) in FIG. 3C is measured.
  • the first and second switches 30a and 30b of the input side switching circuit 30 are turned on, and the remaining switches 30c to 30i are turned off.
  • the second and third switches 40b and 40c of the output side switching circuit 40 are turned on, and the remaining switches 40a and 40d to 40i are turned off.
  • the capacitance of the electrode pair group Eg in the hatched range (X2 to X3, Y2 to Y3) in FIG. 3D is measured.
  • the second and third switches 30b and 30c of the input side switching circuit 30 are turned on, and the remaining switches 30a and 30d to 30i are turned off. Further, the second and third switches 40b and 40c of the output side switching circuit 40 are turned on, and the remaining switches 40a and 40d to 40i are turned off.
  • the electrode pair group Eg simultaneously measured by the capacitance measuring unit 50 is set to four electrode pairs Es having a continuous square shape. Then, the capacitance measuring unit 50 measures the capacitance for all selectable electrode pair groups Eg from the matrix electrode pairs Es. For example, it is assumed that the selected electrode pair Es is the electrode pair Es at the coordinates (X2, Y2) in FIGS. 3A to 3D. In this case, as shown in FIGS. 3A to 3D, four types of electrode pair groups Eg (X1 to X2, Y1 to Y2), (X1 to X2, Y2) including the selected electrode pair Es (X2, Y2). To Y3), (X2 to X3, Y1 to Y2), and (X2 to X3, Y2 to Y3) are measured for capacitance.
  • the external force calculation unit 60 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is based on the capacitance of the plurality of electrode pair groups Eg measured by the capacitance measurement unit 50, and is applied to each electrode pair Es. The size of is calculated. A case where the external force at the electrode pair Es at the coordinates (X2, Y2) in FIGS. 3A to 3D is calculated will be described.
  • Electrode pair groups Eg (X1 to X2, Y1 to Y2), (X1 to X2, Y2 to Y3), (X2 to X3, Y1 to Y2), (X2 to X3, Y2) measured by the capacitance measuring unit 50 each capacitance of ⁇ Y3), and C 12,12 + C 12,23 + C 23,12 + C 23,23.
  • the electrode pair group Eg is set to four electrode pairs Es having four continuous square shapes. Therefore, the degree of influence of the measurement target coordinate (X2, Y2) on each electrode pair group Eg by the electrode pair Es is equal. Therefore, the capacitance C 22 of the electrode pair Es at the coordinates (X2, Y2) is measured as shown in Expression (1).
  • the capacitance C 22 of the electrode pair Es at the calculated coordinates (X2, Y2) is a value corresponding to the magnitude of the external force applied to the electrode pair Es at the coordinates (X2, Y2). Therefore, the magnitude of the external force applied to the electrode pair Es at the coordinates (X2, Y2) can be calculated by setting the relationship between the magnitude of the capacitance and the magnitude of the external force in advance.
  • the above formula (1) shows the capacitance C 22 of the electrode pair Es at the coordinates (X2, Y2).
  • the electrostatic capacity C km of the electrode pair Es at other coordinates is expressed as in Expression (2).
  • the electrostatic capacitance measurement part 50 does not measure the electrostatic capacitance for every electrode pair Es, but measures the electrostatic capacitance of the electrode pair group Eg comprised from several electrode pair Es. Accordingly, the area of the electrode pair at the time of measurement is not the area of one electrode pair Es but the area of a plurality of electrode pairs Es. Here, the capacitance increases as the area of the electrode pair increases. Therefore, by measuring the capacitance of the electrode pair group Eg, the measured capacitance outputs a larger value than when measuring the capacitance of one electrode pair Es. Therefore, the measured capacitance is highly accurate.
  • the capacitance measuring unit 50 measures the capacitance of a plurality of combinations of the electrode pair group Eg including the selected electrode pair Es. That is, the selected electrode pair Es is included in an electrode pair group Eg composed of a plurality of combinations. Therefore, the capacitances of these electrode pair groups Eg are all values affected by the capacitance of the selected electrode pair Es.
  • the magnitude of the external force F applied to the position of the selected electrode pair Es is calculated based on the capacitance of the electrode pair group Eg composed of a plurality of combinations.
  • the capacitance of the selected electrode pair Es is proportional to the magnitude of the external force F applied to the selected electrode pair Es. Therefore, the external force calculation unit 60 calculates the external force F as a value proportional to the capacitance of the selected electrode pair Es using the capacitances of the plurality of electrode pair groups Eg. For example, in consideration of the influence degree of the selected electrode pair Es in the electrode pair group Eg, the influence degree of the capacitance of each electrode pair group Eg is determined and given to the selected electrode pair Es. The magnitude of the applied external force F is calculated. Therefore, it is possible to detect the external force F received by each electrode pair Es that constitutes the electrode pair group Eg. That is, the magnitude and position of the external force F applied to the matrix-type capacitive sensor can be obtained with high accuracy and high resolution.
  • the electrode pair group Eg for measuring the capacitance in the capacitance measuring unit 50 is made up of a plurality of continuous electrode pairs Es.
  • the influence degree of the selected electrode pair Es in the electrode pair group Eg can be determined relatively easily. In the above, it was equally divided. That is, it can be obtained with high accuracy by simple calculation.
  • the electrode pair group Eg measured by the capacitance measuring unit 50 is (X1 to X2, Y1 to Y2) ⁇ (X1 to X2, Y2 to Y3) ⁇ (X2 to X3, Y1 to Y2).
  • the description was made in the order of (X2 to X3, Y2 to Y3).
  • the capacitance may be measured in the order shown in FIGS. 4A to 4F.
  • the capacitance measuring unit 50 (shown in FIGS. 1 and 2) has the coordinates (X1 to X2, Y1 to Y2) of the electrode pair group Eg ⁇ (X1 to X2, Y3 to Y4) ⁇ (X1 to X2, Y5).
  • ⁇ (X1 to X2, Y7 to Y8) ⁇ (X1 to X2, Y2 to Y3) ⁇ (X1 to X2, Y4 to Y5) in this order.
  • the capacitance is measured in the order of (X1 to X2, Y6 to Y7) ⁇ (X1 to X2, Y8 to Y9), and then the X coordinate of the above electrode pair group is set to (X2 to X3). The capacitance is measured for the electrode pair group.
  • the electrode pair group Eg measured by the capacitance measuring unit 50 is an electrode pair group Eg that does not include the electrode pair Es constituting the electrode pair group Eg measured immediately before.
  • the electrode pair group Eg is charged by the capacitance measurement. If the electrode pair group Eg measured immediately before and the electrode pair group Eg measured this time overlap, the capacitance of the electrode pair group Eg charged by the previous measurement is added to the capacitance of the electrode pair group Eg measured this time. May be affected. Therefore, as described above, the electrode pair group Eg measured immediately before is not overlapped with the electrode pair group Eg measured this time. Therefore, the capacitance of the electrode pair group Eg measured this time is determined by the previous measurement. The influence of the electric charge charged on the group Eg can be reduced. As a result, the capacitance of the electrode pair group Eg measured this time can be measured with high accuracy. As a result, the position and magnitude of the external force F applied to the capacitive sensor 10 can be calculated with high accuracy.
  • the electrode pair group Eg has been described as four square electrode pairs Es.
  • the electrode pair group Eg may be nine square electrode pairs Es, or may be configured by an arbitrary plurality of electrode pairs Es.
  • the external force calculation unit 60 calculates the coefficient for each electrode pair group Eg, The coefficient is set according to the degree of influence of the electrode pair Es to be calculated.
  • the calculated capacitance of the electrode pair Es is calculated according to Equation (3).
  • the first term on the right side of Equation (3) is the capacitance when the center coordinates of the nine electrode pairs coincide with the electrode pair Es to be calculated, and the second term on the right side is the center coordinates of the nine electrode pairs.
  • the capacitance at a position shifted by one in the left-right or up-down direction of the electrode pair Es desired, and the third term on the right side is the capacitance when the corners of the nine electrode pairs coincide with the electrode pairs Es to be calculated.
  • the coefficients a, b, and c are not limited to the following, and can be adjusted as appropriate.

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Abstract

　外力の位置および大きさを高精度に検出することができる静電容量型センサ装置を提供する。　距離を隔てて対向して設けられた電極対をマトリックス状に配置し、電極対の間に弾性変形可能な誘電層を配置してなる静電容量型センサを用いる。静電容量計測部が、選択された電極対を含む複数の電極対からなる電極対群の間の静電容量の計測を、複数の組み合わせからなる電極対群について行う。このようにして計測された複数の静電容量に基づいて、外力算出部が、選択された電極対の位置に付与された外力の大きさを算出する。

Description

静電容量型センサ装置
　本発明は、対向する電極対の間に弾性変形可能な誘電層を介在して形成された静電容量型センサに外力が付与された場合に、当該誘電層の変形に伴って変化する静電容量を計測することにより、当該外力の位置および大きさを計測することができる静電容量型センサ装置に関するものである。
　静電容量を用いたタッチセンサが国際公開２００９／０１３９６５号に記載されている。このタッチセンサは、配列された電極とアースとの間の静電容量を検出する。例えば、人間の指を接近させることで、接近した電極とアースとの静電容量が変化することを利用して、接近した指の位置を検出することとしている。
　また、電極とアースとの間の静電容量を計測する装置ではなく、電極対をマトリックス状に配置し、外力の付与によって誘電層が弾性変形することにより当該電極対の間の距離が変化する静電容量型センサを対象とし、電極対間の静電容量を計測することで付与された外力の分布を計測する装置が、特公平６－５２２０６号公報に記載されている。
　特公平６－５２２０６号公報に記載されている誘電層が弾性変形することにより電極対の間の距離が変化する装置においては、誘電層は、外力を受けたときに弾性変形することができる程度に厚みを有する必要がある。誘電層の厚みを確保すると、電極対の離間距離が大きくなる。電極対の離間距離が大きくなると、外力が付与されて誘電層が弾性変形した場合に、電極対の離間距離が小さくなることに伴って電極対の間の静電容量が変化するが、その静電容量の変化が小さい。そのため、検出できる外力の大きさの分解能が低くなり、外力の大きさを高精度に検出することができない。
　そのことを解決するために、それぞれの電極対の面積を大きくすることで、同一の外力が付与された場合に静電容量の変化を大きくすることができる。しかしながら、それぞれの電極対の面積を大きくすると、同一の電極対内において、外力が付与された位置を検出することができない。つまり、センサ全体として見た場合に、外力の位置を高精度に検出することができないという問題を有する。このように、従来は、外力の位置を高精度に検出しつつ、外力の大きさを高精度に検出することは容易ではない。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外力の位置および大きさを高精度に検出することができる静電容量型センサ装置を提供することを目的とする。
　本手段に係る静電容量型センサ装置は、距離を隔てて対向して設けられた電極対をマトリックス状に配置し、前記電極対の間に弾性変形可能な誘電層を配置してなる静電容量型センサと、選択された前記電極対を含む複数の前記電極対からなる電極対群の間の静電容量の計測を、複数の組み合わせからなる前記電極対群について行う静電容量計測部と、計測された複数の前記静電容量に基づいて、前記選択された前記電極対の位置に付与された外力の大きさを算出する外力算出部とを備える。
　本手段によれば、外力により誘電層が弾性変形することに伴って電極対の離間距離が変化することで、電極対の間の静電容量が変化する。このことを利用して、外力の位置および大きさを取得している。そして、本手段における静電容量計測部は、それぞれの電極対ごとの静電容量を計測するのではなく、複数の電極対から構成される電極対群の静電容量を計測している。従って、計測する際の電極対の面積が、１つの電極対の面積ではなく、複数の電極対の面積となる。ここで、静電容量は、電極対の面積が大きいほど、大きな値となる。従って、電極対群の静電容量を計測することで、計測される静電容量は、１つの電極対の静電容量を計測する場合に比べて、大きな値を出力する。従って、計測される静電容量は、高精度となる。
　しかし、単に、複数の電極対から構成される電極対群の静電容量を計測するのでは、従来のように、電極対の面積を大きくしたことに相当する。つまり、このままでは、電極対群の中で、外力が付与された位置を検出することができない。しかし、本手段によれば、以下により、電極対群の中で、外力が付与された位置を検出することができるようにしている。
　本手段によれば、選択された電極対を含む電極対群の複数の組み合わせについて静電容量を計測する。つまり、選択された電極対は、複数の組合せからなる電極対群に含まれている。従って、これらの電極対群の静電容量は、全て、当該選択された電極対の静電容量の影響を受けた値となる。
　そして、複数の組合せからなる電極対群の静電容量に基づいて、選択された電極対の位置に付与された外力の大きさを算出している。ここで、選択された電極対の静電容量は、当該選択された電極対に付与された外力の大きさに比例する。そこで、外力算出部は、複数の電極対群の静電容量を用いて、当該選択された電極対の静電容量に比例する値としての外力を算出している。例えば、電極対群の中で当該選択された電極対の影響度を考慮して、それぞれの電極対群の静電容量の影響度を決定し、当該選択された電極対に付与された外力の大きさを算出する。従って、電極対群を構成するそれぞれの電極対が受ける外力を検出することができる。つまり、マトリックス状の静電容量型センサに付与される外力の大きさおよび位置を高精度で且つ高分解能で得ることができる。
　また、前記静電容量型センサは、第一方向に延びる第一電極を前記第一方向に直交する第二方向に複数配列した第一電極群と、前記第二方向に延びる第二電極を第一方向に複数配列し、前記第一電極群に対して距離を隔てて対向して配置された第二電極群と、前記第一電極群と前記第二電極群との間に配置された前記誘電層とを備えるようにしてもよい。これにより、電極数および配線数を減らすことができる。
　また、前記静電容量計測部において静電容量を計測する前記電極対群は、連続した複数の前記電極対からなるようにしてもよい。これにより、電極対群の中で当該選択された電極対の影響度を、比較的容易に決定できる。つまり、簡易的な計算で高精度に得ることができる。
　また、前記静電容量計測部において計測する前記電極対群は、直前に計測した前記電極対群を構成する前記電極対を含まない前記電極対群であるとしてもよい。ここで、静電容量の計測により、電極対群は帯電する。そして、直前に計測した電極対群と今回計測する電極対群とが重なっていると、今回計測する電極対群の静電容量に、前回計測により電極対群に帯電した電荷の影響を受けるおそれがある。これに対して、上記によれば、直前に計測した電極対群と今回計測する電極対群とは、重なっていない。従って、今回計測する電極対群の静電容量は、前回計測により電極対群に帯電した電荷の影響を小さくできる。その結果、今回計測する電極対群の静電容量を高精度に計測することができる。ひいては、静電容量型センサに付与された外力の位置および大きさを高精度に算出することができる。
第一実施形態：静電容量型センサ装置の構成を示す図であり、静電容量型センサの断面図を示す。 静電容量型センサ装置の構成を示す図であり、静電容量型センサ、入力側切替回路および出力側切替回路の詳細構成を示す図である。特に、静電容量型センサは、絶縁層を取り除いた状態における平面図である。 第一実施形態：静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図３Ａの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図３Ｂの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図３Ｃの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 第二実施形態：静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図４Ａの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図４Ｂの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図４Ｃの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図４Ｄの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて図４Ｅの次の計測順序において静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。 第三実施形態：静電容量型センサの平面図を示し、ハッチングにて静電容量計測部により計測する際の静電容量型センサの電極対群を示す。
　＜第一実施形態＞
　第一実施形態の静電容量型センサ装置について、図１および図２を参照して説明する。静電容量型センサ装置は、シート状に形成された静電容量型センサの表面に付与された外力の分布、すなわち外力の位置および大きさを検出することができる。静電容量型センサ装置について以下に詳細に説明する。
　静電容量型センサ装置は、静電容量型センサ１０と、交流電源２０と、入力側切換回路３０と、出力側切換回路４０と、静電容量計測部５０と、外力算出部６０とを備える。静電容量型センサ１０は、シート状に形成されており、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。従って、静電容量型センサ１０は、平面形状のみならず、曲面形状に形成することもできる。ただし、以下において、図１を参照して、平面形状の静電容量型センサ１０について説明する。
　静電容量型センサ１０は、面法線方向（図１の上下方向）に距離を隔てて対向して設けられた電極対Ｅｓ（第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉにより構成）をマトリックス状に配置し、電極対Ｅｓの間に弾性変形可能な誘電層１３を配置している。図２においては、電極対Ｅｓを、横方向（以下、「Ｘ方向」）に９列、縦方向（以下、「Ｙ方向」）に９列のマトリックス状に配置している静電容量型センサ１０を示す。図２において、Ａで囲む部位は、電極対Ｅｓの一つを示している。
　ただし、静電容量型センサ１０は、マトリックス状に電極対Ｅｓを点在させると、電極数および配線数が多くなるため、以下のように構成している。すなわち、静電容量型センサ１０は、第一電極群１１、第二電極群１２と、第一，第二電極群１１，１２間に設けられた誘電層１３と、第二電極群１２側の表面および第一電極群１１側の裏面を被覆するように設けられた絶縁層１４，１５を備えて構成される。
　第一電極群１１は、Ｘ方向に延びる長尺板形状の第一電極１１ａ～１１ｉをＹ方向（Ｘ軸方向に直交する方向）に平行に複数（例えば、９列）配列する。第二電極群１２は、Ｙ方向に延びる長尺板形状の第二電極１２ａ～１２ｉをＸ方向に平行に複数（例えば、９列）配列し、第一電極群１１に対して面法線方向に距離を隔てて対向して配置される。ここでは、第二電極群１２は、第一電極群１１に対して静電容量型センサ１０の表面側に配置される。ここで、第一電極群１１と第二電極群１２とが交差する部位のそれぞれが、電極対Ｅｓを構成する。
　そして、静電容量型センサ１０の表面に付与される外力Ｆに応じて第一電極１１ａ～１１ｉと第二電極１２ａ～１２ｉとの離間距離が変化し、この変化に伴って第一電極１１ａ～１１ｉと第二電極１２ａ～１２ｉの間の静電容量が変化する。なお、静電容量が電極間距離に反比例する関係にあることは周知であるため、詳細な説明は省略する。
　第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉは、同一材質により形成されている。具体的には、第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉの材質は、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより成形している。そして、第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉは、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有するようにしている。
　第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉを構成するエラストマーは、例えば、シリコーンゴム、エチレン－プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン－ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉに配合される導電性フィラーは、導電性を有する粒子であればよく、例えば、炭素材料や金属等の微粒子を適用できる。
　誘電層１３は、エラストマーまたは樹脂により成形され、第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉと同様に、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この誘電層１３を構成するエラストマーは、例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが適用できる。また、誘電層１３を構成する樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン（架橋発泡ポリスチレンを含む）、ポリ塩化ビニル－ポリ塩化ビニリデン共重合体、エチレン－酢酸共重合体などが適用できる。
　この誘電層１３は、設定された厚みを有し、第一，第二電極群１１，１２の外形状と同程度または大きく形成されている。絶縁層１４，１５は、第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉと同様に、可撓性を有し且つ伸縮自在な性質を有する。この絶縁層１４，１５を構成するエラストマーまたは樹脂は、例えば、誘電層１３を構成するエラストマーまたは樹脂として記載した材料が適用される。
　そして、静電容量型センサ１０が静電容量型センサ１０の面法線方向に圧縮する外力Ｆを受けた場合には、誘電層１３が当該面法線方向に圧縮変形することにより、外力Ｆが付与された部位に位置する第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉ間の離間距離が短くなる。この場合、当該第一，第二電極１１ａ～１１ｉ，１２ａ～１２ｉ間の静電容量は大きくなる。
　交流電源２０は、交流電圧を発生し、静電容量型センサ１０の第一電極群１１に対して印加する。
　入力側切換回路３０は、複数のスイッチ３０ａ～３０ｉにより構成されている。各スイッチ３０ａ～３０ｉの一端は、交流電源２０に接続されており、各スイッチ３０ａ～３０ｉの他端は、対応する第一電極１１ａ～１１ｉに接続されている。そして、第一電極１１ａ～１１ｉの中から選択された複数と交流電源２０とを接続し、第一電極１１ａ～１１ｉの残りは交流電源に対して切断する。なお、図２においては、入力側切換回路３０の第一，第二スイッチ３０ａ，３０ｂを短絡（ＯＮ）させ、他のスイッチ３０ｃ～３０ｉを切断（ＯＦＦ）している。
　出力側切換回路４０は、複数のスイッチ４０ａ～４０ｉにより構成されている。各スイッチ４０ａ～４０ｉの一端は、対応する第二電極１２ａ～１２ｉに接続され、各スイッチ４０ａ～４０ｉの他端は、静電容量計測部５０に接続される。そして、第二電極１２ａ～１２ｉの中から選択された複数と静電容量計測部５０とを接続し、第二電極１２ａ～１２ｉの残りを切断する。なお、図２においては、出力側切換回路４０の第一，第二スイッチ４０ａ，４０ｂを短絡（ＯＮ）させ、他のスイッチ４０ｃ～４０ｉを切断（ＯＦＦ）している。
　静電容量計測部５０は、第一電極群１１のうち交流電圧が印加されている第一電極１１ａ～１１ｉと第二電極群１２のうち出力側切換回路４０により接続されている第二電極１２ａ～１２ｉとの間の静電容量を計測する。ただし、実際には、静電容量計測部５０は、当該静電容量に応じた電圧を計測する。ここで、図２には、静電容量計測部５０は、第一電極１１ａ，１１ｂと第二電極１２ａ，１２ｂとの間の静電容量に応じた電圧を計測する状態を示している。
　ここで、図３Ａ～図３Ｄを参照して、静電容量計測部５０による静電容量を計測する手順について説明する。ここで、図３Ａ～図３Ｄにおいて、電極対Ｅｓを破線の正方形にて表している。つまり、当該電極対Ｅｓは、図２に示す第一電極１１ａ～１１ｉと第二電極１２ａ～１２ｉとが交差する部位に対応している。
　最初に、静電容量計測部５０は、図３Ａのハッチングの範囲（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ１～Ｙ２）の電極対群Ｅｇの静電容量を計測する。このとき、入力側切換回路３０の第一，第二スイッチ３０ａ，３０ｂがＯＮされ、残りのスイッチ３０ｃ～３０ｉはＯＦＦされる。また、出力側切換回路４０の第一，第二スイッチ４０ａ，４０ｂがＯＮされ、残りのスイッチ４０ｃ～４０ｉがＯＦＦされる。続いて、図３Ｂのハッチングの範囲（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ２～Ｙ３）の電極対群Ｅｇの静電容量を計測する。このとき、入力側切換回路３０の第二，第三スイッチ３０ｂ，３０ｃがＯＮされ、残りのスイッチ３０ａ，３０ｄ～３０ｉはＯＦＦされる。また、出力側切換回路４０の第一，第二スイッチ４０ａ，４０ｂがＯＮされ、残りのスイッチ４０ｃ～４０ｉがＯＦＦされる。
　続いて、図３Ｃのハッチングの範囲（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ１～Ｙ２）の電極対群Ｅｇの静電容量を計測する。このとき、入力側切換回路３０の第一，第二スイッチ３０ａ，３０ｂがＯＮされ、残りのスイッチ３０ｃ～３０ｉはＯＦＦされる。また、出力側切換回路４０の第二，第三スイッチ４０ｂ，４０ｃがＯＮされ、残りのスイッチ４０ａ，４０ｄ～４０ｉがＯＦＦされる。続いて、図３Ｄのハッチングの範囲（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ２～Ｙ３）の電極対群Ｅｇの静電容量を計測する。このとき、入力側切換回路３０の第二，第三スイッチ３０ｂ，３０ｃがＯＮされ、残りのスイッチ３０ａ，３０ｄ～３０ｉはＯＦＦされる。また、出力側切換回路４０の第二，第三スイッチ４０ｂ，４０ｃがＯＮされ、残りのスイッチ４０ａ，４０ｄ～４０ｉがＯＦＦされる。
　このように、静電容量計測部５０により同時に計測する電極対群Ｅｇは、連続した正方形状となる４つの電極対Ｅｓとしている。そして、マトリックス状の電極対Ｅｓの中から、選択可能な全ての電極対群Ｅｇを対象として、静電容量計測部５０が静電容量を計測する。例えば、選択された電極対Ｅｓを、図３Ａ～図３Ｄの座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓであるとする。この場合、図３Ａ～図３Ｄに示すように、当該選択された電極対Ｅｓ（Ｘ２，Ｙ２）を含む４種類の電極対群Ｅｇ（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ１～Ｙ２）、（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ２～Ｙ３）、（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ１～Ｙ２）、（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ２～Ｙ３）についての静電容量を計測する。
　図１および図２に示す外力算出部６０は、静電容量計測部５０により計測された複数の電極対群Ｅｇの静電容量に基づいて、それぞれの電極対Ｅｓに対して付与されている外力の大きさを算出する。図３Ａ～図３Ｄにおける座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓにおける外力を算出する場合について説明する。
　静電容量計測部５０により計測された電極対群Ｅｇ（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ１～Ｙ２）、（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ２～Ｙ３）、（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ１～Ｙ２）、（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ２～Ｙ３）の静電容量をそれぞれ、Ｃ12,12＋Ｃ12,23＋Ｃ23,12＋Ｃ23,23とする。ここで、電極対群Ｅｇは、連続した４つの正方形状となる４つの電極対Ｅｓとしている。従って、計測対象の座標（Ｘ２,Ｙ２）の電極対Ｅｓによるそれぞれの電極対群Ｅｇに対する影響度は、均等とする。そこで、式（１）に示すようにして、座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓの静電容量Ｃ22を計測する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　算出した座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓの静電容量Ｃ22は、座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓに付与される外力の大きさに応じた値となる。そこで、予め静電容量の大きさと外力の大きさの関係を設定しておくことで、座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓに付与される外力の大きさを算出できる。
　ここで、上記式（１）は、座標（Ｘ２，Ｙ２）の電極対Ｅｓの静電容量Ｃ22について示した。他の座標の電極対Ｅｓの静電容量Ｃkmについては、式（２）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　以上説明したように、外力Ｆにより誘電層１３が弾性変形することに伴って電極対Ｅｓの離間距離が変化することで、電極対Ｅｓの間の静電容量が変化する。このことを利用して、外力Ｆの位置および大きさを取得している。そして、静電容量計測部５０は、それぞれの電極対Ｅｓごとの静電容量を計測するのではなく、複数の電極対Ｅｓから構成される電極対群Ｅｇの静電容量を計測している。従って、計測する際の電極対の面積が、１つの電極対Ｅｓの面積ではなく、複数の電極対Ｅｓの面積となる。ここで、静電容量は、電極対の面積が大きいほど、大きな値となる。従って、電極対群Ｅｇの静電容量を計測することで、計測される静電容量は、１つの電極対Ｅｓの静電容量を計測する場合に比べて、大きな値を出力する。従って、計測される静電容量は、高精度となる。
　しかし、単に、複数の電極対Ｅｓから構成される電極対群Ｅｇの静電容量を計測するのでは、従来のように、電極対Ｅｓの面積を大きくしたことに相当する。つまり、このままでは、電極対群Ｅｇの中で、外力Ｆが付与された位置を検出することができない。これに対して、静電容量計測部５０は、選択された電極対Ｅｓを含む電極対群Ｅｇの複数の組み合わせについて静電容量を計測する。つまり、選択された電極対Ｅｓは、複数の組合せからなる電極対群Ｅｇに含まれている。従って、これらの電極対群Ｅｇの静電容量は、全て、当該選択された電極対Ｅｓの静電容量の影響を受けた値となる。
　そして、複数の組合せからなる電極対群Ｅｇの静電容量に基づいて、選択された電極対Ｅｓの位置に付与された外力Ｆの大きさを算出している。ここで、選択された電極対Ｅｓの静電容量は、当該選択された電極対Ｅｓに付与された外力Ｆの大きさに比例する。そこで、外力算出部６０は、複数の電極対群Ｅｇの静電容量を用いて、当該選択された電極対Ｅｓの静電容量に比例する値としての外力Ｆを算出している。例えば、電極対群Ｅｇの中で当該選択された電極対Ｅｓの影響度を考慮して、それぞれの電極対群Ｅｇの静電容量の影響度を決定し、当該選択された電極対Ｅｓに付与された外力Ｆの大きさを算出する。従って、電極対群Ｅｇを構成するそれぞれの電極対Ｅｓが受ける外力Ｆを検出することができる。つまり、マトリックス状の静電容量型センサに付与される外力Ｆの大きさおよび位置を高精度で且つ高分解能で得ることができる。
　また、静電容量計測部５０において静電容量を計測する電極対群Ｅｇは、連続した複数の電極対Ｅｓからなるようにしている。これにより、上述したように、電極対群Ｅｇの中で当該選択された電極対Ｅｓの影響度を、比較的容易に決定できる。上記においては、均等割とした。つまり、簡易的な計算で高精度に得ることができる。
　＜第二実施形態＞
　第一実施形態において、静電容量計測部５０により計測する電極対群Ｅｇは、（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ１～Ｙ２）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ２～Ｙ３）→（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ１～Ｙ２）→（Ｘ２～Ｘ３，Ｙ２～Ｙ３）の順として説明した。この他に、図４Ａ～図４Ｆに示す順序で静電容量の計測を行っても良い。
　つまり、静電容量計測部５０（図１，２に示す）は、電極対群Ｅｇの座標（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ１～Ｙ２）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ３～Ｙ４）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ５～Ｙ６）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ７～Ｙ８）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ２～Ｙ３）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ４～Ｙ５）の順に静電容量を計測する。この後は、例えば、（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ６～Ｙ７）→（Ｘ１～Ｘ２，Ｙ８～Ｙ９）の順に静電容量を計測し、続いて、上記の電極対群のＸ座標を（Ｘ２～Ｘ３）とした電極対群について静電容量を計測する。
　このように、静電容量計測部５０において計測する電極対群Ｅｇは、直前に計測した電極対群Ｅｇを構成する電極対Ｅｓを含まない電極対群Ｅｇとしている。ここで、静電容量の計測により、電極対群Ｅｇは帯電する。そして、直前に計測した電極対群Ｅｇと今回計測する電極対群Ｅｇとが重なっていると、今回計測する電極対群Ｅｇの静電容量に、前回計測により電極対群Ｅｇに帯電した電荷の影響を受けるおそれがある。そこで、上述したように、直前に計測した電極対群Ｅｇと今回計測する電極対群Ｅｇとが重ならないようにする従って、今回計測する電極対群Ｅｇの静電容量は、前回計測により電極対群Ｅｇに帯電した電荷の影響を小さくできる。その結果、今回計測する電極対群Ｅｇの静電容量を高精度に計測することができる。ひいては、静電容量型センサ１０に付与された外力Ｆの位置および大きさを高精度に算出することができる。
　＜第三実施形態＞
　また、上記第一，第二実施形態においては、電極対群Ｅｇを４つの正方形状の電極対Ｅｓとして説明した。電極対群Ｅｇは、例えば、図５に示すように、９つの正方形状の電極対Ｅｓとしてもよく、その他に、任意の複数の電極対Ｅｓにより構成することもできる。
　図５に示すような９つの正方形状の電極対Ｅｓにより電極対群Ｅｇを構成する場合には、外力算出部６０（図１，２に示す）は、それぞれの電極対群Ｅｇに対する係数を、算出したい電極対Ｅｓの影響度に応じた係数に設定する。例えば、式（３）に従って、算出した電極対Ｅｓの静電容量を算出する。式（３）の右辺第一項は、９つの電極対の中心座標が算出したい電極対Ｅｓに一致する場合の静電容量であり、右辺第二項は、９つの電極対の中心座標が算出したい電極対Ｅｓの左右または上下に１つずれた位置における静電容量であり、右辺第三項は、９つの電極対の角部が算出したい電極対Ｅｓに一致する場合の静電容量である。なお、係数ａ，ｂ，ｃは、以下に限られず、適宜調整することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
１０：静電容量型センサ、　１１：第一電極群、　１１ａ～１１ｉ：第一電極、　１２：第二電極群、　１２ａ～１２ｉ：第二電極、　１３：誘電層、　１４，１５：絶縁層、　５０：静電容量計測部、　６０：外力算出部、　Ｅｓ：電極対、　Ｅｇ：電極対群、　Ｆ：外力

Claims (4)

  1. 　距離を隔てて対向して設けられた電極対をマトリックス状に配置し、前記電極対の間に弾性変形可能な誘電層を配置してなる静電容量型センサと、
    　選択された前記電極対を含む複数の前記電極対からなる電極対群の間の静電容量の計測を、複数の組み合わせからなる前記電極対群について行う静電容量計測部と、
    　計測された複数の前記静電容量に基づいて、前記選択された前記電極対の位置に付与された外力の大きさを算出する外力算出部と、
    　を備える、静電容量型センサ装置。
  2. 　前記静電容量型センサは、
    　第一方向に延びる第一電極を前記第一方向に直交する第二方向に複数配列した第一電極群と、
    　前記第二方向に延びる第二電極を第一方向に複数配列し、前記第一電極群に対して距離を隔てて対向して配置された第二電極群と、
    　前記第一電極群と前記第二電極群との間に配置された前記誘電層と、
    　を備える、請求項１の静電容量型センサ装置。
  3. 　前記静電容量計測部において静電容量を計測する前記電極対群は、連続した複数の前記電極対からなる、請求項１の静電容量型センサ装置。
  4. 　前記静電容量計測部において計測する前記電極対群は、直前に計測した前記電極対群を構成する前記電極対を含まない前記電極対群である、請求項１の静電容量型センサ装置。
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