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WO2025074766A1 - 入力装置 - Google Patents

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Publication number
WO2025074766A1
WO2025074766A1 PCT/JP2024/030099 JP2024030099W WO2025074766A1 WO 2025074766 A1 WO2025074766 A1 WO 2025074766A1 JP 2024030099 W JP2024030099 W JP 2024030099W WO 2025074766 A1 WO2025074766 A1 WO 2025074766A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
circuit
strain
load
strain sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/030099
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
哲夫 村中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Alpine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Alpine Co Ltd filed Critical Alps Alpine Co Ltd
Publication of WO2025074766A1 publication Critical patent/WO2025074766A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63F—CARD, BOARD, OR ROULETTE GAMES; INDOOR GAMES USING SMALL MOVING PLAYING BODIES; VIDEO GAMES; GAMES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • A63F13/00—Video games, i.e. games using an electronically generated display having two or more dimensions
    • A63F13/20—Input arrangements for video game devices
    • A63F13/21—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types
    • A63F13/218—Input arrangements for video game devices characterised by their sensors, purposes or types using pressure sensors, e.g. generating a signal proportional to the pressure applied by the player
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means

Definitions

  • This disclosure relates to an input device.
  • a multi-directional input device that includes a mounting plate, an elastic substrate placed on the mounting plate, a plurality of strain detection members formed on the elastic substrate, and an operating body for operating the strain detection members, and that is characterized in that the mounting plate and the elastic substrate are fixed at a welding portion (see, for example, Patent Document 1).
  • conventional multi-directional input devices can detect the load applied to the operating body based on distortion, but cannot detect capacitance, and therefore cannot measure both the load based on distortion and capacitance with a single measurement circuit.
  • the objective is to provide an input device that can measure both strain-based load and capacitance using a single measurement circuit.
  • the input device of the present disclosure includes a load sensor, an electrostatic sensor, and a measurement circuit.
  • the load sensor includes a first voltage divider circuit connecting a first strain sensor and a second strain sensor, a first capacitor having one end connected to a connection point between the first strain sensor and the second strain sensor, a second voltage divider circuit connecting a third strain sensor and a fourth strain sensor, and a second capacitor having one end connected to a connection point between the third strain sensor and the fourth strain sensor.
  • the electrostatic sensor includes a plurality of electrostatic sensor electrodes.
  • the measurement circuit includes an AC voltage circuit that applies an AC voltage to the first voltage divider circuit, the second voltage divider circuit, and the electrostatic sensor electrodes, a charge amplifier provided downstream of each of the first capacitor, the second capacitor, and the plurality of electrostatic sensor electrodes, and a control circuit that calculates a measurement value from the output of the charge amplifier.
  • FIG. 2 illustrates an example of a configuration of an input device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the input device according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of an input device according to a modified example of the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of an input device according to another modified example of the embodiment.
  • the following defines and explains the XYZ coordinate system.
  • the direction parallel to the X axis (X direction), the direction parallel to the Y axis (Y direction), and the direction parallel to the Z axis (Z direction) are mutually perpendicular.
  • a planar view refers to a view on the XY plane.
  • the length, width, thickness, etc. of each part may be shown exaggerated to make the configuration easier to understand.
  • a recess 110D is formed at the front end (the end on the positive side of the X-axis) of the central portion 110A of the housing 110, recessed downward (in the negative direction of the Z-axis) from the upper surface 110E of the housing.
  • the input device 100 includes a touchpad unit 120 in the recess 110D of the housing 110.
  • the touchpad unit 120 is an example of an electrostatic sensor.
  • top surface 110E of the housing 110 (the surface on the positive side of the Z axis) and the top surface 120A of the touchpad unit 120 (the surface on the positive side of the Z axis) are provided on the same plane.
  • the touchpad unit 120 is also movable relative to the housing 110, allowing the operator to press, tilt, and rotate it.
  • the pressing operation of the touchpad unit 120 refers to pressing the center of the touch operation surface 120B of the touchpad unit 120 downward (negative Z-axis direction).
  • the pressing operation applies a compressive load downward (negative Z-axis direction) while keeping the touchpad unit 120 in a horizontal position.
  • the tilting operation of the touchpad unit 120 refers to pressing the peripheral portion (part other than the center) of the touch operation surface 120B of the touchpad unit 120 downward (negative direction of the Z axis).
  • the tilting operation applies a bending load to the touchpad unit 120 about the central axis (central axis parallel to the Z axis) that passes through the center of the touchpad unit 120.
  • the rotation operation of the touchpad unit 120 refers to twisting the touchpad unit 120 around a central axis (central axis parallel to the Z axis) that passes through the center of the touchpad unit 120.
  • the rotation operation applies a torsional load to the touchpad unit 120 around the central axis (central axis parallel to the Z axis) that passes through the center of the touchpad unit 120.
  • the input device 100 may be equipped with other input devices such as multiple buttons and an analog stick.
  • the input device 100 may also be a device that is operated by tilting a stick.
  • FIG. 2A is a diagram showing an example of the circuit configuration of the input device 100 according to the embodiment.
  • the input device 100 includes a touch pad unit 120, load sensors 130A and 130B, and a measurement circuit 140.
  • Load sensors 130A and 130B are attached to a strain body provided inside housing 110.
  • the strain body is distorted when touch pad unit 120 is operated (tilted, rotated, or pressed).
  • the input device 100 can measure the amount of tilting and pressing operations based on the output of the load sensor 130A, and can measure the amount of rotation operations based on the output of the load sensor 130B.
  • the configurations of the touchpad unit 120, the load sensors 130A and 130B, and the measurement circuit 140 are described below.
  • the touch pad unit 120 has a plurality of sensor electrodes 121X extending in the X direction, a plurality of sensor electrodes 121Y extending in the Y direction, wirings 122X and 122Y, and an active shield electrode 123.
  • the sensor electrodes 121X and 121Y are examples of electrostatic sensor electrodes, and are connected to the MUX 141 of the measurement circuit 140 via the wirings 122X and 122Y, respectively.
  • the sensor electrodes 121X and 121Y are arranged overlapping the active shield electrode 123 on the +Z direction side, and are insulated from the active shield electrode 123.
  • the touch pad unit 120 shown in FIG. 2A is a self-capacitance electrostatic sensor.
  • the sensor electrodes 121X, 121Y and the wiring 122X, 122Y can be produced by forming a conductive film such as a metal film on the surface of an insulating substrate and patterning it into the sensor electrodes 121X, 121Y and the wiring 122X, 122Y.
  • the active shield electrode 123 can be produced by forming a conductive film such as a metal film on the surface of another insulating substrate. Note that when a display is placed on the -Z direction side of the touchpad unit 120, a transparent glass plate or the like can be used as the insulating substrate, and a transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide) can be used as the conductor film.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the multiple sensor electrodes 121X are scanned row by row, and the multiple sensor electrodes 121Y are scanned column by column, and the control circuit 145 converts the capacitances at multiple intersections between the multiple sensor electrodes 121X and the multiple sensor electrodes 121Y into digital values. Note that instead of the sensor electrodes 121X and 121Y, multiple sensor electrodes arranged in an array may be used and scanned in sequence.
  • the active shield electrode 123 is formed without gaps over an entire area larger than the areas where the sensor electrodes 121X and 121Y are provided.
  • the active shield electrode 123 is connected to an AC signal source 144, and is driven by an AC signal of the same frequency and phase as the AC component contained in the signal supplied to the sensor electrodes 121X and 121Y.
  • the amplitude of the AC signal supplied to the active shield electrode 123 is larger than the amplitude of the AC component of the signal supplied to the sensor electrodes 121X and 121Y.
  • the active shield electrode 123 is provided to shield the multiple sensor electrodes 121X, 121Y from noise and to suppress the effects of parasitic capacitance.
  • the active shield electrode 123 is arranged in a stacked state near the multiple sensor electrodes 121X, 121Y with a predetermined distance between them so that the multiple sensor electrodes 121X, 121Y can be shielded from noise mainly from ground potential points such as the ground, and so that the effects of parasitic capacitance between the multiple sensor electrodes 121X, 121Y can be suppressed.
  • the input device 100 may be configured not to include the touchpad unit 120.
  • the load sensor 130A has a voltage dividing circuit 131 including strain sensors R1 and R2, a voltage dividing circuit 132 including strain sensors R3 and R4, a capacitor C1, and a capacitor C2.
  • the voltage dividing circuit 131 is an example of a first voltage dividing circuit
  • the voltage dividing circuit 132 is an example of a second voltage dividing circuit.
  • the strain sensors R1 to R4 are examples of a first to fourth strain sensors, respectively.
  • the capacitor C1 is an example of a first capacitor
  • the capacitor C2 is an example of a second capacitor.
  • the strain sensors R1 to R4 are strain resistance elements whose resistance value changes depending on the amount of strain, and are connected to form a bridge circuit.
  • Capacitor C1 is connected to the connection point of strain sensors R1 and R2, and capacitor C2 is connected to the connection point of strain sensors R3 and R4.
  • the strain sensors R1 and R3 are connected to an AC signal source 144, and the strain sensors R2 and R4 are connected to ground.
  • the capacitors C1 and C2 are connected to the input terminals of the MUX (multiplexer) 141.
  • the load sensor 130B has a voltage dividing circuit 133 including strain sensors R5 and R6, a voltage dividing circuit 134 including strain sensors R7 and R8, a capacitor C3, and a capacitor C4.
  • the voltage dividing circuit 134 is an example of a third voltage dividing circuit, and the voltage dividing circuit 134 is an example of a fourth voltage dividing circuit.
  • the strain sensors R5 to R8 are examples of a fifth to eighth strain sensors, respectively.
  • the capacitor C3 is an example of a third capacitor
  • the capacitor C4 is an example of a fourth capacitor.
  • the strain sensors R5 to R8 are strain resistance elements whose resistance value changes depending on the amount of strain, and are connected to form a bridge circuit.
  • Capacitor C3 is connected to the connection point of strain sensors R5 and R6, and capacitor C4 is connected to the connection point of strain sensors R7 and R8.
  • Strain sensors R5 and R7 are connected to an AC signal source 144, and strain sensors R6 and R8 are connected to ground.
  • Capacitors C3 and C4 are connected to the input terminals of MUX (multiplexer) 141.
  • the input device 100 may be configured to include either one of the load sensors 130A and 130B.
  • the measurement circuit 140 includes an MUX 141, a charge amplifier 142, an input circuit 143, an AC signal source 144, a control circuit 145, and an I/F (Interface) 146.
  • the AC signal source 144 is an example of an AC voltage circuit.
  • the measurement circuit 140 is configured with an IC (Integrated Circuit).
  • the measurement circuit 140 is an IC designed and developed for the touch pad unit 120, and is realized as a single packaged IC chip.
  • the MUX 141, charge amplifier 142, input circuit 143, AC signal source 144, control circuit 145, and I/F 146 are built into the measurement circuit 140, which is composed of an IC chip.
  • the capacitance is measured through the touchpad unit 120 using a measurement circuit 140 for the touchpad unit 120, and the load is measured through the load sensors 130A and 130B, which include strain sensors R1 to R8.
  • the load sensors 130A and 130B are provided with capacitors C1 to C4 for converting the change in resistance of the strain sensors R1 to R8 into a change in the amount of charge.
  • the MUX 141 is connected to the rear stages (output sides) of the capacitors C1 to C4 and all of the sensor electrodes 121X and 121Y. More specifically, the capacitors C1 and C2 are connected to two input terminals of the common MUX 141. The capacitors C3 and C4 are connected to two input terminals of the common MUX 141. The same number of sensor electrodes 121X and 121Y are provided, and each one is connected to two input terminals of the common MUX 141.
  • the charge amplifiers 142 are provided in the same number as the MUXs 141, and one charge amplifier 142 is connected to the output side of each MUX 141.
  • the charge amplifier 142 connected to the capacitors C1 and C2 via the MUX 141 outputs a signal representing the amount of charge in the capacitors C1 and C2.
  • the charge amplifier 142 connected to the capacitors C3 and C4 via the MUX 141 outputs a signal representing the amount of charge in the capacitors C3 and C4.
  • the charge amplifier 142 connected to the sensor electrodes 121X and 121Y via the MUX 141 outputs a signal representing the amount of charge in the sensor electrodes 121X and 121Y.
  • FIG. 2A shows a circuit configuration in which one charge amplifier 142 is connected to the output side of each MUX 141
  • a configuration in which one common multiplexer (MUX) is provided on the output side of all MUXs 141 and one input circuit 143 is connected to the output side of this MUX may also be used.
  • MUX common multiplexer
  • the AC signal source 144 is connected to the strain sensors R1, R3, R5, and R7 and the active shield electrode 123.
  • the AC signal source 144 generates a sine wave AC signal to be applied to the strain sensors R1 to R8 and the active shield electrode 123.
  • a signal including an AC component having the same frequency and phase as the AC signal supplied to the active shield electrode 123 and a smaller amplitude than the AC signal supplied to the active shield electrode 123 is supplied from the control circuit 145 to the sensor electrodes 121X and 121Y.
  • the AC signal source 144 only needs to output an AC signal, and may be configured to output, for example, a rectangular wave AC signal.
  • the control circuit 145 is realized by a computer including a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), an input/output interface, an internal bus, etc.
  • a micro processing unit MPU can be used as an example of the control circuit 145.
  • the control circuit 145 is connected to all of the input circuits 143 and the AC signal source 144.
  • the control circuit 145 functions as a multiplexer that combines multiple signals input from multiple input circuits 143 connected to all of the sensor electrodes 121X, 121Y into one signal.
  • the control circuit 145 controls the drive of the AC signal source 144, measures the load based on the signal input from the input circuit 143 connected to the voltage divider circuits 131 and 132, and measures the coordinates based on the signal input from the input circuit 143 connected to the sensor electrodes 121X and 121Y.
  • the coordinates are measured to be the position of the operating object, such as a fingertip, relative to the operating surface.
  • Fig. 2B is a diagram showing an example of a configuration of an input device 100 according to a modified example of the embodiment.
  • the input device 100 shown in Fig. 2B differs from the input device 100 shown in Fig. 2A in that the touch pad unit 120 is of a mutual capacitance type.
  • the touch pad unit 120 has a plurality of sensor electrodes 121X extending in the X direction, a plurality of sensor electrodes 121Y extending in the Y direction, and wirings 122X and 122Y, but does not have an active shield electrode 123 (see FIG. 2A).
  • Sensor electrodes 121X and 121Y are examples of electrostatic sensor electrodes. Sensor electrode 121X is connected to charge amplifier 142 via wiring 122X, and sensor electrode 121Y is connected to AC signal source 144 via wiring 122Y.
  • the multiple sensor electrodes 121X are scanned row by row, and the multiple sensor electrodes 121Y are scanned column by column, and the control circuit 145 converts the capacitances at multiple intersections between the multiple sensor electrodes 121X and the multiple sensor electrodes 121Y into digital values. Note that instead of the sensor electrodes 121X and 121Y, multiple sensor electrodes arranged in an array may be used and scanned in sequence.
  • ⁇ Load sensors 130A, 130B> The configuration of the load sensors 130A and 130B is the same as the configuration of the load sensors 130A and 130B of the input device 100 shown in FIG. 2A.
  • the measuring circuit 140 includes a charge amplifier 142, an input circuit 143, an AC signal source 144, a control circuit 145, and an I/F 146, but does not include the MUX 141 (see FIG. 2A).
  • the input circuit 143 is the same as the input circuit 143 shown in FIG. 2A.
  • the AC signal source 144 is connected to the strain sensors R1, R3, R5, and R7 and all of the sensor electrodes 121X.
  • the AC signal source 144 outputs an AC signal having a rectangular wave shape, as an example.
  • the AC signal source 144 may be configured to output an AC signal having a sine wave shape.
  • the control circuit 145 is the same as the control circuit 145 shown in FIG. 2A in that it is connected to all of the input circuits 143 and the AC signal source 144, but differs from the control circuit 145 shown in FIG. 2A in that it has a multiplexer function that combines multiple signals input from multiple input circuits 143 connected to all of the sensor electrodes 121Y into one signal.
  • the control circuit 145 controls the drive of the AC signal source 144, measures the load based on the signal input from the input circuit 143 connected to the voltage divider circuits 131 and 132, and measures the coordinates based on the signal input from the input circuit 143 connected to the sensor electrodes 121X and 121Y.
  • the capacitance can be measured through the touchpad unit 120 using the measurement circuit 140 for the touchpad unit 120, and the load can be measured through the load sensors 130A and 130B, which include the strain sensors R1 to R8.
  • Load sensors 130A, 130B are provided with capacitors C1-C4 for converting changes in resistance of strain sensors R1-R8 into changes in charge. By converting changes in resistance into changes in charge, it becomes possible to measure changes in resistance of strain sensors R1-R8 without making any changes to the measurement circuit 140 for touchpad unit 120. Therefore, the measurement circuit 140 for touchpad unit 120 can measure the load of tilting, rotating, and pressing operations performed by load sensors 130A, 130B.
  • Fig. 2C is a diagram showing an example of the configuration of an input device 100 according to another modified example of the embodiment.
  • the input device 100 shown in Fig. 2C is different from the input device 100 shown in Fig. 2A in that the touch pad unit 120 includes a plurality of sensor electrodes 121X extending in the X direction and wiring 122X, but does not include a plurality of sensor electrodes 121Y extending in the Y direction and wiring 122Y.
  • the touch pad unit 120 shown in Fig. 2C may include an active shield electrode 123.
  • the input device 100 shown in FIG. 2C also differs from the input device 100 shown in FIG. 2A in that it includes one load sensor 130A but does not include load sensor 130B.
  • the load sensor 130A also differs from the input device 100 shown in FIG. 2A in that it includes one voltage divider circuit 131 but does not include voltage divider circuit 132.
  • the voltage divider circuit 131 of the input device 100 shown in FIG. 2C has two strain sensors R1 and R2.
  • the input device 100 shown in FIG. 2C also differs from the input device 100 shown in FIG. 2A in that it does not include a MUX 141, the charge amplifier 142 is directly connected to the input circuit 143, and the capacitor connected to the connection point of the strain sensors R1 and R2 is directly connected to the input circuit 143.
  • the Y-direction coordinates can be detected using multiple sensor electrodes 121X.
  • the load pressure operation amount
  • the input device 100 shown in FIG. 2C can detect the operation of moving a finger in the Y-direction and the operation of pressing with a finger in the X-direction.
  • the input device 100 includes a load sensor 130A, a touchpad unit 120 (electrostatic sensor), and a measurement circuit 140.
  • the load sensor 130A includes a voltage divider circuit 131 (first voltage divider circuit) that connects a strain sensor R1 (first strain sensor) and a strain sensor R2 (second strain sensor), and a capacitor C1 (first capacitor) having one end connected to the connection point between the strain sensor R1 and the strain sensor R2.
  • the touchpad unit 120 includes a plurality of sensor electrodes 121X (electrostatic sensor electrodes).
  • the measurement circuit 140 includes an AC signal source 144 (AC voltage circuit) that applies an AC voltage to the voltage divider circuit 131 and the sensor electrode 121X, a charge amplifier 142 provided downstream of the capacitor C1 and each of the plurality of sensor electrodes 121X and 121Y, and a control circuit 145 that calculates a measurement value from the output of the charge amplifier 142.
  • AC signal source 144 AC voltage circuit
  • charge amplifier 142 provided downstream of the capacitor C1 and each of the plurality of sensor electrodes 121X and 121Y
  • control circuit 145 that calculates a measurement value from the output of the charge amplifier 142.
  • Load sensor 130A is provided with a capacitor C1 for converting the change in resistance of strain sensors R1-R2 into a change in charge. By converting the change in resistance into a change in charge, it becomes possible to measure the change in resistance of strain sensors R1-R2 without making any changes to the measurement circuit 140 for touchpad unit 120. As a result, a single measurement circuit 140 can be used to measure the coordinates using touchpad unit 120 and the load during operation using load sensor 130A.
  • the load sensor 130A further includes a voltage divider circuit 132 (second voltage divider circuit) that connects the strain sensor R3 (third strain sensor) and the strain sensor R4 (fourth strain sensor), and a capacitor C2 (second capacitor) that has one end connected to the connection point between the strain sensor R3 and the strain sensor R4.
  • the measurement circuit 140 further includes a charge amplifier 142 that is provided after the capacitor C2.
  • the AC signal source 144 (AC voltage circuit) may further apply an AC voltage to the voltage divider circuit 132.
  • Load sensor 130A is provided with capacitors C1 and C2 for converting changes in resistance of strain sensors R1 to R4 into changes in charge. By converting changes in resistance into changes in charge, it becomes possible to measure changes in resistance of strain sensors R1 to R4 without making any changes to the measurement circuit 140 for touchpad unit 120. As a result, a single measurement circuit 140 can be used to measure the coordinates using touchpad unit 120 and the load during operation using load sensor 130A.
  • the input device 100 includes a load sensor 130A and a measurement circuit 140.
  • the load sensor 130A has a voltage divider circuit 131 (first voltage divider circuit) that connects the strain sensor R1 and the strain sensor R2, and a capacitor C1 (first capacitor) whose one end is connected to the connection point between the strain sensor R1 and the strain sensor R2.
  • the measurement circuit 140 has an AC signal source 144 (AC voltage circuit) that applies an AC voltage to the voltage divider circuit 131, a charge amplifier 142 provided after the capacitor C1, and a control circuit 145 that calculates a measurement value from the output of the charge amplifier 142.
  • Load sensor 130A is provided with a capacitor C1 for converting the change in resistance of strain sensors R1-R2 into a change in charge. By converting the change in resistance into a change in charge, it becomes possible to measure the change in resistance of strain sensors R1-R2 without making any changes to measurement circuit 140 for touchpad unit 120. Therefore, the measurement circuit 140 for touchpad unit 120 can measure the load applied by load sensor 130A during operation.
  • the load sensor 130A further includes a voltage divider circuit 132 (second voltage divider circuit) that connects the strain sensor R3 (third strain sensor) and the strain sensor R4 (fourth strain sensor), and a capacitor C2 (second capacitor) that has one end connected to the connection point between the strain sensor R3 and the strain sensor R4.
  • the measurement circuit 140 further includes a charge amplifier 142 that is provided after the capacitor C2.
  • the AC signal source 144 (AC voltage circuit) may further apply an AC voltage to the voltage divider circuit 132.
  • Load sensor 130A is provided with capacitors C1 and C2 for converting changes in resistance of strain sensors R1 to R4 into changes in charge. By converting changes in resistance into changes in charge, it becomes possible to measure changes in resistance of strain sensors R1 to R4 without making any changes to the measurement circuit 140 for touchpad unit 120. As a result, a single measurement circuit 140 can be used to measure the coordinates using touchpad unit 120 and the load during operation using load sensor 130A.
  • the measurement circuit 140 is also configured with an IC capable of detecting the capacitance of the touchpad unit 120, and the AC signal source 144 and the charge amplifier 142 may be built into the IC.
  • the number of IC types is reduced, making inventory management easier.
  • the design costs for the IC are unnecessary.
  • the development period can be shortened by the amount that IC design is not required.
  • the load sensors 130A and 130B include a voltage divider circuit 133 (third voltage divider circuit) that connects the strain sensor R5 (fifth strain sensor) and the strain sensor R6 (sixth strain sensor), a capacitor C3 (third capacitor) having one end connected to the connection point between the strain sensor R5 and the strain sensor R6, a voltage divider circuit 134 (fourth voltage divider circuit) that connects the strain sensor R7 (seventh strain sensor) and the strain sensor R8 (eighth strain sensor), a capacitor C4 (fourth capacitor) having one end connected to the connection point between the strain sensor R7 and the strain sensor R8, and a capacitor C5 (fourth capacitor) having one end connected to the connection point between the strain sensor R7 and the strain sensor R8.
  • the control circuit 145 may further include a charge amplifier 142 provided after each of capacitors C3 and C4, and may detect a load in a first direction from the output of charge amplifier 142 based on the output of voltage divider circuit 131, detect a load in a second direction from the output of charge amplifier 142 based on the output of voltage divider circuit 132, detect a load in a first rotation direction from the output of charge amplifier 142 based on the output of voltage divider circuit 133, and detect a load in a second rotation direction from the output of charge amplifier 142 based on the output of voltage divider circuit 134.
  • Load sensors 130A, 130B are provided with capacitors C1-C4 for converting changes in resistance of strain sensors R1-R8 into changes in charge. By converting changes in resistance into changes in charge, it becomes possible to measure changes in resistance of strain sensors R1-R8 without making any changes to the measurement circuit 140 for touchpad unit 120. Therefore, the measurement circuit 140 for touchpad unit 120 can measure the load of tilting, rotating, and pressing operations performed by load sensors 130A, 130B.

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Abstract

歪みに基づく荷重と、静電容量とを１つの測定回路で測定可能な入力装置を提供する。　入力装置は、荷重センサと、静電センサと、測定回路とを備え、前記荷重センサは、第１歪センサと第２歪センサとを接続した第１分圧回路と、前記第１歪センサと前記第２歪センサとの接続点に一端が接続された第１キャパシタと、第３歪センサと第４歪センサとを接続した第２分圧回路と、前記第３歪センサと前記第４歪センサとの接続点に一端が接続された第２キャパシタとを有し、前記静電センサは、複数の静電センサ電極を有し、前記測定回路は、前記第１分圧回路、前記第２分圧回路、及び前記静電センサ電極に交流電圧を印加する交流電圧回路と、前記第１キャパシタ、前記第２キャパシタ、及び前記複数の静電センサ電極の各々の後段に設けられたチャージアンプと、前記チャージアンプの出力から測定値を算出する制御回路とを有する。

Description

入力装置
　本開示は、入力装置に関する。
　従来より、取付板と、該取付板上に載置された弾性基板と、該弾性基板上に形成された複数個の歪み検知部材と、前記歪み検知部材を操作するための操作体とを備え、前記取付板と前記弾性基板とを溶着部において固着したことを特徴とする多方向入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０－０４９２９３号公報
　ところで、従来の多方向入力装置は、歪みに基づいて操作体に掛かる荷重を検出することはできるが、静電容量を検出することはできず、１つの測定回路で歪みに基づく荷重と、静電容量とを測定することができない。
　そこで、歪みに基づく荷重と、静電容量とを１つの測定回路で測定可能な入力装置を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態の入力装置は、荷重センサと、静電センサと、測定回路とを備え、前記荷重センサは、第１歪センサと第２歪センサとを接続した第１分圧回路と、前記第１歪センサと前記第２歪センサとの接続点に一端が接続された第１キャパシタと、第３歪センサと第４歪センサとを接続した第２分圧回路と、前記第３歪センサと前記第４歪センサとの接続点に一端が接続された第２キャパシタとを有し、前記静電センサは、複数の静電センサ電極を有し、前記測定回路は、前記第１分圧回路、前記第２分圧回路、及び前記静電センサ電極に交流電圧を印加する交流電圧回路と、前記第１キャパシタ、前記第２キャパシタ、及び前記複数の静電センサ電極の各々の後段に設けられたチャージアンプと、前記チャージアンプの出力から測定値を算出する制御回路とを有する。
　歪みに基づく荷重と、静電容量とを１つの測定回路で測定可能な入力装置を提供することができる。
実施形態の入力装置の構成の一例を示す図である。 実施形態の入力装置の回路構成の一例を示す図である。 実施形態の変形例の入力装置の構成の一例を示す図である。 実施形態の他の変形例の入力装置の構成の一例を示す図である。
　以下、本開示の入力装置を適用した実施形態について説明する。
　以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態の入力装置１００の構成の一例を示す図である。入力装置１００は、一例として、個人で利用するゲーム機であるが、ＰＣ(Personal Computer)、店舗や施設等に配置され不特定多数の利用者が利用するタブレット型の入力装置やＡＴＭ(Automatic Teller Machine)の入力部であってもよい。
　＜入力装置１００の概要＞
　図１は、一実施形態に係る入力装置１００の外観斜視図である。図１に示す入力装置１００は、例えば、ゲーム機に用いられ、操作者（すなわち、ゲームのプレイヤー）によって操作される。
　図１に示すように、入力装置１００は、筐体１１０を備える。筐体１１０は、入力装置１００の外形状をなす樹脂製の部材である。筐体１１０の内部には、タッチパッドユニット１２０の操作（傾倒操作、回転操作、及び押圧操作）がなされたときに歪む起歪体が設けられている。
　筐体１１０は、中央部１１０Ａと、中央部１１０Ａよりも左側（Ｙ軸負側）に設けられた左側把持部１１０Ｂと、中央部１１０Ａよりも右側（Ｙ軸正側）に設けられた右側把持部１１０Ｃとを有する。左側把持部１１０Ｂおよび右側把持部１１０Ｃは、中央部１１０Ａよりも前後方向（Ｘ軸方向）に長く、且つ、中央部１１０Ａの後面よりも後方（Ｘ軸負方向）に突出した形状を有する。
　これにより、筐体１１０は、操作者が、左手によって左側把持部１１０Ｂを把持し易く、且つ、右手によって右側把持部１１０Ｃを把持し易い形状となっている。
　また、筐体１１０の中央部１１０Ａにおける前端部（Ｘ軸正側の端部）には、筐体の上面１１０Ｅから下方（Ｚ軸負方向）に向かって凹んだ形状の凹部１１０Ｄが形成されている。そして、入力装置１００は、筐体１１０の凹部１１０Ｄ内に、タッチパッドユニット１２０を備える。タッチパッドユニット１２０は、静電センサの一例である。
　なお、上方（Ｚ軸正方向）からの平面視にて、凹部１１０Ｄおよびタッチパッドユニット１２０は、いずれも左右方向（Ｙ軸方向）を長手方向とする長方形状を有する。タッチパッドユニット１２０がなす長方形状は、上側筐体１１１の凹部１１０Ｄがなす長方形状よりも小さい。これにより、タッチパッドユニット１２０の外周と、凹部１１０Ｄの内周との間には、隙間が設けられている。
　また、筐体１１０の上面１１０Ｅ（Ｚ軸正側の面）と、タッチパッドユニット１２０の上面１２０Ａ（Ｚ軸正側の面）とは、同一平面上に設けられている。
　タッチパッドユニット１２０は、上面１２０Ａ（Ｚ軸正側の面）に、左右方向（Ｙ軸方向）を長手方向とする長方形状のタッチ操作面１２０Ｂを有する。タッチパッドユニット１２０は、操作者によるタッチ操作面１２０Ｂに対するタッチ操作が可能である。
　また、タッチパッドユニット１２０は、筐体１１０に対して変位可能に設けられており、操作者による押圧操作、傾倒操作、および回転操作が可能である。
　なお、タッチパッドユニット１２０の押圧操作とは、タッチパッドユニット１２０のタッチ操作面１２０Ｂの中央部を下方（Ｚ軸負方向）に押す操作である。押圧操作により、タッチパッドユニット１２０を水平状態のまま下方（Ｚ軸負方向）に圧縮荷重が加わる。
　また、タッチパッドユニット１２０の傾倒操作とは、タッチパッドユニット１２０のタッチ操作面１２０Ｂの周辺部（中央部以外の部分）を下方（Ｚ軸負方向）に押す操作である。傾倒操作により、タッチパッドユニット１２０は、当該タッチパッドユニット１２０の中心を通る中心軸（Ｚ軸と平行な中心軸）に対して曲げ荷重が加わる。
　また、タッチパッドユニット１２０の回転操作とは、タッチパッドユニット１２０を、当該タッチパッドユニット１２０の中心を通る中心軸（Ｚ軸と平行な中心軸）の軸回りに捻る操作である。回転操作により、タッチパッドユニット１２０は、当該タッチパッドユニット１２０の中心を通る中心軸（Ｚ軸と平行な中心軸）を中心に捻じり荷重が加わる。
　また、入力装置１００は、タッチパッドユニット１２０以外にも、複数のボタン、アナログスティック等の他の入力装置が搭載されてもよい。また、入力装置１００は、スティックを傾倒させることで操作する装置であってもよい。
　図２Ａは、実施形態の入力装置１００の回路構成の一例を示す図である。入力装置１００は、タッチパッドユニット１２０、荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂ、及び測定回路１４０を含む。
　荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂは、筐体１１０の内部に設けられた起歪体に取り付けられている。起歪体は、タッチパッドユニット１２０の操作（傾倒操作、回転操作、及び押圧操作）が行われると歪む。
　入力装置１００は、一例として、荷重センサ１３０Ａの出力に基づいて、傾倒操作及び押圧操作の操作量を測定可能であり、荷重センサ１３０Ｂの出力に基づいて、回転操作の操作量を測定可能である。以下、タッチパッドユニット１２０、荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂ、及び測定回路１４０の構成について説明する。
　＜タッチパッドユニット１２０＞
　タッチパッドユニット１２０は、Ｘ方向に延在する複数のセンサ電極１２１Ｘと、Ｙ方向に延在する複数のセンサ電極１２１Ｙと、配線１２２Ｘ、１２２Ｙと、アクティブシールド電極１２３を有する。センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙは、静電センサ電極の一例であり、配線１２２Ｘ、１２２Ｙを介して測定回路１４０のＭＵＸ１４１にそれぞれ接続されている。センサ電極１２１Ｘ及び１２１Ｙは、アクティブシールド電極１２３の＋Ｚ方向側に重ねて配置され、アクティブシールド電極１２３とは絶縁されている。図２Ａに示すタッチパッドユニット１２０は、自己容量式の静電センサである。
　センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙと配線１２２Ｘ、１２２Ｙは、一例として絶縁基板の表面に金属膜等の導電膜を形成し、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙ及び配線１２２Ｘ、１２２Ｙにパターニングすることで作製可能である。また、アクティブシールド電極１２３は、別の絶縁基板の表面に金属膜等の導電膜で形成することで作製可能である。なお、タッチパッドユニット１２０の－Ｚ方向側にディスプレイを配置する場合には、絶縁基板として透明ガラス板等を用い、導体膜としてＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明導電膜を用いればよい。
　複数のセンサ電極１２１Ｘは１行ずつ走査されるとともに、複数のセンサ電極１２１Ｙは１列ずつ走査され、制御回路１４５は、複数のセンサ電極１２１Ｘと複数のセンサ電極１２１Ｙとの複数の交点における静電容量をデジタル値に変換する。なお、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙの代わりに、アレイ状に配置される複数のセンサ電極を用いて、順番に走査してもよい。
　アクティブシールド電極１２３は、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙが設けられている部分よりも大きな領域の全体に隙間無く形成されている。アクティブシールド電極１２３は、交流信号源１４４に接続されており、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙに供給される信号に含まれる交流成分と同一周波数かつ同一位相の交流信号で駆動される。なお、アクティブシールド電極１２３に供給される交流信号の振幅は、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙに供給される信号の交流成分の振幅よりも大きい。
　アクティブシールド電極１２３は、複数のセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙをノイズから遮蔽するため、及び、寄生容量の影響を抑制するために設けられている。アクティブシールド電極１２３は、主に地面等のグランド電位点からのノイズに対して複数のセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙを遮蔽できるように、また、グランド電位点との間の寄生容量の影響を抑制できるように、複数のセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙの近くに所定の間隔を空けて、重ねられた状態で配置されている。
　なお、入力装置１００は、タッチパッドユニット１２０を含まない構成であってもよい。
　＜荷重センサ１３０Ａ＞
　荷重センサ１３０Ａは、歪センサＲ１及びＲ２を含む分圧回路１３１と、歪センサＲ３及びＲ４を含む分圧回路１３２と、キャパシタＣ１と、キャパシタＣ２とを有する。分圧回路１３１は第１分圧回路の一例であり、分圧回路１３２は第２分圧回路の一例である。歪センサＲ１～Ｒ４は、それぞれ、第１歪センサ～第４歪センサの一例である。キャパシタＣ１は、第１キャパシタの一例であり、キャパシタＣ２は、第２キャパシタの一例である。
　歪センサＲ１～Ｒ４は、一例として、歪み量に応じて抵抗値が変化する歪み抵抗素子であり、ブリッジ回路を構成するように接続されている。キャパシタＣ１は、歪センサＲ１及びＲ２の接続点に接続されており、キャパシタＣ２は、歪センサＲ３及びＲ４の接続点に接続されている。
　歪センサＲ１及びＲ３は、交流信号源１４４に接続されており、歪センサＲ２及びＲ４は、グランドに接続されている。キャパシタＣ１及びＣ２は、ＭＵＸ（マルチプレクサ）１４１の入力端子に接続されている。
　＜荷重センサ１３０Ｂ＞
　荷重センサ１３０Ｂは、歪センサＲ５及びＲ６を含む分圧回路１３３と、歪センサＲ７及びＲ８を含む分圧回路１３４と、キャパシタＣ３と、キャパシタＣ４とを有する。分圧回路１３４は第３分圧回路の一例であり、分圧回路１３４は第４分圧回路の一例である。歪センサＲ５～Ｒ８は、それぞれ、第５歪センサ～第８歪センサの一例である。キャパシタＣ３は、第３キャパシタの一例であり、キャパシタＣ４は、第４キャパシタの一例である。
　歪センサＲ５～Ｒ８は、一例として、歪み量に応じて抵抗値が変化する歪み抵抗素子であり、ブリッジ回路を構成するように接続されている。キャパシタＣ３は、歪センサＲ５及びＲ６の接続点に接続されており、キャパシタＣ４は、歪センサＲ７及びＲ８の接続点に接続されている。
　歪センサＲ５及びＲ７は、交流信号源１４４に接続されており、歪センサＲ６及びＲ８は、グランドに接続されている。キャパシタＣ３及びＣ４は、ＭＵＸ（マルチプレクサ）１４１の入力端子に接続されている。
　なお、入力装置１００は、荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂのいずれか一方を含む構成であってもよい。
　＜測定回路１４０＞
　測定回路１４０は、ＭＵＸ１４１、チャージアンプ１４２、入力回路１４３、交流信号源１４４、制御回路１４５、及びＩ／Ｆ(Interface)１４６を有する。交流信号源１４４は、交流電圧回路の一例である。測定回路１４０は、ＩＣ(Integrated Circuit)で構成される。
　測定回路１４０は、一例として、タッチパッドユニット１２０用に設計及び開発されたＩＣであり、パッケージ化された１つのＩＣチップとして実現される。ＭＵＸ１４１、チャージアンプ１４２、入力回路１４３、交流信号源１４４、制御回路１４５、及びＩ／Ｆ１４６は、ＩＣチップで構成される測定回路１４０に内蔵されている。
　入力装置１００では、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０を用いて、タッチパッドユニット１２０を通じて静電容量を測定するとともに、歪センサＲ１～Ｒ８を含む荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂを通じて荷重を測定する。
　タッチパッドユニット１２０用に設計及び開発された測定回路１４０で荷重を測定するために、歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１～Ｃ４を荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂに設けている。歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を測定することが可能になる。
　＜ＭＵＸ１４１＞
　ＭＵＸ１４１は、キャパシタＣ１～Ｃ４、及び、すべてのセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙの各々の後段（出力側）に接続されている。より具体的には、キャパシタＣ１、Ｃ２は、共通のＭＵＸ１４１の２つの入力端子に接続されている。キャパシタＣ３、Ｃ４は、共通のＭＵＸ１４１の２つの入力端子に接続されている。また、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙは、同一数設けられており、１本ずつが共通のＭＵＸ１４１の２つの入力端子に接続されている。
　＜チャージアンプ１４２＞
　チャージアンプ１４２は、ＭＵＸ１４１と同一数設けられており、各ＭＵＸ１４１の出力側に、チャージアンプ１４２が１つずつ接続されている。ＭＵＸ１４１を介してキャパシタＣ１、Ｃ２に接続されているチャージアンプ１４２は、キャパシタＣ１、Ｃ２の電荷量を表す信号を出力する。ＭＵＸ１４１を介してキャパシタＣ３、Ｃ４に接続されているチャージアンプ１４２は、キャパシタＣ３、Ｃ４の電荷量を表す信号を出力する。ＭＵＸ１４１を介してセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙに接続されているチャージアンプ１４２は、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙの電荷量を表す信号を出力する。
　なお、図２Ａには、各ＭＵＸ１４１の出力側にチャージアンプ１４２を１つずつ接続した回路構成を示すが、すべてのＭＵＸ１４１の出力側に１つの共通のマルチプレクサ（ＭＵＸ）を設けるとともに、このＭＵＸの出力側に１つの入力回路１４３を接続する構成であってもよい。
　＜入力回路１４３＞
　入力回路１４３は、チャージアンプ１４２と同一数設けられており、各チャージアンプ１４２の出力側に１つずつ接続されている。入力回路１４３は、チャージアンプ１４２から出力される信号に対して、デジタル変換処理等を行って、制御回路１４５に出力する。
　＜交流信号源１４４＞
　交流信号源１４４は、歪センサＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７及びアクティブシールド電極１２３に接続されている。交流信号源１４４は、歪センサＲ１～Ｒ８及びアクティブシールド電極１２３に印加する正弦波状の交流信号を発生する。また、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙには、アクティブシールド電極１２３に供給される交流信号と同一周波数かつ同一位相で、アクティブシールド電極１２３に供給される交流信号よりも振幅が小さい交流成分を含む信号が制御回路１４５から供給される。なお、交流信号源１４４は、交流信号を出力すればよいため、例えば、矩形波状の交流信号を出力する構成であってもよい。
　＜制御回路１４５＞
　制御回路１４５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、入出力インターフェース、及び内部バス等を含むコンピュータによって実現される。制御回路１４５としては、一例としてＭＰＵ(Micro Processing Unit)を用いることができる。
　制御回路１４５は、すべての入力回路１４３と交流信号源１４４とに接続されている。制御回路１４５は、すべてのセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙに接続された複数の入力回路１４３から入力される複数の信号を１つの信号に纏めるマルチプレクサの機能を有する。
　制御回路１４５は、交流信号源１４４の駆動制御、分圧回路１３１、１３２に接続された入力回路１４３から入力される信号に基づく荷重の測定、及び、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙに接続された入力回路１４３から入力される信号に基づく座標の測定を行う。座標の測定は、操作面に対する指先等の操作体の位置である。
　＜入力装置１００の変形例＞
　図２Ｂは、実施形態の変形例の入力装置１００の構成の一例を示す図である。図２Ｂに示す入力装置１００は、タッチパッドユニット１２０が相互容量式である点が、図２Ａに示す入力装置１００と異なる。
　＜タッチパッドユニット１２０＞
　タッチパッドユニット１２０は、Ｘ方向に延在する複数のセンサ電極１２１Ｘと、Ｙ方向に延在する複数のセンサ電極１２１Ｙと、配線１２２Ｘ、１２２Ｙとを有し、、アクティブシールド電極１２３（図２Ａ参照）を有さない。
　センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙは、静電センサ電極の一例である。センサ電極１２１Ｘは、配線１２２Ｘを介してチャージアンプ１４２に接続されており、センサ電極１２１Ｙは、配線１２２Ｙを介して交流信号源１４４に接続されている。
　複数のセンサ電極１２１Ｘは１行ずつ走査されるとともに、複数のセンサ電極１２１Ｙは１列ずつ走査され、制御回路１４５は、複数のセンサ電極１２１Ｘと複数のセンサ電極１２１Ｙとの複数の交点における静電容量をデジタル値に変換する。なお、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙの代わりに、アレイ状に配置される複数のセンサ電極を用いて、順番に走査してもよい。
　＜荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂ＞
　荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂの構成は、図２Ａに示す入力装置１００の荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂの構成と同一である。
　＜測定回路１４０＞
　測定回路１４０は、チャージアンプ１４２、入力回路１４３、交流信号源１４４、制御回路１４５、及びＩ／Ｆ１４６を有し、ＭＵＸ１４１（図２Ａ参照）を有さない。
　＜チャージアンプ１４２＞
　すべてのチャージアンプ１４２のうち、キャパシタＣ１～Ｃ４に接続される４つのチャージアンプ１４２の接続関係は、図２Ａに示す接続関係と同一である。残りのチャージアンプ１４２の各々には、センサ電極１２１Ｙが１つずつ接続されている。
　また、入力回路１４３は、図２Ａに示す入力回路１４３と同一である。交流信号源１４４は、歪センサＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７と、すべてのセンサ電極１２１Ｘとに接続されている。
　交流信号源１４４は、図２Ｂに示す入力装置１００では、一例として矩形波状の交流信号を出力する。しかしながら、交流信号源１４４は、正弦波状の交流信号を出力する構成であってもよい。
　制御回路１４５は、すべての入力回路１４３と交流信号源１４４とに接続されている点は図２Ａに示す制御回路１４５と同一であるが、すべてのセンサ電極１２１Ｙに接続された複数の入力回路１４３から入力される複数の信号を１つの信号に纏めるマルチプレクサの機能を有する点が図２Ａに示す制御回路１４５と異なる。
　制御回路１４５は、交流信号源１４４の駆動制御、分圧回路１３１、１３２に接続された入力回路１４３から入力される信号に基づく荷重の測定、及び、センサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙに接続された入力回路１４３から入力される信号に基づく座標の測定を行う。
　入力装置１００の回路構成が、図２Ａ及び図２Ｂのいずれの回路構成であっても、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０を用いて、タッチパッドユニット１２０を通じて静電容量を測定するとともに、歪センサＲ１～Ｒ８を含む荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂを通じて荷重を測定することができる。
　歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１～Ｃ４を荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂに設け、抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を測定することが可能になる。このため、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０で、荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂによる傾倒操作、回転操作、及び押圧操作の荷重の測定を行うことができる。
　＜入力装置１００の他の変形例＞
　図２Ｃは、実施形態の他の変形例の入力装置１００の構成の一例を示す図である。図２Ｃに示す入力装置１００は、図２Ａに示す入力装置１００のタッチパッドユニット１２０が、Ｘ方向に延在する複数のセンサ電極１２１Ｘと、配線１２２Ｘとを含み、Ｙ方向に延在する複数のセンサ電極１２１Ｙと、配線１２２Ｙとを含まない点が異なる。なお、図２Ｃに示すタッチパッドユニット１２０は、アクティブシールド電極１２３を含んでもよい。
　また、図２Ｃに示す入力装置１００は、１つの荷重センサ１３０Ａを含み、荷重センサ１３０Ｂは含まない点が図２Ａに示す入力装置１００と異なる。また、荷重センサ１３０Ａは、１つの分圧回路１３１を含み、分圧回路１３２を含まない点が図２Ａに示す入力装置１００と異なる。図２Ｃに示す入力装置１００の分圧回路１３１は、２つの歪センサＲ１及びＲ２を有する。
　また、図２Ｃに示す入力装置１００は、ＭＵＸ１４１を含まず、チャージアンプ１４２が入力回路１４３に直接接続されるとともに、歪センサＲ１及びＲ２の接続点に接続されたキャパシタが入力回路１４３に直接接続されている点が図２Ａに示す入力装置１００と異なる。
　図２Ｃに示す入力装置１００では、複数のセンサ電極１２１ＸでＹ方向の座標を検出可能であり、例えばタッチパッドユニット１２０の下に荷重センサ１３０Ａを設ければ、荷重センサ１３０Ａの出力に基づいて、タッチパッドユニット１２０に掛かる荷重（押圧操作量）を測定可能である。また、荷重センサ１３０ＡでＸ方向の荷重を検出できるようにすると、指をＹ方向に動かす操作と、指でＸ方向に押す操作を図２Ｃに示す入力装置１００で検出可能になる。
　＜効果＞
　入力装置１００は、荷重センサ１３０Ａと、タッチパッドユニット１２０（静電センサ）と、測定回路１４０とを備え、荷重センサ１３０Ａは、歪センサＲ１（第１歪センサ）と歪センサＲ２（第２歪センサ）とを接続した分圧回路１３１（第１分圧回路）と、歪センサＲ１と歪センサＲ２との接続点に一端が接続されたキャパシタＣ１（第１キャパシタ）とを有し、タッチパッドユニット１２０は、複数のセンサ電極１２１Ｘ（静電センサ電極）を有し、測定回路１４０は、分圧回路１３１及びセンサ電極１２１Ｘに交流電圧を印加する交流信号源１４４（交流電圧回路）と、キャパシタＣ１及び複数のセンサ電極１２１Ｘ、１２１Ｙの各々の後段に設けられたチャージアンプ１４２と、チャージアンプ１４２の出力から測定値を算出する制御回路１４５とを有する。
　歪センサＲ１～Ｒ２の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１を荷重センサ１３０Ａに設け、抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ２の抵抗値の変化を測定することが可能になる。このため、１つの測定回路１４０で、タッチパッドユニット１２０による座標の測定と、荷重センサ１３０Ａによる操作時の荷重の測定とを行うことができる。
　したがって、歪みに基づく荷重と、静電容量とを１つの測定回路１４０で測定可能な入力装置１００を提供することができる。
　また、荷重センサ１３０Ａは、歪センサＲ３（第３歪センサ）と歪センサＲ４（第４歪センサ）とを接続した分圧回路１３２（第２分圧回路）と、歪センサＲ３と歪センサＲ４との接続点に一端が接続されたキャパシタＣ２（第２キャパシタ）とをさらに有し、測定回路１４０は、キャパシタＣ２の後段に設けられたチャージアンプ１４２をさらに有し、交流信号源１４４（交流電圧回路）は、さらに分圧回路１３２に交流電圧を印加してもよい。
　歪センサＲ１～Ｒ４の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１、Ｃ２を荷重センサ１３０Ａに設け、抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ４の抵抗値の変化を測定することが可能になる。このため、１つの測定回路１４０で、タッチパッドユニット１２０による座標の測定と、荷重センサ１３０Ａによる操作時の荷重の測定とを行うことができる。
　したがって、歪みに基づく荷重と、静電容量とを１つの測定回路１４０で測定可能な入力装置１００を提供することができる。
　入力装置１００は、荷重センサ１３０Ａと、測定回路１４０とを備え、荷重センサ１３０Ａは、歪センサＲ１と歪センサＲ２とを接続した分圧回路１３１（第１分圧回路）と、歪センサＲ１と歪センサＲ２との接続点に一端が接続されたキャパシタＣ１（第１キャパシタ）とを有し、測定回路１４０は、分圧回路１３１に交流電圧を印加する交流信号源１４４（交流電圧回路）と、キャパシタＣ１の後段に設けられたチャージアンプ１４２と、チャージアンプ１４２の出力から測定値を算出する制御回路１４５とを有する。
　歪センサＲ１～Ｒ２の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１を荷重センサ１３０Ａに設け、抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ２の抵抗値の変化を測定することが可能になる。このため、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０で、荷重センサ１３０Ａによる操作時の荷重の測定を行うことができる。
　したがって、歪みに基づく荷重をタッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０で測定可能な入力装置１００を提供することができる。
　また、荷重センサ１３０Ａは、歪センサＲ３（第３歪センサ）と歪センサＲ４（第４歪センサ）とを接続した分圧回路１３２（第２分圧回路）と、歪センサＲ３と歪センサＲ４との接続点に一端が接続されたキャパシタＣ２（第２キャパシタ）とをさらに有し、測定回路１４０は、キャパシタＣ２の後段に設けられたチャージアンプ１４２をさらに有し、交流信号源１４４（交流電圧回路）は、さらに分圧回路１３２に交流電圧を印加してもよい。
　歪センサＲ１～Ｒ４の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１、Ｃ２を荷重センサ１３０Ａに設け、抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ４の抵抗値の変化を測定することが可能になる。このため、１つの測定回路１４０で、タッチパッドユニット１２０による座標の測定と、荷重センサ１３０Ａによる操作時の荷重の測定とを行うことができる。
　したがって、歪みに基づく荷重と、静電容量とを１つの測定回路１４０で測定可能な入力装置１００を提供することができる。
　また、測定回路１４０は、タッチパッドユニット１２０の静電容量を検出可能なＩＣで構成され、交流信号源１４４及びチャージアンプ１４２は、ＩＣに内蔵されていてもよい。歪センサ専用のＩＣを用いないことで、ＩＣの種類が減り、在庫管理が容易になる。また、タッチパッドユニット１２０用のＩＣが既にある場合、ＩＣの設計コストが不要になる。また、ＩＣ設計が不要になる分、開発期間を短縮できる。
　また、荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂは、歪センサＲ５（第５歪センサ）と歪センサＲ６（第６歪センサ）とを接続した分圧回路１３３（第３分圧回路）と、歪センサＲ５と歪センサＲ６との接続点に一端が接続されたキャパシタＣ３（第３キャパシタ）と、歪センサＲ７（第７歪センサ）と歪センサＲ８（第８歪センサ）とを接続した分圧回路１３４（第４分圧回路）と、歪センサＲ７と歪センサＲ８との接続点に一端が接続されたキャパシタＣ４（第４キャパシタ）と、キャパシタＣ３及びキャパシタＣ４の各々の後段に設けられたチャージアンプ１４２とをさらに有し、制御回路１４５は、分圧回路１３１の出力に基づくチャージアンプ１４２の出力から第１方向の荷重を検出し、分圧回路１３２の出力に基づくチャージアンプ１４２の出力から第２方向の荷重を検出し、分圧回路１３３の出力に基づくチャージアンプ１４２の出力から第１回転方向の荷重を検出し、分圧回路１３４の出力に基づくチャージアンプ１４２の出力から第２回転方向の荷重を検出してもよい。
　歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を電荷量の変化に変換するためのキャパシタＣ１～Ｃ４を荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂに設け、抵抗値の変化を電荷量の変化に変換することで、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０に変更を加えることなく、歪センサＲ１～Ｒ８の抵抗値の変化を測定することが可能になる。このため、タッチパッドユニット１２０用の測定回路１４０で、荷重センサ１３０Ａ、１３０Ｂによる傾倒操作、回転操作、及び押圧操作の荷重の測定を行うことができる。
　以上、本開示の例示的な実施形態の入力装置について説明したが、本開示は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０２３年１０月５日に出願した日本国特許出願２０２３－１７３８６８に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
１００　入力装置
１２０　タッチパッドユニット（静電センサの一例）
１２１Ｘ、１２１Ｙ　センサ電極（静電センサ電極の一例）
１２３　アクティブシールド電極
１３０A、１３０Ｂ　荷重センサ
１３１～１３４　分圧回路（第１分圧回路～第４分圧回路の一例）
Ｒ１～Ｒ８　歪センサ（第１歪センサ～第８歪センサの一例）
Ｃ１～Ｃ４　キャパシタ（第１キャパシタ～第４キャパシタの一例）
１３１～１３４　分圧回路（第１分圧回路～第４分圧回路の一例）
１４０　測定回路
１４２　チャージアンプ
１４４　交流信号源（交流電圧回路の一例）
１４５　制御回路

Claims (6)

  1. 　荷重センサと、
    　静電センサと、
    　測定回路と
    　を備え、
    　前記荷重センサは、
    　第１歪センサと第２歪センサとを接続した第１分圧回路と、
    　前記第１歪センサと前記第２歪センサとの接続点に一端が接続された第１キャパシタと
    　を有し、
    　前記静電センサは、複数の静電センサ電極を有し、
    　前記測定回路は、
    　前記第１分圧回路及び前記静電センサ電極に交流電圧を印加する交流電圧回路と、
    　前記第１キャパシタ及び前記複数の静電センサ電極の各々の後段に設けられたチャージアンプと、
    　前記チャージアンプの出力から測定値を算出する制御回路と
    　を有する入力装置。
  2. 　前記荷重センサは、
    　第３歪センサと第４歪センサとを接続した第２分圧回路と、
    　前記第３歪センサと前記第４歪センサとの接続点に一端が接続された第２キャパシタとをさらに有し、
    　前記測定回路は、前記第２キャパシタの後段に設けられたチャージアンプをさらに有し、
    　前記交流電圧回路は、さらに前記第２分圧回路に交流電圧を印加する、請求項１に記載の入力装置。
  3. 　荷重センサと、
    　測定回路と
    　を備え、
    　前記荷重センサは、
    　第１歪センサと第２歪センサとを接続した第１分圧回路と、
    　前記第１歪センサと前記第２歪センサとの接続点に一端が接続された第１キャパシタと
    　を有し、
    　前記測定回路は、
    　前記第１分圧回路に交流電圧を印加する交流電圧回路と、
    　前記第１キャパシタの後段に設けられたチャージアンプと、
    　前記チャージアンプの出力から測定値を算出する制御回路と
    　を有する入力装置。
  4. 　前記荷重センサは、
    　第３歪センサと第４歪センサとを接続した第２分圧回路と、
    　前記第３歪センサと前記第４歪センサとの接続点に一端が接続された第２キャパシタとをさらに有し、
    　前記測定回路は、前記第２キャパシタの後段に設けられたチャージアンプをさらに有し、
    　前記交流電圧回路は、さらに前記第２分圧回路に交流電圧を印加する、請求項３に記載の入力装置。
  5. 　前記測定回路は、静電センサの静電容量を検出可能なＩＣで構成され、
    　前記交流電圧回路及び前記チャージアンプは、前記ＩＣに内蔵されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の入力装置。
  6. 　前記荷重センサは、
    　第５歪センサと第６歪センサとを接続した第３分圧回路と、
    　前記第５歪センサと前記第６歪センサとの接続点に一端が接続された第３キャパシタと、
    　第７歪センサと第８歪センサとを接続した第４分圧回路と、
    　前記第７歪センサと第８歪センサとの接続点に一端が接続された第４キャパシタと、
    　前記第３キャパシタ及び前記第４キャパシタの各々の後段に設けられたチャージアンプと
    　をさらに有し、
    　前記制御回路は、
    　前記第１分圧回路の出力に基づく前記チャージアンプの出力から第１方向の荷重を検出し、
    　前記第２分圧回路の出力に基づく前記チャージアンプの出力から第２方向の荷重を検出し、
    　前記第３分圧回路の出力に基づく前記チャージアンプの出力から第１回転方向の荷重を検出し、
    　前記第４分圧回路の出力に基づく前記チャージアンプの出力から第２回転方向の荷重を検出する、請求項２又は４に記載の入力装置。
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