CN102446043A - 传感器装置和信息处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了传感器装置和信息处理装置。所述传感器装置包括：传感器面板，所述传感器面板包括输入操作面，并且被配置成对与所述输入操作面接触的检测对象的位置坐标进行检测；壳体；以及压敏传感器，所述压敏传感器包括固定于所述传感器面板侧的第一电极、固定于所述壳体侧的第二电极、以及设置在所述传感器面板与所述壳体之间的弹性部件，所述弹性部件将所述传感器面板相对于所述壳体弹性地支撑着，所述压敏传感器在所述第一电极与所述第二电极之间包括具有第一电容的第一区域和具有大于所述第一电容的第二电容的第二区域，且所述压敏传感器被配置成将输入到所述输入操作面的按压力作为所述第一电极与所述第二电极间的电容的变化而检测出来。

Description

传感器装置和信息处理装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年9月17日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-209273所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及包括用于检测操作压力的压敏传感器的传感器装置和信息处理装置。
背景技术
作为用于检测手指或笔在显示器上的接触位置的位置传感器之一的触摸面板被安装在各种装置上以作为电脑的输入界面。作为上述触摸面板的输入方法，提出了诸如电阻膜式、电容式、光学式、超声波式和电磁感应式等各种方法。例如，电阻膜式触摸面板由于它的低成本而被广泛用于例如手机和数码相机等许多中小型电子装置中。然而，近年来，具有手势功能(gesture function)和多点触摸功能(multi-touch function)的电容式触摸面板正在成为这些电子装置的主流输入界面。
由于电容式触摸面板是基于通过对检测用电极的电容变化进行检测来确定手指的接近位置或者接触位置的原理，所以不仅对手指的接触位置的检测精确度高，而且还具有下面的优点：对手指运动的检测精确度高，并且由于不与检测用电极接触，所以耐久性高。另一方面，由于检测用电极之间的距离是固定的，因而电容式触摸面板无法检测按压力。考虑到这一点，提出了将触摸面板与具有压敏功能的传感器结合起来的各种传感器装置。
例如，日本专利申请公报特开第2000-347807号公开了一种输入装置，其包含固定于平面型输入板的下表面上的移动电极、与该移动电极相对的固定电极以及设置在上述移动电极与上述固定电极之间的弹性保持部件。该输入装置通过测量移动电极与固定电极间的电容来逆算出平面型输入板受到的按压力。另外，日本专利申请公报特开平成第11-212725号公开了一种输入装置，其利用设置在触摸面板的四个角处的多个压电元件，通过这些压电元件来检测输入给触摸面板的按压力。
然而，在相关技术的具有压敏功能的输入装置中，面板的周缘部处的按压力的检测灵敏度(信号强度)与面板的中心部处的按压力的检测灵敏度(信号强度)之间存在着巨大的差异，这使得难以提高尤其是在面板的中心部处的检测灵敏度。此外，即使当为了提高面板的中心部处的检测灵敏度而增大电极间的总电容时，仍然难以消除整个面板的检测灵敏度的差异。此外，存在着这样的担忧：当增大总电容时，会超出用于检测电容变化的控制IC的处理极限。
发明内容
鉴于上述情况，目前需要的是不管按压位置如何都能获得稳定的检测特性的传感器装置和信息处理装置。
本发明的一个实施例提供了一种传感器装置，其包括传感器面板、壳体和压敏传感器。所述传感器面板包括输入操作面，并且所述传感器面板被配置成对与所述输入操作面接触的检测对象的位置坐标进行检测。所述压敏传感器包括固定于所述传感器面板侧的第一电极、固定于所述壳体侧的第二电极、以及设置在所述传感器面板与所述壳体之间的弹性部件，所述弹性部件将所述传感器面板相对于所述壳体弹性地支撑着，所述压敏传感器在所述第一电极与所述第二电极之间包括具有第一电容的第一区域和具有大于所述第一电容的第二电容的第二区域，并且所述压敏传感器被配置成将输入到所述输入操作面的按压力作为所述第一电极与所述第二电极间的电容的变化而检测出来。
在上述传感器装置中，由于所述压敏传感器包括由所述第一电容形成的所述第一区域和由大于所述第一电容的所述第二电容形成的所述第二区域，因此，基于输入到所述输入操作面上的按压力而检测到的所述第一电极与所述第二电极间的电容变化对于所述第一区域和所述第二区域这二者而言是不同的，并且所述第二区域中的电容变化大于所述第一区域中的电容变化。所以，例如通过将所述第二区域设定在面板的沉降量大的位置(此时是指按压力的检测灵敏度低的区域)处，能够构造出无论按压位置如何都能够获得稳定的检测特性的传感器装置。
所述输入操作面可以具有包含至少一对相对边的多边形形状。在此情况下，所述压敏传感器可以沿着所述传感器面板的各边呈环状地形成，并且所述压敏传感器包括位于所述至少一对相对边的每一边的中心部处的所述第二区域和位于每一边的夹着所述第二区域的两个端部处的所述第一区域。
利用这样的结构，能够构造出无论相对于所述多边形输入操作面的按压位置如何都能够获得稳定的检测特性的传感器装置。
能够通过调整所述第一电极与所述第二电极之间的对置面积或对置距离等来任意地设定所述第一电容和所述第二电容。因此，对于所述第一区域和所述第二区域而言，通过使所述第一电极与所述第二电极之间的对置面积或对置距离有所区别，能够在所述第一电容与所述第二电容之间设置任意的电容差。例如，所述第一电极与所述第二电极相互面对，并且在所述第一区域中所述第一电极和所述第二电极具有第一对置面积，而在所述第二区域中所述第一电极和所述第二电极具有大于所述第一对置面积的第二对置面积。可替代地，所述第一电极与所述第二电极相互面对，并且在所述第一区域中所述第一电极与所述第二电极具有第一对置距离，而在所述第二区域中所述第一电极与所述第二电极具有短于所述第一对置距离的第二对置距离。
所述传感器面板的结构没有特别的限制，只要所述传感器面板能够检测在所述输入操作面上进行的操作的位置坐标即可，并且例如可以使用电容式传感器面板。替代地，可以使用诸如电阻膜式、光学式、超声波式和电磁感应式等各种其他类型的传感器面板。
本发明的另一实施例提供了一种信息处理装置，其包括：传感器面板、壳体、压敏传感器和显示面板。所述传感器面板包括输入操作面，并且所述传感器面板被配置成对与所述输入操作面接触的检测对象的位置坐标进行检测。所述压敏传感器包括固定于所述传感器面板侧的第一电极、固定于所述壳体侧的第二电极、以及设置在所述传感器面板与所述壳体之间的弹性部件，所述弹性部件相对于所述壳体弹性支撑着所述传感器面板，所述压敏传感器在所述第一电极与所述第二电极之间包括具有第一电容的第一区域和具有大于所述第一电容的第二电容的第二区域，并且所述压敏传感器被配置成将输入到所述输入操作面的按压力作为所述第一电极与所述第二电极间的电容的变化而检测出来。所述显示面板设置在所述传感器面板的背侧并且容纳在所述壳体中。
在上述信息处理装置中，由于所述压敏传感器包括由所述第一电容形成的所述第一区域和由大于所述第一电容的所述第二电容形成的所述第二区域，因此，基于输入到所述输入操作面上的按压力而检测到的所述第一电极与所述第二电极间的电容变化对于所述第一区域和所述第二区域这二者来说是不同的，并且所述第二区域中的电容变化大于所述第一区域中的电容变化。因此，例如通过将所述第二区域设定在按压力检测灵敏度低的区域处，可以构造出无论按压位置如何都能够获得稳定的检测特性的信息处理装置。
根据本发明的实施例，可以提供无论按压位置如何都能够获得稳定的检测特性的传感器装置和信息处理装置。
根据下面对如附图中所示的本发明最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是示出了本发明实施例的信息处理装置的示意性截面图。
图2是示出了信息处理装置的另一结构示例的示意性截面图。
图3是示出了本发明实施例的压敏传感器的结构的分解立体图。
图4是信息处理装置的主要部分的截面图，本图示出了压敏传感器的结构示例。
图5是比较例的压敏传感器的平面图。
图6是用于说明比较例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了平面内灵敏度分布。
图7是用于说明比较例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了平面内灵敏度分布。
图8是用于说明比较例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了平面内灵敏度分布。
图9是用于说明比较例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了电极的线宽与电容之间的关系。
图10是用于说明比较例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了弹性部件的各边与它们的变形量之间的关系。
图11是示出了本发明第一实施例的压敏传感器的结构的平面图。
图12是用于说明本发明第一实施例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了平面内灵敏度分布。
图13是示出了本发明第一实施例的压敏传感器的另一结构示例的平面图。
图14是用于说明本发明第一实施例的压敏传感器的检测特性的图，本图示出了电极的线宽比(line width ratio)与电容变化之间的关系。
图15是本发明第二实施例的传感器装置的平面图。
图16是沿着图15的线A-A得到的截面图。
图17是本发明第三实施例的压敏传感器的平面图。
图18A和图18B是示出了本发明实施例的变形例的压敏传感器的平面图。
图19A至图19C是示出了传感器装置的主要部分的截面图，这些图图示了本发明实施例的结构的变形例。
具体实施方式
下面，将参照附图说明本发明的实施例。
第一实施例
图1是示出了本发明实施例的包括传感器装置的信息处理装置的示意性截面图。在图1中，x轴方向、y轴方向和z轴方向代表彼此正交的三轴方向。下面，将对信息处理装置的总体结构进行说明。
信息处理装置
本实施例的信息处理装置100包括传感器面板10、壳体20、压敏传感器30、显示面板40和控制器50。
壳体20构成了信息处理装置100的壳体。该信息处理装置的示例有(但不限于)例如手机、便携式信息终端、便携式游戏机和远程控制器等手持式信息处理装置。该信息处理装置还可以是固定式信息处理装置。
壳体20例如是由塑料压制品或者用金属板制成的冲压制品构成的。壳体20可以具有块状结构。壳体20包括用于容纳传感器面板10、压敏传感器30、显示面板40和控制器50等的空间部21。
显示面板40是矩形的并且例如以长边面对着横向方向的方式设置在壳体20中。显示面板40使用的是例如液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)面板或者有机电致发光(Electro-Luminescence，EL)面板等显示器件，并且显示面板40通过传感器面板10向外部显示出图像。显示面板40固定于壳体20的空间部21的底面上。可替代地，像图2所示的信息处理装置101中那样，显示面板40可以固定于传感器面板10的背面(图1和图2中的下表面)上。传感器面板10的正面(图1和图2中的上表面)被形成得作为输入操作面10a，并且当用户对显示面板40的显示于输入操作面10a上的图像进行视觉上的检查时，该用户对信息处理装置100(或者信息处理装置101)进行操作。
控制器50与传感器面板10、压敏传感器30及显示面板40等电连接。控制器50在对传感器面板10和压敏传感器30进行驱动的同时，基于来自传感器面板10和压敏传感器30的检测信号对检测对象(例如用户的手指)的操作位置和按压操作进行检测。控制器50包含电脑，并且包含例如单个IC组件或者在布线基板上安装有各种电子组件的组件安装体。控制器50可以被配置作为对信息处理装置100的总体操作进行控制的控制电路的一部分。
信息处理装置100包括传感器面板10和对相对于传感器面板10的按压量进行检测的压敏传感器30。控制器50基于来自传感器面板10和压敏传感器30的检测信号产生与相对于输入操作面10a的按压操作有关的控制信号。作为上述控制信号，使用的是用于对显示在显示面板40上的图像进行控制的信号、用于对信息处理装置100的各种功能(呼叫功能、通信功能和各种应用程序的起动等)进行控制的信号等。
传感器面板10和压敏传感器30构成了用于检测用户对信息处理装置100的输入操作的传感器装置。该传感器装置可以包括控制器50。下面，将说明该传感器装置的细节。
传感器装置
传感器面板
传感器面板10具有由传感器片11和顶板12构成的多层结构。传感器面板10具有矩形形状并且例如以长边面对着横向方向的方式设置在壳体20中。应当注意的是，传感器面板10的平面形状不限于矩形并且可以是例如正方形等其他多边形。
在本实施例中传感器片11是由电容式触摸传感器(触摸面板)构成的。传感器片11是通过将两个具有矩形形状的透明电极基板(第一电极基板和第二电极基板)贴合起来而形成的。可替代地，传感器片11可以由单个电极基板构成。在此情况下，在该共用的透明基板的各个表面上形成有用于检测x位置和y位置的透明电极图形。
第一电极基板包括由例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)形成的透明塑料膜以及形成在该透明塑料膜上的第一布线图形。第一布线图形包括周边电路图形和在y轴方向上以规则间隔布置着并沿x轴方向延伸的多个透明电极图形。第二电极基板包括由例如PET形成的透明塑料膜以及形成在该透明塑料膜上的第二布线图形。第二布线图形包括周边电路图形和在x轴方向上以规则间隔布置着并沿y轴方向延伸的多个透明电极图形。
顶板12由具有矩形形状的透明塑料板或玻璃板等构成，并且被叠置在传感器片11的正面上。顶板12被形成为具有几乎与传感器片11相同的尺寸，并且顶板12在保护传感器片11的同时赋予传感器面板10足够的刚性。顶板12的正面被形成为传感器面板10的输入操作面10a。
传感器面板10对作为与输入操作面10a接近或与输入操作面10a接触的检测对象的操作者(例如，用户的手指或者输入笔)进行静电检测，并且将检测信号输出至控制器50。换言之，传感器面板10具有对输入操作面10a上的操作者的xy坐标进行检测的功能。
应当注意的是，传感器面板10可以由传感器片单独构成。在此情况下，该传感器片的电极基板是由诸如玻璃等具有相对较高刚性的透明材料形成的，并且输入操作面形成在该传感器片的正面上。
压敏传感器
压敏传感器30设置在传感器面板10与壳体20之间。图3是示出了压敏传感器30的基本结构的分解立体图。压敏传感器30包括第一电极31、第二电极32和弹性部件33。
第一电极31固定于传感器面板10侧，而第二电极32固定于壳体20侧。弹性部件33设置在传感器面板10与壳体20之间并且将传感器面板10相对于壳体20弹性地支撑着。
在本实施例中，第一电极31和第二电极32以相互面对的方式分别设置在弹性部件33的上表面和下表面处，且弹性部件33设置在第一电极31与第二电极32之间。第一电极31是以矩形形状呈环状连续形成的，并且第一电极31包括具有第一线宽的第一布线区域31t和具有大于第一线宽的第二线宽的第二布线区域31w。第二电极32也是以矩形形状呈环状连续形成的，并且第二电极32包括具有第一线宽的第一布线区域32t和具有大于第一线宽的第二线宽的第二布线区域32w。应当注意的是，稍后将对第一布线区域31t、第一布线区域32t、第二布线区域31w和第二布线区域32w的细节进行说明。
第一电极31和第二电极32连接至控制器50，并且通过控制器50计算出第一电极31与第二电极32间的电容。可替代地，可以将第一电极31和第二电极32中的任一者连接至控制器50，所以通过将第一电极31和第二电极32中的另一者连接至恒定电位(例如，接地)来计算出第一电极31与第二电极32间的电容。
压敏传感器30是沿着输入操作面10a的各边呈环状形成的。在本实施例中，第一电极31和第二电极32以及弹性部件33是沿着输入操作面10a(传感器面板10)的周缘呈环状形成的。在附图所示的示例中，输入操作面10a是矩形的，并且弹性部件33是沿着输入操作面10a的各边以具有恒定宽度及厚度的矩形形状呈环状形成的。
弹性部件33例如是由具有较少的残余应变和高的恢复率(恢复速度)的材料形成的。例如可以使用硅橡胶(silicone rubber)或聚氨酯橡胶作为这种类型的材料。优选的是，弹性部件33具有0.001MPa～2MPa的杨氏模量(Young′s modulus)以及复位时间为400ms以下的响应速度。如果杨氏模量降低至低于0.001MPa，则存在着这样的担心：即使当操作者仅仅是直接或间接地触摸到输入操作面时，也会误检测出按压操作。如果杨氏模量超过2MPa，则存在这样的担心：由于必须要用很大的按压力，从而使可操作性降低。
如果复位时间慢于400ms，就要耗费时间来检测输入操作者的按压操作，这样在进行快速输入操作时就难以对按压进行检测，可操作性降低，并且变得难以检测例如双击等连续操作。此外，除了期望弹性部件33具有上述杨氏模量和响应速度以外，还期望弹性部件33所具有的压缩残余应变最大约为初始应变的5％。
如果压缩残余应变大于5％，则随着由于长期使用而导致的弹性部件33的劣化，压敏传感器30的灵敏度降低。因此，通过将压缩残余应变设置成最大为约5％，可以获得即使在长期使用中也能够充分保持灵敏度的压敏传感器30，并且能够防止操作特性变差。
这里，杨氏模量是基于符合日本工业标准(Japanese IndustrialStandards，JIS)K6254的试验方法进行测量的。压缩残余应变是基于符合JIS K6401的试验方法(其中压缩残余应变为50％的试验法)进行测量的。此外，依赖于传感器面板10的尺寸可以将弹性部件33的厚度设定为例如大约0.1mm～5mm。例如，如果触摸面板为5英寸以下，则可以使用厚度为约0.1mm～5mm的弹性部件33；如果触摸面板为5英寸以上，则可以使用厚度为约0.5mm～5mm的弹性部件33。弹性部件33仅需要移位例如约10％，并且例如当使用厚度为0.5mm的弹性部件33时，弹性部件33仅需要移位约50μm。
在本实施例中，将可以从井上株式会社(INOAC CORPORATION)购得的“PORON”(注册商标)作为弹性部件33。具体地，使用“PORON”(注册商标)SS 10P、SS24P、SS32P或MS40P等。
在本实施例中，弹性部件33(呈环状地)被形成为与传感器面板10的周缘结构相对应的框架形状。通过呈环状地形成弹性部件33，能够防止外部的异物进入传感器面板10与壳体20之间的空隙或者传感器面板10与显示面板40之间的空隙。由于通过弹性部件33能够得到密封功能，因此能够提高信息处理装置100的可靠性。
弹性部件33利用粘合层而被固定至固定于传感器面板10上的第一电极31及固定于壳体20上的第二电极32。该粘合层可以是粘合剂或者双面粘合片等。可替代地，第一电极31和第二电极32可以直接形成在弹性部件33上，并且可以通过第一电极31和第二电极32将弹性部件33的上表面和下表面分别接合至传感器面板10和壳体20。
此外，如图4所示，设置在传感器面板10侧的第一电极31可以形成在传感器片11的一个电极基板上。图4是信息处理装置的主要部分的截面图，该图示出了其中将压敏传感器30的第一电极31形成在传感器片11的上层侧电极基板上的示例。
在图4中，传感器片11包括位于上层侧的第一电极基板111、位于下层侧的第二电极基板112以及将第一电极基板111和第二电极基板112彼此接合起来的粘合层113。第一电极基板111被形成为与顶板12的尺寸几乎相同，并且通过粘合层13接合至顶板12。第二电极基板112的面积小于第一电极基板111的面积，并且设置有压敏传感器30的环状区域是围绕着第二电极基板112而形成的。在相互面对的第一电极基板111和第二电极基板112的内表面侧，形成有由例如铟锡氧化物(ITO)、银(Ag)等导电材料形成的布线图形。第一电极31形成在第一电极基板111的内表面侧，并且例如是与形成第一电极基板111用的布线图形同时形成的。第二电极32形成在壳体20内侧的底部周缘处，并且由与上述导电材料相同的导电材料形成。弹性部件33的上表面侧通过粘合层34接合至第一电极31和第一电极基板111，弹性部件33的下表面侧通过粘合层35接合至第二电极32和壳体20。
当沿z轴方向将按压力作用于输入操作面10a上时，弹性部件33被压缩变形，并且第一电极31与第二电极32之间的距离根据该变形量而发生变化。压敏传感器30将上述按压力作为第一电极31与第二电极32间的电容的变化而检测出来。换言之，通过检测在弹性部件33变形之前和变形之后的第一电极31与第二电极32间的电容的变化，来判定沿z轴方向输入至输入操作面10a上的按压力或按压量。因此，当用户在输入操作面10a上进行操作的同时，能够检测出传感器面板10上的操作位置的平面内xy坐标和该操作位置处的按压力，这样就能够实现随着按压操作位置的变化而不同的信息输入操作。
在将压敏传感器30设于传感器面板10周缘部处的传感器装置中，易于引起如下差异，即：随着输入操作面10a的平面内位置的不同，压敏传感器30的检测特性出现差异。该问题使得按压操作检测灵敏度随着操作位置的不同而变化，从而导致可操作性的降低。
在下面的说明中，作为比较例，将使用图5所示的压敏传感器P对面板内的压敏特性进行说明。
压敏传感器P包括矩形弹性部件R以及相互面对且夹着弹性部件R的第一电极E1和第二电极E2，弹性部件R包括短边L1和L3以及长边L2和L4，弹性部件R的宽度为1.4mm，杨氏模量为0.14MPa。第一电极E1和第二电极E2沿着整个周缘以均匀的宽度(0.21mm)和厚度形成。压敏传感器P被放置在长边为90mm、短边为54mm、厚度为1.1mm的玻璃面板下方，并且向该面板的中心部施加与重量250g相当的力。图6示出了此时压敏传感器P的电容变化在该面板平面内的分布。
在图6中，D1至D4是示出了预定电容变化量的电容变化区域，并且D1为0.15pF～0.20pF，D2为0.20pF～0.25pF，D3为0.25pF～0.30pF，D4为0.30pF～0.35pF，D5为0.35pF～0.40pF。x1至x3和y1至y3代表面板平面内的xy坐标，在此情况下(x2，y2)对应于面板的中心部。如图6所示，第一电极E1与第二电极E2间的电容变化量趋向于朝着面板的中心部越来越小，并且在面板中心部处的按压操作检测灵敏度趋向于比在面板周缘部处的按压操作检测灵敏度小。
按压操作检测灵敏度还根据弹性部件R的宽度、要被进行输入操作的面板的厚度等而发生变化。图7示出了当弹性部件R的宽度为1.7mm时的平面内检测灵敏度分布。
在图7中，D0代表0.10pF～0.15pF的电容变化区域。另一方面，图8示出了当面板的厚度为0.55mm时的平面内检测灵敏度分布。
如图7所示，因为面板的沉降量随着弹性部件R宽度的增大而减小，所以抑制了平面内检测灵敏度的差异。然而，由于面板的中心部处的电容变化量变得小于图6的试验结果，因此不能提高面板的中心部处的检测灵敏度。另一方面，如图8所示，因为面板自身的刚性随着面板厚度的减小而变低，所以出现了面板自身的挠曲的影响。所以，具有小的电容变化量的区域(D1)变得大于图6的试验结果，从而不能提高检测灵敏度。
此外，作为提高按压操作检测灵敏度的方法，有一种增大压敏传感器P的电容变化量的方法。当由ΔC代表电容变化量时，建立了这样的关系式：ΔC＝εS/Δd(ε：介电常数；S：电极对置面积；Δd＝弹性部件的压缩变形量)。基于这样的关系式，当ε和Δd固定时，通过增大电极对置面积S就能够增大ΔC。尽管为了增大电极对置面积S需要增大第一电极E1的线宽和第二电极E2的线宽，但在此情况下不仅会增大电容变化量还会增大第一电极E1与第二电极E2间的电容。图9示出了当使用第一电极E1及第二电极E2的线宽以及0.21mm的线宽作为基准时的电容比及电容变化比。一般情况下，对于触摸面板控制IC的电容设定有上限，并且信噪比(signal-noise ratio，S/N)随着电容的降低而升高。因此，期望在不增大电容的前提下增大电容变化量。
接着，图10示出了当向面板的中心部施加与重量250g相当的力时，边L1至边L4在第一电极E1及第二电极E2的纵长方向上的沉降量。从图10中可以看出，各边的中心部处的沉降量大于该边的端部处的沉降量，尤其长边L2和长边L4在中心部处的沉降量是最大的。因此，通过增大具有大的沉降量(Δd)的部分的电极对置面积(S)，能够增大面板中心部处的电容变化量，因此无论按压位置如何都能够获得稳定的检测特性。
关于这一点，在本实施例的压敏传感器30中，如图3所示，第一电极31包括具有第一线宽的第一布线区域31t和具有大于第一线宽的第二线宽的第二布线区域31w，第二电极32包括具有第一线宽的第一布线区域32t和具有大于第一线宽的第二线宽的第二布线区域32w。第二布线区域31w和第二布线区域32w形成在传感器面板10(压敏传感器30)的各边的中心部处，第二布线区域31w与第二布线区域32w相互面对且在它们中间夹持着弹性部件33。第一布线区域31t形成在各边的第二布线区域31w之间，而第一布线区域32t形成在各边的第二布线区域32w之间，第一布线区域31t与第一布线区域32t相互面对且在它们中间夹持着弹性部件33。
在本实施例中，通过使第一电极31的布线宽度及第二电极32的布线宽度在局部上不同，在第一电极31与第二电极32之间形成了具有第一电容的第一区域(C1)和具有大于第一电容的第二电容的第二区域(C2)。上述第一区域相当于第一布线区域31t与第一布线区域32t的对置区域，而上述第二区域相当于第二布线区域31w与第二布线区域32w的对置区域。例如，如图11所示，第一布线区域31t的线宽和第一布线区域32t的线宽由Wt来表示，第二布线区域31w的线宽和第二布线区域32w的线宽由Ww(Wt＜Ww)来表示。第一布线区域31t及第一布线区域32t的形成区域相当于第一区域C1，并且第二布线区域31w及第二布线区域32w的形成区域相当于第二区域C2。
在上述结构中，基于向输入操作面10a输入的按压力而检测到的第一电极31与第二电极32间的电容变化对于第一区域和第二区域这二者而言是不同的，并且在第二区域中的电容变化大于在第一区域中的电容变化。因此，例如通过将上述第二区域设置在按压力的检测灵敏度低的区域中，无论按压位置如何都能够获得稳定的检测特性。
特别地，本实施例的压敏传感器30包括位于各边的中心部处的第二区域和位于各边的夹着上述第二区域的两个端部处的第一区域。因此，无论相对于多边形输入操作面10a的按压位置如何，都能够获得稳定的检测特性。
图12示出了当在面板(长边为90mm、短边为54mm、厚度为1.1mm)下方设置有如图11所示的压敏传感器30时该面板平面内的按压检测灵敏度分布。这里，Wt为0.15mm，Ww为0.45mm，第二布线区域31w和第二布线区域32w在长边上的长度分别为50mm而在短边上的长度分别为10mm，并且弹性部件33的宽度为1.7mm。如图12所示，根据本实施例，相比于图6至图8的情况，能够提高面板中心部处的检测灵敏度并且能够提高整个面板表面上的按压检测特性。
不必要在传感器面板10的每一边上都形成有第二布线区域31w和第二布线区域32w，而是如图13所示只需要在至少一对相对边(例如，长边)上形成有第二布线区域31w和第二布线区域32w即可。此外，第一布线区域31t和第一布线区域32t以及第二布线区域31w和第二布线区域32w的线宽、形成区域等都没有特别的限制，而是根据传感器面板的尺寸、所需的电容变化量及其平面内分布等适当地进行设定。
在用Wt来表示第一布线区域31t和第一布线区域32t的线宽并且用Ww来表示第二布线区域31w和第二布线区域32w的线宽的情况下，通过将线宽比(Ww/Wt)设定为1.4以上，则如图14所示，与线宽比为1的情况相比，能够将电容变化量增大10％以上。图14示出了线宽比(Ww/Wt)与布线区域的电容变化量比之间的关系，该图示出了与压敏传感器的长边的2/3长度相对应的区域构成第二布线区域的示例。可以看出，当Ww/Wt＝4.5时，电容变化量增大了50％，并且灵敏度显著提高。
根据本实施例，通过调节布线区域的长度和线宽，第一电极31与第二电极32间的电容能够被形成得与Ww/Wt为1时的总电容大小相同。在此情况下，能够在不增大压敏传感器的总电容的前提下提高按压操作检测灵敏度。
此外，根据本实施例，由于传感器片11是由电容式触摸面板构成的，所以可由与对压敏传感器30的检测信号进行处理的电路为同一个电路的控制电路构成控制器50。具体地，控制器50通过将信号电压(脉冲、RF等)提供给传感器片11的第一电极基板111和第二电极基板112来检测操作者对输入操作面10a的接触或者接近。此时，通过向传感器片11的电极和压敏传感器30的电极以分时的方式(time-divisionally)提供上述信号电压，利用单个控制电路就能够检测操作者的xy位置坐标和按压力(按压量)。
传感器片11的检测方法可以是所谓的交互方法或自检方法。在交互方法中，通过对第一电极基板111与第二电极基板112间的相交区域中的电容或电容变化进行检测来确定操作者的xy坐标。另一方面，在自检方法中，通过对操作者与第一电极基板111、第二电极基板112间的电容或电容变化进行检测来确定操作者的xy坐标。
第二实施例
图15是本发明第二实施例的信息处理装置(传感器装置)的平面图。图16是沿着图15的线A-A得到的截面图。在下文中，将主要说明与第一实施例的结构不同的结构。此外，将用相同的符号表示与上述实施例的结构相同的结构，并且省略或简化对这些结构的说明。
在本实施例的信息处理装置200中，与第一实施例中相同的是，包括有第一区域和第二区域的压敏传感器30被设置在传感器面板10与壳体20之间。上述第一区域形成在包括矩形传感器面板10的四个角及其周边的区域中，并且上述第二区域形成在传感器面板10的各边的中心部处。与上述第二区域对应地在壳体20的底部周缘部20a处形成有凸起部20b。
凸起部20b具有这样的功能：通过将与壳体20的底部周缘部20a相接合的压敏传感器30的各边的中心部抬高而使得第二电极32在此局部处靠近第一电极31侧。这样，通过使第一电极31与第二电极32的对置距离在局部上不同，形成了具有第一电容的第一区域C1和具有大于第一电容的第二电容的第二区域C2。在本实施例中，第一电极31和第二电极32在第一区域C1中以第一对置距离相互面对着，而在第二区域C2中以小于第一对置距离的第二对置距离相互面对着。
与第一实施例中相同的是，在第二实施例中能够提高在传感器面板10的各边中心部处的按压操作检测灵敏度，提高在传感器面板10平面的中心部处的检测灵敏度，并且改善整个面板表面上的按压检测特性。
凸起部20b不必要与壳体20一体形成，而是可以由与壳体20不同的部件构成。凸起部20b的高度、长度和宽度没有特别限制，并且可以基于传感器面板10的形状和尺寸以及所需的灵敏度分布适当地进行设定。
第三实施例
图17是本发明第三实施例的压敏传感器的平面图。在下文中，将主要说明与第一实施例的结构不同的结构。此外，将使用相同的符号表示与上述各实施例的结构相同的结构，并且将省略或简化对这些结构的说明。
本实施例的压敏传感器301包括具有矩形形状的环状弹性部件330、设置在弹性部件330的上表面上的第一电极310和设置在弹性部件330的下表面上的第二电极320。第一电极310和第二电极320被形成为在整个周缘上具有均匀的宽度和厚度，第一电极310和第二电极320相互面对且在它们之间夹着弹性部件330。另一方面，弹性部件330被形成为在整个周缘上具有均匀的厚度，并且在一对长边的内周侧中心部处形成有凹槽331。
弹性部件330的长边的内周侧中心部的宽度Rt小于其他区域的宽度Rw。因此，更容易在厚度方向上发生压缩变形。这样，当通过压敏传感器301来检测按压力时，第一电极310与第二电极320之间的在弹性部件330的长边中心部处的对置距离变得比在其他部分处的对置距离短。因此，可能检测到比在其他部分处的电容变化大的电容变化。在本实施例的压敏传感器301中，没有形成凹槽331的区域相当于具有第一电容的第一区域C1，而形成有凹槽331的区域相当于在压缩变形时具有比第一电容大的第二电容的第二区域C2。
在本实施例中，与第一实施例中相同的是，能够提高传感器面板的各边中心部处的按压操作检测灵敏度，提高传感器面板平面的中心部处的检测灵敏度，并且改善整个面板表面上的按压检测特性。
应当注意的是，凹槽331不限于仅在弹性部件330的长边上形成有凹槽331的示例，凹槽331也可以形成在包括短边的所有边上。此外，凹槽331不限于在各边的内周侧形成有凹槽331的示例，凹槽331也可以形成在各边的外周侧，或者形成在各边的内周侧及外周侧。
至此，已经说明了本发明的实施例。然而，本发明不限于这些实施例，并且基于本发明的技术思想可以进行各种变形。
例如，尽管上述各实施例已经说明了上述传感器装置适用于信息处理装置的示例，但是本发明不限于此，并且上述传感器装置可适用于使指针在屏幕上移动的输入装置(鼠标)。在此情况下，可以将压敏传感器用作对点击操作进行检测的传感器。在此情况下，传感器面板不总是需要由透明材料形成。
此外，尽管在本实施例中压敏传感器的弹性部件被形成为环状，但上述弹性部件例如可以由独立布置在传感器面板四个角处的多个部件构成。第一电极31和第二电极32也不限于环状，例如可以如图18A和图18B中所示将第一电极31和第二电极32仅布置在相互面对的一对相对边(例如，长边)上。
形成第一区域C1用的第一布线区域31t和第一布线区域32t可以仅形成在第一电极31和第二电极32中的任一者上。因此，两个电极的位置布置变得简化，并且能够稳定地确保电极间的对置面积。此外，形成第二区域C2用的第二布线区域31w和第二布线区域32w不限于让较宽部分呈线性连续而得到的形状，例如也可以采用交替形成有较宽部分和较窄部分的形式。
另外，在上面各实施例中，第一区域和第二区域是通过使第一电极与第二电极的对置面积及对置距离不同而形成的。然而，作为替代，可以通过使各个区域的电极间的介电常数不同来形成第一区域和第二区域。
通过压敏传感器对按压操作进行检测的方法可以是交互方法或自检方法。在交互方法中，如图19A所示，由相互面对且夹着弹性部件33的第一电极31和第二电极32构成了电容器，并且对这两个电极间的电容的变化进行检测。在自检方法中，如图19B所示，第一电极31和第二电极32中的一者(例如，第一电极31)被用作接地电位，从而检测由于这一个电极向另一个电极靠近而引起的电容变化。在上述任一个方法中，为了减轻外部噪声的影响，可以在第一电极31、第二电极32的外周侧上设置有接地电极(屏蔽电极)37。
此外，在交互方法中，如图19C所示，第二电极可以由电极32a和电极32b这两个电极构成，并且第一电极31可以设置在电极32a与电极32b之间。在此情况下，第一电极31被用作接地电位，并且将第一电极31向电极32a、电极32b的靠近作为电极32a与电极32b间的电容的变化而检测出来。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (7)

1.一种传感器装置，其包括：
传感器面板，所述传感器面板包括输入操作面，并且所述传感器面板被配置成对与所述输入操作面接触的检测对象的位置坐标进行检测；
壳体；以及
压敏传感器，所述压敏传感器包括固定于所述传感器面板侧的第一电极、固定于所述壳体侧的第二电极、以及设置在所述传感器面板与所述壳体之间的弹性部件，所述弹性部件将所述传感器面板相对于所述壳体弹性地支撑着，所述压敏传感器在所述第一电极与所述第二电极之间包括具有第一电容的第一区域和具有大于所述第一电容的第二电容的第二区域，并且所述压敏传感器被配置成将输入到所述输入操作面的按压力作为所述第一电极与所述第二电极间的电容的变化而检测出来。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，
所述输入操作面具有包含至少一对相对边的多边形形状，并且
所述压敏传感器沿着所述传感器面板的各边呈环状地形成，且所述压敏传感器包括位于所述至少一对相对边的每一边的中心部处的所述第二区域和位于每一边的夹着所述第二区域的两个端部处的所述第一区域。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，所述第一电极与所述第二电极相互面对，并且在所述第一区域中所述第一电极与所述第二电极具有第一对置面积，而在所述第二区域中所述第一电极与所述第二电极具有大于所述第一对置面积的第二对置面积。
4.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，所述第一电极与所述第二电极相互面对，并且在所述第一区域中所述第一电极与所述第二电极具有第一对置距离，而在所述第二区域中所述第一电极与所述第二电极具有短于所述第一对置距离的第二对置距离。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述传感器面板是对输入操作的操作位置进行静电检测的电容式传感器面板。
6.根据权利要求1至5任一项所述的传感器装置，还包括：
控制器，所述控制器与所述传感器面板及所述压敏传感器电连接，并且所述控制器被配置成基于所述传感器面板的输出和所述压敏传感器的输出产生与对所述输入操作面的按压操作相关的控制信号。
7.一种信息处理装置，其包括：
如权利要求1至6任一项所述的传感器装置；以及
显示面板，所述显示面板设置在所述传感器面板的背侧并且容纳在所述壳体中。
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