CN104729546A - 电容传感器电极 - Google Patents

Abstract

一种电容传感器电极(100)，包括：第一电极(102)，该第一电极(102)设置在基板(101)的主表面上；以及第二电极(103)，该第二电极(103)以与第一电极分隔开的方式设置在所述主表面上，其中，第一电极具有使其位于第二电极的相对侧的形状。

Description

电容传感器电极

技术领域

本公开内容涉及电容传感器电极。

背景技术

在相关技术中，根据电容的变化对检测对象的位置或运动进行检测的电容传感器是已知的。电容传感器包括一个或多个检测电极。电极的电容值随检测对象的接近或移动而变化。电容传感器测量作为电信号的这种电容值变化，以对检测对象的运动进行检测。近来，这样的电容传感器被广泛地用作例如非接触式对象检测器或显示触摸板。

JP 2012-203901A(参考文献1)公开了一种在具有触摸传感器的显示装置中使用的电容传感器。该电容传感器包括彼此交叉的多条信号线Tx和多条信号线Rx，并且在信号线Tx与信号线Rx之间形成有电容。当在信号线Tx与信号线Rx之间施加电压时，在信号线Tx与信号线Rx之间生成电场。当该电场被操作者的手指阻断时，累积在信号线Tx与信号线Rx之间的电荷量减少。通过测量电荷量的变化，电容传感器检测手指的接近，即手指朝向显示装置的接近。这样的电容传感器对在信号线Tx与信号线Rx之间形成的互电容的变化进行测量，并且因此被称为互电容式电容传感器。

参考文献1中公开的互电容式电容传感器检测在信号线Tx与信号线Rx之间的电场被阻断——例如，如参考文献1的图1A和图1B中所示——时电容的变化。由信号线Tx生成的电场集中在信号线Tx与信号线Rx之间。因此，当检测到电容的变化时，检测对象的位置被指定为在线Tx与线Rx之间的间隙紧上方的位置附近。如上所述，互电容式电容传感器的检测范围受限于预定方向或预定范围，并且因而在定向性方面是优异的。

然而，由于电场如上所述的那样集中在信号线之间，所以检测灵敏度会随传感器与检测对象之间的距离的增大而迅速地减小。因此，难以将互电容式电容传感器用于远离检测对象的传感器例如车辆接近传感器，原因在于互电容式电容传感器的检测灵敏度是不足够的。

发明内容

因而，存在对能够提高互电容式电容传感器的检测灵敏度的电容传感器电极的需求。

本公开内容的一个方面提供了一种电容传感器电极，该电容传感器电极包括：第一电极，该第一电极设置在基板的主表面上；以及第二电极，该第二电极以与第一电极分隔开的方式设置在所述主表面上，其中，第一电极具有使其位于第二电极的相对侧的形状。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得第一电极的面积与第二电极的面积之比为2或更大。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得第二电极的外周形状的至少一部分呈弯曲状。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得第二电极的外周形状的至少一部分是由下述表达式(1)限定的拉梅(Lame)曲线的一部分：

${\left|\frac{x}{a}\right|}^{\mathrm{\α}}+{\left|\frac{y}{b}\right|}^{\mathrm{\β}}=1---\left(1\right).$

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，α＝2。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，a≠b。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，1<α<2。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，α>2。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得第一电极的外周形状的至少一部分呈弯曲状。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得第一电极的外周形状的至少一部分是由下述表达式(1)限定的拉梅曲线的一部分：

${\left|\frac{x}{a}\right|}^{\mathrm{\&alpha;}}+{\left|\frac{y}{b}\right|}^{\mathrm{\&beta;}}=1---\left(1\right).$

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，α＝2。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，a≠b。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，1<α<2。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成使得：在表达式(1)中，α>2。

根据本公开内容的此方面的电容传感器电极可以被配置成还包括：具有地电位的第三电极，该第三电极位于基板的所述主表面上或者位于与所述主表面相反的另一主表面上。

通过使用本公开内容的电容传感器电极来配置互电容式电容传感器，可以提高检测灵敏度。

附图说明

参照附图、根据所考虑的以下详细描述，本公开内容的前述以及另外的特点和特征将变得更加明显，在附图中：

图1A是示出根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的立体图；

图1B是示出根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的平面图；

图1C是示出根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的沿IC-IC线所截取的横截面图；

图2是示出根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的横截面图和示出电容传感器的驱动电路的图；

图3是示出在将电压施加到根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极时的电力线分布的示意图；

图4是示出在检测对象接近根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极时的电力线变化的示意图；

图5是示出在根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极中使用的驱动电路的修改例的图；

图6A是示出具有发送/接收结构的电容传感器电极的平面图；

图6B是示出具有发送/接收/发送结构的电容传感器电极的平面图；

图7是示出指示发送/接收结构与发送/接收/发送结构之间的检测灵敏度差异的实验结果的曲线图；

图8A是示出具有发送/接收结构的电容传感器电极沿宽度方向的横截面图和示出电容传感器的检测灵敏度的曲线图；

图8B是示出具有发送/接收/发送结构的电容传感器电极沿宽度方向的横截面图和示出电容传感器的检测灵敏度的曲线图；

图9是示出指示检测灵敏度根据发送电极与接收电极的宽度之比的变化的实验结果的曲线图；

图10A是示出其中接收电极具有椭圆形状的电容传感器电极的示意图；

图10B是示出其中接收电极具有正圆形状的电容传感器电极的示意图；

图10C是示出其中接收电极具有矩形形状的电容传感器电极的示意图；

图11是示出指示检测灵敏度根据电容传感器电极的形状的变化的模拟结果的曲线图；

图12是示出拉梅曲线(超椭圆)的形状的曲线图；

图13是示出其中发送电极的外部形状为矩形并且接收电极的外部形状为椭圆形的电容传感器电极的图；

图14是示出根据本文所公开的第三实施方式的电容传感器电极的横截面图；以及

图15是示出根据本文所公开的第四实施方式的电容传感器电极的平面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本文所公开的实施方式。然而，在本文所公开的以下实施方式中描述的部件的尺寸、材料、形状、相对位置等是任意的，并且它们取决于根据本公开内容的设备的结构或取决于各种条件而变化。此外，除非另外说明，否则本公开内容的范围不限于在本文所公开的以下实施方式中描述的具体配置。在以下对附图的描述中，用相同的附图标记表示具有相同功能的部件，并且将不重复其描述。

第一实施方式

图1A、图1B和图1C示出根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的结构。图1A是电容传感器电极的立体图，图1B是电容传感器电极的平面图，以及图1C是沿图1B的IC-IC线所截取的横截面图。

电容传感器电极100包括作为第一电极的发送电极102和作为第二电极的接收电极103，发送电极102和接收电极103均设置在基板101的主表面上。基板101为绝缘基板并且可以由例如树脂或玻璃形成。发送电极102和接收电极103设置在基板101的同一主表面上。发送电极102和接收电极103由例如导电金属形成。基板101并不特别受限，只要其包括上面形成有电容传感器电极的表面即可，并且基板101可以不为板形。

接收电极103的外周具有椭圆形状。发送电极102的形状为具有内周和外周的环形，并且发送电极102被设置成围绕接收电极103，其中在发送电极102与接收电极103之间置有间隙104。也就是说，间隙104被形成为发送电极102与接收电极103之间的环形修长图案。发送电极102的外周具有椭圆形状。形成发送电极102的外周的椭圆形状的长轴和形成接收电极103的外周的椭圆形状的长轴具有彼此垂直的位置关系。在沿穿过发送电极102的长轴的IC-IC线所截取的、图1C的电容传感器电极100的垂直截面中，发送电极102位于接收电极103的相对侧，其中在发送电极102与接收电极103之间置有间隙104。例如，发送电极102的长轴的尺寸和短轴的尺寸分别为10mm和60mm，并且接收电极103的长轴的尺寸和短轴的尺寸分别为50mm和30mm。

电容传感器电极100还可以包括用于覆盖发送电极102和接收电极103的至少一部分的绝缘膜。通过设置该绝缘膜，防止了发送电极102和接收电极103的劣化例如锈蚀。

图2是示出根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的横截面图和示出使用该电容传感器电极的电容传感器的驱动电路的图。作为驱动电路的电压控制部分210和电容检测部分220通过接线连接至电容传感器电极100。

电压控制部分210包括电源211、开关212和传感器控制单元213。电源211提供直流(DC)电压。开关212连接在电容传感器电极100的发送电极102与电源211之间。开关212基于传感器控制单元213的控制信号在与向发送电极102提供电压有关的ON(接通)与OFF(断开)之间进行切换。当开关212被切换至ON时，DC电压从电源211提供至发送电极102。当开关212被切换至OFF时，发送电极102连接至地，并且累积在发送电极102上的电荷被释放。传感器控制单元213并不特别受限，只要其具有发送对开关212进行控制的信号的功能即可，并且该功能可以通过用于驱动电容传感器电极100的软件程序或者硬件元件例如IC(未示出)来实现。在本说明书的描述中，从电源211提供的电压为正。然而，此电压可以为负，并且在这种情况下要将附图中的电力线的方向反转。

电容检测部分220包括比较器221、参考电容222、参考电源223和检测单元224。比较器221包括同相输入端、反相输入端和输出端。比较器221的反相输入端连接至接收电极103和参考电容222。在图2中，示出仅上述三个端子，但实际上，比较器221还包括一个或更多个电源端(未示出)。

参考电容222连接在比较器221的反相输入端与地之间。参考电容222与发送电极102和接收电极103之间的电容一起对电源电压进行分压。因此，参考电容222的电容值优选地被设定为与发送电极102和接收电极103之间的电容值相同。

参考电源223连接在比较器221的同相输入端与地之间。参考电源223的电压为用于与接收电极的电压进行比较的参考电压，因而参考电源223的电压值优选地被设定为例如电源211的电压的约1/2。参考电源223的电压可以通过对电源211的电压进行分压而从同一电源装置提供，或者可以从具有不同电压的另一电源装置提供。

检测单元224连接至比较器221的输出端。检测单元224测量比较器221的输出电压，并且基于该电压值来确定在电容传感器电极100附近是否存在改变发送电极102与接收电极103之间的电容的对象。检测单元224并不特别受限，只要其具有下述功能即可：测量比较器221的输出电压；以及基于该输出电压将控制信号发送至另一装置。该功能可以通过软件程序或者硬件元件例如IC(未示出)来实现。

图3是示出在电压施加期间的电力线分布的示意图。当开关212被切换至ON时，电源211的电压被施加至发送电极102，并且生成从发送电极102行进至接收电极103的电力线。

图4是示出在检测对象接近电容传感器电极时的电力线变化的示意图。当检测对象401接近在电容传感器电极100附近的位置时，从发送电极102行进至接收电极103的电力线中的一些电力线行进至检测对象401。因此，接收电极103中接收的电力线的数量减小。

将描述电容传感器电极100的操作及其控制电路，其中电容传感器电极100对检测对象401朝向电容传感器电极100的接近进行检测。将从电源211提供至发送电极102的电压值设定为Vdd。如上所述，由于在发送电极102与接收电极103之间生成电力线，所以在发送电极102与接收电极103之间形成有电容。将该电容的电容值设定为Cs。接收电极103通过电容检测部分220的参考电容222连接至地。将参考电容222的电容值设定为Cref。

电容Cs和电容Cref对电压Vdd进行分压以使分压后的电压输入至比较器221的反相输入端。也就是说，输入至比较器221的反相输入端的电压Vin是根据Vin＝{Cs/(Cref+Cs)}·Vdd来计算的。另一方面，输入至比较器221的同相输入端的电压为参考电源223的电压。该电压被设定为Vref。

比较器221将反相输入端的电压和同相输入端的电压彼此进行比较，并且输出高电平信号或低电平信号。当同相输入端的电压较高时，输出高电平电压；并且当反相输入端的电压较高时，输出低电平电压。也就是说，从比较器221的输出端输出的电压在Vin<Vref时处于高电平，而在Vin>Vref时处于低电平。例如，在Vref＝Vdd/2的设定下，从比较器221的输出端输出的电压在Cs<Cref时处于高电平，而在Cs>Cref时处于低电平。因此，比较器221将高电平电压信号或低电平电压信号输出至检测单元224，其中电压信号指示发送电极102和接收电极103之间的电容与参考电容222的幅度关系。

在不存在检测对象401的初始状态下，Cs被设定成满足Cs>Cref。此时，低电平电压被输入至检测单元224。如上所述，当检测对象401接近电容传感器电极100时，发送电极102与接收电极103之间的电力线被阻断，并且电容Cs减小。当Cs由于检测对象401的接近而减小并且Cs<Cref成立时，输入至检测单元224的电压从低电平改变为高电平。通过检测这种电压电平变化，可以对检测对象401的接近进行检测。

如上所述，根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极100可以用于互电容式电容传感器，该互电容式电容传感器检测在发送电极102与接收电极103之间所生成的电力线被阻断时的电容变化。由于采用互电容式电容传感器，所以电场集中在间隙104的附近。因此，检测对象401在处于间隙104附近时会被检测到。因此，当在远离电容传感器电极100的位置处存在较大对象时，不会发生错误检测。例如，不会确定在间隙104的附近检测到较小对象。在本说明书中，由“检测灵敏度在定向性方面是优异的”来表示如上所述的检测范围受限于预定方向或预定范围的属性。

关于电容检测部分220的电路，已经描述了使用比较器221的比较器电路作为示例。然而，可以使用其他电路，只要其可以测量发送电极102与接收电极103之间的电容变化即可。例如，可以使用包括负反馈单元的电路，例如如图5所示的使用差分放大器521的电压跟随电路。在图5的示例中，同相输入端连接至接收电极103，并且反相输入端连接至输出端。此时，当将同相输入端的电压设定为Vin时，输出端的电压即输入至检测单元224的电压也为Vin。输入至检测单元224的电压信号并不是包含高电平值和低电平值的二进制数据，而是包含连续值的模拟数据。因此，与二进制数据的情况相比，可以更详细地检测发送电极102与接收电极103之间的电容变化。在此示例中，可以在比较器221的输出端之后的级中设置AD转换器，以将电压信号转换成适合于信号处理的数字数据。除负反馈单元等之外，通过另外设置例如电阻元件，可以采用电压放大电路来替代电压跟随电路。

将参考下述实验和模拟的结果来描述本文所公开的第一实施方式的效果和技术基础：所述实验和模拟是本发明人为了检查根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极的结构而执行的。

关于发送电极和接收电极的分布

图6A和图6B是示出将其中发送电极和接收电极平行地设置的结构与其中发送电极设置在接收电极的相对侧的结构进行比较的实验结果的图。图6A是示出电容传感器电极600a的平面图。发送电极602a和接收电极603a平行地设置，其中在发送电极602a与接收电极603a之间置有间隙604a(在下文中，此结构将被称为“发送/接收结构”)。图6B是示出用于与图6A进行比较的电容传感器电极600b的平面图。发送电极602b被设置成围绕接收电极603b，其中在发送电极602b与接收电极603b之间置有间隙604b(在下文中，此结构将被称为“发送/接收/发送结构”)。准备这些电容传感器电极即电容传感器电极600a和600b，以执行对在检测对象接近电容传感器电极600a和600b中的每个电容传感器电极时的电容变化进行测量的实验。在此实验中，为了易于理解现象并且易于准备样本，将电极的结构简化成如附图中所示的矩形来替代如本文所公开的第一实施方式中的椭圆形。

图7是示出指示发送/接收结构与发送/接收/发送结构之间的检测灵敏度差异的实验结果的曲线图。在此曲线图中，横轴表示电容传感器电极600a和600b与检测对象之间的距离(mm)，并且纵轴表示在检测对象接近电容传感器电极600a和600b时的电容变化量(任意单位)。由任意单位表示电容变化量的原因在于：从电容测量装置获取的电容数据基于装置的独特参数，并且该电容数据不能被转换到通用单位系统例如SI中。在图7的曲线图中，由虚线指示的数据表示发送/接收结构的测量值，而由实线指示的数据表示发送/接收/发送结构的测量值。根据该曲线图可以理解的是，发送/接收/发送结构的电容变化量为发送/接收结构的电容变化量的约1.4倍至2倍，并且检测灵敏度是优异的。在此实验中，在这两种结构方面，设置发送电极602a和接收电极603a的区域以及设置发送电极602b和接收电极603b的区域中的每个区域的总尺寸均为100mm×60mm，并且发送电极与接收电极的面积比被设定为4:1。

图8A和图8B是示出发送/接收结构与发送/接收/发送结构之间的检测灵敏度差异的示意图。图8A是示出图6A的具有发送/接收结构的电容传感器电极600a沿宽度方向的横截面图和示出电容传感器电极600a在宽度方向的每个位置处的检测灵敏度的曲线图。当从发送电极602a行进到接收电极603a的电力线被检测对象阻断时，该阻断被检测为电容的变化。因此，在发送电极602a与接收电极603a之间的间隙604a附近的位置的灵敏度最高。因此，认为该曲线图被绘制为钟形，其中检测灵敏度在间隙604a附近具有峰值。

图8B示出具有发送/接收/发送结构的电容传感器的、与以上检测灵敏度不同的检测灵敏度。对附图及曲线图的描述与图8A中的那些描述相同，因而将不再重复此描述。如在发送/接收结构的情况下一样，在发送/接收/发送结构中，在各个发送电极602b与接收电极603b之间的间隙604b附近的位置的灵敏度也为最高。然而，由于两个间隙彼此相邻，所以检测灵敏度的峰值彼此增强。因此，认为随同检测灵敏度的提高，检测范围也增大。认为通过此机制，在图7的实验结果中发送/接收/发送结构的电容变化量较大。鉴于上述原因，通过采用发送/接收/发送结构——即发送电极围绕接收电极的结构，其中在各个发送电极与接收电极之间置有间隙——来提高电容传感器的检测灵敏度。

如根据图8B以及以上对图8B的描述可以理解的，可以通过调节两个间隙之间的距离来调节检测灵敏度的峰值强度和检测范围。当使间隙之间的距离变窄时，峰值彼此增强，并且检测灵敏度进一步得到提高。当使间隙之间的距离变宽时，检测灵敏度降低，但检测范围被进一步加宽。以此方式，可以通过间隙之间的距离来调节检测灵敏度与检测范围之间的关系。如从图6B可以看到的，由接收电极603b的宽度来确定间隙之间的距离。因此，将描述对接收电极的宽度进行研究的实验结果。

关于发送电极与接收电极的面积之比

图9是示出指示检测灵敏度根据发送电极与接收电极的面积之比的变化的实验结果的曲线图。在此曲线图中，横轴表示传感器与检测对象之间的距离(mm)，并且纵轴表示在检测对象接近传感器时的电容变化量(任意单位)。在实验结果中，“发送电极的面积”表示围绕接收电极的发送电极的总面积。在此曲线图中，当发送电极与接收电极的面积比在2:1至4:1的范围内时，电容变化量为面积比为1:1的情况下的电容变化量的约2倍。然而，当发送电极与接收电极的面积比大于4:1时，电容变化量趋于减小。也就是说，发送电极与接收电极的面积比特别优选地是在2:1至4:1的范围内。认为为何获得以上结果的原因为以下原因。当发送电极的面积增大时，从发送电极生成的电力线分布在宽范围内。然而，当接收电极的面积过度减小时，接收电极中可以接收的电力线的数量减小。在此实验中，电容传感器电极的结构与图6B中所示的电容传感器电极的结构具有相同的发送/接收/发送结构，并且在该结构的总尺寸被固定为100mm×60mm的情形下改变发送电极与接收电极的面积比。电容传感器电极与检测对象之间的距离为80mm。

关于发送电极和接收电极的形状

基于有限元法、使用电场模拟程序来模拟检测灵敏度根据发送电极和接收电极在俯视图中的形状的变化。图10A、图10B和图10C是示意性示出作为模拟目标的电极的形状的平面图。这些图是用于示出电极的形状的概念图并且与实际模拟模型不同。

图10A是示出其中接收电极1003a具有椭圆形状的电容传感器电极模型1000a的形状的示意图。接收电极1003a具有椭圆形状。发送电极1002a具有中空形状并且被设置成围绕接收电极1003a，其中在发送电极1002a与接收电极1003a之间置有间隙1004a。发送电极1002a的外周具有椭圆形状。在发送电极1002a的外侧设置有接地电极1001，其中在发送电极1002a与接地电极1001之间置有间隙1005。接地电极1001是考虑到例如在实际安装电容传感器电极1000a时可能存在于电容传感器电极1000a附近的金属构件用作地的情况的影响而设置的。此外，在实际制造电容传感器电极1000a时，可以将接地电极1001设置在电容传感器电极1000a的外周以减少由可能存在于电容传感器电极1000a附近的接地线引起的误差。

图10B是示出其中接收电极1003b具有正圆形状的电容传感器电极模型1000b的形状的示意图。图10C是示出其中接收电极1003c具有矩形形状的电容传感器电极模型1000c的形状的示意图。由于上述电极中的每个电极的除形状之外的配置与图10A中所示的电容传感器电极模型1000a的那些配置相同，所以将不再重复其详细描述。

图11是示出指示检测灵敏度根据图10A、图10B和图10C中所示的电容传感器电极的形状的变化的模拟结果的曲线图。在此曲线图中，横轴表示传感器与检测对象之间的距离(mm)，并且纵轴表示在检测对象接近传感器时的电容变化量(任意单位)。实线图表示如图10A所示的接收电极具有椭圆形状的情况的结果，而虚线图表示如图10B所示的接收电极具有正圆形状的情况的结果。在曲线图中所示的每个电容变化量数据方面，从该数据排除模拟的独特错误因数。因此，通过从电容变化量数据中减去图10C的接收电极具有矩形形状的情况下的测量数据，对该电容变化量数据进行校正。也就是说，在此曲线图中，当将接收电极具有矩形形状的情况下的值设定为参考(零点)时，数据被绘制成相对比较值。因此，当每条曲线的值为正时，与接收电极具有矩形形状的情况相比，在检测对象接近电容传感器电极时的电容变化较大并且电容传感器的灵敏度较高。根据以上结果可以理解的是，在接收电极具有椭圆形状或者正圆形状的情况下，电容变化量均比接收电极具有矩形形状的情况的电容变化量大。

在接收电极具有矩形形状的情况下，发送电极与接收电极之间的间隙呈直线状。因此，生成的电力线彼此基本平行并且不可能集中。另一方面，在接收电极具有椭圆形状或正圆形状的情况下，发送电极与接收电极之间的间隙呈弧形或弯曲状。因此，与接收电极具有矩形形状的情况相比，电力线更有可能集中。因此，认为在检测对象接近电容传感器电极时，电容变化量增大。针对上述原因，更优选的是，接收电极具有端部呈弧形或弯曲状的椭圆形状或正圆形状。

椭圆的形状由两个参数确定，这两个参数包括长轴的长度和短轴的长度。另一方面，正圆的形状由仅一个参数——半径(或直径)——来确定。如上所述，发送电极与接收电极的面积比为确定电容传感器的检测灵敏度的参数中之一。然而，正圆形电极具有低设计自由度，原因在于在固定面积下，正圆形电极的宽度不能改变。另一方面，椭圆形电极具有高设计自由度，原因在于在固定面积下，通过改变长轴的长度与短轴的长度之比可以改变椭圆形电极的宽度。因此，接收电极优选地具有椭圆形状。

已经参考模拟结果描述了检测灵敏度在接收电极具有椭圆形状而非矩形形状时是优异的。然而，即使接收电极具有矩形形状，也可以获得本公开内容的效果中的至少一些效果。因此，并不意在从本公开内容中排除接收电极具有矩形形状的情况。

当发送电极与接收电极之间的间隙呈弧形或弯曲状时，可以实现电力线更加集中的机制，并且可以如接收电极具有椭圆形状的情况一样获得提高检测灵敏度的效果。作为具有弧形或弯曲状端部的图形的具体示例，除标准椭圆形之外，可以使用矩形与椭圆形之间的中间形状以及菱形与椭圆形之间的中间形状。例如，电极形状可以是由以下表达式(1)表示的拉梅(Lame)曲线(超椭圆)，该拉梅曲线是圆形、椭圆形、矩形、菱形等的广义图形：

${\left|\frac{x}{a}\right|}^{\mathrm{\&alpha;}}+{\left|\frac{y}{b}\right|}^{\mathrm{\&beta;}}=1---\left(1\right).$

图12示出在由表达式(1)表示的拉梅曲线中的α＝1、1.6、2、3以及无穷大(∞)时的曲线中的每个曲线。当α＝1时，拉梅曲线为菱形。当α＝2并且a≠b时，拉梅曲线为椭圆形。当α＝2并且a＝b时，拉梅曲线为正圆形。当α＝∞时，拉梅曲线为矩形。当α＝1.6时，拉梅曲线为菱形与椭圆形之间的中间形状。当α＝3时，拉梅曲线为椭圆形与矩形之间的中间形状。例如，当2<α<∞时，拉梅曲线为较接近矩形而非较接近椭圆形的形状。因此，死区减小，并且提高了元件面积的利用率。例如，当1<α<2时，电力线可以比椭圆形的情况下更集中。在拉梅曲线中，a和b为确定短轴的长度和长轴的长度的参数，并且如上所述，优选的是a≠b。

将描述发送电极的外周形状。如上所述，优选的是，接收电极的形状和围绕接收电极的发送电极的内周形状均为椭圆形。另一方面，优选的是，发送电极的外周形状为椭圆形，如图1A至图1C所示。例如，如图13所示，当电容传感器电极1300的接收电极1303具有椭圆形状并且电容传感器电极1300的发送电极1302具有矩形形状时，发送电极的在角1301附近的部分与其他部分相比距接收电极较远。因此，从角1301生成并且在接收电极1303中被接收的电力线所占的百分比较低。因此，由于检测灵敏度可能会劣化，所以不具有角1301的形状是优选的。当接收电极具有椭圆形状时，可以通过将发送电极的外周形状设置成椭圆形来解决上述问题。针对上述原因，当接收电极的外周形状为矩形时，发送电极的外周形状优选地为矩形。当接收电极的外周形状为具有系数α的拉梅曲线时，发送电极的外周形状优选地为具有接近α的系数的拉梅曲线。也就是说，优选的是，接收电极与发送电极的外周具有相同的形状。

使用上述实验结果和模拟结果，描述了下述事实：优选的是，发送电极被设置成围绕接收电极，其中在发送电极与接收电极之间置有间隙；优选的是，发送电极的宽度与接收电极的宽度之比在2至9的范围内；以及优选的是，接收电极具有椭圆形状并且发送电极的外周形状也具有椭圆形状。考虑到上述条件对根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极100进行配置。因此，在检测对象接近电容传感器电极100时电容的变化较大，并且检测灵敏度较高。此外，由于采用互电容式电容传感器，所以检测灵敏度的定向性也较高。利用上述配置，使用根据本文所公开的第一实施方式的电容传感器电极100的电容传感器可以同时实现优异的定向性和实现检测灵敏度的提高。

为了获得本文所公开的实施方式的效果，不一定要满足上述所有的条件。即使在满足上述条件中的一些条件时，也可以获得相同的效果。因此，本公开内容并不限于上面具体描述的实施方式。例如，发送电极和接收电极的形状可以被修改成不同于上述形状的各种形状。例如，发送电极和接收电极的形状可以是垂直对称或水平对称的。

第二实施方式

根据本文所公开的第二实施方式的电容传感器电极包括被设置在发送电极附近的接地电极，其中在发送电极与接地电极之间置有间隙，如以上在图10A至图10C中所描述的模拟模型的情况。当在发送电极附近设置接地电极时，朝向电容传感器电极附近散布的电力线被接地电极吸收并且不会扩散到电容传感器电极附近。因此，当由导电材料形成的对象接近电容传感器电极时，从发送电极生成的电力线的分布发生变化并且可以防止错误检测的问题。

第三实施方式

图14示出根据本文所公开的第三实施方式的电容传感器电极。图14是示出电容传感器电极的与沿图1B的IC-IC线所截取的横截面相对应的横截面并且示出图1C的配置的修改例的图。图14所示的电容传感器电极1400包括设置在基板1401的主表面上的发送电极1402和接收电极1403，并且还包括接地电极1405，该接地电极1405设置在与上述主表面相反的另一主表面(在下文中称为“背面”)上。优选的是，接地电极1405被设置成使得发送电极1402和接收电极1403的至少一部分与接地电极1405对置，其中基板1401置于发送电极1402和接收电极1403的至少一部分与接地电极1405之间。通过如上所述的那样设置接地电极1405，从发送电极1402通过基板的背面侧向接收电极1403行进的电力线被接地电极1405吸收，并且基板1401的背面侧方向上的灵敏度显著降低。因此，电容传感器电极1400不太可能受到在基板1401的背面侧是否存在对象的影响，并且利用电容传感器电极1400的检测变得稳定。根据本文所公开的第三实施方式的配置可以与根据第二实施方式的其中接地电极被设置在发送电极附近的配置进行组合。

当电容传感器用于例如车辆的外部构件时，例如由于对象从电容传感器电极的背面接近或者由于车辆的内部构件或者线束的摇晃，可能会错误地检测电容的变化。包括根据本文所公开的第三实施方式的电容传感器电极1400的电容传感器包括设置在背面上的接地电极。因此，沿电容传感器电极1400的背面侧方向的检测灵敏度显著降低。通过接地电极使背面侧的检测灵敏度降低对互电容式电容传感器影响大于对自电容式电容传感器的影响。根据本文所公开的第三实施方式的电容传感器电极1400用于互电容式电容传感器，因而可以有效地降低背面侧的检测灵敏度。因此，可以显著地减小或防止归因于上述因素的错误检测的可能性。

第四实施方式

图15是示出根据本文所公开的第四实施方式的电容传感器电极的平面图。图15所示的电容传感器电极1500具有其中两个发送电极1502设置在接收电极1503的相对侧的结构。这两个发送电极1502具有相同的电位并且通过接线彼此连接，该接线由引出接线(未示出)引出到传感器的驱动电路。即使设置了两个分开的发送电极1502，也可以获得与本文所公开的第一实施方式至第三实施方式的效果相同的效果，只要对这两个发送电极1502进行连接以使其具有相同的电位即可。

其他实施方式

使用根据本文所公开的实施方式中的任一实施方式的电容传感器电极的电容传感器可以适当地用作用于操作开闭体——例如车辆的推拉门或后门——的非接触式开关。由于提高了检测灵敏度，所以根据本文所公开的实施方式中的任一实施方式的电容传感器可以获得足够的灵敏度，即使用树脂等对该电容传感器的表面进行涂覆和保护也如此，并且该电容传感器也可以被安装在内部构件例如车辆的推拉门中。此外，由于根据本文所公开的实施方式中的任一实施方式的电容传感器为互电容式传感器，所以检测范围限于在传感器紧上方的位置。因此，不太可能发生错误检测，并且不太可能发生通过存在于电容传感器附近的金属车体使灵敏度降低。此外，由于电容传感器的表面可以如上所述的那样涂覆有树脂等，所以可以在电容传感器上设置用于向用户通知非接触式开关的存在的装饰指示器。通过将电容传感器设置在车辆的标志内，电容传感器还可以作用为指示制造商或车型或者指示非接触开关。

在前面的说明书中已经描述了本发明的原理、优选实施方式和操作方式。然而，意在寻求保护的本发明不应被解释为受限于所公开的具体实施方式。此外，要将本文中所描述的实施方式视为说明性的而非限制性的。其他人可以在不背离本发明的精神的情况下做出变型和变化以及采用等同方案。因此，明确地意图在于本发明包含落入本发明的如在权利要求中所限定的精神和范围内的所有这样的变型、变化及等同方案。

Claims (15)

1.一种电容传感器电极(100)，包括：

第一电极(102)，所述第一电极(102)设置在基板(101)的主表面上；以及

第二电极(103)，所述第二电极(103)以与所述第一电极分隔开的方式设置在所述主表面上，

其中，所述第一电极具有使其位于所述第二电极的相对侧的形状。

2.根据权利要求1所述的电容传感器电极，

其中，所述第一电极的面积与所述第二电极的面积之比为2或更大。

3.根据权利要求1或2所述的电容传感器电极，

其中，所述第二电极的外周形状的至少一部分呈弯曲状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容传感器电极，

其中，所述第二电极的外周形状的至少一部分是由下述表达式(1)限定的拉梅曲线的一部分：

${\left|\frac{x}{a}\right|}^{\mathrm{\&alpha;}}{+\left|\frac{y}{b}\right|}^{\mathrm{\&beta;}}=1---\left(1\right).$

5.根据权利要求4所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，α＝2。

6.根据权利要求5所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，a≠b。

7.根据权利要求4所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，1<α<2。

8.根据权利要求4所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，α>2。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电容传感器电极，

其中，所述第一电极的外周形状的至少一部分呈弯曲状。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的电容传感器电极，

其中，所述第一电极的外周形状的至少一部分是由下述表达式(1)限定的拉梅曲线的一部分：

${\left|\frac{x}{a}\right|}^{\mathrm{\&alpha;}}{+\left|\frac{y}{b}\right|}^{\mathrm{\&beta;}}=1---\left(1\right).$

11.根据权利要求10所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，α＝2。

12.根据权利要求11所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，a≠b。

13.根据权利要求10所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，1<α<2。

14.根据权利要求10所述的电容传感器电极，

其中，在所述表达式(1)中，α>2。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的电容传感器电极，还包括：

具有地电位的第三电极(1403)，所述第三电极(1403)位于所述基板的所述主表面上或者位于与所述主表面相反的另一主表面上。