CN117751278A - 静电容传感器 - Google Patents

Abstract

提供能够正确地检测检测对象物的按压的静电容传感器。静电容传感器包含：1个或者多个表侧电极，包含检测电极；盖，配置于1个或者多个表侧电极的表侧；弹性电介质，设置于1个或者多个表侧电极的背侧；屏蔽电极，设置于弹性电介质的背侧；第1电压输出部，向经由电容而与检测电极耦合的驱动部输出第1交流电压；第2电压输出部，将与第1交流电压相同相位的第2交流电压输出至屏蔽电极；检测部，与检测电极连接，检测与1个或者多个表侧电极的电容相应的输出；和动作判定部，根据检测部的输出来判定检测对象物的动作，第2电压输出部能够变更第2交流电压的振幅，动作判定部基于第2电压输出部将第2交流电压的振幅变更为多个振幅时分别得到的检测部的多个输出，来判定进行了检测对象物的向盖的按压动作。

Description

静电容传感器

技术领域

本发明涉及静电容传感器。

背景技术

现在，存在如下显示装置，具有：发光元件层；多个第1电极，分别向第1方向延伸，并在与所述第1方向交叉的第2方向上相邻；多个第2电极，在所述多个第1电极的上方，分别在所述第2方向上延伸并在所述第1方向上相邻；绝缘弹力层，介于所述多个第1电极与所述多个第2电极之间，用于确保间隔；和感测电路。

所述感测电路测定包含所述多个第1电极以及所述多个第2电极的电极组中分别寄生的第1静电容所对应的第1物理量，在得到的第1测定值从第1范围偏离时，感知存在以包含手指的导电体的接近为起因而产生所述第1静电容的有意的变化。所述感测电路还测定所述多个第1电极的各自与所述多个第2电极的各自之间的第2静电容所对应的第2物理量，在得到的第2测定值从第2范围偏离时，感知存在以按压力所引起的所述绝缘弹力层的压缩为起因而产生所述第2静电容的有意的变化(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第10429984B2号说明书

发明内容

-发明要解决的问题-

然而，现有的显示装置由于第1静电容以及第2静电容的双方受到手指的接近和按压的双方的影响，因此不能正确地测定被按压。

因此，目的在于提供一种可正确地检测通过被检测对象物而被按压的静电容传感器。

-解决问题的手段-

本发明的实施方式的静电容传感器包含：1个或者多个表侧电极，包含1个以上的检测电极；盖，配置于所述1个或者多个表侧电极的表侧；弹性电介质，设置于所述1个或者多个表侧电极的背侧；屏蔽电极，设置于所述弹性电介质的背侧；第1电压输出部，向经由电容而与所述1个以上的检测电极耦合的驱动部输出第1交流电压；第2电压输出部，将与所述第1交流电压相同相位的第2交流电压输出至所述屏蔽电极；检测部，与所述1个以上的检测电极连接，检测与所述1个或者多个表侧电极的电容相应的输出；和动作判定部，根据所述检测部的输出来判定检测对象物的动作，所述第2电压输出部能够变更所述第2交流电压的振幅，所述动作判定部基于所述第2电压输出部将所述第2交流电压的振幅变更为多个振幅时分别得到的所述检测部的多个输出，来判定进行了所述检测对象物的向所述盖的按压动作。

-发明效果-

能够提供可正确地检测通过被检测对象物而被按压的静电容传感器。

附图说明

图1是表示实施方式1的静电容传感器100的平面结构的图。

图2是表示静电容传感器100的一部分的截面构造的图。

图3是表示静电容传感器100的等效电路的图。

图4是表示交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C的波形的一个例子的图。

图5是表示静电容传感器100中的电容Cf、Cs与输出电压V₀的时间变化的图。

图6是表示实施方式2的静电容传感器200的图。

图7是表示实施方式3的静电容传感器300的图。

具体实施方式

以下，对于适用本发明的静电容传感器的实施方式进行说明。

<实施方式1>

图1是表示实施方式1的静电容传感器100的平面结构的图。以下，定义XYZ坐标系来进行说明。与X轴平行的方向(X方向)、与Y轴平行的方向(Y方向)、与Z轴平行的方向(Z方向)相互正交。另外，以下，为了便于说明，有时将-Z方向侧称为下侧或者下、将+Z方向侧称为上侧或者上，但并不表示普遍性的上下关系。另外，某结构要素的上表面侧为表侧，下表面侧为背侧。另外，俯视是指XY面观察。另外，以下有时夸张表示各部分的长度、粗细、厚度等，以使得结构容易理解。

静电容传感器100包含盖101和多个表侧电极110。盖101配置于多个表侧电极110的表侧。静电容传感器100除此之外还包含对利用者进行了的指尖等向盖101的接近、接触以及按压的任意一者的动作进行判定的动作判定部等，但是在图1中省略，示出盖101和多个表侧电极110的平面的结构。

作为一个例子，盖101是透明的玻璃制或者树脂制且从上表面被按下时能够产生挠曲的、俯视下为矩形状的板状构件，上表面是利用者使指尖等接触来进行操作输入的操作面。利用者也能够将盖101的上表面向下方按压。盖101被设置为覆盖静电容传感器100的上表面的顶板。

多个表侧电极110配置在盖101的下表面侧，在X方向以及Y方向上排列为矩阵状。作为一个例子，多个表侧电极110相互独立，并经由俯视下在相互之间引绕的未图示的布线而与后述的检测部等连接。

在图1透视地表示多个表侧电极110。多个表侧电极110例如通过ITO(Indium TinOxide，氧化铟锡)等的透明电极构成。此外，在此，说明假定在静电容传感器100的下方配置液晶、有机EL(Electroluminescence，电致发光)等显示面板且盖101以及多个表侧电极110透明的形态，但是例如在不配置显示面板的这样的情况下，盖101以及多个表侧电极110也可以不透明，只要是具有导电性的材质即可。在该情况下，多个表侧电极110也可以是金属板等。

图2是表示静电容传感器100的一部分的截面构造的图。在图2中，表示存在排列于X方向的3个表侧电极110的部分的截面构造。在此，作为一个例子，对利用者以指尖FT来对静电容传感器100进行操作输入的方式进行说明。指尖FT是检测对象物的一个例子。利用者通过以指尖FT触摸(接触)盖101来进行操作输入。

静电容传感器100除了盖101以及表侧电极110以外，还包含弹性电介质120、屏蔽电极130、放大电路140A、放大电路140B、可变放大电路140C、电源电路145、检测部150、选择部160A、160B以及控制装置170。电源电路145是输出给定的振幅的正弦波状的交流电压的交流电压源，向放大电路140A、放大电路140B、可变放大电路140C输出交流电压。放大电路140A以及电源电路145是第1电压输出部的一个例子，放大电路140B以及电源电路145是第3电压输出部的一个例子，可变放大电路140C以及电源电路145是第2电压输出部的一个例子。控制装置170具有动作判定部171以及保持部172。另外，静电容传感器100还包含基板102。

作为一个例子，选择部160A将放大电路140A的连接目的地选择为多个表侧电极110之中的2个表侧电极110。另外，作为一个例子，选择部160B将放大电路140B以及检测部150的连接目的地选择为多个表侧电极110之中的1个表侧电极110。在此，选择部160B选择如图2所示的3个表侧电极110之中的中央的表侧电极110来与放大电路140B以及检测部150连接。另外，选择部160A选择图2所示的3个表侧电极110之中的两端的2个表侧电极110来与放大电路140A连接。

在图2所示的3个表侧电极110之中，中央的表侧电极110是检测电极111，位于检测电极111的两侧的2个表侧电极110是驱动电极112。驱动电极112是驱动部的一个例子。因此，在检测电极111以及驱动电极112中以括号记述附图标记110。

检测电极111是多个表侧电极110之中的、通过选择部160B选择而与放大电路140B以及检测部150连接的表侧电极110。驱动电极112是多个表侧电极110之中的、通过选择部160A选择而与放大电路140A连接的表侧电极110。此外，以下记述为表侧电极110的情况是不特别区分检测电极111以及驱动电极112的情况、和对除了检测电极111以及驱动电极112以外的表侧电极110进行说明的情况。

检测电极111是检测利用者的指尖FT向盖101的接近、接触以及按压时所使用的电极。静电容传感器100通过由选择部160B逐一依次地将多个表侧电极110选择为检测电极111并检测静电容，从而检测指尖FT的接近、接触以及按压。此时，从电源电路145输出并由放大电路140B放大的交流电压V_B经由检测部150施加到检测电极111。交流电压V_B是第3交流电压的一个例子。在动作判定部171判定为在选择部160B所选择的检测电极111进行了接触或者按压的情况下，在与该检测电极111对应的位置(坐标)，进行了操作输入。

在此，对将多个表侧电极110逐一依次地选择为检测电极111的方式进行了说明，但是选择部160B也可以将互不相邻的2个以上的表侧电极110同时地选择为检测电极111，并在2个以上的检测电极111同时地检测指尖FT的接近、接触以及按压。因此，多个表侧电极110包含1个以上的检测电极111。

驱动电极112是位于检测电极111的X方向的左右两边的表侧电极110。静电容传感器100在通过选择部160B将多个表侧电极110逐一依次地选择为检测电极111时，通过选择部160A将位于检测电极111的X方向的左右两边的2个表侧电极110选择为2个驱动电极112。

在通过检测电极111检测指尖FT的接近、接触以及按压时，从电源电路145输出并由放大电路140A放大的交流电压V_A施加到驱动电极112。交流电压V_A是第1交流电压的一个例子，是振幅V_A(V)的交流电压。此外，在此，对将位于检测电极111的X方向的左右两边的2个表侧电极110设为驱动电极112的方式进行了说明，但是也可以将位于检测电极111的X方向的左右两边的2个表侧电极110、和位于检测电极111的Y方向的左右两边的2个表侧电极110的合计4个表侧电极110设为驱动电极112。

另外，例如在将位于X方向的端的位置的表侧电极110作为检测电极111来使用的情况下，可以将检测电极111的Y方向的左右两边的2个表侧电极110作为2个驱动电极112来使用，也可以将检测电极111的+X方向侧的邻侧的表侧电极110、和-Y方向侧或者+Y方向侧的邻侧的表侧电极110作为2个驱动电极112来使用。另外，在将位于排列为矩阵状的多个表侧电极110的角的位置的表侧电极110作为检测电极111来使用的情况下，将检测电极111的X方向的邻侧的表侧电极110、和Y方向的邻侧的表侧电极110作为2个驱动电极112来使用即可。

弹性电介质120被设置于多个表侧电极110(参照图1以及图2)的背侧(下方)。弹性电介质120是透明且能够弹性变形的电介质，例如含有聚氨酯树脂。弹性电介质120被设置于俯视下与全部的多个表侧电极110重叠的位置，在Z方向的厚度是均匀的。由于弹性电介质120能够弹性变形，因此若利用者以指尖ET向下方按压盖101的上表面之中的检测电极111的正上方的部分，则通过弹性电介质120挠曲而收缩，从而检测电极111向下方稍微位移。

屏蔽电极130在设置于基板102的上表面的状态下，被设置于弹性电介质120的下方。即，屏蔽电极130在与多个表侧电极110之间夹着弹性电介质120，被设置于多个表侧电极110的背侧。屏蔽电极130用于从噪声屏蔽多个表侧电极110并用于抑制与地之间的寄生电容而设置，施加从电源电路145输出并由可变放大电路140C放大的交流电压V_C1或V_C2。交流电压V_C1以及V_C2均为第2交流电压的一个例子，是多个振幅的第2交流电压的一个例子。作为一个例子，屏蔽电极130含有ITO膜这样的透明的导电材料。此外，基板102是保持屏蔽电极130的透明基板。例如在下方未配置显示面板等情况下，屏蔽电极130和保持屏蔽电极130的基板102也可以不透明。

放大电路140A将从电源电路145输出的交流电压放大至交流电压V_A，并向驱动电极112输出。作为一个例子，放大电路140A构成为能够经由选择部160A选择性地与全部的多个表侧电极110连接，选择部160A通过切换与全部的多个表侧电极110之间的布线的连接，从而与被选择为驱动电极112的2个表侧电极110连接，输出交流电压V_A。此外，由于也可以将互不相邻的2个以上的表侧电极110同时地选择为检测电极111并同时地检测指尖FT的接近、接触以及按压，因此放大电路140A向在1个以上的检测电极111之间经由电容耦合的驱动电极112输出交流电压V_A。

放大电路140B与检测部150的运算放大器152的正相输入端子(+)连接，将从电源电路145输出的交流电压放大至交流电压V_B并输出。运算放大器152是运算放大器的一个例子。交流电压V_B是振幅为V_B的交流电压，是交流电压V_A以下(V_A≥V_B)的电压。另外，交流电压V_B的频率与交流电压V_A的频率相等，相位也与交流电压V_A相等(为相同相位)。放大电路140B经由检测部150，向通过选择部160B选择为检测电极111的表侧电极110输出交流电压V_B。针对该详细后述。

可变放大电路140C与屏蔽电极130连接，将从电源电路145输出的交流电压放大至交流电压V_C1或者V_C2并输出。交流电压V_C1以及V_C2是振幅分别为V_C1以及V_C2的交流电压。可变放大电路140C通过由控制装置170控制放大率，从而能够将第2交流电压的振幅变更为多个振幅，在此设为将从电源电路145输出的交流电压放大至交流电压V_C1或者V_c2(V_C1>V_C2)并输出。交流电压V_C1以及V_C2的振幅V_C1以及V_C2小于交流电压V_B的振幅V_B(V_B>V_C1>V_C2)，并具有与交流电压V_A以及交流电压V_B相等的频率。构成为可变放大电路140C能够将交流电压的振幅变更为V_C1或者V_C2，是为了以2种振幅的交流电压来检测检测电极111与屏蔽电极130之间的电容(静电容)Cs。针对该详细后述。

电源电路145输出给定的频率的交流电压。在电源电路145的输出侧连接有放大电路140A、放大电路140B以及可变放大电路140C。电源电路145输出的给定的频率的交流电压输入到放大电路140A、放大电路140B、以及可变放大电路140C而放大。因此，放大电路140A、放大电路140B以及可变放大电路140C输出的交流电压V_A、V_B、V_C1以及V_C2的频率相等，相位也相等。

检测部150具有：输入端子151、运算放大器152、电容器153、电阻器154以及输出端子155。检测部150利用检测电极111来检测利用者的指尖FT的接近、接触以及按压。

作为一个例子，输入端子151构成为能够通过选择部160B选择性地与全部的多个表侧电极110连接，通过由选择部160B切换布线，从而与通过选择部160B选择的检测电极111连接。输入端子151向通过选择部160B选择的检测电极111输出交流电压V_B。

运算放大器152具有：反相输入端子(-)，经由检测部150的输入端子151而与通过选择部160B选择的检测电极111连接；正相输入端子(+)，与放大电路140B连接，交流电压V_B被输入；和输出端子，与输出端子155连接。由于运算放大器152通过作为反馈要素的电容器153、电阻器154来进行负反馈动作，因此进行放大动作以使得反相输入端子(-)与正相输入端子(+)的电压差为零。因此，通过作为正相放大电路的运算放大器152的虚拟短路，反相输入端子(-)的电压变得与施加于正相输入端子(+)的电压相等。由此，交流电压V_B施加至检测电极111。

电容器153连接于运算放大器152的反相输入端子(-)与输出端子之间。电容器153的电容(静电容)是Cq。电阻器154与电容器153并联连接。电阻器154的电阻值是Rq。

输出端子155与运算放大器152的输出端子连接，并且与控制装置170连接。输出端子155的输出电压是V₀。由于运算放大器152通过作为反馈要素的电容器153、电阻器154来进行负反馈动作，因此通过虚拟短路，反相输入端子(-)的电压变得与施加于正相输入端子(+)的电压相等。因此，对输入端子151输出交流电压V_B，经由选择部160B对检测电极111施加交流电压V_B。

选择部160A具有：输入端子，与放大电路140A连接；和多个输出端子，与全部的多个表侧电极110连接，根据从控制装置170输入的指令，将输入端子的连接目的地切换为与多个表侧电极110之中的2个表侧电极110连接的2个输出端子。选择部160A这样将2个表侧电极110选择为驱动电极112。选择部160A将从放大电路140A输入的交流电压V_A向2个驱动电极112输出。作为这样的选择部160A，例如能够使用选择器。

选择部160B具有：输入端子，与检测部150的输入端子151连接；多个输出端子，与全部的多个表侧电极110连接，根据从控制装置170输入的指令，将输入端子的连接目的地切换为与多个表侧电极110之中的1个表侧电极110连接的1个输出端子。选择部160B这样将1个表侧电极110选择为检测电极111。选择部160B将经由检测部150从放大电路140B输入的交流电压V_B向检测电极111输出。作为这样的选择部160B，例如能够使用选择器。

控制装置170通过包含CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、输入输出接口以及内部总线等的计算机来实现。控制装置170具有动作判定部171以及保持部172。控制装置170除了动作判定部171以及保持部172以外，还具有进行可变放大电路140C的放大率(成为交流电压V_C1或者V_C2的放大率)的切换、选择部160A、160B的切换等的处理部等，但是在此省略。动作判定部171将控制装置170的1个功能作为方块来示出，保持部172将控制装置170的RAM功能性地示出。

动作判定部171基于检测部150的输出端子155的输出电压V₀，来检测指尖FT的接近、接触以及按压。针对具体的检测方法后述。

保持部172在动作判定部171基于输出电压V₀来检测指尖FT的接近、接触以及按压时，暂时地保持表示输出电压V₀的数据。针对该详细后述。

在此，多个表侧电极110在X方向以及Y方向等间隔地排列，在相邻的表侧电极110彼此之间存在电容(静电容)。即，检测电极111和驱动电极112经由电容耦合。换而言之，驱动电极112经由电容与检测电极111耦合。在此，将检测电极111与-X方向侧的驱动电极112的电容设为Cp1，将检测电极111与+X方向侧的驱动电极112的电容设为Cp2。电容Cp1以及Cp2为恒定值。

另外，将检测电极111与指尖FT之间产生的电容(静电容)设为Cf。指尖FT越靠近检测电极111则电容Cf越大。由于在检测电极111与指尖FT之间具有盖101，因此若指尖FT靠近检测电极111，则电容Cf增大，直到指尖FT接触盖101的上表面之中的检测电极111的正上方。另外，若进行以指尖FT向下方按压盖101的按压操作，则指尖FT变形而接触盖101的面积变大，从而对应于按压力的增大，电容Cf进一步增大。

另外，将检测电极111与屏蔽电极130之间的电容(静电容)设为Cs。若利用者以指尖FT向下方按压盖101的上表面之中的检测电极111的正上方的部分，则通过弹性电介质120挠曲而收缩，从而检测电极111与屏蔽电极130之间的距离d变短。因此，若进行按压操作，则对应于检测电极111与屏蔽电极130之间的距离d，电容Cs增大。

这样，若进行以指尖FT向下方按压盖101的按压操作，则电容Cf以及电容Cs均增大。若电容Cf以及电容Cs均增大，则判定进行了按压操作有可能变得困难。因此，在静电容传感器100中，为了使动作判定部171能够判定进行了按压操作，以时间差将可变放大电路140C输出的交流电压的振幅设定为V_C1以及V_C2。

将可变放大电路140C输出的交流电压V_C1或者V_C2施加至屏蔽电极130。电容Cf是检测电极111与指尖FT之间的静电容，由于电容C_s是检测电极111与屏蔽电极130之间的静电容，因此可变放大电路140C输出的交流电压V_C1、V_C2的变化量(V_C1-V_C2)对电容Cs产生影响，对电容Cf不产生影响。

因此，静电容传感器100为了使用通过选择部160B选择的检测电极111来判定进行了按压操作，在使可变放大电路140C输出振幅V_C1的交流电压之后，将振幅变更为V_C2，并施加振幅V_C2的交流电压。实际上，排列为矩阵状的多个表侧电极110的全部被选择部160B逐一依次地选择而成为检测电极111，反复这样的选择动作，从而反复将全部的表侧电极110多次选择为检测电极111的同时，对每个检测电极111判定指尖FT的位置和有无按压操作，因此，每当通过选择部160B将1个表侧电极110选择为检测电极111时，可变放大电路140C在刚刚输出振幅V_C1的交流电压之后，输出振幅V_C2的交流电压。这是为了在指尖FT的位置几乎相同的状态下，检测对屏蔽电极130施加振幅V_C1的交流电压时的电容Cs、和施加振幅V_C2的交流电压时的电容Cs。

另外，动作判定部171对指尖FT的接近以及接触进行判定在可变放大电路140C输出交流电压V_C1或者V_C2哪一者时都可以，在此，作为一个例子，动作判定部171基于可变放大电路140C输出交流电压V_C1时的电容Cf，来判定指尖FT的接近以及接触。此外，可变放大电路140C对每个检测电极111输出振幅V_C2的交流电压和振幅V_C1的交流电压的顺序不限于上述的顺序，可变放大电路140C也可以在将各表侧电极110选择为检测电极111时，在输出振幅V_C2的交流电压之后，输出振幅V_C1的交流电压。

在此，在将可变放大电路140C输出的交流电压的振幅设定为V_C1和V_C2而动作判定部171检测按压操作时，使用输出端子155的输出电压V₀。因此，在对动作判定部171判定有无按压操作的方法进行说明之前，在此，使用图3以及图4，对输出电压V₀的求出方法与交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C的振幅的关系进行说明。

图3是表示静电容传感器100的等效电路的图。在图3中，表示静电容传感器100之中的除了控制装置170以外的部分的等效电路。由于电容Cf通过指尖FT与检测电极111之间的距离、和指尖FT的接触面积而变化，因此表示为可变电容。同样地，由于电容Cs对应于基于按压操作的检测电极111与屏蔽电极130之间的距离d而变化，因此表示为可变电容。另外，以下，在不区分交流电压V_C1以及V_C2的情况下称为交流电压V_C。由于V_B>V_C1>V_C2，因此V_B>V_C。

在这样的结构的静电容传感器100中，下式(1)成立。式(1)是在检测电极111、驱动电极112以及屏蔽电极130之间通过电荷守恒定律而成立的式子，在电容Cq的电容器153中进行积分的电压是输出电压V₀的意思。此外，电容Cp＝Cp1+Cp2。在使用4个驱动电极112的情况下，电容Cp为检测电极111与4个驱动电极112之间产生的4个电容的合计值。

[数学式1]

Cf×V_B+(V_B-V_A)×Cp+(V_B-V_C)×Cs＝Cq×V_O (1)

若对式(1)进行变形，则输出端子155的输出电压V₀由下式(2)表示。

[数学式2]

另外，检测电极111与屏蔽电极130之间的电容Cs由下式(3)表示。此外，ε0为真空中的介电常数，εr为弹性电介质120的相对介电常数，s为检测电极111的面积，d为检测电极111与屏蔽电极130之间的距离(间隙)。若距离d变小则电容Cs增大。

[数学式3]

在此，作为一个例子，由于动作判定部171基于可变放大电路140C输出交流电压V_C1时的电容Cf来判定指尖FT的接近以及接触，因此将V_C1代入式(2)的V_C来求出输出电压V₀即可。

图4是表示交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C的波形的一个例子的图。在静电容传感器100中，在交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C之间具有V_A≥V_B>V_C的关系。即，交流电压V_A的振幅为交流电压V_B的振幅以上，并且交流电压V_C的振幅小于交流电压V_B的振幅。

在此，虽然作为一个例子，将交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C设为相互不同，如图4所示，具有V_A>V_B>V_C的关系，但是对具有V_A≥V_B>V_C的关系的理由进行说明。

在式(2)中，各部分的电容之中，电容Cf和电容Cs根据接近程度和按压程度而变动。为了仅通过输出电压V₀来检测指尖FT向检测电极111上的盖101的接近、接触以及按压，只要使得按接近、接触以及按压的顺序而电压V₀增大即可。

在此，关于有无接近和有无接触，使用判定阈值V1、V2来对输出电压V₀进行判定，关于有无按压，使用图5来通过后述的方法进行判定。在此，对有无接近和有无接触的判定方法进行说明。

在设为接近用的判定阈值V1、接触用的判定阈值V2时，将这些设为具有V1＜V2的关系。并且，在输出电压V₀的振幅V₀为V1以上且小于V2时检测为接近，在输出电压V₀的振幅V₀为V2以上时检测为接触即可。这样，能够基于输出电压V₀的振幅V₀，来检测指尖FT向盖101的接近、接触。

在此，式(2)中的Cf×V_B项的值随着指尖FT接近盖101而增大。另外，为了使得式(2)中的(V_B-V_C)×Cs项的值随着通过指尖FT按压盖101而增大，交流电压V_B>交流电压V_c即可。由此，交流电压V_B>交流电压V_C成立。

另外，通过使施加于驱动电极112的交流电压V_A比交流电压V_B大，从而降低检测电极111与地之间的寄生电容的影响、除了检测电极111与其正下方的屏蔽电极130的电容耦合以外的电容耦合。另外，在检测电极111与地之间的寄生电容的影响较小的情况下，交流电压V_A与交流电压V_B也可以相等。因此，交流电压V_A≥交流电压V_B即可。

通过使用这样的交流电压V_A≥交流电压V_B的关系，能够在进行指尖FT向盖101的接近、接触以及按压的过程中，使式(2)中的Cf×V_B项的值和式(2)中的(V_B-V_C)×Cs项的值的增大稳定地反映至输出电压V₀。在此，作为一个例子，设为满足交流电压V_A>交流电压V_B的关系。

此外，关于有无按压，为了使用图5通过后述的方法来进行判定，也可以式(2)中的(V_B-V_C)×Cs项的值并不随着通过指尖FT按压盖101而增大。由于交流电压V_B>交流电压V_C成立有助于式(2)中的(V_B-V_C)×C_s项的值随着通过指尖FT按压盖101而增大，因此容易对应于输出电压V₀的电压的增大来判定按压程度的增大，但是交流电压V_B>交流电压V_C的关系不是必须的。

图5是表示静电容传感器100中的电容Cf、C_s和输出电压V₀的时间变化的图。在图5的(A)中，横轴示出时间(没有单位)，纵轴示出电容Cf、Cs(pf)。在图5的(A)中，在静电容传感器100的能够检测的范围内不存在指尖FT的状态(无操作状态)是时刻0，随着时间的经过，指尖FT向盖101的表面接近、接触，在时刻约为7的时间点按压表面。

如图5的(A)所示，从时刻0开始时间经过，并且电容Cf、Cs增大，但是电容Cs的变化量比电容Cf小。另外，若在时刻约为7之后盖101的表面被按压，则电容Cs细微地增大，但是到时刻8.5左右为止电容Cf也增大。因此，难以仅根据电容Cs来判定有无按压。

在图5的(B)中，以虚线表示位于通过指尖FT进行按压的位置的检测电极111所得到的输出电压V₀₁，以单点划线表示输出电压V₀₂，以双点划线表示由V₀₂-V₀₁得到的电压，以实线表示从V₀₂-V₀₁的电压中消除偏移电压的电压(消除偏移后)。在图5的(C)中，表示缩小了图5的(B)中以实线表示的V₀₂-V₀₁(消除偏移后)的纵轴的比例尺的图表。

输出电压V₀₁是可变放大电路140C正在输出交流电压V_C1时的检测部150的输出电压。即，输出电压V₀₁是将V_C1代入式(2)的V_C所求出的输出电压。另外，输出电压V₀₂是可变放大电路140C正在输出交流电压V_C2时的检测部150的输出电压。即，输出电压V₀₂是将V_C2代入式(2)的V_C所求出的输出电压。由于V_C1>V_C2，因此V₀₁＜V₀₂。因此，作为电压差，使用V₀₂-V₀₁(>0)。电压V₀₂-V₀₁是从输出电压V₀₂中减去输出电压V₀₁的电压，V₀₂-V₀₁(消除偏移后)是从电压V₀₂-V_0l中除去了在静电容传感器100的能够检测的范围内不存在指尖FT的状态(无操作状态)下的输出电压V₀₁、V₀₂的值(偏移电压)的电压。

在此，作为一个例子，由于在各检测电极111被选择时，在可变放大电路140C输出振幅V_C1的交流电压之后，施加振幅V_C2的交流电压，因此输出电压V₀₁可先于输出电压V₀₂而得到。输出电压V₀₁、V₀₂通过保持部172而暂时地被保持，动作判定部171基于通过保持部172保持的输出电压V₀₁、V₀₂来判定有无按压。示出图5的(B)所示的输出电压V₀₁、输出电压V₀₂、V₀₂-V₀₁、V₀₂-V₀₁(消除偏移后)的图表是如下图表：在各检测电极111的选择被反复进行时，将位于通过指尖FT进行按压的位置的检测电极111所得到的输出电压V₀₁、输出电压V₀₂、V₀₂-V₀₁、V₀₂-V₀₁(消除偏移后)的值以时间序列排列。

如图5的(B)所示，虽然输出电压V₀₁、V₀₂的电压值不同，但是随着时间经过而同样地变化。另外，如图5的(B)所示，电压V₀₂-V₀₁和V₀₂-V₀₁(消除偏移后)仅电压值不同，相对于时间的变化相等。

在图5的(C)中扩大表示的V₀₂-V₀₁(消除偏移后)在时刻约为7的时间点从0V开始上升，与指尖FT开始按压的间点一致。因此，若动作判定部171针对使可变放大电路140C的输出变化为交流电压V_C1以及V_C2而得到的输出电压V₀₁以及V₀₂的差，使用适当的阈值来判定有无按压，则能够排除按压所引起的电容Cf的变化的影响来正确地检测进行了按压。

因此，能够提供可容易地检测通过指尖FT按压了盖101的静电容传感器100。

由于检测部150具有运算放大器152，所述运算放大器152具有与1个以上的检测电极111连接的反相输入端子、和与放大电路140B连接的正相输入端子，并进行负反馈动作，因此能够使输入至正相输入端子的交流电压V_B反映至反相输入端子并施加至检测电极111，从而正确地检测通过指尖FT按压了盖101。

另外，由于输出电压V₀由式(1)表示，因此基于输出电压V₀，能够容易地检测通过指尖FT按压了盖101。

另外，由于交流电压V_A、交流电压V_C以及交流电压V_B的振幅在指尖FT的按压未进行的状态下，被设定为使得式(1)中的(V_B-V_A)×Cp项与(V_B-V_C)×Cs项抵消的这样的振幅V_A、V_B以及V_C，因此在式(2)中，能够使电容Cf的动态范围增大。

静电容传感器100即使在不存在指尖FT的状态(无操作状态)下，也输出与检测电极111以及驱动电极112和周围的物体之间产生的电容相应的输出电压V₀。

在此，在从无操作状态起指尖FT开始接近检测电极111时，为了容易检测指尖FT的接近，则使电容Cf的动态范围增大即可。在无操作状态下，若使交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C具有式(2)中的(V_B-V_A)×Cp项与(V_B-V_C)×Cs项抵消的关系，则能够在式(2)中使电容Cf的动态范围增大。

因此，也可以将交流电压V_A、交流电压V_B以及交流电压V_C设定为使得在无操作状态下(V_B-V_A)×Cp项与(V_B-V_C)×Cs项抵消的振幅V_A、V_B以及V_C。在无操作状态下容易检测指尖FT向盖101的接近。

另外，由于放大电路140B向通过选择部160B选择的检测电极111输出交流电压V_B，因此能够以简单的结构来可靠地进行检测电极111的选择，能够容易地检测通过指尖FT按压了盖101。

另外，由于动作判定部171基于可变放大电路140C将交流电压V_C的振幅设定为给定的振幅(例如V_C1)时检测部150的输出(例如V₀₁)，来判定进行了指尖FT向盖101的接近或者接触，因此除了按压以外也能够检测接近和接触。因此，能够对接触和按压分配不同的功能，以使得若进行接触，则选择在接触的位置以GUI(Graphic User Interface，图形用户界面)等显示的内容，若进行按压，则确定选择的内容。

另外，由于动作判定部171基于在可变放大电路140C将交流电压V_C的振幅变更为多个振幅(例如V_C1、V_C2)时通过保持部172分别保持的检测部150的多个输出电压(例如V₀₁、V₀₂)，来判定进行了按压，因此能够可靠地保持在时间序列上不同的定时得到的多个输出电压(例如V₀₁、V₀₂)，能够正确地检测通过指尖FT按压了盖101。

另外，动作判定部171在检测部150与各检测电极111连接的状态下，基于可变放大电路140C针对每个该连接的检测电极111而将交流电压V_C的振幅变更为多个振幅(例如V_C1、V_C2)时分别得到的检测部150的多个输出电压(例如V₀₁、V₀₂)，来判定在盖101之中的与该连接的检测电极111对应的位置进行了按压。因此，能够在指尖FT相对于盖101的位置几乎相同的状态下，检测对屏蔽电极130施加多个振幅的交流电压(例如V_C1、V_C2)时的电容Cs，并能够使用基于所施加的交流电压(例如V_C1、V_C2)的差的输出电压(例如V_C1、V_C2)的差，来正确地检测通过指尖FT按压了盖101。

另外，由于作为施加交流电压V_A的驱动部，将多个表侧电极110所包含的检测电极111以外的表侧电极110之中的检测电极111的邻侧的表侧电极110作为驱动电极112来使用，因此能够利用检测电极111和驱动电极112之间的电容Cp，基于输出电压V₀来检测指尖FT向盖101的接近、接触以及按压。由于利用检测电极111和驱动电极112之间的电容Cp，因此通过使用相邻的表侧电极110彼此的电容Cp，能够基于输出电压V₀来稳定地检测指尖FT向盖101的接近、接触以及按压。

另外，关于交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C，也可以具有V_A≥V_B>V_C的关系。另外，通过使用具有这样的关系的交流电压V_A、交流电压V_B、交流电压V_C，由于伴随着指尖FT进行接近、接触以及按压而输出电压V₀增大，因此基于输出电压V₀，能够容易地判定指尖FT的动作。

另外，静电容传感器100在将放大电路140A与通过选择部160A选择为驱动电极112的2个表侧电极110连接，并且在将输入端子151与通过选择部160B选择为检测电极111的表侧电极110连接的状态下，不进行针对检测电极111以及驱动电极112的电路的切换等，就能够基于检测部150的输出端子155的输出电压V₀，来检测指尖FT向盖101的接近、接触以及按压。

另外，由于用于检测接近、接触以及按压的信号被一元化为输出电压V₀，因此将多个表侧电极110与放大电路140A、放大电路140B、可变放大电路140C、电源电路145以及检测部150连结的布线为最小限度即可，由于也能够实现检测部150的小型化，因此能够提供简化了结构的静电容传感器100。

另外，由于用于检测接近、接触以及按压的信号被一元化为输出电压V₀，因此能够将检测接近、接触以及按压的处理所需要的时间的增大抑制到最小限度，能够实现检测接近、接触以及按压的处理时间的缩短化。

另外，由于交流电压V_A、交流电压V_B、以及交流电压V_C是正弦波，因此能够使用放大电路140A、放大电路140B、可变放大电路140C、电源电路145，基于式(2)容易地求出输出电压V₀。另外，基于这样求出的输出电压V₀，能够稳定地检测指尖FT向盖101的接近、接触以及按压。

此外，以上，对放大电路140A、放大电路140B以及可变放大电路140C放大电源电路145输出的给定的频率的交流电压并分别输出交流电压V_A、V_B、V_C1以及V_C2的方式进行了说明。然而，输出交流电压V_A、V_B、V_C1以及V_C2的电路并不限定于上述这样的电路。只要能够对齐交流电压V_A、V_B、V_C1以及V_C2的相位，并分别调整为适当的振幅即可，例如，也可以在设置了使多个电源的相位一致的电路的基础上，设置多个电源电路。

另外，以上对交流电压V_A、交流电压V_B、以及交流电压V_C是正弦波的方式进行了说明，但是交流电压V_A、交流电压V_B以及交流电压V_C也可以是矩形波。在该情况下，电源电路145输出代替正弦波状的交流电压的矩形波状的交流电压即可。即使使用代替正弦波的矩形波，也能够基于输出电压V₀的振幅V₀，同样地检测指尖FT向盖101的接近、接触以及按压。

此外，以上，对使用如图1所示的配置为矩阵状的多个表侧电极110的方式进行了说明。然而，静电容传感器100包含的多个表侧电极110并不限于这样的结构。例如，也可以是如下结构：多个表侧电极110基于在行方向(X方向)延伸并排列于Y方向的多个电极、和在列方向(Y方向)延伸并排列于X方向的多个电极的静电容的变化，来检测指尖FT向盖101的接近、接触以及按压。在行方向(X方向)延伸并排列于Y方向的多个电极、和在列方向(Y方向)延伸并排列于X方向的多个电极也可以是在俯视下被图案化为金刚石型的电极。

<实施方式2>

图6是表示实施方式2的静电容传感器200的图。静电容传感器200包含检测电极111、驱动电极112、弹性电介质120、屏蔽电极130、放大电路140A、放大电路140B、可变放大电路140C、电源电路145、检测部150以及切换开关261、262。切换开关261、262是从表侧电极110中选择1个以上的检测电极111的选择部的一个例子。在图6中，关于检测电极111、驱动电极112、弹性电介质120、屏蔽电极130，表示在XY平面内的平面的结构。另外，在图6中省略盖101。

在实施方式2中，说明如下方式：静电容传感器200包含2个表侧电极110，将一个作为检测电极111来使用，将另一个作为驱动电极112来使用。此外，对于实施方式1的静电容传感器100同样的结构要素赋予相同附图标记，省略其说明。

切换开关261、262均为3端子型的开关，能够通过检测电极111和驱动电极112来切换放大电路140A和输入端子151的连接目的地。在图6中，表示如下状态：通过切换开关261、262，将-X方向侧的表侧电极110作为检测电极111使用并连接至输入端子151，将+X方向侧的表侧电极110作为驱动电极112来使用并连接至放大电路140A。然而，若通过对切换开关261、262进行切换，从而将+X方向侧的表侧电极110连接至输入端子151，将-X方向侧的表侧电极110连接至放大电路140A，则能够将-X方向侧的表侧电极110作为检测电极111来使用，并且将+X方向侧的表侧电极110作为驱动电极112来使用。

若将检测电极111与驱动电极112之间的电容(静电容)设为Cp，则与实施方式1的静电容传感器100同样地，式(2)成立。因此，若动作判定部171针对使可变放大电路140C的输出变化为交流电压V_C1以及V_C2而得到的输出电压V01以及V02的差，使用适当的阈值来判定有无按压，则能够排除按压所引起的电容Cf的变化的影响来正确地检测进行了按压。

因此，与实施方式1的静电容传感器100同样地，能够提供可容易地检测通过指尖FT按压了盖101的静电容传感器200。

另外，动作判定部171由于基于可变放大电路140C将交流电压V_C的振幅设定为给定的振幅(例如V_C1)时检测部150的输出，来判定进行了指尖FT向盖101的接近或者接触，因此除了按压以外也能够检测接近和接触。因此，能够对接触和按压分配不同的功能，以使得若进行接触，则选择在接触的位置以GUI等显示的内容，若进行按压，则确定选择的内容。

另外，在将-X方向侧的表侧电极110作为检测电极111来使用、并且在将+X方向侧的表侧电极110作为驱动电极112来使用的情况下，也同样地，能够基于检测部150的输出端子155的输出电压V₀，来感知指尖FT向检测电极111的接近、接触以及按压。

因此，通过将2个表侧电极110的一个作为检测电极111使用，将另一个作为驱动电极112来使用，从而能够感知指尖FT向检测电极111的接近、接触以及按压。

另外，静电容传感器200包含作为从表侧电极110中选择检测电极111的选择部的切换开关261、262，放大电路140B向通过切换开关261、262选择检测电极111输出交流电压V_B。因此，通过追加作为最小限度的电路的切换开关261、262，能够将2个表侧电极110的一者和另一者切换地设定为检测电极111或者驱动电极112的任一者，基于输出电压V₀检测指尖FT(检测对象物)向盖101的接近、接触以及按压。

此外，在实施方式2中，对将2个表侧电极110的一者作为检测电极111来使用、将另一者作为驱动电极112来使用的方式进行了说明，但是例如在静电容传感器200包含排列于X方向3个表侧电极110的情况下，如下即可。在将与切换开关261、262同样的3个切换开关与3个表侧电极110连接、并将-X方向侧的表侧电极110作为检测电极111来使用的情况下，将X方向的中央的表侧电极110和+X方向侧的表侧电极110作为驱动电极112来使用，感知指尖FT向检测电极111的接近、接触以及按压。在将+X方向侧的表侧电极110作为检测电极111来使用的情况下，与之相反即可。

在将X方向的中央的表侧电极110作为检测电极111来使用的情况下，将-X方向侧和+X方向侧的表侧电极110作为驱动电极112来使用，感知指尖FT向检测电极111的接近、接触以及按压即可。另外。也能够将除了检测电极111以外的表侧电极110之中的1个作为驱动电极112来使用，剩余的表侧电极110浮接来使用。

另外，在表侧电极110的数量为4个以上的情况下，例如，通过设置多个如图6所示的静电容传感器200，来感知向选择为检测电极111的表侧电极110的接近、接触以及按压即可。

＜实施方式3>

图7是表示实施方式3的静电容传感器300的图。静电容传感器300包含盖101、基板102、检测电极111、弹性电介质120、屏蔽电极130、放大电路140A、放大电路140B、可变放大电路140C、电源电路145、检测部150、电容器370以及端子380。

在实施方式3中，对静电容传感器300包含1个表侧电极110、作为检测电极111来使用的方式进行说明。此外，对与实施方式1的静电容传感器100同样的结构要素赋予相同附图标记，省略其说明。

电容器370代替实施方式1中的检测电极111与2个驱动电极112之间的电容Cp而设置，具有电容Cp3。作为一个例子，电容Cp3与实施方式1中的电容Cp相等。

端子380是驱动部的一个例子，与检测电极111之间经由电容Cp3而耦合。本实施方式中的端子380是代替实施方式1中的2个驱动电极112而从放大电路140A输出交流电压V_A的结构要素。

由于检测电极111和指尖FT之间的电容Cf、以及检测电极111和屏蔽电极130之间的电容Cs分别与实施方式1的电容Cf以及电容Cs同样，因此检测部150的输出端子155的输出电压V₀能够与实施方式1同样地，以式(2)来示出。

因此，若动作判定部171针对使可变放大电路140C的输出变化为交流电压V_C1以及V_C2而得到的输出电压V₀₁以及V₀₂的差，使用适当的阈值来判定有无按压，则能够排除按压所引起的电容Cf的变化的影响来正确地检测进行了按压。

因此，能够提供与实施方式1的静电容传感器100同样地可容易地检测通过指尖FT按压了盖101的静电容传感器300。

另外，动作判定部171由于基于可变放大电路140C将交流电压V_C的振幅设定为给定的振幅(例如V_C1)时检测部150的输出，来判定进行了指尖FT向盖101的接近或者接触，因此除了按压以外也能够检测接近和接触。因此，能够对接触和按压分配不同的功能，以使得若进行接触，则选择在接触的位置以GUI等显示的内容，若进行按压，则确定选择的内容。

此外，在实施方式3中，对将1个表侧电极110作为检测电极111来使用的静电容传感器300进行了说明，但是在存在多个表侧电极110的情况下，例如，通过设置多个如图7所示的静电容传感器300，将各表侧电极110作为检测电极111来使用，从而感知向各检测电极111的接近、接触以及按压即可。

以上，对本发明的示例性的实施方式的静电容传感器进行了说明，但是本发明并不限定于具体公开的实施方式，只要不脱离权利要求书，就能够进行各种的变形、变更。

此外，本国际申请要求基于2021年9月30日申请的日本国专利申请2021-161423的优先权，其全部内容通过在此的参照而援引于本国际申请。

-附图标记说明-

100、200、300 静电容传感器

101 盖

102 基板

110 表侧电极

111 检测电极

112 驱动电极

120 弹性电介质

130 屏蔽电极

140A 放大电路(与电源电路145都是第1电压输出部的一个例子)

140B 放大电路(与电源电路145都是第3电压输出部的一个例子)

140C 可变放大电路(与电源电路145都是第2电压输出部的一个例子)

145 电源电路

150 检测部

151 输入端子

152 运算放大器

153 电容器

154 电阻器

155 输出端子

160A、160B 选择部

170 控制装置

171 动作判定部

172 保持部

261、262 切换开关(选择部的一个例子)

370 电容器

380 端子。

Claims (9)

1.一种静电容传感器，其特征在于，包含：

1个或者多个表侧电极，包含1个以上的检测电极；

盖，配置于所述1个或者多个表侧电极的表侧；

弹性电介质，设置于所述1个或者多个表侧电极的背侧；

屏蔽电极，设置于所述弹性电介质的背侧；

第1电压输出部，向经由电容而与所述1个以上的检测电极耦合的驱动部输出第1交流电压；

第2电压输出部，将与所述第1交流电压相同相位的第2交流电压输出至所述屏蔽电极；

检测部，与所述1个以上的检测电极连接，检测与所述1个或者多个表侧电极的电容相应的输出；和

动作判定部，根据所述检测部的输出来判定检测对象物的动作，

所述第2电压输出部能够变更所述第2交流电压的振幅，

所述动作判定部基于所述第2电压输出部将所述第2交流电压的振幅变更为多个振幅时分别得到的所述检测部的多个输出，来判定进行了所述检测对象物的向所述盖的按压。

2.根据权利要求1所述的静电容传感器，其中，

所述静电容传感器还包含：第3电压输出部，输出与所述第1交流电压相同相位的第3交流电压，

所述检测部具有：运算放大器，具有与所述1个以上的检测电极连接的反相输入端子、和与所述第3电压输出部连接的正相输入端子，并进行负反馈动作。

3.根据权利要求2所述的静电容传感器，其中，

若将所述检测电极与所述检测对象物的电容设为Cf，将所述检测电极与所述驱动部的电容设为Cp，将所述检测电极与所述屏蔽电极的电容设为Cs，将所述第1交流电压设为V_A，将所述第2交流电压设为V_C，将所述第3交流电压设为V_B，将连接于所述运算放大器的输出端子与所述正相输入端子之间的电容器的电容设为Cq，将所述输出端子的输出电压设为V₀，则所述输出电压V₀由下式(1)表示，

[数学式1]

4.根据权利要求3所述的静电容传感器，其中，

所述第1交流电压、所述第2交流电压以及所述第3交流电压的振幅在未进行所述检测对象物的所述按压的状态下，被设定为使得所述式(1)中的(V_B-V_A)×Cp项和(V_B-V_C)×Cs项抵消的这样的振幅V_A、V_B以及V_C。

5.根据权利要求2至4的任一项所述的静电容传感器，其中，

所述静电容传感器还包含：选择部，从所述1个或者多个表侧电极中选择所述1个以上的检测电极，

所述第3电压输出部向通过所述选择部选择的所述1个以上的检测电极输出所述第3交流电压。

6.根据权利要求1至5的任一项所述的静电容传感器，其中，

所述动作判定部基于在所述第2电压输出部将所述第2交流电压的振幅设定为给定的振幅时的所述检测部的输出来判定进行了所述检测对象物向所述盖的接近或者接触。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的静电容传感器，其中，

所述静电容传感器还包含：保持部，保持所述检测部的输出，

所述动作判定部基于所述第2电压输出部将所述第2交流电压的振幅变更为多个振幅时通过所述保持部分别保持的所述检测部的多个输出，来判定进行了所述按压。

8.根据权利要求1至7的任一项所述的静电容传感器，其中，

所述1个以上的检测电极是多个检测电极，所述1个或者多个表侧电极是包含所述多个检测电极的多个表侧电极，

所述检测部依次与所述多个检测电极各自连接，并且在与各检测电极连接的状态下检测与所述多个表侧电极的电容相应的输出，

所述动作判定部在所述检测部与各检测电极连接的状态下，基于所述第2电压输出部针对每个该连接的检测电极而将所述第2交流电压的振幅变更为多个振幅时分别得到的所述检测部的多个输出，来判定在所述盖之中的与该连接的检测电极对应的位置进行了所述按压。

9.根据权利要求1至8的任一项所述的静电容传感器，其中，

所述1个或者多个表侧电极是多个表侧电极，

所述驱动部是所述多个表侧电极所包含的所述1个以上的检测电极以外的表侧电极之中的至少1个表侧电极。