CN1235022C - 静电电容式传感器 - Google Patents

Abstract

在FPC的第1面上形成电容元件用电极，同时，在第2面上形成位移电极。并且，通过在连结部中弯曲FPC，使得在第1面上第2面相对，在电容元件用电极和位移电极之间构成电容元件。

Description

静电电容式传感器

技术领域

本发明涉及适合用于检测从外部所施加的力的静电电容式传感器。

背景技术

静电电容式传感器通常被用作将由操作者所施加的力的大小和方向变换为电信号的装置。例如，作为便携电话的输入装置，利用将进行多维方向的操作输入用的静电电容式传感器作为所谓的操纵杆组装的装置。

在静电电容式传感器中，可输入具有规定动态范围的操作量来作为由操作者所施加的力的大小。另外，也可用作可将所施加的力分为各个方向分量而检测出的二维或三维传感器。

这里，例如，在本申请申请人根据专利合作条约于2000年12月27日提交的国际申请PCT/JP00/09355号说明书中，记载了如图11所示的静电电容式传感器501。静电电容式传感器501具有衬底520、作为通过人等的操作而从外部施加力的操作用部件的检测部件530、具有导电性的位移电极512、在衬底520上形成的电容元件用电极E501～E505和基准电极(公共电极)E500、密合于电容元件用电极E501～E505和基准电极E500并覆盖衬底520形成的绝缘膜513、将检测部件530和位移电极512支撑固定到衬底520的支撑部件560。

如图12所示，在衬底520上形成将原点O设为中心的圆形电容元件用电极E505、在其外侧的扇形电容元件用电极E501～E504、进一步在其外侧以原点O为中心的环状基准电极E500。在位移电极512和各个电容元件用电极E501～E505之间构成电容元件。

这里，在静电电容式传感器501中，对电容元件用电极E501～E505输入时钟信号等信号。并且，在将信号输入到电容元件用电极E501～E505的状态下，当检测部件530接受到来自外部的力而位移时，随之位移电极512沿Z轴方向位移。这样，通过改变在位移电极512和各个电容元件用电极E501～E505之间构成的电容元件的电极间隔，改变该各个电容元件的静电容量值，并在输入到电容元件用电极E501～E505的信号的相位中产生偏差。这样，利用在输入信号中所产生的相位偏差，可知检测部件530位移，即，可得知检测部件530从外部接受到的力的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的大小和方向。

在静电电容式传感器501中，当变更检测部件530的形状时，电容元件的静电容量值的变化特性相对于向检测部件530的操作力改变，从而静电电容式传感器501作为操纵杆的操作性变化了。因此，在静电电容式传感器501被安装到例如便携电话、便携信息终端(个人数字助理：PDA)等设备的情况下，每次模块变更该设备时，必须把握作为该模块的操纵杆的操作性来调整控制电路和软件。

另外，在静电电容式传感器501中，在位移电极512和形成电容元件用电极E501～E505的衬底520被各自分别制作后，才组装两者。因此，直到静电电容式传感器501组装完成之前，该传感器都不具有作为操纵杆的功能，所以不能确认其性能。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种静电电容式传感器，即使变更检测部件的形状等情况下，传感器部的特性也不会发生很大变化。

本发明的另一个目的是提供一种静电电容式传感器，即使没有完成全部的组装，在传感器部单体下也能确认其特性。

根据本发明的第1方面，提供了一种静电电容式传感器，包括：检测部件；与所述检测部件相对的第1电极；在所述检测部件和所述第1电极之间，与所述第1电极之间构成电容元件且随着所述检测部件的位移，可与此沿同方向位移的第2电极；设有所述第1电极和所述第2电极两者的一个具有挠性的衬底，利用输入到所述第1电极的信号，根据检测出因所述第1电极和所述第2电极的间隔变化而引起的所述电容元件的静电容量值的变化，可识别所述检测部件的位移。

根据该构成，通过适当弯曲设有第1及第2电极的一个衬底，将传感器部构成(单元化)为一体后，组装该传感器部和检测部件。因此，即使在检测部件(键盘)的形状或大小发生变更时，也几乎不改变电容元件的静电容量值对于向检测部件的操作力的变化特性。因此，在将静电电容式传感器安装在例如便携电话等设备的情况下，即使变更该传感器的外观(图案设计)或检测部件的形状等，也可共用被单元化后的传感器部，因此每次模块变更该设备时，不需要把握该模块的作为操纵杆的操作性，来调整控制电路和软件。

另外，由于传感器部一体构成，所以即使没有与其他部件组装完成，也可在传感器单体下确认其性能。因此，以单元单位来预先检查传感器部的电容元件的静电容量值的大小等，可仅挑选具有规定范围内的静电容量值的传感器部(合格品)，可抑制作为传感器的不合格品的产生，提高传感器的成品率。

所谓“可识别检测部件的位移”与“可识别从外部施加到检测部件的力”具有大致相同的意思。

另外，本发明的静电电容式传感器也可将所述第1电极和所述第2电极都设置到所述衬底的一个面上。根据这样的构成，由于各个电极都被设置到一个衬底的一个面上，所以可进一步简略传感器的制造工序，降低制造成本。

另外，本发明的静电电容式传感器还可包括各自分别支撑所述检测部件和所述衬底的支撑部件。根据该构成，由于分别独立支撑检测部件和设有第1和第2电极的衬底，故可容易地仅交换两者的其中一个。

本发明还包括一种静电电容式传感器，其特征在于，包括：

检测部件(30)；

电容元件用电极(E1-E4)，与所述检测部件(30)相对；

位移电极(E0)，在所述检测部件(30)和所述电容元件用电极(E1-E4)之间，与所述电容元件用电极(E1-E4)之间构成电容元件，且随着所述检测部件(30)发生位移，可沿与其相同的方向位移；

一个挠性印刷电路板(11)，设有所述电容元件用电极(E1-E4)和所述位移电极(E0)，可使两者可相对；

利用输入到所述电容元件用电极(E1-E4)的信号，根据检测出因所述电容元件用电极(E1-E4)和所述位移电极(E0)的间隔的变化而引起的所述电容元件的静电容量值的变化，可识别所述检测部件(30)的位移。

附图说明

与相关的附图相结合，从下述描述中本发明的其他和进一步目的，特征和优点将能更全面地呈现：

图1是根据本发明实施例的静电电容式传感器的模式截面图；

图2是图1的静电电容式传感器的检测部件的俯视图；

图3是表示图1的静电电容式传感器的传感器单元的简略结构图；

图4是对图1所示的静电电容式传感器的构成的等效电路图；

图5是对图1所示的静电电容式传感器的方向按钮向X轴正方向操作时的侧面模式的截面图；

图6是对图1所示的静电电容式传感器的中央按钮进行操作时的侧面模式的截面图

图7是说明从输入到图1所示的静电电容式传感器的周期信号导出输出信号的方法用的说明图；

图8是表示图1所示的静电电容式传感器的信号处理电路的电路图；

图9是表示对于图1所示的静电电容式传感器的X轴方向分量的信号处理电路的电路图；

图10是表示图9所示的信号处理电路的各端子和各节点的周期信号的波形图；

图11是现有的静电电容式传感器的模式截面图；

图12是表示在图11的静电电容式传感器的衬底上形成的多个电极配置的图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的最佳实施例。

首先，参照附图，说明根据本发明实施例的静电电容式传感器1的构成。图1是根据本发明实施例的静电电容式传感器的模式截面图。图2是图1的静电电容式传感器的检测按钮的俯视图。

静电电容式传感器1具有传感器单元10、衬底20、通过由人等操作而从外部施加力的操作用检测按钮30、将检测按钮30支撑固定到衬底20上的支撑部件60、配置在检测按钮30和支撑部件60之间的树脂薄片70、和覆盖盒80(cover case)。

另外，传感器单元10，具有挠性衬底(FPC)11、在FPC11上形成的电容元件用电极E1～E4(在图1中只示出E1和E2)，位移电极E0、基准电极(公共电极)E11、决定开关用固定电极E21和决定开关用可动电极E22等多个电极、和树脂薄片90。

这里，为便于说明，如图所示，定义XYZ三维坐标系，参照该坐标系的同时说明各部件的配置。即，在图1中，将原点O定义为传感器单元10的FPC11上的决定开关用固定电极E21的中心位置，分别将X轴定义为右水平方向，将Z轴定义为上垂直方向，将Y轴定义为垂直于纸面的向里方向。因此，FPC11的第1面11a(参照图3)的表面规定为XY平面，传感器单元10上方的检测按钮30的中心位置通过Z轴。

衬底20是通常的电子电路用的印刷电路板，在该例中使用玻璃环氧衬底。另外，作为衬底20，虽然也可使用聚酰亚胺薄膜等的薄膜状衬底，但是由于用薄膜状衬底时具有挠性，所以最好配置到具有充分刚性的支撑衬底上使用。在本发明的实施例中，在衬底20上设有传感器电路(电子电路)。

支撑部件60是平板状的部件，例如由硅氧橡胶等具有弹性的材料形成。另外，在支撑部件60的下面形成比传感器单元10大的大致矩形的朝向下方的凹部60a，进行配置，使得支撑部件60下面的凹部60a以外的部分接触到衬底20。

另外，在支撑部件60的凹部60a的底面上，在对应于决定开关用固定电极E21的位置上形成突起体61，在对应于电容元件用电极E1～E4的位置上分别形成突起体62。覆盖盒80例如是由树脂形成的部件，在树脂薄片70的上面进行配置，以覆盖检测按钮30的周围。

这里，在本实施例中，由于在支撑部件60上形成突起体61、62，所以可使决定开关用可动电极E22的顶部附近和相对于电容元件用电极E1～E4的位移电极E0的各个规定部分高效地位移。此外，也可不一定形成突起体61、62。

检测按钮30由以Z轴为中心的圆形中央按钮31、配置在中央按钮31的外侧的环状方向按钮32构成。这里，中央按钮31的直径比基准电极E11的外径稍大。另外，如图2所示，方向按钮32由成为受力部的小径的上台阶部32a、和从上台阶部32a的下端部向外侧突出的大径的下台阶部32b构成。上台阶部32a的外径比可联结各电容元件用电极E1～E4的各自的外侧曲线的圆的直径稍小，下台阶部32b的外径比可联结各电容元件用电极E1～E4的各自的外侧曲线的圆形直径稍大。另外，虽然中央按钮31和方向按钮32最好是不同部件，但也可是同一部件。

这里，中央按钮31粘接固定到支撑部件60上的树脂薄片70上面，使得对应于决定开关用固定电极E21、决定开关用可动电极E22和基准电极E11。另外，方向按钮32由作为覆盖盒80的一部分的停止部80a按压其下台阶部32b，在树脂薄片70上面通过止拔构造配置，以对应于电容元件用电极E1～E4。这样，方向按钮32的外径还比由覆盖盒80的停止部80a的前端部形成的圆的直径大，所以不从覆盖盒80鼓出。而且，方向按钮32也可粘接固定到树脂薄片70上面。另外，中央按钮31和树脂薄片70也可一体成型。

如图2所示，在方向按钮32的上台阶部32a上面形成对应于操作方向(光标的移动方向)的箭头，以分别对应于X轴和Y轴的正方向和负方向，即对应于电容元件用电极E1～E4。

另外，通过将分别嵌插到所形成的贯穿孔(图中未示)中的固定螺钉(图中未示)螺结到其所对应的螺母上(图中未示)，使各部件不彼此分离地来固定衬底20、支撑部件60、树脂薄片70和覆盖盒80。

下面，参照附图，同时说明本实施例的静电电容式传感器1中包含的传感器单元10的构成。图3是表示静电电容式传感器的传感器单元的简略结构图。在图3中，省略了决定开关用可动电极E22及树脂薄片90的图示。

如图3所示，传感器单元10具有两个大致矩形的第1面11a和第2面11b和由连结两者的连结部11c构成的FPC11。这里，FPC11具有挠性，通过在连结部11c中的弯曲，可使第1面11a和第2面11b相对。

如图3所示，在第1面的11a上，通过根据将银或碳等作为原料的导电性油墨的丝网印刷，来形成将原点O作为中心的圆形的决定开关用固定电极E21、配置到决定开关用固定电极E21外侧的环状基准电极E11、作为配置到基准电极E11外侧的大致扇形的电容元件用电极E1～E4、和包含连接端子T1、T2、T0、T11、T21等的连接端子群。

另外，如图1所示，在第1面11a的中心位置附近的上方配置圆顶状的决定开关用可动电极E22，使其在接触到基准电极E11的同时，与决定开关用固定电极E21隔离，并覆盖该电极E21。这里，在对中央按钮31进行操作的情况下，当对决定开关用可动电极E22的顶部附近施加向下的力时，决定开关用可动电极E22随着点击感觉弹性变形，而接触到决定开关用固定电极E21上。其结果，由于经决定开关用可动电极E22电连接决定开关用固定电极E21和基准电极E11，所以可通过检测出两者间有无电连接，而作为开关利用。

并且，在第2面上，通过根据将银或碳等作为原料的导电性油墨的丝网印刷形成环状的位移电极E0。位移电极E0的外径与可联结各电容元件用电极E1～E4外侧曲线的圆的直径大致相同，其内径与可联结各电容元件用电极E1～E4的内侧曲线的圆的直径大致相同。在第2面11b的中心位置附近形成开口11d，其直径与位移电极E0的内径大致相同。

这里，配置电容元件用电极E1，使之对应于X轴正方向，配置电容元件用电极E2，使之对应于X轴负方向，用于检测出来自外部的力的X轴方向分量。另外，配置电容元件用电极E3，使之对应于Y轴正方向，配置电容元件用电极E4，使之对应于Y轴负方向，用于检测出来自外部的力的Y轴方向分量。另外，决定开关用固定电极E21被配置到原点O上，与决定开关用可动电极E22(参照图1)一起用于输入等的决定操作。

另外，一对电容元件用电极E1和电容元件用电极E2沿X轴方向隔离，并对Y轴线对称地配置。一对电容元件用电极E3和容量元件用电极E4沿Y轴方向隔离并对X轴线对称地配置。

除导电性油墨的印刷层之外，电容元件用电极E1～E4、位移电极E0等各电极也可由例如金属板、导电性塑料、硅氧橡胶等的导电性橡胶、导电性热可塑性树脂(PPT、合成橡胶)等形成。进而，电容元件用电极E1～E4、位移电极E0等的各电极和布线也可在聚酰亚胺等的树脂薄膜上由铜箔等的金属箔形成。在该情况下，露出的铜箔部最好为用焊锡、金或银等来电镀，防止酸化。

这里，如图1所示，在FPC11的表面上配置薄的树脂薄片90，使之密合于第1面11a上的各个电容元件用电极E1～E4的外缘附近和决定开关用可动电极E22的整个面，及第2面11b的位移电极E0的整个面，而覆盖FPC11。即，将树脂薄片90配置到在FPC11的表面中，除各个电容元件用电极E1～E4的中央部附近及对应于开口11d部分的区域上。

因此，在FPC11上设置电容元件用电极E1～E4、位移电极E0等的各电极后，当由连结部11c弯曲FPC11，使得第1面11a与第2面11b相对时，第1面11a上的树脂薄片90和第2面11b上的树脂薄片90对接。这时，由于树脂薄片90不配置在对应于各个电容元件用电极E1～E4的中央部附近的部分上，所以在电容元件用电极E1～E4的上面和覆盖位移电极E0的树脂薄片90的下面之间形成规定高度(高度几乎与树脂薄片90的厚度相同)的空隙。这样，在电容元件用E1～E4和位移电极E0之间构成电容元件C1～C4。如上所述，弯曲FPC11后，由粘接剂等粘接第1面11a和第2面11b上的树脂薄片90。

在本实施例中，通过引线(图中未示)将电容元件用电极E1～E4、位移电极E0、基准电极E11和决定开关用固定电极E21分别连接到连接端子T1、T2、T0、T11、T21上。经这些连接端子，连接到设置在衬底20上的传感器电路上。

下面，参照图4，说明静电电容式传感器1的电路构成。图4是对于图1所示的静电电容式传感器的构成的等效电路图。

在静电电容式传感器1中，在FPC11上的电容元件用电极E1～E4和位移电极E0之间构成电容元件C1～C4，该电容元件C1～C4由作为公共电极的可位移的位移电极E0和被固定的分立的电容元件用电极E1～E4构成。这里，电容元件C1～C4可为可变容量元件，构成为使得因位移电极E0的位置改变而改变各个静电容量值。

在决定开关用固定电极E21和决定开关用可动电极E22之间形成决定开关S1。即，取得接触基准电极E11的决定开关用可动电极E22与决定开关用固定电极E21接触的状态(开状态)和不与决定开关用固定电极E21接触的状态(关状态)的其中一个状态。

在本实施例中，经连接端子T0、T11分别将位移电极E0和基准电极E11接地。

下面，参照附图，说明根据如上述构成的本实施例的静电电容式传感器1的动作。图5是对示于图1的静电电容式传感器的方向按钮进行向X轴正方向操作情况下的侧面的模式截面图。图6示对示于图1的静电电容式传感器的中央按钮进行操作的情况下的侧面模式截面图。

首先，如图5所示，在对图1所示的检测按钮30不作用力时的状态中，考虑对方向按钮32进行向X轴正方向的操作的情况，即施加将箭头向衬底20侧按下的力(向Z轴负方向的力)，使对应于在方向按钮32的上台阶部32a上形成的X轴正方向的情况。

通过按下对应于方向按钮32的X轴正方向部分，支撑部件60和树脂薄片70产生弹性变形而弯曲，对应于支撑部件60的X轴正方向的突起部62向下方位移。由此，突起部62的前端部对接到FPC11的第2面11b的里面，向FPC11的第2面11b的突起部62对接的部分附近作用向下方向的力。

其后，继续，当按下方向按钮32的X轴正方向部分时，支撑部件60、树脂薄片70和FPC11进一步产生弹性变形而弯曲，位移电极E0向下方位移。因此，位移电极E0和电容元件用电极E1之间的间隔变小。由于通常电容元件的静电容量值与构成电容元件的电极的间隔成反比例，所以电容元件C1的静电容量值变大。

因此，当对方向按钮32进行向X轴正方向的操作时，在电容元件C1～C4中，只改变位移电极E0和电容元件用电极E1～E4之间的间隔有变化的电容元件C1的静电容量值。并且，这时，如后所详述的，输入到端子T1的周期信号A通过包含电容元件C1的延迟电路而在相位上生成偏差，通过读取该相位的偏差而导出输出信号Vx。

这时，位移电极E0和各电容元件用电极E2～E4的间隔几乎不发生变化。因此，电容元件C2～C4的静电容量值不发生变化，通过分别包含电容元件C2～C4的延迟电路，而在相位上不生成偏差。另外，在对方向按钮32进行向X轴正方向的操作的情况下，由于方向按钮32和支撑部件60的突起体62的位置关系，虽然也改变电容元件C2～C4的静电容量值，但是这些变化量与电容元件C1的静电容量值的变化量相比很小。

下面，如图6所示，在图1所示的对检测按钮30不作用力时的状态中，考虑对中央按钮31进行操作的情况，即，施加将中央按钮31向衬底20侧按下的力(向Z轴负方向的力)的情况。

通过按下中央按钮31，支撑部件60和树脂薄片70产生弹性变形而弯曲，对应于支撑部件60的决定开关用固定电极E21的突起部61向下方位移。由此，突起部61的前端部对接到决定开关用可动电极E22，对决定开关用可动电极E22的顶部附近作用向下方向的力。

并且，当其力不满足规定值时决定开关用可动电极E22几乎不发生位移，但是当其力达到规定值时，随着决定开关用可动电极E22的顶部附近部分压屈而急剧弹性变形，变成凹状态，从而与决定开关用固定电极E21接触。由此，决定开关S1从关状态切换到开状态。这时，对操作者提供清晰的点击感觉。

下面，参照图7～图10，说明从各电容元件C1～C4的静电容量值的变化，导出表示从外部向检测按钮30的方向按钮32加的力的大小和方向的输出信号的方法。图7是说明从输入到图1所示的静电电容式传感器的周期信号中导出输出信号的方法用的说明图。这里，输出信号Vx、Vy的变化分别表示来自外部的力的X轴方向分量和Y轴方向分量的大小和方向。

这里，为导出输出信号Vx、Vy，将时钟信号等的周期信号输入到端子T1、T2。并且，当方向按钮32在将周期信号输入到端子T1、T2的状态下，接受来自外部的力而位移时，随之位移电极E0沿Z轴负方向位移，电容元件C1～C4的电极间隔变化，各个电容元件C1～C4的静电容量值变化。这样一来，在输入到端子T1、T2的周期信号的相位上产生偏差。这样，利用在周期信号上所产生的相位偏差，可知位移方向按钮32，即，可得到表示方向按钮32从外部所接受到的力的X轴方向和Y轴方向的大小和方向的输出信号Vx、Vy。

进一步详细地说明，当将周期信号A输入到端子T1时，将与周期信号A有相同周期，且与周期信号A的相位不同的周期信号B输入到端子T2上。这时，方向按钮32从外部接受力，而分别改变各电容元件C1～C4的静电容量值时，在分别输入到端子T1、T2的周期信号A和周期信号B的至少一个的相位上生成偏差。即，当电容元件C1、C3的静电容量值变化时，在分别输入到端子T1的周期信号A的相位上产生偏差，另一方面，当电容元件C2、C4的静电容量值变化时，在分别输入到端子T2的周期信号B的相位上产生偏差。

即，在来自外部的力上包含X轴方向分量的情况下，发生下述中的一个或两个情况，电容元件C1的静电容量值变化，在输入到端子T1的周期信号A的相位上产生偏差，或者，电容元件C2的静电容量值变化，在输入到端子T2的周期信号B的相位上产生偏差。这里，电容元件C1、C2的静电容量值的变化分别对应于来自外部的力的X轴正方向分量、X轴负方向分量。这样，通过由例如异或电路等读取分别输入到端子T1和端子T2的周期信号A和周期信号B的相位偏差，导出输出信号Vx。该输出信号Vx的变化量的符号表示来自外部的力的X轴方向分量是正方向或负方向的方向，输出信号Vx的变化量的绝对值表示X轴方向分量的大小。

在来自外部的力上包含Y轴方向分量的情况下，发生下述中的一个或两个情况，电容元件C3的静电容量值变化，在输入到端子T1的周期信号A的相位上产生偏差，或者，电容元件C4的静电容量值变化，在输入到端子T2的周期信号B的相位上产生偏差。这里，电容元件C3、C4的静电容量值的变化分别对应于来自外部的力的Y轴正方向分量、Y轴负方向分量。这样，通过由例如异或电路等读取分别输入到端子T1和端子T2的周期信号A和周期信号B的相位偏差，导出输出信号Vy。该输出信号Vy的变化量的符号表示来自外部的力的Y轴方向分量是正方向或负方向的方向，输出信号Vy的变化量的绝对值表示Y轴方向分量的大小。

下面，参照图8，同时说明由输入到端子T1、T2的周期信号A、B导出输出信号Vx、Vy用的信号处理电路。图8是表示示于图1的静电电容式传感器的信号处理电路的电路图。

将电阻元件R1、R3连接到端子T1上，将电阻元件R2、R4连接到端子T2上。将作为异或电路逻辑元件的EX-OR元件100、101分别连接到电阻元件R1、R2的输出端和电阻元件R3、R4的输出端，其输出端连接到端子T120、T121。并且，将低通滤波器(平滑电路)110、111连接到端子T120、T121上，其输出端被连接到端子T130、T131上。另外，电阻元件R1～R4的输出端被分别连接到电容元件用电极E1～E4上，分别与位移电极E0之间构成电容元件C1～C4。如上所述，经端子T11将位移电极E0接地。

这里，低通滤波器110、111将从EX-OR元件100、101输出的输出信号Vx变换为模拟电压Vx’。即，各个电容元件C1～C4的静电容量值的变化作为输入到低通滤波器110、111之前的输出信号Vx的波形的占空比的变化而检测出，使该信号通过低通滤波器110、111而变平滑，可将该占空比变换为电压值来利用。分别由电阻元件R110、R111和电容元件C110、C111构成低通滤波器110、111。在电容元件C110、C111的两个电极中，未连接到电阻元件R110、R111的一方的电极接地。

因此，从EX-OR元件100、101输出到端子T120、T121的输出信号Vx通过低通滤波器110、111而被平滑，作为模拟电压Vx’输出到端子T130、T131上。该模拟电压Vx’的值成比例于输出信号Vx的占空比而变化。因此，当输出信号Vx的占空比变大时，随之模拟电压Vx’的值也变大。另一方面，当输出信号Vx的占空比变小时，随之模拟电压Vx’的值也变小。另外，当输出信号Vx的占空比几乎不发生变化时，模拟电压Vx’的值也几乎不变。

由此，参照图9和图10，说明X轴方向分量的输出信号Vx的导出方法。图9是表示与图1所示的静电电容式传感器的X轴方向分量有关的信号处理电路的电路图(图8的一部分)。图10是表示图9所示的信号处理电路的各端子和各节点的周期信号的波形图。另外，由于Y轴方向分量的输出信号Vy的导出方法与X轴方向分量的输出信号Vx的导出方法一样，故省略详细说明。

在图9的信号处理电路中，电容元件C1与电阻元件R1以及电容元件C2与电阻元件R2分别形成CR延迟电路。因此，输入到端子T1、T2的周期信号(矩形波信号)由各CR延迟电路生成规定的延迟后，被输入到EX-OR元件100上。

进一步详细地说明，对端子T1输入周期信号f(φ)(对应于上述的周期信号A)，另外，对端子T2输入与f(φ)具有相同周期，且相位偏差θ的周期信号f(φ+θ)(对应于上述的周期信号B)。输入到端子T1的周期信号f(φ)通过由电容元件C1和电阻元件R1构成的CR延迟电路，到达节点X1。这时，如图10所示，在节点X1的周期信号上生成时间a的延迟。同样，输入到端子T2的周期信号f(φ+θ)通过由电容元件C2和电阻元件R2构成的CR延迟电路，到达节点X2。这时，在节点X2的周期信号上生成时间b的延迟。

这里，分别输入到端子T1、T2的不同相位的周期信号f(φ)、f(φ+θ)是将从一个周期信号振荡器输出的周期信号分为两个路径，对其中一个路径设有图中未示出的CR延迟电路，使通过CR延迟电路的周期信号的相位延迟而产生的。另外，使周期信号的相位偏移的方法，并不限于使用CR延迟电路的方法，也可为其他的任何方法，另外，也可使用两个周期信号振荡器，分别产生不同相位的周期信号f(φ)、f(φ+θ)，而分别输入到端子T1、T2上。

这里，时间a、b分别对应于CR延迟电路的延迟时间，由各CR的时间常数决定。因此，在电阻元件R1、R2的电阻值相同的情况下，时间a、b的值对应于电容元件C1、C2的静电容量值。即，当电容元件C1、C2的静电容量值变大时，时间a、b的值也变大，当电容元件C1、C2的静电容量值变小时，时间a、b的值也变小。

这样，对EX-OR元件100输入与节点X1、X2的周期信号同样波形的信号，在这些信号之间进行异逻辑运算，将其结果输出到端子T120。这里，输出到端子T120的信号，是具有规定占空比的矩形信号(参照图10)。

这里，考虑对方向按钮32的X轴正方向部分进行操作时(参照图5)的各端子和各节点的周期信号的波形。将该情况下的信号处理电路的电容元件用电极E1、E2和位移电极E0之间构成的电容元件设为C1’、C2’，将与不对方向按钮32进行操作时的信号处理电路的节点X1、X2和端子T120处于同一位置的各节点和端子设为节点X1’、X2’和端子T120’(参照图9)。

这时，与上述一样，在图9的信号处理电路中，对端子T1输入周期信号f(φ)，另外，对端子T2输入与f(φ)具有相同周期，相位偏差θ的周期信号f(φ+θ)。输入到端子T1的周期信号f(φ)通过由电容元件C1’和电阻元件R1构成的CR延迟电路，到达节点X1’。这时，如图10所示，在节点X1’的周期信号上生成时间a+Δa的延迟。这是因为，电容元件C1’的静电容量值比电容元件C1还大，所以CR延迟电路的时间常数变大。另一方面，输入到端子T2的周期信号f(φ+θ)通过由电容元件C2’和电阻元件R2构成的CR延迟电路，到达节点X2’。这时，由于对方向按钮32的X轴负方向部分不施加力，所以节点X2’的周期信号与节点X2的周期信号具有相同波形。

这样，对EX-OR元件100输入与节点X1’、X2’的周期信号相同波形的信号，在这些信号之间进行异逻辑运算，并将其结果输出到端子T120’上。这里，输出到端子T120’的信号是具有规定占空比的矩形信号，如图10所示，在不对方向按钮32进行操作的情况下，是占空比比输出到端子T120的矩形波信号还小的矩形波信号。

这里，实际上，如上所述，输出到端子T120和端子T120’的信号通过低通滤波器110平滑后输出。

本实施例的静电电容式传感器1被用作感力传感器，最好用作便携电话、便携信息终端(PDA)、个人计算机、游戏机等的输入装置(操纵杆)。另外，本实施例的静电电容式传感器1，并不限于用作感力传感器，在用作例如加速度传感器等的其他传感器情况下，也可得到与本实施例相同的效果。

如上所述，在本实施例的静电电容式传感器1中，通过适当弯曲设有电容元件用电极E1～E4和位移电极E0的一个FPC11，将传感器单元10构成为一体后，在衬底20和检测按钮30之间嵌入传感器单元10。因此，即使在变更检测按钮30的形状或大小的情况下，也几乎不改变电容元件C1～C4的静电容量值对于向检测按钮30的操作力的变化特性。因此，在将静电电容式传感器1安装到例如便携电话等设备的情况下，即使变更该传感器的外观或检测按钮30的形状，由于可共用单元化的传感器单元10，所以每次模块变更该设备时，不需要把握作为其模块的操纵杆的操作性，来调整控制电路和软件。

另外，由于传感器单元10被构成为一体，所以即使没有完成与其他部件的组装，在传感器单元10单体下也可确认其性能。因此，在单元单位下预先检查传感器单元10的电容元件C1～C4的静电容量值的大小等，可只挑选具有规定范围内的静电容量值的传感器单元(合格品)，可抑制作为传感器的不合格品的产生，提高传感器的成品率。

另外，由于可将电容元件用电极E1～E4和位移电极E0等的各电极的任何一个都设置到一个FPC11的一个面上，所以可进一步简略传感器的制造工序，降低制造成本。

另外，由于将检测按钮30和传感器单元10(FPC11)分别独立固定到衬底20上，所以可容易地只交换检测按钮30和传感器单元10的其中之一。

另外，电容元件用电极E1～E4和位移电极E0等的各电极可被设置到传感器单元10上，而不直接设置到衬底20上。并且，由于传感器元件10可安装到例如形成电路图案(布线)的衬底20上，所以不会减少衬底20的有效布线面积。

虽然结合上述描绘的特定实施例描述了本发明，很明显，本领域的普通技术人员可明显得知本发明的许多替换、修改和变更。因此，上述提出的本发明的较佳实施例仅仅是举例，而不限于此。本发明可在不脱离如下述权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下作出各种改变。

例如，在上述实施例中，虽然说明了传感器单元具有在一个FPC的一个面上形成的多个电极等的情况，但并不限于此，可任意地变更传感器单元的构成。因此，上述多个电极等也可形成在衬底的两个面上，而不需要一定形成到衬底的一个面上。

另外，在上述实施例中，虽然说明了使用FPC来作为衬底的情况，但并不限于此，也可将除FPC之外的具有挠性的衬底来作为衬底，为提高刚性，可在FPC上安装例如薄金属板、树脂等加固板。这里，在FPC里面粘接薄金属板的情况下，FPC的复原力变大，向检测按钮操作的操作前和操作后的位移电极的位置偏差变得较小，具有传感器的滞后变小的效果。

另外，在上述实施例中，虽然说明了可检测出从外部施加的力的X轴方向分量和Y轴方向分量这两个分量的静电电容式传感器，但并不限于此，也可以是只能检测出上述两个中的所需的一个分量的静电电容式传感器。

Claims (3)

1.一种静电电容式传感器，其特征在于，包括：

检测部件(30)；

电容元件用电极(E1-E4)，与所述检测部件(30)相对；

位移电极(E0)，在所述检测部件(30)和所述电容元件用电极(E1-E4)之间，与所述电容元件用电极(E1-E4)之间构成电容元件，且随着所述检测部件(30)发生位移，可沿与其相同的方向位移；

一个挠性印刷电路板(11)，设有所述电容元件用电极(E1-E4)和所述位移电极(E0)，可弯曲地使所述两者可相对；

利用输入到所述电容元件用电极(E1-E4)的信号，根据检测出因所述电容元件用电极(E1-E4)和所述位移电极(E0)的间隔的变化而引起的所述电容元件的静电容量值的变化，可识别所述检测部件(30)的位移。

2.根据权利要求1所述的静电电容式传感器，其特征在于，

所述电容元件用电极(E1-E4)和所述位移电极(E0)都被设置到所述挠性印刷电路板(11)的一个面上。

3.根据权利要求1所述的静电电容式传感器，其特征在于，

还包括：

衬底(20)，支撑所述挠性印刷电路板(11)；

支撑部件(60)，配置在所述衬底(20)上，支持所述检测部件(30)。

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