CN1472521A - 静电电容式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的静电电容式传感器通过在操作按钮的位移方向上重叠地设置由电容元件用电极和与此相对的位移电极构成的电容元件，由触点电极和与此相隔离地配置的开关用电极构成的圆顶型开关，将传感器单元构成为两层结构。

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。尤其是，由两个电极形成静电电容元件，根据因电极间隔的变化引起的静电容量值的变化进行力的检测的静电电容式感力传感器可实现构造简单且成本低的优点，所以在各个领域内被实用化。

例如，在特开平7-200164号公报中公开了如图21所示的静电电容式传感器。静电电容式传感器510由衬底520、设置在衬底520上的弹性橡胶板530、设置在弹性橡胶板530下面的电极部540、设置在衬底520上面的电极部500～504(参照图22)、将弹性橡胶板530支撑固定到衬底520的压板560、设置在衬底520下面的电子装置580构成。另外，如图22所示，电极部500～504由相对于Y轴线对称配置的电极部501、502，相对于X轴线对称配置的电极部503、504，和配置在这些电极外侧的圆环状的电极部500构成。另外，电极部540的外围部分与接地的电极部500接触，经电极部500接地。

当操作者按下弹性橡胶板530时，随着该按下力电极部540位移到下方，其与四个电极部501～504之间的距离发生变化。这样，分别在四个电极部501～504与电极部540之间构成的电容元件的静电容量值发生变化。因此，通过检测该静电容量值的变化，可得知操作者所施加的力的大小和方向。

但是，虽然静电电容式传感器510适合用作可识别操作者按下弹性橡胶板530时的力的大小的装置(感力传感器)，但是不适合用作具有切换不同的两个状态(例如，ON状态或OFF状态)的开关功能的装置。因此，在将静电电容式传感器510组装到作为具有向各方向的开关功能的装置的设备情况下，很难原样利用静电电容式传感器510，需要另外设有对应于各个方向的开关功能。

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，可用于识别各个方向的力的大小的装置和具有开关功能的装置中的任何一个都可以。

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，于所述第1电极之间构成电容元件且随着所述检测部件发生位移，可与此沿同方向位移的第2电极；与所述检测部件相对的一个或多个第1开关用电极；在所述检测部件与所述第1开关用电极之间，相对于所述第1开关用电极且与所述第1开关用电极相隔离地设置的同时，随着所述检测部件发生位移，可与所述第1开关用电极接触的一个或多个第2开关用电极；配置所述第1和所述第2开关用电极，使其在所述检测部件的位移方向上重叠所述第1和所述第2电极，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。

根据这样的构成，由于通过检测出因第1电极和第2电极的间隔变化而引起的电容元件的静电容量值的变化，可识别检测部件的位移，所以可识别从外部施加到检测部件的力的大小。另外，因为可识别第1开关用电极和第2开关用电极有无接触，所以可将此作为开关功能来利用。因此，本发明的静电电容式传感器可用作具有将检测部件的位移(从外部施加到检测部件的力的大小)作为信号(模拟信号)输出功能的装置或/和具有开关功能的装置。由此，该静电电容式传感器具有可用作上述其中一个装置的复合设备的功能，故不需要合并所述两个用途重新制造。

另外，配置第1和第2开关用电极与第1和第2电极，使之在检测部件的位移方向上重叠(例如，在上下方向上为两层)。因此，通过将第1和第2开关用电极配置到第1或第2电极的内侧，使第1和第2开关用电极实质上与第1和第2电极设置在同一面上的情况下，第1或第2电极的有效面积变小，几乎不会显著降低静电电容式传感器的灵敏度。另外，由于通过将第1和第2开关用电极配置到第1或第2电极的外侧，设置在该传感器中所包含的各电极，所以几乎不会使所需的面积变得较大，使该传感器大型化。

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还包括：第1衬底，相对于所述第1电极配置到与所述第2电极相反一侧，在其表面上设有所述第1电极；第2衬底，相对于所述第2电极配置到与所述第1电极相反一侧，在其表面上设有所述第2电极；第1开关用衬底，相对于所述第1开关用电极配置到与所述第2开关用电极相反一侧，在其表面上设有所述第1开关用电极；第2开关用衬底，相对于所述第2开关用电极配置到与所述第1开关用电极相反一侧，在其表面上设有所述第2开关用电极。根据这样的构成，由于第1和第2电极以及第1和第2开关用电极被设置在衬底上，所以可将这些电极容易地配置到合适的位置上，来简化传感器的制造工序。

另外，本发明的静电电容式传感器可以是这样，所述第1衬底、所述第2衬底、所述第1开关用衬底和所述第2开关用衬底是一个具有挠性的公共衬底。根据这样的构成，在将各电极设置到一个公共衬底上后，通过适当弯曲该公共衬底来制造传感器。因此，简化了传感器的制造工序。另外，由于一体构成(单元化)本发明的传感器的传感器部，所以即使变更传感器的外观或检测部，也可得到可共用的传感器部。进一步，在该情况下，由于可被安装到例如形成电路图案(布线)的电路衬底上，所以不会减小该电路衬底的有效布线面积。

另外，本发明的静电电容式传感器也可以是这样，所述第1电极、所述第2电极、所述第1开关用电极和所述第2开关用电极都被设置到所述公共衬底的一个面上。根据这样的构成，由于各电极都被设置到一个公共衬底的一个面上，所以可进一步简化传感器的制造工序，降低制造成本。

另外，本发明的静电电容式传感器也可以是这样，配置所述第1和所述第2开关用电极，使之比所述第1和所述第2电极电极还接近于所述检测部件。根据这样的构成，在第1电极和第2电极之间的间隔发生变化之前，可容易改变第1开关用电极和第2开关用电极的间隔，在优先利用第1和第2开关用电极间的开关功能的情况下最好。

另外，本发明的静电电容式传感器也可以是这样，设有多个所述第1和所述第2电极，或者，所述第1和所述第2开关用电极组。根据这样的构成，通过将各组用于识别不同方向的力，可用作具有识别多维力功能的装置和/或具有开关功能的装置。

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，其中：

图1是根据本发明的第1实施例的静电电容式传感器的模式截面图；

图2是表示包含在图1的静电电容式传感器中的多个电极的配置的截面图；

图3是表示包含在图1的静电电容式传感器中的电容元件用电极的简略构成图；

图4是表示包含在图1的静电电容式传感器中的位移电极的简略构成图；

图5是表示包含在图1的静电电容式传感器中的触点电极的简略构成图；

图6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；

图7是对图1所示的静电电容式传感器的操作按钮进行向X轴正方向的操作情况下的侧面模式截面图；

图8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；

图9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10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11是表示图10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12是根据本发明第2实施例的静电电容式传感器的模式截面图；

图13是表示包含在图12的静电电容式传感器中的多个电极的配置的截面图；

图14是对于图12所示的静电电容式传感器的构成的等效电路图；

图15是根据本发明第2实施例变形例的静电电容式传感器的模式截面图；

图16是表示包含在图15的静电电容式传感器中的多个电极配置的截面图；

图17是表示包含在图15的静电电容式传感器中的焊盘的简略构成；

图18是对于图15所示的静电电容式传感器的构成的等效电路图；

图19是说明图15所示的静电电容式传感器的模式切换用的图；

图20是根据本发明的第1实施例的变形例的静电电容式传感器的模式截面图；

图21是现有的静电电容式传感器的模式截面图；

图22是表示形成在图21的静电电容式传感器衬底上的多个电极的配置图。

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，参照图1～图5，说明根据本发明的第1实施例的静电电容式传感器1的构成。图1是根据本发明的第1实施例的静电电容式传感器的模式截面图。图2是表示包含在图1的静电电容式传感器中的多个电极配置的截面图。图3是表示包含在图1的静电电容式传感器中的电容元件用电极的简略构成图。图4是表示包含在图1的静电电容式传感器中的位移电极的简略构成图。图5是包含在图1的静电电容式传感器中的触点电极的简略构成图。

静电电容式传感器1具有传感器单元10、例如便携电话的信息设备的衬底等的固定板20、操作部30，包含通过由人等操作而从外部施加力的操作用的操作按钮31、将操作板30支撑固定到固定板20的支撑部件40。这里，传感器单元10经粘合剂50将其下面粘接到固定板20的表面。

另外，传感器单元10具有挠性印刷电路板(FPC)11、在FPC11上形成的电容元件用电极D1～D4(在图1中只示出了D1和D2)、位移电极D0、开关用的触点电极D11～D14、D21～D24(在图1中只示出了D11、D12和D21、D22)、配置在FPC11上的开关用电极D31～D34(在图1中只示出了D31和D32)、隔板61、62和传感器电路部件70。

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定义为粘接在固定板20上的FPC11上的电容元件用电极D1～D4的中心位置(参照图3)，分别将X轴定义为右水平方向，将Y轴定义为垂直于纸面向里的方向，将Z轴定义为上垂直方向。因此，将形成FPC11的电容元件用电极D1～D4区域附近的表面(详细为后述的第1面11a)规定为XY平面，传感器单元10和操作按钮31的各自的大致中心位置通过Z轴。

首先，说明传感器单元10的简略构成和制造方法。如图2所示，FPC11是大致矩形的平板状部件，由例如PET薄膜等的具有挠性(柔软性)的材料形成。并且，FPC11被分割为第1面11a和第2面11b。这里，第1面11a和第2面11b通过由图2中的双点划线表示的边界线B12被隔开。并且，第1面11a的面积比第2面11b的面积还大。而且，如后所述，边界线B12是弯曲FPC11时的折叠线。

如上所述，原点O被定义在FPC11上的第1面11a的表面(在图2中是上面)上。这里，如图1所示，在弯曲FPC11而完成传感器单元10的情况下，Z轴通过第2面11b的中心位置附近。因此，这里，如图2所示，在第2面11b的表面(在图2中是上面，在图1中是下面)和第2面11b的里面(在图2中是下面，在图1中是上面)的各自中心位置附近，设为存在对应于原点O的点O’、O”来进行说明。

如图2和图3所示，在第1面的表面上，通过将银或碳等作为原料的导电性油墨的丝网印刷形成大致扇形的电容元件用电极D1～D4，电极D1～D4在分别对应于X轴和Y轴正方向和负方向的同时，相对于原点O对称地配置。这里，在第1面上，配置薄的树脂薄片(覆盖层)90，使之密合于电容元件用电极D1～D4的整个上面，覆盖FPC11。

另外，在配置在第1面11a上的树脂薄片90上，设有配置在电容元件用电极D1～D4外侧的环状隔板61，和配置在这些隔板内侧的圆形隔板62。隔板61、62具有固定弯曲FPC11的部分(第2面11b)的功能，和在不对操作按钮31进行操作的情况下，将构成电容元件的电容元件用电极D1～D4与位移电极D0之间的间隔维持为定值的功能。这里，如图2所示，隔板61、62的高度(厚度)比电容元件用电极D1～D4的厚度、树脂薄片90的厚度、位移电极D0的厚度的总和还大。

而且，隔板61、62可以是粘接薄的薄膜等形成的，也可以是通过印刷形成导电性或非导电性的压膜层形成的，也可以是弯曲并固定FPC11时的粘合剂层。

如图2和图4所示，在第2面11b的表面上，通过由银或碳等作为原料的导电性油墨的丝网印刷形成将点O’作为中心的环状位移电极D0。这里，位移电极D0的外径与可联结各个电容元件用电极D1～D4的外侧曲线的圆的直径具有大致相同的直径，其内径与可联结各个电容元件用电极D1～D4的内侧曲线的圆的直径具有大致相同的直径。如后所述，在弯曲FPC11而完成传感器单元10的情况下，位移电极D0相对于电容元件用电极D1～D4的其中一个，在两者之间构成电容元件。另外，位移电极D0可不一定为环状，也可为圆形，但在本实施例中，由于要使隔板61、62的高度一致，所以形成为环状。

另外，如图2和图5所示，在第2面11b的里面，通过由银或碳等作为原料的导电性油墨的丝网印刷分别形成触点电极D11～D14、D21～D24。这里，触点电极D11～D14是圆状的，触点电极D21～D24是环状的。并且，这些电极分别构成对，在触点电极D21～D24的内侧分别配置触点电极D11～D14。

并且，如图2所示，在一对触点电极D11～D14、D21～D24的下方，分别配置作为圆顶状的金属圆顶的开关用电极D31～D34，使之接触到触点电极D21～D24并且与触点电极D11～D14隔离。这样，配置分别由开关用电极D31～D34和触点电极D11～D14、D21～D24构成的4个圆顶型开关DS1～DS4(参照图6)，使之分别对应于X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向。这里，在第1面的里面和第2面的里面配置薄的树脂薄片(覆盖层)91，使之密合于4个圆顶型开关DS1～DS4的整个上面，覆盖FPC11。

而且，在弯曲FPC11而完成传感器单元10的情况下(参照图1)，包含开关用电极D31的圆顶型开关DS1对应于X轴正方向，包含开关用电极D32的圆顶型开关DS2对应于X轴负方向。因此，在图2中，配置圆顶型开关DS1，使之对应于X轴负方向，配置圆顶型开关DS2，使之对应于X轴正方向。

另外，在本实施例中，虽然由树脂薄片91固定开关用电极D31～D34，但是也可用例如其他的专用部件固定。进一步，作为圆顶型开关DS1～DS4，也可安装单元化并市售了的器件。

这里，例如，在圆顶型开关DS1中，在对操作按钮31进行操作的情况下，将力施加到开关用电极D31的顶部附近时，开关用电极D31的该部分随着点击感觉弹性变形，而与触点电极D11接触。这样，在开关用电极D31是金属圆顶的情况下，在进行将圆顶型开关DS1从关状态切换到开状态的操作的情况下，可对操作者提供轻的点击感觉。因此，在不需要上述的点击感觉的情况下，也可不一定需要将开关用电极D31设为圆顶状。圆顶型开关DS2～DS4也同样。

另外，在与第1面11a上的第2面11b相反一侧的端部附近配置传感器电路部件70和连接端子80。传感器电路部件70由多个电子部件等构成。连接端子80具有分别与形成在FPC11上的电容元件用电极D1～D4、触点电极D11～D14、D21～D24等连接的连接端子。并且，连接端子80在将上述各电极与作为外部电路的微控制器等的外围电路电连接情况下利用。而且，在FPC11上，除上述各电极之外，也形成电路图案(布线)等，但是省略了图示。

这里，如图2所示，在制造传感器单元10的情况下，在FPC11的第1面11a、第2面11b上配置各个电极等后，沿位于第1面11a和第2面11b之间的边界线B12折叠第2面11b，使其表面与第1面11a的表面相对。由此，以该状态粘接第2面11b上的位移电极D0的外侧或内侧的区域，使之对接到设置在第1面11a上的隔板61、62的上端部。这时，由于隔板61、62具有所述的高度，所以在不对操作按钮31进行操作的状态下，在第1面11a上的各个电容元件用电极D1～D4的上面与第2面11b上的位移电极D0的下面(在折叠FPC11之前的图2的状态下，对应于各个电极的上面)之间存在规定的空隙。

这样，通过沿边界线B12弯曲FPC11，而完成图1这样的传感器单元10。因此，在静电电容式传感器1中，在电容元件用电极D1～D4和位移电极D0之间构成对应于X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向的四个可变电容元件C1～C4，对应于上述四个方向的四个圆顶型开关DS1～DS4在上下方向(操作按钮31的位移方向)上构成为两层。

这里，本实施例的静电电容式传感器1的制造上的特征是立体构造的同时，可将一个FPC11作为基底适当地配置电路或部件来制造的。因此，在可省略组装工序数的同时，还可以以低成本来制造。另外，由于在静电电容式传感器1中，作为具有传感器部功能的传感器单元10一体(单元化)构成，所以即使为进行产品更新等，例如变更操作部30的外观设计(例如操作按钮31的形状等)，也可原样利用传感器单元10。因此，每当进行产品更新时，不需要重新制造传感器部，可大幅度降低产品更新的成本。

而且，在本实施例中，如上所述，对于传感器单元10，配置到其第1面11a里面的树脂薄片91经粘合剂50固定到固定板20上。而且，传感器单元10也可适当地固定到例如固定板20等上，而不一定必须通过粘合剂50固定，也可用其他方法固定。

这里，在静电电容式传感器1中，配置电容元件用电极D1和圆顶型开关DS1，使之对应于X轴正方向，另一方面，配置电容元件用电极D2和圆顶型开关DS2，使之对应于X轴负方向，而用于检测来自外部的力的X轴方向分量和X轴方向的开关。另外，配置电容元件用电极D3和圆顶型开关DS3，使之对应于Y轴正方向，另一方面，配置电容元件用电极D4和圆顶型开关DS4，使之对应于Y轴负方向，而用于检测来自外部的力的Y轴方向分量和Y轴方向的开关。

而且，FPC11也可由例如聚酰亚胺等的树脂形成。另外，也可通过在聚酰亚胺等的树脂面上的铜箔或焊锡层来构成电容元件用电极D1～D4、触点电极D11～D14、D21～D24、位移电极D0和电路图案。

但是，如图1所示，操作部30具有配置在传感器单元10上方的操作按钮31、经支撑部件40将操作按钮31支撑到固定板20的键盘基层材料32。而且，操作部30由例如硅橡胶等的具有弹性的材料形成。

操作按钮31是具有规定厚度的大致圆盘状的部件。这里，操作按钮31的直径与可联结FPC11上的各个电容元件用电极D1～D4的外侧的曲线的圆的直径大致相同。另外，在操作按钮31上面形成对应于操作方向(光标的移动方向)的箭头(图中未示出)，使其分别对应于X轴和Y轴的正方向和负方向，即，使其对应于电容元件用电极D1～D4。

在键盘基层材料32的下面，在对应于电容元件用电极D1～D4和圆顶型开关DS1～DS4的位置上形成四个突起部32a。因此，在对操作按钮31进行操作的情况下，可适当地按压圆顶型开关DS1～DS4的各自的开关用电极D31～D34的顶部附近。

另外，支撑部件40是配置在固定板20上的平板状部件。并且，在支撑部件40上在对应于固定板20上的传感器单元10的位置上形成比传感器单元10还大的开口40a。而且，由于固定板20用于支撑传感器单元10和操作部30，所以最好具有充分的刚性。

而且，在本实施例中，配置到FPC11上的树脂薄片90、91具有保护且加固由形成在FPC11上的各电极和铜箔等构成的电路图案的功能。这里，虽然在电容元件用电极D1～D4和位移电极D0上不需要特别配置树脂薄片，但是由于在对操作按钮31施加力的情况下，两电极接触时，不能构成电容元件，因此最好在至少一个电极的表面上设有利用树脂薄片等的绝缘层。并且，没有由树脂薄片等覆盖的电极，为了防止氧化，最好在其表面上镀金、镀银或者焊锡。另外，也可用在硬质印刷板等上使用的保护膜来代替配置在FPC11上的树脂薄片。

另外，虽然在本实施例中，在具有挠性的FPC11上，全部设有各电极和传感器电路部件，但是也可只将例如安装有电容元件用电极和传感器电路部件的部分部分地置换到硬质印刷板上。

另外，在本实施例中，FPC11包含树脂薄片90、91，为0.1～0.2mm左右，非常薄，构成传感器部件70的电子部件也为0.5～0.8mm左右，更薄形化。因此，传感器单元10作为整体，可是0.6～1mm左右的极薄形。其结果，在将传感器单元10被采用到重视设备的薄型化的便携电话等情况下，可容易地安装在固定板20和操作部30(键盘基层材料32)之间。

下面，参照图6，说明静电电容式传感器1的电路结构。图6是对于图1所示的静电电容式传感器1的构成的等效电路图。

在静电电容式传感器1中，在位移电极D0和FPC11上的电容元件用电极D1～D4之间，构成由作为公共电极的可位移的位移电极D0、和由固定的分立电容元件用电极D1～D4形成的电容元件C1～C4。这里，电容元件C1～C4可是所谓的可变电容元件，构成为分别因各个位移电极D0的位移而引起静电容量值变化。而且，电容元件用电极D1～D4被连接到端子T1、T2，同时经端子T0将位移电极D0接地。

另外，构成包含上述的电容元件C1～C4，与检测施加到操作部30的力的力传感器电路相独立，包含四个圆顶型开关DS1～DS4的开关电路。因此，彼此之间的操作不会对其他方面造成电影响。因此，可根据装载静电电容式传感器1的设备的使用状况，灵活运用力传感器电路的输出和开关电路的输出。而且，触点电极D11～D14分别被连接到端子TS1～TS4，触点电极D21～D24都被连接到端子TS0。并且，触点电极D21～D24经端子TS0被接地。

下面，参照图7说明根据所上述这样构成的本实施例的静电电容式传感器1的操作。图7是向图1所示的静电电容式传感器1的操作按钮进行向X轴正方向的操作情况下的侧面模式截面图。

首先，如图7所示，在不对图1所示的检测按钮31作用力时的状态中，考虑对操作按钮31进行向X轴正方向的操作的情况，即，对操作按钮31施加对应于形成在操作按钮31上的X轴正方向的箭头的力(向Z轴负方向的力)的情况。

通过按下对应于操作按钮31的X轴正方向的部分，键盘基层材料32产生弹性变形而弯曲，对应于键盘基层材料32的X轴正方向的突起部32a向下方位移。由此，该突起部32a的前端部对接到配置到FPC11的第2面里面的树脂薄片91。

并且，当进一步按下操作按钮31的X轴正方向部分时，对圆顶型开关DS1的开关用电极D31的顶部附近作用向下方向的力。并且，当该力不满足规定值时开关用电极D31几乎不发生位移，但是当该力达到规定值时，随着开关用电极D31的顶部附近部分压屈而急剧弹性变形，变成凹状态，从而与触点电极D11接触。由此，圆顶型开关DS1变为开状态。这时，对操作者提供清晰的点击感觉。

其后，当继续按下操作按钮31的X轴正方向部分时，圆顶型开关DS1保持开状态，且FPC11弯曲，位移电极D0的X轴正方向部分位移到下方。其结果，位移电极D0和电容元件用电极D1之间的间隔发生变化。即当对操作按钮31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D0和电容元件用电极D1～D4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，输入到连接在电容元件用电极D1的端子T1的周期信号通过包含电容元件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。

另外，这时，位移电极D0和各电容元件用电极D2～D4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，周期信号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，在对操作按钮31进行向X轴正方向的操作的情况下，虽然也存在电容元件C2～C4的静电容量值的变化，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，参照图8～图11，说明从各电容元件C1～C4的静电容量值的变化，导出表示施加到操作按钮31的力的大小和方向的输出信号的方法。图8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，当将周期信号输入到端子T1、T2的状态下，操作按钮31接受来自外部的力而位移时，随之，圆顶型开关DS1～DS4从关状态切换到开状态后，位移电极D0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，可得到操作按钮31的位移，即，可得到表示操作按钮31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，操作按钮31从外部接受力，而分别改变电容元件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。

另外，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9，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9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。

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D1～D4上，分别与位移电极D0之间构成电容元件C1～C4。另外，如上所述，将位移电极D0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。而且，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’的值与输出信号Vx的占空比成比例地变化。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10和图11，详细说明X轴方向分量的输出信号Vx的导出方法。图10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9的一部分)。图11是表示图10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。而且，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10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11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)是通过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。而且，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对应于各个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或逻辑运算，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11)。

这里，考虑对操作按钮31的X轴正方向部分进行操作时(参照图7)的各端子和各节点的周期信号的波形。而且，将该情况下的信号处理电路的电容元件用电极D1、D2和位移电极D0之间构成的电容元件设为C1’、C2’，将与不对操作按钮31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10)。

这时，与上述一样，在图10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11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，由于对操作按钮31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或逻辑运算，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11所示，在不对操作按钮31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’的信号都通过低通滤波器110平滑后输出。

而且，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，在根据本实施例的静电电容式传感器1中，由于通过检测出因电容元件用电极D1～D4和位移电极D0的间隔变化而引起的电容元件C1～C4的静电容量值的变化，可识别操作按钮31的位移，所以可识别从外部施加到操作按钮31上的力的大小。另外，由于可识别圆顶型开关DS1～DS4的开关用电极D31～D34与触点电极D11～D14有无接触，所以可将此作为开关功能来利用。因此，本发明的静电电容式传感器1可用作具有将操作按钮31的位移(从外部施加到操作按钮31的力的大小)作为信号(模拟信号)输出功能的装置和/或具有开关功能的装置。由此，该静电电容式传感器1具有作为可用作上述任一种装置的复合设备的功能，所以不需要根据上述两种用途重新制造。

另外，因为四个圆顶型开关DS1～DS4、和由位移电极D0和电容元件用电极D1～D4构成的电容元件C1～C4在操作按钮31的位移方向上重叠，而在上下方向上配置为两层，所以设置圆顶型开关DS1～DS4，几乎不会减小电容元件用电极D1～D4或位移电极D0的有效面积。另外，由于设置包含在该传感器上的各个电极，所以使需要的面积变得较小。因此，在本发明的传感器中，通过添加开关功能，可抑制该传感器灵敏度的下降，或该传感器的大型化。

另外，在将电容元件用电极D1～D4、位移电极D0、触点电极D11～D14、D21～D24、开关用电极D31～D34形成在一个具有挠性的FPC11上后，通过弯曲FPC11，使电容元件用电极D1～D4与位移电极D0相对，来制造静电电容式传感器1。因此，在可容易地将这些电极配置到适当的位置的同时，可简化传感器的制造工序，降低制造成本。

另外，由于圆顶型开关DS1～DS4比电容元件C1～C4还接近于操作按钮31地配置，所以在构成电容元件C1～C4的电容元件用电极D1～D4与位移电极D0之间的间隔发生变化之前，可容易地切换圆顶型开关DS1～DS4的状态(开状态或关状态)，在优先利用开关功能的情况下最好。

另外，由于设置电容元件C1～C4和圆顶型开关DS1～DS4，使其对应于X轴方向和Y轴方向的各自的正方向和反方向，所以可用作具有通过用来识别上述的四个方向的力而识别多维的力的功能的装置和/或具有开关功能的装置。

下面，参照图12～14，说明本发明的第2实施例。图12是根据本发明第2实施例的静电电容式传感器的模式截面图。图13是表示包含在图12的静电电容式传感器中的多个电极的配置的截面图。图14是与图12所示的静电电容式传感器的构成的等效电路图。

这里，参照图12和图13说明根据第2实施例的静电电容式传感器101的详细构造。图12的静电电容式传感器101与图1的静电电容式传感器1的不同点是，在静电电容式传感器1中，四个电容元件C1～C4和四个圆顶型开关DS1～DS4在上下方向上构成为两层，相反，在静电电容式传感器101中，在四个电容元件C1～C4和四个圆顶型开关DS1～DS4之间添加连接开关S1，作为整体构成为三层。而且，由于其他构成与图1的静电电容式传感器1相同，所以赋予相同符号而省略说明。

包含在静电电容式传感器101中的传感器单元110包括具有挠性的FPC111。如图13所示，FPC111被分割为第1面111a、第2面111b和第3面111c。这里，第1面111a和第2面111b通过由图13中双点划线表示的边界线B112隔开，第2面111b和第3面111c通过边界线B123隔开。而且，边界线B112、B123是弯曲FPC111时的折叠线。

在FPC111上，与第1实施例一样，在第1面111a的表面(在图13中的上面)上设有电容元件用电极D1～D4，隔板61、62，传感器电路部件70，连接端子80和树脂薄片90、91。在第2面111b的表面上形成将点O’作为中心的环状位移电极D0。

在第2面111b的里面形成将点O”作为中心的环状位移电极D100。配置位移电极D100，使其与位移电极D0具有相同形状，并对应于位移电极D0。并且，位移电极D0和位移电极D100通过图中未示出的布线电连接。另外，在第2面111b的里面设有配置到位移电极D100外侧的环状隔板161和配置到其内侧的圆形隔板162。

在第3面111c的里面形成将点O””作为中心的环状位移电极D101。位移电极D101与位移电极D0(位移电极D100)具有相同形状。并且，在第3面111c的表面上，与第1实施例的形态相同，设有将点O””作为中心的四个圆顶型开关DS101～DS104。这里，圆顶型开关DS101～DS104由触点电极D111～D114、D121～D124和开关用电极D131～D134构成。另外，在第3面111c的表面上，配置薄的树脂薄片(覆盖层)190，使之密合于四个圆顶型开关DS101～DS104的整个上面，覆盖FPC111。

这里，在制造传感器单元110的情况下，在FPC111的第1面111a～第3面111c上形成各个电极等后，首先，最初沿位于第1面111a和第2面111b之间的边界线B112折叠第2面111b～第3面111c，而使得第1面111a的表面和第2面111b的表面相对。由此，在该状态下粘接第2面111b上的位移电极D0的外侧区域，而使之对接于设置在第1面111a上的隔板61、62的上端部。

其后，沿位于第2面111b和第3面111c之间的边界线B123折叠第3面111c，而使得第2面111b的里面和第3面111c的里面相对。由此，在该状态下粘接第3面111c上的位移电极D101的外侧区域，而使之对接于设置在第2面111b上的隔板161、162的上端部。这样一来，就完成了图12所示的传感器单元110。

因此，在静电电容式传感器101中，在电容元件用电极D1～D4和位移电极D0之间构成的对应于X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向的四个电容元件C1～C4，连接开关S1和对应于上述四个方向的四个圆顶型开关DS101～DS104在上下方向(操作按钮31的位移方向)上构成为三层。

另外，在本实施例的传感器电路中，如图14所示，通过将连接开关S1切换到开状态和关状态的其中一个，位移电极D0取得接地状态和未接地(被绝缘)状态的其中之一。而且，电容元件用电极D1～D4被连接到端子T1、T2。另外，位移电极D0和位移电极D100电连接，经端子T101把位移电极D101接地。

即，在连接开关S1为开状态的情况下，位移电极D0接地，可在电容元件C1～C4上积聚电荷。因此，静电电容式传感器101的力传感器电路发生作用，可输出对应于施加到操作按钮31的力的方向和该大小的模拟电压。另一方面，在连接开关S1为关状态的情况下，位移电极D0变为未接地的浮起(被绝缘)状态。因此，不可在电容元件C1～C4上积聚电荷，静电电容式传感器101的力传感器电路不发生作用。

另外，实际上，虽然在电容元件用电极D1～D4，位移电极D0、D100、D101和电路图案的周边存在杂散电容，但是由于与电容元件C1～C4本来的静电容量值相比，非常小而到可忽略的程度，所以这里忽略杂散电容来进行说明。

另外，与第1实施例相同，构成包含上述的电容元件C1～C4，与检测施加到操作部30的力的力传感器电路相独立，包含四个圆顶型开关DS101～DS104的开关电路。因此，彼此之间的操作不会对其他方面造成电影响。因此，配合装载静电电容式传感器101的设备的使用状况，分配力传感器电路的输出和开关电路的输出。而且，触点电极D111～D114分别被连接到端子TS101～TS104，触点电极D121～D124都被连接到端子TS100。并且，触点电极D121～D124经端子TS100被接地。

这里，在静电电容式传感器101中，在对操作按钮31进行向X轴正方向的操作的情况下，通过向下方按下操作按钮31的X轴正方向的部分，键盘基层材料32产生弹性变形而弯曲，对应于键盘基层材料32的X轴正方向的突起部32a向下方位移。由此，该突起部32a的前端部对接到配置在FPC111的第3面111c上的树脂薄片190。

并且，当进一步按下操作按钮31的X轴正方向部分时，对圆顶型开关DS101的开关用电极D131的顶部附近作用向下方向的力。并且，当该力不满足规定值时开关用电极D131几乎不发生位移，但是当该力达到规定值时，随着开关用电极D131的顶部附近部分压屈而急剧弹性变形，变成凹状态，从而与触点电极D111接触。由此，圆顶型开关DS101变为开状态。这时，对操作者提供清晰的点击感觉。

其后，当继续按下操作按钮31的X轴正方向部分时，圆顶型开关DS101保持开状态，FPC111弯曲，位移电极D101的X轴正方向部分向下方按下。并且，当位移电极D101的该部分附近仅按下规定高度时，位移电极D101和位移电极D100接触。由此，连接开关S1从关状态切换到开状态。

其后，当继续按下操作按钮31的X轴正方向部分时，连接开关S1保持开状态，FPC111弯曲，位移电极D0向下方位移。因此，位移电极D0和电容元件用电极D1之间的间隔变小。

而且，当除去施加到操作按钮31上的力时，由于FPC111的弹性，位移电极D0、D100、D101返回到原始位置，所以静电电容式传感器101返回到进行操作前的状态。

这里，在本实施例中，在向操作按钮31操作的操作前和操作后，虽然电容元件C1～C4的静电容量值小到了可忽略的程度，但是在对操作按钮31进行操作期间，位移电极D100和位移电极D101接触(连接开关S1变为开状态)，电容元件C1～C4变为可充电和放电。因此，在向操作按钮31操作的操作前和操作后，在位移电极D100和位移电极D101不接触，位移电极D0不接地的情况下，即使各个位移电极D0、D100、D101的位置在操作前后发生变化，不变为可忽略这时的电容元件C1～C4的静电容量值。即，即使FPC111在变形或位移时具有箝位特性而不能马上回到原始位置，或者，在永久不能返回到原始位置的情况下，如果可确保位移电极D100和位移电极D101之间的接触型或隔离性，可减小静电电容式传感器101的滞后，提高重复性。

如上所述，在根据本实施例的静电电容式传感器101中，可得到与第1实施例的形式相同的效果。

下面，参照图15～图19说明本发明的第2实施例的变形例。图15是根据本发明第2实施例的变形例的静电电容式传感器的模式截面图。图16是表示配置包含在图15的静电电容式传感器中的多个电极的截面图。图17是表示包含在图15的静电电容式传感器中的焊盘的简略构成图。图18是对于图15所示的静电电容式传感器的构成的等效电路图。

这里，参照图15和图16，说明根据本变形例的静电电容式传感器201的详细构造。图15的静电电容式传感器201与图12的静电电容式传感器101的不同点是，在静电电容式传感器101中，通过导电性油墨形成构成电容元件C1～C4的位移电极D0，通过两个位移电极D100、D101构成连接开关S1，相反，在静电电容式传感器201中，构成电容元件C1～C4的位移电极D200是金属板，由位移电极D200和两个焊盘D201、D202构成复原(唤醒(wake up))开关S2。而且，由于其他构成与图12的静电电容式传感器101相同，所以被赋予相同符号而省略说明。

包含在静电电容式传感器201中的传感器单元210具有：具有挠性的FPC211a、211b和作为金属制的薄板状部件的具有挠性的位移电极D200。并且，如图16所示，经位移电极D200连结FPC211a、211b。这里，在FPC211a和位移电极D200的连结部附近，位移电极D200和FPC211b的连结部附近，由图16中的双点划线表示的边界线B212、B223分开。而且，边界线B212、B223是弯曲FPC211a、211b时的折叠线。

另外，在FPC211b的里面形成具有开关触点功能的焊盘D201、D202。如图17所示，以原点O””为中心大致环状地形成焊盘D201，在焊盘D201的外侧大致环状地形成焊盘D202。焊盘D201具有圆周部201a和从圆周部201a向外侧突出的多个突出部201b，焊盘D202具有圆周部202a和从圆周部202a向内侧突出的多个突出部202b。而且，设置焊盘D201、D202，使之对应于圆顶型开关DS101～DS104，在按压圆顶型开关DS101～DS104时，可容易地位移焊盘D201、D202。

这里，圆周部201a和圆周部202a整周都有相同的幅度。另外，突出部201b和突出部202b都与圆周部201a和圆周部202a有大致相同的幅度的同时，是长度比圆周部201a和圆周部202a的隔离间隔还短的大致矩形。另外，突出部201b和突出部202b沿圆周方向交叉配置。在焊盘D201的外周部和焊盘D202的内周部都形成梳状。而且，可任意配置突出部201b和突出部202b的数目和形状，最好在两者不接触的范围内可尽可能无间隙地配置。另外，焊盘D201、D202可以不一定需要形成为梳状，如果是可检测与位移电极D200接触的形状，其形状可任意变更。

并且，与第2实施例一样，通过沿边界线B212、B223弯曲FPC211a、211b，则可完成如图15的传感器单元210。

因此，在静电电容式传感器201中也与静电电容式传感器101一样，在电容元件用电极D1～D4和位移电极D200之间对应于X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向地构成的四个电容元件C1～C4，复原开关S2和对应于上述四个方向的四个圆顶型开关DS101～DS104在上下方向(操作按钮31的位移方向)上构成为三层。

而且，位移电极D200除金属板之外，也可变更为例如导电性塑料等的其他导电性部件。另外，也可将FPC211a和FPC211b作为一个FPC，在相当于该FPC的位移电极D200的位置的两个面上形成导电性焊盘。这里，如本变形例这样，在使用一个金属板的位移电极来代替在第2实施例中形成在FPC111的两个面上的位移电极D100、D101的情况下，在容易弹性变形、降低传感器输出的滞后和传感器的耐久性这些方面更佳。

另外，在本变形例的传感器电路中，如图18所示，在位移电极D200和焊盘D201、D202之间形成复原开关S2。即，复原开关S2取得位移电极D200与焊盘D201、D202接触的状态(开状态)和与焊盘D201、D202不接触的状态(关状态)中的其中一个状态。而且，经端子T201接地焊盘D201，经端子T202和上拉(pull up)电阻元件R5将焊盘D202保持在具有规定电压值的电源电压Vcc。另外，经端子T202将焊盘D202连接到作为外部电路的微控制器5的输入端口I。

因此，由于在不对操作按钮31进行操作的情况下，位移电极D200和焊盘D201、D202不接触，所以复原开关S2为关状态。这时，由于上拉焊盘D202，连接到焊盘D202的微控制器5的输入端口I保持在电源电压Vcc，则输入变为数字“Hi”。另外，这时，位移电极D200变为漂浮状态(被绝缘状态)。

并且，由于在对操作按钮31进行操作的情况下(电容元件C1～C4的静电容量值发生变化的情况)，位移电极D200和焊盘D201、D202接触，所以经位移电极D200短路焊盘D201、D202，复原开关S2变为开状态。这时，微控制器5的输入端口I变为接地电压，输入变为数字“Lo”。

这样，在复原开关S2变为开状态的情况下，接地位移电极D200，可在电容元件C1～C4上积聚电荷。因此，静电电容式传感器201的力传感器电路发生作用，可输出对应于施加到操作按钮31上的力的方向和该大小的模拟电压。另一方面，在复原开关S2是关状态的情况下，变为不接地位移电极D200的漂浮(被绝缘)状态。因此，不能在电容元件C1～C4上积聚电荷，静电电容式传感器201的力传感器电路不发生作用。

这里，在静电电容式传感器201中，向操作按钮31进行向X轴正方向的操作的情况下，通过向下方按下操作按钮31的X轴正方向部分，键盘基层材料32发生弹性变形而弯曲，对应于键盘基层材料32的X轴正方向的突起部32a位移到下方。由此，该突起部32a的前端部对接到FPC211b上的树脂薄片190上。

并且，进一步按下操作按钮31的X轴正方向部分时，对圆顶型开关DS101的开关用电极D131的顶部附近作用向下方向的力。并且，在该力不满足规定值的情况下，开关用电极D131几乎不发生位移，但是当该力达到规定值时，随着开关用电极D131的顶部附近部分压屈而急剧弹性变形，变为凹状态，而与触点电极D111接触。由此，圆顶型开关DS101变为开状态。这时，对操作者提供清晰的点击感觉。

其后，继续按下操作按钮31的X轴正方向部分时，圆顶型开关DS101保持开状态，且FPC111弯曲，将焊盘D201、D202向下方按下。并且，当将焊盘D201、D202的该部分附近按下规定高度时，位移电极D200几乎同时与焊盘D201、D202接触。由此，复原开关S2从关状态切换到开状态。

其后，继续按下操作按钮31的X轴方向部分时，复原开关S2保持开状态，FPC111弯曲，位移电极D200位移到下方。因此，位移电极D200和电容元件用电极D1之间的间隔变小。

而且，在除去施加到操作按钮31的力的情况下，由于FPC111具有弹性，位移电极D200、D201、D102返回到原始位置，所以静电电容式传感器201返回到进行操作前的状态。

这样，在本变形例的静电电容式传感器201中，通过监视微控制器5的输入端口I的输出，可确实地检测出对于传感器进行的操作，所以可确实解除睡眠模式。由此，即使在静电电容式传感器201长时间的不对操作按钮31进行操作时，可通过切换到睡眠模式，而可降低功率消耗。

这里，在与微控制器控制系统一起使用静电电容式传感器201的情况下，静电电容式传感器201可选择性地取得可检测出施加到操作按钮31的力模式(下面，称为“通常模式”)和将消耗功率抑制到极小的模式(下面，称为“睡眠模式”)的其中之一。并且，在通常模式中，在经过了规定时间还不对操作按钮31进行操作的情况下，自动从通常模式切换到睡眠模式。另一方面，在睡眠模式中，在对操作按钮31进行操作的情况下，解除睡眠模式，自动从睡眠模式复原到通常模式。

如上所示，在通常模式中，将周期信号输入到连接到电容元件用电极D1～D4的端子T1、T2上。并且，通过利用这些周期信号，检测出在位移电极D0和电容元件用电极D1～D4之间构成的电容元件C1～C4的静电容量值，检测出对操作按钮31所施加的力的方向和大小。

相反，在睡眠模式中，将周期信号输入到连接到电容元件用电极D1～D4的端子T1、T2上。因此，在不对操作按钮31进行操作的状态下(等待状态)，可抑制功率消耗的浪费。

另外，在作为连接焊盘D202的外部电路的微控制器5上，设置有在通常模式中，  从前一对操作按钮31进行操作终止时间开始的测量所经过时间用的计时器(图中未示出)。另外，在通常模式中，在不对操作按钮31进行操作的情况下，预先设定到自动切换到睡眠模式之前的时间(规定时间)。

这里，参照图19说明静电电容式传感器201中的模式切换。图19是说明图15所示的静电电容式传感器中的模式切换用的图。而且，在图19中，描述了彼此对应于对于经过时间的通常模式、睡眠模式和复位开关的各个状态(开状态和关状态)。

首先，在图19的时刻t1上，对操作按钮31进行操作。因此，由于对操作按钮31进行操作，所以复原开关S2变为开状态，同时，静电电容式传感器201的模式变为通常模式(通常模式变为开状态，同时睡眠模式变为关状态)。

继续，到达图19的时刻t2之前，继续对操作按钮31进行操作。并且，在时刻t2上不对操作按钮31进行操作时，复原开关S2从开状态切换到关状态。几乎与此同时，开始微控制器5的计时器的操作。

其后，在通常模式中，从对操作按钮31不进行操作的时刻t2开始到经过规定时间t0的时刻t3之前维持不对操作按钮31进行操作的状态。并且，在本实施例中，在通常模式中，在不对操作按钮31进行操作的状态继续了规定时间t0的情况下，设定从通常模式自动切换到睡眠模式。

因此，在到达图19的时刻t3时，从通常模式切换到睡眠模式。即，在通常模式从开状态切换到关状态的同时，睡眠模式从关状态切换到开状态。并且，在再次对操作按钮31进行操作之前的期间，睡眠模式维持在开状态。

其后，在图19的时刻t4，在再次对操作按钮31进行操作时，与复原开关S2从关状态切换到开状态几乎同时，从睡眠模式切换到通常模式。即，睡眠模式从开状态切换到关状态的同时，通常模式从关状态切换到开状态。

这里，当复原开关S2从关状态切换到开状态时，焊盘D202的电压一定在超过作为电源电压的大约一半的阈值电压上变化。因此，在微控制器5中，如果监视连接到焊盘D202的输入端口I的电压变化，则可确实检测出对于操作按钮31进行的操作。

另外，在再次对操作按钮31进行操作的时间点上，在停止微控制器5的计时器的同时，复位该计时器。并且，在图19的时刻t4，在开始不对操作按钮31进行操作时，开始计时器的操作。

而且，在本实施例中，焊盘D201的触点输出用为解除接触睡眠模式用的复原开关来利用，但是也可用作其他的开关。

如上所述，在根据本变形例的静电电容式传感器202中，可得到与第2实施例的形式相同的效果。

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，在上述第1实施例和第2实施例中，虽然说明了传感器单元具有在一个FPC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，不一定需要形成在衬底上。另外，即使在将这些电极形成在衬底上的情况下，也可不将这些电极全部形成在一个衬底上。另外，虽然在第1实施例中，在将各个电极等设置到FPC的两个面上后，弯曲传感器单元，但是如图20所示，也可将各个电极等只设置到FPC的一个面上后弯曲。而且，可以将除FPC之外的不具有挠性(硬质的)衬底来作为衬底，为了提高刚性，也可在FPC上安装树脂或金属等的加固板。

另外，在上述的第1和第2实施例中，虽然对传感器单元，说明了电容元件、一个或两个开关(圆顶型开关、连接开关或复原开关)在上下方向上构成为两层或三层的情况，但不限于此，传感器单元可具有电容元件和三层以上的开关，构成为四层以上。

另外，虽然在上述第1和第2实施例中，在传感器单元由多层构成的情况下，说明了将电容元件配置在最下层，配置开关，而使其比电容元件还接近操作按钮的情况，但并不限于此，也可不一定需要将电容元件配置到最下层，而可以将电容元件和开关的各自的配置相反。因此，可以将开关配置到最下层，配置电容元件，使其比该开关还接近操作按钮。

另外，虽然在上述第1实施例中，说明了在对操作按钮进行操作的情况下，圆顶型开关从关状态切换到开状态后，电容元件的静电容量值发生变化的情况，但不限于此，也可变更两者顺序。因此，也可在电容元件的静电容量值发生变化后，圆顶型开关从关状态切换到开状态，也可与圆顶型开关从关状态切换到开状态几乎同时，电容元件的静电容量值发生变化。而且，这些顺序可通过调整FPC、开关用电极等的强度(刚性)等来适当改变。

同样，在上述第2实施例中圆顶型开关从关状态切换到开状态的时间、连接开关或复原开关从关状态切换到开状态的时间，和电容元件的静电容量值发生变化的时间中，无论哪个在先都可以，也可分别几乎同时。但是对于连接开关或复原开关从关状态切换到开状态的时间和电容元件的静电容量值发生变化的时间，最好在连接开关或复原开关从关状态切换到开状态后，改变电容元件的静电容量值。

另外，虽然在上述第1和第2实施例中，说明了将连接端子设置在FPC上来作为与外部连接的接口的情况，但是不限于此，也可将带焊锡的焊盘设置在FPC上。

另外，虽然在上述第2实施例的变形例中，说明了在FPC上形成两个焊盘的情况，但并不限于此，可任意变更在FPC上形成的焊盘的数目和焊盘的形状。

另外，虽然在上述第1和第2实施例中，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 (6)

1.一种静电电容式传感器，其特征在于，包括：

检测部件；

第1电极，与所述检测部件相对；

第2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发生位移，可沿与其相同的方向位移；

一个或多个第1开关用电极，与所述检测部件相对；

一个或多个第2开关用电极，在所述检测部件和所述第1开关用电极之间，相对于所述第1开关用电极且与所述第1开关用电极相隔离地设置，同时，随着所述检测部件发生位移，可与所述第1开关用电极接触；

配置所述第1和第2开关用电极，使在所述检测部件的位移方向上重叠所述第1和所述第2电极；

利用输入到所述第1电极的信号，通过检测因所述第1电极和所述第2电极的间隔变化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。

2.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：

第1衬底，相对于所述第1电极被配置到所述第2电极的相反侧，在其表面上设有所述第1电极；

第2衬底，相对于所述第2电极被配置到所述第1电极的相反侧，在其表面上设有所述第2电极；

第1开关用衬底，相对于所述第1开关用电极被配置到所述第2开关用电极的相反侧，在其表面上设有所述第1开关用电极；

第2开关用衬底，相对于所述第2开关用电极被配置到所述第1开关用电极的相反侧，在其表面上设有所述第2开关用电极。

3.根据权利要求1或2所述的静电电容式传感器，其特征在于：

所述第1衬底、所述第2衬底、所述第1开关用衬底和所述第2开关用衬底是一个具有挠性的公共衬底。

4.根据权利要求3所述的静电电容式传感器，其特征在于：

所述第1电极、所述第2电极、所述第1开关用电极和所述第2开关用电极都被设置到所述公共衬底的一个面上。

5.根据权利要求1～4的其中之一所述的静电电容式传感器，其特征在于：

配置所述第1和所述第2开关用电极，使其比所述第1和所述第2电极还接近于所述检测部件。

6.根据权利要求1～5的其中之一所述的静电电容式传感器，其特征在于：

设置有多个所述第1和所述第2电极、或者所述第1和所述第2开关用电极组。

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