CN116745877A

CN116745877A - 静电电容传感器

Info

Publication number: CN116745877A
Application number: CN202280011613.8A
Authority: CN
Inventors: 藤由达巳; 铃木彻也; 樋口真一; 谷口义尚
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-09-12
Also published as: JP7421686B2; US20240011801A1; JPWO2022201747A1; DE112022001670T5; WO2022201747A1

Abstract

静电电容传感器具备：包含1个以上的检测电极的1个或多个表侧电极；设于所述1个或多个表侧电极的下方的弹性电介质；在与所述1个或多个表侧电极之间夹着所述弹性电介质而设的屏蔽电极；第1电压输出部，其对驱动部输出第1交流电压，在与所述1个以上的检测电极之间经由电容进行耦合；第2电压输出部，其输出具有与所述第1交流电压的频率大致相等的频率且对所述1个以上的检测电极施加的第2交流电压；第3电压输出部，其将与所述第1交流电压以及所述第2交流电压的频率大致相等的频率的第3交流电压输出到所述屏蔽电极；和检测部，其检测检测对象物对所述1个以上的检测电极的接近、接触以及按压，所述第1电压输出部、所述第2电压输出部以及所述第3电压输出部分别输出所述第1交流电压的振幅为所述第2交流电压的振幅以上、且所述第3交流电压的振幅小于所述第2交流电压的振幅的所述第1交流电压、所述第2交流电压、以及所述第3交流电压。

Description

静电电容传感器

技术领域

本发明涉及静电电容传感器。

背景技术

以往，存在一种接近/接触传感器，其特征在于，具备：第1检测单元，其具有片状的上电极层以及片状的下电极层，其中，该上电极层具有在一个方向上通电的多个上电极，该下电极层具有与所述上电极绝缘且在与所述上电极的通电方向不同的其他方向上通电、与所述上电极交叉配设的多个下电极；中间层，其配设于所述第1检测单元的下方，对应于对象物的接触或压力而变形；第2检测单元，其配设于所述中间层的下方，检测与所述对象物的接触或按压力相应的电的变化；运算单元，其在所述对象物接近所述第1检测单元的情况下，基于所述上电极以及所述下电极间的电的变化来判定所述对象物的接近，并且，在所述对象物对所述第1检测单元施加接触或按压力的情况下，基于所述第2检测单元中检测到的所述电的变化来确定所述对象物的接触或施加按压力的位置以及其压力的值；和切换单元，其以给定的间隔进行电路的切换，以使得所述第1检测单元或所述第2检测单元的任意一方与接地连接(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2014-080924号

发明内容

-发明所要解决的课题-

然而，现有的接近/接触传感器为了检测接近、接触，需要以切换单元进行电路的切换，用于检测的处理是烦杂的。

为此，其目的在于，提供能容易地检测检测对象物的接近、接触以及按压的静电电容传感器。

-用于解决课题的手段-

本发明的实施方式的静电电容传感器具备：1个或多个表侧电极，其包含1个以上的检测电极；弹性电介质，其设于所述1个或多个表侧电极的下方；屏蔽电极，其在与所述1个或多个表侧电极之间夹着所述弹性电介质而设；第1电压输出部，其对驱动部输出第1交流电压，在与所述1个以上的检测电极之间经由电容进行耦合；第2电压输出部，输出具有与所述第1交流电压的频率大致相等的频率且对所述1个以上的检测电极施加的第2交流电压；第3电压输出部，其将与所述第1交流电压以及所述第2交流电压的频率大致相等的频率的第3交流电压输出到所述屏蔽电极；和检测部，其检测检测对象物对所述1个以上的检测电极的接近、接触以及按压，所述第1电压输出部、所述第2电压输出部、以及所述第3电压输出部分别输出所述第1交流电压的振幅为所述第2交流电压的振幅以上且所述第3交流电压的振幅小于所述第2交流电压的振幅的所述第1交流电压、所述第2交流电压以及所述第3交流电压。

-发明效果-

能提供能容易地检测检测对象物的接近、接触以及按压的静电电容传感器。

附图说明

图1是表示实施方式1的静电电容传感器100的平面结构的图。

图2是表示静电电容传感器100的一部分的截面构造的图。

图3是表示静电电容传感器100的等效电路的图。

图4是表示第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C的波形的一例的图。

图5是表示实施方式2的静电电容传感器200的图。

图6是表示实施方式3的静电电容传感器300的图。

具体实施方式

以下，说明运用了本发明的静电电容传感器的实施方式。

<实施方式1>

图1是表示实施方式1的静电电容传感器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)相互直交。此外，以下，为了方便说明，有时将-Z方向侧称作下侧或下，将+Z方向侧称作上侧或上，但并非表征普遍的上下关系。此外，所谓俯视观察，称作XY面观察。此外，以下，有时为了结构易于理解而夸张地示出各部的长度、粗细、厚度等。

静电电容传感器100包含顶部面板101和多个表侧电极110。静电电容传感器100除了这些以外，还包含检测利用者的指尖等向顶部面板101的接近、接触以及按压的检测部等，但在图1中省略，示出顶部面板101和多个表侧电极110的平面的结构。

顶部面板101作为一例，是透明的玻璃制或树脂制且能在从上表面按下时挠曲、俯视观察下矩形状的板状构件，上表面是利用者使指尖等接触来进行操作输入的操作面。利用者还能将顶部面板101的上表面向下方按压。

多个表侧电极110配置于顶部面板101的下表面侧，沿X方向以及Y方向呈矩阵状排列。多个表侧电极110作为一例而相互独立，俯视观察下经由在相互之间引绕的未图示的布线与后述的检测部等连接。

在图1中，透过地示出多个表侧电极110。多个表侧电极110例如由ITO(Indium TinOxide，铟锡氧化物)等的透明电极构成。另外，在此，设想在静电电容传感器100的下方配置液晶、有机EL(Electroluminescence，电致发光)等显示器面板来说明顶部面板101以及多个表侧电极110透明的形态，但例如在未配置显示器面板这样的情况下，顶部面板101以及多个表侧电极110也可以并非透明，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是表示静电电容传感器100的一部分的截面构造的图。在图2中示出在X方向上排列的3个表侧电极110所存在的部分的截面构造。在此，作为一例，说明利用者用指尖FT对静电电容传感器100进行操作输入的形态。利用者通过用指尖FT触摸(接触)顶部面板101来进行操作输入。另外，在图2中，倒三角形表征接地(ground)。

静电电容传感器100除了顶部面板101以及表侧电极110以外，还包含弹性电介质120、屏蔽电极130、第1电压输出部140A、第2电压输出部140B、第3电压输出部140C以及检测部150。此外，静电电容传感器100还包含基板102。

图2所示的3个表侧电极110当中的中央的表侧电极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是驱动部的一例。为此，对检测电极111以及驱动电极112以括号记述附图标记110。另外，以下，记作表侧电极110的情况是不特别区别检测电极111以及驱动电极112的情况和对检测电极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对顶部面板101的接近、接触以及按压的电极。静电电容传感器100通过将多个表侧电极110一个一个按顺序选择为检测电极111来检测静电电容，从而检测指尖FT的接近、接触以及按压。这时，对检测电极111从第2电压输出部140B经由检测部150施加第2交流电压V_B。在所选择的检测电极111检测到接触或按压的情况下，在与该检测电极111对应的位置(坐标)进行操作输入。

在此，说明将多个表侧电极110一个一个按顺序选择为检测电极111的形态，但也可以将相互不相邻的2个以上的表侧电极110同时选择为检测电极111，在2个以上的检测电极111同时检测指尖FT的接近、接触以及按压。为此，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方向上的两旁的表侧电极110。静电电容传感器100在将多个表侧电极110一个一个按顺序选择为检测电极111时，将位于检测电极111的X方向上的两旁的2个表侧电极110选择为2个驱动电极112。

在检测电极111中检测到指尖FT的接近、接触以及按压时，对驱动电极112从第1电压输出部140A施加第1交流电压V_A。第1交流电压V_A是振幅为V_A(V)的交流电压。另外，在此，说明将检测电极111的位于X方向上的两旁的2个表侧电极110作为驱动电极112的形态，但也可以将检测电极111的位于X方向上的两旁的2个表侧电极110、和检测电极111的位于Y方向上的两旁的2个表侧电极110合计4个表侧电极110作为驱动电极112。

此外，例如，在将位于X方向的端的表侧电极110用作检测电极111的情况下，可以将检测电极111的Y方向上的两旁的2个表侧电极110用作2个驱动电极112，也可以将检测电极111的+X方向侧的旁边的表侧电极110和-Y方向侧或+Y方向侧的旁边的表侧电极110用作2个驱动电极112。此外，在将矩阵状排列的多个表侧电极110的位于角的表侧电极110用作检测电极111的情况下，将检测电极111的X方向上的旁边的表侧电极110和Y方向上的旁边的表侧电极110用作2个驱动电极112即可。

弹性电介质120设于多个表侧电极110(参照图1以及图2)的下方。弹性电介质120是透明且能弹性变形的电介质，例如包含聚氨酯树脂。弹性电介质120设于俯视观察下与全部的多个表侧电极110重叠的位置，Z方向的厚度均匀。由于弹性电介质120能弹性变形，因此，若利用者用指尖FT将顶部面板101的上表面当中的检测电极111的正上方的部分向下方按压，则通过弹性电介质120挠曲而收缩，检测电极111向下方稍微位移。

屏蔽电极130以设于基板102的上表面的状态设置在弹性电介质120的下方。即，屏蔽电极1 30在与多个表侧电极110之间夹着弹性电介质120而设。屏蔽电极130为了将多个表侧电极110与噪声屏蔽且为了抑制与接地之间的寄生电容而设，被施加从第3电压输出部140C输出的第3交流电压V_C。屏蔽电极130作为一例而包含ITO膜这样的透明的导电材料。另外，基板102是保持屏蔽电极130的透明基板。例如，在显示器面板并未配置于下方等情况下，保持屏蔽电极130以及屏蔽电极130的基板102也可以不透明。

第1电压输出部140A对驱动电极112输出第1交流电压V_A。第1电压输出部140A作为一例而能与全部的多个表侧电极110连接地构成，通过切换与全部的多个表侧电极110之间的布线的连接，来连接的选择为驱动电极112的2个表侧电极110，输出第1交流电压V_A。另外，由于将相互不相邻的2个以上的表侧电极110同时选择为检测电极11来同时检测指尖FT的接近、接触以及按压，因此，第1电压输出部140A对在与1个以上的检测电极111之间经由电容而耦合的驱动电极112输出第1交流电压V_A。

检测部150具有运算放大电路(运算放大器)152，其具有与1个以上的检测电极111连接的反相输入端子(-)和被施加第2交流电压V_B的正相输入端子(+)。第2电压输出部140B与检测部150的运算放大器152的正相输入端子(+)连接，输出第2交流电压V_B。第2交流电压V_B是振幅为V_B的交流电压，是第1交流电压V_A以下(V_A≥V_B)的电压。此外，第2交流电压V_B的频率与第1交流电压V_A的频率相等。

运算放大器152的反相输入端子(-)经由检测部150的输入端子151与检测电极111连接。电容器153连接在运算放大器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。输出端子155的输出电压是V₀。运算放大器152由于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，通过虚拟短路而反相输入端子(-)的电压变得与对正相输入端子(+)施加的电压相等。为此，对检测电极111施加第2交流电压V_B。即，第2电压输出部140B输出对选择为检测电极111的表侧电极110施加的第2交流电压V_B。

检测部150的输入端子151作为一例而能与全部的多个表侧电极110连接地构成，通过切换与全部的多个表侧电极110之间的布线的连接来连接的选择为检测电极111的表侧电极110，输出第2交流电压V_B。

第3电压输出部140C与屏蔽电极130连接，输出第3交流电压。第3交流电压V_C的振幅V_C小于第2交流电压V_B的振幅V_B(V_B＞V_C)，具有与第1交流电压以及第2交流电压相等的频率。第3交流电压V_C是振幅为V_C的交流电压。

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。

输入端子151如上述那样，作为一例而能与全部的多个表侧电极110连接地构成，通过切换布线而连接到所选择的检测电极111。

运算放大器152具有：经由检测部150的输入端子151与检测电极111连接的反相输入端子(-)；和与第2电压输出部140B连接且被输入第2交流电压V_B的正相输入端子(+)。运算放大器152由于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(+)的电压差成为零。为此，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(-)的电压变得与对正相输入端子(+)施加的电压相等。为此，对检测电极111施加第2交流电压V_B。

在此，多个表侧电极110在X方向以及Y方向上等间隔地排列，在相邻的表侧电极110彼此之间存在电容(静电电容)。即，检测电极111和驱动电极112经由电容而耦合。换言之，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。

此外，将在检测电极111与指尖FT之间产生的电容(静电电容)设为Cf。指尖FT越接近检测电极111，电容Cf越大。由于在检测电极111与指尖FT之间有顶部面板101，因此，在指尖FT与顶部面板101的上表面当中的检测电极111的正上方接触的状态下，电容Cf成为最大。即使用指尖FT进行将顶部面板101向下方按压的按压操作，电容Cf也大致固定。

此外，将检测电极111与屏蔽电极130之间的电容(静电电容)设为Cs。若利用者用指尖FT将顶部面板101的上表面当中的检测电极111的正上方的部分向下方按压，则通过弹性电介质120挠曲而收缩，检测电极111与屏蔽电极130之间的距离d变短。为此，若进行按压操作，对应于检测电极111与屏蔽电极130之间的距离d而电容Cs增大。

图3是表示静电电容传感器100的等效电路的图。电容Cf由于根据指尖FT与检测电极111之间的距离而发生变化，因此，示出为可变电容。同样地，电容Cs由于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而发生变化，因此，示出为可变电容。

在这样的结构的静电电容传感器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，意味着在电容Cq的电容器153进行积分的电压是输出电压V₀。另外，电容Cp＝Cp1+Cp2。在使用4个驱动电极112的情况下，电容Cp成为在检测电极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]

C_f×V_B+(V_B-V_A)×C_p+(V_B-V_C)×C_s＝C_q×V_O (1)

若将式(1)变形，则输出端子155的输出电压V₀以下式(2)表征。

[数学式2]

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

[数学式3]

图4是表示第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C的波形的一例的图。在静电电容传感器100中，使第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C之间具有V_A≥V_B>V_C的关系。即，第1交流电压V_A的振幅为第2交流电压V_B的振幅以上，且第3交流电压V_C的振幅小于第2交流电压的振幅V_B。

在此，作为一例，第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C相互不同，如图4所示那样具有V_A＞V_B＞V_C的关系，说明具有V_A≥V_B＞V_C的关系的理由。

在式(2)中，各部的电容当中的电容Cf和电容Cs根据接近程度和按压程度而变动。为了仅凭借输出电压V₀来检测检测电极111上的指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压，输出电压V₀按照接近、接触以及按压的顺序增大即可。

在设为接近用的判定阈值V1、接触用的判定阈值V2以及按压用的判定阈值V3，它们具有V1＜V2＜V3的关系。并且，在输出电压V₀的振幅V₀为V1以上小于V2时，检测接近，在输出电压V₀的振幅V₀为V2以上小于V3时，检测接触，在输出电压V₀的振幅V₀成为V3以时，检测按压即可。如此地，能基于输出电压V₀的振幅V₀来检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。

另外，在此，说明第1交流电压V_A的频率、第2交流电压V_B的频率和第3交流电压V_C的频率相等的形态，但第1交流电压V_A的频率、第2交流电压V_B的频率和第3交流电压V_C的频率大致相等即可。所谓第1交流电压V_A的频率、第2交流电压V_B的频率和第3交流电压V_C的频率大致相等，是指在基于输出电压V₀的指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压的检测中不产生影响的范围内第1交流电压V_A的频率、第2交流电压V_B的频率和第3交流电压V_C的频率有微小的差。

在此，随着指尖FT接近顶部面板101而式(2)中的Cf×V_B的项的值增大。此外，为了随着由指尖FT按压顶部面板101而式(2)中的(V_B-V_C)×Cs的项的值增大，第2交流电压V_B>第3交流电压V_C即可。根据这些，第2交流电压V_B>第3交流电压V_C成立。

此外，通过使对驱动电极112施加的第1交流电压V_A比第2交流电压V_B大，减少了检测电极111与接地之间的寄生电容的影响、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。此外，在检测电极111与接地之间的寄生电容的影响小的情况下，第1交流电压V_A和第2交流电压V_B也可以相等。为此，第1交流电压V_B≥第2交流电压V_B即可。

通过使用这样的第1交流电压V_B≥第2交流电压V_B这样的关系，在进行用指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压的过程中，能使式(2)中的Cf×V_B的项的值和式(2)中的(V_B-V_C)×Cs的项的值的增大稳定地反映在输出电压V₀。在此，作为一例，满足第1交流电压V_B>第2交流电压V_B的关系。

根据以上，关于第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C，只要有V_A≥V_B>V_C的关系即可。此外，通过使用具有这样的关系的第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C，能使用具有V1＜V2＜V3的关系的接近用的判定阈值V1、接触用的判定阈值V2以及按压用的判定阈值V3，基于输出电压V₀的振幅V₀来检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。

因此，能提供能容易地检测指尖FT(检测对象物)对顶部面板101的接近、接触以及按压的静电电容传感器100。静电电容传感器100为了将第1电压输出部140A和选择为驱动电极112的2个表侧电极110连接而切换布线的连接，并且，在为了将输入端子151与选择为检测电极111的表侧电极110连接而切换布线的连接的状态下，不进行关于所选择的检测电极111以及所选择的驱动电极112的电路的切换，则能基于检测部150的输出端子155的输出电压V₀来检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。

此外，由于将用于检测接近、接触以及按压的信号一元化成输出电压V₀，因此，将多个表侧电极110和第1电压输出部140A、第2电压输出部140B、第3电压输出部140C以及检测部150连起来的布线为最小限即足够，由于还能谋求检测部150的小形化，因此，能提供将结构简化的静电电容传感器100。

此外，由于即将用于检测接近、接触以及按压的信号一元化成输出电压V₀，因此，能将检测接近、接触以及按压的处理所需的时间的增大抑制在最小限，能谋求检测接近、接触以及按压的处理时间的缩短化。

此外，作为施加第1交流电压V_A的驱动部，由于将多个表侧电极110中所含的检测电极111以外的表侧电极110当中的检测电极111的旁边的表侧电极110用作驱动电极112，因此，能利用检测电极111与驱动电极112之间的电容Cp，基于输出电压V₀来检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。由于利用检测电极111与驱动电极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，能基于输出电压V₀来稳定地检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。

此外，检测部150具有与检测电极111连接的反相输入端子和被施加第2交流电压V_B的正相输入端子，具有进行负反馈动作的运算放大器152。由于通过运算放大器152的虚拟短路而反相输入端子(-)的电压变得与对正相输入端子(+)施加的电压相等，因此，对检测电极111施加第2交流电压V_B，对选择为检测电极111的表侧电极110施加第2电压输出部140B所输出的第2交流电压V_B。

此外，由于第1交流电压V_A、第2交流电压V_B以及第3交流电压V_C是正弦波，因此，能使用第1电压输出部140A、第2电压输出部140B、第3电压输出部140C，基于式(2)来容易地求取输出电压V₀。此外，能基于这样求得的输出电压V₀来稳定地检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。

另外，以上，说明了第1交流电压V_A、第2交流电压V_B以及第3交流电压V_C是正弦波的形态，但第1交流电压V_A、第2交流电压V_B以及第3交流电压VC也可以是矩形波。即使取代正弦波而使用矩形波，也能基于输出电压V₀的振幅V₀来同样地检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压。取代第1电压输出部140A、第2电压输出部140B、第3电压输出部140C而使用矩形波产生器即可。

此外，以上，说明了第1交流电压V_A的振幅为第2交流电压V_B的振幅以上、且第3交流电压V_C的振幅小于第2交流电压的振幅V_B的形态当中的、第1交流电压V_A>第2交流电压V_B>第3交流电压V_C成立的形态。但关于第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C，例如也可以具有如下那样的关系。

静电电容传感器100在不存在指尖FT的状态下，也输出与在检测电极111以及驱动电极112与周围的物体之间产生的电容相应的输出电压V₀。将这样的状态称作无操作状态。

在此，在从无操作状态起指尖FT开始接近检测电极111时，为了检测指尖FT的接近，使电容Cf的动态范围增大即可。在无操作状态下，只要使第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C具有式(2)中的(V_B-V_A)×Cp的项和(V_B-V_C)×Cs的项抵消的关系，则能在式(2)中使电容Cf的动态范围增大。

因此，可以将第1交流电压V_A、第2交流电压V_B以及第3交流电压V_C在无操作状态下设定成使得(V_B-V_A)×Cp的项和(V_B-V_C)×Cs的项抵消这样的振幅V_A、V_B、以及V_C。在无操作状态下，变得易于检测指尖FT对顶部面板101的接近。

另外，以上，说明了使用如图1所示那样配置成矩阵状的多个表侧电极110的形态。但静电电容传感器100所包含的多个表侧电极110并不限于这样的结构。多个表侧电极110例如也可以是基于行方向(X方向)上延伸且Y方向上排列的多个电极与列方向(Y方向)上延伸且X方向上排列的多个电极的静电电容的变化来检测指尖FT对顶部面板101的接近、接触以及按压的结构。行方向(X方向)上延伸且Y方向上排列的多个电极和列方向(Y方向)上延伸且X方向上排列的多个电极可以是俯视观察下图案形成为金刚石型的电极。

<实施方式2>

图5是表示实施方式2的静电电容传感器200的图。静电电容传感器200包含检测电极111、驱动电极112、弹性电介质120、屏蔽电极130、电压输出部140A、第2电压输出部140B、第3电压输出部140C、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选择1个以上的检测电极111的选择部的一例。在图5中，关于检测电极111、驱动电极112、弹性电介质120、屏蔽电极130，示出XY平面内的平面的结构。此外，在图5中省略顶部面板101。

在实施方式2中，说明静电电容传感器200包含2个表侧电极110，将一方用作检测电极111且将另一方用作驱动电极11的形态。另外，对与实施方式1的静电电容传感器100同样的构成要素，标注相同的附图标记，并省略其说明。

切换开关261、262都是3端子型的开关，能在检测电极111和驱动电极112切换第1电压输出部140A与输入端子151的连接目标。在图5中，示出通过切换开关261、262而将-X方向侧的表侧电极110用作检测电极111与输入端子151连接、将+X方向侧的表侧电极110用作驱动电极112与第1电压输出部140A连接的状态。但若通过切换切换开关261、262，将+X方向侧的表侧电极110与输入端子151连接，将-X方向侧的表侧电极110与第1电压输出部140A连接，则能将-X方向侧的表侧电极110用作检测电极111，并且将+X方向侧的表侧电极110用作驱动电极112。

若将检测电极111与驱动电极112之间的电容(静电电容)设为Cp，则与实施方式1的静电电容传感器100同样地，式(2)成立。为此，只要在第1交流电压V_A、第2交流电压V_B、第3交流电压V_C之间具有V_A≥V_B>V_C的关系，则能与实施方式1的静电电容传感器100同样地，基于检测部150的输出端子155的输出电压V₀来探测指尖FT对检测电极111的接近、接触以及按压。

此外，在将-X方向侧的表侧电极110用作检测电极111、并且将+X方向侧的表侧电极110用作驱动电极112的情况下，也同样地能基于检测部150的输出端子155的输出电压V₀来探测指尖FT对检测电极111的接近、接触以及按压。

为此，通过将2个表侧电极110的一方用作检测电极111，将另一方用作驱动电极112，能探测指尖FT对检测电极111的接近、接触以及按压。

因此，能提供能容易地检测指尖FT(检测对象物)对顶部面板101的接近、接触以及按压的静电电容传感器200。此外，静电电容传感器200包含从表侧电极110选择检测电极111的作为选择部的切换开关261、262，第2电压输出部140B对由切换开关261、262选择的检测电极111输出第2交流电压V_B。为此，能通过作为最小限的电路的切换开关261、262的追加，将2个表侧电极110的一方和另一方切换设定成检测电极111或驱动电极112的任一者，并基于输出电压V₀来检测指尖FT(检测对象物)对顶部面板101的接近、接触以及按压。

另外，在实施方式2中，说明了将2个表侧电极110的一方用作检测电极111、将另一方用作驱动电极112的形态，但例如在静电电容传感器200包含X方向上排列的3个表侧电极110的情况下，如下那样即可。在3个表侧电极110连接与切换开关261、262同样的3个切换开关，将-X方向侧的表侧电极110用作检测电极111，在这样的情况下，将X方向上的中央的表侧电极110和+X方向侧的表侧电极110用作驱动电极112，来探测指尖FT对检测电极111的接近、接触以及按压即可。在将+X方向侧的表侧电极110用作检测电极111的情况下，与此相反即可。

在将X方向上的中央的表侧电极110用作检测电极111的情况下，将-X方向侧和+X方向侧的表侧电极110用作驱动电极112，来探测指尖FT对检测电极111的接近、接触以及按压即可。此外，还能将检测电极111以外的表侧电极110当中的1者用作驱动电极120，将剩余的表侧电极110浮接地使用。

此外，在表侧电极110的数量为4个以上的情况下，例如通过设置多个图5所示的静电电容传感器200，来探测对选择为检测电极111的表侧电极110的接近、接触以及按压即可。

<实施方式3>

图6是表示实施方式3的静电电容传感器300的图。静电电容传感器300包含顶部面板101、基板102、检测电极111、弹性电介质120、屏蔽电极130、电压输出部140A、第2电压输出部140B、第3电压输出部140C、检测部150、电容器370以及端子380。

在实施方式3中，说明静电电容传感器300包含1个表侧电极110并将其用作检测电极111的形态。另外，对与实施方式1的静电电容传感器100同样的构成要素标注相同的附图标记，并省略其说明。

电容器370取代实施方式1中的检测电极111与2个驱动电极112之间的电容Cp而设，具有电容Cp3。电容Cp3作为一例与实施方式1中的电容Cp相等。

端子380是驱动部的一例，经由电容Cp3而在检测电极111进行耦合。本实施方式中的端子380是取代实施方式1中的2个驱动电极112从第1电压输出部140A输出第1交流电压V_A的构成要素。

由于检测电极111与指尖FT之间的电容Cf以及检测电极111与屏蔽电极130之间的电容Cs与实施方式1的电容Cf以及电容Cs分别同样，因此，检测部150的输出端子155的输出电压V₀能与实施方式1同样地以式(2)表征。

为此，实施方式3的静电电容传感器300能与实施方式1的静电电容传感器100同样地探测指尖FT对检测电极111的接近、接触以及按压。

因此，能提供能容易地检测指尖FT(检测对象物)对顶部面板101的接近、接触以及按压的静电电容传感器300。

另外，在实施方式3中，说明了将1个表侧电极110用作检测电极111的静电电容传感器300，但在表侧电极110有多个的情况下，例如通过设置多个图6所示的静电电容传感器300，将各表侧电极110用作检测电极111，来检测对各检测电极111的接近、接触以及按压即可。

以上说明了本发明的例示性的实施方式的静电电容传感器，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，能不脱离权利要求书地进行各种变形、变更。

另外，本国际申请主张基于在2021年3月23日申请的日本专利申请的2021-048247号的优先权，且将其全部内容通过此处的参考而援引于本国际申请中。

-符号说明-

100、200、300 静电电容传感器

101 顶部面板

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 第1电压输出部

140B 第2电压输出部

140C 第3电压输出部

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

261、262 切换开关

370 电容器

380 端子。

Claims

1.一种静电电容传感器，其特征在于，具备：

1个或多个表侧电极，其包含1个以上的检测电极；

弹性电介质，其设于所述1个或多个表侧电极的下方；

屏蔽电极，其在与所述1个或多个表侧电极之间夹着所述弹性电介质而设；

第1电压输出部，其对驱动部输出第1交流电压，在所述驱动部与所述1个以上的检测电极之间经由电容进行耦合；

第2电压输出部，输出具有与所述第1交流电压的频率大致相等的频率且对所述1个以上的检测电极施加的第2交流电压；

第3电压输出部，其将与所述第1交流电压以及所述第2交流电压的频率大致相等的频率的第3交流电压输出到所述屏蔽电极；和

检测部，其检测检测对象物对所述1个以上的检测电极的接近、接触以及按压，

所述第1电压输出部、所述第2电压输出部、以及所述第3电压输出部分别输出所述第1交流电压的振幅为所述第2交流电压的振幅以上且所述第3交流电压的振幅小于所述第2交流电压的振幅的所述第1交流电压、所述第2交流电压以及所述第3交流电压。

2.根据权利要求1所述的静电电容传感器，其中，

所述1个或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中所含的所述1个以上的检测电极以外的表侧电极当中的至少1个表侧电极。

3.根据权利要求1或2所述的静电电容传感器，其中，

所述静电电容传感器还具备：选择部，其从所述1个或多个表侧电极选择所述1个以上的检测电极，

所述第2电压输出部对由所述选择部选择的所述1个以上的检测电极输出所述第2交流电压。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的静电电容传感器，其中，

所述检测部具有运算放大电路，所述运算放大电路具有与所述1个以上的检测电极连接的反相输入端子和被施加所述第2交流电压的正相输入端子。

5.根据权利要求4所述的静电电容传感，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_A，将所述第3交流电压设为V_C，将连接在所述正相放大电路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用下式(1)表征，

[数学式1]

6.根据权利要求5所述的静电电容传感器，其中，

所述第1交流电压、所述第2交流电压以及所述第3交流电压的振幅被设定成在未进行所述检测对象物的所述接近、所述接触以及所述按压的状态下，所述式(1)中的、(V_B-V_A)×Cp的项和(V_B-V_C)×Cs的项抵消这样的振幅V_A、V_B以及V_C。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的静电电容传感器，其中，

所述第1交流电压、所述第2交流电压以及所述第3交流电压是正弦波。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的静电电容传感器，其中，

所述第1交流电压、所述第2交流电压以及所述第3交流电压是矩形波。