DE60131782T2

DE60131782T2 - Elektrischer kapazitätssensor

Info

Publication number: DE60131782T2
Application number: DE60131782T
Authority: DE
Inventors: Hideo Yamatokooriyama-shi Morimoto
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: US6933732B2; WO2002073147A1; EP1378736B1; JP2002268817A; DE60131782D1; CN1216277C; EP1378736A1; EP1378736A4; CN1492994A; JP3628972B2; US20040080216A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor vom kapazitiven Typ, der zweckdienlich zur Eingabe eines Vorgangs multidimensionaler Richtung verwendet wird, und insbesondere einen Sensor vom kapazitiven Typ, der einem Bediener bei der Durchführung des Vorgangs eine Klickempfindung verleihen kann.
STAND DER TECHNIK
Ein Sensor vom kapazitiven Typ wird als Vorrichtung zum Umwandeln einer Größe und Richtung einer Kraft, die von einem Bediener ausgeübt wird, in ein elektrisches Signal verwendet. Zum Beispiel wird eine Vorrichtung, die den Kraftsensor vom kapazitiven Typ zur Eingabe eines Vorgangs multidimensionaler Richtung enthält, als Eingabevorrichtung für eine Spielkonsole (als sogenannter "Joystick") verwendet.
Ein Sensor vom kapazitiven Typ kann zur Eingabe eines Vorgangs mit einem spezifizierten dynamischen Bereich als Größe einer Kraft, die von einem Bediener ausgeübt wird, verwendet werden. Er kann auch als zweidimensionaler oder dreidimensionaler Sensor verwendet werden, der imstande ist, zur Krafterfassung eine ausgeübte Kraft in entsprechende dimensionale Komponenten zu zerlegen. Neben anderen befindet sich derzeit ein Kraftsensor vom kapazitiven Typ mit einem kapazitiven Element, das aus zwei Elektroden gebildet ist, um eine ausgeübte Kraft auf der Basis von Änderungen in Kapazitätswerten zu erfassen, die durch Variationen in der Distanz zwischen den Elektroden verursacht werden, in zahlreichen Bereichen in praktischer Verwendung, mit dem Vorteil, daß die Struktur zur Kostensenkung vereinfacht werden kann.
Zum Beispiel offenbart die Japanische (Ungeprüfte) Patent-Auslegeschrift Nr. Hei 7(1995)-200164 , gegen die die Ansprüche der Erfindung abgegrenzt sind, einen Kraftsensor vom kapazitiven Typ 510, wie in 22 dargestellt ist. Der Kraftsensor vom kapazitiven Typ 510 besitzt ein Substrat 520, eine elastische Gummiplatte 530, die über dem Substrat 520 angeordnet ist, ein Elektrodenteil 540, das auf einer unteren Oberfläche der elastischen Gummiplatte 530 angeordnet ist, ein Elektrodenteil 500–540, das auf einer oberen Oberfläche des Substrats 520 angeordnet ist (siehe 23), eine Preßplatte 560 zum festen Halten der elastischen Gummiplatte 530 an dem Substrat 520, und eine elektronische Vorrichtung 580, die auf einer unteren Oberfläche des Substrats 520 angeordnet ist. Das Elektrodenteil 500–504 umfaßt vier Elektroden 501 bis 504, die symmetrisch in Bezug auf einen Ursprung angeordnet sind, und eine ringförmige Elektrode 500, die um die Außenseite dieser Elektroden angeordnet ist, wie in 23 dargestellt ist. Der Umfang des Elektrodenteils 540 befindet sich mit der Elektrode 500 in Kontakt, die an die Erde angeschlossen ist, und ist somit durch die Elektrode 500 mit der Erde verbunden.
Wenn ein Bediener die elastische Gummiplatte 530 nach unten preßt, wird das Elektrodenteil 540 zunehmend mit der Verschiebungskraft nach unten verschoben, so daß sich die Abstände zwischen dem Elektrodenteil 540 und den vier Elektroden 501 bis 504 ändern. Dann werden die Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente, die zwischen den vier Elektroden 501 bis 504 und dem Elektrodenteil 540 gebildet sind, geändert. Durch Detektieren der Änderung in den Kapazitätswerten kann die Größe und Richtung der Kraft, die von dem Bediener ausgeübt wird, erkannt werden.
Der Kraftsensor 510, der in 22 und 23 dargestellt ist, hat jedoch den Nachteil, daß, obwohl das Elektrodenteil 540 mit der Preßkraft nach unten verschoben wird, wenn der Bediener die elastische Gummiplatte 530 nach unten preßt, der Bediener im Grunde genommen kein deutliches Klicken spürt, da das Ausmaß der Verschiebung des Elektrodenteils 540 im Verhältnis zu der Preßkraft deutlich schwankt. Daher führt der Bediener den Vorgang häufig aus, ohne zu spüren, daß er/sie tatsächlich den Vorgang ausführt. Der Bediener kann nicht leicht verstehen, daß er/sie tatsächlich den Vorgang ausführt, wenn er/sie die Betätigung eines betätigten Objekts des Kraftsensors 510 nicht sichtbar erkennt.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor vom kapazitiven Typ bereitzustellen, der es dem Bediener erleichtert, über seine Sinne zu erfassen, daß er/sie tatsächlich den Vorgang ausführt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen neuartigen Sensor vom kapazitiven Typ bereit, wie in den Ansprüchen definiert.
Wenn sich die erste Elektrode und die dritte Elektrode miteinander in Kontakt befinden, kann das Signal, das in die erste Elektrode eingegeben wird, zum Erkennen einer Verschiebung des detektierenden Elements auf der Basis der Detektion von Änderungen in Kapazitätswerten des ersten kapazitiven Elements verwendet werden, die durch Variationen in den Abständen zwischen dem leitenden Element und der zweiten Elektrode verursacht werden.
Damit die dritte Elektrode elastisch mit einer Klickempfindung verformt werden kann, um mit der ersten Elektrode in Kontakt zu gelangen, ist die dritte Elektrode aus einem Material gebildet, das eine Verschiebung der dritten Elektrode in die Richtung der ersten Elektrode bei einer erhöhten Verschiebungsgeschwindigkeit (vorzugsweise drastisch) ermöglicht, wenn eine äußere Kraft über einem bestimmten Niveau an die dritte Elektrode angelegt wird. Mit anderen Worten, sie ist aus einem Material gebildet, das eine erhöhte Verschiebungsgeschwindigkeit erzeugen kann, wenn eine angelegte äußere Kraft über einem bestimmten Niveau liegt, im Vergleich zu einer Verschiebungsgeschwindigkeit, bei der die dritte Elektrode in die Richtung der ersten Elektrode verschoben wird, wenn die angelegte äußere Kraft unter einem bestimmten Niveau liegt (die Verschiebungsgeschwindigkeit kann Null sein).
Wenn gemäß dieser Konstruktion ein Bediener das detektierende Element betätigt, wird die dritte Elektrode entsprechend der Bedienungsrichtung mit einer Klickempfindung elastisch verformt und auch der Sensor vom kapazitiven Typ erkennt die Verschiebung des detektierenden Elements erst, wenn sich die dritte Elektrode mit der ersten Elektrode in Kontakt befindet. Daher kann der Bediener durch die Klickempfindung leicht feststellen, daß er/sie tatsächlich den Vorgang ausführt. Da der Sensor vom kapazitiven Typ die Verschiebung des detektierenden Elements erst erkennt, wenn eine äußere Kraft auf das detektierende Element ausgeübt wird, die ausreicht, daß der Bediener ein Klicken spürt, erkennt der Sensor vom kapazitiven Typ die Verschiebung des detektierenden Elements auch nicht, wenn der Bediener unabsichtlich oder unbewußt eine äußere Kraft auf das detektierende Element ausübt, die zu gering ist, um dem Bediener eine Klickempfindung zu verleihen. Daher wird eine mögliche Störung vermieden, wie zum Beispiel, daß das detektierende Element zufällig mit einem anderen Element in Kontakt gelangt, so daß nur die Verschiebung des detektierenden Elements sicher detektiert wird, die durch eine absichtliche Betätigung durch den Bediener hervorgerufen wird.
Die dritte Elektrode besitzt eine gewölbte Form, in deren Innerem die erste Elektrode angeordnet sein kann. Wenn gemäß dieser Konstruktion eine Kraft, die von dem leitenden Element ausgeübt wird, einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die dritte Elektrode der gewölbten Form drastisch verschoben und an ihrem annähernd oberen Abschnitt niedergedrückt und dann mit der ersten Elektrode in Kontakt gebracht. Dies kann dem Bediener eine klare Klickempfindung verleihen.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung kann ein zweites kapazitives Element zwischen der Referenzelektrode und dem leitenden Element gebildet sein. Gemäß dieser Konstruktion ist das leitende Element elektrisch mit der Referenzelektrode verbunden, die geerdet ist oder über eine kapazitive Kopplung, nicht über einen direkten Kontakt, auf einem festgelegten Potential gehalten wird. Dies kann eine verbesserte Spannungsfestigkeit des Sensors vom kapazitiven Typ bieten, wodurch praktisch die Möglichkeit aufgehoben wird, daß der Sensor durch einen Funkenstrom beschädigt wird, der durch den Sensor fließt, und auch ein mögliches Versagen, wie eine schlechte Verbindung, verhindert wird. Daher kann der Sensor vom kapazitiven Typ mit verbesserter Zuverlässigkeit erhalten werden. Selbst wenn ein Isolierfilm zwischen der Referenzelektrode und dem leitenden Element angeordnet ist, können auch vorteilhafte Wirkungen im Sinne des Zusammenbaus und der Montage erreicht werden, da keine Notwendigkeit besteht, einen Teil des Isolierfilms abzuschneiden, um die Referenzelektrode und das leitende Element miteinander in Kontakt zu bringen.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung können zwei oder mehr Gruppen der ersten, zweiten und dritten Elektroden bereitgestellt sein. Gemäß dieser Konstruktion kann eine multidimensionale Krafterkennung unter Verwendung der jeweiligen Gruppen von Elektroden erreicht werden, um die Kräfte für die verschiedenen Richtungen zu erkennen.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung können zwei Gruppen der ersten, zweiten und dritten Elektroden bereitgestellt sein, und Signale mit verschiedenen Phasen können einem Schaltkreis, der eine der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, und einem Schaltkreis, der die andere der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, zugeführt werden. Gemäß dieser Konstruktion kann die Verschiebung des detektierenden Elements abhängig davon erkannt werden, ob der Schaltkreis, der eine der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, und der Schaltkreis, der die andere der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, in der Zeitkonstante miteinander identisch sind.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung können zwei Gruppen der ersten, zweiten und dritten Elektroden bereitgestellt sein, und ein CR-Schaltkreis, der eine der beiden Gruppen von Elektroden umfaßt, und ein CR-Schaltkreis, der die andere der beiden Gruppen von Elektroden umfaßt, unterscheiden sich voneinander in der Zeitkonstante. Da gemäß dieser Konstruktion die Phasenverzögerung des Signals, das durch den Schaltkreis geht, erhöht sein kann, kann die Verschiebung des detektierenden Elements mit verbesserter Präzision erkannt werden. Ebenso kann ein größerer detektierbarer Bereich des detektierenden Elements bereitgestellt sein.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, daß zwei Gruppen der ersten, zweiten und dritten Elektroden bereitgestellt sind, und Ausgangssignale von Signalen, die in den Schaltkreis eingegeben werden, der eine der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, beziehungsweise den Schaltkreis, der die andere der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, von einem Signalverarbeitungsschaltkreis detektiert werden, der ein logisches Element verwendet, das eine von einer logischen Ausschließliches-ODER-Operation, logischen ODER-Operation, einer logischen UND-Operation und einer NICHT-Operation ausführt. Gemäß dieser Konstruktion kann das Ausgangssignal mit verbesserter Präzision detektiert werden. Ferner kann die Detektionspräzision nach Bedarf eingestellt werden.
Ferner kann in dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung die zweite Elektrode ein Paar vierter Elektroden beinhalten, die so angeordnet sind, daß sie in Bezug auf eine Y-Achse symmetrisch sind, und ein Paar fünfter Elektroden, die so angeordnet sind, daß sie in Bezug auf eine X-Achse symmetrisch sind. Gemäß dieser Konstruktion können die Komponenten der X-Achsenrichtung und die Komponenten der Y-Achsenrichtung der Kraft, die auf das detektierende Element von außen ausgeübt wird, separat erkannt werden.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, daß das detektierende Element geteilt ist, so daß es den vierten Elektroden beziehungsweise den fünften Elektroden entspricht. Gemäß dieser Konstruktion sind die Komponenten der äußeren Kraft für die X-Achsenrichtung und die Komponenten der äußeren Kraft für die Y-Achsenrichtung klar getrennt. Dadurch kann verhindert werden, daß die Komponenten der Kräfte für die verschiedenen Richtungen einander beeinflussen, wodurch ein möglicher Fehlbetrieb verhindert wird.
Der Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren eine sechste Elektrode umfassen, die auf dem Substrat gebildet ist, und eine siebte Elektrode, die so angeordnet ist, daß sie mit der Referenzelektrode kontaktierbar ist und von der sechsten Elektrode beabstandet ist, wobei die siebte Elektrode gemeinsam mit der Verschiebung des leitenden Elements elastisch verformbar ist, um mit der sechsten Elektrode in Kontakt zu gelangen. Da gemäß dieser Konstruktion der Sensor vom kapazitiven Typ des Weiteren die sechste Elektrode und die siebte Elektrode umfaßt, die durch den Betrieb des detektierenden Elements miteinander in Kontakt gebracht werden können, kann zusätzlich zu den oben genannten, bereitgestellten Effekten ein Schalter hinzugefügt werden, der zur Durchführung der Bestimmungsoperation zur Eingabe verwendet wird.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung ist das detektierende Element vorzugsweise geteilt, so daß es den zweiten Elektroden beziehungsweise den sechsten Elektroden entspricht. Da gemäß dieser Konstruktion die äußere Kraft, die von der Seite ausgeübt wird, die der Bedienungsrichtung entspricht, und die äußere Kraft, die von der Seite ausgeübt wird, die der Bestimmungsrichtung entspricht, klar getrennt sind, kann verhindert werden, daß diese Kräfte einander beeinflussen, wodurch ein möglicher Fehlbetrieb verringert wird.
In dem Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung kann das leitende Element durch leitende Tinte gebildet werden, die auf ein elastisches Element aufgebracht wird. Gemäß dieser Konstruktion kann das leitende Element leicht hergestellt werden und somit können die Produktionskosten gesenkt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Sensors vom kapazitiven Typ gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf ein detektierendes Element des Sensors vom kapazitiven Typ von 1.
3 ist eine Ansicht, die eine Anordnung einer Mehrzahl von Elektroden zeigt, die auf einem Substrat des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 gebildet sind.
4 ist ein Analogschaltkreisdiagramm für die Konstruktion des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 1 dargestellt ist.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 1 dargestellt ist, wenn das detektierende Element in einer positiven X-Achsenrichtung betätigt wird.
6 ist eine Darstellung zur Erklärung der Art und Weise einer Ableitung eines Ausgangssignals von einem zyklischen Signal, das in den Sensor vom kapazitiven Typ eingegeben wird, der in 1 dargestellt ist.
7 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
8 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
9 ist eine Ansicht einer Wellenform eines zyklischen Signals an jeder Anschlußklemme und jedem Knoten des Signalverarbeitungsschaltkreises, der in 8 dargestellt ist.
10 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis zeigt, der einen Schaltkreis zum Umwandeln eines Ausgangssignals für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 1 dargestellt ist, in analoge Spannung zeigt.
11 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung einer ersten Variante des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
12 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen der Preßkraft, die auf das detektierende Element wirkt, und dem analogen Spannungsausgang zeigt.
13 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung einer zweiten Variante des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
14 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung einer dritten Variante des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
15 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung einer vierten Variante des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
16 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung einer fünften Variante des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
17 ist eine schematische Schnittansicht eines Sensors vom kapazitiven Typ gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Draufsicht auf ein detektierendes Element des Sensors vom kapazitiven Typ von 17.
19 ist eine Ansicht, die eine Anordnung einer Mehrzahl von Elektroden zeigt, die auf einem Substrat des Sensors vom kapazitiven Typ von 17 gebildet sind.
20 ist ein Analogschaltkreisdiagramm für die Konstruktion des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 17 dargestellt ist.
21 ist eine Darstellung zur Erklärung der Art und Weise einer Ableitung eines Ausgangssignals von einem zyklischen Signal, das in den Sensor vom kapazitiven Typ eingegeben wird, der in 17 dargestellt ist.
22 ist eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Sensors vom kapazitiven Typ.
23 ist eine Ansicht, die eine Anordnung einer Mehrzahl von Elektroden zeigt, die auf einem Substrat des Sensors vom kapazitiven Typ von 22 gebildet sind.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im folgenden werden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Sensoren vom kapazitiven Typ gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im folgenden beschrieben sind, werden als Kraftsensoren verwendet.
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Sensors vom kapazitiven Typ gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Draufsicht auf ein detektierendes Element des Sensors vom kapazitiven Typ von 1. 3 ist eine Ansicht, die eine Anordnung einer Mehrzahl von Elektroden zeigt, die auf einem Substrat des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 gebildet sind.
Der Sensor vom kapazitiven Typ 10 besitzt ein Substrat 20, ein betriebsbereites detektierendes Element 30, auf das eine Kraft von außen durch einen Bediener ausgeübt wird, eine Verschiebungselektrode 40, kapazitive Elementelektroden E1 bis E4, die auf dem Substrat 20 gebildet sind, bewegliche Schaltelektroden E21 bis E24 mit einer gewölbten Form, die auf dem Substrat 20 gebildet sind (nur E21 und E22 sind in 1 dargestellt), feststehende Schaltelektroden E11 bis E14, die im Inneren der beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 angeordnet sind (nur E11 und E12 sind in 1 dargestellt), eine Referenzelektrode (allgemeine Elektrode) E0, einen Isolierfilm 50, der so gebildet ist, daß er über dem Substrat 20 liegt, so daß er eng mit den mehreren Elektroden in Kontakt steht, ein Halteelement 60 zum festen Halten des detektierenden Elements 30 und der Verschiebungselektrode 40 auf dem Substrat 20, und ein Abdeckungsgehäuse 70, daß so angeordnet ist, daß es die Umfänge des Haltelements 60 und des detektierenden Elements 30 abdeckt.
Der einfachen Erklärung wegen ist hier, wie dargestellt, ein dreidimensionales XYZ-Koordinatensystem definiert, und die Anordnung der Teile wird unter Bezugnahme auf dieses Koordinatensystem beschrieben. Das heißt in 1 ist der Ursprung 0 in der Mitte der Referenzelektrode E0 auf dem Substrat 20 definiert, wobei die X-Achse horizontal nach rechts verläuft, die Z-Achse vertikal nach oben verläuft und die Y-Achse in eine Tiefenrichtung orthogonal zu der vertikalen Richtung verläuft, bei Betrachtung vom Papier aus. Daher definiert eine Oberfläche des Substrats 20 eine Ebene XY und die Z-Achse verläuft im wesentlichen durch Mittelpunktpositionen der Referenzelektrode E0, des detektierenden Elements 30 und der Verschiebungselektrode 40.
Das Substrat 20 ist eine gedruckte Schaltungsplatte für einen elektronischen Schaltkreis einer allgemeinen Art. In dem dargestellten Beispiel wird ein Glas-Epoxid-Substrat als Substrat verwendet. Obwohl ein Filmsubstrat, das zum Beispiel aus einem Polyimidfilm gebildet ist, als Substrat 20 verwendet werden kann, wird es, da es eine flexible Eigenschaft aufweist, bevorzugt in Kombination mit einer Stützplatte verwendet, die ausreichende Steifigkeit hat, auf der das Filmsubstrat angeordnet wird.
Das detektierende Element 30 umfaßt einen oberen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser, der als Kraftaufnahmeabschnitt dient, und einen unteren Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, der sich zu einem unteren Endabschnitt des oberen Abschnitts 31 erstreckt. Das detektierende Element 30 ist in einer scheibenartigen Form auf der gesamten Anordnung gebildet. Der Durchmesser des oberen Abschnitts 31 ist kleiner als der Durchmesser eines Kreises, der durch Verbinden der äußeren gekrümmten Linien der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 gebildet wird. Der Durchmesser des unteren Abschnitts 32 ist im Wesentlichen gleich einem Durchmesser eines Kreises, der durch Verbinden der äußeren gekrümmten Linien der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 gebildet wird. Eine Harzkappe kann auf das detektierende Element 30 aufgesetzt werden, um eine verbesserte Bedienbarkeit bereitzustellen.
Das detektierende Element 30 weist Pfeile auf, die auf einer oberen Oberfläche des oberen Abschnitts 31 gebildet sind, wie in 2 dargestellt ist, um die Bedienungsrichtungen (Bewegungsrichtungen eines Cursors) anzuzeigen. Die Pfeile sind in die positive/negative X-Achsenrichtung beziehungsweise in die positive/negative Y-Achsenrichtung orientiert, oder sind so gebildet, daß sie jeweils den kapazitiven Elementelektroden D1 bis D4 entsprechen.
Die Verschiebungselektrode 40 ist aus einem Silikongummi mit leitenden Eigenschaften gebildet und ist in scheibenartiger Form mit einem Durchmesser gebildet, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Kreises ist, der durch Verbinden der äußeren gekrümmten Linien der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 gebildet wird. Die Verschiebungselektrode 40 ist an eine untere Oberfläche des Halteelements 60 geklebt, das aus einem Silikongummi mit Elastizität gebildet ist. Die Verschiebungselektrode 40 besitzt an ihrer unteren Oberfläche einen Fortsatz 41, der so gebildet ist, daß er an ihrer mittleren Position nach unten ragt, und eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser gleich einem Durchmesser der Referenzelektrode E0 hat. Der Fortsatz 41 hat eine ausreichende Höhe, so daß seine untere Oberfläche mit der Referenzelektrode E0 in Kontakt gelangt. Da der Fortsatz 41, wie zuvor beschrieben, in der Mitte der Verschiebungselektrode 40 gebildet ist, kann die Verschiebungselektrode 40 mit dem Fortsatz 41 als Drehmittelpunkt gekippt werden, wenn eine Kraft auf das detektierende Element 30 wirkt. Die Verschiebungselektrode 40 hat vier Fortsätze 42, die an den Positionen gebildet sind, die jeweils den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 entsprechen.
Die Verschiebungselektrode 40 kann zum Beispiel aus leitender Tinte, leitendem wärmehärtenden Harz (PPT, Elastomer), leitendem Kunststoff und metallbeschichtetem Film, wie auch aus Silikongummi gebildet sein. Es muß festgehalten werden, daß der Fortsatz 42 der Verschiebungselektrode 40 nicht unerläßlich ist.
Wie in 3 dargestellt ist, sind die Referenzelektrode E0 mit einer kreisförmigen Form mit dem Mittelpunkt am Ursprung 0, die kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 in Sektorform, die um die Außenseite der Referenzelektrode E0 angeordnet sind und kreisförmige Löcher H1 bis H4 aufweisen, die um deren mittlere Abschnitte gebildet sind, und die feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 mit einer kreisförmigen Form, die jeweils im Inneren der Löcher H1 bis H4 gebildet sind und einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als der Durchmesser der Löcher H1 bis H4 ist, auf dem Substrat 20 gebildet. Es ist bevorzugt, daß die feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 im Vergleich zu der Fläche der kapazitiven Schaltelektroden E1 bis E4 eine möglichst kleine Fläche haben. Zwei kapazitive Elementelektroden E1 und E2 sind in Bezug auf die X-Achsenrichtung isoliert angeordnet, so daß sie in Bezug auf die Y-Achse symmetrisch sind. Zwei kapazitive Elementelektroden E3 und E4 sind in Bezug auf die Y-Achsenrichtung isoliert angeordnet, so daß sie in Bezug auf die X-Achse symmetrisch sind. Die Referenzelektrode E0 kann um die Außenseite der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 angeordnet sein. In diesem Fall ist der Fortsatz 41 der Verschiebungselektrode 40 um die Außenseite der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 gebildet.
Die kapazitive Elementelektrode E1 ist so angeordnet, daß sie der positiven X-Achsenrichtung entspricht, und die kapazitive Elementelektrode E2 ist so angeordnet, daß sie der negativen X-Achsenrichtung entspricht. E1 und E2 werden zum Detektieren von Komponenten einer Kraft, die von außen ausgeübt wird, für die X-Achsenrichtung verwendet. Die kapazitive Elementelektrode E3 ist so angeordnet, daß sie der positiven Y-Achsenrichtung entspricht, und die kapazitive Elementelektrode E4 ist so angeordnet, daß sie der negativen X-Achsenrichtung entspricht. E3 und E4 werden zum Detektieren von Komponenten einer Kraft, die von außen ausgeübt wird, für die Y-Achsenrichtung verwendet.
Die Referenzelektrode E0 und die feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 sind an Anschlußklemmen T0 bis T5 durch die Verwendung von Durchgangslöchern und dergleichen angeschlossen (siehe 4) und sind an äußere elektronische Schaltkreise durch die Anschlußklemmen T0 bis T5 angeschlossen. Die Referenzelektrode E0 ist durch die Anschlußklemme T0 an die Erde angeschlossen.
Die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 sind in einem derartigen Verhältnis angeordnet, daß sie jeweils mit den kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 in Kontakt sind, sind aber von den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 beabstandet und bedecken diese. Somit sind die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 gewölbte Elemente mit einem Durchmesser, der größer als ein Durchmesser der Löcher H1 bis H4 ist.
Der Isolierfilm 50 liegt über dem Substrat 20 in einem solchen Verhältnis, daß er eng mit einem Teil der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 und den beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 auf dem Substrat 20 in Kontakt steht. Somit verhindert der Isolierfilm 50, daß die bedeckten Teile der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 und der beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24, die aus Kupfer und dergleichen gebildet sind, Luft ausgesetzt werden und hat daher die Aufgabe, eine Oxidation dieser Elektroden zu verhindern. Alternative antioxidierende Maßnahmen, wie zum Beispiel eine Goldplatte, können bei den kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 und den beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 ergriffen werden. Ebenso verhindert der Isolierfilm 50 einen direkten Kontakt zwischen den kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 und den beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 und der Verschiebungselektrode 40.
Es wird nun der Betrieb des Sensors vom kapazitiven Typ 10, der gemäß dieser Ausführungsform konstruiert ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 4 ist ein Analogschaltkreisdiagramm für die Konstruktion des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 1 dargestellt ist. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 1 dargestellt ist, wenn das detektierende Element in einer positiven X-Achsenrichtung betätigt wird. 6 ist eine Darstellung zur Erklärung der Art und Weise einer Ableitung eines Ausgangssignals von einem zyklischen Signal, das in den Sensor vom kapazitiven Typ eingegeben wird, der in 1 dargestellt ist.
Zunächst wird die analoge Schaltungsanordnung der Konstruktion des Sensors vom kapazitiven Typ 10 unter Bezugnahme auf 4 betrachtet. Die kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4, die auf dem Substrat 20 gebildet sind, liegen der Verschiebungselektrode 40 gegenüber. Die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24, die an die kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 angeschlossen sind, haben die Funktion als Schalter S1 bis S4, die selektiv eine Verbindung zwischen den Anschlußklemmen T1 bis T4 und den kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 ermöglichen, indem sie deren Kontaktposition mit den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 oder die Nicht-Kontaktposition mit diesen wählen.
Wenn die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 mit den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 nicht in Kontakt sind (AUS-Zustand), sind die Flächen der feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 im Vergleich zu den Flächen der kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 sehr klein, oder die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 dienen als Art von elektrostatischer Abschirmung und daher wird nahezu keine Kapazität zwischen den beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 und den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 erzeugt.
Wenn andererseits die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 mit den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 in Kontakt sind (EIN-Zustand), sind die kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 mit den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 verbunden und der Verschiebungselektrode 40 entgegen gesetzt, so daß die kapazitiven Elemente C1 bis C4 zwischen der verschiebbaren Verschiebungselektrode 40, das heißt, der gemeinsamen Elektrode, und den einzelnen feststehenden kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 gebildet werden. Es kann behauptet werden, daß die kapazitiven Elemente C1 bis C4 variable kapazitive Elemente sind, die jeweils so konstruiert sind, daß sich ihr Kapazitätswert, der durch die Verschiebung der Verschiebungselektrode 40 hervorgerufen wird, ändert.
Die jeweiligen Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente C1 bis C4 können separat als Kapazitätswerte gemessen werden, die zwischen der Verschiebungselektrode 40 und den Anschlußklemmen T1 bis T4 erzeugt werden, die an ihre entsprechenden kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 angeschlossen sind. Es muß hier festgehalten werden, daß die Verschiebungselektrode 40, das heißt, die allgemeine Elektrode für die kapazitiven Elemente C1 bis C4, als geerdet angesehen wird, da die Referenzelektrode E0 durch die Anschlußklemme T0 an die Erde angeschlossen ist.
Es wird nun der Fall betrachtet, daß das detektierende Element 30 in die positive X-Achsenrichtung in dem Zustand betätigt wird, in dem keine Kraft auf das detektierende Element 30, das in 1 dargestellt ist, ausgeübt wird, wie in 5 dargestellt ist, mit anderen Worten, der Fall, daß eine Kraft zum Niederdrücken des detektierenden Elements 30 (eine Kraft, die in die negative Z-Achsenrichtung wirkt), auf das detektierende Element 30 von dem Pfeil für die positive X-Achsenrichtung ausgeübt wird, der auf dem oberem Abschnitt 31 des detektierenden Elements 30 gebildet ist.
Durch Niederdrücken eines Abschnitts des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, wird der Fortsatz 42, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, der auf der Verschiebungselektrode 40 gebildet ist, nach unten verschoben. Dann wird eine nach unten gerichtete Kraft von dem Fortsatz 42 auf den mittleren Abschnitt der beweglichen Schaltelektrode E21 durch den Isolierfilm 50 ausgeübt. Wenn die Kraft einen spezifizierten Wert nicht erreicht, wird die bewegliche Schaltelektrode E21 im Grunde genommen nicht verschoben. Wenn andererseits die Kraft den spezifizierten Wert erreicht, wird die bewegliche Schaltelektrode E21 elastisch verformt und mit einer Knickung annähernd an ihrem oberen Abschnitt drastisch niedergedrückt und mit der feststehenden Schaltelektrode E11 in Kontakt gebracht. Dies bringt den Schalter 51 in den EIN-Zustand. Zu diesem Zeitpunkt erfährt der Bediener eine deutliche Klickempfindung. Wenn danach das detektierende Element 30 weiter verschoben wird, wird die Verschiebungselektrode 40 weiter verformt, während der Schalter S1 im EIN-Zustand gehalten wird. Infolgedessen wird der Raum zwischen dem Abschnitt der Verschiebungselektrode 40, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, und der kapazitiven Elementelektrode E1 verändert.
Da der Abstand zwischen den Elektroden, die das kapazitive Element C1 bilden (zwischen dem Abschnitt der Verschiebungselektrode 40, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, und der kapazitiven Elementelektrode E1), verändert wird, wird somit der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C1 verändert. Im allgemeinen steht der Kapazitätswert des kapazitiven Elements in umgekehrtem Verhältnis zu dem Abstand zwischen den Elektroden, die das kapazitive Element bilden. Daher erhöht sich der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C1 umgekehrt zu dem Abstand zwischen den Elektroden, die das kapazitive Element C1 bilden.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Abschnitt der Verschiebungselektrode 40, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, im Grunde genommen nicht verschoben. Die Abschnitte der Verschiebungselektrode 40, die der positiven Y-Achsenrichtung und der negativen Y-Achsenrichtung entsprechen, werden ebenso im Grunde genommen nicht verschoben. In der Praxis können die entsprechenden Abschnitte der Verschiebungselektrode 40 zu der negativen X-Achsenrichtung, der positiven Y-Achsenrichtung und der negativen Y-Achsenrichtung leicht nach unten verschoben werden, abhängig von der Art, in der die Kraft auf das detektierende Element 30 ausgeübt wird. Wenn aber die entsprechenden Abschnitte der Verschiebungselektrode 40 nicht verschoben werden, bis die beweglichen Schaltelektroden E22 bis E24, die den jeweiligen Richtungen entsprechen, mit ihrer jeweiligen feststehenden Schaltelektrode E12 bis E14 in Kontakt gebracht werden, werden die Schalter S2 bis S4 im AUS-Zustand gehalten. Daher wird fast keine Kapazität zwischen den beweglichen Schaltelektroden E12 bis E14 und ihrer jeweiligen feststehenden Schaltelektrode E22 bis E24 erzeugt und daher haben solche möglichen Verschiebungen keine Auswirkung auf den Ausgang.
Wenn, von oben betrachtet, das detektierende Element 30 in die positive X-Achsenrichtung betätigt wird, ändert nur C1 der kapazitiven Elemente C1 bis C4 seinen Kapazitätswert, da eine Änderung im Abstand zwischen der kapazitiven Elementelektrode E1 bis E4 und der Verschiebungselektrode 40 in dem kapazitiven Element C1 hervorgerufen wird, während die Schalter S1 bis S4 im EIN-Zustand gehalten werden.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf 6 die Art und Weise der Ableitung eines Ausgangssignals, das die Größe und Richtung einer Kraft angibt, die von außen auf das detektierende Element 30 ausgeübt wird, aus Änderungen der Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente C1 bis C4 betrachtet, wenn die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 und die feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 miteinander in Kontakt sind (die Schalter S1 bis S4 befinden sich im EIN-Zustand). Es muß festgehalten werden, daß die Ausgangssignale Vx, Vy die Größe und Richtung einer Komponente in die X-Achsenrichtung der Kraft angeben, die von außen ausgeübt wird, beziehungsweise die Größe und Richtung einer Komponente in die Y-Achsenrichtung der Kraft angeben, die von außen ausgeübt wird.
Zum Ableiten der Ausgangssignale Vx, Vy werden ständig zyklische Signale, wie Taktsignale, in die Anschlußklemmen T1, T2 eingegeben. Wenn das detektierende Element 30 durch eine Kraft von außen in dem Zustand verschoben wird, in dem die zyklischen Signale in die Anschlußklemmen T1 bis T4 eingegeben werden, wird die Verschiebungselektrode 40 mit der Verschiebung des detektierenden Elements in die Z-Achsenrichtung verschoben. Wenn die Kraft, die von der Verschiebungselektrode 40 auf die beweglichen Schaltelektroden S21 bis S24 ausgeübt wird, den spezifizierten Wert erreicht, wird ein mittlerer Teil der beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 mit einer Knickung elastisch verformt und mit den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 in Kontakt gebracht. Dies bringt die Schalter S1 bis S4 in den EIN-Zustand. Wenn danach das detektierende Element 30 weiter verschoben wird, wird die Verschiebungselektrode 40 weiter verformt, während die Schalter S1 bis S4 im EIN-Zustand gehalten werden. Infolgedessen ändert sich der Abstand zwischen den Elektroden jedes der kapazitiven Elemente C1 bis C4 und dadurch ändert sich der Kapazitätswert jedes der kapazitiven Elemente C1 bis C4. Dann werden Phasenverzögerungen in den zyklischen Signalen erzeugt, die in die Anschlußklemmen T1 bis T4 eingegeben werden. Unter Verwendung der Phasenverzögerungen, die in dem zyklischen Signal erzeugt werden, können die Ausgangssignale Vx, Vy erhalten werden, die die Verschiebung des detektierenden Elements 30 angeben, d. h., die Größe und Richtung der Kraft, die auf das detektierende Element 30 von außen für die X-Achsenrichtung ausgeübt wird, beziehungsweise die Größe und Richtung der Kraft, die auf das detektierende Element 30 von außen für die Y-Achsenrichtung ausgeübt wird.
Genauer gesagt, wenn die zyklischen Signale in die Anschlußklemmen T1 bis T4 eingegeben werden, wird das zyklische Signal in die Anschlußklemmen T1, T3 eingegeben und ein zyklisches Signal B identischer Periodizität, aber mit anderer Phase als das zyklische Signal A wird in die Anschlußklemmen T2, T4 eingegeben. Wenn der Kapazitätswert der kapazitiven Elemente C1 bis C4 durch eine Kraft geändert wird, die auf das detektierende Element 30 zu diesem Zeitpunkt von außen ausgeübt wird, werden Phasenverzögerungen, deren Größenordnung sich voneinander unterscheidet, in den zyklischen Signalen A erzeugt, die in die Anschlußklemmen T1 bis T4 eingegeben werden, oder in den zyklischen Signalen B, die in die Anschlußklemmen T1 bis T4 eingegeben werden.
Insbesondere, wenn eine Kraft, die von außen ausgeübt wird, eine Komponente der positiven X-Achsenrichtung enthält, ändert sich der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C1, um dadurch die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal A zu erzeugen, das in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird. Wenn die Kraft, die von außen ausgeübt wird, eine Komponente der negativen X-Achsenrichtung enthält, ändert sich der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C2, um dadurch ebenso die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal B zu erzeugen, das in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird. Die Änderungen der Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente C1, C2 entsprechen der Komponente der positiven X-Achsenrichtung der Kraft von außen beziehungsweise der Komponente der negativen X-Achsenrichtung der Kraft von außen. Die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal A, das in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird, und die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal B, das in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird, werden von einem Ausschließliches-ODER-Gate gelesen, um das Ausgangssignal Vx abzuleiten. Ein Vorzeichen für die Änderung des Ausgangssignals Vx zeigt die Richtung (positive X-Achsenrichtung oder negative X-Achsenrichtung) einer Komponente einer Kraft von außen an, und ein Absolutwert derselben zeigt eine Größe der Komponente der X-Achsenrichtung an.
Wenn die Kraft, die von außen ausgeübt wird, eine Komponente der positiven Y-Achsenrichtung enthält, ändert sich der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C3, um dadurch die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal A zu erzeugen, das in die Anschlußklemme T3 eingegeben wird. Wenn die Kraft, die von außen ausgeübt wird, eine Komponente der negativen Y-Achsenrichtung enthält, ändert sich der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C4, um dadurch die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal B zu erzeugen, das in die Anschlußklemme T4 eingegeben wird. Die Änderungen der Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente C3, C4 entsprechen der Komponente der positiven Y-Achsenrichtung der Kraft von außen beziehungsweise der Komponente der negativen Y-Achsenrichtung der Kraft von außen. Die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal A, das in die Anschlußklemme T3 eingegeben wird, und die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal B, das in die Anschlußklemme T4 eingegeben wird, werden von einem Ausschließliches-ODER-Gate gelesen, um das Ausgangssignal Vy abzuleiten. Ein Vorzeichen für die Änderung des Ausgangssignals Vy zeigt die Richtung (positive Y-Achsenrichtung oder negative Y-Achsenrichtung) einer Komponente einer Kraft von außen an, und ein Absolutwert derselben zeigt eine Größe der Komponente der Y-Achsenrichtung an.
Wenn eine Kraft, die von außen ausgeübt wird, die Komponente der X-Achsenrichtung oder die Komponente der Y-Achsenrichtung enthält, kann die Kraft sowohl die Komponente der positiven X-Achsenrichtung wie auch die Komponente der negativen X-Achsenrichtung oder sowohl die Komponente der positiven Y-Achsenrichtung wie auch die Komponente der negativen Y-Achsenrichtung enthalten. Betrachten wir nun zum Beispiel die Komponente der X-Achsenrichtung. Der Wert des Ausgangssignals Vx für die Kraft, die die Komponente der positiven X-Achsenrichtung und auch die Komponente der negativen X-Achsenrichtung enthält, deren Größen identisch sind, ist im Wesentlichen derselbe wie der Wert des Ausgangssignals Vx für die Kraft, die von außen ausgeübt wird, die keine Komponente der X-Achsenrichtung enthält (die Einzelheiten werden später erklärt). Wenn sich andererseits die Komponente der positiven X-Achsenrichtung und die Komponente der negativen X-Achsenrichtung voneinander unterscheiden, sind die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal A, das in die Anschlußklemme T3 eingegeben wird, und die Phasenverzögerung in dem zyklischen Signal B, das in die Anschlußklemme T4 eingegeben wird, voneinander unterschiedlich. Das Ausgangssignal Vx wird durch Lesen der Phasenverzögerungen durch das Ausschließliches-ODER-Gate auf dieselbe Weise wie zuvor abgeleitet. Dasselbe gilt für das Ausgangssignal Vy für die Komponente der Y-Achsenrichtung.
Anschließend wird ein Signalverarbeitungsschaltkreis zum Ableiten der Ausgangssignale Vx, Vy unter Verwendung der zyklischen Signale A, B, die in die Anschlußklemmen T1, T2 eingegeben werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen betrachtet. 7 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist.
In dem Signalverarbeitungsschaltkreis, der in 7 dargestellt ist, werden zyklische Signale einer vorbestimmten Frequenz in die Anschlußklemmen T1 bis T4 von einem Wechselsignaloszillator (nicht dargestellt) eingegeben. Widerstandselemente R1 bis R4 sind jeweils an die Anschlußklemmen T1 bis T4 angeschlossen. Ein XOR-Element 81, das ein logisches Element des Ausschließliches-ODER-Gates ist, ist an die Ausgangsenden der Widerstandselemente R1, R2 angeschlossen, und ein XOR-Element 82 ist an die Ausgangsenden der Widerstandselemente R3, R4 angeschlossen. Die Ausgangsenden sind an ihre jeweiligen Anschlußklemme T11, T12 angeschlossen. Ferner sind die Ausgangsenden der Widerstandselemente R1 bis R4 jeweils an die Eingangsenden der Schalter S1 bis S4 angeschlossen, die durch die feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 und die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 gebildet werden. Die Ausgangsenden der Schalter S1 bis S4 sind an die kapazitiven Elemente C1 bis C4 angeschlossen, die zwischen den kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4 und der Verschiebungselektrode 40 gebildet sind. Die Verschiebungselektrode 40, die eine Elektrode jedes der kapazitiven Elemente C1 bis C4 ist, ist, wie zuvor erwähnt, an die Erde angeschlossen.
Es wird nun die Art und Weise des Ableitens des Ausgangssignals Vx der Komponente der X-Achsenrichtung unter Bezugnahme auf 8 betrachtet. Da die Art und Weise der Ableitung des Ausgangssignals Vy der Komponente der Y-Achsenrichtung dieselbe ist wie die Art und Weise des Ableitens des Ausgangssignals Vx der Komponente der X-Achsenrichtung, wird deren ausführliche Beschreibung unterlassen. 8 ist ein Schaltkreisdiagramm (ein Teil von 7), das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponente der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist. In diesem Signalverarbeitungsschaltkreis bilden das kapazitive Element C1 und das Widerstandselement R1 beziehungsweise das kapazitive Element C2 und das Widerstandselement R2 CR-Verzögerungsschaltkreise. Daher werden die zyklischen Signale (Signal mit rechteckiger Welle), die in die Anschlußklemmen T1, T2 eingegeben werden, in einem spezifischen Ausmaß durch die CR-Verzögerungsschaltkreise verzögert, und dann in dem XOR-Element 81 vereint.
Wenn Signale mit einer ausreichenden Ansteuerungsfähigkeit den Anschlußklemmen T1, T2 nicht zugeleitet werden können, sollten Inverterelemente vorzugsweise zwischen der Anschlußklemme T1 und dem Widerstandselement R1 beziehungsweise zwischen der Anschlußklemme T2 und dem Widerstandselement R2 eingesetzt sein. Während die Inverterelemente verwendet werden, um eine ausreichende elektrische Ansteuerungsenergie zum Ansteuern der CR-Verzögerungsschaltkreise zu erzeugen, sind sie im logischen Sinn unnötige Elemente. Wenn dieselben Elemente als Inverterelement verwendet werden, können Signale von verschiedenen Routen unter denselben Bedingungen verglichen werden.
Anschließend wird der Betrieb des Schaltkreises von 8 unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. 9 ist eine Ansicht, die eine Wellenform eines zyklischen Signals an jeder Anschlußklemme und jedem Knoten des Signalverarbeitungsschaltkreises zeigt, der in 8 dargestellt ist.
In dem Signalverarbeitungsschaltkreis von 8 gehen die zyklischen Signale, die in die Anschlußklemmen T1, T2 eingegeben werden, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis und werden dann in die jeweiligen XOR-Elemente 81 mit vorbestimmten Zeitverzögerungen eingegeben. Genauer gesagt, ein zyklisches Signal f(Φ) (das dem oben genannten zyklischen Signal A entspricht (im folgenden als "zyklisches Signal A" bezeichnet)), wird in die Anschlußklemme T1 eingegeben, und ein zyklisches Signal f(Φ + θ) (das dem oben genannten zyklischen Signal B entspricht (im folgenden als "zyklisches Signal B" bezeichnet)), dessen Periodizität identisch ist, aber dessen Phase nur um θ anders als jene des zyklischen Signals f(Φ) ist, wird in die Anschlußklemme T2 eingegeben. Es wird hier auf den Fall Bezug genommen, daß ein Tastverhältnis des zyklischen Signals A 50% ist und die Phase des zyklischen Signals B nur um ¼ des Zyklus des zyklischen Signals A weiter vorgeschoben ist als jene des zyklischen Signals A.
Das zyklische Signal A und das zyklische Signal B, deren Phasen sich voneinander unterscheiden, und die in die Anschlußklemmen T1 beziehungsweise T2 eingegeben werden, werden derart erzeugt, daß die zyklischen Signale, die von einem einzigen Wechselsignaloszillator ausgegeben werden, in zwei Routen geteilt werden, und die zyklischen Signale, die durch einen CR-Verzögerungsschaltkreis (nicht dargestellt) gehen, der in einer der beiden Routen angeordnet ist, in der Phase verzögert sind. Die Art und Weise der Verzögerung der Phase der zyklischen Signale ist nicht auf die Art der Verwendung des CR-Verzögerungsschaltkreises beschränkt, Es kann jedes andere adäquate Mittel angewendet werden. Das zyklische Signal A und das zyklische Signal B, deren Phasen sich voneinander unterscheiden, können unter Verwendung von zwei Wechselsignaloszillatoren erzeugt und dann in die Anschlußklemme T1 beziehungsweise T2 eingegeben werden.
Die Bezugszeichen (a) und (b) von 9 geben Wellenformen der zyklischen Signale A und B an, die in die Anschlußklemme T1 beziehungsweise T2 eingegeben werden. Wenn auf das detektierende Element 30 keine Kraft von außen ausgeübt wird (wenn das detektierende Element nicht betätigt wird), befinden sich die Schalter S1 und S2 des Signalverarbeitungsschaltkreises von 8 im AUS-Zustand und die elektrischen Ladungen, die in den kapazitiven Elementen C1 und C2 gespeichert sind, sind so vernachlässigbar, daß das zyklische Signal A und das zyklische Signal B in das EX-ODER-Element 81 ohne wesentliche Verzögerung eingegeben werden. Daher werden die Signale mit derselben Wellenform wie die zyklischen Signale an den Anschlußklemmen T1, T2 in das EX-ODER-Element 81 für eine logische Ausschließliches-ODER-Operation zwischen diesen Signalen eingegeben und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben. Es sollte festgehalten werden, daß das Ausgangssignal Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signalrechteckiger Welle mit einem Tastverhältnis D1 ist, wie in 9(c) dargestellt ist.
Wenn dann das detektierende Element 30 in die positive X-Achsenrichtung betätigt wird (siehe 5), wird der Schalter S1 in den EIN-Zustand gestellt, so daß das kapazitive Element C1 an das Widerstandselement R1 zur Bildung des Verzögerungsschaltkreises angeschlossen wird. Das zyklische Signal A, das in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird, geht durch den Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C1 und dem Widerstandselement R1 gebildet ist, und erreicht den Knoten X1 mit einer Zeitverzögerung. 9(d) zeigt eine elektrische Änderung am Knoten X1 des Signalverarbeitungsschaltkreises, der in 8 dargestellt ist, wenn das zyklische Signal A in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird.
Wenn das zyklische Signal, das zyklisch ein "H"-Signal und ein "L"-Signal wiederholt, in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird, tritt wiederholt die elektrische Änderung ein, wie in 9(d) dargestellt ist. Das heißt, wenn die Eingabe des "H"-Signals beginnt, wird die elektrische Ladung allmählich in dem kapazitiven Element C1 gespeichert, das den CR-Verzögerungsschaltkreis bildet, so daß das elektrische Potential im Knoten X1 allmählich erhöht wird, während andererseits, wenn die Eingabe des "L"-Signals beginnt, die elektrische Ladung in dem kapazitiven Element C1, das den CR-Verzögerungsschaltkreis bildet, allmählich entladen wird, so daß das elektrische Potential im Knoten X1 allmählich gesenkt wird. Diese elektrische Änderung tritt wiederholt ein, wie in 9(d) dargestellt ist.
In der Praxis wird die Wellenform des Potentials im Knoten X1 in eine rechteckige Welle (Pulsform) über einen Komparator (nicht dargestellt) mit einem spezifizierten Schwellenwert umgewandelt. Die rechteckige Welle wird von dem Komparator gebildet, der das "H"-Signal ausgibt, wenn das Potential größer als der voreingestelite Schwellenwert ist, und das "L"-Signal ausgibt, wenn das Potential kleiner als der voreingestellte Schwellenwert ist. Wenn das XOR-Element 81 eine logische C-MOS-Vorrichtung ist, ist die Schwellenspannung vorzugsweise bei etwa Vcc/2 eingestellt, wobei Vcc eine Energieversorgungsspannung des Komparators ist. Somit wird die Wellenform des Potentials im Knoten X1 durch den Komparator in eine rechteckige Welle mit einem Tastverhältnis D2 umgewandelt, wie in 9(e) dargestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Schalter S2 im AUS-Zustand, so daß das kapazitive Element C2 und das Widerstandselement R2 nicht den Verzögerungsschaltkreis bilden. Daher hat das zyklische Signal, das den Knoten X2 erreicht, dieselbe Wellenform wie das zyklische Signal B (das Signal mit einer Wellenform, die in 9(b) dargestellt ist).
Somit werden die Signale mit derselben Wellenform wie die zyklischen Signale an den Knoten X1, X2 (die Signale haben die Wellenform, die in 9(b) und 9(e) dargestellt ist) in das XOR-Element 81 für eine Ausschließliches-ODER-Operation zwischen diesen Signalen eingegeben und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben. Es sollte festgehalten werden, daß das Signal Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signal rechteckiger Welle mit einem Tastverhältnis D3 ist, wie in 9(f) dargestellt ist.
Wenn der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, weiter nach unten gedrückt wird, wird der Abstand zwischen der Verschiebungselektrode 40 und der kapazitiven Elementelektrode E1 verringert, so daß der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C1 somit erhöht wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Phasenverzögerung (Größe der Verzögerung), die hervorgerufen wird, wenn das zyklische Signal A durch den Verzögerungsschaltkreis geht, erhöht, so daß das Tastverhältnis D3 des Ausgangssignals Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ebenso erhöht ist.
Wenn das detektierende Element 30 in die negative X-Achsenrichtung betätigt wird, wird der Schalter S2 in den EIN-Zustand gestellt, so daß das kapazitive Element C2 an das Widerstandselement R2 angeschlossen wird, um den Verzögerungsschaltkreis zu bilden. Das zyklische Signal B, das in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird, geht durch den Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C2 und dem Widerstandselement R2 gebildet ist, und erreicht den Knoten X2 mit einer Zeitverzögerung. 9(g) zeigt eine elektrische Änderung am Knoten X2 des Signalverarbeitungsschaltkreises, der in 8 dargestellt ist, wenn das zyklische Signal B in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird.
Wenn das zyklische Signal, das zyklisch ein "H"-Signal und ein "L"-Signal wiederholt, in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird, tritt wiederholt die elektrische Änderung ein, wie in 9(g) dargestellt ist. Das heißt, wenn die Eingabe des "H"-Signals beginnt, wird die elektrische Ladung allmählich in dem kapazitiven Element C2 gespeichert, das den CR-Verzögerungsschaltkreis bildet, so daß das elektrische Potential im Knoten X2 allmählich erhöht wird, während andererseits, wenn die Eingabe des "L"-Signals beginnt, die elektrische Ladung in dem kapazitiven Element C2, das den CR-Verzögerungsschaltkreis bildet, allmählich entladen wird, so daß das elektrische Potential im Knoten X2 allmählich gesenkt wird. Diese elektrische Änderung tritt wiederholt ein, wie in 9(g) dargestellt ist.
In der Praxis wird die Wellenform des Potentials im Knoten X2 in eine rechteckige Welle (Pulsform) über einen Komparator (nicht dargestellt) mit einem spezifizierten Schwellenwert umgewandelt. Die rechteckige Welle wird von dem Komparator gebildet, der das "H"-Signal ausgibt, wenn das Potential größer als der voreingestellte Schwellenwert ist, und das "L"-Signal ausgibt, wenn das Potential kleiner als der voreingestellte Schwellenwert ist. Wenn das XOR-Element 81 eine logische C-MOS-Vorrichtung ist, ist die Schwellenspannung vorzugsweise bei etwa Vcc/2 eingestellt, wobei Vcc eine Energieversorgungsspannung des Komparators ist. Somit wird die Wellenform des Potentials im Knoten X2 durch den Komparator in eine rechteckige Welle mit einem Tastverhältnis D4 umgewandelt, wie in 9(h) dargestellt ist.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Schalter S1 im AUS-Zustand, so daß das kapazitive Element C1 und das Widerstandselement R1 nicht den Verzögerungsschaltkreis bilden. Daher hat das zyklische Signal, das den Knoten X1 erreicht, dieselbe Wellenform wie das zyklische Signal A (das Signal mit einer Wellenform, die in 9(a) dargestellt ist).
Somit werden die Signale mit derselben Wellenform wie die zyklischen Signale an den Knoten X1, X2 (die Signale haben die Wellenform, die in 9(a) und 9(h) dargestellt ist) in das XOR-Element 81 für eine Ausschließliches-ODER-Operation zwischen diesen Signalen eingegeben und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben. Es sollte festgehalten werden, daß das Signal Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signal rechteckiger Welle mit einem Tastverhältnis D5 ist, wie in 9(i) dargestellt ist.
Wenn der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, weiter nach unten gedrückt wird, wird der Abstand zwischen der Verschiebungselektrode 40 und der kapazitiven Elementelektrode E2 verringert, so daß der Kapazitätswert des kapazitiven Elements C2 somit erhöht wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Phasenverzögerung (Größe der Verzögerung), die hervorgerufen wird, wenn das zyklische Signal B durch den Verzögerungsschaltkreis geht, erhöht, so daß das Tastverhältnis D3 des Ausgangssignals Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, gesenkt wird.
Somit ist das Tastverhältnis D5 (9(i)) des Ausgangssignals Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, wenn das detektierende Element 30 nur in die negative X-Achsenrichtung betätigt wird, kleiner als das Tastverhältnis D2 (9(e)) des Ausgangssignals Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, wenn das detektierende Element 30 nur in die positive X-Achsenrichtung betätigt wird.
Wenn die Bedienung in die positive X-Achsenrichtung und die Bedienung in die negative X-Achsenrichtung gleichzeitig auf das detektierende Element 30 ausgeübt werden, gehen das zyklische Signal A und das zyklische Signal B, die in die Anschlußklemmen T1 und T2 eingegeben werden, durch den Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C1 und dem Widerstandselement R1 gebildet ist, beziehungsweise durch den Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C2 und dem Widerstandselement R2 gebildet ist, und erreichen die Knoten X1 und X2. Daher sind die elektrischen Änderungen in den Knoten X1 und X2 wie in 9(d) und 9(g) dargestellt.
Somit werden die digitalisierten Signale, die durch Umwandeln der elektrischen Änderungen in den Knoten X1 und X2 (die Wellenformen, die in 9(d) und 9(g) dargestellt sind) in digitale Form durch den spezifizierten Schwellenwert erhalten werden, in das XOR-Element 81 für die logische Ausschließliches-ODER-Operation zwischen diesen Signalen eingegeben und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben. Es sollte festgehalten werden, daß das Signal Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signal rechteckiger Welle mit einem Tastverhältnis D6 ist, wie in 9(j) dargestellt ist.
Somit ist das Tastverhältnis D6 (9(j)) des Ausgangssignals Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, wenn die Bedienung in die positive X-Achsenrichtung und die Bedienung in die negative X-Achsenrichtung gleichzeitig auf das detektierende Element 30 ausgeübt werden, im Wesentlichen dasselbe wie das Tastverhältnis D1 (9(c)) des Ausgangssignals Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, wenn das detektierende Element 30 nicht betätigt wird. Beide Signale sind jedoch zueinander phasenverschoben.
Das Ausgangssignal Vx, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, kann verwendet werden, indem es in eine analoge Spannung Vx' umgewandelt wird. 10 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis zeigt, der einen Schaltkreis zum Umwandeln des Ausgangssignals für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 1 dargestellt ist, in eine analoge Spannung enthält.
Wie in 10 dargestellt ist, werden die Ausgangssignale Vx, die an die Anschlußklemme T11 ausgegeben werden, geglättet, wenn sie durch ein Tiefpaßfilter 50 gehen, und dann werden die geglätteten Ausgangssignale Vx als analoge Spannung Vx' an eine Anschlußklemme T50 ausgegeben. Der Wert der analogen Spannung Vx' ändert sich im Verhältnis zu dem Tastverhältnis des Ausgangssignals Vx. Mit einer Zunahme im Tastverhältnis des Ausgangssignals Vx erhöht sich daher der Wert der analogen Spannung Vx'. Mit einer Abnahme im Tastverhältnis des Ausgangssignals Vs sinkt andererseits der Wert der analogen Spannung Vx'. Wenn das Tastverhältnis des Ausgangssignals Vx sich im Grunde genommen nicht ändert, ändert sich auch der Wert der analogen Spannung Vx' im Grunde genommen nicht.
Wenn, wie zuvor erwähnt, ein Bediener das detektierende Element 30 gemäß dem Sensor vom kapazitiven Typ 10 dieser Ausführungsform betätigt, werden die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24, die den Bedienungsrichtungen entsprechen, mit einer Klickempfindung elastisch verformt und auch der Sensor 10 erkennt die Verschiebung des detektierenden Elements 30 erst, wenn die beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 mit den feststehenden Schaltelektroden E11 bis E14 in Kontakt gelangen. Wenn daher der Bediener eine Klickempfindung hat, kann er/sie leicht aus der Klickempfindung erkennen, daß er/sie tatsächlich den Vorgang ausführt.
Da auch der Sensor 10 die Verschiebung des detektierenden Elements 30 erst erkennt, wenn eine äußere Kraft, die ausreicht, daß der Bediener ein Klicken spürt, erkennt der Sensor 10 die Verschiebung des detektierenden Elements 30 auch nicht, wenn der Bediener unabsichtlich oder unbewußt eine äußere Kraft auf das detektierende Element 30 ausübt, die zu gering ist, um dem Bediener eine Klickempfindung zu verleihen. Daher wird eine mögliche Störung vermieden, wie zum Beispiel, daß das detektierende Element zufällig mit einem anderen Element in Kontakt gelangt, so daß nur die Verschiebung des detektierenden Elements 30 sicher detektiert wird, die durch eine absichtliche Betätigung durch den Bediener hervorgerufen wird.
Ebenso sind mehrere kapazitive Elementelektroden E1 bis E4 so gebildet, daß die Komponenten der X-Achsenrichtung und die Komponenten der Y-Achsenrichtung einer Kraft, die auf das detektierende Element 30 von außen ausgeübt wird, separat erkannt werden können. Da Signale mit verschiedenen Phasen den gepaarten kapazitiven Elementelektroden (E1 und E2, und E3 und E4) zugeleitet werden, kann zusätzlich die Phasenverzögerung des Signals, wenn es durch den Schaltkreis geht, erhöht werden. Da ferner der Signalverarbeitungsschaltkreis, der das logische Element verwendet, verwendet wird, kann das Signal mit hoher Präzision detektiert werden. Der derart konstruierte Sensor vom kapazitiven Typ wird vorzugsweise als Eingabevorrichtung eines Personal-Computers, eines mobilen Telefons, eines Spiels und dergleichen verwendet.
Anschließend wird eine erste Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 11 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung einer ersten Variante des Sensors vom kapazitiven Typ zeigt, der in 1 dargestellt ist. 12 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen der Preßkraft, die auf das detektierende Element wirkt, und dem analogen Spannungsausgang zeigt. Der Signalverarbeitungsschaltkreis von 11 unterscheidet sich von dem Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 darin, daß ein Schaltkreis 60 zwischen dem Tiefpaßfilter von 10 und der Anschlußklemme 11 angeschlossen ist. Da die übrigen Konstruktionen dieselben wie bei dem Sensor vom kapazitiven Typ 1 von 1 sind, wird deren Beschreibung unterlassen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Teilen zugeordnet sind.
Der Schaltkreis 60 hat Komparatoren 63, 64, und Regelwiderstände 65, 66, und ist an einen Knoten X60 zwischen dem Tiefpaßfilter 50 und der Anschlußklemme 11 angeschlossen. Eine Eingangsklemme des Komparators 63 ist an den Regelwiderstand 65 angeschlossen, und die andere Anschlußklemme des Komparators 63 ist an den Knoten X60 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme des Komparators 63 ist an eine Anschlußklemme 61 angeschlossen. Ebenso ist eine Eingangsklemme des Komparators 64 an den Regelwiderstand 66 angeschlossen und die andere Eingangsklemme des Komparators 64 ist an den Knoten X60 angeschlossen. Ebenso ist die Ausgangsklemme des Komparators 64 an die Anschlußklemme 62 angeschlossen. Eine vorbestimmte Spannung wird an die Regelwiderstände 65, 66 über eine Energiequelle (nicht dargestellt) angelegt, und Werte, die in die Komparatoren 63, 64 eingegeben werden (im folgenden werden sie als "Vergleichswerte" bezeichnet) können durch Ändern der Widerstandswerte geändert werden.
Nun wird das Verhältnis zwischen den Preßkräften Fx1, Fx2, die auf das detektierende Element 30 wirken, und der analogen Spannung Vx' unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Die Preßkräfte Fx1, Fx2 zeigen die Kraft, die auf das detektierende Element 30 in die positive X-Achsenrichtung wirkt, beziehungsweise die Kraft, die auf das detektierende Element 30 in die negative X-Achsenrichtung wirkt. Ein Wert der analogen Spannung Vx', der ermittelt wird, wenn weder die Preßkraft Fx1 noch die Preßkraft Fx2 auf das detektierende Element ausgeübt wird, wird durch "a" dargestellt.
Der Wert "a" der analogen Spannung Vx' wird unverändert gehalten, bis die Preßkraft Fx1 eine Preßkraft Fx10 erreicht. Wenn die Preßkraft Fx1 die Preßkraft Fx10 erreicht, erhöht sich der Wert der analogen Spannung Vx' sofort auf einen Spannungswert "b". Es sollte festgehalten werden, daß die Preßkraft Fx10 einer Kraft (einem vorbestimmten Wert) entspricht, der notwendig ist, damit ein mittlerer Abschnitt der beweglichen Schaltelektrode E12 drastisch mit einem Knicken verschoben wird, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Ferner erhöht sich bei einer Zunahme der Preßkraft Fx1 der Wert der analogen Spannung Vx' proportional.
Ebenso wird der Wert "a" der analogen Spannung Vx' unverändert gehalten, bis die Preßkraft Fx2 eine Preßkraft Fx20 erreicht. Wenn die Preßkraft Fx2 die Preßkraft Fx20 erreicht, sinkt der Wert der analogen Spannung Vx' sofort auf einen Spannungswert "c". Es sollte festgehalten werden, daß die Preßkraft Fx20 einer Kraft (einem vorbestimmten Wert) entspricht, der notwendig ist, damit ein mittlerer Abschnitt der beweglichen Schaltelektrode E22 drastisch mit einem Knicken verschoben wird, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Ferner erhöht sich bei einer Zunahme der Preßkraft Fx2 der Wert der analogen Spannung Vx' proportional.
Wenn daher der Vergleichswert des Komparators 63 durch Ändern des Widerstandswert des Regelwiderstands 65 zwischen dem Spannungswert "a" und dem Spannungswert "b" eingestellt wird, kann das Signal, das entweder den EIN-Zustand oder den AUS-Zustand anzeigt, an die Anschlußklemme 61 ausgegeben werden. Insbesondere kann das Signal, das den AUS-Zustand zeigt, ausgegeben werden, bis die Preßkraft Fx1 die Preßkraft Fx10 erreicht, und das Signal, das den EIN-Zustand zeigt, kann ausgegeben werden, wenn die Preßkraft Fx1 die Preßkraft Fx10 erreicht (12).
Wenn der Vergleichswert des Komparators 64 durch Ändern des Widerstandswertes des Regelwiderstands 66 zwischen dem Spannungswert "a" und dem Spannungswert "b" eingestellt wird, kann ebenso das Signal, das entweder den EIN-Zustand oder den AUS-Zustand anzeigt, an die Anschlußklemme 62 ausgegeben werden. Insbesondere kann das Signal, das den AUS-Zustand anzeigt, ausgegeben werden, bis die Preßkraft Fx2 die Preßkraft Fx20 erreicht, und das Signal, das den EIN-Zustand anzeigt, kann ausgegeben werden, wenn die Preßkraft Fx2 die Preßkraft Fx20 erreicht (12).
Wenn daher der Signalverarbeitungsschaltkreis, der den Schaltkreis 60 enthält, verwendet wird, kann der Sensor vom kapazitiven Typ 10 als analoge Spannungssteuereinheit mit Schaltfunktion verwendet werden. Mit anderen Worten, die Schalter S1, S2 können zum Starten der Erkennung der Komponenten der X-Achsenrichtung der Kraft, die von außen ausgeübt wird, verwendet werden, und können als Alternative verwendet werden, um selektiv zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand anderer angeschlossener Schaltkreise oder Geräte umzuschalten.
Die Funktion des Schaltkreises 60 kann von einem Mikrocomputer mit einem A/D-Wandlerport unter Verwendung einer Software, wie einem Programm, ausgeführt werden.
Anschließend wird eine zweite Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 13 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ gemäß der zweiten Variante zeigt.
Der Signalverarbeitungsschaltkreis von 13 unterscheidet sich von dem Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 darin, daß ein kapazitives Element C0 zwischen der Verschiebungselektrode 40 und der Referenzelektrode E0 gebildet ist. Da die übrigen Konstruktionen dieselben wie bei dem Sensor vom kapazitiven Typ 1 von 1 sind, wird deren Beschreibung unterlassen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Teilen zugeordnet sind.
Der Isolierfilm 50 liegt über dem Substrat 20 in einem solchen Verhältnis, daß er eng mit den kapazitiven Elementelektroden E1 bis E4, den beweglichen Schaltelektroden E21 bis E24 und der Referenzelektrode E0 in Kontakt steht und das Substrat 20 bedeckt. Somit wird das kapazitive Element C0 zwischen der Verschiebungselektrode 40 und der Referenzelektrode E0 durch Anordnen des Isolierfilms 50 zwischen der Verschiebungselektrode 40 und der Referenzelektrode E0 gebildet.
Daher ist die Verschiebungselektrode 40 elektrisch mit der geerdeten Referenzelektrode E0 über eine kapazitive Kopplung verbunden, die durch das kapazitive Element C0 gebildet wird (das die Funktion eines Kopplungskondensators hat), und nicht über einen direkten Kontakt. Dies kann eine verbesserte Spannungsfestigkeit des Sensors vom kapazitiven Typ 10 bereitstellen, wodurch praktisch die Möglichkeit aufgehoben wird, daß der Sensor durch einen Funkenstrom beschädigt wird, der durch den Sensor fließt, und auch ein mögliches Versagen, wie eine schlechte Verbindung, verhindert wird. Daher kann der Sensor vom kapazitiven Typ mit verbesserter Zuverlässigkeit erhalten werden. Da zusätzlich verhindert wird, daß die Referenzelektrode E0 Luft ausgesetzt wird, kann eine Oxidation der zugehörigen Elektroden verhindert werden.
Anschließend wird eine dritte Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 14 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ gemäß der dritten Variante zeigt. Der Signalverarbeitungsschaltkreis von 14 unterscheidet sich von dem Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 darin, daß anstelle eines XOR-Elements ein ODER-Element als logisches Element verwendet wird. Da die übrigen Konstruktionen dieselben wie bei dem Sensor vom kapazitiven Typ 1 von 1 sind, wird deren Beschreibung unterlassen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Teilen zugeordnet sind.
Wenn in 14 der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, niedergedrückt wird, wird der Schalter S1 in den EIN-Zustand gestellt. Wenn dann der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, weiter niedergedrückt wird, geht das zyklische Signal A, das in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C1 und dem Widerstandselement R1 gebildet ist, und erreicht den Knoten X1. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Verzögerung in dem zyklischen Signal im Knoten X1 erzeugt, wie in 9(e) dargestellt ist. Ebenso, wenn der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, niedergedrückt wird, wird der Schalter S2 in den EIN-Zustand gestellt. Wenn dann der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, weiter niedergedrückt wird, geht das zyklische Signal B, das in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C2 und dem Widerstandselement R2 gebildet wird, und erreicht den Knoten X2. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Verzögerung in dem zyklischen Signal im Knoten X2 erzeugt, wie in 9(h) dargestellt ist.
Daher werden die Signale mit derselben Wellenform wie die zyklischen Signale in den Knoten X1, X2 in das ODER-Element 83 für die logische ODER-Operation zwischen diesen Signalen eingegeben, und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben, wie im Falle von 8. Es sollte festgehalten werden, daß das Ausgangssignal, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signal rechteckiger Welle mit einem spezifischen Tastverhältnis ist.
Das Tastverhältnis zwischen dem Signal rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 51 ausgegeben wird, wenn das ODER-Element 83 verwendet wird, und dem Signal rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 51 ausgegeben wird, wenn das detektierende Element 30 nicht betätigt wird, ändert sich weniger im Vergleich zu jenem des Signals rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 51 ausgegeben wird, wenn das XOR-Element verwendet wird. Dies führt möglicherweise zu einer Verringerung in der Empfindlichkeit des Sensors vom kapazitiven Typ.
Wenn daher die Komponenten des Sensors vom kapazitiven Typ aus einem Material bestehen, das die Empfindlichkeit des Sensors signifikant modifizieren kann, wird vorzugsweise das ODER-Element zur Einstellung der Empfindlichkeit des Sensors vom kapazitiven Typ (Verringerung der Empfindlichkeit in dieser Variante) durch die Schaltungsanordnung des Signalverarbeitungsschaltkreises verwendet.
Anschließend wird eine vierte Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 15 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ gemäß der vierten Variante zeigt. Der Signalverarbeitungsschaltkreis von 15 unterscheidet sich von dem Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 darin, daß anstelle des XOR-Elements ein UND-Element als logisches Element verwendet wird. Da die übrigen Konstruktionen dieselben wie bei dem Sensor vom kapazitiven Typ 1 von 1 sind, wird deren Beschreibung unterlassen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Teilen zugeordnet sind.
Wenn in 15 der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, niedergedrückt wird, wird der Schalter S1 in den EIN-Zustand gestellt. Wenn dann der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, weiter niedergedrückt wird, geht das zyklische Signal A, das in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C1 und dem Widerstandselement R1 gebildet ist, und erreicht den Knoten X1. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Verzögerung in dem zyklischen Signal im Knoten X1 erzeugt, wie in 9(e) dargestellt ist. Ebenso, wenn der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, niedergedrückt wird, wird der Schalter S2 in den EIN-Zustand gestellt. Wenn dann der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, weiter niedergedrückt wird, geht das zyklische Signal B, das in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C2 und dem Widerstandselement R2 gebildet ist, und erreicht den Knoten X2. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Verzögerung in dem zyklischen Signal im Knoten X2 erzeugt, wie in 9(h) dargestellt ist.
Daher werden die Signale mit derselben Wellenform wie die zyklischen Signale in den Knoten X1, X2 in das UND-Element 84 für die logische ODER-Operation zwischen diesen Signalen eingegeben, und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben, wie im Falle von 8. Es sollte festgehalten werden, daß das Ausgangssignal, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signal rechteckiger Welle mit einem spezifischen Tastverhältnis ist.
Das Tastverhältnis zwischen dem Signal rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 51 ausgegeben wird, wenn das UND-Element 84 verwendet wird, und dem Signal mit rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 51 ausgegeben wird, wenn das detektierende Element 30 nicht betätigt wird, ändert sich weniger im Vergleich zu jenem des Signals rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 51 ausgegeben wird, wenn das XOR-Element verwendet wird. Dies führt möglicherweise zu einer Verringerung in der Empfindlichkeit des Sensors vom kapazitiven Typ.
Wenn daher die Komponenten des Sensors vom kapazitiven Typ aus einem Material bestehen, das die Empfindlichkeit des Sensors signifikant modifizieren kann, wird vorzugsweise das UND-Element zur Einstellung der Empfindlichkeit des Sensors vom kapazitiven Typ (Verringerung der Empfindlichkeit in dieser Variante) durch die Schaltungsanordnung des Signalverarbeitungsschaltkreises verwendet.
Anschließend wird eine fünfte Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 16 ist ein Schaltkreisdiagramm, das einen Signalverarbeitungsschaltkreis für die Komponenten der X-Achsenrichtung des Sensors vom kapazitiven Typ gemäß der fünften Variante zeigt. Der Signalverarbeitungsschaltkreis von 16 unterscheidet sich von dem Signalverarbeitungsschaltkreis des Sensors vom kapazitiven Typ von 1 darin, daß anstelle des XOR-Elements ein NICHT-UND-Element als logisches Element verwendet wird. Da die übrigen Konstruktionen dieselben wie bei dem Sensor vom kapazitiven Typ 1 von 1 sind, wird deren Beschreibung unterlassen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen Teilen zugeordnet sind.
Wenn in 16 der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, niedergedrückt wird, wird der Schalter S1 in den EIN-Zustand gestellt. Wenn dann der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der positiven X-Achsenrichtung entspricht, weiter niedergedrückt wird, geht das zyklische Signal A, das in die Anschlußklemme T1 eingegeben wird, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C1 und dem Widerstandselement R1 gebildet ist, und erreicht den Knoten X1. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Verzögerung in dem zyklischen Signal im Knoten X1 erzeugt, wie in 9(e) dargestellt ist. Ebenso, wenn der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, niedergedrückt wird, wird der Schalter S2 in den EIN-Zustand gestellt. Wenn dann der Abschnitt des detektierenden Elements 30, der der negativen X-Achsenrichtung entspricht, weiter niedergedrückt wird, geht das zyklische Signal B, das in die Anschlußklemme T2 eingegeben wird, durch den CR-Verzögerungsschaltkreis, der aus dem kapazitiven Element C2 und dem Widerstandselement R2 gebildet ist, und erreicht den Knoten X2. Zu diesem Zeitpunkt wird eine vorbestimmte Verzögerung in dem zyklischen Signal im Knoten X2 erzeugt, wie in 9(h) dargestellt ist.
Daher werden die Signale mit derselben Wellenform wie die zyklischen Signale in den Knoten X1, X2 in das NICHT-UND-Element 85 für die logische ODER-Operation zwischen diesen Signalen, gefolgt von einer NICHT-Operation eingegeben, und dann wird das Ergebnis an die Anschlußklemme T11 ausgegeben, wie im Falle von 8. Es sollte festgehalten werden, daß das Ausgangssignal, das an die Anschlußklemme T11 ausgegeben wird, ein Signal rechteckiger Welle mit einem spezifischen Tastverhältnis ist.
Das Tastverhältnis des Signals rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 11 ausgegeben wird, verringert sich durchschnittlich im Vergleich zu dem Signal mit rechteckiger Welle, das an die Anschlußklemme 11 ausgegeben wird, wenn das XOR-Element verwendet wird. Dies führt möglicherweise zu einer Verringerung in der Empfindlichkeit des Sensors vom kapazitiven Typ.
Wenn daher die Komponenten des Sensors vom kapazitiven Typ aus einem Material bestehen, das die Empfindlichkeit des Sensors signifikant modifizieren kann, wird vorzugsweise das NICHT-UND-Element zur Einstellung der Empfindlichkeit des Sensors vom kapazitiven Typ (Verringerung der Empfindlichkeit in dieser Variante) durch die Schaltungsanordnung des Signalverarbeitungsschaltkreises verwendet.
Anschließend wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
17 ist eine schematische Schnittansicht eines Sensors vom kapazitiven Typ gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 18 ist eine Draufsicht auf ein detektierendes Element des Sensors vom kapazitiven Typ von 17. 19 ist eine Ansicht, die eine Anordnung einer Mehrzahl von Elektroden zeigt, die auf einem Substrat des Sensors vom kapazitiven Typ von 17 gebildet sind.
Ein Sensor vom kapazitiven Typ 110 besitzt ein Substrat 120, ein betriebsbereites detektierendes Element 130, auf das eine Kraft von außen durch einen Bediener ausgeübt wird, eine Verschiebungselektrode 140, kapazitive Elementelektroden E101 bis E104, die auf dem Substrat 120 gebildet sind, bewegliche Schaltelektroden E121 bis E124 mit einer gewölbten Form, die auf dem Substrat 120 gebildet sind (nur E121 und E122 sind in 17 dargestellt), feststehende Schaltelektroden E111 bis E114, die im Inneren der beweglichen Schaltelektroden angeordnet sind (nur E111 und E112 sind in 17 dargestellt), eine Referenzelektrode (allgemeine Elektrode) E100, eine bewegliche Knopfelektrode E125 mit einer gewölbten Form, eine feststehende Knopfelektrode E115, die im Inneren der beweglichen Knopfelektrode E125 angeordnet ist, einen Isolierfilm 150, der so gebildet ist, daß er über dem Substrat 120 liegt, so daß er eng mit den mehreren Elektroden in Kontakt steht, ein Halteelement 160 zum festen Halten des detektierenden Elements 130 und der Verschiebungselektrode 140 auf dem Substrat 120, und ein Abdeckungsgehäuse 170, das um das Haltelement 160 und das detektierende Element 130 angeordnet ist.
Der einfachen Erklärung wegen ist hier, wie dargestellt, ein dreidimensionales XYZ-Koordinatensystem definiert, und die Anordnung der Teile wird unter Bezugnahme auf dieses Koordinatensystem beschrieben. Das heißt, in 17 ist der Ursprung 0 in der Mitte der feststehenden Knopfelektrode E115 auf dem Substrat 20 definiert, wobei die X-Achse horizontal nach rechts verläuft, die Z-Achse vertikal nach oben verläuft und die Y-Achse in eine Tiefenrichtung orthogonal zu der vertikalen Richtung verläuft, bei Betrachtung vom Papier aus. Daher definiert eine Oberfläche des Substrats 120 eine Ebene XY und die Z-Achse verläuft im Wesentlichen durch Mittelpunktpositionen der feststehenden Knopfelektrode E115, des detektierenden Elements 130 und der Verschiebungselektrode 140.
Das Substrat 120 ist eine gedruckte Schaltungsplatte für einen elektronischen Schaltkreis einer allgemeinen Art, wie im Falle des Substrats 20. In dem dargestellten Beispiel wird ein Glas-Epoxid-Substrat als Substrat verwendet. Obwohl ein Filmsubstrat, das zum Beispiel aus einem Polyimidfilm gebildet ist, als Substrat 120 verwendet werden kann, wird es, da es eine flexible Eigenschaft aufweist, bevorzugt in Kombination mit einer Stützplatte verwendet, die ausreichende Steifigkeit hat, auf der das Filmsubstrat angeordnet wird.
Das detektierende Element 130 umfaßt einen mittleren Knopf 131 in Kreisform mit dem Mittelpunkt am Ursprung O und einen Seitenknopf 132 in Ringform, der um die Außenseite des mittleren Knopfs 131 angeordnet ist. Der mittlere Knopf 131 hat einen Durchmesser, der im Wesentlichen gleich oder etwas kleiner als ein Außendurchmesser der Referenzelektrode E100 ist, und der Seitenknopf 132 hat einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich einem Durchmesser eines Kreises ist, der durch Verbinden der äußeren gekrümmten Linien der kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 gebildet wird. Der mittlere Knopf 131 weist einen Fortsatz 131a auf, der an seiner unteren Oberfläche an einer Position gegenüber der feststehenden Knopfelektrode E115 gebildet ist, und der Seitenknopf 132 hat vier Fortsätze 132a, die an seiner unteren Oberfläche jeweils an Positionen gegenüber den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 gebildet sind.
Das Halteelement 160, das aus einem Silikongummi mit Elastizität gebildet ist, hat Durchgangslöcher 160a, 160b an Positionen, die den Fortsätzen 131a und 132a entsprechen. Der mittlere Knopf 131 ist an eine obere Oberfläche des Halteelements 160 geklebt, wobei sein Fortsatz 131a in dem Durchgangsloch 160a sitzt. Der Seitenknopf 132 ist auf der oberen Oberfläche des Halteelements 160 durch eine Struktur zur Vermeidung eines Herabfallens angeordnet, wobei seine vier Fortsätze 132a jeweils in den Durchgangslöchern 160b sitzen. Der Seitenknopf 132 kann als Alternative an die obere Oberfläche des Halteelements 160 geklebt sein.
Auf der oberen Oberfläche des Seitenknopfs 132 sind Pfeile gebildet, wie in 18 dargestellt ist, um die Bedienungsrichtungen (Bewegungsrichtungen eines Cursors) anzuzeigen. Die Pfeile sind in die positive/negative X-Achsenrichtung beziehungsweise in die positive/negative Y-Achsenrichtung orientiert, oder sind so gebildet, daß sie jeweils den kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 entsprechen.
Die Verschiebungselektrode 140 ist aus einem Silikongummi mit leitenden Eigenschaften gebildet und ist in scheibenartiger Form mit einem Durchmesser gebildet, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Kreises ist, der durch Verbinden der äußeren gekrümmten Linien der kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 gebildet wird. Die Verschiebungselektrode 140 ist an eine untere Oberfläche des Halteelements 160 geklebt.
Die Verschiebungselektrode 140 kann zum Beispiel aus leitender Tinte, leitendem wärmehärtenden Harz (PPT, Elastomer), leitendem Kunststoff und metallbeschichtetem Film, wie auch aus Silikongummi gebildet sein. Da die Verschiebungselektrode 140 so gebildet ist, daß sie in einer Ebene mit der unteren Oberfläche des Halteelements 160 liegt, kann die Verschiebungselektrode 140 durch Siebdruck gebildet werden.
Wie in 19 dargestellt ist, sind die feststehende Knopfelektrode E115 in Kreisform mit dem Mittelpunkt am Ursprung 0, die Referenzelektrode E100 in Ringform, die um die Außenseite der feststehenden Knopfelektrode 115 gebildet ist, die kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 in Sektorform, die um die Außenseite der Referenzelektrode E100 angeordnet sind und kreisförmige Löcher H101 bis H104 aufweisen, die um ihre mittleren Abschnitte gebildet sind, und feststehende Schaltelektroden E111 bis E114 in Kreisform, die jeweils im Inneren der Löcher H101 bis H104 gebildet sind und einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als der Durchmesser der Löcher H101 bis H104 ist, auf dem Substrat 120 gebildet. Es ist bevorzugt, daß die feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 eine möglichst kleine Fläche im Vergleich zu der Fläche der kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 haben. Zwei kapazitive Elementelektroden E101 und E102 sind in Bezug auf die X-Achsenrichtung isoliert angeordnet, so daß sie in Bezug auf die Y-Achse symmetrisch sind. Zwei kapazitive Elementelektroden E103 und E104 sind in Bezug auf die Y-Achsenrichtung isoliert angeordnet, so daß sie in Bezug auf die X-Achse symmetrisch sind.
Die kapazitive Elementelektrode E101 ist so angeordnet, daß sie der positiven X-Achsenrichtung entspricht, und die kapazitive Elementelektrode E102 ist so angeordnet, daß sie der negativen X-Achsenrichtung entspricht. E101 und E102 werden zum Detektieren von Komponenten einer Kraft, die von außen ausgeübt wird, für die X-Achsenrichtung verwendet. Die kapazitive Elementelektrode E103 ist so angeordnet, daß sie der positiven Y-Achsenrichtung entspricht, und die kapazitive Elementelektrode E104 ist so angeordnet, daß sie der negativen X-Achsenrichtung entspricht. E103 und E104 werden zum Detektieren von Komponenten einer Kraft, die von außen ausgeübt wird, für die Y-Achsenrichtung verwendet. Ferner ist die feststehende Knopfelektrode E115 am Ursprung O angeordnet und wird für einen Bestimmungsvorgang, wie eine Eingabe, gemeinsam mit der beweglichen Knopfelektrode E125 verwendet.
Die Referenzelektrode E100, die feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 und die feststehende Knopfelektrode E115 sind an Anschlußklemmen T100 bis T104 und eine Anschlußklemme T115 durch die Verwendung von Durchgangslöchern und dergleichen angeschlossen (siehe 20) und an die äußeren elektronischen Schaltkreise durch die Anschlußklemmen T100 bis T104 und die Anschlußklemme T115 angeschlossen. Die Referenzelektrode E100 ist durch die Anschlußklemme T100 an die Erde angeschlossen Die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 sind in einem derartigen Verhältnis angeordnet, daß sie jeweils mit den kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 in Kontakt sind, sind aber von den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 beabstandet und bedecken diese. Somit sind die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 gewölbte Elemente mit einem Durchmesser, der größer als ein Durchmesser der Löcher H101 bis H104 ist. Ebenso ist die bewegliche Knopfelektrode E125 in gewölbter Form in einem derartigen Verhältnis angeordnet, daß sie mit der Referenzelektrode E100 in Kontakt steht, aber von der feststehenden Knopfelektrode E115 beabstandet ist und diese bedeckt. Somit hat die bewegliche Knopfelektrode E125 einen Durchmesser, der größer als ein Innendurchmesser der Referenzelektrode E100 ist.
Der Isolierfilm 150 liegt über dem Substrat 120 in einem solchen Verhältnis, daß er eng mit einem Teil der kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104, einem Teil der Referenzelektrode E100, den beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 und der beweglichen Knopfelektrode E125 auf dem Substrat 120 in Kontakt steht. Somit verhindert der Isolierfilm 150, daß die bedeckten Teile der kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104, der Referenzelektrode E100, der beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 und der beweglichen Knopfelektrode E125, die aus Kupfer und dergleichen gebildet sind, Luft ausgesetzt werden und hat daher die Aufgabe, eine Oxidation dieser Elektroden zu verhindern. Ebenso verhindert der Isolierfilm 150 einen direkten Kontakt zwischen den beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 und der der beweglichen Knopfelektrode E125 und der Verschiebungselektrode 140.
Es wird nun der Betrieb des Sensors vom kapazitiven Typ 110, der gemäß dieser Ausführungsform konstruiert ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 20 ist ein Analogschaltkreisdiagramm für die Konstruktion des Sensors vom kapazitiven Typ, der in 17 dargestellt ist. 21 ist eine Darstellung zur Erklärung der Art und Weise einer Ableitung eines Ausgangssignals von einem zyklischen Signal, das in den Sensor vom kapazitiven Typ eingegeben wird, der in 17 dargestellt ist.
Zunächst wird die analoge Schaltungsanordnung der Konstruktion des Sensors vom kapazitiven Typ 110 unter Bezugnahme auf 20 betrachtet. Die kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104, die auf dem Substrat 120 gebildet sind, liegen der Verschiebungselektrode 140 gegenüber. Die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124, die an die kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 angeschlossen sind, haben die Funktion als Schalter S101 bis S104, die selektiv eine Verbindung zwischen den Anschlußklemmen T101 bis T104 und den kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 ermöglichen, indem sie deren Kontaktposition mit den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 oder die Nicht-Kontaktposition mit diesen wählen. Das kapazitive Element C100 ist zwischen der Referenzelektrode E100 (der beweglichen Knopfelektrode E125) und der feststehenden Knopfelektrode E115 gebildet. Ferner ist ein Schalter S105, der mit dem Niederdrückvorgang des mittleren Knopfs 131 geöffnet und geschlossen wird, zwischen der bewegliche Knopfelektrode E125, die an die Referenzelektrode E100 angeschlossen ist, und der feststehenden Knopfelektrode E115 gebildet.
Wenn die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 mit den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 nicht in Kontakt sind (AUS-Zustand), sind die Flächen der feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 im Vergleich zu den Flächen der kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 sehr klein, oder die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 dienen als Art von elektrostatischer Abschirmung und daher wird nahezu keine Kapazität zwischen den beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 und den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 erzeugt.
Wenn andererseits die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 mit den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 in Kontakt sind (EIN-Zustand), sind die kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 mit den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 verbunden und der Verschiebungselektrode 140 entgegen gesetzt, so daß die kapazitiven Elemente C101 bis C104 zwischen der verschiebbaren Verschiebungselektrode 140, das heißt, der gemeinsamen Elektrode, und den einzelnen feststehenden kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 gebildet werden. Es kann behauptet werden, daß die kapazitiven Elemente C101 bis C104 variable kapazitive Elemente sind, die jeweils so konstruiert sind, daß sich ihr Kapazitätswert, der durch die Verschiebung der Verschiebungselektrode 140 hervorgerufen wird, ändert.
Die jeweiligen Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente C101 bis C104 können separat als die Kapazitätswerte gemessen werden, die zwischen der Verschiebungselektrode 140 und den Anschlußklemmen T101 bis T104 erzeugt werden, die an ihre entsprechenden kapazitiven Elementelektroden E101 bis E104 angeschlossen sind. Es muß hier festgehalten werden, daß die Verschiebungselektrode 140, das heißt, die allgemeine Elektrode für die kapazitiven Elemente C101 bis C104, als geerdet angesehen wird, da die Referenzelektrode E100 durch die Anschlußklemme T100 an die Erde angeschlossen ist.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 21 auf die Art und Weise der Ableitung eines Ausgangssignals, das die Größe und Richtung einer Kraft angibt, die von außen auf den Seitenknopf 132 ausgeübt wird, aus Änderungen der Kapazitätswerte der kapazitiven Elemente C101 bis C104 betrachtet, wenn die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 und die feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 miteinander in Kontakt sind (die Schalter S101 bis S104 befinden sich im EIN-Zustand). Es muß festgehalten werden, daß die Ausgangssignale Vx, Vy die Größe und Richtung einer Komponente in die X-Achsenrichtung der Kraft angeben, die von außen ausgeübt wird, beziehungsweise die Größe und Richtung einer Komponente in die Y-Achsenrichtung der Kraft angeben, die von außen ausgeübt wird.
Zum Ableiten der Ausgangssignale Vx, Vy werden ständig zyklische Signale, wie Taktsignale, in die Anschlußklemmen T101 bis T104 eingegeben. Wenn der Seitenknopf 132 durch eine Kraft von außen in dem Zustand verschoben wird, in dem die zyklischen Signale in die Anschlußklemmen T101 bis T104 eingegeben werden, wird die Verschiebungselektrode 140 mit der Verschiebung des Seitenknopfs in die Z-Achsenrichtung verschoben. Wenn die ausgeübte Kraft einen spezifizierten Wert nicht erreicht, werden die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 im Wesentlichen nicht verschoben. Wenn andererseits die ausgeübte Kraft den vorbestimmten Wert erreicht, werden die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 elastisch verformt und mit einem Knicken an ihrem annähernd oberen Abschnitt drastisch niedergedrückt und mit den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 in Kontakt gebracht. Dies bringt die Schalter S101 bis S104 in den EIN-Zustand. Zu diesem Zeitpunkt erfährt der Bediener eine deutliche Klickempfindung. Wenn danach der Seitenknopf 132 weiter verschoben wird, wird die Verschiebungselektrode 140 weiter verformt, während die Schalter S101 bis S104 im EIN-Zustand gehalten werden. Infolgedessen ändert sich der Abstand zwischen den Elektroden jedes der kapazitiven Elemente C101 bis C104 und dadurch ändert sich der Kapazitätswert jedes der kapazitiven Elemente C101 bis C104. Dann werden Phasenverzögerungen in den zyklischen Signalen, die in die Anschlußklemmen T101 bis T104 eingegeben werden, erzeugt. Unter Verwendung der Phasenverzögerungen, die in dem zyklischen Signal erzeugt werden, können die Ausgangssignale Vx, Vy erhalten werden, die die Verschiebung des Seitenknopfs 132, d. h., die Größe und Richtung der Kraft, die von außen auf den Seitenknopf 132 für die X-Achsenrichtung ausgeübt wird, beziehungsweise die Größe und Richtung der Kraft, die von außen auf den Seitenknopf 132 für die Y-Achsenrichtung ausgeübt wird, anzeigen. Da die Art der Ableitung des Ausgangssignals dieselbe ist wie bei dem Signalverarbeitungsschaltkreis im Sensor vom kapazitiven Typ von 1 besprochen wurde, wird deren ausführliche Erklärung unterlassen.
Wie zuvor erwähnt, wenn der Bediener den Seitenknopf 132 gemäß dem Sensor vom kapazitiven Typ 110 dieser Ausführungsform betätigt, werden die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124, die den Bedienungsrichtungen entsprechen, elastisch mit einer Klickempfindung verformt, und auch der Sensor 110 erkennt die Verschiebung des Seitenknopfs 132 erst, wenn die beweglichen Schaltelektroden E121 bis E124 mit den feststehenden Schaltelektroden E111 bis E114 in Kontakt sind. Daher kann der Bediener durch die Klickempfindung leicht feststellen, daß er/sie tatsächlich den Vorgang ausführt. Da der Sensor 110 die Verschiebung des Seitenknopfs 132 erst erkennt, wenn eine äußere Kraft auf den Seitenknopf 132 ausgeübt wird, die ausreicht, daß der Bediener ein Klicken spürt, erkennt der Sensor 110 die Verschiebung des Seitenknopfs 132 auch nicht, wenn der Bediener unabsichtlich oder unbewußt eine äußere Kraft auf den Seitenknopf 132 ausübt, die zu gering ist, um dem Bediener eine Klickempfindung zu verleihen. Daher wird eine mögliche Störung vermieden, wie zum Beispiel, daß der Seitenknopf 132 zufällig mit einem anderen Element in Kontakt gelangt, so daß nur die Verschiebung des Seitenknopfs 132 sicher detektiert wird, die durch eine absichtliche Betätigung durch den Bediener hervorgerufen wird. In dieser Ausführungsform erfährt der Bediener die Klickempfindung auch, wenn die bewegliche Knopfelektrode S125 und die feststehende Knopfelektrode E115 miteinander in Kontakt sind.
Ebenso sind die mehreren kapazitiven Elementelektroden E101 bis 104 so gebildet, daß die Komponenten der X-Achsenrichtung und die Komponenten der Y-Achsenrichtung der Kraft, die auf den Seitenknopf 132 von außen ausgeübt wird, separat erkannt werden können. Da Signale mit verschiedenen Phasen den gepaarten kapazitiven Elementelektroden (E101 und E102, und E103 und E104) zugeleitet werden, kann zusätzlich die Phasenverzögerung des Signals, wenn es durch den Schaltkreis geht, erhöht werden. Da ferner der Signalverarbeitungsschaltkreis, der das logische Element verwendet, verwendet wird, kann das Signal mit hoher Präzision detektiert werden.
Da auch die Eingabevorrichtung mit dem Bestimmungsoperationsschalter (mittlerer Knopf 131) erzeugt werden kann, kann der Bediener, wenn er den Bestimmungsvorgang ausführt, eine deutliche Klickempfindung erfassen, um eine Fehlbedienung zu verhindern. Da zusätzlich das detektierende Element 130 in das mittlere Element 131 und den Seitenknopf 132 geteilt ist, sind die äußere Kraft, die auf den Seitenknopf 132 von der Seite ausgeübt wird, die der Bedienungsrichtung entspricht, und die äußere Kraft, die auf den mittleren Knopf 131 von der Seite ausgeübt wird, die der Bestimmungsrichtung entspricht, klar getrennt. Dadurch kann verhindert werden, daß diese Kräfte einander beeinflussen, wodurch eine Fehlbedienung verringert wird. Der derart konstruierte Sensor vom kapazitiven Typ wird vorzugsweise als Eingabevorrichtung eines Personal-Computers, eines mobilen Telefons, eines Spiels und dergleichen verwendet.
Die Verschiebungselektrode 140 ist elektrisch mit der geerdeten Referenzelektrode E100 über eine kapazitive Kopplung verbunden, die durch das kapazitive Element C100 gebildet wird (das die Funktion eines Kopplungskondensators hat), und nicht über einen direkten Kontakt. Dies kann eine verbesserte Spannungsfestigkeit des Sensors vom kapazitiven Typ 110 bereitstellen, wodurch praktisch die Möglichkeit aufgehoben wird, daß der Sensor durch einen Funkenstrom beschädigt wird, der durch den Sensor fließt, und auch ein mögliches Versagen, wie eine schlechte Verbindung, verhindert werden kann. Daher kann der Sensor vom kapazitiven Typ mit verbesserter Zuverlässigkeit erhalten werden. Selbst wenn ein Isolierfilm zwischen der Referenzelektrode E100 und der Verschiebungselektrode 140 angeordnet ist, können auch vorteilhafte Wirkungen im Sinne des Zusammenbaus und der Montage erreicht werden, da keine Notwendigkeit besteht, einen Teil des Isolierfilms 150 abzuschneiden, um die Referenzelektrode E100 und die Verschiebungselektrode 140 miteinander in Kontakt zu bringen.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zuvor beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen im Design können in der Erfindung im Umfang der beanspruchten Erfindung vorgenommen werden. Während zum Beispiel die erste Ausführungsform, wie oben erwähnt, so konstruiert ist, daß die Referenzelektrode, die in der Innenseite der kapazitiven Elementelektroden gebildet ist, und der Fortsatz, der an der unteren Oberfläche der Verschiebungselektrode in deren Mitte gebildet ist, miteinander in Kontakt gebracht werden, kann eine Modifizierung zum Beispiel durch Bilden einer Referenzelektrode um die Außenseite der kapazitiven Elementelektroden und Bilden eines Fortsatzes, der an der unteren Oberfläche der Verschiebungselektrode um deren Außenkante gebildet ist, ausgeführt werden, so daß die Referenzelektrode und der Fortsatz miteinander in Kontakt gebracht werden. Daher kann jede passende Konstruktion verwendet werden, solange die Referenzelektrode und die Verschiebungselektrode miteinander in elektrischen Kontakt gebracht werden.
Obwohl in der ersten und zweiten Ausführungsform, wie oben erwähnt, die Elektroden mit einer gewölbten Form als bewegliche Schaltelektroden verwendet werden, kann jede Form für die beweglichen Schaltelektroden verwendet werden, solange es die Form ist, die mit einer Klickempfindung gemeinsam mit der Verschiebung der Verschiebungselektrode in den Kontakt mit der feststehenden Schaltelektrode elastisch verformt werden kann.
Obwohl in der ersten und zweiten Ausführungsform, wie oben erwähnt, die feststehende Schaltelektrode im Inneren der kapazitiven Elementelektroden gebildet ist, kann die feststehende Schaltelektrode so gebildet sein, daß sie neben den kapazitiven Elementelektroden liegt.
Obwohl in der ersten und zweiten Ausführungsform, wie oben erwähnt, das detektierende Element in einem Stück für die kapazitiven Elementelektroden, die entsprechend der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung angeordnet sind, gebildet ist, kann das detektierende Element geteilt sein, so daß es den kapazitiven Elementelektroden entspricht, die entsprechend der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung angeordnet sind.
Obwohl in der ersten und zweiten Ausführungsform, wie oben erwähnt, die vier kapazitiven Elementelektroden so gebildet sind, daß sie vier Richtungen, der positiven/negativen X-Achsenrichtung und der positiven/negativen Y-Achsenrichtung entsprechen, kann der Sensor vom kapazitiven Typ so gebildet sein, daß nur eine erforderliche Richtungskomponente für diesen Zweck erfaßt wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Der Sensor vom kapazitiven Typ der vorliegenden Erfindung kann es einem Bediener leicht machen, sensitiv zu erfassen, daß er/sie den Vorgang ausführt und wird daher am zweckdienlichsten als Eingabevorrichtung eines Personal-Computers, eines mobilen Telefons, eines Spiels und dergleichen verwendet.
ÜBERSETZUNG DES TEXTES IN DEN ZEICHNUNGEN
6

C/V conversion circuit

C/V-Wandlerschaltung

9

Duty ratio

Tastverhältnis

12

On

Ein

Off

Aus

21

C/V conversion circuit

C/V-Wandlerschaltung

Claims

Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ, umfassend: – ein Substrat (20; 120) zum Festlegen einer XY-Ebene in einem definierten dreidimensionalen XYZ-Koordinatensystem, – ein detektierendes Element (30; 130), das gegenüber dem Substrat (20; 120) angeordnet ist, – ein leitendes Element (40; 140), das zwischen dem Substrat (20; 120) und dem detektierenden Element (30; 130) angeordnet ist, wobei das leitende Element (40; 140) in einer Z-Achsenrichtung beweglich ist, wenn das detektierende Element (30; 130) in einer Z-Achsenrichtung verschoben wird, – eine Referenzelektrode (E0; E100), die auf dem Substrat (20; 120) gebildet und elektrisch mit dem leitenden Element (40; 140) verbunden ist, – eine erste Elektrode (E1–E4; E101–E104), die auf dem Substrat (20; 120) gebildet ist, – eine zweite Elektrode (E11–E14; E111–E114), die auf dem Substrat (20; 120) gebildet ist, um mit dem leitenden Element (40; 140) ein erstes kapazitives Element (C1–C4; C101–C104) zu bilden, und – eine dritte Elektrode (E21–E24; E121–124), die eine gewölbte Form besitzt und so angeordnet ist, daß sie mit der zweiten Elektrode (E11–E14; E111–E114) in Kontakt gebracht werden kann und von der ersten Elektrode (E1–E4; E101–E104) beabstandet ist und diese abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß – die dritte Elektrode (E21–E24; E121–E124) mit einer Klickempfindung zusammen mit der Verschiebung des leitenden Elementes (40; 140) elastisch deformierbar ist, um die erste Elektrode (E1–E4; E101–E104) zu kontaktieren, – wobei, wenn die erste Elektrode (E1–E4; E101–E104) und die dritte Elektrode (E21–E24; E121–E124) in Kontakt miteinander sind, Signaleingang zu der ersten Elektrode (E1–E4; E101–E104) dazu genutzt werden kann, eine Verschiebung des detektierenden Elementes (30; 130) auf Basis der Messung von Änderungen im Kapazitätswert des ersten kapazitiven Elementes (C1–C4; C101–C104), die von Änderungen der Abstände zwischen dem leitenden Element (40; 140) und der zweiten Elektrode (E11–E14; E111–E114) hervorgerufen werden, zu erkennen.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 1, wobei zwischen der Referenzelektrode (E0; E100) und dem leitenden Element (40; 140) ein zweites kapazitives Element gebildet ist,
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zwei oder mehr Gruppen der ersten, zweiten und dritten Elektroden (E21–E24; E121–E124) vorgesehen sind.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der zwei Gruppen der ersten, zweiten und dritten Elektroden (E21–E24; E121–E124) besitzt, die dazu ausgelegt sind, Signale mit verschiedenen Phasen einem Schaltkreis, der eine der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, und einem Schaltkreis, der die anderen der beiden Gruppen von Elektroden beinhaltet, zuzuführen.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der zwei Gruppen von ersten, zweiten und dritten Elektroden (E21–E24; E121–E124) besitzt und wobei ein CR-Schaltkreis, der eine der beiden Gruppen von Elektroden umfaßt, und ein CR-Schaltkreis, der die andere der beiden Gruppen von Elektroden umfaßt, sich voneinander in der Zeitkonstanten unterscheiden.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der zwei Gruppen von ersten, zweiten und dritten Elektroden (E21–E24; E121–E124) aufweist, wobei Ausgangssignale von Signalen, die dem Schaltkreis, der eine der beiden Gruppen von Elektroden enthält, und dem Schaltkreis, der die andere der beiden Gruppen von Elektroden enthält, jeweils zugeführt wurden, mittels eines Signalverarbeitungsschaltkreises, der ein logisches Element verwendet, detektiert werden.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 6, wobei das logische Element eine logische Ausschließliches-ODER-Operation ausführt.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 6, wobei das logische Element eine logische ODER-Operation ausführt.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 6, wobei das logische Element eine logische UND-Operation ausführt.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 6, wobei das logische Element eine logische UND-Operation und eine NICHT-Operation ausführt.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Elektrode (E11–E14; E111–E114) ein Paar von vierten Elektroden (E1–E2; E101–E102), die symmetrisch bezüglich einer Y-Achse angeordnet sind, und ein Paar von fünften Elektroden (E3–E4; E103–E104) umfaßt, die symmetrisch in bezug auf eine X-Achse angeordnet sind.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 11, wobei das detektierende Element (30; 130) geteilt ist, um den vierten Elektroden bzw. den fünften Elektroden zu entsprechen.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der ferner umfaßt: – eine sechste Elektrode (E115), die auf dem Substrat (20; 120) gebildet ist, und – eine siebte Elektrode (E125), die so angeordnet ist, daß sie mit der Referenzelektrode (E0; E100) in Kontakt gebracht werden kann, und beabstandet zu der sechsten Elektrode (E115) ist, wobei die siebte Elektrode (E125) zusammen mit der Verschiebung des leitenden Elementes (40; 140) elastisch verformbar ist, um in Kontakt mit der sechsten Elektrode (E115) zu kommen.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach Anspruch 13, wobei das detektierende Element (30; 130) geteilt ist, um den zweiten Elektroden (E11–E14; E111–E114) bzw. den sechsten Elektroden (E115) zu entsprechen.
Sensor (10; 110) vom kapazitiven Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das leitende Element (40; 140) mittels leitender Tinte, die auf ein elastisches Element aufgebracht ist, gebildet ist.