專利名稱：靜電電容式傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電電容式傳感器裝置，在針對在相對置的電極對之間隔著能夠彈性變形的介電層而形成的靜電電容式傳感器施加外力的情況下，測量隨著該介電層的變形而變化的靜電電容，由此能夠測量該外力的位置和大小。
背景技術(shù)：
在專利文獻I中記載有一種使用了靜電電容的接觸式傳感器。記載了該接觸式傳感器檢測所排列的電極與地線之間的靜電電容的情況。例如，利用使人的手指接近而所接近的電極與地線的靜電電容發(fā)生變化這一情況，來檢測所接近的手指的位置。另外，在專利文獻2中記載有以下一種裝置，該裝置并非是測量電極與地線之間的靜電電容的裝置，而是將電極對矩陣狀地配置，以由于施加外力而介電層產(chǎn)生彈性變形由此該電極對之間的距離發(fā)生變化的靜電電容式傳感器設(shè)為對象，通過測量電極對之間的靜電電容來測量所施加的外力的分布。專利文獻1:國際公開2009/013965號專利文獻2 日本特公平6-52206號公報

發(fā)明內(nèi)容
_6] 發(fā)明要解決的問題在專利文獻2所記載的由于介電層產(chǎn)生彈性變形而電極對之間的距離發(fā)生變化的裝置中，介電層需要具有在受到外力時能夠產(chǎn)生彈性變形程度的厚度。當確保介電層的厚度時，電極對的分離距離增加。當電極對的分離距離增加時，在施加了外力而介電層產(chǎn)生彈性變形的情況下，隨著電極對的分離距離減小而電極對之間的靜電電容發(fā)生變化，但是該靜電電容的變化小。因此，能夠檢測的外力大小的分辨率降低，從而無法高精度地檢測外力的大小。為了解決該問題，通過增加各個電極對的面積，在施加了同一外力的情況下能夠增大靜電電容的變化。然而，當增加各個電極對的面積時，在同一電極對內(nèi)，無法檢測施加了外力的位置。也就是說，在作為傳感器整體來看的情況下，存在無法高精度地檢測外力的位置這種問題。這樣，以往，難以高精度地檢測外力的位置并且高精度地檢測外力的大小。本發(fā)明是鑒于這種情形而完成的，其目的在于提供一種能夠高精度地檢測外力的位置和大小的靜電電容式傳感器裝置。用于解決問題的方案本發(fā)明所涉及的靜電電容式傳感器裝置具備靜電電容式傳感器，其構(gòu)成為將隔開距離相對設(shè)置的電極對矩陣狀地配置，在上述電極對之間配置能夠彈性變形的介電層；靜電電容測量部，其針對多種組合的電極對群進行電極對群之間的靜電電容的測量，該電極對群由包含所選擇的電極對的多個電極對構(gòu)成；以及外力計算部，其根據(jù)測量得到的多個上述靜電電容，來算出施加到上述所選擇的上述電極對的位置的外力的大小。
根據(jù)本發(fā)明，伴隨著由于外力而介電層產(chǎn)生彈性變形從而電極對的分離距離發(fā)生變化，由此電極對之間的靜電電容發(fā)生變化。利用該情況，獲取外力的位置和大小。而且，本發(fā)明的靜電電容測量部并非按每個電極對的分別對靜電電容進行測量，而是對由多個電極對構(gòu)成的電極對群的靜電電容進行測量。因而，進行測量時的電極對的面積為多個電極對的面積，而不是一個電極對的面積。在此，電極對的面積越大則靜電電容成為越大的值。因而，與測量一個電極對的靜電電容的情況相比，通過測量電極對群的靜電電容，所測量出的靜電電容輸出更大的值。因而，測量出的靜電電容成為高精度。但是，僅對由多個電極對構(gòu)成的電極對群的靜電電容進行測量的情況相當于以往那樣增加了電極對的面積的情況。也就是說，在這種情況下，在電極對群中無法檢測出施加了外力的位置。但是，根據(jù)本發(fā)明，通過以下結(jié)構(gòu)，在電極對群中能夠檢測施加了外力的位置。根據(jù)本發(fā)明，對包含所選擇的電極對的電極對群的多個組合的靜電電容進行測量。也就是說，所選擇的電極對被包含在由多個組合構(gòu)成的電極對群中。因而，這些電極對群的靜電電容均成為受到所選擇的該電極對的靜電電容的影響的值。而且，根據(jù)由多個組合構(gòu)成的電極對群的靜電電容來算出施加到所選擇的電極對的位置的外力的大小。在此，所選擇的電極對的靜電電容與施加到所選擇的該電極對的外力的大小成比例。因此，外力計算部使用多個電極對群的靜電電容，來算出作為與所選擇的該電極對的靜電電容成比例的值的外力。例如，考慮所選擇的該電極對在電極對群中的影響程度，來決定各個電極對群的靜電電容的影響程度，從而算出施加到所選擇的該電極對的外力的大小。因而，能夠檢測出構(gòu)成電極對群的各個電極對受到的外力。也就是說，能夠高精度地且高分辨率地得到施加到矩陣狀的靜電電容式傳感器的外力的大小和位置。另外也可以是，上述靜電電容式傳感器還具備第一電極群，其是將多個在第一方向上延伸的第一電極排列在與上述第一方向正交的第二方向上；第二電極群，其是將多個在上述第二方向上延伸的第二電極排列在第一方向上，相對于上述第一電極群隔開距離進行相對配置；以及上述介電層，其被配置于上述第一電極群與上述第二電極群之間。由此，能夠減少電極數(shù)和布線數(shù)。另外也可以是，由上述靜電電容測量部測量靜電電容的上述電極對群是由連續(xù)的多個上述電極對構(gòu)成的。由此，能夠較容易地決定所選擇的該電極對在電極對群中的影響程度。也就是說，能夠通過簡單的計算來得到高精度。另外也可以是，由上述靜電電容測量部測量的上述電極對群不包括構(gòu)成前一次測量的上述電極對群的上述電極對。在此，由于靜電電容的測量而使電極對群帶電。而且，當前一次測量得到的電極對群與本次測量的電極對群重疊時，本次測量的電極對群的靜電電容有可能受到由于上一次測量使電極對群所帶的電荷的影響。與此相對，根據(jù)本發(fā)明，前一次測量的電極對群與本次測量的電極對群不重疊。因而能夠減小由于前次測量使電極對群所帶的電荷對本次測量的電極對群的靜電電容的影響。其結(jié)果，能夠高精度地測量本次測量的電極對群的靜電電容。并且，能夠高精度地算出施加到靜電電容式傳感器的外力的位置和大小。


圖1是表示第一實施方式的靜電電容式傳感器裝置的結(jié)構(gòu)的圖，示出靜電電容式傳感器的截面圖。圖2是表示靜電電容式傳感器裝置的結(jié)構(gòu)的圖，是表示靜電電容式傳感器、輸入側(cè)切換電路以及輸出側(cè)切換電路的詳細結(jié)構(gòu)的圖。特別地，是靜電電容式傳感器取下絕緣層的狀態(tài)下的俯視圖。圖3A示出第一實施方式的靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖3B示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖3A的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖3C示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖3B的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖3D示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖3C的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖4A示出第二實施方式的靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖4B示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖4A的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖4C示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖4B的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖4D示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖4C的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖4E示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖4D的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖4F示出靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示在圖4E的下一個測量順序中通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。圖5示出第三實施方式的靜電電容式傳感器的俯視圖，用陰影表示通過靜電電容測量部進行測量時的靜電電容式傳感器的電極對群。
具體實施例方式<第一實施方式>參照圖1和圖2說明第一實施方式的靜電電容式傳感器裝置。靜電電容式傳感器裝置能夠檢測施加到片狀地形成的靜電電容式傳感器的表面的外力的分布、即外力的位置和大小。下面，詳細說明靜電電容式傳感器裝置。靜電電容式傳感器裝置具備靜電電容式傳感器10、交流電源20、輸入側(cè)切換電路30、輸出側(cè)切換電路40、靜電電容測量部50以及外力計算部60。靜電電容式傳感器10形成為片狀，具有撓性并且具有伸縮自如的性質(zhì)。因而，靜電電容式傳感器10不僅形成為平面形狀，還能夠形成為曲面形狀。但是，下面，參照圖1來說明平面形狀的靜電電容式傳感器10。靜電電容式傳感器10為，將在面法線方向(圖1的上下方向)上隔開距離相對設(shè)置的電極對Es(由第一、第二電極Ila ll1、12a 12i構(gòu)成)矩陣狀地配置，在電極對Es之間配置有能夠彈性變形的介電層13。在圖2中示出將電極對Es在橫向方向(以下，稱為“X方向”)上配置九列、在縱向方向(以下，稱為“Y方向”)上配置九列構(gòu)成矩陣狀的靜電電容式傳感器10。在圖2中，以A包圍的部位表不一個電極對Es。但是，由于當電極對Es矩陣狀地分散時電極數(shù)和布線數(shù)增加，因此如下那樣構(gòu)成靜電電容式傳感器10。即，靜電電容式傳感器10構(gòu)成為具備第一電極群11、第二電極群
12、設(shè)置于第一電極群11與第二電極群12之間的介電層13、以及以覆蓋第二電極群12側(cè)的表面和第一電極群11側(cè)的背面的方式設(shè)置的絕緣層14、15。第一電極群11為，將多個(例如，九列)在X方向上延伸的長板形狀的第一電極Ila Ili排列在與Y方向平行的方向(與X軸方向正交的方向)。第二電極群12為，將多個(例如，九列)在Y方向上延伸的長板形狀的第二電極12a 12i排列在與X方向平行的方向，配置成相對于第一電極群11在面法線方向上隔開距離而相對置。在此，第二電極群12相對于第一電極群11被配置在靜電電容式傳感器10的表面?zhèn)取Ｔ诖?，第一電極群11與第二電極群12交叉的部位分別構(gòu)成電極對Es。而且，第一電極Ila Ili與第二電極12a 12i的分離距離與施加到靜電電容式傳感器10的表面的外力F相應(yīng)地發(fā)生變化,隨著該變化而第一電極Ila Ili與第二電極12a 12i之間的靜電電容發(fā)生變化。此外，靜電電容與電極之間距離存在反比關(guān)系的情況是公知的，因此省略詳細說明。第一、第二電極Ila ll1、12a 12i由同一材質(zhì)形成。具體地說，第一、第二電極Ila ll1、12a 12i的材質(zhì)為，通過在彈性體中混合導(dǎo)電填料而成形。而且，第一、第二電極Ila ll1、12a 12i為具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。構(gòu)成第一、第二電極Ila ll1、12a 12i的彈性體例如能夠應(yīng)用硅橡膠、乙烯-丙烯共聚物橡膠、天然橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚物橡膠、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡膠等。另外，在第一、第二電極Ila ll1、12a 12i中混合的導(dǎo)電填料只要為具有導(dǎo)電性的顆粒即可，例如能夠應(yīng)用碳材料、金屬等的細顆粒。介電層13由彈性體或者樹脂成形，與第一、第二電極Ila ll1、12a 12i同樣地，具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。構(gòu)成該介電層13的彈性體例如能夠應(yīng)用硅橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚物橡膠、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨酯橡膠等。另外，構(gòu)成介電層13的樹脂例如能夠應(yīng)用聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯(包含交聯(lián)發(fā)泡的聚苯乙烯)、聚氯乙烯-聚偏二氯乙烯共聚物、乙烯-乙酸共聚物等。該介電層13具有規(guī)定的厚度，形成為與第一、第二電極群11、12的外形形狀相同程度或者大于第一、第二電極群11、12的外形形狀。絕緣層14、15與第一、第二電極Ila lli，12a 12i同樣地具有撓性且具有伸縮自如的性質(zhì)。構(gòu)成該絕緣層14、15的彈性體或者樹脂例如應(yīng)用作為構(gòu)成介電層13的彈性體或者樹脂所記載的材料。而且，在靜電電容式傳感器10受到在靜電電容式傳感器10的面法線方向壓縮的外力F的情況下，介電層13在該面法線方向上壓縮變形，由此位于施加了外力F的部位的第一、第二電極Ila ll1、12a 12i之間的分離距離縮短。在該情況下，該第一、第二電極Ila ll1、12a 12i之間的靜電電容增加。
交流電源20產(chǎn)生交流電壓，施加到靜電電容式傳感器10的第一電極群11。輸入側(cè)切換電路30由多個開關(guān)30a 30i構(gòu)成。各開關(guān)30a 30i的一端與交流電源20相連接，各開關(guān)30a 30i的另一端與對應(yīng)的第一電極Ila Ili相連接。而且，將從第一電極Ila Ili中選擇出的多個電極與交流電源20進行連接，而將第一電極Ila Ili中的其它電極相對于交流電源切斷。此外，在圖2中，使輸入側(cè)切換電路30的第一、第二開關(guān)30a、30b短路(接通)，切斷(斷開)其它開關(guān)30c 30i。輸出側(cè)切換電路40由多個開關(guān)40a 40i構(gòu)成。各開關(guān)40a 40i的一端與對應(yīng)的第二電極12a 12i相連接，各開關(guān)40a 40i的另一端與靜電電容測量部50相連接。而且，將從第二電極12a 12i中選擇出的多個電極與靜電電容測量部50進行連接，切斷第二電極12a 12i的其它電極。此外，在圖2中，使輸出側(cè)切換電路40的第一、第二開關(guān)40a、40b短路(接通)，切斷(斷開)其它開關(guān)40c 40i。靜電電容測量部50測量第一電極群11中的施加了交流電壓的第一電極Ila Ili與第二電極群12中的通過輸出側(cè)切換電路40連接的第二電極12a 12i之間的靜電電容。但是，實際上，靜電電容測量部50測量與該靜電電容相應(yīng)的電壓。在此，在圖2中示出靜電電容測量部50對第一電極lla、llb與第二電極12a、12b之間的靜電電容相應(yīng)的電壓進行測量的狀態(tài)。在此，參照圖3A 圖3D說明由靜電電容測量部50測量靜電電容的過程。在此，在圖3A 圖3D中，用虛線的正方形表示電極對Es。也就是說，該電極對Es與圖2示出的第一電極Ila Ili與第二電極12a 12i交叉的部位對應(yīng)。首先，靜電電容測量部50對圖3A的陰影的范圍(XI X2，Yl Y2)的電極對群Eg的靜電電容進行測量。此時，輸入側(cè)切換電路30的第一、第二開關(guān)30a、30b接通，其余的開關(guān)30c 30i斷開。另外，輸出側(cè)切換電路40的第一、第二開關(guān)40a、40b接通，其余的開關(guān)40c 40i斷開。接著，對圖3B的陰影的范圍(XI X2，Y2 Y3)的電極對群Eg的靜電電容進行測量。此時，輸入側(cè)切換電路30的第二、第三開關(guān)30b、30c接通，其余的開關(guān)30a、30d 30i斷開。另外，輸出側(cè)切換電路40的第一、第二開關(guān)40a、40b接通，其余的開關(guān)40c 40i斷開。接著，對圖3C的陰影的范圍(X2 X3，Yl Y2)的電極對群Eg的靜電電容進行測量。此時，輸入側(cè)切換電路30的第一、第二開關(guān)30a、30b接通，其余的開關(guān)30c 30i斷開。另外，輸出側(cè)切換電路40的第二，第三開關(guān)40b、40c接通，其余的開關(guān)40a、40d 40i斷開。接著，對圖3D的陰影的范圍(X2 X3，Y2 Y3)的電極對群Eg的靜電電容進行測量。此時，輸入側(cè)切換電路30的第二、第三開關(guān)30b、30c接通，其余的開關(guān)30a、30d 30i斷開。另外，輸出側(cè)切換電路40的第二、第三開關(guān)40b、40c接通，其余的開關(guān)40a、40d 40i斷開。這樣，由靜電電容測量部50同時測量的電極對群Eg為連續(xù)的成為正方形形狀的四個電極對Es。而且，將能夠從矩陣狀的電極對Es中選擇的所有電極對群Eg作為對象，靜電電容測量部50測量靜電電容。例如,將所選擇的電極對Es設(shè)為圖3A 圖3D的坐標(X2，Y2)的電極對Es。在該情況下，如圖3Α 圖3D所示，對包含所選擇的該電極對Es (Χ2, Υ2)的四種電極對群 Eg(XI Χ2, Yl Υ2)、(XI Χ2, Υ2 Υ3)、(Χ2 Χ3, Yl Υ2)、(Χ2 Χ3，Υ2 Υ3)相關(guān)的靜電電容進行測量。
圖1和圖2示出的外力計算部60根據(jù)由靜電電容測量部50測量得到的多個電極對群Eg的靜電電容來算出對各個電極對Es施加的外力的大小。說明算出圖3A 圖3D中的坐標(X2，Y2)的電極對Es的外力的情況。將由靜電電容測量部50測量得到的電極對群Eg(Xl Χ2，Υ1 Y2)、Eg(Xl X2, Y2 Y3)、Eg (X2 X3，Yl Y2)以及Eg (X2 X3，Y2 Y3)的靜電電容分別設(shè)為C12,12、C12,23>C23,12>以及C23，23。在此，電極對群Eg為連續(xù)的成為四個正方形形狀的四個電極對Es。因而，測量對象的坐標(X2，Y2)的電極對Es對各個電極對群Eg的影響程度為均等。因此，如式⑴所示，對坐標(Χ2，Υ2)的電極對Es的靜電電容C22進行測量。[式I]
權(quán)利要求
1.一種靜電電容式傳感器裝置，具備: 靜電電容式傳感器，其構(gòu)成為將隔開距離相對設(shè)置的電極對矩陣狀地配置，在上述電極對之間配置能夠彈性變形的介電層； 靜電電容測量部，其針對多種組合的電極對群進行電極對群之間的靜電電容的測量，該電極對群由包含所選擇的上述電極對的多個上述電極對構(gòu)成；以及 外力計算部，其根據(jù)測量得到的多個上述靜電電容，來算出施加到上述所選擇的上述電極對的位置的外力的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器裝置，其特征在于， 上述靜電電容式傳感器具備: 第一電極群，其是將多個在第一方向上延伸的第一電極排列在與上述第一方向正交的第二方向上而成的； 第二電極群，其是將多個在上述第二方向上延伸的第二電極排列在第一方向上、并相對于上述第一電極群隔開距離進行相對配置而成的；以及 上述介電層，其被配置于上述第一電極群與上述第二電極群之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器裝置，其特征在于， 由上述靜電電容測量部測量靜電電容的上述電極對群是由連續(xù)的多個上述電極對構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器裝置，其特征在于， 由上述靜電電容測量部測量的上述電極對群不包括構(gòu)成前一次測量的上述電極對群的上述電極對。
全文摘要
提供一種靜電電容式傳感器裝置，能夠高精度地檢測外力的位置和大小。使用靜電電容式傳感器，該靜電電容式傳感器構(gòu)成為，將隔開距離相對設(shè)置的電極對矩陣狀地配置，在電極對之間配置能夠彈性變形的介電層。靜電電容測量部針對多種組合的電極對群進行電極對群之間的靜電電容的測量，該電極對群由包括所選擇的電極對的多個電極對構(gòu)成。外力計算部根據(jù)這樣測量得到的多個靜電電容，來算出施加到所選擇的電極對的位置的外力的大小。
文檔編號G01L5/00GK103080714SQ201280002657
公開日2013年5月1日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者稻田誠生, 郭士杰, 白岡貴久, 磯部宏 申請人:東海橡塑工業(yè)株式會社