專利名稱：力檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與使用電容元件或可變電阻元件的力檢測器有關(guān)，更具體地說，與應(yīng)用于輸入裝置中的力檢測器有關(guān)，在諸如便攜電話，游戲機(jī)，或此類根據(jù)預(yù)置程序執(zhí)行預(yù)置處理的電子設(shè)備中的這些輸入裝置可以得到表示預(yù)置操作量的操作輸入。
背景技術(shù)：
在諸如便攜電話，游戲機(jī)的此類電子設(shè)備中，用戶的預(yù)置操作輸入被接收，并根據(jù)這個(gè)操作輸入執(zhí)行程序。通常，在用戶觀看顯示屏上顯示的光標(biāo)或其他物體時(shí)，接收操作輸入，而且通常還需要一個(gè)表示上，下，左，右四方向之一的輸入或表示包括對角方向在內(nèi)的八個(gè)方向之一的輸入。一種被稱為操縱桿的裝置用于執(zhí)行這種帶有方向的輸入。此類裝置通常包括一個(gè)內(nèi)置的2維力檢測器，其通過獨(dú)立地檢測X軸方向和Y軸方向的向量分量，來檢測所應(yīng)用的操作輸入的方向和操作量。例如，X軸方向的向量分量為+5的操作輸入表示一個(gè)向右的大小為5的操作量，Y軸方向的向量分量為-8的操作輸入表示一個(gè)向下的大小為8的操作量。當(dāng)然，對傾斜(對角線方向)施加的操作輸入的檢測可以通過將X軸方向的向量分量和Y軸方向的向量分量進(jìn)行合成，以此類推。
在諸如便攜電話，游戲機(jī)的此類電子設(shè)備中，除了上述的帶有方向的操作輸入，還需要提供點(diǎn)擊輸入。點(diǎn)擊輸入主要是表示ON/OFF二元狀態(tài)的輸入，而且通過輸入給操作者提供一個(gè)點(diǎn)擊感也是重要的。因此，當(dāng)操作者的手指按壓到一定程度時(shí)，必須有一個(gè)反作用力與這個(gè)按壓力相對應(yīng)。為了使適合這個(gè)ON/OFF輸入的開關(guān)具有點(diǎn)擊感，開關(guān)通常使用諸如橡膠，金屬等具有彈性的材料，這樣力檢測器就可以生成預(yù)置方向上的操作輸入和點(diǎn)擊輸入。
在用于電子設(shè)備的相對廉價(jià)的輸入裝置中，力檢測器經(jīng)常使用電容元件。在使用電容元件的力檢測器中，采用這樣一種結(jié)構(gòu)，通過施加外力改變電極對之間的距離，并通過電子地檢測電極對之間的距離測出電容元件的電阻值，就可以確定所施加外力的大小。使用電容元件的力檢測器的基本部分就是一對電極，結(jié)構(gòu)簡單而且部件的費(fèi)用低。因此，使用電容的力檢測器在諸如便攜電話，游戲機(jī)的電子設(shè)備的輸入裝置中被廣泛使用。
眾所周知，可以采用C/V轉(zhuǎn)換器電路將電容值C轉(zhuǎn)換為電壓值V，或采用C/f轉(zhuǎn)換器電路將電容值C轉(zhuǎn)換為頻率值f，以之作為電子地檢測出電容元件的電容值C的方法。然而，通用的C/V轉(zhuǎn)換器電路和C/f轉(zhuǎn)換器電路內(nèi)置有振蕩電路，因此運(yùn)行過程中的能量消耗相對較大。因此，如果將使用這種電容元件的傳統(tǒng)力檢測器安裝到各種電子設(shè)備中，總的能量消耗將增加。特別是在諸如便攜電話和游戲機(jī)這類依靠內(nèi)置電池運(yùn)行，并設(shè)計(jì)為盡可能減小電池消耗的電子設(shè)備中，這種情況就尤為突出。因此，雖然使用電容元件的力檢測器在制造費(fèi)用上具有優(yōu)勢，但在能量消耗上就顯得不足了。
當(dāng)然，也可以采用間歇地運(yùn)行消耗能量較大的C/V轉(zhuǎn)換器電路或C/f轉(zhuǎn)換器電路的方法減少總體的能量消耗。例如，采用200毫秒的間歇運(yùn)行周期，其中20毫秒運(yùn)行電路，余下180毫秒停止，一秒鐘可以進(jìn)行5次操作，能量消耗減少為1/10。然而，采用這種方法，并不能完全抑制能量的浪費(fèi)?？紤]到便攜電話之類設(shè)備的實(shí)際使用情況，光標(biāo)移動(dòng)之類的輸入操作的周期非常的短，因此，在操作者不執(zhí)行操作輸入的時(shí)候，運(yùn)行這種具有大能量消耗的電路是完全無效的。
而且，在日本專利申請?zhí)?000-132012中，提出了使用可變電阻的力檢測器。在這種檢測器中，使用了一種可變的電阻元件，其阻值隨所施加的壓力改變，通過檢測這個(gè)可變的電阻元件的阻值變化就可以檢測出所施加的外力的大小。
在這種使用可變電阻元件的力檢測器中，為了得到所施加外力的檢測值，需要對電阻的阻值進(jìn)行測量。然而，為了測量電阻的阻值，需要使電阻中生成電流，在這個(gè)測量過程中就不可避免地要消耗能量。如果在各種電子設(shè)備中安裝了上述使用可變電阻元件的力檢測器，總體的能量消耗將會(huì)增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種使用電容元件或可變電阻元件的力檢測器，其中能量消耗可以有效地得到抑制。
(1)本發(fā)明的第一個(gè)特征是具有檢測所施加外力功能的力檢測器，包括基體；位于與基體相對位置的彈性可變形體，該彈性可變形體的至少一部分由可彈性變形的材料制成，由于所施加外力引起的彈性變形，該彈性可變形體相對基體移動(dòng)；位于該基體和該彈性可變形體之間的力檢測元件，由于該彈性可變形體的移動(dòng)，力檢測元件按照預(yù)置電特性變化；包括一對接觸電極并執(zhí)行轉(zhuǎn)換功能的轉(zhuǎn)換元件，正常的情況下，該接觸電極對保持電絕緣狀態(tài)，當(dāng)向該彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于該彈性可變形體的變形，該接觸電極對得到電導(dǎo)通狀態(tài)；和檢測電路，用于將該力檢測元件的該電特性變化檢測為電信號；其中，檢測電路可以選擇在檢測模式或待機(jī)模式這兩種模式下運(yùn)行，當(dāng)該檢測電路在該檢測模式下運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行檢測功能，用于將電特性的變化輸出為電信號，當(dāng)該檢測電路在該待機(jī)模式下運(yùn)行時(shí)，保持待機(jī)狀態(tài)，不執(zhí)行檢測功能，等待向該檢測模式轉(zhuǎn)換，該待機(jī)模式下的能量消耗要比該檢測模式下的能量消耗要?。徊⑶移渲?，當(dāng)該接觸電極對之間的電狀態(tài)為絕緣時(shí)，選擇該待機(jī)模式，當(dāng)該接觸電極對之間的電狀態(tài)為導(dǎo)通時(shí)，選擇該檢測模式。
(2)本發(fā)明的第二個(gè)特征是具有第一個(gè)特征的力檢測器其中，轉(zhuǎn)換元件中的接觸電極對包括位于基體上的接觸固定電極和位于彈性可變形體上的接觸移動(dòng)電極，當(dāng)向彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于彈性可變形體的變形，該接觸移動(dòng)電極和該接觸固定電極發(fā)生物理接觸。
(3)本發(fā)明的第三個(gè)特征是具有第一個(gè)特征的力檢測器其中，轉(zhuǎn)換元件包括基體上的一對接觸電極和中介電極，中介電極與該接觸電極對中的兩個(gè)電極同時(shí)接觸，用以得到該接觸電極對的電導(dǎo)通狀態(tài)，并且該中介電極與該接觸電極對中的兩個(gè)電極都不接觸，當(dāng)向彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于彈性可變形體的變形，該中介電極與該接觸電極對中的兩個(gè)電極同時(shí)接觸。
(4)本發(fā)明的第四個(gè)特征是具有第三個(gè)特征的力檢測器其中，中介電極位于彈性可變形體發(fā)生變形的位置。
(5)本發(fā)明的第五個(gè)特征是具有第四個(gè)特征的力檢測器其中，接觸電極對由第一個(gè)環(huán)狀電極和緊鄰第一個(gè)環(huán)狀電極外面并位于其外側(cè)的第二個(gè)環(huán)狀電極組成，并且中介電極位于可以在任何位置與該第一個(gè)環(huán)狀電極和第二個(gè)環(huán)狀電極同時(shí)接觸的位置上。
(6)本發(fā)明的第六個(gè)特征是具有第四個(gè)特征的力檢測器其中，接觸電極對包括位于基體上的屬于第一組的N個(gè)電極和屬于第二組的N個(gè)電極，第一組的第i個(gè)(1≤i≤N)電極和第二組的第i個(gè)電極彼此相鄰，一個(gè)電極對由第一組的一個(gè)電極和第二組中與它相鄰的電極組成，一共有N個(gè)接觸電極對。
(7)本發(fā)明的第七個(gè)特征是具有第六個(gè)特征的力檢測器其中，屬于第一組的電極和屬于第二組的電極在基體的圓周上交替放置，并且中介電極放置在彈性可變形體的圓周上，與該基體的圓周相對。
(8)本發(fā)明的第八個(gè)特征是具有第三個(gè)特征的力檢測器其中，提供了半球形結(jié)構(gòu)并被向下放置于基體上的接觸電極對附近，該半球形結(jié)構(gòu)具有這樣的性質(zhì)當(dāng)施加在該頂點(diǎn)附近的向下的壓力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，頂點(diǎn)附近產(chǎn)生彈性變形并向下凸出，這個(gè)結(jié)構(gòu)還具有一個(gè)用作中介電極的導(dǎo)電接觸面，當(dāng)施加在彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體的變形，該半球形結(jié)構(gòu)形狀翻轉(zhuǎn)，該導(dǎo)電接觸面同時(shí)與接觸電極對的兩個(gè)電極相接觸。
(9)本發(fā)明的第九個(gè)特征是具有第八個(gè)特征的力檢測器其中，中介電極包括從半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)下表面至半球形結(jié)構(gòu)圓周底面的導(dǎo)電接觸面組成的，接觸電極對的第一個(gè)電極位于與半球形圓周該底面接觸的位置上，接觸電極對的第二個(gè)電極放置在半球形結(jié)構(gòu)的中心，并且正常的情況下，該中介電極只與該第一個(gè)電極相接觸，當(dāng)施加在彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于該半球形結(jié)構(gòu)的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)，該中介電極同時(shí)與該第一個(gè)電極和第二個(gè)電極發(fā)生接觸。
(10)本發(fā)明的第十個(gè)特征是具有第八個(gè)特征的力檢測器其中，接觸電極對放置在被半球形結(jié)構(gòu)圓周底面包圍的區(qū)域內(nèi)，正常的情況下，由半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)下表面上的導(dǎo)電接觸面組成的中介電極與接觸電極對中的兩個(gè)電極都不接觸，當(dāng)施加到彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體的變形，中介電極同時(shí)與接觸電極中的兩個(gè)電極發(fā)生接觸。
(11)本發(fā)明的第十一個(gè)特征是具有第一至第十個(gè)特征之一的力檢測器其中，使用電容元件作為力檢測元件，并且檢測電路將該電容元件的電容值檢測為電信號，該電容元件由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上與該檢測固定電極相對位置上的檢測移動(dòng)電極組成，該檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)。
(12)本發(fā)明的第十二個(gè)特征是具有第三個(gè)特征的力檢測器其中，電容元件用作力檢測元件，并且檢測電路將該電容元件的電容值檢測為電信號，該電容元件由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上與檢測固定電極相對位置上的檢測移動(dòng)電極組成，檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，中介電極和該檢測移動(dòng)電極可產(chǎn)生電連接，檢測電路具有將與中介電極接觸的接觸電極和該檢測固定電極之間的電容值檢測為檢測模式下的電容元件的電容值的功能。
(13)本發(fā)明的第十三個(gè)特征是具有第三個(gè)特征的力檢測器其中，電容元件用作力檢測元件，并且檢測電路將該電容元件的電容值檢測為電信號，該電容元件由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上與檢測固定電極相對位置上的檢測移動(dòng)電極組成，檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)，其中，提供了半球形結(jié)構(gòu)并被向下放置于基體上的接觸電極對附近，該半球形結(jié)構(gòu)具有這樣的性質(zhì)當(dāng)施加在該頂點(diǎn)附近的向下的按壓力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，頂點(diǎn)附近產(chǎn)生彈性變形并向下凸出，這個(gè)結(jié)構(gòu)還具有一個(gè)用作中介電極的導(dǎo)電的接觸面，當(dāng)施加在彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體的變形，該半球形結(jié)構(gòu)形狀翻轉(zhuǎn)，該導(dǎo)電接觸面同時(shí)與接觸電極對的兩個(gè)電極相接觸，而且其中，至少該半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)附近部分的上表面和下表面是由導(dǎo)電材料制成的，并且彼此電導(dǎo)通，與該檢測移動(dòng)電極電導(dǎo)通的中介導(dǎo)電層位于彈性可變形體上，并與半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的鄰近區(qū)域相接觸，檢測電路具有將該接觸電極對中通過半球形結(jié)構(gòu)與該中介導(dǎo)電層相接觸的電極和該檢測固定電極之間的電容值檢測為檢測模式下的電容元件的電容值的功能。
(14)本發(fā)明的第十四個(gè)特征是具有第十一個(gè)至第十三個(gè)特征之一的力檢測器其中，在檢測固定電極和檢測移動(dòng)電極的至少一個(gè)表面上具有絕緣薄膜，用以防止該檢測固定電極和該檢測移動(dòng)電極間的電接觸。
(15)本發(fā)明的第十五個(gè)特征是具有第十一個(gè)至第十四個(gè)特征之一的力檢測器其中，檢測電路具有一個(gè)將電容元件的電容值C轉(zhuǎn)換為電壓值V的C/V轉(zhuǎn)換器電路，實(shí)施控制使C/V轉(zhuǎn)換器電路在檢測模式下運(yùn)行，而不在待機(jī)模式下運(yùn)行。
(16)本發(fā)明的第十六個(gè)特征是具有第十五個(gè)特征的力檢測器其中，C/V轉(zhuǎn)換器電路由一個(gè)用以將AC信號提供給包括電容元件的一個(gè)電極的振蕩電路，和一個(gè)轉(zhuǎn)換電路組成，轉(zhuǎn)換電路在檢測模式下引起該振蕩電路振蕩，在待機(jī)模式下使該振蕩電路停止振蕩。
(17)本發(fā)明的第十七個(gè)特征是具有第十一個(gè)至第十四個(gè)特征之一的力檢測器其中，檢測電路具有一個(gè)將電容元件的電容值C轉(zhuǎn)換為頻率值f的C/f轉(zhuǎn)換器電路，實(shí)施控制使C/f轉(zhuǎn)換器電路在檢測模式下運(yùn)行，而不在待機(jī)模式下運(yùn)行。
(18)本發(fā)明的第十八個(gè)特征是具有第十一個(gè)至第十七個(gè)特征之一的力檢測器其中，移動(dòng)接觸電極由整體成形橡膠上的導(dǎo)電層組成。
(19)本發(fā)明的第十九個(gè)特征是具有第一個(gè)至第十個(gè)特征之一的力檢測器其中，使用可變電阻元件作為力檢測元件，其兩個(gè)預(yù)置點(diǎn)之間的阻值可隨所施加力變化，檢測電路將所述可變電阻元件所述兩點(diǎn)間的電阻值檢測為電信號。
(20)本發(fā)明的第二十個(gè)特征是具有第十九個(gè)特征的力檢測器其中，可變電阻元件具有第一個(gè)電阻和位于與之相對位置的第二個(gè)電阻，這兩個(gè)電阻的至少一個(gè)與另一個(gè)電阻相對的面具有可彈性變形的凹凸結(jié)構(gòu)，第一個(gè)電阻和第二個(gè)電阻的接觸表面積隨所檢測的外力值的變化而變化，因此，與第一個(gè)電阻連接的預(yù)置點(diǎn)和與第二個(gè)電阻連接的預(yù)置點(diǎn)之間的電阻值隨所述接觸表面積的變化而變化。
(21)本發(fā)明的第二十一個(gè)特征是具有第二十個(gè)特征的力檢測器其中，第一個(gè)電阻和第二個(gè)電阻由壓敏導(dǎo)電油墨制成。
(22)本發(fā)明的第二十二個(gè)特征是具有第二十個(gè)或第二十一個(gè)特征的力檢測器其中，檢測電路具有一個(gè)通過在電阻兩點(diǎn)間施加電壓，來檢測這兩點(diǎn)間的電阻的電路，實(shí)施控制使得在檢測模式下施加電壓，而在待機(jī)模式下不施加電壓。
(23)本發(fā)明的第二十三個(gè)特征是具有第二十二個(gè)特征的力檢測器其中，使用組成轉(zhuǎn)換元件的接觸電極對之間的導(dǎo)通/絕緣狀態(tài)作為ON/OFF開關(guān)，用以在電阻的兩點(diǎn)間施加電壓。
(24)本發(fā)明的第二十四個(gè)特征是具有第一個(gè)至第二十三個(gè)特征之一的力檢測器其中，由剛性材料制成的操作面板與彈性可變形體相連接，彈性可變形體根據(jù)作用于操作面板上的操作輸入產(chǎn)生變形。
(25)本發(fā)明的第二十五個(gè)特征是具有第一個(gè)到第二十四個(gè)特征之一的力檢測器其中，彈性可變形體包括與基體上表面近乎平行放置的薄膜體，用于將薄膜體的周邊固定到基體的上表面的側(cè)壁體，從薄膜體下表面多個(gè)位置向下伸出的柱狀突起，薄膜體和柱狀突起中的至少一部分是由彈性材料制成的。
(26)本發(fā)明的第二十六個(gè)特征是具有第二十五個(gè)特征的力檢測器其中，彈性可變形體由整體成形橡膠制成。
(27)本發(fā)明的第二十七個(gè)特征是一個(gè)用于電子設(shè)備的輸入裝置，用于向該電子設(shè)備提供表示一個(gè)預(yù)置方向上的操作量的操作輸入，并基于預(yù)置程序執(zhí)行特定處理，其中，輸入裝置包括一個(gè)具有第一個(gè)至第二十六個(gè)特征的力檢測器，并將力檢測器檢測到的外力處理為一操作量。


圖1是涉及本發(fā)明的一個(gè)基本實(shí)施例，用于電子設(shè)備的輸入裝置的側(cè)截面分解圖；圖2是操作面板10的俯視圖，圖1中已經(jīng)表示了沿其中心的側(cè)截面；圖3是操作面板10的仰視圖，圖1中已經(jīng)表示了沿其中心的側(cè)截面；圖4是彈性可變形體20的俯視圖，圖1中已經(jīng)表示了沿其中心的側(cè)截面；
圖5是彈性可變形體20的仰視圖，圖1中已經(jīng)表示了沿其中心的側(cè)截面；圖6是用于解釋圖5中彈性可變形體20下表面上的每個(gè)柱狀突起的位置的仰視圖；圖7是用于表示圖5中彈性可變形體20下表面上的導(dǎo)電移動(dòng)層26的仰視圖；圖8是圖1中所示的半球形結(jié)構(gòu)30的俯視圖，圖1中已經(jīng)表示了沿其中心的側(cè)截面；圖9A和圖9B是用于解釋圖1中所示的半球形結(jié)構(gòu)30的形狀翻轉(zhuǎn)操作的側(cè)截面圖；圖10是基體40的俯視圖，圖1中已經(jīng)表示了沿其中心(XZ平面)的側(cè)截面；圖11是用于表示半球形結(jié)構(gòu)30放置在圖10的基體40上的俯視圖；圖12是將圖1中的部件裝配起來，用于電子設(shè)備的輸入裝置的側(cè)截面圖，其中沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，但畫出了其側(cè)視圖，只畫出柱狀突起P1到P3的截面圖，省略了對更深部分的說明；圖13是表示當(dāng)用于圖12電子設(shè)備的輸入裝置中產(chǎn)生轉(zhuǎn)換輸入(點(diǎn)擊輸入)時(shí)的側(cè)截面圖，其中沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，但畫出其側(cè)視圖，只畫出柱狀突起P1到P3的截面圖，省略了對更深部分的說明；
圖14是表示當(dāng)用于圖12電子設(shè)備的輸入裝置中產(chǎn)生一個(gè)X軸負(fù)方向的操作輸入時(shí)，處于第一個(gè)狀態(tài)下的側(cè)截面圖，其中沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，但畫出其側(cè)視圖，只畫出柱狀突起P1到P3的截面圖，省略了對更深部分的說明；圖15是表示當(dāng)用于圖12電子設(shè)備的輸入裝置中產(chǎn)生一個(gè)X軸負(fù)方向的操作輸入時(shí)，處于第二個(gè)狀態(tài)下的側(cè)截面圖，其中沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，但畫出其側(cè)視圖，只畫出柱狀突起P1到P3的截面圖，省略了對更深部分的說明；圖16是表示用于圖12電子設(shè)備的輸入裝置中產(chǎn)生一個(gè)X軸負(fù)方向的操作輸入時(shí)，處于第三個(gè)狀態(tài)下的側(cè)截面圖，其中沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，但畫出其側(cè)視圖，只畫出柱狀突起P1到P3的截面圖，省略了對更深部分的說明；圖17是電路圖，用于表示用作圖12所示電子設(shè)備的輸入裝置的檢測電路的一個(gè)實(shí)例；圖18是電路圖，用于表示用作圖12所示電子設(shè)備的輸入裝置的檢測電路的另一個(gè)實(shí)例；圖19是表示圖17或圖18電路圖中C/V轉(zhuǎn)換器電路細(xì)節(jié)的電路圖；圖20是表示圖10中所示的接觸電極對的修改實(shí)例的俯視圖；圖21是表示圖10中所示的接觸電極對的另一個(gè)修改實(shí)例的俯視圖；圖22是用作電子設(shè)備的只有一維操作輸入功能的輸入裝置中的基體40A的俯視圖；
圖23是用作電子設(shè)備的具有三維操作輸入功能和點(diǎn)擊功能的輸入裝置中的基體40B的俯視圖；圖24是用作電子設(shè)備的具有三維操作輸入功能的輸入裝置中的基體40C的俯視圖；圖25是用于電子設(shè)備的，使用了多個(gè)半球形結(jié)構(gòu)的輸入裝置的側(cè)截面分解圖；圖26是彈性可變形體20D的仰視圖，圖25中已經(jīng)表示了沿其中心的側(cè)截面；圖27是用于表示圖25中彈性可變形體20D下表面上的導(dǎo)電移動(dòng)層26的仰視圖；圖28是基體40D的俯視圖，圖25中已經(jīng)表示了沿其中心(XZ平面)的側(cè)截面；圖29是用于表示5個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30放置在圖28中的基體40D上的俯視圖；圖30是將圖25中的部件裝配起來，用于電子設(shè)備的輸入裝置的側(cè)截面圖；圖31是表示圖17所示檢測電路的另一個(gè)修改實(shí)例的電路圖；圖32是一個(gè)實(shí)例的側(cè)截面圖，其中可變電阻元件RR由表面波狀凹凸不平的電阻對73和83組成；圖33是表示當(dāng)壓力-Fz施加到圖32所示可變電阻元件RR上時(shí)的變形狀態(tài)的側(cè)截面圖；
圖34是基體40E的俯視圖，基體40E由可變電阻元件RR11至RR44組成，以代替圖10所示基體40上的電極E11至E44；圖35是適用于使用圖34所示的基體40E的彈性可變形體20E的仰視圖；圖36是包括圖34中基體40E和圖35中彈性可變形體20E的力檢測器的側(cè)截面圖，其中沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，但畫出其側(cè)視圖；以及圖37是圖36中力檢測器使用的檢測電路的一個(gè)實(shí)例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將基于所闡述的實(shí)施例解釋本發(fā)明。與本發(fā)明相關(guān)的力檢測器可以被安裝在各種設(shè)備上，并用于工業(yè)用途。此處，將解釋一個(gè)實(shí)例，其中與本發(fā)明相關(guān)的力檢測器用作諸如便攜電話，游戲機(jī)等電子設(shè)備的輸入裝置?！兜谝徊糠帧放c本發(fā)明相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置的基本結(jié)構(gòu)首先，將解釋一個(gè)與本發(fā)明一基本實(shí)施例相關(guān)的，用于電子設(shè)備的輸入裝置的基本結(jié)構(gòu)。圖1是將此用于電子設(shè)備的輸入裝置分解，用以觀察其組件的側(cè)截面分解圖。如圖所示，這個(gè)用于電子設(shè)備的輸入裝置由操作面板10，彈性可變形體20，半球形結(jié)構(gòu)30，和基體40組成。實(shí)際上，半球形結(jié)構(gòu)30放置在基體40上，彈性可變形體20蓋在上面，上面還有操作面板10。這個(gè)輸入裝置可以用作諸如便攜式電話，游戲機(jī)等基于預(yù)置程序執(zhí)行預(yù)置處理的電子設(shè)備的輸入裝置，可以執(zhí)行表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入和表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入。
操作面板10放在彈性可變形體20的上表面上，并具有響應(yīng)操作者的動(dòng)作，將力傳遞到彈性可變形體20上的功能，并使彈性可變形體20發(fā)生彈性變形。如果將輸入裝置視為力檢測器，操作者輸入到操作面板10中的操作輸入等同于力檢測器檢測到的外力。因此，操作面板10執(zhí)行操作體的功能，使彈性可變形體20的一部分根據(jù)外力動(dòng)作相對基體40發(fā)生彈性變形。
圖2是此操作面板10的俯視圖，圖3是此操作面板10的仰視圖。如圖所示，操作面板10總的來說呈盤狀，而且在本實(shí)施例中，由塑料等樹脂材料制成。如上所述，如果操作面板10可以完成將力傳遞到彈性可變形體20上的功能的話，就不必討論其成形的問題了，但是盤狀適于輸入具有各種方向的操作量。為了保證將操作者的操作傳遞到彈性可變形體20上，較好的情況下，面板應(yīng)由諸如樹脂或金屬的剛性材料制成。在所闡述的實(shí)施例中，如圖2所示，操作面板10由操作體11，堤狀體12，外圓周體13三部分組成，還有如圖3所示的從下表面伸出的柱狀壓桿突起14。操作體11是堤狀體12中的光滑的下凹部分，用于適應(yīng)操作者的手指，外圓周體13是堤狀體12外面的尖端部分。壓桿14用于如前所述有效地執(zhí)行表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入，并有效地將來自操作者的垂直向下的力傳遞到半球形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)。
在本實(shí)施例中，彈性可變形體20由整體成形的硅橡膠制成。圖4是此彈性可變形體20的俯視圖，圖5是其仰視圖。如圖所示，平面圖中此彈性可變形體20的形狀近似正方形。如圖1中側(cè)截面圖所示，其中的基本元件有，內(nèi)部薄膜體21，環(huán)狀突起22，外部薄膜體23，側(cè)壁體24，固定腳25，柱狀突起P1至P3。如圖4所示，內(nèi)部薄膜體21和外部薄膜體23是形成此彈性可變形體20整個(gè)上表面的薄膜狀結(jié)構(gòu)。此處，為了描述方便，環(huán)狀突起22內(nèi)部的部分稱為內(nèi)部薄膜體21，外部部分稱為外部薄膜體23。當(dāng)在中間放置半球形結(jié)構(gòu)30時(shí)，薄膜體21和23與基體40的上表面近乎平行放置。環(huán)狀突起22處在薄膜體的上表面，并且內(nèi)部薄膜體21上表面的圓周被環(huán)狀突起22包圍。在本實(shí)施例中，環(huán)狀突起22是所謂的帶有矩形部分的墊圈狀結(jié)構(gòu)，用于有效地接收來自施加在操作面板10的力。
另一方面，側(cè)壁體24具有將外部薄膜體23的圓周固定到基體40上表面的功能，薄膜體21和23呈正方形，四邊由側(cè)壁體24支撐，并與基體40保持近乎平行的關(guān)系。如圖5的仰視圖所示，柱狀固定腳25分別從彈性可變形體20下表面的四角處向下伸出，將這四個(gè)腳插入基體40上表面四個(gè)位置上的固定孔41(見圖1)中。這樣，彈性可變形體20就可以按照預(yù)置位置安裝到基體40上了。
如圖5所示，幾個(gè)柱狀突起P1至P3從薄膜體21和23的下表面向下伸出。圖6通過在圖5中添加長短相間的虛線組成的同心圓，清楚地表示了柱狀突起P1至P3的位置關(guān)系。如圖所示，如果三個(gè)同心圓C1，C2，C3定義在彈性可變形體20的中心點(diǎn)的周圍，那么柱狀突起P1至P1的每一個(gè)都位于同心圓的圓周上。也就是說，共計(jì)8個(gè)柱狀突起P1沿內(nèi)同心圓C1的圓周分布，每45°一個(gè)，16個(gè)柱狀突起P2沿參考同心圓C2的圓周分布，每22.5°一個(gè)，8個(gè)柱狀突起P3沿外同心圓C3的圓周分布，每45°一個(gè)。
圖1中的側(cè)截面圖清楚地表示了柱狀突起P1至P3的側(cè)面形狀。為了避免復(fù)雜，在圖1的側(cè)截面圖中，只畫出了位于截面處的柱狀突起P1至P3，但實(shí)際上，如圖5和圖6的仰視圖所示，有更多的柱狀突起從薄膜體的下表面向下伸出。此處，如圖1所示，柱狀突起P2的長度要比柱狀突起P1和P3的短，這是因?yàn)橹鶢钔黄餚1和P3與柱狀突起P2的主要功能不同。也就是說，柱狀突起P1和P3主要用于在操作者沒有輸入的狀態(tài)下，將內(nèi)部薄膜體21和外部薄膜體23支撐在基體40上。柱狀突起P1和P3的長度被設(shè)置為適于完成這種支撐功能。在所闡述的實(shí)例中，柱狀突起P1略短于柱狀突起P3，這是由于考慮了基體40上的電極的厚度。針對這一功能，此處將P1和P3稱作支撐柱狀突起。
同時(shí)，如下文將要講到的，柱狀突起P2的主要功能是通過與基體40上表面的電極發(fā)生接觸，起到中介電極的作用使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼?dǎo)通狀態(tài)。因此，此處將柱狀突起P2稱為用于電極的柱狀突起。將柱狀突起P2做得比柱狀突起P1和P3短，這樣當(dāng)操作者沒有向操作面板10施加輸入時(shí)，柱狀突起P2的末端懸空，與基體40上表面的電極保持物理非接觸狀態(tài)。
支撐柱狀突起P1和P3與用于電極的柱狀突起P2不僅在長度上彼此不同，而且在側(cè)面形狀上也不相同。也就是說，支撐柱狀突起P1和P3的下段略呈圓形，而用于電極的柱狀突起P2是盤狀突起，下表面是平的。這種形狀差異也是由于上述功能的差異造成的，支撐柱狀突起P1和P3制成這種形狀，適于當(dāng)其與基體40的上表面發(fā)生接觸時(shí)，用于支撐，而用于電極的柱狀突起P2制成這種形狀，適于當(dāng)其與基體40的上表面發(fā)生接觸時(shí)，用于保證電導(dǎo)通狀態(tài)。
如果此處所描述的實(shí)施例中的操作面板10由一個(gè)盤狀剛體組成，是考慮到操作者施加的力沿操作面板的中心線上的同心圓傳遞，因此，優(yōu)選支撐柱狀突起P1到P3應(yīng)沿預(yù)置圓周布置。尤其是，在所述實(shí)施例中，如果將表示預(yù)置方向的操作輸入輸入到操作面板10中，那么所施加的力就從操作面板10的邊緣傳遞到環(huán)狀突起22。此處，圖6中所示的參考同心圓C2定義為與環(huán)狀突起22的中心位置相對應(yīng)的圓，用于電極的柱狀突起P2位于環(huán)狀突起22的正下方(16個(gè)位置)。而且，內(nèi)部同心圓C1定義為位于參考同心圓C2的里面，支撐柱狀突起P1沿同心圓C1的圓周分布，外部同心圓C3定義為位于參考同心圓C2的外面，支撐柱狀突起P3沿同心圓C3的圓周分布。
在一些電子設(shè)備中，許多情況下包括8個(gè)方向的操作輸入除了包括上，下，左，右四個(gè)方向外，還包括對角線方向。因此，設(shè)想這樣的具有8個(gè)方向的操作輸入，優(yōu)選沿圓周分布的柱狀突起應(yīng)包括沿圓周每45°一個(gè)分布的至少8個(gè)柱狀突起。在所述實(shí)施例中，內(nèi)部同心圓C1和外部同心圓C3上分別每隔45°共分布8個(gè)支撐柱狀突起P1和P3，同時(shí)，為了保證與基體40側(cè)電極的接觸，參考圓C2上的用于電極的柱狀突起P2增加到16個(gè)，在圓周上每隔22.5°一個(gè)。
作為此彈性可變形體20的元件，另一個(gè)重要元件是位于薄膜體下表面預(yù)置區(qū)域的移動(dòng)導(dǎo)電層26。圖7是彈性可變形體20的仰視圖，用以顯示此移動(dòng)導(dǎo)電層26的形成區(qū)域。在此圖中，帶有陰影的圓形部分表示有移動(dòng)導(dǎo)電層26(圖7中的陰影不表示截面而表示區(qū)域)。如上所述，彈性可變形體20的下表面上有多個(gè)柱狀突起，彈性可變形體20包括這些柱狀突起，移動(dòng)導(dǎo)電層26形成在彈性可變形體20的下表面。因此，這表明在陰影區(qū)域7中的支撐柱狀突起P1和用于電極的柱狀突起P2表面也有移動(dòng)導(dǎo)電層26。具體地，這種移動(dòng)導(dǎo)電層26可以在彈性可變形體20的下表面涂上由導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)電層得到。如上所述，在本實(shí)施例中，由于彈性可變形體20是由整體成形的硅橡膠制成的，在包括柱狀突起的所述結(jié)構(gòu)由硅橡膠整體成形后，在該結(jié)構(gòu)下表面的一部分(圖7中的陰影部分)涂上導(dǎo)電層并烘干，就形成了導(dǎo)電層26。此移動(dòng)導(dǎo)電層26的厚度比彈性可變形體20每一部分中的厚度都要小，因此在側(cè)截面圖中沒有畫出移動(dòng)導(dǎo)電層26。
另一方面，如圖1的側(cè)截面圖所示，半球形結(jié)構(gòu)30為倒置的杯子形狀，它位于基體40上表面的中心附近，以便向下放置。圖8是半球形結(jié)構(gòu)30的俯視圖。該半球形結(jié)構(gòu)的形式并不只限于此，但優(yōu)選推薦使用這種圖中所示其平面為圓形的半球形結(jié)構(gòu)30，因?yàn)樗垢鞣N方向上的操作輸入都很光滑。當(dāng)在其頂點(diǎn)施加一個(gè)向下的超過預(yù)置強(qiáng)度的壓力時(shí)，半球形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)附近區(qū)域發(fā)生彈性變形并向下翻轉(zhuǎn)。圖9A和圖9B是表示這種翻轉(zhuǎn)形狀的側(cè)截面圖。圖9A是沒有施加外力的狀態(tài)，圖9B是在頂點(diǎn)處施加了向下的外力F，頂點(diǎn)發(fā)生彈性變形并向下翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)。顯而易見，這種形狀翻轉(zhuǎn)是彈性變形，因此當(dāng)壓力F消失后，半球向結(jié)構(gòu)30恢復(fù)圖9A中的初始狀態(tài)。
半球形結(jié)構(gòu)30的形狀翻轉(zhuǎn)用于操作者的轉(zhuǎn)換輸入。因此，至少半球形結(jié)構(gòu)30的下表面必須包括導(dǎo)電接觸面31。也就是說，如圖9B所示，當(dāng)頂點(diǎn)附近的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)電接觸面31和基體40上的電極發(fā)生接觸，檢測到轉(zhuǎn)換輸入。在本實(shí)施例中，使用金屬半球作為半球形結(jié)構(gòu)30。通常，如果半球形結(jié)構(gòu)是由金屬制成的，可以發(fā)生上述形狀翻轉(zhuǎn)，并可形成具有導(dǎo)電接觸面31的半球形，但半球形結(jié)構(gòu)30并不一定要用金屬制成。例如，可用樹脂制成半球形結(jié)構(gòu)，并在其下表面形成導(dǎo)電材料薄膜，從而形成導(dǎo)電接觸面31。
然后，將解釋基體40的構(gòu)造?；w40的基本功能是放置并支撐上述元件并提供形成電極的參考面。圖10是基體40的俯視圖。圖中所示的4個(gè)固定孔41位于基體40的上表面，用于插入上文所述的彈性可變形體20的固定腳25。
在基體40的上表面上，有所述電極E11至E18。此處，根據(jù)電極所處的位置，4個(gè)扇形電極E11至E14稱為中間電極，中間電極外面的兩個(gè)環(huán)形電極E15和E16稱作外部電極，中間電極里面的圓形電極E17和環(huán)形電極E18稱作內(nèi)部電極。圖10中，為了清楚地表示電極的形狀，每個(gè)電極上都畫上了陰影。因此，圖10中陰影并不表示截面。圖中，使用了兩種陰影面，這表示電極表面的一部分是否覆蓋有絕緣薄膜。具體地，由于將四個(gè)中間電極E11和E14用作檢測固定電極，用于組成電容元件，所以其表面覆蓋有絕緣薄膜。而由于將外部電極E15和E16與內(nèi)部電極E17和E18用作接觸電極，用于判斷電接觸狀態(tài)，所以導(dǎo)電面被暴露在外面。這兩種陰影類型用于區(qū)別被絕緣薄膜覆蓋的電極和具有暴露導(dǎo)電面的電極。
位于最外邊的環(huán)形外部電極E15處于與操作面板10外圓周相對的外部圓周相對部分(基體40上表面的一部分，操作面板10的外部輪廓線投影到基體上)。在本實(shí)施例中，由于操作面板10呈盤狀，所以與外圓周相對的外部圓周相對部分也是圓的，并如圖所示，外部電極E15是位于與操作面板10外圓周相對位置的環(huán)狀(墊圈狀)電極。外部電極E16是位于外部電極E15里面的環(huán)狀(墊圈狀)電極。更準(zhǔn)確地描述其位置，外部電極E15和外部電極E16之間的邊界位于與圖6所示參考圓C2相對的圓周上，而且外部電極E15的外輪廓到外部電極E16的內(nèi)輪廓的距離與用于電極的柱狀突起P2的直徑大致相等。因此，外部電極E15和E16都可看作位于用于電極的柱狀突起P2的正下方。
外部電極E15和E16的作用是當(dāng)操作者向操作面板10施加輸入，彈性可變形體20產(chǎn)生變形時(shí)，通過與用于電極的柱狀突起P2下表面的移動(dòng)導(dǎo)電層26的接觸，檢測預(yù)置方向上的操作輸入是否達(dá)到或超過預(yù)置的強(qiáng)度。也就是說，當(dāng)彈性可變形體20響應(yīng)操作者的操作輸入發(fā)生變形，用于電極的柱狀突起P2中任意一個(gè)的下表面的移動(dòng)導(dǎo)電層26與外部電極E15和E16同時(shí)發(fā)生接觸時(shí)，外部電極E15和E16通過接觸移動(dòng)導(dǎo)電層26發(fā)生電導(dǎo)通。因此，可以通過電子地檢測外部電極E15和E16的電導(dǎo)通狀態(tài)，識(shí)別一個(gè)操作輸入是否達(dá)到或超過預(yù)置的強(qiáng)度?；诖斯δ埽瑢⑼獠侩姌OE15和E16稱作接觸電極對，將用于電極的柱狀突起P2下表面的移動(dòng)導(dǎo)電層26稱作中介電極。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)換元件由基體40上的接觸電極對和彈性可變形體20上的中介電極組成。通常狀態(tài)下(除非在操作面板10上施加了一個(gè)達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的力)，組成此轉(zhuǎn)換元件的接觸電極對保持電絕緣狀態(tài)，當(dāng)施加在操作面板10上的力達(dá)到或超過了預(yù)置強(qiáng)度，由于彈性可變形體20的變形，中介電極同時(shí)與外部電極E15和E16發(fā)生接觸，從而形成電導(dǎo)通狀態(tài)。
四個(gè)扇形中間電極E11至E14放置在適于檢測操作者施加的具有方向的操作輸入的位置上。也就是說，圖10中，當(dāng)以基體40上表面的中心為原點(diǎn)O，圖中右方向?yàn)閄軸，圖中上方向?yàn)閅軸定義XYZ三維坐標(biāo)系時(shí)，中間電極E11位于X軸正方向，中間電極E12位于X軸負(fù)方向，中間電極E13位于Y軸正方向，中間電極E14位于Y軸負(fù)方向。這些中間電極E11和E14和位于上側(cè)的移動(dòng)導(dǎo)電層26一起形成電容元件。也就是說，如圖7的陰影所示，移動(dòng)導(dǎo)電層26作為薄膜形成在彈性可變形體20的下表面，中間電極E11至E14和與其相對的移動(dòng)導(dǎo)電層26構(gòu)成全部4個(gè)電容元件。具體地，第一個(gè)電容元件C11是由位于X軸正方向的中間電極E11和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與該電極相對的部分組成的。第二個(gè)電容元件C12是由位于X軸負(fù)方向的中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與該電極相對的部分組成的。第三個(gè)電容元件C13是由位于Y軸正方向的中間電極E13和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與該電極相對的部分組成的。第四個(gè)電容元件C14是由位于Y軸負(fù)方向的中間電極E14和移動(dòng)導(dǎo)電層26中與該電極相對的部分組成的。
如此形成的四個(gè)電容元件C11至C14由固定在基體40上的檢測固定電極(也就是中間電極E11至E14)和彈性可變形體20上與檢測固定電極相對位置上的，發(fā)生彈性變形的檢測移動(dòng)電極(也就是，移動(dòng)導(dǎo)電層26)組成。如上所述，用作檢測固定電極的四個(gè)中間電極E11至E14的上表面被絕緣薄膜覆蓋，用以防止其與用作檢測移動(dòng)電極的移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的電接觸。如下文中將要講的，當(dāng)產(chǎn)生操作輸入時(shí)，由于彈性可變形體20的變形，移動(dòng)導(dǎo)電層26靠近基體40，然而，由于絕緣薄膜的存在，移動(dòng)導(dǎo)電層26與中間電極E11至E14并沒有發(fā)生電接觸。因此，電容元件C11至C14總可以起到電容的作用。另外，可以把絕緣薄膜放在檢測移動(dòng)電極側(cè)(也就是說，在移動(dòng)導(dǎo)電層26的下表面)，而不放在檢測固定電極側(cè)，或同時(shí)放在兩側(cè)。然而，在此處所示的實(shí)施例中，由于將移動(dòng)導(dǎo)電層26作為導(dǎo)電涂層放在彈性可變形體20的下表面，所以在實(shí)際使用中，優(yōu)選將絕緣薄膜放在檢測固定電極側(cè)，也就是說，放在中間電極E11至E14側(cè)。
如圖10所示，在中間電極E11至E14的內(nèi)側(cè)，也就是在基體40的中心附近，還有兩個(gè)內(nèi)部電極E17和E18。內(nèi)部電極對E17和E18用于檢測操作者施加到操作面板10上的轉(zhuǎn)換輸入，也就是說，檢測垂直向下的壓力。內(nèi)部電極E17是位于基體中心的盤狀電極，其直徑小于包含半球形結(jié)構(gòu)30底部圓周面(底部的邊緣)的圓的直徑。另一方面，內(nèi)部電極E18是墊圈狀電極，其外徑與包含半球形結(jié)構(gòu)30底部圓周面的圓的直徑大致相等，半球形結(jié)構(gòu)30放置在墊圈狀內(nèi)部電極E18上。圖11是表示將圖8中半球形結(jié)構(gòu)30放置到圖10中基體40的上表面中心的情況的俯視圖。實(shí)際上，半球形結(jié)構(gòu)30是通過黏合劑或膠粘帶固定到基體40的上表面上的。
如圖9B所述，當(dāng)在半球形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近區(qū)域施加一個(gè)垂直向下的壓力F時(shí)，半球形結(jié)構(gòu)30的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此時(shí)，內(nèi)部電極E17的形狀適于與半球形結(jié)構(gòu)30下表面的導(dǎo)電接觸面31發(fā)生接觸。在本實(shí)施例中，由于整個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30是由金屬制成的，盡管在圖9A所示狀態(tài)下，半球形結(jié)構(gòu)30僅與墊圈狀內(nèi)部電極E18發(fā)生接觸，但在圖9B所示狀態(tài)下，翻轉(zhuǎn)頂點(diǎn)的附近區(qū)域同樣也會(huì)與內(nèi)部電極E17發(fā)生接觸，使內(nèi)部電極E17和E18之間發(fā)生電接觸。就是說盡管內(nèi)部電極E17和E18之是物理上彼此分離的電極對，然而當(dāng)由金屬制成的半球形結(jié)構(gòu)30翻轉(zhuǎn)時(shí)，該半球形結(jié)構(gòu)30的底部與內(nèi)部電極E18接觸，頂點(diǎn)附近的下表面與內(nèi)部電極E17接觸，因此，由導(dǎo)電材料制成的半球形結(jié)構(gòu)30與兩個(gè)電極E17和E18接觸。從而，兩個(gè)電極之間發(fā)生電短路。結(jié)果，通過電子地檢測內(nèi)部電極對E17和E18之間的電狀態(tài)，就可以檢測出與操作者的操作輸入相對應(yīng)的ON/OFF狀態(tài)。整個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30不一定都用導(dǎo)電材料制成，只要至少內(nèi)表面(被倒置時(shí)的下表面)到底面圓周面是導(dǎo)電接觸面，就可以得到內(nèi)部電極E17和E18之間的電導(dǎo)通狀態(tài)。
如上所述，在基體40上表面上有三類電極，也就是，外部電極對E15和E16(接觸電極)，四個(gè)中間電極E11至E14(檢測固定電極)，和內(nèi)部電極對E17和E18(接觸電極)。考慮到電極的功能，電極處于如下位置上。首先，內(nèi)部電極E18放置在如上所述的與半球形結(jié)構(gòu)30的底面圓周面接觸的位置上，內(nèi)部電極E17放置在與導(dǎo)電接觸面31接觸的位置上，當(dāng)半球形結(jié)構(gòu)30發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)電接觸面31等同于半球形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近區(qū)域的下表面。外部電極對E15和E16放置在基體40上與操作面板10的外圓周部分相對的外部圓周相對位置上(與圖6的同心圓C2相對的部分)。另一方面，中間電極E11至E14位于基體40上表面上半球形結(jié)構(gòu)30所處區(qū)域以外，外部圓周相對位置以內(nèi)的中間區(qū)域。在本實(shí)施例中，基體40由用于安裝電子線路的印刷電路板組成，電極由此印刷電路板上的銅之類的印刷圖案組成。通過印刷圖案，可以將各種線路印刷到基體40上，因此由用于電子線路的印刷電路板組成的基體40便于實(shí)際應(yīng)用。
圖7所示的陰影部分的移動(dòng)導(dǎo)電層26是彈性可變形體29下表面上的單層導(dǎo)電層，其通過與上述基體40上的電極共同作用，實(shí)現(xiàn)重要功能。也就是說，在用于電極的柱狀突起P2下表面上形成的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分同時(shí)與外部電極對E15和E16發(fā)生接觸，用作中介電極，使外部電極對E15和E16(接觸電極)發(fā)生電接觸。同時(shí)，移動(dòng)導(dǎo)電層26上與中間電極E11至E14相對的部分用作檢測移動(dòng)電極，與中間電極E11至E14(檢測固定電極)一起構(gòu)成電容元件。考慮到將在第2部分講述的操作的方便，雖然中介電極和檢測移動(dòng)電極的功能彼此不同，但其最好彼此是電導(dǎo)通的。因此，如圖7中陰影所示，為了實(shí)際的使用，優(yōu)選移動(dòng)導(dǎo)電層26由帶有外伸部分的單層導(dǎo)電層組成，外伸部分放置有用于電極的柱狀突起P2，并且移動(dòng)導(dǎo)電層26用作中介電極的部分(位于用于電極的柱狀突起P2的下表面的部分)，和移動(dòng)導(dǎo)電層26用作檢測移動(dòng)電極的部分(與中間電極E11至E14相對的部分)。
上文詳細(xì)解釋了圖1所示元件結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。用于電子設(shè)備的實(shí)際的輸入裝置是通過將這些元件裝配在一起得到的。也就是說，將半球形結(jié)構(gòu)30放在基體40的中心，將彈性可變形體20放在半球形結(jié)構(gòu)上面蓋上它(將固定腳25插入固定孔41中固定)，并將操作面板10粘在上面，從而組裝成如圖12側(cè)截面圖所示的用于電子設(shè)備的輸入裝置(沒有畫出半球形結(jié)構(gòu)30的截面圖，只畫出了其側(cè)視圖)?！兜诙糠帧放c本發(fā)明相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置的基本操作下面，將解釋圖12所示的用于電子設(shè)備的輸入裝置的基本操作。此處，為了描述的方便，將原點(diǎn)O取在基體40上表面的中心點(diǎn)，X軸為圖中右方向，Y軸為圖中上方向定義XYZ三維坐標(biāo)系，這樣基體的上表面被包含在XY平面內(nèi)，并基于此給出下面的解釋。圖12中，X軸定義為圖中向右的方向，Z軸定義為圖中向上的方向，Y軸定義為圖紙平面的垂直方向。
如上所述，本發(fā)明的輸入裝置具有在任意電子設(shè)備中產(chǎn)生表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入(所謂點(diǎn)擊輸入)和表示預(yù)置方向上的操作量的操作輸入的功能。此處，操作者在操作面板10上發(fā)出這些輸入，基本地，當(dāng)發(fā)出轉(zhuǎn)換輸入時(shí)，操作者將手指放在操作面板10的中心并向下按壓(沿Z軸負(fù)方向)，當(dāng)發(fā)出預(yù)置方向上的操作輸入時(shí)，操作者向斜下方向按壓操作面板10。
圖13是當(dāng)操作者執(zhí)行轉(zhuǎn)換輸入時(shí)，表示每部分變形狀態(tài)的側(cè)截面圖(半球形結(jié)構(gòu)30以側(cè)視圖形式表示)。當(dāng)將圖中所示向下的力(稱為Fz，表示力沿Z軸的負(fù)方向)施加到操作面板10上時(shí)，壓桿14響應(yīng)此壓力Fz向下移動(dòng)，通過內(nèi)部薄膜體21將向下的力作用于半球形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)。當(dāng)施加在頂點(diǎn)的力達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，半球形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的區(qū)域會(huì)由于彈性變形而發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)，向下凸出。因此，如果壓力Fz超過預(yù)置臨界強(qiáng)度時(shí)，如所示，半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)附近的區(qū)域發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)。也就是說，當(dāng)操作者逐漸增加向下的壓力Fz，半球形結(jié)構(gòu)30會(huì)突然塌陷，變成所示的狀態(tài)，并將點(diǎn)擊感傳至操作者的指端。同時(shí)，由金屬制成的支撐柱狀突起P1至P3發(fā)生彈性變形，并在垂直方向略微塌陷。然而，用于電極的柱狀突起P2仍是懸空的。
這樣，當(dāng)半球形結(jié)構(gòu)30的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，半球形結(jié)構(gòu)30下表面的導(dǎo)電接觸面31和圖10的內(nèi)部電極E17相接觸，形成電導(dǎo)通狀態(tài)，使內(nèi)部電極E17和E18發(fā)生電連接。當(dāng)操作者停止按壓操作時(shí)，半球形結(jié)構(gòu)30恢復(fù)初始的狀態(tài)，裝置恢復(fù)圖12中的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，內(nèi)部電極E17和E18彼此絕緣。結(jié)果，通過檢測內(nèi)部電極E17和E18之間的電連接狀態(tài)，使對轉(zhuǎn)換輸入的檢測成為可能，也就是使對所謂點(diǎn)擊輸入的檢測成為可能。
然后，將考慮操作者執(zhí)行一個(gè)表示預(yù)置方向上的預(yù)置操作量的操作輸入。這種操作輸入表示一個(gè)在上，下，左，右四個(gè)方向上的，或包括對角線在內(nèi)的八個(gè)方向上的操作量的輸入。在此處所示的實(shí)施例中，圖19所示的4個(gè)中間電極E11至E14和與這些電極相對的移動(dòng)導(dǎo)電層26組成總共4個(gè)電容元件。根據(jù)這些電容元件的電容值，就可以檢測出各個(gè)方向上的操作量。
例如，假設(shè)操作者向操作面板10施加了一個(gè)包含X軸負(fù)向力的斜向下的力。此處，所施加的與此操作相對應(yīng)的力稱為Fx-。圖14是當(dāng)操作者施加這樣的壓力Fx-時(shí)，表示每個(gè)部分變形狀態(tài)的側(cè)截面圖(力不一定總是施加到操作面板10的中心，實(shí)際上，如圖所示，力通常被施加到略靠左的位置上)。操作力Fx-是斜向下力的分力，所以如圖所示它還應(yīng)包括一個(gè)向下的力分量(Z軸負(fù)方向的分量)。然而，與上述的點(diǎn)擊操作對應(yīng)，由于向下的力的分量小于壓力Fz-，因此這個(gè)力不足以使半球形結(jié)構(gòu)30發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)。因此，圖14中的操作面板傾斜，左側(cè)降低而右側(cè)升高。換言之，對于半球形結(jié)構(gòu)30，可以使用這樣的結(jié)構(gòu)，其形狀會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)換輸入施加的垂直向下的力發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但不會(huì)因?yàn)轭A(yù)置方向上的操作輸入施加的斜向下的力發(fā)生翻轉(zhuǎn)。而且，當(dāng)用施加到操作面板10左端附近區(qū)域的垂直向下的壓力FFx-代替圖14所示的斜向下的操作力Fx-時(shí)，也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。在本實(shí)施例中，“表示X軸負(fù)向操作量的操作輸入”不僅包括諸如操作力Fx-的斜向下的操作輸入，還包括諸如操作力FFx-的在X軸負(fù)向垂直按壓的操作輸入。操作力FFx-是和操作力Fx-等價(jià)的操作輸入。
如圖14所示，當(dāng)施加了使操作面板10左傾的操作力Fx-(或FFx-，依此類推)時(shí)，圖中左半側(cè)的柱狀突起P1和P3發(fā)生彈性變形并垂直塌陷。另一方面，圖中右半側(cè)的支撐柱狀突起P1和P3如所示處于與基體40上表面的電浮置狀態(tài)。結(jié)果，當(dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作力Fx-時(shí)，如圖14所示，圖中左側(cè)的用于電極的柱狀突起P2的下端面(移動(dòng)導(dǎo)電層作為中介電極)同時(shí)與外部電極E15和E16接觸，使外部電極E15和E16導(dǎo)通，整個(gè)移動(dòng)導(dǎo)電層26和外部電極E15和E16電勢相等。當(dāng)在此狀態(tài)下增加操作力Fx-時(shí)，如圖15所示，圖中左側(cè)的支撐柱狀突起P1和P3進(jìn)一步彈性變形并塌陷，用于電極的柱狀突起P2也發(fā)生輕微彈性變形并塌陷。最后，如圖16所示，圖中左側(cè)的支撐柱狀突起P1和P3與用于電極的柱狀突起P2完全塌陷。如上所述，中間電極E11至E14的表面覆蓋有絕緣層。因此，即使如圖16所示，移動(dòng)導(dǎo)電層26與中間電極E12緊密接觸，由于電極中間隔有絕緣層，電極還是可以作為電容元件。
此處，當(dāng)圖12中的狀態(tài)變?yōu)閳D14，圖15，圖16中的狀態(tài)時(shí)，如果考慮由中間電極E11至E14和與電極相對放置的移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容的電容值的變化的話，在由圖中左側(cè)中間電極E12和與其相對放置的移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的第二個(gè)電容C12中，由于電容距離的逐漸減小，電容值逐漸增加。另一方面，在由圖中右側(cè)中間電極E11和與其相對放置的移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的第一個(gè)電容中，由于電容距離的逐漸增加，電容值逐漸減小。因此，計(jì)算沿X軸放置的第一個(gè)電容元件C11的電容值和第二個(gè)電容元件C12的電容值的差別，這個(gè)差別就表示操作力Fx-的值。相反地，當(dāng)在X軸正向施加操作力Fx+，操作面板10右傾，因此電極距離的增減關(guān)系相反。還是這種情況，第一個(gè)電容元件C11的電容值和第二個(gè)電容元件C12的電容值的差別表示操作力Fx+。簡言之，沿X軸放置的第一個(gè)電容元件C11(由中間電極E11和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的電容值和第二個(gè)電容元件C12(由中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的電容值的差別的絕對值表示輸入的操作力X軸方向Fx-或Fx+的操作量，值的符號表示所輸入操作量的方向(X軸負(fù)向或X軸正向)。
按照同樣的規(guī)則，計(jì)算沿Y軸放置的第三個(gè)電容元件C13(由中間電極E13和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的電容值和第四個(gè)電容元件C14(由中間電極E14和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成的電容元件)的電容值的差別，差別的絕對值表示輸入的操作力Y軸方向Fy-或Fy+的操作量，值的符號表示所輸入操作量的方向(Y軸負(fù)向或Y軸正向)。
當(dāng)僅施加了X軸方向的操作力時(shí)，操作面板10僅在X軸方向上發(fā)生傾斜，而不在Y軸方向上發(fā)生傾斜。因此，沿Y軸放置的第三個(gè)電容元件C13和第四個(gè)電容元件C14的電極距離部分變長，部分變短，電容元件總的電容值不變。同樣，當(dāng)僅施加了Y軸方向的操作力時(shí)，操作面板僅在Y軸方向上發(fā)生傾斜，而不在X軸方向上發(fā)生傾斜。因此，沿X軸放置的第一個(gè)和第二個(gè)電容元件的電極距離部分變長，部分變短，電容元件總的電容值不變。結(jié)果，第一個(gè)和第二個(gè)電容元件只能檢測X軸方向上的操作量，第三個(gè)和第四個(gè)電容元件只能檢測Y軸方向上的操作量。因此，可以分別檢測各個(gè)軸向的操作量的分量。
當(dāng)操作者在上、下、左、右四個(gè)方向上使操作面板10傾斜時(shí)可以輸入這種X軸和Y軸方向上的操作量，而且如果執(zhí)行預(yù)置的操作處理，也可以檢測更多方向上的操作量。例如，可以將與包括45°方向的總共8個(gè)方向相關(guān)的操作量計(jì)算為X軸方向上操作量和Y軸方向上操作量的合成向量。具體地說，如果計(jì)算X軸方向的操作量x和Y軸方向的操作量y，可以看作是作用在對角線45°方向上的操作量 (方向可由操作量x和y的符號的組合來確定)。
這樣，通過計(jì)算四個(gè)電容元件的電容值，原則上就可以計(jì)算出所輸入的任意方向上的操作量。然而，在與本實(shí)施例對應(yīng)的裝置中，必須采取措施避免輸出不希望的操作量檢測值。在使用彈性可變形體20的輸入裝置時(shí)，即使所施加的力很小，彈性可變形體20也會(huì)發(fā)生彈性變形，電容元件的電容值也會(huì)改變。例如，圖13中，當(dāng)操作者執(zhí)行一個(gè)點(diǎn)擊操作，向下施加壓力Fz-時(shí)，四個(gè)電容元件的電容值等值變化，所以如果執(zhí)行上述的差別檢測，預(yù)置方向上操作量的檢測值為0。然而，實(shí)際上，操作面板的操作者是人，即使他/她施加一個(gè)向下的點(diǎn)擊操作，所施加的操作壓力將不僅包括Z軸負(fù)向的一個(gè)分量，還將包括X軸或Y軸方向的分量。因此，如果執(zhí)行使用四個(gè)電容元件的差別檢測，當(dāng)操作者僅執(zhí)行了一個(gè)點(diǎn)擊操作時(shí)，會(huì)檢測出一個(gè)與各個(gè)方向相關(guān)的操作量。
通常，作為用于電子設(shè)備的輸入裝置，最好表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入(點(diǎn)擊操作)和表示預(yù)置方向上的操作量的操作輸入可以被獨(dú)立地檢測，并且這些輸入間沒有彼此干擾。換言之，最好當(dāng)操作者執(zhí)行點(diǎn)擊操作，垂直向下按壓操作面板10的時(shí)候，僅會(huì)檢測出一個(gè)轉(zhuǎn)換輸入，將OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換為ON狀態(tài)，而不會(huì)檢測出一個(gè)表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入，相反，當(dāng)操作者執(zhí)行表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入，斜向下按壓操作面板10的時(shí)候，僅會(huì)檢測出操作輸入，而不會(huì)檢測出轉(zhuǎn)換輸入。在與本實(shí)施例對應(yīng)的用于電子設(shè)備的輸入裝置中，這兩類輸入可被獨(dú)立地檢測出來，它們之間的干擾被盡可能地減小。
首先，關(guān)于轉(zhuǎn)換輸入，僅當(dāng)施加了一個(gè)垂直向下的壓力Fz-，足以使半球形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的區(qū)域發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)時(shí)，才執(zhí)行對ON狀態(tài)的檢測。這樣就可以避免當(dāng)操作者想輸入一個(gè)表示預(yù)置方向上的操作量的操作輸入時(shí)，將其錯(cuò)誤地檢測為轉(zhuǎn)換輸入的ON狀態(tài)的問題。例如，即使施加一個(gè)如圖14至16的斜向下的操作輸入時(shí)，施加到半球形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近的垂直向下的壓力也不足以使結(jié)構(gòu)的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)，不會(huì)執(zhí)行與轉(zhuǎn)換輸入相關(guān)的對ON狀態(tài)的檢測。(當(dāng)然，如果操作者想執(zhí)行一個(gè)包括點(diǎn)擊操作和預(yù)置方向上操作輸入的按壓動(dòng)作，這兩個(gè)輸入都將會(huì)被檢測到。)另一方面，關(guān)于表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入，如上所述，雖然四個(gè)電容元件自身的電容值發(fā)生變化，但采取了措施防止將電容值的變化輸出。為了使用這種方法得到檢測值，使用外部電極E15和E16測量電容元件的電容值。例如，原來是通過使用電子方法測量中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的電容值得到電容元件C12的電容值的，但是，用使用電子方法測量中間電極E12和外部電極E15和E16之間的電容值的方法來代替這種方法?？傊?，圖10的電極中，中間電極E11和外部電極E15和E16之間的測量電容值作為第一個(gè)電容元件C11的測量電容值，中間電極E12和外部電極E15和E16之間的測量電容值作為第二個(gè)電容元件C12的測量電容值，中間電極E13和外部電極E15和E16之間的測量電容值作為第三個(gè)電容元件C13的測量電容值，中間電極E14和外部電極E15和E16之間的測量電容值作為第四個(gè)電容元件C14的測量電容值。
通過使用這樣的檢測方法，在移動(dòng)導(dǎo)電層26與外部電極E15和E16發(fā)生電接觸的狀態(tài)下，輸出每個(gè)電容元件的實(shí)際檢測電容值。例如，在圖12或圖13的狀態(tài)下，移動(dòng)導(dǎo)電層26與外部電極E15和E16不發(fā)生接觸。這樣上述電容元件對的差別檢測值保持為0。因此，當(dāng)操作者執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)換輸入操作時(shí)，可以避免對預(yù)置方向上操作量的錯(cuò)誤檢測。如圖14所示，當(dāng)輸入了某種程度的操作量，用于電極的柱狀突起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分與外部電極E15或E16發(fā)生接觸后，將響應(yīng)上述電容元件對的檢測差別，把預(yù)置方向上的操作量輸出為檢測值。因此，如果這部分不與電極發(fā)生接觸，這部分就是所謂不敏感區(qū)，所輸出的差別檢測值保持為0。此處所示的實(shí)施例中，如圖6所示，在參考圓C2的圓周上總共有16個(gè)用于電極的柱狀突起P2，這16個(gè)用于電極的柱狀突起P2的下表面上有移動(dòng)導(dǎo)電層。因此，如果這16個(gè)用于電極的柱狀突起P2的下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層的任一部分與外部電極E15或E16發(fā)生接觸，都會(huì)得到差別檢測值的一個(gè)刻意輸出。
如上所述，與本實(shí)施例相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置可以實(shí)現(xiàn)兩種輸入，即使用由操作面板10，彈性可變形體20，半球形結(jié)構(gòu)30，和基體40等基本元件組成的相對簡單的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入(所謂點(diǎn)擊輸入)和表示預(yù)置方向上預(yù)置量的操作輸入。尤其是，如果彈性可變形體20可以通過諸如硅橡膠等物整體成形得到的話，就可以實(shí)現(xiàn)這種用于電子設(shè)備的輸入裝置的大規(guī)模生產(chǎn)，移動(dòng)導(dǎo)電層26是由涂在彈性可變形體下表面上的導(dǎo)電涂層形成的，基體40是用于裝配電路的印刷電路板，基體上表面的電極是印刷層圖案組成的，電極上覆蓋的絕緣層是保護(hù)層(resist layer)形成的。
結(jié)果，在與本實(shí)施例相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置中，當(dāng)向操作面板10發(fā)出一個(gè)向下的轉(zhuǎn)換輸入時(shí)，半球形結(jié)構(gòu)30發(fā)生形狀翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)電接觸面31和內(nèi)部電極E17彼此接觸，使內(nèi)部電極對E17和E18發(fā)生電連接。然后，通過對這種導(dǎo)電狀態(tài)的電子檢測，檢測到ON/OFF狀態(tài)。當(dāng)作用于操作面板10上的表示預(yù)置方向上預(yù)置量的操作輸入達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)外部電極E15或E16與中間電極E11至E14之間的電特性計(jì)算出電容元件的電容值，從而檢測出所輸入的操作量。
在此檢測操作中，用于支撐彈性可變形體20薄膜體的支撐柱狀突起P1和P3，和用于形成接觸部分與外部電極E15與E16發(fā)生接觸的用于電極的柱狀突起P2都是執(zhí)行重要功能的元件。這些柱狀突起是由彈性材料制成的，因此會(huì)響應(yīng)施加到操作面板10上的力發(fā)生彈性變形，變形量隨所施加的力的大小變化。由于柱狀突起的這種變形，薄膜體的特定部分和基體40上表面之間的距離變窄，而且當(dāng)所施加的力超過預(yù)置閾值時(shí)，移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分與外部電極E15和E16發(fā)生接觸，并測量外部電極E15和E16與中間電極E11至E14之間的電特性作為電容元件的電容值，將其作為刻意的檢測值輸出。而且，電容元件之間的電極距離根據(jù)輸入操作量而變化，因此可以輸出與操作量相對應(yīng)的檢測值。
本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)中彈性可變形體20的薄膜體由支撐柱狀突起P1和P3支撐，這種結(jié)構(gòu)可以減小整個(gè)裝置的厚度。也就是說，通過支撐柱狀突起P1和P3的支撐功能，在操作面板10上沒有施加達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的力時(shí)，薄膜體不會(huì)移動(dòng)。因此，即使彈性可變形體20非常薄，移動(dòng)導(dǎo)電層26也不會(huì)與外部電極E15和E16由于薄膜體的自重和原始操作輸入之外的力而錯(cuò)誤地彼此接觸?！兜谌糠帧繁景l(fā)明力檢測器轉(zhuǎn)換元件的功能在上面的第一部分中提到了使用本發(fā)明力檢測器的用于電子設(shè)備的輸入裝置的構(gòu)造，在第二部分中提到了這種裝置的操作。本發(fā)明的目的是有效地避免使用這種電容元件的力檢測器的能量消耗。如前所述，在第一和第二部分提到的使用電容元件的力檢測器中，為了電子地檢測出電容元件的電容值C，必須要有用于將電容值C轉(zhuǎn)換為電壓值V的C/V轉(zhuǎn)換器電路和將電容值C轉(zhuǎn)換為頻率值f的C/f轉(zhuǎn)換器電路，但是，通常C/V轉(zhuǎn)換器電路和C/f轉(zhuǎn)換器電路帶有內(nèi)置振蕩電路，因此操作中的能量消耗相對較大。本發(fā)明的基本思想是在不需對外力進(jìn)行檢測時(shí)，將用于把電容元件的電容值檢測為電信號的檢測電路停止，用以減少能量消耗。具體地說，僅在需要檢測輸出的情況下運(yùn)行安裝在檢測電路中消耗能量較大的諸如C/V轉(zhuǎn)換器電路和C/f轉(zhuǎn)換器電路的電路。
在第一部分和第二部分描述的裝置中，共使用了四個(gè)電容元件，即沿X軸放置的兩個(gè)電容元件C11，C12和沿Y軸放置的兩個(gè)電容元件C13，C14，并通過這些電容元件，檢測出輸入至操作面板10中的四個(gè)方向的操作輸入。也就是說，根據(jù)沿X軸放置的兩個(gè)電容元件C11和C12的電容值的差別檢測出X軸正向或負(fù)向的操作輸入，根據(jù)沿Y軸放置的兩個(gè)電容元件C13，C14檢測出Y軸正向或負(fù)向的操作輸入。
圖17是表示檢測電路一個(gè)實(shí)例的電路圖，用于根據(jù)這四個(gè)電容元件C11至C14的電容值檢測四個(gè)方向的操作輸入。檢測電路的基本元件為C/V轉(zhuǎn)換器電路50和信號處理電路60。兩個(gè)電路都有用于接電源Vcc和接地的接線端。C/V轉(zhuǎn)換器電路50用于將四個(gè)電容元件C11至C14的電容值轉(zhuǎn)換為模擬電壓值V1至V4并輸出。信號處理電路60將這些模擬電壓值V1至V4轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后將電壓值V11和V12之間的差別定義為一個(gè)X軸正向或負(fù)向的操作輸入值，將電壓值V13和V14之間的差別定義為一個(gè)Y軸正向或負(fù)向的操作輸入值，并將這些操作輸入值輸出為數(shù)字輸出，或根據(jù)這些操作輸入值執(zhí)行預(yù)置的操作處理，并將操作的結(jié)果輸出為數(shù)字輸出。操作處理隨輸入裝置所在的電子設(shè)備的不同而不同。當(dāng)然，也可以使用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中使用差分放大器之類的設(shè)備，將差別計(jì)算為模擬信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
在本基本實(shí)施例所使用的力檢測器中，如第二部分所述，不敏感區(qū)用于當(dāng)沒有在操作面板10上施加達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的力時(shí)，避免將電容值的變化輸出為檢測值。例如，第二個(gè)電容元件C12原先是通過電子地測量中間電極E12和移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的電容值得到的。但是這種方法被電子地測量中間電極E12和外部電極E15(或E16)之間的電容值的方法所取代。也就是說，當(dāng)輸入了某種程度的操作量，用于電極的柱狀突起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分與外部電極E15或E16發(fā)生如圖14的接觸后，就可以將X軸負(fù)向的操作輸入檢測為有效輸入，并且將響應(yīng)上述電容元件對的檢測差別，把預(yù)置方向上的操作量輸出為檢測值，而且在這部分沒有與電極發(fā)生接觸時(shí)，它是不敏感區(qū)。
在圖17的左上方，示意性地畫出了基體40上的外部電極對E15和E16(接觸電極)和用于電極的柱狀突起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26(中介電極)的一部分。在此例中，位于最外端的外部電極E15接地，E15內(nèi)側(cè)的外部電極E16通過電阻R與電源Vcc相連。另一方面，移動(dòng)導(dǎo)電層26由圖7中陰影所示區(qū)域中的單層導(dǎo)電層組成，但是，由于沒有和其他部分相連的接線，因此這個(gè)層處于電絕緣狀態(tài)。在圖17中電路圖中，組成電容元件C11至C14的所有由移動(dòng)導(dǎo)電層26構(gòu)成的電極都如圖所示接地(這些電容元件都連接至C/V轉(zhuǎn)換器電路50一側(cè)的輸入級)。這是因?yàn)?，如圖14所示，假設(shè)力檢測器中用于電極的柱狀突起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分與外部電極對E15和E16發(fā)生接觸，將檢測電容元件C11至C14的電容值，此時(shí)移動(dòng)導(dǎo)電層26通過與外部電極對E15發(fā)生接觸與地等勢。換言之，在移動(dòng)導(dǎo)電層26通過與外部電極對E15和E16發(fā)生接觸之前，每個(gè)電容元件C11至C14一側(cè)的移動(dòng)導(dǎo)電層26為電浮置，因此不能通過圖示的檢測電路檢測電容值。
如果這樣的話，總是操作C/V轉(zhuǎn)換器電路50會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)。如果移動(dòng)導(dǎo)電層26沒有通過外部電極E15接地，圖17中的檢測電路就不能完成原先的功能，因此保持C/V轉(zhuǎn)換器電路50的操作狀態(tài)就沒有意義了。因此，為了使C/V轉(zhuǎn)換器電路50只在必要情況下運(yùn)行，提供了一個(gè)轉(zhuǎn)換元件。在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件由外部電極E15和E16(接觸電極對)與移動(dòng)導(dǎo)電層26(中介電極)組成。在正常狀態(tài)下，操作者沒有向操作面板執(zhí)行輸入(圖12所示狀態(tài))，移動(dòng)導(dǎo)電層26和外部電極E15和E16彼此不接觸。在這種非接觸狀態(tài)下，通過電阻R相連的外部電極E16和電源Vcc等勢。但是，如果操作者向操作面板輸入了一個(gè)達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入，例如圖14中所示，移動(dòng)導(dǎo)電層26將和外部電極E15和E16同時(shí)發(fā)生接觸。在這種接觸狀態(tài)下，由于電極與外部電極E15產(chǎn)生電連接，外部電極E16與地等勢。結(jié)果，根據(jù)外部電極E16的電勢，可將接觸電極對E15和E16之間的狀態(tài)識(shí)別為絕緣狀態(tài)(未接觸移動(dòng)導(dǎo)電層26)或電連接狀態(tài)(接觸移動(dòng)導(dǎo)電層26)。
圖17所示的檢測電路(C/V轉(zhuǎn)換器電路50和數(shù)字處理電路60)有兩種模式。第一種模式是檢測模式，在其中可以執(zhí)行將電容元件C11至C14的電容值檢測為電信號的功能。第二種模式是待機(jī)模式，這種模式?jīng)]有檢測功能，可以在轉(zhuǎn)換到檢測模式之前，以比檢測模式下更小的能量消耗保持待機(jī)狀態(tài)。根據(jù)組成轉(zhuǎn)換元件的接觸電極對(外部電極E15和E16)之間的電狀態(tài)選擇這兩種模式。也就是說，當(dāng)接觸電極對之間的電狀態(tài)為絕緣狀態(tài)時(shí)，選擇待機(jī)模式，當(dāng)為電連接狀態(tài)時(shí)，選擇檢測模式。具體地，在圖17所示的檢測電路中，C/V轉(zhuǎn)換器電路50可以在兩種狀態(tài)下執(zhí)行，向控制端T20提供的控制信號控制運(yùn)行的模式。該控制信號由信號處理電路產(chǎn)生。外部電極E16的電勢輸入至信號處理電路60的T5端，信號處理電路60根據(jù)這個(gè)電勢從T6端輸出一個(gè)預(yù)置控制信號，并將此信號提供給C/V轉(zhuǎn)換器電路50的控制端T20。也就是說，當(dāng)外部電極E16的電勢為電源電壓Vcc時(shí)，信號處理電路60從T6端輸出一個(gè)用于指定待機(jī)模式的控制信號，當(dāng)外部電極E16的電勢與地等勢時(shí)，信號處理電路60從T6端輸出一個(gè)用于指定檢測模式的控制信號。
結(jié)果，當(dāng)移動(dòng)導(dǎo)電層26沒有與外部電極E15和E16同時(shí)接觸時(shí)，C/V轉(zhuǎn)換器電路50在能量消耗較小的待機(jī)模式下運(yùn)行，僅當(dāng)移動(dòng)導(dǎo)電層26同時(shí)與外部電極E15和E16同時(shí)接觸時(shí)，C/V轉(zhuǎn)換器電路50在檢測模式下運(yùn)行。換言之，僅當(dāng)操作者刻意地在X軸方向或Y軸方向上施加了一個(gè)達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入時(shí)，才會(huì)從C/V轉(zhuǎn)換器電路50中輸出刻意電壓輸出V11至V14，并從信號處理電路60得到刻意的數(shù)字輸出。這樣，如果消耗能量較大的C/V轉(zhuǎn)換器電路50僅在必要時(shí)運(yùn)行，就可以顯著地降低總的能量消耗。尤其是，如果本發(fā)明的力檢測器用于諸如便攜電話之類的便攜式電子設(shè)備，降低內(nèi)置電池消耗的作用將會(huì)很大。
圖18是表示圖17中檢測電路的一個(gè)修改實(shí)例的電路圖。在圖17的實(shí)例中，將來自轉(zhuǎn)換元件的信號(即外部電極E16的電勢)提供給信號處理電路60的T5端，信號處理電路60中產(chǎn)生一個(gè)用于轉(zhuǎn)換模式的控制信號。但是，在圖18所示的修改實(shí)例中，來自轉(zhuǎn)換元件的信號直接提供給C/V轉(zhuǎn)換器電路50的控制端，信號處理電路60與模式轉(zhuǎn)換處理無關(guān)。在圖18所示系統(tǒng)中，減小了信號處理電路60的處理負(fù)擔(dān)，但是信號處理電路60不能識(shí)別C/V轉(zhuǎn)換器電路50在何種模式下運(yùn)行。相反地，在圖17所示系統(tǒng)中，增加了信號處理電路60的處理負(fù)擔(dān)，但是信號處理電路60可以識(shí)別C/V轉(zhuǎn)換器電路50在何種模式下運(yùn)行。在實(shí)際使用中，根據(jù)輸入裝置所在的電子設(shè)備，選擇較合適的系統(tǒng)。
圖19是表示C/V轉(zhuǎn)換器電路50內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的電路圖。此處，為了描述的方便，只畫出了與電容元件C11的C/V轉(zhuǎn)換相關(guān)的部分。如上所述，對于這種執(zhí)行刻意操作的檢測電路，假設(shè)電容元件一端的電極——移動(dòng)導(dǎo)電層26通過外部電極E15接地。因此，如圖所示，移動(dòng)導(dǎo)電層26接地。電容元件另一端的電極——中間電極E11與C/V轉(zhuǎn)換器電路50的T11端相連。
C/V轉(zhuǎn)換器電路50中有轉(zhuǎn)換電路51，振蕩電路52，和整流電路53。轉(zhuǎn)換電路51用于根據(jù)提供給控制端T20的控制信號，控制振蕩電路52中轉(zhuǎn)換元件S的ON/OFF狀態(tài)。實(shí)際上，轉(zhuǎn)換電路51和轉(zhuǎn)換元件S可以包括各種邏輯元件。振蕩電路52包括三級串聯(lián)的反相元件I01，I02，I03，電阻元件R01，R02，R03，電容元件C01和轉(zhuǎn)換元件S。轉(zhuǎn)換元件的功能是可以根據(jù)來自轉(zhuǎn)換電路51的信號使電路開閉，如果轉(zhuǎn)換元件S的開關(guān)是ON，振蕩電路52啟動(dòng)振蕩，通過電阻R01將AC信號提供給T11端。T11端通過電容元件C11接地，這樣提供給T11端的AC信號的振幅隨電容元件C11的電容值(即電極E11和移動(dòng)導(dǎo)電層26之間的距離)變化。當(dāng)轉(zhuǎn)換元件S的開關(guān)變?yōu)镺FF時(shí)，振蕩電路52的振蕩停止。另一方面，整流電路53由電阻元件R04，R05，R06，R07，電容C02和C03，和二極管D01組成，用于將提供給T11端的AC信號平滑整流并作為DC電壓輸出。也就是說，T11端的AC信號的幅值越大，輸出給T21端的電壓V11就越高。
結(jié)果，當(dāng)來自T20端的控制信號表示待機(jī)狀態(tài)的信號時(shí)，通過轉(zhuǎn)換電路51控制振蕩電路52中的轉(zhuǎn)換元件S并轉(zhuǎn)至OFF，振蕩電路52停止振蕩。因此，不向T11端提供AC信號，T21端輸出的電壓為0V(接地)。這就是C/V轉(zhuǎn)換器電路50在待機(jī)狀態(tài)下的運(yùn)行。另一方面，當(dāng)來自T20端的控制信號是表示檢測狀態(tài)的信號時(shí)，通過轉(zhuǎn)換電路51控制振蕩電路52中的轉(zhuǎn)換元件S并轉(zhuǎn)至ON，振蕩電路52開始振蕩。因此，向T11端提供AC信號，在T21端輸出與電容元件C11電容值相應(yīng)的DC電壓。這就是C/V轉(zhuǎn)換器電路50在檢測狀態(tài)下的運(yùn)行。
圖19所示的C/V轉(zhuǎn)換器電路50是通用C/V轉(zhuǎn)換器電路的一個(gè)實(shí)例，本發(fā)明的檢測電路也可使用其他各種C/V轉(zhuǎn)換器電路。而且，還可以使用C/f轉(zhuǎn)換器電路(用于將電容值C轉(zhuǎn)換為頻率f的電路)而非C/V轉(zhuǎn)換器電路，用以檢測電容元件的電容值。C/f轉(zhuǎn)換器電路也包括消耗較多能量的振蕩電路，也可通過停止振蕩電路的振蕩實(shí)現(xiàn)待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)然，用于將電容值檢測為電信號的檢測電路還包括除C/V轉(zhuǎn)換器電路和C/f轉(zhuǎn)換器電路之外的電路?？傊唧w地，滿足下述要求構(gòu)造的任何電路都可用作檢測電路可以將電容值檢測為電信號，在檢測模式下可以執(zhí)行正常的檢測功能，而且在變?yōu)闄z測模式之前為待機(jī)狀態(tài)(包括完全無能量消耗的停止?fàn)顟B(tài))，雖然不能執(zhí)行檢測功能，但可以保持較小的能量消耗，并準(zhǔn)備進(jìn)入檢測模式，根據(jù)接觸電極對的電狀態(tài)(絕緣狀態(tài)或?qū)顟B(tài))選擇兩個(gè)模式之一?！兜谒牟糠帧放c本發(fā)明相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置的其他實(shí)施例這樣，上面講述了與本發(fā)明相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置的力檢測器一個(gè)基本實(shí)施例，但此處還要講述幾個(gè)其他的實(shí)施例。(1)接觸電極的修改實(shí)施例在上述基本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換元件由一個(gè)環(huán)狀接觸電極對(即，外部電極E15和E16)和用于電極的柱狀突起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26組成。但是，轉(zhuǎn)換元件使用的接觸電極對不一定總要用環(huán)狀。例如，圖20中部分顯示的接觸電極對E15A和E16A位于與圖10中外部電極E15和E16幾乎相同的位置上，但是，它們有互相嚙合的齒狀突起。(圖20中的陰影不表示截面圖，只為了清楚地表示電極的形狀。)用作中介電極的移動(dòng)導(dǎo)電層26需要和接觸電極對的兩個(gè)電極同時(shí)發(fā)生接觸，但是由于使用了圖20所示的接觸電極對E15A和E16A，就使得這種同時(shí)接觸變得簡單了。圖21中部分顯示的(陰影不表示截面圖，只為了清楚地表示電極的形狀)接觸電極組E15B和E16B由沿基體40的圓周交替放置的屬于第一組的N個(gè)電極E15B和第二組的N個(gè)電極E16B(放置在與圖10中的外部電極E15和E16幾乎相同的位置上)組成。彼此相鄰放置的屬于第一組的N個(gè)電極E15B和第二組的N個(gè)電極E16B組成一個(gè)接觸電極對?？偣灿蠳對接觸電極對。在圖10所示的實(shí)施例中只有一對接觸電極對E15和E16，但是圖21所示的修改實(shí)例中卻有很多對接觸電極對。在此修改實(shí)例中，必須為N個(gè)電極E15B和N個(gè)電極E16B接線，因此在實(shí)際使用中接線工作變得很復(fù)雜。(2)用于電子設(shè)備的只有一維操作量輸入的輸入裝置的應(yīng)用實(shí)例在上述基本實(shí)施例中，力檢測器用于使用操作面板10，檢測點(diǎn)擊輸入(壓力Fz-)和兩維操作量輸入(操作力Fx+，F(xiàn)x-，F(xiàn)y+，F(xiàn)y-)。但是，本發(fā)明也可以用于僅有一維操作輸入的力檢測器中。例如，如果用圖22中顯示其俯視圖的基體40A代替圖1所示的基體40，并將半球形結(jié)構(gòu)30去除后裝配起來，就可以實(shí)現(xiàn)僅有一維(Z軸方向)操作量輸入功能的用于電子設(shè)備的輸入裝置。在這種情況下，圖22所示的半圓形電極對E21和E22是導(dǎo)電面暴露的接觸電極對，墊圈狀電極E23是表面覆蓋有絕緣薄膜的檢測固定電極(圖22中的陰影不表示截面圖，而是為了清楚地表示電極的形狀)。電容元件由墊圈狀電極E23(檢測固定電極)和移動(dòng)導(dǎo)電層26與電極相對的部分(檢測移動(dòng)電極)組成。
當(dāng)操作者執(zhí)行操作，以某種程度的力向下按壓操作面板10時(shí)(當(dāng)施加了達(dá)到或超過了預(yù)置強(qiáng)度的力Fz-時(shí))，作為中介電極的移動(dòng)導(dǎo)電層26的中心部分同時(shí)與接觸電極對E21和E22發(fā)生接觸，而且只要操作者以更大的力按壓操作面板，就可以得到電容元件電容值的刻意輸出。在上述基本實(shí)施例中，僅將施加到操作面板10上的Z軸方向上的壓力Fz-檢測為ON/OFF轉(zhuǎn)換輸入，但是在此處所示的實(shí)施例中，可以將Z軸方向上的壓力Fz-檢測為操作量，這樣就可以根據(jù)力的大小得到一個(gè)檢測值。也就是說，在Z軸方向上施加的力Fz-越大，移動(dòng)導(dǎo)電層26和電容E23的距離就越近，電容值就越高，通過這個(gè)現(xiàn)象，就可以檢測出壓力Fz-。
當(dāng)然，當(dāng)壓力Fz-的值沒有達(dá)到預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，檢測電路在待機(jī)模式下運(yùn)行，因此就沒有檢測值的輸出，相應(yīng)地，也就沒有能量消耗。具體地說，例如，如果將電極E21接地，電極E22通過電阻與電源Vcc相連，移動(dòng)導(dǎo)電層26沒有接線，因此這層為絕緣浮置電極，和圖17所示轉(zhuǎn)換元件由電極E15，E16和移動(dòng)導(dǎo)電層26的組成方式完全相同，轉(zhuǎn)換元件由電極E21，E22和移動(dòng)導(dǎo)電層26組成。因此，執(zhí)行控制使當(dāng)電極E22與電源Vcc等勢時(shí)，將檢測電路轉(zhuǎn)為待機(jī)狀態(tài)，而當(dāng)當(dāng)電極E22接地時(shí)，將檢測電路轉(zhuǎn)為檢測狀態(tài)。(3)用于電子設(shè)備的具有三維操作量輸入和點(diǎn)擊輸入的輸入裝置的應(yīng)用實(shí)例如果用圖23中顯示其俯視圖的基體40B代替圖1所示的基體40，就可以實(shí)現(xiàn)具有三維操作量輸入和點(diǎn)擊輸入功能的用于電子設(shè)備的輸入裝置(圖23中的陰影不表示截面圖，而是為了清楚地表示電極的形狀)。通過把墊圈狀電極E19添加到圖10所示的基體40中，可以得到圖23所示的基體40B。為了添加電極E19，用寬度略窄的電極E11B至E14B代替扇形電極E11至E14，但是功能不變。所添加的電極E19是表面覆蓋有絕緣薄膜的檢測固定電極。
結(jié)果，在本實(shí)施例中，總共有5個(gè)檢測固定電極E11B，E12B，E13B，E14B和E19，移動(dòng)導(dǎo)電層26中與這些電極相對的部分用作檢測移動(dòng)電極，從而有5個(gè)電容元件C11，C12，C13，C14和C19。此處，電容元件C11和C12用于檢測X軸方向上的操作輸入，電容元件C13和C14用于檢測Y軸方向上的操作輸入，這一點(diǎn)與上述基本實(shí)施例相同。在此處的實(shí)施例中，還可以通過電容元件C19檢測Z軸方向上的操作輸入。也就是說，在Z軸方向上施加的力Fz-越大，移動(dòng)導(dǎo)電層26和電容E23的距離就越近，電容值就越高，通過這個(gè)現(xiàn)象，就可以檢測出壓力Fz-。
當(dāng)檢測Z軸方向上的操作量時(shí)，不能使用由外部電極E15和E16組成的轉(zhuǎn)換元件。這是因?yàn)椋?dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的壓力Fz-時(shí)，如圖13中所示的實(shí)例，半球形結(jié)構(gòu)30發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電極E17和E18發(fā)生電連接，但是，用于電極的柱狀突起P2下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26并沒有與外部電極E15和E16發(fā)生接觸。在這種狀態(tài)下，由外部電極E15和E16組成的轉(zhuǎn)換元件還將指示為待機(jī)模式。
因此，在此處所示的實(shí)施例中，使用電極E17和E18與半球形結(jié)構(gòu)30作為第二個(gè)轉(zhuǎn)換元件。半球形結(jié)構(gòu)30完全由導(dǎo)電材料(金屬)制成，電極E17和E18原來用于根據(jù)半球形結(jié)構(gòu)30的翻轉(zhuǎn)檢測點(diǎn)擊輸入(ON/OFF轉(zhuǎn)換輸入)。因此，如果沒有施加達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的壓力Fz-時(shí)，電極E17和E18保持絕緣狀態(tài)，當(dāng)施加達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的壓力Fz-時(shí)，電極可以隨半球形結(jié)構(gòu)30的翻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼?dǎo)通狀態(tài)。因此，通過運(yùn)用這種性質(zhì)，就可以實(shí)施控制，將檢測電路變?yōu)闄z測模式。也就是說，作為對此裝置的總體操作，不管是電極E15和E16之間得到電導(dǎo)通狀態(tài)還是電極E17和E18之間得到電導(dǎo)通狀態(tài)，都可以實(shí)施控制，將檢測電路變?yōu)闄z測模式，當(dāng)兩者都不能得到時(shí)，將檢測電路變?yōu)榇龣C(jī)模式。當(dāng)向操作面板10施加一個(gè)X軸方向上或Y軸方向上的刻意操作輸入時(shí)，可以得到電極E15和E16之間的電導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)向操作面板10施加一個(gè)Z軸方向上的刻意操作輸入時(shí)，可以得到電極E17和E18之間的電導(dǎo)通狀態(tài)。因此，兩種情況下，通過將檢測電路變?yōu)闄z測模式，都可以檢測電容元件的電容值。另外，在實(shí)際使用中，優(yōu)選電極E17和E18接地，這樣檢測電路就可以檢測出接地電極和電極E19之間的電容值。
上述實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換元件由接觸電極對和一個(gè)可以與電極對中的兩個(gè)電極同時(shí)發(fā)生接觸中介電極組成。在第一部分所述的基本實(shí)施例中，使用彈性可變形體20下表面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26的一部分作為中介電極，但是彈性可變形體20上面不一定總要有中介電極。在此處所示的實(shí)施例中，使用放置在彈性可變形體20和基體40之間的半球形結(jié)構(gòu)30作為中介電極。當(dāng)使用移動(dòng)導(dǎo)電層26作為中介電極時(shí)，正常狀態(tài)下(沒有施加刻意的操作輸入)中介電極與電極對中的兩個(gè)電極都不發(fā)生接觸，當(dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力(施加了刻意的操作輸入)時(shí)，中介電極與電極對中的兩個(gè)電極同時(shí)發(fā)生接觸。如此處所示的實(shí)施例，當(dāng)使用放置在電極E18上的半球形結(jié)構(gòu)30作為中介電極時(shí)，正常狀態(tài)下中介電極只與電極對中的一個(gè)電極(電極E18)發(fā)生接觸，當(dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，中介電極與電極對中的兩個(gè)電極(電極E17和E18)同時(shí)發(fā)生接觸。(4)用于電子設(shè)備的三維操作量輸入的輸入裝置的應(yīng)用實(shí)例如果用圖24中顯示其俯視圖的基體40C代替圖1所示的基體40，并將半球形結(jié)構(gòu)30去除的話，就可以實(shí)現(xiàn)具有三維操作量輸入功能的用于電子設(shè)備的輸入裝置(圖24中的陰影不表示截面圖，而是為了清楚地表示電極的形狀)。本實(shí)施例等同于使用圖23所示的基體40B的實(shí)施例去掉點(diǎn)擊操作功能的狀態(tài)。
在本實(shí)施例中，總共有5個(gè)檢測固定電極E11，E12，E13，E14和E25(所有面上都有絕緣薄膜)，移動(dòng)導(dǎo)電層26與這些電極相對的部分作為檢測移動(dòng)電極。結(jié)果形成5個(gè)電容元件C11，C12，C13，C14和C25。此處，電容元件C11和C12用于檢測X軸方向上的操作輸入，電容元件C13和C14用于檢測Y軸方向上的操作輸入，這一點(diǎn)與上述基本實(shí)施例相同。通過電容元件C25，還可以對Z軸方向上的操作輸入進(jìn)行檢測，這一點(diǎn)與使用圖23所示基體40B的實(shí)施例是相同的。但是，在本實(shí)施例中，沒有使用半球形結(jié)構(gòu)30，因此沒有檢測點(diǎn)擊輸入的功能?；w40C中心處的半圓形電極對E26和E27是接觸電極對，移動(dòng)導(dǎo)電層26與電極相對的部分作為中介電極。
而且，在本實(shí)施例中，當(dāng)電極E15和E16之間與電極E26和E27之間有一個(gè)得到電導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，檢測電路變?yōu)闄z測模式，電極E15和E16之間與電極E26和E27之間都沒有得到電導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，檢測電路變?yōu)榇龣C(jī)模式。當(dāng)電極E15和E16之間得到電導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，一個(gè)X軸方向或Y軸方向的刻意的操作輸入施加到操作面板10上，當(dāng)電極E26和E27之間得到電導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，一個(gè)Z軸方向的刻意的操作輸入施加到操作面板10上。因此，兩種情況下，檢測電路都變?yōu)闄z測狀態(tài)，檢測電容元件的電容值。在實(shí)際的使用中，最好電極E26和E27接地，這樣就可以檢測出接地電極和電極E25之間的電容值。(5)用于電子設(shè)備使用多個(gè)半球形結(jié)構(gòu)的輸入裝置的應(yīng)用實(shí)例此處，將解釋與本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例相關(guān)的用于電子設(shè)備的輸入裝置。圖25是將這個(gè)用于電子設(shè)備的輸入裝置分解得到的元件的分解側(cè)截面圖。如圖所示，這個(gè)用于電子設(shè)備的輸入裝置由操作面板10，彈性可變形體20D，半球形結(jié)構(gòu)30，和基體40組成。實(shí)際上，5個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30位于基體40上(下文中將講述放置的位置)，再將彈性可變形體20D放在這里，然后將操作面板20粘上。這種輸入裝置也可以執(zhí)行表示ON/OFF狀態(tài)的轉(zhuǎn)換輸入和表示預(yù)置方向上操作量的操作輸入。
與圖1中基本實(shí)施例相比，操作面板10和半球形結(jié)構(gòu)30完全相同(但半球形結(jié)構(gòu)30的數(shù)目是5個(gè))。圖25所示的彈性可變形體20D和圖1所示的彈性可變形體20的形狀略有不同。彈性可變形體20D的上表面和圖1所示的彈性可變形體20在圖4中的俯視圖完全相同。另一方面，圖26是彈性可變形體20D的仰視圖。如所示，彈性可變形體20D在平面圖中近似正方形。其基本元件如圖25側(cè)截面圖中所示有內(nèi)部薄膜體21，環(huán)狀突出部分22，外部薄膜體23，側(cè)壁體24，固定腳25，柱狀突起P4和P5。如圖26仰視圖所示，柱狀固定腳25從彈性可變形體20D下表面的四個(gè)角向下伸出。這四個(gè)固定腳25插入基體40D上表面四個(gè)位置的固定孔41(見圖25)中，從而將彈性可變形體20D按照預(yù)置的位置固定到基體40D上。
如圖26所示，柱狀突起P4和P5從薄膜體21和23的下表面向下伸出。位于中心的中心柱狀突起P4用于按壓位于基體40D中心的半球形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)附近區(qū)域，位于周圍的周圍柱狀突起P5用于按壓位于基體40D周圍的半球形結(jié)構(gòu)30的頂點(diǎn)附近區(qū)域，圖25的側(cè)截面圖清楚地顯示了柱狀突起P4和P5的形狀。如圖25側(cè)截面圖所示，周圍柱狀突起P5位于環(huán)狀突出22的正下方。
移動(dòng)導(dǎo)電層26也由導(dǎo)電涂層制成，用作彈性可變形體20D下表面上的檢測移動(dòng)電極。圖27是彈性可變形體20D下表面的仰視圖，用于表示移動(dòng)導(dǎo)電層26形成的區(qū)域。圖中，陰影區(qū)域?yàn)橐苿?dòng)導(dǎo)電層26(圖27中陰影不表示截面)。如上所述，雖然柱狀突起P4和P5位于彈性可變形體20D的下表面，但移動(dòng)導(dǎo)電層26并不在中央柱狀突起P4的底面和側(cè)面，在位于四個(gè)位置上的周圍柱狀突起P5的底面和側(cè)面形成有移動(dòng)導(dǎo)電層26。
然后，將參照圖28的俯視圖解釋基體40D的構(gòu)造(圖28中的陰影不表示截面圖，而是為了清楚地表示電極的形狀)?；w40D上表面的四角有固定孔41，用于插入彈性可變形體20D的固定腳25。在基體40D的上表面，如圖所示，有上表面覆蓋有絕緣薄膜的四個(gè)檢測固定電極E31至E34，和導(dǎo)電面暴露的5對接觸電極E40至E49。位于中心的那對接觸電極對E40和E49用于檢測點(diǎn)擊輸入。另一方面，位于檢測固定電極E31至E34外面的四對接觸電極對E41至E48作為轉(zhuǎn)換元件。
基體40D上表面電極E40至E49上放置有倒置的五個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30。圖29是俯視圖，表示五個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30放置在圖28所示基體40D上表面預(yù)置位置上的狀態(tài)。實(shí)際上，使用粘合劑或膠帶將半球形結(jié)構(gòu)30固定到基體40的上表面。如圖所示，五個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30中的一個(gè)放置在基體40D的中心，其余四個(gè)放在基體40D的周圍部分。此處，為了描述的方便，如圖所示，位于基體40D中心的結(jié)構(gòu)稱作中心半球形結(jié)構(gòu)30-0，位于周圍部分X軸正向區(qū)域的結(jié)構(gòu)稱作周圍半球形結(jié)構(gòu)30-1，位于周圍部分X軸負(fù)向區(qū)域的結(jié)構(gòu)稱作周圍半球形結(jié)構(gòu)30-2，位于周圍部分Y軸正向區(qū)域的結(jié)構(gòu)稱作周圍半球形結(jié)構(gòu)30-3，位于周圍部分Y軸負(fù)向區(qū)域的結(jié)構(gòu)稱作周圍半球形結(jié)構(gòu)30-4。中心半球形結(jié)構(gòu)30-0放置在電極E49上，這樣Z軸就是其中心軸。另一方面，四個(gè)周圍半球形結(jié)構(gòu)30-1至30-4分別放置在電極E45至E48上。
圖30是用于電子設(shè)備的輸入裝置XZ面上的側(cè)截面圖。四個(gè)電容元件由四個(gè)檢測固定電極E31至E34和移動(dòng)導(dǎo)電層26與這些電極相對的部分(檢測移動(dòng)電極)組成，用于檢測X軸方向和Y軸方向上的操作輸入，這一點(diǎn)與上述基本實(shí)施例是相同的。但是，此處所示的實(shí)施例中，四個(gè)周圍半球形結(jié)構(gòu)30-1至30-4和其下面的接觸電極對組成四個(gè)轉(zhuǎn)換元件。例如，轉(zhuǎn)換元件由周圍半球形結(jié)構(gòu)30-1與接觸電極對E41和E45組成。組成轉(zhuǎn)換元件的接觸電極對E41和E45正常狀態(tài)下處于絕緣狀態(tài)，但是，當(dāng)向操作面板10施加一個(gè)X軸正方向上的達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入Fx+時(shí)，由于用作中介電極的周圍半球形結(jié)構(gòu)30-1的翻轉(zhuǎn)，接觸電極對變?yōu)殡妼?dǎo)通狀態(tài)。
結(jié)果，在本實(shí)施例中，當(dāng)施加了一個(gè)X軸正向或負(fù)向，或Y軸正向或負(fù)向的達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入時(shí)，四個(gè)周圍半球形結(jié)構(gòu)30-1至30-4中的一個(gè)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)附近區(qū)域的下表面與接觸電極E41至E44發(fā)生接觸，四個(gè)接觸電極對中的一個(gè)變?yōu)殡妼?dǎo)通狀態(tài)。因此，作為檢測電路，當(dāng)四個(gè)檢測元件的接觸電極對中的任一個(gè)變?yōu)殡妼?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行檢測模式下的操作，當(dāng)所有電極對都是絕緣狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行待機(jī)模式下的操作。
在本實(shí)施例中，中心半球形結(jié)構(gòu)30-0只用于檢測點(diǎn)擊輸入，而不用作轉(zhuǎn)換元件。因此，即使當(dāng)中心半球形結(jié)構(gòu)30-0發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電極E40和E49變?yōu)殡妼?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，也只檢測點(diǎn)擊輸入，檢測電路保持待機(jī)狀態(tài)。(6)半球形結(jié)構(gòu)的構(gòu)造在上述的幾個(gè)實(shí)施例中，使用半球形結(jié)構(gòu)30。在這些實(shí)施例中，使用金屬半球作為半球形結(jié)構(gòu)30。由于所有面都可以用作導(dǎo)電接觸面31，使用金屬半球是方便的。當(dāng)然，半球形結(jié)構(gòu)30不一定總要用金屬制成。例如，半球形結(jié)構(gòu)也可以使用樹脂之類的材料制成，將導(dǎo)電材料薄膜粘到結(jié)構(gòu)表面的必要部分上，用以形成導(dǎo)電接觸面。
在半球形結(jié)構(gòu)30表面形成導(dǎo)電接觸面的第一個(gè)原因是使該表面用作中介電極與接觸電極對發(fā)生電連接，圖29所示的所有5個(gè)半球形結(jié)構(gòu)30-0至30-4都用作中介電極用以和位于下面的接觸電極對(墊圈狀電極和墊圈狀電極內(nèi)的環(huán)狀電極)連接，從而當(dāng)外力引起翻轉(zhuǎn)時(shí)，接觸電極對發(fā)生電連接。為了將其用作中介電極，至少必須在從半球形結(jié)構(gòu)30頂點(diǎn)附近區(qū)域的下表面(與環(huán)狀接觸電極接觸的部分)到底部圓周面(與墊圈狀接觸電極接觸的部分)形成導(dǎo)電接觸面31。如果將具有此結(jié)構(gòu)的半球形結(jié)構(gòu)30用作中介電極，正常的狀態(tài)下，中介電極只與接觸電極中的一個(gè)電極保持接觸狀態(tài)，并當(dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于半球形結(jié)構(gòu)30的翻轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)同時(shí)與接觸電極對中的兩個(gè)電極發(fā)生接觸。
不用說，當(dāng)接觸電極對與圖24中所示的接觸電極對E26和E27相類似時(shí)，僅在半球形結(jié)構(gòu)30結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)附近下表面(與接觸電極E26和E27接觸的部分)處形成導(dǎo)電接觸層31就足夠了。如果將半球形結(jié)構(gòu)30用作中介電極，正常的狀態(tài)下中介電極與接觸電極對中的兩個(gè)都不發(fā)生接觸，當(dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于半球形結(jié)構(gòu)30的翻轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)同時(shí)與接觸電極對中的兩個(gè)發(fā)生接觸。
在半球形結(jié)構(gòu)30表面形成導(dǎo)電接觸面的第二個(gè)原因是通過使彈性可變形體上的移動(dòng)導(dǎo)電層26(用作檢測移動(dòng)電極的部分)和基體上的接觸電極發(fā)生電接觸，完成電容元件的接線功能。彈性可變形體20可以發(fā)生彈性變形，因此最好不在彈性可變形體20上接線。因此，最好不將外部接線連接到彈性可變形體20的移動(dòng)導(dǎo)電層上。從而在上述實(shí)施例中，不接線到移動(dòng)導(dǎo)電層26，此層是電浮置的。但是，移動(dòng)導(dǎo)電層26是每個(gè)電容元件一側(cè)的電極元件，因此當(dāng)檢測電容元件時(shí)，須對檢測系統(tǒng)接線。半球形結(jié)構(gòu)30可以執(zhí)行接線功能。例如，在圖30所示裝置中，當(dāng)向操作面板10施加了一個(gè)X軸正向的達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力Fx+時(shí)，由于半球形結(jié)構(gòu)30-1的翻轉(zhuǎn)，接觸電極對E41和E45發(fā)生電接觸。同時(shí)，如果半球形結(jié)構(gòu)30是由金屬制成的，周圍突起P5底面上的移動(dòng)導(dǎo)電層26通過半球形結(jié)構(gòu)30與接觸電極對E41和E45發(fā)生電連接，從而保證了對移動(dòng)導(dǎo)電層26的接線。實(shí)際上，例如，如果接觸電極E45接地，移動(dòng)導(dǎo)電層26與地等勢，因此可以檢測出檢測固定電極與地之間的電容值。
為了使半球形結(jié)構(gòu)30完成這樣的接線功能，最簡單的做法是用金屬制成整個(gè)半球形結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)用樹脂之類的材料制成半球形結(jié)構(gòu)，其一部分必須是由諸如導(dǎo)電薄膜之類的導(dǎo)電材料制成的，因此至少此結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)附近區(qū)域的上下表面應(yīng)為電導(dǎo)通狀態(tài)。(7)接觸電極對的修改實(shí)例在上述實(shí)施例中，在基體上有轉(zhuǎn)換元件所包括的電極對中的兩個(gè)電極，中介電極同時(shí)與接觸電極對中的兩個(gè)電極接觸，接觸電極對處于電連接狀態(tài)。但是，為了執(zhí)行本發(fā)明，不一定總要使用基體側(cè)上的接觸電極對并使用中介電極。例如，也可以使用由基體上的接觸固定電極和彈性可變形體側(cè)的接觸移動(dòng)電極組成的接觸移動(dòng)電極對，當(dāng)向彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于半球形結(jié)構(gòu)30-1的翻轉(zhuǎn)，基體上的接觸固定電極和彈性可變形體側(cè)的接觸移動(dòng)電極彼此接觸。
但是，為了檢測基體上的接觸固定電極和彈性可變形體側(cè)的接觸移動(dòng)電極是否彼此接觸，須向每個(gè)電極提供接線。為了實(shí)際的使用，最好不在彈性可變形體側(cè)接線。因此，實(shí)際使用中，如上述實(shí)施例所述，最好在基體上有接觸電極對，并通過中介電極彼此電連接，因此如果僅在基體側(cè)連線的話，就不需在彈性可變形體側(cè)接線了。(8)檢測電路的修改實(shí)例在上述實(shí)施例中，使用C/V轉(zhuǎn)換器電路或C/f轉(zhuǎn)換器電路作為檢測電路，但是用于執(zhí)行本發(fā)明的檢測電路并不僅限于使用這些電路的電路，任何由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上的檢測移動(dòng)電極組成的，可以將電容元件電容值檢測為電信號的印刷電路都可以用作檢測電路。雖然檢測模式和待機(jī)模式是用于上述實(shí)施例的C/V轉(zhuǎn)換器電路50的，檢測電路的任何部分都可以在這兩種模式下運(yùn)行。檢測電路總的來說可以在這兩種模式下運(yùn)行，在檢測模式下將電容元件的電容值檢測為電信號，在待機(jī)模式下雖然不能完成檢測功能，但可以在轉(zhuǎn)換為檢測模式之前保持消耗能量較小的待機(jī)狀態(tài)。此處，在待機(jī)模式下，不需執(zhí)行任何操作，并可以根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的狀態(tài)變?yōu)闄z測模式，電路完全停止的狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生問題。例如，使用一種方法，將完全停止向檢測電路提供能量的情況稱作待機(jī)模式，當(dāng)轉(zhuǎn)換元件的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，啟動(dòng)能量供應(yīng)并變?yōu)闄z測模式。本發(fā)明中的轉(zhuǎn)換元件可以使用任何構(gòu)造，其中轉(zhuǎn)換元件可以改變接觸電極對之間電導(dǎo)通狀態(tài)，可以從待機(jī)模式變?yōu)闄z測模式，也可以從檢測模式變?yōu)榇龣C(jī)模式。
圖31是表示圖17所示檢測電路的另一個(gè)修改實(shí)例的電路圖，本修改實(shí)例電路的基本元件是C/V轉(zhuǎn)換器電路50或信號處理電路60，其基本操作與圖17電路相同。但是，雖然將來自信號處理電路60的T6端的控制信號提供給C/V轉(zhuǎn)換器電路50的控制端T20，用于轉(zhuǎn)換圖17所示電路中C/V轉(zhuǎn)換器電路50的模式，在圖31所示電路中，使用一種方法，根據(jù)組成轉(zhuǎn)換元件的接觸電極對，即外部電極對E15和E16的電連接狀態(tài)，直接控制C/V轉(zhuǎn)換器電路50的電源。具體地說，如圖所示，電源Vcc與外部電極E16直接相連，外部電極E15與C/V轉(zhuǎn)換器電路50的電源端Tv相連接。通過這樣的構(gòu)造，當(dāng)移動(dòng)導(dǎo)電層26不同時(shí)與外部電極E15和E16發(fā)生接觸時(shí)，不將電源電壓Vcc提供給外部電極E15，因此電源電壓Vcc也不提供給C/V轉(zhuǎn)換器電路50。也就是說，在這種狀態(tài)下(待機(jī)狀態(tài))，C/V轉(zhuǎn)換器電路50根本沒有能量提供，原先輸出的刻意電壓輸出V11至V14也不輸出了。因此，事實(shí)上，由于C/V轉(zhuǎn)換器電路50不消耗能量，可以顯著地降低整個(gè)檢測系統(tǒng)的能量消耗。但是，當(dāng)移動(dòng)導(dǎo)電層26同時(shí)與外部電極E15和E16發(fā)生接觸時(shí)，通過外部電極E15將電源電壓提供給C/V轉(zhuǎn)換器電路50的電源端Tv，從而C/V轉(zhuǎn)換器電路50啟動(dòng)其原先的操作(檢測模式)。(9)使用可變電阻元件的修改實(shí)例在所有上述實(shí)施例中，根據(jù)電容元件的電容值變化檢測所施加的力，但是當(dāng)使用可變電阻元件代替電容元件時(shí)，也可以實(shí)施本發(fā)明。此處，將解釋本發(fā)明使用可變電阻元件的修改實(shí)例。
首先，解釋本修改實(shí)例中使用的可變電阻元件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖32是表示可變電阻元件RR構(gòu)造的側(cè)截面圖。所示的可變電阻元件RR中第一個(gè)薄片70和第二個(gè)薄片80被壓制成薄片，以便垂直對稱。如圖所示，第一個(gè)薄片70由第一個(gè)薄膜71，其上的第一個(gè)導(dǎo)電層72，和導(dǎo)電層72上的第一個(gè)電阻73組成。如圖所示，第二個(gè)薄片80由第二個(gè)薄膜81，其上的第二個(gè)導(dǎo)電層82，和導(dǎo)電層82上的第二個(gè)電阻83組成。為了描述的方便，此處所加的限定詞“第一個(gè)”和“第二個(gè)”用于區(qū)分這兩個(gè)薄片，第一個(gè)薄片70和第二個(gè)薄片80的實(shí)際結(jié)構(gòu)完全相同。因此，將兩個(gè)相同薄片中的一個(gè)倒置并與另一個(gè)重疊，就可以得到可變電阻元件RR。在實(shí)際的使用中，優(yōu)選采用某些方法將這兩個(gè)薄片粘帖好使其不能移動(dòng)。
第一個(gè)電阻73和第二個(gè)電阻83由可彈性變形的材料制成，并彼此相對。第一個(gè)電阻73的上表面和第二個(gè)電阻83的下表面凹凸不平，用以形成波狀截面，第一個(gè)電阻73和第二個(gè)電阻83之間的接觸面積隨圖中施加的垂直力而變化，如圖32所示，電阻73和83的波狀凹凸結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)彼此接觸，接觸面的面積非常小。但是，例如，如圖33所示，當(dāng)向可變電阻元件RR施加向下的外力Fz-時(shí)，由于所示的壓力，電阻73和83的波狀凹凸部分發(fā)生變形，兩者之間的接觸面積增加。
由于第一個(gè)導(dǎo)電層72與第一個(gè)電阻73的下表面相連，第二個(gè)導(dǎo)電層82與第二個(gè)電阻83的上表面相連，與第一個(gè)導(dǎo)電層72相連的T31端和與第二個(gè)導(dǎo)電層82相連的T32端之間的電阻的電阻值隨兩者間接觸面積的變化而變化。因此，根據(jù)這個(gè)電阻值，就可以檢測出施加到可變電阻元件RR上的垂直外力。也就是說，用作可變電阻元件的兩個(gè)薄片70和80兩個(gè)預(yù)置點(diǎn)之間的電阻隨所施加的壓力發(fā)生變化。
實(shí)際使用中，例如，可使用下述方法制造第一個(gè)薄片70。首先，在FPC(可變形印刷電路板)上形成第一個(gè)薄膜71，在其上表面形成一層銅之類的物質(zhì)構(gòu)成第一個(gè)導(dǎo)電層72，隨后，將壓敏導(dǎo)電油墨加到第一個(gè)導(dǎo)電層72的上表面，并對壓敏導(dǎo)電油墨表面進(jìn)行處理，以形成具有波狀截面的凹凸結(jié)構(gòu)，從而可用這種壓敏導(dǎo)電油墨制造出第一個(gè)電阻73。當(dāng)然，第二個(gè)薄片80也用相同的方法制造。在所述的示例中，具有波狀截面的凹凸結(jié)構(gòu)形成于第一個(gè)電阻73的上表面和第二個(gè)電阻83的下表面，但兩個(gè)電阻不一定都要有這樣的凹凸結(jié)構(gòu)，只要其中至少一個(gè)電阻具有這樣結(jié)構(gòu)的表面，就可以構(gòu)成可變電阻元件。也就是說，第一個(gè)電阻73或第二個(gè)電阻83的至少一個(gè)與另一個(gè)電阻相對的表面具有可彈性變形的凹凸結(jié)構(gòu)，電阻間接觸面的面積就可以隨所施加的壓力而變化。
圖32中所示的可變電阻元件可以代替諸如圖1中力檢測器中的電容元件。在這種情況下，可以用上述可變電阻元件RR取代圖10所示基體40上的四個(gè)電極E11至E14，用以形成圖34俯視圖中所示的基體40E。具體地，與圖10中電極E11至E14相同，四個(gè)可變電阻元件RR11至RR14的平面形式為扇形，其側(cè)截面如圖32所示，將其粘至基體40E的預(yù)置位置(第一個(gè)薄膜71的下表面粘到基體40E的上表面)上，從而四個(gè)可變電阻元件RR11至RR14就可以完成與電容元件C11至C14相同的功能了。但是根據(jù)圖32中T31端和T32端之間的電阻值，可以檢測出與所施加的可變電阻元件相關(guān)的外力?？傊?，使用對可變電阻的變化值的檢測代替對電容元件的電容值的檢測是可行的。
可變電阻元件RR11至RR14可以制造成非常薄的薄片，這樣使用這四個(gè)可變電阻元件RR11至RR14代替四個(gè)電極E11至E14的力檢測器與圖12所示的力檢測器是等價(jià)的。但是，在圖12所示力檢測器的情況中，雖然電容元件是由四個(gè)電極E11至E14和與這些電極相對的導(dǎo)電層(圖7所示的移動(dòng)導(dǎo)電層26)的組合組成的，圖32所示的可變電阻元件自身就可以用作可變電阻元件，因此，在此處修改例所述的裝置中，柱狀突起P1僅用于施加壓力，不需要在柱狀突起P1的下表面提供移動(dòng)導(dǎo)電層26。
當(dāng)圖5所示的柱狀突起P1用于施加壓力時(shí)，壓力集中在圖32所示可變電阻元件RR上表面中心附近，這樣電阻73和83中心附近區(qū)域發(fā)生傾斜變形，不能得到有效的檢測敏感度。因此，如圖33所示，為了使電阻73和83在整個(gè)表面發(fā)生均勻變形，并提高變形敏感度，使用圖35所示為其仰視圖的彈性可變形體20E代替彈性可變形體20。在圖35所示的彈性可變形體20E中，用四個(gè)平面突起P6代替圖5所示彈性可變形體20中的八個(gè)柱狀突起P1。與基體40E上的四個(gè)可變電阻元件RR11至RR14類似，平面突起P6的平面形式為扇形，并放置在這些可變電阻元件上。另外，每個(gè)平面突起P6的下表面不一定要有導(dǎo)電層。圖36為表示修改例的側(cè)截面圖，其中用四個(gè)可變電阻元件RR11至RR14代替圖12中所示力檢測器中使用的四個(gè)電極E11至E14，用圖35所示的彈性可變形體20E代替彈性可變形體20。所有可變電阻元件RR11至RR14的截面結(jié)構(gòu)都與圖32所示可變電阻元件RR的截面結(jié)構(gòu)相同，當(dāng)通過位于其上的平面突起P6可將壓力施加到可變電阻元件的整個(gè)表面上。因此，得到更有效的檢測敏感度。
圖35所示為具有四個(gè)扇形平面突起P6的示例，這些突起可以彼此相連整體形成一個(gè)單層墊圈狀平面突起。布置四個(gè)可變電阻元件RR11至RR14使薄膜71和薄膜81彼此連接，并在墊圈狀單層薄膜上形成四個(gè)扇形導(dǎo)電層和電阻。而且，在上述的解釋中，可變電阻元件RR固定在基體40E側(cè)，但是在可變電阻元件RR中，第一個(gè)薄片70固定在基體40E側(cè)(第一個(gè)薄膜71粘在基體40E的上表面)，第二個(gè)薄片80固定在平面突起P6側(cè)(彈性可變形體20E側(cè)/第二個(gè)薄膜81粘在平面突起P6的下表面)。
圖37是表示用于圖36所示力檢測器的檢測電路的一個(gè)示例的電路圖。這個(gè)檢測電路包括模擬信號輸入端，可將所輸入的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號的信號處理電路90，并在其中執(zhí)行與此數(shù)字信號相關(guān)的預(yù)置操作，從而得到數(shù)字信號輸出。這個(gè)信號處理電路90也構(gòu)造為單芯片集成電路，將與可變電阻元件R11至R14電阻值等價(jià)的模擬電壓值輸入至圖中右邊所示的模擬輸入端。每個(gè)可變電阻元件R11至R14的下表面接地，上表面通過開關(guān)SW11至SW14和電阻R11至R14與電源Vcc連接。
當(dāng)打開開關(guān)SW11至SW14時(shí)，電源Vcc向可變電阻元件R11至R14施加電壓，由每個(gè)可變電阻元件R11至R14的阻值分別確定的電壓施加到模擬輸入端T11至T14，從而得到與電阻值相應(yīng)的數(shù)字值。根據(jù)可變電阻元件R11至R12的阻值(或它們之間的阻值差別)確定X方向所輸入的操作量，根據(jù)可變電阻元件R13至R14的阻值(或它們之間的阻值差別)確定Y方向所輸入的操作量。
開關(guān)SW11至SW14是用于向可變電阻元件提供電壓的開關(guān)，當(dāng)所有開關(guān)SW11至SW14保持OFF狀態(tài)時(shí)，不向可變電阻元件提供電源Vcc的電壓，可變電阻元件中沒有電流。這表示信號處理電路90處于待機(jī)狀態(tài)。另一方面，當(dāng)開關(guān)SW11至SW14種的任何一個(gè)變?yōu)镺N狀態(tài)時(shí)，向與變?yōu)镺N的開關(guān)相連的可變電阻元件提供電源Vcc的電壓，從而使可變電阻元件中產(chǎn)生電流。因此，如上所述，可以檢測出與可變電阻元件的阻值對應(yīng)的數(shù)字值。這表示信號處理電路90處于檢測狀態(tài)。
使用從控制端TT21至TT24輸出的控制信號S21至S24對開關(guān)SW11至SW14進(jìn)行ON/OFF控制。實(shí)際上，開關(guān)SW11至SW14由諸如邏輯元件之類的半導(dǎo)體開關(guān)組成，控制信號S21至S24變?yōu)閿?shù)字邏輯信號。信號處理電路內(nèi)置CPU和用于操作CPU的程序。由CPU的邏輯操作確定控制信號S21至S24的邏輯值。
根據(jù)開關(guān)SW1的ON/OFF狀態(tài)，將電源Vcc或地電勢施加給圖37左邊的輸入端TT10。也就是說，當(dāng)開關(guān)SW1是OFF狀態(tài)時(shí)，通過電阻R10將電源電壓Vcc施加給輸入端TT10，而當(dāng)開關(guān)SW1是ON狀態(tài)時(shí)，輸入端TT10變?yōu)榈仉妱?。因此，根?jù)輸入端TT10可以識(shí)別開關(guān)SW1的ON/OFF狀態(tài)。
實(shí)際上，如圖36所示力檢測器中的開關(guān)SW1包括基體40E上的外部電極E15和E16(接觸電極對)，當(dāng)外部電極E15和E16絕緣時(shí)，開關(guān)SW1關(guān)斷，當(dāng)電極導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)SW1打開。因此，例如在圖36所示狀態(tài)下(沒有在X方向上或Y方向上輸入達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入)，開關(guān)SW1關(guān)閉，但是，在用于電極的柱狀突起P2下表面導(dǎo)電層與外部電極E15和E16發(fā)生接觸的情況下，(在X方向上或Y方向上輸入達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入)，開關(guān)SW1打開。
這樣，圖37所示信號處理電路執(zhí)行控制，當(dāng)輸入端TT10的電勢為電源電壓Vcc時(shí)(開關(guān)SW1為OFF狀態(tài))，從控制端TT21至TT24輸出用于關(guān)斷開關(guān)SW11至SW14的控制信號S21至S24，當(dāng)輸入端TT10的電勢為地電勢時(shí)(開關(guān)SW1為ON狀態(tài))，從控制端TT21至TT24輸出用于打開開關(guān)SW11至SW14的控制信號S21至S24。因此，僅當(dāng)在X方向上或Y方向上輸入達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的操作輸入時(shí)，可變電阻元件R11至R14中才產(chǎn)生電流，從而進(jìn)行檢測。結(jié)果，當(dāng)開關(guān)SW1沒有打開時(shí)，檢測電路保持待機(jī)狀態(tài)，不能完成原先的檢測功能，從而減少了能量的消耗。
另一方面，根據(jù)開關(guān)SW0的ON/OFF狀態(tài)，將電源Vcc或地電勢施加給圖37左邊的輸入端TT00。也就是說，當(dāng)開關(guān)SW0是OFF狀態(tài)時(shí)，通過電阻R00將電源電壓Vcc施加給輸入端TT00，而當(dāng)開關(guān)SW1是ON狀態(tài)時(shí)，輸入端TT00變?yōu)榈仉妱?。因此，根?jù)輸入端TT00可以識(shí)別開關(guān)SW0的ON/OFF狀態(tài)。實(shí)際上，圖36所示力檢測器中的開關(guān)SW0包括基體40E上的內(nèi)部電極E17和E18(見圖34)，當(dāng)內(nèi)部電極E17和E18絕緣時(shí)，開關(guān)SW0關(guān)斷，當(dāng)電極導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)SW0打開。因此表示轉(zhuǎn)換輸入(與半球形結(jié)構(gòu)30形狀翻轉(zhuǎn)對應(yīng)的點(diǎn)擊輸入)的開關(guān)SW0的ON/OFF狀態(tài)由操作者確定。(10)其他修改例在上述實(shí)施例中，使用與本發(fā)明相關(guān)的力檢測器作為用于電子設(shè)備的輸入裝置。但是，本發(fā)明的力檢測器的目的并不限于這些輸入裝置，它們還可用作用于控制機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器的檢測器。如果使用重物代替操作面板，并根據(jù)加速度檢測施加在重物上的力，這個(gè)力檢測器就可以用作加速度檢測器。在這種情況下，當(dāng)加速度沒有達(dá)到或超過預(yù)置值時(shí)，檢測電路為待機(jī)狀態(tài)，因此可以減少能量的消耗。
如上所述，按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種可以有效降低能量消耗的力檢測器。
權(quán)利要求
1.一種具有檢測所施加外力強(qiáng)度的力檢測器，包括基體；位于與基體相對位置的彈性可變形體，所述彈性可變形體的至少一部分由可彈性變形的材料制成，由于所施加外力引起的彈性變形，所述彈性可變形體相對基體移動(dòng)；位于所述基體和所述彈性可變形體之間的力檢測元件，由于所述彈性可變形體的移動(dòng)，力檢測元件按照預(yù)置電特性變化；包括一對接觸電極并執(zhí)行轉(zhuǎn)換功能的轉(zhuǎn)換元件，正常的情況下，所述接觸電極對保持電絕緣狀態(tài)，當(dāng)向所述彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于所述彈性可變形體的變形，所述接觸電極對得到電導(dǎo)通狀態(tài)；和檢測電路，用于將所述力檢測元件的所述電特性變化檢測為電信號；其中，檢測電路可以選擇在檢測模式或待機(jī)模式這兩種模式下運(yùn)行，當(dāng)所述檢測電路在所述檢測模式下運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行檢測功能，用于將電特性的變化輸出為電信號，當(dāng)所述檢測電路在所述待機(jī)模式下運(yùn)行時(shí)，保持待機(jī)狀態(tài)，不執(zhí)行檢測功能，等待向所述檢測模式轉(zhuǎn)換，所述待機(jī)模式下的能量消耗要比所述檢測模式下的能量消耗要?。徊⑶移渲?，當(dāng)所述接觸電極對之間的電狀態(tài)為絕緣時(shí)，選擇所述待機(jī)模式，當(dāng)所述接觸電極對之間的電狀態(tài)為導(dǎo)通時(shí)，選擇所述檢測模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力檢測器其中，轉(zhuǎn)換元件中的接觸電極對包括位于基體上的接觸固定電極和位于彈性可變形體上的接觸移動(dòng)電極，當(dāng)向彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于彈性可變形體的變形，所述接觸移動(dòng)電極和所述接觸固定電極發(fā)生物理接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力檢測器其中，轉(zhuǎn)換元件包括基體上的一對接觸電極和中介電極，中介電極與所述接觸電極對中的兩個(gè)電極同時(shí)接觸，用以得到所述接觸電極對的電導(dǎo)通狀態(tài)，并且其中，正常情況下，所述中介電極與所述接觸電極對中的兩個(gè)電極都不接觸，當(dāng)向彈性可變形體施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，由于彈性可變形體的變形，所述中介電極與所述接觸電極對中的兩個(gè)電極同時(shí)接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力檢測器其中，中介電極位于彈性可變形體發(fā)生變形的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的力檢測器其中，接觸電極對由第一個(gè)環(huán)狀電極和緊鄰第一個(gè)環(huán)狀電極外面并位于其外側(cè)的第二個(gè)環(huán)狀電極組成，并且中介電極位于可以在任何位置與所述第一個(gè)環(huán)狀電極和第二個(gè)環(huán)狀電極同時(shí)接觸的位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的力檢測器其中，接觸電極對包括位于基體上的屬于第一組的N個(gè)電極和屬于第二組的N個(gè)電極，第一組的第i個(gè)(1≤i≤N)電極和第二組的第i個(gè)電極彼此相鄰，一個(gè)電極對由第一組的一個(gè)電極和第二組中與它相鄰的電極組成，一共有N個(gè)接觸電極對。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的力檢測器其中，屬于第一組的電極和屬于第二組的電極在基體的圓周上交替放置，并且中介電極放置在彈性可變形體的圓周上，與所述基體的圓周相對。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力檢測器其中，提供了半球形結(jié)構(gòu)并被向下放置于基體上的接觸電極對附近，所述半球形結(jié)構(gòu)具有這樣的性質(zhì)當(dāng)施加在所述頂點(diǎn)附近的向下的壓力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，頂點(diǎn)附近產(chǎn)生彈性變形并向下凸出，這個(gè)結(jié)構(gòu)還具有一個(gè)用作中介電極的導(dǎo)電接觸面，當(dāng)施加在彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體的變形，所述半球形結(jié)構(gòu)形狀翻轉(zhuǎn)，所述導(dǎo)電接觸面同時(shí)與接觸電極對的兩個(gè)電極相接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的力檢測器其中，中介電極包括從半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)下表面至半球形結(jié)構(gòu)圓周底面的導(dǎo)電接觸面組成的，接觸電極對的第一個(gè)電極位于與半球形圓周所述底面接觸的位置上，接觸電極對的第二個(gè)電極放置在半球形結(jié)構(gòu)的中心，并且正常的情況下，所述中介電極只與所述第一個(gè)電極相接觸，當(dāng)施加在彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于所述半球形結(jié)構(gòu)的形狀發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所述中介電極同時(shí)與所述第一個(gè)電極和第二個(gè)電極發(fā)生接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的力檢測器其中，接觸電極對放置在被半球形結(jié)構(gòu)圓周底面包圍的區(qū)域內(nèi)，正常的情況下，由半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)下表面上的導(dǎo)電接觸面組成的中介電極與接觸電極對中的兩個(gè)電極都不接觸，當(dāng)施加到彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體的變形，中介電極同時(shí)與接觸電極中的兩個(gè)電極發(fā)生接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，使用電容元件作為力檢測元件，并且檢測電路將所述電容元件的電容值檢測為電信號，所述電容元件由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上與所述檢測固定電極相對位置上的檢測移動(dòng)電極組成，所述檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力檢測器其中，電容元件用作力檢測元件，并且檢測電路將所述電容元件的電容值檢測為電信號，所述電容元件由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上與檢測固定電極相對位置上的檢測移動(dòng)電極組成，檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，中介電極和所述檢測移動(dòng)電極可產(chǎn)生電連接，檢測電路具有將與中介電極接觸的接觸電極和所述檢測固定電極之間的電容值檢測為檢測模式下的電容元件的電容值的功能。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的力檢測器其中，電容元件用作力檢測元件，并且檢測電路將所述電容元件的電容值檢測為電信號，所述電容元件由基體上的檢測固定電極和彈性可變形體上與檢測固定電極相對位置上的檢測移動(dòng)電極組成，檢測移動(dòng)電極在此位置發(fā)生移動(dòng)，其中，提供了半球形結(jié)構(gòu)并被向下放置于基體上的接觸電極對附近，所述半球形結(jié)構(gòu)具有這樣的性質(zhì)當(dāng)施加在所述頂點(diǎn)附近的向下的按壓力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，頂點(diǎn)附近產(chǎn)生彈性變形并向下凸出，這個(gè)結(jié)構(gòu)還具有一個(gè)用作中介電極的導(dǎo)電的接觸面，當(dāng)施加在彈性可變形體上的外力超過預(yù)置強(qiáng)度時(shí)，由于彈性可變形體的變形，所述半球形結(jié)構(gòu)形狀翻轉(zhuǎn)，所述導(dǎo)電接觸面同時(shí)與接觸電極對的兩個(gè)電極相接觸，而且其中，至少所述半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)附近部分的上表面和下表面是由導(dǎo)電材料制成的，并且彼此電導(dǎo)通，與所述檢測移動(dòng)電極電導(dǎo)通的中介導(dǎo)電層位于彈性可變形體上，并與半球形結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的鄰近區(qū)域相接觸，檢測電路具有將所述接觸電極對中通過半球形結(jié)構(gòu)與所述中介導(dǎo)電層相接觸的電極和所述檢測固定電極之間的電容值檢測為檢測模式下的電容元件的電容值的功能。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，在檢測固定電極和檢測移動(dòng)電極的至少一個(gè)表面上具有絕緣薄膜，用以防止所述檢測固定電極和所述檢測移動(dòng)電極間的電接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，檢測電路包括將電容元件的電容值C轉(zhuǎn)換為電壓值V的C/V轉(zhuǎn)換器電路，實(shí)施控制使所述C/V轉(zhuǎn)換器電路在檢測模式下運(yùn)行，而不在待機(jī)模式下運(yùn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的力檢測器其中，C/V轉(zhuǎn)換器電路由一個(gè)用以將AC信號提供給包括電容元件的一個(gè)電極的振蕩電路，和一個(gè)轉(zhuǎn)換電路組成，轉(zhuǎn)換電路在檢測模式下引起所述振蕩電路振蕩，在待機(jī)模式下使所述振蕩電路停止振蕩。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，檢測電路具有將電容元件的電容值C轉(zhuǎn)換為頻率值f的C/f轉(zhuǎn)換器電路，實(shí)施控制使所述C/f轉(zhuǎn)換器電路在檢測模式下運(yùn)行，而不在待機(jī)模式下運(yùn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至17中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，移動(dòng)接觸電極由整體成形橡膠上的導(dǎo)電層組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，使用可變電阻元件作為力檢測元件，其兩個(gè)預(yù)置點(diǎn)之間的阻值可隨所施加力變化，檢測電路將所述可變電阻元件所述兩點(diǎn)間的電阻值檢測為電信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的力檢測器其中，可變電阻元件具有第一個(gè)電阻和位于與之相對位置的第二個(gè)電阻，這兩個(gè)電阻的至少一個(gè)與另一個(gè)電阻相對的面具有可彈性變形的凹凸結(jié)構(gòu)，第一個(gè)電阻和第二個(gè)電阻的接觸表面積隨所檢測的外力值的變化而變化，因此，與第一個(gè)電阻連接的預(yù)置點(diǎn)和與第二個(gè)電阻連接的預(yù)置點(diǎn)之間的電阻值隨所述接觸表面積的變化而變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的力檢測器其中，第一個(gè)電阻和第二個(gè)電阻由壓敏導(dǎo)電油墨制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的力檢測器其中，檢測電路具有一個(gè)通過在電阻兩點(diǎn)間施加電壓，來檢測這兩點(diǎn)間的電阻的電路，實(shí)施控制使得在檢測模式下施加電壓而在待機(jī)模式下不施加電壓。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的力檢測器其中，使用組成轉(zhuǎn)換元件的接觸電極對之間的導(dǎo)通/絕緣狀態(tài)作為ON/OFF開關(guān)，用以在電阻的兩點(diǎn)間施加電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，由剛性材料制成的操作面板與彈性可變形體相連接，彈性可變形體根據(jù)施加在操作面板上的操作輸入產(chǎn)生變形。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任何一項(xiàng)所述的力檢測器其中，彈性可變形體包括與基體上表面近乎平行放置的薄膜體，用于將薄膜體的周邊固定到基體的上表面的側(cè)壁部分，從薄膜體下表面多個(gè)位置向下伸出的柱狀突起，所述薄膜體和所述柱狀突起中的至少一部分是由彈性材料制成的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的力檢測器其中，彈性可變形體由整體成形橡膠制成。
27.一種用于電子設(shè)備的輸入裝置，用于向該電子設(shè)備提供表示一個(gè)預(yù)置方向上的操作量的操作輸入，并根據(jù)預(yù)置程序執(zhí)行特定處理，其中，所述輸入裝置包括一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至26中任何一項(xiàng)所述的力檢測器，并將該力檢測器檢測到的外力處理為一操作量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可以降低能量消耗的力檢測器。四個(gè)電極E11至E14被放置在基體上，由橡膠薄膜制成的彈性可變形體放在上面。將導(dǎo)電涂層涂到彈性可變形體的下表面上，用以形成移動(dòng)導(dǎo)電層26。四個(gè)電容元件C11至C14由電極E11至E14和與這些電極相對的導(dǎo)電層26組成。通過C/V轉(zhuǎn)換器電路50將其電容值變?yōu)殡妷褐礦11至V14，并根據(jù)信號處理電路60的操作，檢測出施加到彈性可變形體上的外力。一對接觸電極對E15和E16位于基體上，當(dāng)施加了達(dá)到或超過預(yù)置強(qiáng)度的外力時(shí)，彈性可變形體發(fā)生變形，移動(dòng)導(dǎo)電層26與電極E15和E16同時(shí)接觸。從T5端接收電極E16的電勢，如果所述電勢為Vcc，C/V轉(zhuǎn)換器電路50在消耗能量較小的待機(jī)模式下運(yùn)行，如果所述電勢為GND，電路在正常模式下運(yùn)行。
文檔編號H03K17/975GK1405540SQ02106228
公開日2003年3月26日 申請日期2002年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者岡田和廣, 谷口伸光 申請人:株式會(huì)社和廣