(57)【要約】【課題】スリープモードに切り換えることによって、消費電力を低減する。【解決手段】基板２０上において、絶縁状態に維持された変位電極４０から離隔すると共に、変位電極４０の端部近傍に対応する位置に、接地された復帰スイッチ用電極Ｅ１１および電源電圧に保持された復帰スイッチ用電極Ｅ１２を配置する。従って、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合には、まず最初に復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と変位電極４０とが必ず接触して、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と変位電極４０とが接触した状態が維持されつつ、変位電極４０が変位させられる。これにより、操作ボタン３１に対する操作が行われたことを確実に検出することができるようになる。【選択図】　　　　　　　　図１
2004020210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板と対向している検知部材と、
前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能であって、絶縁状態に維持された導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記導電性部材から離隔するように配置されており、接地された１または複数の第１のスイッチ用電極と、
前記導電性部材から離隔するように配置されており、接地電位とは異なる電位に保持された１または複数の第２のスイッチ用電極とを備えており、
前記導電性部材が、前記検知部材が変位するのに伴って、前記容量素子用電極に向かう方向に変位し且つ前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極と接触可能であって、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用電極との間隔の変化に起因する前記容量素子の静電容量値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の変位を認識可能であることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極が、前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
【請求項３】
前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極は、いずれも互いに隣接して配置された環状の部材であって、
前記第１のスイッチ用電極が、前記第２のスイッチ用電極に近接する方向に向かって突出する複数の第１の突出部を有しており、
前記第２のスイッチ用電極が、前記第１のスイッチ用電極に近接する方向に向かって突出する複数の第２の突出部を有しており、
前記第１の突出部と前記第２の突出部とは交互に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の静電容量式センサ。
【請求項４】
前記基板上に配置された光源と、
前記光源と前記検知部材との間に配置された透光領域および非透光領域を有する膜状部材とをさらに備えており、
前記検知部材は、透光性を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から加えられる力の検出を行うために用いて好適な静電容量式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量式センサは、操作者によって加えられた力の大きさおよび方向を電気信号に変換する装置として一般的に利用されている。例えば、携帯電話の入力装置として、多次元方向の操作入力を行うための静電容量式センサをいわゆるジョイスティックとして組み込んだ装置が利用されている。
【０００３】
静電容量式センサでは、操作者から加えられた力の大きさとして、所定のダイナミックレンジをもった操作量を入力することができる。また、加えられた力を各方向成分ごとに分けて検出することが可能な二次元または三次元のセンサとしても利用されている。特に、２枚の電極によって静電容量素子を形成し、電極間隔の変化に起因する静電容量値の変化に基づいて力の検出を行う静電容量式力覚センサは、構造を単純化してコストダウンを図ることができるメリットがあるために、さまざまな分野で実用化されている。
【０００４】
ここで、例えば、本件出願人による２０００年１２月２７日付けの特許協力条約に基づく国際出願に係るＰＣＴ／ＪＰ００／０９３５５号明細書には、図１６に示すような静電容量式センサ５０１が記載されている。静電容量式センサ５０１は、基板５２０と、人などによって操作されることによって外部から力が加えられる操作用部材である検知部材５３０と、導電性を有する変位電極５１２と、基板５２０上に形成された容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５および基準電極（共通電極）Ｅ５００と、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５および基準電極Ｅ５００に密着して基板５２０上を覆うように形成された絶縁膜５１３と、検知部材５３０および変位電極５１２を基板５２０に対して支持固定する支持部材５６０とを有している。
【０００５】
基板５２０上には、図１７に示すように、原点Ｏを中心とする円形の容量素子用電極Ｅ５０５と、その外側に扇形の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４と、さらにその外側に原点Ｏを中心とする環状の基準電極Ｅ５００とが形成されている。なお、変位電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５とのそれぞれの間には、容量素子が構成されている。
【０００６】
ここで、静電容量式センサ５０１では、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５に対して、常にクロック信号などの信号が入力されている。そして、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５に信号が入力されている状態で、検知部材５３０が外部からの力を受けて変位すると、これにともなって変位電極５１２がＺ軸方向に変位する。すると、変位電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５とのそれぞれの間に構成された容量素子の電極間隔が変化することにより、これらの容量素子のそれぞれの静電容量値が変化して、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５に入力された信号の位相にずれが生じる。このように、入力された信号に生じる位相のずれを利用して、検知部材５３０の変位、つまり、検知部材５３０が外部から受けた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の大きさと方向を知ることが可能となっている。
【０００７】
従って、静電容量式センサ５０１においては、検知部材５３０に対する操作の有無に拘わらず、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５に対して信号が入力されているため、常に電力が消費されていることになる。そこで、静電容量式センサ５０１に対する操作が長時間にわたって行われない場合には、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５に対する信号の入力が適宜停止されることが好ましい。
【０００８】
ここで、例えばオン状態とオフ状態とを切り換え可能なスイッチ機能を有する入力装置をマイコン制御システムとともに用いると、所定時間が経過しても操作が行われない（スイッチの切り換えが行われない）場合には、消費電力が極力小さく押さえられたスリープモードに自動的に切り換えられることが多い。そして、操作が行われた時点で、自動的にスリープモードが解除されるようになっている。なお、かかる入力装置からの出力信号は、電源電圧付近のＨｉレベルおよび接地電位付近のＬｏレベルのいずれかの信号であって、操作が行われた場合には、その出力信号はＬｏレベルからＨｉレベルに或いはＨｉレベルからＬｏレベルに切り換わる。つまり、かかる入力装置では、操作後における出力信号は、操作前の状態から必ず電源電圧の約半分であるスレッシホールド電圧（しきい値電圧）を跨いで変化する。従って、かかる入力装置の出力信号を監視することによって、操作が行われたことを確実に検出できるため、スリープモードを適正に解除することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電容量式センサ５０１では、検知部材５３０に加えられる力の大きさによって、出力信号がスレッシホールド電圧を跨いで変化しない場合がある。従って、静電容量式センサ５０１において、上述のスイッチ機能を有する入力装置と同様に、所定時間が経過しても操作が行われない場合に自動的にスリープモードに切り換えられた場合には、静電容量式センサ５０１の出力信号を監視していても、検知部材５３０に対する操作が行われたことを確実に検知することができないため、スリープモードが適正に解除されないという問題が生じる。従って、静電容量式センサ５０１においては、検知部材５３０に対する操作が長時間にわたって行われない場合でも、スリープモードに切り換えることができず、電力が無駄に消費されてしまう。
【００１０】
また、静電容量式センサ５０１では、検知部材５３０に対する操作が行われているか否かに拘わらず、変位電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５との間に構成される容量素子には電圧がかかっている。従って、検知部材５３０に対する操作が行われることによって当該容量素子に蓄えられている電荷量が変化したとしても、検知部材５３０に対する操作前および操作後における当該容量素子に蓄えられている電荷量および検知部材に対する操作が行われている場合の当該容量素子に蓄えられている電荷量は、いずれも大きなものとなっている。そのため、検知部材５３０の操作前の位置と操作後の位置とが異なっている場合、つまり、変位電極５１２の復帰位置が元の位置からずれた場合においても、当該容量素子には十分な電荷量を蓄えることができるのでセンサとして十分に機能するため、検知部材５３０に対する操作前および操作後における静電容量式センサ５０１からの出力信号の変化量を無視することが出来なくなる。これにより、静電容量式センサ５０１の出力信号のヒステリシスが大きくなる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、マイコン制御システムとともに用いられた場合に、スリープモードに切り換えることによって、消費電力を低減することができる静電容量式センサを提供することである。
【００１２】
また、本発明のさらなる目的は、出力信号のヒステリシスを低減することができる静電容量式センサを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の静電容量式センサは、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能であって、絶縁状態に維持された導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記導電性部材から離隔するように配置されており、接地された１または複数の第１のスイッチ用電極と、前記導電性部材から離隔するように配置されており、接地電位とは異なる電位に保持された１または複数の第２のスイッチ用電極とを備えており、前記導電性部材が、前記検知部材が変位するのに伴って、前記容量素子用電極に向かう方向に変位し且つ前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極と接触可能であって、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用電極との間隔の変化に起因する前記容量素子の静電容量値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の変位を認識可能であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１によると、検知部材に対する操作が行われた場合（検知部材の変位が検出される場合）には、検知部材が変位するのに伴って、導電性部材が変位することによって、まず最初に第１および第２のスイッチ用電極と導電性部材とが必ず接触する。そして、第１および第２のスイッチ用電極と導電性部材とが接触した状態が維持されつつ、導電性部材がさらに変位させられる。ここで、第１および第２のスイッチ用電極と導電性部材とが接触する状態および接触しない状態における静電容量式センサの第２のスイッチ用電極からの出力信号は、第２のスイッチ用電極が保持される電位付近のＨｉレベルおよび接地電位付近のＬｏレベルのいずれかの信号であるため、例えば両者が接触しない状態から接触する状態に切り換わる場合の第２のスイッチ用電極からの出力信号は、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化する。従って、静電容量式センサの第２のスイッチ用電極からの出力信号を監視することによって、静電容量式センサに対する操作が行われたことを確実に検出できるため、スリープモードを確実に解除することができる。これにより、静電容量式センサにおいても、検知部材に対する操作が長時間にわたって行われない場合には、スリープモードに切り換えることによって、消費電力を低減することができる。
【００１５】
また、検知部材に対する操作が行われていない場合には、導電性部材が絶縁状態に維持されているため、導電性部材と容量素子用電極との間に構成される容量素子には電圧がかからない。そのため、当該容量素子に蓄えられている電荷量が無視できる程度に小さくなり、出力信号は一定の大きさで安定している。一方、検知部材に対する操作が行われると、導電性部材が第１のスイッチ用電極を介して接地されるため、当該容量素子に電圧がかかるようになる。そのため、当該容量素子に蓄えられている電荷量が急激に大きくなり、出力信号が当該容量素子の静電容量値の変化に応じて大きく変化する。このように、検知部材に対する操作前および操作後における当該容量素子に蓄えられている電荷量は、検知部材に対する操作が行われている場合と比較すると、いずれも無視できる程度に小さい。そのため、検知部材の操作前の位置と操作後の位置とが異なっている場合、つまり、導電性部材の復帰位置が元の位置からずれた場合でも、検知部材に対する操作前および操作後における静電容量式センサの容量素子に対応する（容量素子用電極からの）出力信号は、ほとんど同じになる。これにより、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【００１６】
なお、「検知部材の変位を認識可能である」とは、「検知部材に外部から加えられる力を認識可能である」ということとほぼ同じ意味である。また、請求項１において、「接地電位とは異なる電位」とは、「所定のスレッシホールド電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する電位」を示している。
【００１７】
請求項２の静電容量式センサは、前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極が、前記基板上に設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２によると、第１および第２のスイッチ用電極が形成し易いため、センサの製造工程が簡略化される。
【００１９】
請求項３の静電容量式センサは、前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極が、いずれも互いに隣接して配置された環状の部材であって、前記第１のスイッチ用電極が、前記第２のスイッチ用電極に近接する方向に向かって突出する複数の第１の突出部を有しており、前記第２のスイッチ用電極が、前記第１のスイッチ用電極に近接する方向に向かって突出する複数の第２の突出部を有しており、前記第１の突出部と前記第２の突出部とは交互に設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３によると、導電性部材が、第１および第２のスイッチ用電極とほぼ同時に接触するようになるため、静電容量式センサに対する操作が行われた場合に、スリープモードをより確実に解除することができる。
【００２１】
請求項４の静電容量式センサは、前記基板上に配置された光源と、前記光源と前記検知部材との間に配置された透光領域および非透光領域を有する膜状部材とをさらに備えており、前記検知部材は、透光性を有していることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項４によると、光源から出射された光は、膜状部材に形成された所定形状の透光領域に対応する部分を通過して検知部材に導かれるため、検知部材を外部から見たとき、透光領域の所定形状の部分のみを照らし出すようにすることができる。したがって、検知部材の位置および操作方向を容易に把握することができるようになり、特に静電容量式センサを備えた機器を暗い場所で使用する場合でも検知部材に対する操作を適切に施すことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサ１の構成について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。図２は、図１の静電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の配置を示す図である。
【００２５】
静電容量式センサ１は、基板２０と、人などによって操作されることによって外部から力が加えられる操作用の操作ボタン３１および操作ボタン３１を基板２０に対して支持固定する支持部材３２を含む検知部３０と、変位電極４０と、基板２０上に形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４（図１ではＥ１およびＥ２のみを示す）と、基板２０上に形成された復帰スイッチ（ウェイクアップスイッチ）用電極Ｅ１１、Ｅ１２と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に密着して基板２０上を覆うように形成された絶縁膜（レジスト膜）５０と、ハウジング７０とを有している。
【００２６】
ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しながら各部品に配置説明を行うことにする。すなわち、図１では、基板２０上の容量素子用電極Ｅ１とＥ２との間の中心位置に原点Ｏが定義され、右水平方向にＸ軸が、上垂直方向にＺ軸が、紙面に垂直奥行方向にＹ軸がそれぞれ定義されている。従って、基板２０の表面は、ＸＹ平面を規定し、変位電極４０および操作ボタン３１のそれぞれの中心位置をＺ軸が通ることになる。
【００２７】
基板２０は、一般的な電子回路用のプリント回路基板であり、この例ではガラスエポキシ基板が用いられている。また、基板２０として、ポリイミドフィルムなどのフィルム状の基板を用いてもよいが、フィルム状の基板の場合は可撓性を有しているため、十分な剛性をもった支持基板上に配置して用いるのが好ましい。なお、本実施の形態では、基板２０上には、後述するマイコン５（図７参照）および電子回路（センサ回路）が設けられている。
【００２８】
検知部３０は、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の上方に配置された操作ボタン３１と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の外側に配置された支持部材３２と、操作ボタン３１と支持部材３２とを連結する連結部３３とを有している。なお、検知部３０は、例えばシリコンゴムなどの弾性を有する材料により形成されている。
【００２９】
操作ボタン３１は、所定の高さを有する略円柱状の部材である。ここで、操作ボタン３１の径は、復帰スイッチ用電極Ｅ１１の外径とほぼ同じ径を有している。また、操作ボタン３１の上面には、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの正方向および負方向に対応するように、すなわち、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に対応するように、操作方向（カーソルの移動方向）に対応した矢印が形成されている。
【００３０】
また、支持部材３２は、基板２０上に配置された平板状の部材である。また、支持部材３２には、基板２０上の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４および復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２に対応する位置に、復帰スイッチ用電極Ｅ１２の外径よりも大きい径を有する開口３２ａが形成されている。
【００３１】
そして、操作ボタン３１は、支持部材３２の開口３２ａ内に配置されており、両者は連結部３３によって連結されている。連結部３３は、操作ボタン３１の下端部近傍から外側下方に向かって突出しており、支持部材３２の開口３２ａの側面中央部近傍に接続されている。ここで、連結部３３は、テーパ状形状に加工されており、操作ボタン３１側の端部の方が支持部材３２側の端部よりも高い位置に配置されている。従って、操作ボタン３１は、その下面と基板２０との間に所定間隔の空隙が形成されるように配置されることになる。なお、連結部３３は、操作ボタン３１および支持部材３２よりも薄い厚さを有している。
【００３２】
変位電極４０は、導電性を有するシリコンゴムで形成され、復帰スイッチ用電極Ｅ１１の外径とほぼ同じ径を有する円盤状であり、操作ボタン３１の下面に一体に成形されている。なお、変位電極４０としては、導電性を有するシリコンゴムの他、例えば、導電性熱可塑性樹脂（ＰＰＴ、エラストマー）、導電性プラスチック、非導電性のゴムなどの弾性体上に導電性インクが塗布されたもの、非導電性のゴムなどの弾性体上にスパッタリング法などによって金属膜（金属蒸着フィルム）が形成されたものであってもよい。
【００３３】
また、基板２０上には、図２に示すように、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの正方向および負方向に対応するとともに、原点Ｏに対して対称に配置された略扇形形状である容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と、それらの外側に配置された環状の円周部１１ａおよび円周部１１ａから外側に向かって突出する複数の突出部１１ｂから構成される復帰スイッチ用電極Ｅ１１と、復帰スイッチ用電極Ｅ１１の外側に配置された環状の円周部１２ａおよび円周部１２ａから内側に向かって突出する複数の突出部１２ｂから構成される復帰スイッチ用電極Ｅ１２とが設けられている。
【００３４】
ここでは、容量素子用電極Ｅ１はＸ軸の正方向に対応するように配置され、一方、容量素子用電極Ｅ２はＸ軸の負方向に対応するように配置されており、外部からの力のＸ軸方向成分の検出に利用される。また、容量素子用電極Ｅ３はＹ軸の正方向に対応するように配置され、一方、容量素子用電極Ｅ４はＹ軸の負方向に対応するように配置され、外部からの力のＹ軸方向成分の検出に利用される。また、一対の容量素子用電極Ｅ１およびＥ２は、Ｘ軸方向に離隔してＹ軸に対して線対称に配置されている。また、一対の容量素子用電極Ｅ３およびＥ４は、Ｙ軸方向に離隔してＸ軸に対して線対称に配置されている。
【００３５】
また、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２は、図１に示すように、変位電極４０の端部近傍に対向するように配置されている。そして、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２において、円周部１１ａおよび円周部１２ａは、全周にわたって同じ幅を有している。また、突出部１１ｂおよび突出部１２ｂは、いずれも円周部１１ａおよび円周部１２ａとほぼ同じ幅を有するとともに、円周部１１ａと円周部１２ａとが離隔する間隔よりも短い長さの略矩形状をしている。また、突出部１１ｂと突出部１２ｂとは、円周方向に沿って交互に配置されており、復帰スイッチ用電極Ｅ１１の外周部および復帰スイッチ用電極Ｅ１２の内周部は、いずれも櫛歯状に形成されている。なお、突出部１１ｂおよび突出部１２ｂの数および形状は、任意に変更することが可能であって、両者は接触しない範囲で出来る限り隙間無く配置されていることが好ましい。
【００３６】
なお、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４および復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２は、スルーホールなどを利用して端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２（図３参照）にそれぞれ接続されており、これらの端子を通じてマイコン５および電子回路に接続されるようになっている。
【００３７】
また、絶縁膜５０は、基板２０上の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に密着して、基板２０上を覆うように形成されている。このため、銅などで形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４は空気にさらされることがなく、それらが酸化されるのを防止する機能を有している。また、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２の表面上には、酸化防止対策として、導電性を有するハンダが塗布されている。なお、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４および復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２において、その表面への金メッキ或いは銀メッキの形成などの酸化防止対策を施しておいてもよい。
【００３８】
ここで、上述したように、操作ボタン３１の下面と基板２０との間には所定間隔の空隙が形成されているが、その間隔は変位電極４０、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４および絶縁膜５０のそれぞれの厚さの合計よりも大きくなっている。従って、操作ボタン３１に対して操作が行われていない状態では、変位電極４０の下面と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４上の絶縁膜５０の上面との間には、空隙が存在する。なお、絶縁膜５０が配置されているため、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と、変位電極４０とが直接接触して誤作動することはない。
【００３９】
また、ハウジング７０は、支持部材３２上において、操作ボタン３１の周囲を覆うように配置されている。なお、ハウジング７０および基板２０は、その間に配置された弾性材料で形成された支持部材３２を挟持している。従って、ハウジング７０と支持部材３２との接合部は、シール効果による防水および防塵機能を有している。
【００４０】
また、本実施の形態では、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２が、操作ボタン３１に対する操作が行われて変位電極４０が傾いた場合に、最も大きく変位する変位電極４０の操作方向の端部近傍に対応するように配置されているため、変位電極４０が変位し始めてから比較的早い段階で復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と接触するようになる。その結果、静電容量式センサ１の操作性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態のように、変位電極４０が導電性を有する弾性体である場合には、変位電極４０と復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２との間のチャタリングが発生しにくく、両者の間に形成されるスイッチのオン／オフ制御を適正に行うことが可能である。
【００４２】
また、本実施の形態では、操作ボタン３１、支持部材３２および変位電極４０は、いずれも弾性材料によって形成されているため、衝撃に強く耐久性に優れた静電容量式センサ１を含むジョイスティクを製造することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、操作ボタン３１と支持部材３２との間の連結部３３がテーパ状形状に加工されているため、連結部３３の復元力により、操作ボタン３１に対する操作が行われた後、操作ボタン３１に力が加えられなくなった場合に、操作ボタン３１が元の位置に復帰し易くなっている。さらに、操作ボタンに対する操作を行う場合に、軽いクリック感を感じつつ操作を行うことができるようになっている。なお、連結部３３は、必ずしもテーパ状形状に加工される必要はないが、本実施の形態と同様の機能を有していることが好ましい。
【００４４】
また、本実施の形態における基板２０、検知部３０およびハウジング７０を、本発明の静電容量式センサ１の周辺部に配置される他のスイッチなどの部材と統合して製造することによって、大きなコストダウン効果が期待できる。
【００４５】
次に、静電容量式センサ１の回路構成について、図３を参照して説明する。図３は、図１に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【００４６】
静電容量式センサ１では、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間には、共通の電極である変位可能な変位電極４０と、固定された個別の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４で形成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４が構成されている。ここで、容量素子Ｃ１〜Ｃ４では、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間の間隔が操作ボタン３１に対する操作が行われた場合には狭くなって、その加えられた力が解除されると元の間隔に戻ることが可能であり、それぞれ変位電極４０の変位に起因して静電容量値が変化するように構成された可変容量素子であるということができる。
【００４７】
また、復帰スイッチＳ１が、変位電極４０と、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２との間に形成されている。つまり、復帰スイッチＳ１は、変位電極４０が、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と接触する状態（オン状態）および復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と接触しない状態（オフ状態）のいずれかの状態を取り得るようになっている。
【００４８】
なお、変位電極４０は、復帰スイッチＳ１がオフ状態である場合には、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２のいずれからも離隔しており、電気的にどこにも接続されずに絶縁された状態（浮いた状態）になっている。また、復帰スイッチ用電極Ｅ１１に接続された端子Ｔ１１は接地されており、復帰スイッチ用電極Ｅ１２に接続された端子Ｔ１２は、プルアップ抵抗素子Ｒ５を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されている。
【００４９】
従って、後述するように、変位電極４０が復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と接触する状態（復帰スイッチＳ１のオン状態）において、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれに接続された端子Ｔ１または端子Ｔ２から入力され、容量素子Ｃ１〜Ｃ４を含む遅延回路を通過した周期信号を利用して、操作ボタン３１に加えられた力を検出することができる。
【００５０】
ここで、静電容量式センサ１は、操作ボタン３１に対して加えられる力を検出可能なモード（以下、「通常モード」と称する）および消費電力が極力小さく押さえられたモード（以下、「スリープモード」と称する）のいずれかを選択的に取り得ることができる。そして、通常モードにおいて、所定時間が経過しても、操作ボタン３１に対する操作が行われない場合には、通常モードからスリープモードに自動的に切り換わるようになっている。一方、スリープモードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合には、スリープモードが解除されて、スリープモードから通常モードに自動的に復帰するようになっている。
【００５１】
通常モードでは、後で詳述するように、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に接続された端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が入力される。そして、これらの周期信号が利用されることによって、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間で構成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値が検出されて、操作ボタン３１に対して加えられた力の方向および大きさが検出される。
【００５２】
これに対して、スリープモードでは、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に接続された端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が入力されなくなる。従って、操作ボタン３１に対する操作が行われない状態（待ち受け状態）において、電力が無駄に消費されるのが抑制される。
【００５３】
また、基板２０上のマイコン５には、通常モードにおいて、直前の操作ボタン３１に対する操作終了時からの経過時間を測定するためのタイマ６（図７参照）が設けられている。なお、通常モードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われない場合に、スリープモードに自動的に切り換えるまでの時間（所定時間）はあらかじめ設定されている。
【００５４】
ここで、静電容量式センサ１におけるモード切り換えについて、図４を参照して説明する。図４は、図１に示す静電容量式センサにおけるモード切り換えを説明するための図である。なお、図４では、時間経過に対する通常モード、スリープモードおよび復帰スイッチのそれぞれの状態（オン状態またはオフ状態）が互いに対応するように描かれている。
【００５５】
まず、図４の時間ｔ１においては、操作ボタン３１に対する操作が行われているとする。従って、操作ボタン３１に対する操作が行われているため、復帰スイッチＳ１はオン状態になっているとともに、静電式容量式センサ１のモードは通常モードになっている（通常モードがオン状態になっているとともにスリープモードがオフ状態になっている）。
【００５６】
引き続き、図４の時間ｔ２に達するまでは、操作ボタン３１に対する操作が継続して行われている。そして、時間ｔ２において操作ボタン３１に対する操作が行われなくなると、復帰スイッチＳ１がオン状態からオフ状態に切り換わる。これとほぼ同時に、マイコン５のタイマ６の作動が開始される。
【００５７】
その後、操作ボタン３１に対する操作が行われなくなった時間ｔ２から、所定時間ｔ０だけ経過した時間ｔ３までの間は、通常モードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われない状態が維持される。なお、本実施の形態では、通常モードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われない状態が所定時間ｔ０の間だけ継続された場合に、通常モードからスリープモードに自動的に切り換わるように設定されている。
【００５８】
従って、図４の時間ｔ３に達すると、通常モードからスリープモードに切り換わる。つまり、通常モードがオン状態からオフ状態に切り換わるとともに、スリープモードがオフ状態からオン状態に切り換わる。そして、再度、操作ボタン３１に対する操作が行われるまでの間は、スリープモードがオン状態に維持される。
【００５９】
その後、図４の時間ｔ４において、再度、操作ボタン３１に対する操作が行われると、復帰スイッチＳ１がオフ状態からオン状態に切り換わるのとほぼ同時に、スリープモードから通常モードに切り換わる。つまり、スリープモードがオン状態からオフ状態に切り換わるとともに、通常モードがオフ状態からオン状態に切り換わる。
【００６０】
ここで、復帰スイッチＳ１がオフ状態からオン状態に切り換わると、復帰スイッチ用電極Ｅ１２の電圧は、必ず電源電圧の約半分であるスレッシホールド電圧を跨いで変化する。従って、マイコン５において、復帰スイッチ用電極Ｅ１２に接続された端子Ｔ１２の電圧の変化を監視しておけば、操作ボタン３１に対する操作が行われたことを確実に検出することができる。
【００６１】
なお、マイコン５のタイマ６は、再度、操作ボタン３１に対する操作が行われた時点で、停止するとともにリセットされる。そして、図４の時間ｔ４において開始された操作ボタン３１に対する操作が行われなくなると、タイマ６の作動が開始される。
【００６２】
次に、上述のように構成された本実施の形態に係る静電容量式センサ１の動作について、図面を参照して説明する。図５は、図１に示す静電容量式センサの操作ボタンにＸ軸正方向への操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【００６３】
図１に示す操作ボタン３１に力が作用していないときの状態において、図５に示すように、操作ボタン３１にＸ軸正方向への操作が行われた場合、すなわち、操作ボタン３１の上面に形成されたＸ軸正方向に対応するように矢印を基板２０側に押し下げるような力（Ｚ軸負方向への力）が加えられた場合を考える。
【００６４】
操作ボタン３１のＸ軸正方向に対応する部分が押し下げられることにより、操作ボタン３１と支持部材３２との間の連結部３３が弾性変形を生じてたわみ、操作ボタン３１のＸ軸正方向に対応する部分が下方へと変位する。このとき、操作ボタン３１の下面に配置された変位電極４０は、操作ボタン３１と同様に変位するため、変位電極４０のＸ軸正方向に対応する部分が下方へと変位して、基板２０に対して所定の傾きを有するようになる。
【００６５】
このように、変位電極４０の当該部分が所定高さだけ押し下げられると、変位電極４０のＸ軸正方向端部近傍と復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２とがほぼ同時に接触するようになる。これにより、復帰スイッチＳ１がオフ状態からオン状態に切り換わる。このとき、復帰スイッチ用電極Ｅ１１は接地されているため、復帰スイッチ用電極Ｅ１１に接触させられた変位電極４０も接地されることになる。なお、このとき、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１と間の間隔が、操作ボタン３１に対する操作が行われる前と比較して小さくなっている。
【００６６】
その後、引き続き、操作ボタン３１が押し下げられると、復帰スイッチＳ１がオン状態を保持しつつ、操作ボタン３１および連結部３３が弾性変形を生じてたわみ、変位電極４０がさらに下方に変位する。このとき、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１と間の間隔がさらに小さくなる。なお、一般的に、容量素子の静電容量値は、容量素子を構成する電極の間隔に反比例することより、容量素子Ｃ１の静電容量値は大きくなる。
【００６７】
従って、操作ボタン３１にＸ軸正方向への操作が行われた場合には、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のなかで、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間の間隔に最も大きな変化があった容量素子Ｃ１の静電容量値が最も大きく変化する。そして、このとき、後で詳述するように、端子Ｔ１に入力される周期信号Ａは、容量素子Ｃ１を含む遅延回路を通過することによって位相にずれが生じ、その位相のずれが読み取られることによって出力信号Ｖｘが導出される。
【００６８】
また、このとき、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ２との間隔はほとんど変化しない。そのため、容量素子Ｃ２の静電容量値は大きく変化せず、容量素子Ｃ２を含む遅延回路を通過することによっては、位相に大きなずれは生じない。また、容量素子Ｃ３、Ｃ４の静電容量値の変化量は、それらの対称性より、ほぼ等しいので、容量素子Ｃ３、Ｃ４をそれぞれ含む遅延回路を通過することによる位相のずれはほぼ等しいものとなる。なお、操作ボタン３１にＸ軸正方向への操作が行われた場合に、操作ボタン３１の上面に対する力の加わり方によって、容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容量値が変化することもあるが、その変化量は、容量素子Ｃ１の静電容量値の変化量と比較して小さい。
【００６９】
次に、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの静電容量値の変化から、操作ボタン３１への外部からの力の大きさおよび方向を示す出力信号の導出方法について、図６〜図９を参照して説明する。図６は、図１に示す静電容量式センサに入力される周期信号から出力信号を導出する方法を説明するための説明図である。ここで、出力信号Ｖｘ、Ｖｙの変化は、それぞれ外部からの力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分の大きさおよび方向を示す。
【００７０】
ここで、通常モードでは、出力信号Ｖｘ、Ｖｙを導出するために、端子Ｔ１、Ｔ２に対して、常にクロック信号などの周期信号が入力される。そして、端子Ｔ１、Ｔ２に周期信号が入力されている状態で操作ボタン３１が外部からの力を受けて変位すると、これにともなって変位電極４０がＺ軸負方向に変位し且つ復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と接触する。その後、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間隔が変化して、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの静電容量値が変化する。すると、端子Ｔ１、Ｔ２に入力された周期信号の位相にずれが生じる。このように、周期信号に生じる位相のずれを利用して、操作ボタン３１の変位、つまり、操作ボタン３１が外部から受けた力のＸ軸方向およびＹ軸方向の大きさと方向を示す出力信号Ｖｘ、Ｖｙを得ることができる。
【００７１】
さらに詳細に説明すると、端子Ｔ１に対して周期信号Ａが入力されるとき、端子Ｔ２に対しては周期信号Ａと同一の周期で、かつ、周期信号Ａの位相とは異なる周期信号Ｂが入力される。そのとき、操作ボタン３１が外部から力を受けて、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値がそれぞれ変化すると、端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの少なくともいずれかの位相にずれが生じる。つまり、容量素子Ｃ１、Ｃ３の静電容量値が変化すると、端子Ｔ１にそれぞれ入力された周期信号Ａの位相にずれが生じ、一方、容量素子Ｃ２、Ｃ４の静電容量値が変化すると、端子Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ｂの位相にずれが生じる。
【００７２】
すなわち、外部からの力にＸ軸方向成分が含まれる場合は、容量素子Ｃ１の静電容量値が変化し、端子Ｔ１に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じるか、或いは、容量素子Ｃ２の静電容量値が変化し、端子Ｔ２に入力された周期信号Ｂの位相にずれが生じるかのいずれか或いは両方である。ここで、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値の変化は、外部からの力のＸ軸正方向成分、Ｘ軸負方向成分にそれぞれ対応している。このように、端子Ｔ１および端子Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相のずれを例えば排他和回路などで読み取ることによって、出力信号Ｖｘが導出される。この出力信号Ｖｘの変化量の符号が、外部からの力のＸ軸方向成分が正方向または負方向の向きかを示し、出力信号Ｖｘの変化量の絶対値がＸ軸方向成分の大きさを示す。
【００７３】
また、外部からの力にＹ軸方向成分が含まれる場合は、容量素子Ｃ３の静電容量値が変化し、端子Ｔ１に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じるか、或いは、容量素子Ｃ４の静電容量値が変化し、端子Ｔ２に入力された周期信号Ｂの位相にずれが生じるかのいずれか或いは両方である。ここで、容量素子Ｃ３、Ｃ４の静電容量値の変化は、外部からの力のＹ軸正方向成分、Ｙ軸負方向成分にそれぞれ対応している。このように、端子Ｔ１および端子Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相のずれを例えば排他和回路などで読み取ることによって、出力信号Ｖｙが導出される。この出力信号Ｖｙの変化量の符号が、外部からの力のＹ軸方向成分が正方向または負方向の向きかを示し、出力信号Ｖｙの変化量の絶対値がＹ軸方向成分の大きさを示す。
【００７４】
次に、端子Ｔ１、Ｔ２に入力された周期信号Ａ、Ｂによる出力信号Ｖｘ、Ｖｙを導出するための信号処理回路について、図７を参照しながら説明する。図７は、図１に示す静電容量式センサの信号処理回路を示す回路図である。
【００７５】
ここで、マイコン５には、入力ポート５ａおよび出力ポート５ｂ、５ｃが設けられている。入力ポート５ａは、復帰スイッチＳ１を構成する復帰スイッチ用電極Ｅ１２に接続されている。また、入力ポート５ａは、プルアップ抵抗素子Ｒ５を介して一定の電圧値を有する電源電圧Ｖｃｃに接続されている。出力ポート５ｂ、５ｃは、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に連結された端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ接続されている。
【００７６】
従って、復帰スイッチＳ１がオフ状態では、入力ポート５ａは電源電圧Ｖｃｃに維持されている。このとき、出力ポート５ｂ、５ｃからは端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号は供給されない。つまり、端子Ｔ１、Ｔ２における電圧が変動しなくなるため、この状態（スリープモード）において、電力が無駄になるのが抑制される。そして、復帰スイッチＳ１がオン状態になると、プルアップ抵抗素子Ｒ５が接地されるとともに、入力ポート５ａも接地される。このとき、出力ポート５ｂ、５ｃから端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が供給されるようになる。ここで、端子Ｔ１、Ｔ２に対しては、周期信号発振器（図示しない）から所定周波数の周期信号が供給される。
【００７７】
なお、入力ポート５ａは、ディジタル入力ポートであって、入力ポート５ａでは、電源電圧付近のＨｉレベルおよび接地電位付近のＬｏレベルのいずれかの判別しか行うことができない。また、端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号を供給するか否か（周期信号を供給するタイミング）は、マイコン５によって判定されるが、復帰スイッチＳ１がオフ状態からオン状態に切りかわるとほぼ同時に、端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が供給されるのが一般的である。
【００７８】
また、端子Ｔ１には、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３が接続されており、端子Ｔ２には、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４が接続されている。また、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の出力端および抵抗素子Ｒ３、Ｒ４の出力端には、それぞれ排他和回路の論理素子であるＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１が接続されており、その出力端は端子Ｔ１２０、Ｔ１２１に接続されている。そして、端子Ｔ１２０、Ｔ１２１には、ローパスフィルター（平滑回路）１１０、１１１が接続されており、その出力端は端子Ｔ１３０、Ｔ１３１に接続されている。また、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の出力端は、それぞれ容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に接続され、それぞれ変位電極４０との間で容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成している。
【００７９】
ここで、ローパスフィルター１１０、１１１は、ＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１から出力される出力信号Ｖｘをアナログ電圧Ｖｘ　’に変換するためのものである。つまり、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの静電容量値の変化が、ローパスフィルター１１０、１１１に入力される前の出力信号Ｖｘの波形のデューティ比の変化として検出され、この信号をローパスフィルター１１０、１１１を通過させて平滑することにより、このデューティ比を電圧値に変換して利用することができる。ローパスフィルター１１０、１１１は、抵抗素子Ｒ１１０、Ｒ１１１および容量素子Ｃ１１０、Ｃ１１１でそれぞれ構成されている。なお、容量素子Ｃ１１０、Ｃ１１１の２つの電極のなかで抵抗素子Ｒ１１０、Ｒ１１１に接続されていない方の電極は接地されている。
【００８０】
従って、ＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１から端子Ｔ１２０、Ｔ１２１に対して出力される出力信号Ｖｘ　は、ローパスフィルター１１０、１１１を通過することにより平滑され、端子Ｔ１３０、Ｔ１３１に対してアナログ電圧Ｖｘ　’として出力される。このアナログ電圧Ｖｘ　’の値は、出力信号Ｖｘ　のデューティ比に比例して変化する。したがって、出力信号Ｖｘ　のデューティ比が大きくなるとそれに伴ってアナログ電圧Ｖｘ　’の値も大きくなり、一方、出力信号Ｖｘ　のデューティ比が小さくなるとそれに伴ってアナログ電圧Ｖｘ　’の値も小さくなる。また、出力信号Ｖｘ　のデューティ比がほとんど変化しないときはアナログ電圧Ｖｘ　’の値もほとんど変化しない。
【００８１】
ここから、Ｘ軸方向成分の出力信号Ｖｘの導出方法について、図８および図９を参照して説明する。図８は、図１に示す静電容量式センサのＸ軸方向成分についての信号処理回路を示す回路図（図７の一部分）である。図９は、図８に示す信号処理回路の各端子および各節点における周期信号の波形を示す図である。なお、Ｙ軸方向成分の出力信号Ｖｙの導出方法については、Ｘ軸方向成分の出力信号Ｖｘの導出方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８２】
図８の信号処理回路において、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ１および容量素子Ｃ２と抵抗素子Ｒ２はそれぞれＣＲ遅延回路を形成している。従って、端子Ｔ１、Ｔ２に入力された周期信号（矩形波信号）は、それぞれＣＲ遅延回路によって所定の遅延が生じ、ＥＸ−ＯＲ素子１００に入力される。
【００８３】
さらに詳細に説明すると、端子Ｔ１には周期信号ｆ（φ）（上述の周期信号Ａに対応している）が入力され、また、端子Ｔ２にはｆ（φ）と同一の周期で、かつ、位相がθだけずれている周期信号ｆ（φ＋θ）（上述の周期信号Ｂに対応している）が入力される。端子Ｔ１に入力される周期信号ｆ（φ）は、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ１により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ１に到達する。このとき、節点Ｘ１における周期信号には、図９に示すように、時間ａの遅延が生じている。同様に、端子Ｔ２に入力される周期信号ｆ（φ＋θ）は、容量素子Ｃ２と抵抗素子Ｒ２により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ２に到達する。このとき、節点Ｘ２における周期信号には、時間ｂの遅延が生じている。
【００８４】
ここで、端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ入力される異なる位相の周期信号ｆ（φ）、ｆ（φ＋θ）は、１つの周期信号発振器から出力された周期信号を２つの経路に分け、その一方の経路に図示しないＣＲ遅延回路を設け、ＣＲ遅延回路を通過する周期信号の位相を遅延させることによって発生させられる。なお、周期信号の位相をずらせる方法は、ＣＲ遅延回路を用いる方法に限らず、他のどのような方法であってもよいし、また、２つの周期信号発振器を用いて、それぞれ異なる位相の周期信号ｆ（φ）、ｆ（φ＋θ）を発生させ、端子Ｔ１、Ｔ２のそれぞれに入力してもよい。
【００８５】
ここで、時間ａ、ｂは、それぞれＣＲ遅延回路における遅延時間に対応し、それぞれのＣＲの時定数により決定される。したがって、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が同一である場合は、時間ａ、ｂの値は容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値に対応するようになる。すなわち、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値が大きくなると、時間ａ、ｂの値も大きくなり、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値が小さくなると、時間ａ、ｂの値も小さくなる。
【００８６】
このように、ＥＸ−ＯＲ素子１００には、節点Ｘ１、Ｘ２における周期信号と同一の波形の信号が入力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行われ、その結果を端子Ｔ１２０に対して出力される。ここで、端子Ｔ１２０に対して出力される信号は、所定のデューティ比をもった矩形波信号である（図９参照）。
【００８７】
ここで、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分に対する操作が行われた場合（図５参照）の各端子および各節点における周期信号の波形を考えることにする。なお、この場合の信号処理回路における容量素子用電極Ｅ１、Ｅ２と変位電極４０との間で構成される容量素子をＣ１’、Ｃ２’とし、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合の信号処理回路の節点Ｘ１、Ｘ２および端子Ｔ１２０と同位置における各節点および端子を節点Ｘ１’、Ｘ２’および端子Ｔ１２０’とする（図８参照）。
【００８８】
このとき、上述と同様に、図８の信号処理回路において、端子Ｔ１には周期信号ｆ（φ）が入力され、また、端子Ｔ２には、ｆ（φ）と同一の周期で位相がθだけずれている周期信号ｆ（φ＋θ）が入力されている。端子Ｔ１に入力される周期信号ｆ（φ）は、容量素子Ｃ１’と抵抗素子Ｒ１により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ１’に到達する。このとき、節点Ｘ１’における周期信号には、図９に示すように、時間ａ＋Δａの遅延が生じている。これは、容量素子Ｃ１’の静電容量値が容量素子Ｃ１よりも大きくなったことにより、ＣＲ遅延回路の時定数が大きくなったためである。一方、端子Ｔ２に入力される周期信号ｆ（φ＋θ）は、容量素子Ｃ２’と抵抗素子Ｒ２により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ２’に到達する。このとき、操作ボタン３１のＸ軸負方向部分には力が加えられていないため、節点Ｘ２’における周期信号は、節点Ｘ２における周期信号と同じ波形を有している。
【００８９】
このように、ＥＸ−ＯＲ素子１００には、節点Ｘ１’、Ｘ２’における周期信号と同一の波形の信号が入力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行われ、その結果を端子Ｔ１２０’に対して出力される。ここで、端子Ｔ１２０’に対して出力される信号は、所定のデューティ比をもった矩形波信号であり、図９に示すように、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合において、端子Ｔ１２０に出力された矩形波信号よりも、デューティ比の小さい矩形波信号である。
【００９０】
ここで、実際には、上述したように、端子Ｔ１２０および端子Ｔ１２０’に対して出力される信号は、いずれもローパスフィルター１１０によって平滑された後で出力される。
【００９１】
なお、本実施の形態の静電容量式センサ１は、力覚センサとして用いられており、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パソコン、ゲーム、リモコンなどの入力装置（ジョイスティック）として利用されるのに好ましい。特に、電池駆動の入力装置に対して大変有用である。また、本実施の形態の静電容量式センサ１は、力覚センサとして用いられる場合に限らず、例えば加速度センサなど、その他のセンサとして用いられる場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ１においては、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合（操作ボタン３１の変位が検出される場合）には、操作ボタン３１が変位するのに伴って、変位電極４０が変位することによって、まず最初に復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２とと変位電極４０とが必ず接触する。そして、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と変位電極４０とが接触した状態が維持されつつ、変位電極４０がさらに変位させられる。ここで、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と変位電極４０とが接触する状態および接触しない状態における静電容量式センサ１の復帰スイッチ用電極Ｅ１２からの出力信号は、復帰スイッチ用電極Ｅ１２が保持される電位付近のＨｉレベルおよび接地電位付近のＬｏレベルのいずれかの信号であるため、例えば両者が接触しない状態から接触する状態に切り換わる場合の復帰スイッチ用電極Ｅ１２からの出力信号は、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化する。従って、静電容量式センサ１の復帰スイッチ用電極Ｅ１２からの出力信号を監視することによって、静電容量式センサ１に対する操作が行われたことを確実に検出できるため、スリープモードを確実に解除することができる。これにより、静電容量式センサ１においても、操作ボタン３１に対する操作が長時間にわたって行われない場合には、スリープモードに切り換えることによって、消費電力を低減することができる。
【００９３】
また、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合には、変位電極４０が絶縁状態に維持されているため、変位電極４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間に構成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４には電圧がかからない。そのため、当該容量素子Ｃ１〜Ｃ４に蓄えられている電荷量が無視できる程度に小さくなり、出力信号は一定の大きさで安定している。一方、操作ボタン３１に対する操作が行われると、変位電極４０が復帰スイッチ用電極Ｅ１１を介して接地されるため、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に電圧がかかるようになる。そのため、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に蓄えられている電荷量が急激に大きくなり、出力信号が当該容量素子の静電容量値の変化に応じて大きく変化する。このように、操作ボタン３１に対する操作前および操作後における当該容量素子に蓄えられている電荷量は、操作ボタン３１に対する操作が行われている場合と比較すると、いずれも無視できる程度に小さい。そのため、操作ボタン３１の操作前の位置と操作後の位置とが異なっている場合、つまり、変位電極４０の復帰位置が元の位置からずれた場合でも、操作ボタン３１に対する操作前および操作後における静電容量式センサ１の容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対応する（容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４からの）出力信号は、ほとんど同じになる。これにより、静電容量式センサ１の容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【００９４】
また、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２が、基板２０上に設けられているため、これらを形成するのが容易である。従って、静電容量式センサ１の製造工程が簡略化される。
【００９５】
また、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２はいずれも環状であって、復帰スイッチ用電極Ｅ１１の外周部および復帰スイッチ用電極Ｅ１２の内周部は、いずれも櫛歯状に形成されているため、変位電極４０が、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２とほぼ同時に接触するようになる。従って、静電容量式センサ１に対する操作が行われた場合に、スリープモードをより確実に解除することができる。
【００９６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサ１０１の構成について、図面を参照しつつ説明する。図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。図１１は、図１０の静電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の配置を示す図である。図１２は、図１０の静電容量式センサの文字印刷部材の上面図である。
【００９７】
静電容量式センサ１０１は、基板１２０と、人などによって操作されることによって外部から力が加えられる操作用ボタン１３０と、変位電極１４０と、基板１２０上に形成された容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４（図１０ではＥ１０１およびＥ１０２のみを示す）と、復帰スイッチ（ウェイクアップスイッチ）用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２と、決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１と、ドーム形状を有する決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２と、基準電極（共通電極）Ｅ１２３と、容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４に密着して基板１２０上を覆うように形成された絶縁膜１５０と、決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２および基準電極Ｅ１２３の一部に密着して基板１２０上を覆うように形成された絶縁膜１５１と、操作用ボタン１３０を基板１２０に対して支持固定する支持部材１６０と、ハウジング１７０と、支持部材１６０内部に配置された発光ダイオード１８０と、操作用ボタン１３０と支持部材１６０との間に配置された文字印刷部材１９０とを有している。
【００９８】
ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しながら各部品に配置説明を行うことにする。すなわち、図１０では、基板１２０上の容量素子用電極Ｅ１０１とＥ１０２との間の中心位置に原点Ｏが定義され、右水平方向にＸ軸が、上垂直方向にＺ軸が、紙面に垂直奥行方向にＹ軸がそれぞれ定義されている。従って、基板１２０の表面は、ＸＹ平面を規定し、操作ボタン１３０、変位電極１４０および文字印刷部材１９０のそれぞれの中心位置をＺ軸が通ることになる。
【００９９】
基板１２０は、第１の実施の形態の基板２０と同様に、一般的な電子回路用のプリント回路基板であり、この例ではガラスエポキシ基板が用いられている。なお、本実施の形態では、基板１２０上には、マイコンおよび電子回路（センサ回路）が設けられている。
【０１００】
操作ボタン１３０は、Ｚ軸を中心とする円形の決定ボタン１３１と、決定ボタン１３１の外側に配置された環状の方向ボタン１３２とから構成されている。ここで、決定ボタン１３１の径は、基準電極Ｅ１２２の外径とほぼ同じである。また、方向ボタン１３２は、その内径は、容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４のそれぞれの内側の曲線を結んでできる円の径とほぼ同じであり、その外径は、復帰スイッチ用電極Ｅ１１１の外径とほぼ同じである。なお、決定ボタン１３１および方向１３２は別部材である方が好ましいが、同一部材であってもよい。
【０１０１】
ここで、操作ボタン１３０の決定ボタン１３１および方向ボタン１３２は、例えば硬質のポリカーボネードなどで成形されたものである。また、決定ボタン１３１の下面には、決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２（決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１）に対向するように棒状の突起部１３１ａが設けられている。また、突起部１３１ａの先端部は丸くなっている。なお、突起部１３１ａは、決定ボタン１３１に対する操作が行われていない状態において、その下端部が決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２の上面近傍に配置される長さを有している。
【０１０２】
支持部材１６０は、ボタン支持部１６１と、固定部１６２と、連結部１６３とを有している。支持部材１６０は、例えば、透光性および弾性を有するシリコンゴムなどで形成されている。ボタン支持部１６１は、操作ボタン１３０の方向ボタン１３２の外径とほぼ同じ径を有する円盤状の部材である。ボタン支持部１６１の中央部には、決定ボタン１３１の突起部１３１ａとほぼ同じ径を有する貫通孔１６１ａが形成されている。
【０１０３】
固定部１６２は、基板１２０上に配置された平板状の部材であって、その下面が基板１２０上に接着されている。また、固定部１６２には、基板１２０上の容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４および復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２に対応する位置に、復帰スイッチ用電極Ｅ１１２の外径よりも大きい径を有する開口１６２ａが形成されている。
【０１０４】
そして、ボタン支持部１６１は、固定部１６２の開口１６２ａ内に配置されており、両者は連結部１６３によって連結されている。連結部１６３は、ボタン支持部１６１の下端部近傍から外側下方に向かって突出しており、固定部１６２の開口１６２ａの側面中央部近傍に接続されている。ここで、連結部１６３は、テーパ状形状に加工されており、ボタン支持部１６１側の端部の方が固定部１６２側の端部よりも高い位置に配置されている。従って、ボタン支持部１６１は、その下面と基板１２０との間に所定間隔の空隙が形成されるように配置されることになる。なお、連結部１６３は、ボタン支持部１６１および固定部１６２よりも薄い厚さを有している。また、固定部１６２の下面の開口１６２ａ近傍には、２つの凹部１６２ｂが形成されている。そして、基板１２０上の固定部１６２の凹部１６２ｂに対応する位置には、発光ダイオード１８０がそれぞれ配置されている。
【０１０５】
また、ボタン支持部１６１の上面には、それと同じ径を有する円盤状の文字印刷部材１９０が配置されている。文字印刷部材１９０は、有色であり且つ透光性を有さない（遮光性の）部材であり、図１２に示すように、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの正方向および負方向に対応するように、すなわち、容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４に対応するように、操作方向（カーソルの移動方向）を示す矢印の形状の貫通孔１９０ａが形成されている。なお、文字印刷部材１９０に形成される貫通孔１９０ａの形状は、数字、文字、記号など必要に応じて適宜変更してもよく、機能説明または装飾用の抜き絵文字が形成されていることが好ましく、視覚効果および装飾効果が期待できる。また、文字印刷部材１９０の中央部には、決定ボタン１３１の突起部１３１ａとほぼ同じ径を有する貫通孔１９０ｂが形成されている。
【０１０６】
文字印刷部材１９０は、貫通孔１９０ａの部分のみ光を通過させ、貫通孔１９０ａ以外の部分は光を通過させないようになっている。これにより、固定部１６２の内部に配置された発光ダイオード１８０から出射された光は、支持部材１６０の固定部１６２、連結部１６３、ボタン支持部１６１、文字印刷部材１９０の貫通孔１９０ａ、方向ボタン１３２の順に操作ボタン１３０の上方に向かって通過する。したがって、方向ボタン１３２を上方から見ると、操作方向を示す矢印（文字印刷部材１９０に形成された貫通孔１９０ａの部分）が発光ダイオード１８０の光により照らし出されて見える。これにより、操作ボタン１３０の位置および操作方向を容易に把握することができ、特に静電容量式センサ１０１を備えた機器を暗い場所で使用するときでも、操作ボタン１３０に対する操作を適切に施すことができる。
【０１０７】
なお、発光ダイオード１８０が光を出射するタイミングは、静電容量式センサ１０１の機能とは関係なく、発光ダイオード１８０に対する制御は目的に合わせて任意に変更することができる。
【０１０８】
変位電極１４０は、導電性を有する材料で形成されており、ボタン支持部１６１の外径とほぼ同じ径を有する円盤状の膜状部材である。そして、変位電極１４０は、ボタン支持部１６１の下面に接着されている。また、変位電極１４０の中央部には、決定ボタン１３１の突起部１３１ａとほぼ同じ径を有する貫通孔１４０ａが形成されている。なお、本実施の形態では、変位電極１４０は、ボタン支持部１６１の下面に対してスクリーン印刷により導電性インクを塗布することによって平板状に（面一に）形成されている。なお、変位電極１４０は、導電性インクの他、例えばスパッタリング法などによって形成される金属膜（金属蒸着フィルム）、ウレタン、エチレンプロピレンゴム、樹脂の中に酸化イレジウム、酸化スズなどの金属粒子または繊維状の金属などを分散混入したフィルムまたは膜状部材であってもよい。
【０１０９】
上述したように、ボタン支持部１６１の上面には文字印刷部材１９０が配置され、ボタン支持部１６１の下面には変位電極１４０が配置される。このとき、それらに形成された貫通孔１９０ａ、１６１ａ、１４０ａが互いに重なるように配置されている。そして、文字印刷部材１９０の上面には、操作ボタン１３０が配置される。従って、決定ボタン１３１は、その突起部１３１ａが、貫通孔１９０ａ、１６１ａ、１４０ａの順に嵌挿された後、その下面の突起部１３１ａ以外の部分が文字印刷部材１９０の上面に接着される。また、方向ボタン１３２の下面全体が文字印刷部材１９０の上面に接着される。
【０１１０】
また、基板１２０上には、図１１に示すように、原点Ｏを中心とする円形の決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１と、決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１の外側に配置された環状の基準電極Ｅ１２３と、基準電極Ｅ１２３の外側において、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの正方向および負方向に対応するとともに、原点Ｏに対して対称に配置された略扇形形状である容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４と、それらの外側に配置された環状の円周部１１１ａおよび円周部１１１ａから外側に向かって突出する複数の突出部１１１ｂから構成される復帰スイッチ用電極Ｅ１１１と、復帰スイッチ用電極Ｅ１１１の外側に配置された環状の円周部１１２ａおよび円周部１１２ａから内側に向かって突出する複数の突出部１１２ｂから構成される復帰スイッチ用電極Ｅ１１２とが設けられている。
【０１１１】
また、基板１２０上には、基準電極Ｅ１２３に接触するとともに、決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１と離隔しつつこれを覆うようにドーム状の決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２が配置されている。従って、決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２は、基準電極Ｅ１２３の内径よりも大きい径を有している。
【０１１２】
ここでは、容量素子用電極Ｅ１０１はＸ軸の正方向に対応するように配置され、一方、容量素子用電極Ｅ１０２はＸ軸の負方向に対応するように配置されており、外部からの力のＸ軸方向成分の検出に利用される。また、容量素子用電極Ｅ１０３はＹ軸の正方向に対応するように配置され、一方、容量素子用電極Ｅ１０４はＹ軸の負方向に対応するように配置され、外部からの力のＹ軸方向成分の検出に利用される。また、一対の容量素子用電極Ｅ１０１およびＥ１０２は、Ｘ軸方向に離隔してＹ軸に対して線対称に配置されている。また、一対の容量素子用電極Ｅ１０３およびＥ１０４は、Ｙ軸方向に離隔してＸ軸に対して線対称に配置されている。
【０１１３】
また、復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２は、変位電極１４０の端部近傍に対向するように配置されている。ここで、復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２の構成については、第１の実施の形態の復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
なお、容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４、復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２、決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１および基準電極Ｅ１２３は、スルーホールなどを利用して端子Ｔ１０１、Ｔ１０２、Ｔ１１１、Ｔ１１２、Ｔ１２１、Ｔ１２３（図１３参照）にそれぞれ接続されており、これらの端子を通じてマイコンおよび電子回路に接続されるようになっている。
【０１１５】
また、絶縁膜１５０は、基板１２０上の容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４に密着して、基板１２０上を覆うように形成されている。そして、絶縁膜１５１は、基板１２０上の決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２および基準電極Ｅ１２３の一部に密着して、基板１２０上を覆うように形成されている。また、ハウジング１７０は、支持部材１６０上において、操作ボタン１３０の周囲を覆うように配置されている。
【０１１６】
次に、静電容量式センサ１０１の回路構成について、図１３を参照して説明する。図１３は、図１０に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【０１１７】
静電容量式センサ１０１では、変位電極１４０と容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４との間には、共通の電極である変位可能な変位電極１４０と、固定された個別の容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４で形成される容量素子Ｃ１０１〜Ｃ１０４が構成されている。また、復帰スイッチＳ１０１が、変位電極１４０と、復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２との間に形成されている。なお、静電容量式センサ１０１における変位電極１４０、容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４および復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２の回路構成については、第１の実施の形態の静電容量式センサ１における変位電極４０、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４および復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２の回路構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
さらに、決定スイッチＳ１０２が、基準電極Ｅ１２３と決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１との間に形成されている。つまり、基準電極Ｅ１１３に接触している決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２が、決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１と接触する状態（オン状態）および決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１と接触しない状態（オフ状態）のいずれかの状態を取り得るようになっている。
【０１１９】
なお、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、操作ボタン１３０の方向ボタン１３２に対する操作が行われなくなった後、方向ボタン１３２に対する操作が行われない状態が所定時間だけ継続された場合に、通常モードからスリープモードに自動的に切り換わる。そして、再度、方向ボタン１３２に対する操作が行われると、復帰スイッチＳ１０１がオフ状態からオン状態に切り換わるのとほぼ同時に、スリープモードから通常モードに切り換わる。
【０１２０】
また、本実施の形態では、スリープモードにおいて、方向ボタン１３２に対する操作が行われることなく、操作ボタン１３０の決定ボタン１３１に対する操作が行われた場合にも、決定スイッチＳ１０２がオフ状態からオン状態に切り換わるのとほぼ同時に、スリープモードから通常モードに切り換わる。
【０１２１】
次に、上述のように構成された本実施の形態に係る静電容量式センサ１０１の動作について、図面を参照して説明する。図１４は、図１０に示す静電容量式センサの方向ボタンにＸ軸正方向への操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【０１２２】
まず、図１０に示す操作ボタン１３０に力が作用していないときの状態において、図１４に示すように、方向ボタン１３２にＸ軸正方向への操作が行われた場合の動作は、第１の実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。つまり、方向ボタン１３２のＸ軸正方向に対応する部分が押し下げられると、変位電極１４０のＸ軸正方向に対応する部分が下方へと変位して、変位電極１４０のＸ軸正方向端部近傍と復帰スイッチ用電極Ｅ１１１、Ｅ１１２とがほぼ同時に接触するようになる。これにより、復帰スイッチＳ１０１がオフ状態からオン状態に切り換わる。その後、引き続き、方向ボタン１３２が押し下げられると、復帰スイッチＳ１０１がオン状態を保持しつつ、変位電極１４０がさらに下方に変位し、変位電極１４０と容量素子用電極Ｅ１０１と間の間隔がさらに小さくなって、容量素子Ｃ１０１の静電容量値が変化する。このとき、端子Ｔ１０１に入力される周期信号Ａは、容量素子Ｃ１０１を含む遅延回路を通過することによって位相にずれが生じ、その位相のずれが読み取られることによって出力信号Ｖｘが導出される。
【０１２３】
なお、方向ボタン１３２に対する操作を行う場合（決定ボタン１３１に対する操作を行わない場合）に、決定スイッチＳ１０２がオフ状態からオン状態に切りかわるという誤操作が生じることはほとんどない。
【０１２４】
次に、図１０に示す操作ボタン１３０に力が作用していないときの状態において、図１５に示すように、決定ボタン１３１に操作が行われた場合、すなわち、決定ボタン１３１の突起部１３１ａの先端部を基板１２０側に押し下げるような力（Ｚ軸負方向への力）が加えられた場合を考える。
【０１２５】
決定ボタン１３１が押し下げられることにより、ボタン支持部１６１と支持部材１６２との間の連結部１６３が弾性変形を生じてたわみ、決定ボタン１３１の突起部１３１ａの先端部が下方へと変位する。このように、決定ボタン１３１の突起部１３１ａの先端部が所定高さだけ押し下げられると、当該先端部と決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２の上面とが接触するようになる。なお、このとき、操作ボタン１３０および変位電極１４０は、水平に（基板１２０とほぼ平行に）維持されている。
【０１２６】
そして、決定ボタン１３１を押し下げる力が所定値に満たないときには決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２はほとんど変位しないが、その力が所定値に達したときには、決定スイッチ用可動電極Ｅ１２２の頂部近傍部分が座屈を伴って急激に弾性変形して凹んだ状態となって決定スイッチ用固定電極Ｅ１２１と接触するようになる。これにより、決定スイッチＳ１０２がオフ状態からオン状態に切り換えられる。このとき、操作者には、明瞭なクリック感が与えられることになる。
【０１２７】
ここで、決定ボタン１３１に対する操作が行われる場合には、方向ボタン１３２に対する操作が行われていない場合と同様に、変位電極１４０は絶縁状態に維持されている。従って、変位電極１４０と容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０４との間に構成される容量素子Ｃ１０１〜Ｃ１０４には電圧がかからないため、当該容量素子Ｃ１０１〜Ｃ１０４に蓄えられている電荷量が無視できる程度に小さくなり、出力信号は一定の大きさで安定している。その結果、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対応する出力信号とは独立して、決定スイッチＳ１０２がオフ状態からオン状態に切り換えられる。
【０１２８】
このように、決定スイッチＳ１０２のオン／オフ状態を切り換えるための決定ボタン１３１に対する操作と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への力が加えられる方向ボタン１３２に対する操作とは、意識的に使い分けることが可能である。
【０１２９】
なお、静電容量式センサ１１０において、容量素子Ｃ１０１〜Ｃ１０４のそれぞれの静電容量値の変化から、方向ボタン１３２への外部からの力の大きさおよび方向を示す出力信号の導出方法およびその出力信号を導出するための信号処理回路について、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【０１３０】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ１０１においては、第１の実施の形態の静電容量式センサ１と同様の効果を得ることができる。さらに、発光ダイオード１８０から出射された光が文字印刷部材１９０に形成された貫通孔１９０ａのみを通過して操作ボタン１３０に達するため、操作ボタン１３０を外部から見たとき、貫通孔１９０ａのみを照らし出すようにすることができる。したがって、操作ボタン１３０の位置および操作方向を容易に把握することができるようになり、特に静電容量式センサ１０１を備えた機器を暗い場所で使用する場合でも操作ボタン１３０に対する操作を適切に施すことができる。
【０１３１】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、上述の第１および第２の実施の形態では、接地されている復帰スイッチ用電極および電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極が、基板上において変位電極の端部近傍に対応するようにそれぞれ１つずつ設けられている場合について説明しているが、これに限らず、これらの復帰スイッチ用電極の数および配置は、本実施の形態と同様の効果が得られる範囲で任意に変更することができる。従って、接地されている復帰スイッチ用電極および電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極は、いずれも２つ以上設けられていてもよい。特に、電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極が２つ以上設けられている場合には、例えば、その電極の一つを発光ダイオードに電気的に接続しておくと、復帰スイッチがオン状態であるときだけ、発光ダイオードを発光させることがハード的に可能となる。
【０１３２】
また、接地されている復帰スイッチ用電極および電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極は、必ずしも基板上に設けられる必要はない。従って、例えば、接地されている復帰スイッチ用電極が、図１の検知部３０の連結部３３の下面において、変位電極４０と離隔して配置されているとともに、電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極が基板上に設けられており、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合に、変位電極４０および接地されている復帰スイッチ用電極が変位することにより、電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極に接触する構成のものであってもよい。また、接地されている復帰スイッチ用電極および電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極が、必ずしも変位電極の端部近傍に対応するように設けられていなくてもよい。
【０１３３】
また、上述の第１の実施の形態では、復帰スイッチ用電極Ｅ１１が接地されており、復帰スイッチ用電極Ｅ１２がプルアップ抵抗素子Ｒ５を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されている場合について説明しているが、これに限らず、復帰スイッチ用電極Ｅ１１がプルアップ抵抗素子を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されており、復帰スイッチ用電極Ｅ１２が接地されていてもよい。
【０１３４】
また、上述の第１の実施の形態では、操作ボタン３１に対して操作が行われたとき、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２が変位電極４０とほぼ同時に接触する場合について説明しているが、これに限らず、復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２は、必ずしも変位電極４０とほぼ同時に接触しなくてもよい。但し、変位電極が両者にほぼ同時に接触しない場合には、変位電極は、まず接地されている復帰スイッチ用電極に接触した後で、プルアップ抵抗素子を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用電極に接触することが好ましい。
【０１３５】
また、上述の第１の実施の形態では、環状の復帰スイッチ用電極Ｅ１１、Ｅ１２が櫛歯状に設けられている場合について説明しているが、これに限らず、２つの復帰スイッチ用電極の形状は、変位電極が変位することにより、いずれもが接触可能な範囲で、任意に変更することができる。従って、必ずしも両者は櫛歯状に形成されている必要はない。
【０１３６】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、外部から加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分の２つの成分を検出可能な静電容量式センサについて説明しているが、これに限らず、上述の２つのうち必要な１成分だけを検出可能なものであってもよい。
【０１３７】
また、上述の第２の実施の形態では、文字印刷部材として、透光性を有さない部材に貫通孔（透光領域）が形成されているものについて説明しているが、これに限らず、透光性を有さない部材に透光性を有する部材により窓などの透光領域が形成されているものであってもよい。また、文字印刷部材として、透光性を有する部材に透光性を有さない非透光領域は形成されているものを用いてもよい。
【０１３８】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、ＥＸ−ＯＲ素子が含まれる信号処理回路が用いられる場合について説明しているが、これに限らず、信号処理回路の構成は任意に変更することができる。従って、排他的論理和演算を行うＥＸ−ＯＲ素子の代わりに、論理和演算を行うＯＲ素子、論理積演算を行うＡＮＤ素子、論理積演算および否定演算を行うＮＡＮＤ素子のいずれかが含まれる信号処理回路が用いられてもよい。この場合には、静電容量式センサの各部材が感度が非常によくなる材料で製作された場合に、信号処理回路の構成によって、静電容量式センサの感度を調節する（ここでは、感度を低下させる）ことができる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、検知部材に対する操作が行われた場合（検知部材の変位が検出される場合）には、検知部材が変位するのに伴って、導電性部材が変位することによって、まず最初に第１および第２のスイッチ用電極と導電性部材とが必ず接触する。そして、第１および第２のスイッチ用電極と導電性部材とが接触した状態が維持されつつ、導電性部材がさらに変位させられる。ここで、第１および第２のスイッチ用電極と導電性部材とが接触する状態および接触しない状態における静電容量式センサの第２のスイッチ用電極からの出力信号は、第２のスイッチ用電極が保持される電位付近のＨｉレベルおよび接地電位付近のＬｏレベルのいずれかの信号であるため、例えば両者が接触しない状態から接触する状態に切り換わる場合の第２のスイッチ用電極からの出力信号は、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化する。従って、静電容量式センサの第２のスイッチ用電極からの出力信号を監視することによって、静電容量式センサに対する操作が行われたことを確実に検出できるため、スリープモードを確実に解除することができる。これにより、静電容量式センサにおいても、検知部材に対する操作が長時間にわたって行われない場合には、スリープモードに切り換えることによって、消費電力を低減することができる。
【０１４０】
また、検知部材に対する操作が行われていない場合には、導電性部材が絶縁状態に維持されているため、導電性部材と容量素子用電極との間に構成される容量素子には電圧がかからない。そのため、当該容量素子に蓄えられている電荷量が無視できる程度に小さくなり、出力信号は一定の大きさで安定している。一方、検知部材に対する操作が行われると、導電性部材が第１のスイッチ用電極を介して接地されるため、当該容量素子に電圧がかかるようになる。そのため、当該容量素子に蓄えられている電荷量が急激に大きくなり、出力信号が当該容量素子の静電容量値の変化に応じて大きく変化する。このように、検知部材に対する操作前および操作後における当該容量素子に蓄えられている電荷量は、検知部材に対する操作が行われている場合と比較すると、いずれも無視できる程度に小さい。そのため、検知部材の操作前の位置と操作後の位置とが異なっている場合、つまり、導電性部材の復帰位置が元の位置からずれた場合でも、検知部材に対する操作前および操作後における静電容量式センサの容量素子に対応する（容量素子用電極からの）出力信号は、ほとんど同じになる。これにより、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【０１４１】
請求項２によると、第１および第２のスイッチ用電極が形成し易いため、センサの製造工程が簡略化される。
【０１４２】
請求項３によると、導電性部材が、第１および第２のスイッチ用電極とほぼ同時に接触するようになるため、静電容量式センサに対する操作が行われた場合に、スリープモードをより確実に解除することができる。
【０１４３】
請求項４によると、光源から出射された光は、膜状部材に形成された所定形状の透光領域に対応する部分を通過して検知部材に導かれるため、検知部材を外部から見たとき、透光領域の所定形状の部分のみを照らし出すようにすることができる。したがって、検知部材の位置および操作方向を容易に把握することができるようになり、特に静電容量式センサを備えた機器を暗い場所で使用する場合でも検知部材に対する操作を適切に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図２】図１の静電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の配置を示す図である。
【図３】図１に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【図４】図１に示す静電容量式センサにおけるモード切り換えを説明するための図である。
【図５】図１に示す静電容量式センサの操作ボタンにＸ軸正方向への操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【図６】図１に示す静電容量式センサに入力される周期信号から出力信号を導出する方法を説明するための説明図である。
【図７】図１に示す静電容量式センサの信号処理回路を示す回路図である。
【図８】図１に示す静電容量式センサのＸ軸方向成分についての信号処理回路を示す回路図（図７の一部分）である。
【図９】図８に示す信号処理回路の各端子および各節点における周期信号の波形を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図１１】図１０の静電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の配置を示す図である。
【図１２】図１０の静電容量式センサに含まれる文字印刷部材の上面図である。
【図１３】図１０に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【図１４】図１０に示す静電容量式センサの方向ボタンにＸ軸正方向への操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【図１５】図１０に示す静電容量式センサの決定ボタンへの操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【図１６】従来の静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図１７】図１６の静電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の配置を示す図である。
【符号の説明】
１、１０１　　静電容量式センサ
２０、１２０　　基板
３０　　検知部
３１　　操作ボタン（検知部材）
４０、１４０　　変位電極（導電性部材）
１３０　　操作ボタン（検知部材）
１３１　　決定ボタン
１３２　　方向ボタン
１８０　　発光ダイオード（光源）
１９０　　文字印刷部材（膜状部材）
Ｅ１〜Ｅ４、Ｅ１０１〜Ｅ１０４　　容量素子用電極
Ｅ１１、Ｅ１１１　　復帰スイッチ用電極（第１のスイッチ用電極）
Ｅ１２、Ｅ１１２　　復帰スイッチ用電極（第２のスイッチ用電極）
Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ１０１〜Ｃ１０４　　容量素子
【図１】
2004020210.tif 000003
【図２】
2004020210.tif 000004
【図３】
2004020210.tif 000005
【図４】
2004020210.tif 000006
【図５】
2004020210.tif 000007
【図６】
2004020210.tif 000008
【図７】
2004020210.tif 000009
【図８】
2004020210.tif 000010
【図９】
2004020210.tif 000011
【図１０】
2004020210.tif 000012
【図１１】
2004020210.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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