專利名稱：觸摸傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種觸摸傳感器(Touch knsor)，特別是涉及一種利用靜電電容的變化檢測(cè)人的指尖、筆尖等的觸摸位置的靜電電容式觸摸傳感器。
背景技術(shù)：
觸摸傳感器作為移動(dòng)電話、便攜式音響設(shè)備、便攜式游戲設(shè)備、電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)等各種電子設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入裝置被人們所熟知(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。近年來(lái)，觸摸傳感器取代以往的輕觸開(kāi)關(guān)(tact switch)而被廣泛應(yīng)用。圖11是表示普通的觸摸傳感器的基本結(jié)構(gòu)的圖。該觸摸傳感器由配置于基板上的16種觸摸鍵1 16以及具有與這些觸摸鍵對(duì)應(yīng)的16個(gè)通道的傳感器電路構(gòu)成。傳感器電路檢測(cè)因人的指尖、筆尖等接觸觸摸鍵1 16中的任一個(gè)而產(chǎn)生的靜電電容的變化。在這種情況下，一個(gè)通道包括用于檢測(cè)對(duì)應(yīng)的一個(gè)觸摸鍵的靜電電容的變化的電路。圖12是表示減少了通道數(shù)的觸摸傳感器的基本結(jié)構(gòu)的圖。在該觸摸傳感器中，觸摸鍵有7種，使7種觸摸鍵中的2種觸摸鍵進(jìn)行組合來(lái)構(gòu)成一個(gè)觸摸鍵。例如，使觸摸鍵1 和觸摸鍵2組合，形成一個(gè)組合觸摸鍵1+2。在這種情況下，通過(guò)通道1、2檢測(cè)組合觸摸鍵 1+2的靜電電容的變化。由此，能夠?qū)鞲衅麟娐返耐ǖ罃?shù)減為7。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2005-190950號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，在圖11的觸摸傳感器中需要與觸摸鍵的數(shù)量相應(yīng)的通道，因此，存在傳感器電路的規(guī)模變大、成本變高這樣的問(wèn)題。另一方面，在圖12的觸摸傳感器中雖然能夠使通道數(shù)變少，但存在用于連接觸摸鍵和傳感器電路的布線數(shù)變多、基板面積變大這樣的問(wèn)題。另外，需要應(yīng)對(duì)由布線數(shù)的增加引起的布線間的串?dāng)_。即，通道數(shù)和布線數(shù)存在權(quán)衡的關(guān)系，若增加通道數(shù)則布線數(shù)減少但成本變高，若組合觸摸鍵來(lái)減少通道數(shù)則布線數(shù)增加并且基板面積變大，不能使通道數(shù)和布線數(shù)這兩者同時(shí)減少。并且，不能同時(shí)按下圖12的組合觸摸鍵。例如，在組合觸摸鍵1+2和1+6同時(shí)被按下時(shí)，通過(guò)傳感器電路的通道1、2、6檢測(cè)靜電電容的變化，但在組合觸摸鍵1+6和2+6同時(shí)被按壓時(shí)，也通過(guò)傳感器電路的通道1、2、6檢測(cè)靜電電容的變化，由此傳感器電路無(wú)法區(qū)分這兩種情況。用于解決問(wèn)題的方案本發(fā)明的觸摸傳感器的特征在于，具備基板；多個(gè)觸摸鍵，上述多個(gè)觸摸鍵在上述基板上配置成多個(gè)行和多個(gè)列，上述多個(gè)觸摸鍵各自具有第一電極和圍繞該第一電極配置的第二電極；多條驅(qū)動(dòng)線，其配置在上述基板上，將與上述多個(gè)行的各行對(duì)應(yīng)地配置在行方向上的多個(gè)觸摸鍵的第二電極相互連接；多條傳感線，其配置在上述基板上，將與上述多個(gè)列的各列對(duì)應(yīng)地配置在列方向上的多個(gè)觸摸鍵的第一電極相互連接；時(shí)鐘源，其對(duì)上述多條驅(qū)動(dòng)線順序施加時(shí)鐘信號(hào)；選擇電路，其在從上述時(shí)鐘源向上述多條驅(qū)動(dòng)線的某一驅(qū)動(dòng)線施加上述時(shí)鐘信號(hào)的期間，順序選擇上述多條傳感線中的某一個(gè)；以及檢測(cè)電路，其檢測(cè)形成于由上述選擇電路選擇出的傳感線所連接的上述觸摸鍵的上述第一電極和上述第二電極之間的靜電電容的電容值的變化。根據(jù)本發(fā)明，能夠同時(shí)減少通道數(shù)和布線數(shù)。另外，還能夠同時(shí)按下多個(gè)觸摸鍵。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是觸摸傳感器的傳感器電路的電路圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的觸摸傳感器的動(dòng)作時(shí)序圖。圖4是電荷放大器的電路圖。圖5是說(shuō)明電荷放大器的動(dòng)作的圖。圖6是表示觸摸鍵周邊的電場(chǎng)狀態(tài)的示意圖。圖7是表示觸摸鍵的第一配置例的俯視圖。圖8是表示觸摸鍵的第二配置例的俯視圖。圖9是表示觸摸鍵的第三配置例的俯視圖。圖10是表示觸摸鍵的結(jié)構(gòu)例的俯視圖。圖11是表示現(xiàn)有的觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖12是表示現(xiàn)有的觸摸傳感器的其它結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明20 鍵盤(pán)；21 觸摸鍵；22-0 22-5 驅(qū)動(dòng)線；23-0 23-5 傳感線；24 接地電極； 30 傳感器電路；31 選擇電路；32 電荷放大器；33 =AD轉(zhuǎn)換器；34 控制電路；35 時(shí)鐘源； 36 =I2C總線接口電路；37 時(shí)鐘布線；51 基準(zhǔn)靜電電容；52 差動(dòng)放大器；53 第一反饋電容；54 第二反饋電容；55 基準(zhǔn)電壓源。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的觸摸傳感器的整體結(jié)構(gòu)的圖。觸摸傳感器包括鍵盤(pán)20 (觸摸面板)和傳感器電路30。===鍵盤(pán)20的結(jié)構(gòu)===首先，對(duì)鍵盤(pán)20的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。鍵盤(pán)20構(gòu)成為包括PCB(Printed Circuit Board 印刷電路板)基板等絕緣基板SUB、配置在該絕緣基板SUB的表面上的36個(gè)觸摸鍵 21、驅(qū)動(dòng)線22-0 22-5、以及傳感線23-0 23-5。36個(gè)觸摸鍵21配置成6行X6列的矩陣。各觸摸鍵21具有配置在絕緣基板SUB 的表面上的中央電極21a(本發(fā)明的“第一電極”的一例)和圍繞該中央電極21a配置的環(huán)狀電極21b (本發(fā)明的“第二電極”的一例)。中央電極21a和環(huán)狀電極21b電分離。驅(qū)動(dòng)線22-0 22-5是與各行對(duì)應(yīng)地配置的，將配置在行方向(圖1的X方向) 上的6個(gè)觸摸鍵21的環(huán)狀電極21b相互電連接。傳感線23-0 23-5是與各列對(duì)應(yīng)地配置的，將配置在列方向(圖1的Y方向)上的6個(gè)觸摸鍵21的中央電極21a相互電連接。
傳感線23-0 23-5與環(huán)狀電極21b電分離。在這種情況下，中央電極2la、環(huán)狀電極21b以及驅(qū)動(dòng)線22-0 22-5由下層布線形成，傳感線23-0 23_5由與下層布線絕緣的上層布線形成，或者，環(huán)狀電極21b以及驅(qū)動(dòng)線22-0 22-5由下層布線形成，中央電極21a以及傳感線23-0 23-5由上層布線形成。驅(qū)動(dòng)線22-0 22-5經(jīng)由配置在絕緣基板SUB的表面上的對(duì)應(yīng)的6個(gè)驅(qū)動(dòng)端子 CdrvO Cdrv5并通過(guò)外部布線LO L5與傳感器電路30的端子PO P5 (時(shí)鐘輸出端子) 相連接。另一方面，傳感線23-0 23-5經(jīng)由通道端子Ch6 Chll并通過(guò)外部布線L6 Lll與傳感器電路30的端子P6 Pll (通道輸入端子)相連接。在觸摸鍵21的中央電極21a和環(huán)狀電極21b的電極之間形成靜電電容，靜電電容的電容值Cl因人的手指等接近觸摸鍵21而發(fā)生變化。如后文所述，傳感器電路30包括將該電容值Cl的變化AC轉(zhuǎn)換成電壓的電路。此外，優(yōu)選的是通過(guò)接合材料在形成有觸摸鍵21、驅(qū)動(dòng)線22-0 22_5、傳感線 23-0 23-5等的絕緣基板SUB上粘貼由丙烯酸類材料等電介質(zhì)材料構(gòu)成的保護(hù)板。===傳感器電路30的結(jié)構(gòu)===傳感器電路30構(gòu)成為包括端子PO Pl 1、選擇電路31、電荷放大器32 (本發(fā)明的 “檢測(cè)電路”的一例)、AD(Analog to Digital，模數(shù))轉(zhuǎn)換器33、控制電路34、時(shí)鐘源35、 I2C總線接口電路36以及時(shí)鐘布線37?？刂齐娐?4是控制傳感器電路30的整體、即選擇電路31、電荷放大器32、AD轉(zhuǎn)換器33、時(shí)鐘源35以及I2C總線接口電路36等的動(dòng)作的電路。傳感器電路30能夠由單芯片的IC(半導(dǎo)體集成電路)形成。端子PO Pll被用作輸入傳感信號(hào)的輸入端子或者輸出時(shí)鐘信號(hào)CLdrv的輸出端子。時(shí)鐘信號(hào)CLdrv是重復(fù)高電平和低電平的信號(hào)。在本實(shí)施方式的觸摸傳感器的情況下，端子PO P5被用作時(shí)鐘信號(hào)CLdrv的輸出端子。S卩，控制電路34的時(shí)鐘源35的時(shí)鐘輸出端通過(guò)12條時(shí)鐘布線37與對(duì)應(yīng)的端子 PO Pll相連接。在這種情況下，控制電路34進(jìn)行控制，使得將時(shí)鐘信號(hào)CLdrv通過(guò)對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘布線37按順序輸出到端子PO P5。如上所述，端子PO P5通過(guò)外部布線LO L5與鍵盤(pán)20的對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)端子 CdrvO Cdrv5相連接，因此，時(shí)鐘信號(hào)CLdrv被順序施加到驅(qū)動(dòng)線22-0 22_5。時(shí)鐘信號(hào)CLdrv在某個(gè)期間僅施加到驅(qū)動(dòng)線22-0，在下一個(gè)期間僅施加到驅(qū)動(dòng)線22_1。(下面，同樣地進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)CLdrv的施加。)由此，時(shí)鐘信號(hào)CLdrv被施加給與驅(qū)動(dòng)線22-0 22_5 連接的環(huán)狀電極21b。而且，通過(guò)施加時(shí)鐘信號(hào)CLdrv，能夠利用電荷放大器32檢測(cè)中央電極21a與環(huán)狀電極21b的電極之間的靜電電容的電容變化。另外，在本實(shí)施方式的觸摸傳感器的情況下，端子P6 Pll被用作輸入傳感信號(hào)的輸入端子。即，如前文所述，鍵盤(pán)20的傳感線23-0 23-5通過(guò)外部布線L6 Lll與傳感器電路30的端子P6 Pll相連接。在時(shí)鐘信號(hào)CLdrv被施加到驅(qū)動(dòng)線22_0 22_5中的任意一條驅(qū)動(dòng)線的期間內(nèi)， 選擇電路31順序選擇傳感線23-0 23-5。即，在施加了時(shí)鐘信號(hào)CLdrv的期間中的某個(gè)期間選擇傳感線23-0，在下一個(gè)期間選擇傳感線23-1。(下面，同樣地進(jìn)行選擇。)電荷放大器32構(gòu)成為如下結(jié)構(gòu)檢測(cè)形成在由選擇電路31選擇出的一條傳感線 23-k(k = 0 O所連接的觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b的電極之間的靜電電容的電容值Cl的變化量AC，并輸出與八(成比例的輸出電壓￥0此。與順序選擇了傳感線 23-0 23-5的期間對(duì)應(yīng)地，電荷放大器32按順序輸出輸出電壓Vout。關(guān)于電荷放大器32 的具體的結(jié)構(gòu)例在后文中進(jìn)行描述。AD轉(zhuǎn)換器33是將電荷放大器32的輸出電壓Vout轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，優(yōu)選由例如16位的Δ-Σ型AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。從AD轉(zhuǎn)換器33輸出的數(shù)字信號(hào)被控制電路34暫時(shí)存儲(chǔ)，并通過(guò)1 總線接口電路36發(fā)送給外部的CPU、例如個(gè)人計(jì)算機(jī)。在這種情況下，與從個(gè)人計(jì)算機(jī)側(cè)施加到串行時(shí)鐘端子SCL上的串行時(shí)鐘同步地從串行數(shù)據(jù)端子SDA串行輸出數(shù)字信號(hào)。個(gè)人計(jì)算機(jī)根據(jù)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)判斷哪個(gè)觸摸鍵 21被按下。在這種情況下，個(gè)人計(jì)算機(jī)例如在該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)大于規(guī)定的閾值時(shí)判斷為觸摸鍵 21被按下。===觸摸傳感器的動(dòng)作===接著，根據(jù)圖3的動(dòng)作時(shí)序圖對(duì)觸摸傳感器的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，從傳感器電路 30的時(shí)鐘輸出端子PO輸出的時(shí)鐘信號(hào)CLdrv在固定期間內(nèi)通過(guò)驅(qū)動(dòng)端子CdrvO施加到鍵盤(pán)20的第一行的驅(qū)動(dòng)線22-0。于是，選擇電路31在該固定期間內(nèi)順序選擇分別與通道端子Ch6 Chll連接的傳感線23-0 23-5。S卩，首先，選擇傳感線23-0(通道端子Ch6)。由此，選擇了配置于第一行第一列的觸摸鍵21。然后，電荷放大器32對(duì)在傳感線23-0所連接的觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b的電極之間形成的靜電電容的電容值Cl的變化量AC進(jìn)行檢測(cè)，并輸出與AC 成比例的輸出電壓Vout。輸出電壓Vout被AD轉(zhuǎn)換器33轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，被控制電路 34暫時(shí)存儲(chǔ)。之后，選擇傳感線23-1 (通道端子Ch7)。由此，選擇了配置于第一行第二列的觸摸鍵21。然后，電荷放大器32對(duì)在傳感線23-1所連接的觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b的電極之間形成的靜電電容的電容值Cl的變化量AC進(jìn)行檢測(cè)，并輸出與AC成比例的輸出電壓Vout。輸出電壓Vout被AD轉(zhuǎn)換器33轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，被控制電路34暫時(shí)存儲(chǔ)。這樣，按順序選擇被配置在鍵盤(pán)20的第一行的6個(gè)觸摸鍵，并且檢測(cè)電容變化。 當(dāng)配置在第一行的6個(gè)觸摸鍵的檢測(cè)全部完成時(shí)，由控制電路34暫時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)通過(guò) I2C總線接口電路36和串行數(shù)據(jù)端子SDA被發(fā)送給外部的個(gè)人計(jì)算機(jī)。接著，從傳感器電路30的時(shí)鐘輸出端子Pl輸出的時(shí)鐘信號(hào)CLdrv在固定期間內(nèi)通過(guò)驅(qū)動(dòng)端子Cdrvl施加到鍵盤(pán)20的第二行的驅(qū)動(dòng)線22-1。于是，選擇電路31在該固定期間內(nèi)順序選擇分別與通道端子Ch6 Chll連接的傳感線23-0 23-5。而且，同樣地，按順序選擇被配置在鍵盤(pán)20的第二行的6個(gè)觸摸鍵，并且檢測(cè)電容變化。接著，從傳感器電路30的時(shí)鐘輸出端子P2輸出的時(shí)鐘信號(hào)CLdrv在固定期間內(nèi)通過(guò)驅(qū)動(dòng)端子Cdrv2施加到鍵盤(pán)20的第三行的驅(qū)動(dòng)線22-2。于是，選擇電路31在該固定期間內(nèi)順序選擇分別與通道端子Ch6 Chll連接的傳感線23-0 23-5。而且，同樣地，按順序選擇被配置在鍵盤(pán)20的第三行的6個(gè)觸摸鍵，并且檢測(cè)電容變化。下面，同樣地，按順序選擇被配置在鍵盤(pán)20的第四行 第六行的6個(gè)觸摸鍵，并且檢測(cè)電容變化。這樣，根據(jù)本實(shí)施方式的觸摸傳感器，能夠順序檢測(cè)36個(gè)觸摸鍵21的電容變化，因此，能夠同時(shí)減少通道數(shù)(Ch6 Chll)和鍵盤(pán)20上的布線數(shù)(驅(qū)動(dòng)線22-0 22_5、傳感線23-0 23-5)。另外，能夠獨(dú)立地檢測(cè)36個(gè)觸摸鍵21的電容變化，因此，還能夠同時(shí)按下多個(gè)觸摸鍵21。另外，能夠適當(dāng)變更鍵盤(pán)20上的觸摸鍵21的個(gè)數(shù)、配置，傳感器電路30的結(jié)構(gòu)也能夠與之對(duì)應(yīng)地進(jìn)行變更。===電荷放大器32的結(jié)構(gòu)例和動(dòng)作===首先，根據(jù)圖4對(duì)電荷放大器32的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說(shuō)明。電荷放大器32構(gòu)成為包括基準(zhǔn)靜電電容51、差動(dòng)放大器52、第一反饋電容53、第二反饋電容M、基準(zhǔn)電壓源55、第一開(kāi)關(guān)SWl以及第二開(kāi)關(guān)SW2?，F(xiàn)在，選擇一個(gè)觸摸鍵21，對(duì)其環(huán)狀電極21b施加時(shí)鐘信號(hào)CLdrv，由選擇電路31 選擇與中央電極21a連接的傳感線23-k(k = 0 5)。在觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b之間形成具有電容值Cl的靜電電容?；鶞?zhǔn)靜電電容51具有第一端子以及第二端子，第一端子與由選擇電路31選擇出的傳感線23-k相連接，對(duì)第二端子施加時(shí)鐘信號(hào)CLdrv的反相信號(hào)*CLdrv。將基準(zhǔn)靜電電容51的電容值設(shè)為Cref。由選擇電路31選擇出的傳感線23-k與差動(dòng)放大器52的非反相輸入端(+)相連接?；鶞?zhǔn)電壓源55產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓l/2Vdrv，該基準(zhǔn)電壓l/2Vdrv是時(shí)鐘信號(hào)CLdrv的高電平與低電平之差、即振幅Vdrv的1/2的電壓。該基準(zhǔn)電壓l/2Vdrv被施加在差動(dòng)放大器52 的反相輸入端(_)上。第一開(kāi)關(guān)SWl和第一反饋電容53并聯(lián)地連接在差動(dòng)放大器52的非反相輸入端 (+)和反相輸出端(_)之間。第二開(kāi)關(guān)SW2和第二反饋電容M并聯(lián)地連接在差動(dòng)放大器 52的反相輸入端(-)和非反相輸出端(+)之間。將第一反饋電容53和第二反饋電容M的電容值設(shè)為Cf。接著，根據(jù)圖5對(duì)電荷放大器32的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。電荷放大器32與時(shí)鐘信號(hào)Cdrv 的高電平、低電平對(duì)應(yīng)地具有兩種動(dòng)作模式，這兩種動(dòng)作模式交替反復(fù)地進(jìn)行。將高電平設(shè)為Vdrv，將低電平設(shè)為接地電壓0V。當(dāng)將來(lái)自差動(dòng)放大器52的反相輸出端子(-)的輸出電壓設(shè)為Vom，將來(lái)自差動(dòng)放大器52的非反相輸出端子(+)的輸出電壓設(shè)為Vop時(shí)，兩者的差電壓為輸出電壓Vout ( = Vop-Vom)。首先，在圖5(a)的電荷蓄積模式時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLdrv是高電平(=Vdrv)。于是， 在觸摸鍵21的靜電電容的環(huán)狀電極21b上施加高電平(=Vdrv)。另外，在基準(zhǔn)靜電電容 51的第二端子上施加低電平(=0V)。另外，在該模式下接通開(kāi)關(guān)SWl以及SW2。由此，差動(dòng)放大器52的反相輸出端子(_)與非反相輸入端子(+)短路，非反相輸出端子(+)與反相輸入端子(_)短路。其結(jié)果是，節(jié)點(diǎn)Nl (與反相輸入端子(-)連接的布線上的節(jié)點(diǎn))、節(jié)點(diǎn) N2(與非反相輸入端子(+)連接的布線上的節(jié)點(diǎn))、反相輸出端子(_)、非反相輸出端子(+) 的電壓分別被設(shè)定為l/2Vdrv。接著，在圖5(b)的電荷傳輸模式時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLdrv是低電平(=OV)。于是，與電荷蓄積模式時(shí)相反地，在觸摸鍵21的靜電電容的環(huán)狀電極21b上施加低電平(0V)。另外，在基準(zhǔn)靜電電容51的第二端子上施加高電平(=Vdrv)。在該模式下斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SWl及 Sff 2 ο
設(shè)在人的手指等遠(yuǎn)離觸摸鍵21而不使觸摸鍵21受到影響的初始狀態(tài)下，設(shè)定為 Cl = Cref = C0而且，設(shè)由于人的手指等的觸摸，靜電電容的電容值Cl變化了 AC。艮口， Cl = C+AC, Cref = C。在圖5(a)的電荷蓄積模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)N2的電荷量按照下述式子進(jìn)行賦值。節(jié)點(diǎn)N2的電荷量= (C+Δ C) ‘ (-l/2Vdrv)+C · (l/2Vdrv)+Cf · 0 ... (1)在圖5(b)的電荷傳輸模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)N2的電荷量按照下述式子進(jìn)行賦值。節(jié)點(diǎn)N2的電荷量= (C+ Δ C) · (l/2Vdrv)+C ‘ (-l/2Vdrv)+Cf ‘ (Vcom_l/2Vdrv)…O)根據(jù)電荷守恒定律，電荷蓄積模式時(shí)和電荷傳輸模式時(shí)的節(jié)點(diǎn)N2的電荷量彼此相等，因此，數(shù)學(xué)式⑴=數(shù)學(xué)式O)。當(dāng)對(duì)于Vom求解該方程式時(shí)得到下述式子。Vcom= (l/2-AC/Cf) 'Vdrv ... (3)同樣地，對(duì)于節(jié)點(diǎn)m求電荷蓄積模式時(shí)和電荷傳輸模式時(shí)的電荷量并應(yīng)用電荷守恒定律，當(dāng)對(duì)于Vop求解該方程式時(shí)得到下述式子。Vop = l/2Vdrv ... (4)根據(jù)數(shù)學(xué)式(3)、(4)求出Vout。Vout = Vop-Vom = Δ C/Cf ‘ Vdrv ...(5)由此可知，電荷放大器32的輸出電壓Vout與觸摸鍵21的靜電電容的變化量AC 成比例地發(fā)生變化。上述計(jì)算以在初始狀態(tài)下Cl = Cref = C為前提，在初始狀態(tài)下Cl與 Cref存在差值的情況下，能夠使用校準(zhǔn)電路調(diào)整Cref，使得輸出電壓Vout的偏移為規(guī)定值或最小值。此外，在上述傳感器電路30中，電荷放大器32構(gòu)成為如下結(jié)構(gòu)具備基準(zhǔn)靜電電容51，對(duì)在由選擇電路31選擇出的一條傳感線23-k(k = O 幻所連接的觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b的電極之間形成的靜電電容的電容值Cl的變化量△ C進(jìn)行檢測(cè)，輸出與Δ C成比例的輸出電壓Vout。即，是單檢測(cè)方式。與此相對(duì)地，還可以使用差動(dòng)檢測(cè)方式。在這種情況下，選擇電路31構(gòu)成為如下結(jié)構(gòu)選擇兩條傳感線、例如相鄰的傳感線23-k、23-(k+l)，檢測(cè)分別與傳感線23-k、 23-(k+l)連接的觸摸鍵21的靜電電容的電容值之差。此外，觸摸鍵21的靜電電容的變化量AC的符號(hào)因電氣模型而異。參照?qǐng)D6對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。圖6是觸摸鍵21的截面圖。在圖6的(a)的初始狀態(tài)下AC = O。圖6的(b) 是將人的手指等100作為電介質(zhì)的電介質(zhì)模型，當(dāng)人的手指等100接近觸摸鍵21時(shí)，在中央電極21a與環(huán)狀電極21b之間產(chǎn)生的電力線由于通過(guò)人的手指等100中而其條數(shù)增加。 其結(jié)果，在觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b之間形成的靜電電容的電容值增加。 即，根據(jù)該電介質(zhì)模型，AC > O。另一方面，圖6的(C)是將人的手指等100作為接地導(dǎo)體的電場(chǎng)屏蔽模型，當(dāng)人的手指等100接近觸摸鍵21時(shí)，在中央電極21a與環(huán)狀電極21b之間產(chǎn)生的電力線由接地的人的手指等100所引起的電場(chǎng)屏蔽效果而減少。其結(jié)果，在觸摸鍵21的中央電極21a與環(huán)狀電極21b之間形成的靜電電容的電容值減少。即，根據(jù)該電場(chǎng)屏蔽模型，AC < O。
===鍵盤(pán)的其它結(jié)構(gòu)例===圖7的鍵盤(pán)20A為與圖1的鍵盤(pán)20同樣地6行X6列地配置了 36個(gè)觸摸鍵。36 個(gè)觸摸鍵分別被附加SWl SW36的開(kāi)關(guān)號(hào)。圖1的鍵盤(pán)20的觸摸鍵21全部用同一圖案形成，但圖7的鍵盤(pán)20A包含具有不同圖案的觸摸鍵。即，為了使觸摸鍵SW19與個(gè)人計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)的Shift鍵、Space鍵等大型的特殊鍵對(duì)應(yīng)，使觸摸鍵SW19與其它的觸摸鍵SWl等相比尺寸較大。另外，關(guān)于觸摸鍵SW25、S擬6， 也以同樣的目的將兩個(gè)圖1的觸摸鍵21連接在一起。在這種情況下，由兩條傳感線23-0、 23-1來(lái)檢測(cè)靜電電容的電容變化。另外，關(guān)于觸摸鍵SW34、SW35、SW36，也以同樣的目的將三個(gè)圖1的觸摸鍵21連接在一起。在這種情況下，由三條傳感線23-3、23-4、23-5來(lái)檢測(cè)靜電電容的電容變化。還存在從圖7的鍵盤(pán)20A去除一部分的觸摸鍵的方式。圖8的鍵盤(pán)20B是這種鍵盤(pán)的方式的一例，是從圖7的鍵盤(pán)20A去除觸摸鍵SW5、Sff8, Sff 15, SW25、SW26, SW28, SW32 這七個(gè)觸摸鍵后的鍵盤(pán)。在這種情況下，去除了觸摸鍵的部分當(dāng)然不作為觸摸鍵工作。圖9的鍵盤(pán)20C是將36個(gè)圖1的觸摸鍵21配置成3行X 12列的鍵盤(pán)。36個(gè)觸摸鍵分別被附加SWl SW36的開(kāi)關(guān)號(hào)。觀察鍵盤(pán)20C的左半部分的3行X6列的觸摸鍵的配置可知，該配置與圖1的上半部分的觸摸鍵21的配置相同。另外，鍵盤(pán)20C的右半部分的3行X6列的觸摸鍵與圖1的下半部分的觸摸鍵21的配置相同。而且，觸摸鍵SWl SW36與驅(qū)動(dòng)線22-0 22-5及傳感線23-0 23_5的電連接關(guān)系等價(jià)于圖1的鍵盤(pán)20。此外，觸摸鍵的個(gè)數(shù)、配置不限于本實(shí)施方式，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兏?==觸摸鍵21的結(jié)構(gòu)例===接著，根據(jù)圖10對(duì)配置在絕緣基板SUB上的觸摸鍵21的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說(shuō)明。圖10 的(a)示出了圓形的觸摸鍵21，圖10的(b)示出了四方形的觸摸鍵21，圖10的(c)示出了梳形的觸摸鍵21。另外，在圖10的(a)、(b)、(c)中，左側(cè)示出了普通的觸摸鍵21，右側(cè)示出了對(duì)應(yīng)于shift鍵等的大型的觸摸鍵21。大型的觸摸鍵21能夠用于圖7的觸摸鍵SW25、 SW26。首先，在圖10(a)中，普通的觸摸鍵21在中央配置有橢圓形的中央電極21a，圍繞中央電極21a配置有橢圓形的環(huán)狀電極21b。大型的觸摸鍵21則配置有兩個(gè)略橢圓形的中央電極21a，圍繞兩個(gè)中央電極21a配置有略橢圓形的環(huán)狀電極21b。優(yōu)選的是在大型的觸摸鍵21中兩個(gè)中央電極21a上分別連接不同的傳感線。中央電極21a和環(huán)狀電極21b也可以是圓形。在圖10的(b)中，普通的觸摸鍵21在中央配置有四方形的中央電極21a，圍繞中央電極21a配置有四方形的環(huán)狀電極21b。大型的觸摸鍵21則配置有兩個(gè)四方形的中央電極21a，圍繞兩個(gè)中央電極21a配置有四方形的環(huán)狀電極21b。在圖(10)的(c)中，普通的觸摸鍵21分別圍繞細(xì)長(zhǎng)的多個(gè)中央電極21a配置有環(huán)狀電極21b。大型的觸摸鍵21則在被環(huán)狀電極21b包圍的一個(gè)區(qū)域內(nèi)配置有兩個(gè)中央電極21a，由此整體上呈橫向長(zhǎng)的形狀。當(dāng)對(duì)圖10的(a) 圖10的(c)的觸摸鍵21的特性進(jìn)行對(duì)比時(shí)，具有如下特性 在圖10的(a)的觸摸鍵21的中央處?kù)`敏度為峰值，接近靈敏度高，該接近靈敏度即為在人的手指等接近觸摸鍵21時(shí)的電荷放大器32的檢測(cè)靈敏度。圖10的(b)的觸摸鍵21的接近靈敏度也高，但有時(shí)會(huì)受相鄰配置的觸摸鍵21的影響。圖10的(c)的觸摸鍵21具有如下特性接近靈敏度比較低，但是接觸靈敏度高，該接觸靈敏度即為在人的手指等接觸觸摸鍵21時(shí)的電荷放大器32的檢測(cè)靈敏度。 另外，在圖10的(a)、(b)、(c)的觸摸鍵21中，通過(guò)在環(huán)狀電極21b的外側(cè)的絕緣基板SUB上配置接地電極M，能夠減少干擾噪聲對(duì)觸摸鍵21的影響。
權(quán)利要求
1.一種觸摸傳感器，其特征在于，具備 基板；多個(gè)觸摸鍵，上述多個(gè)觸摸鍵在上述基板上配置成多個(gè)行和多個(gè)列，上述多個(gè)觸摸鍵各自具有第一電極和圍繞該第一電極配置的第二電極；多條驅(qū)動(dòng)線，其配置在上述基板上，將與上述多個(gè)行的各行對(duì)應(yīng)地配置在行方向上的多個(gè)觸摸鍵的第二電極相互連接；多條傳感線，其配置在上述基板上，將與上述多個(gè)列的各列對(duì)應(yīng)地配置在列方向上的多個(gè)觸摸鍵的第一電極相互連接；時(shí)鐘源，其對(duì)上述多條驅(qū)動(dòng)線順序施加時(shí)鐘信號(hào)；選擇電路，其在從上述時(shí)鐘源向上述多條驅(qū)動(dòng)線的某一驅(qū)動(dòng)線施加上述時(shí)鐘信號(hào)的期間，順序選擇上述多條傳感線中的某一個(gè)；以及檢測(cè)電路，其檢測(cè)形成于由上述選擇電路選擇出的傳感線所連接的上述觸摸鍵的上述第一電極和上述第二電極之間的靜電電容的電容值的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其特征在于， 上述第一電極和上述第二電極具有圓形的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其特征在于， 上述第一電極和上述第二電極具有四方形的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于，在上述基板上還具備接地電極，該接地電極配置于上述第二電極的外側(cè)的上述基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于， 上述檢測(cè)電路具備基準(zhǔn)靜電電容，其具有第一端子和第二端子，上述第一端子與由上述選擇電路選擇出的傳感線相連接，上述第二端子被施加上述時(shí)鐘信號(hào)的反相信號(hào)；差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器的非反相輸入端與由上述選擇電路選擇出的上述傳感線相連接，該差動(dòng)放大器的反相輸入端被施加上述時(shí)鐘信號(hào)的高電平與低電平之差的1/2的電壓；第一開(kāi)關(guān)和第一反饋電容，它們并聯(lián)地連接在上述差動(dòng)放大器的非反相輸入端和反相輸出端之間；第二開(kāi)關(guān)和第二反饋電容，它們并聯(lián)地連接在上述差動(dòng)放大器的非反相輸入端和反相輸出端之間；以及控制電路，其進(jìn)行控制使得在上述時(shí)鐘信號(hào)為高電平的期間內(nèi)接通上述第一開(kāi)關(guān)和上述第二開(kāi)關(guān)，在上述時(shí)鐘信號(hào)為低電平的期間內(nèi)斷開(kāi)上述第一開(kāi)關(guān)和上述第二開(kāi)關(guān)，其中，從上述非反相輸出端和上述反相輸出端輸出與上述靜電電容的變化成比例的輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸傳感器，其特征在于， 上述檢測(cè)電路具備基準(zhǔn)靜電電容，其具有第一端子和第二端子，上述第一端子與由上述選擇電路選擇出的傳感線相連接，上述第二端子被施加上述時(shí)鐘信號(hào)的反相信號(hào)；差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器的非反相輸入端與由上述選擇電路選擇出的上述傳感線相連接，該差動(dòng)放大器的反相輸入端被施加上述時(shí)鐘信號(hào)的高電平與低電平之差的1/2的電壓；第一開(kāi)關(guān)和第一反饋電容，它們并聯(lián)地連接在上述差動(dòng)放大器的非反相輸入端和反相輸出端之間；第二開(kāi)關(guān)和第二反饋電容，它們并聯(lián)地連接在上述差動(dòng)放大器的非反相輸入端和反相輸出端之間；以及控制電路，其進(jìn)行控制使得在上述時(shí)鐘信號(hào)為高電平的期間內(nèi)接通上述第一開(kāi)關(guān)和上述第二開(kāi)關(guān)，在上述時(shí)鐘信號(hào)為低電平的期間內(nèi)斷開(kāi)上述第一開(kāi)關(guān)和上述第二開(kāi)關(guān)，其中，從上述非反相輸出端和上述反相輸出端輸出與上述靜電電容的變化成比例的輸出電壓。
全文摘要
提供一種觸摸傳感器，該觸摸傳感器能夠同時(shí)減少通道數(shù)和布線數(shù)，并能夠同時(shí)按下多個(gè)觸摸鍵。鍵盤(pán)(20)構(gòu)成為包括6行6列地配置在絕緣基板(SUB)上的36個(gè)觸摸鍵(21)、驅(qū)動(dòng)線(22-0～22-5)、以及傳感線(23-0～23-5)。觸摸鍵(21)具有配置在絕緣基板(SUB)上的中央電極(21a)和圍繞該中央電極(21a)配置的環(huán)狀電極(21b)。傳感器電路(30)構(gòu)成為包括選擇電路(31)、電荷放大器(32)。電荷放大器(32)對(duì)形成在由選擇電路(31)選擇出的一條傳感線(23-k(k＝0～5))所連接的觸摸鍵(21)的中央電極(21a)與環(huán)狀電極(21b)的電極之間的靜電電容的電容值(C1)的變化量(ΔC)進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102411461SQ201110273158
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者伊藤浩也, 太田垣貴康, 市川淳啟 申請(qǐng)人:安森美半導(dǎo)體貿(mào)易公司