專利名稱：靜電容量式觸摸傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電容量式觸摸傳感器。
背景技術(shù)：
以往，作為各種設(shè)備的輸入裝置，已知一種靜電容量式觸摸傳感器。以往的靜電容量式觸摸傳感器具備觸摸面板，其具有顯示面，在顯示面上顯示要進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入的輸入內(nèi)容；以及檢測部，其檢測操作者對顯示在顯示面上的輸入內(nèi)容進(jìn)行指示的情況，檢測部檢測操作者的手指靠近形成在絕緣性電路基板上的檢測電極而導(dǎo)致的靜電容量的變化，來識別操作者所指示的輸入內(nèi)容。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-190950號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，在以往的靜電容量式觸摸傳感器中，在觸摸面板上檢測多個觸摸位置、即增加數(shù)據(jù)輸入量受到限制。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠使用較少的檢測電極來檢測多個觸摸位置的靜電容量式觸摸傳感器。本發(fā)明的其它目的在于，提供一種提高傳感器輸出與觸摸位置的線性相關(guān)性，從而提高觸摸位置的檢測精度的靜電容量式傳感器。用于解決問題的方案本發(fā)明的靜電容量式觸摸傳感器的特征在于，具備基板；第一共用電位線，其設(shè)置在上述基板上；第二共用電位線，其設(shè)置在上述基板上且包圍上述第一共用電位線；第一檢測電極和第二檢測電極，其設(shè)置在由上述第一共用電位線和上述第二共用電位線包圍的區(qū)域中并且相對于穿過上述第一共用電位線和上述第二共用電位線的共用的中心的Y 軸線對稱；第三檢測電極和第四檢測電極，其設(shè)置在上述區(qū)域中并且相對于穿過上述共用的中心且與上述Y軸正交的X軸線對稱；以及電荷放大器，其生成第一輸出電壓和第二輸出電壓，上述第一輸出電壓與第一電容和第二電容的電容差成比例，上述第一電容形成在上述第一檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二電容形成在上述第二檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二輸出電壓與第三電容和第四電容的電容差成比例，上述第三電容形成在上述第三檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第四電容形成在上述第四檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間。本發(fā)明的另一靜電容量式觸摸傳感器的特征在于，具備基板；第一共用電位線， 其設(shè)置在上述基板上；第二共用電位線，其設(shè)置在上述基板上且與上述第一共用電位線相鄰；第一檢測電極至第四檢測電極，其設(shè)置在由上述第一共用電位線和上述第二共用電位線包圍的區(qū)域中；以及電荷放大器，其生成第一輸出電壓和第二輸出電壓，上述第一輸出電壓與第一電容和第二電容的電容差成比例，上述第一電容形成在上述第一檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二電容形成在上述第二檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二輸出電壓與第三電容和第四電容的電容差成比例，上述第三電容形成在上述第三檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第四電容形成在上述第四檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的靜電容量式觸摸傳感器，可提供一種能夠使用四個檢測電極來檢測多個觸摸位置的靜電容量式觸摸傳感器。另外，能夠通過提高傳感器輸出與觸摸位置的線性相關(guān)性，來提高觸摸位置的檢測精度。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示圖1的靜電容量式觸摸傳感器的觸摸面板部的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是沿圖1的A-A線的截面圖。圖4是表示檢測電極的電容變化ACl、AC2與扇形的旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系的圖。圖5是表示切11_1(八(1/八02)與扇形的旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系的圖。圖6是電荷放大器的電路圖。圖7是說明電荷放大器的動作的圖。圖8是表示本發(fā)明的第二實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖9是表示本發(fā)明的第三實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是表示本發(fā)明的第四實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是表示本發(fā)明的第五實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。附圖標(biāo)記說明10 絕緣基板；ll、lla Ild 第一檢測電極；12、12a 12d 第二檢測電極；13、 13a 13d 第三檢測電極；14、Ha 14d 第四檢測電極；15、15a 15d 第一共用電位線； 16、16a 16d 第二共用電位線；COM 共用電位端子；COl 第一輸出端子；C02 第二輸出端子；C03 第三輸出端子；C04 第四輸出端子；18、25 時鐘發(fā)生器；19 選擇電路；20 電荷放大器；21 =AD轉(zhuǎn)換器；22 絕緣膜；26 差動放大器；30 運算裝置；Cl 第一電容；C2 第二電容；C3 第三電容；C4 第四電容；SWl SW6 開關(guān)；Cfl 第一反饋電容；Cf2 第二反饋電容；BLl BL4 邊界區(qū)域。
具體實施例方式[第一實施方式]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖2是表示圖1的靜電容量式觸摸傳感器的觸摸面板部的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是沿圖1的A-A 線的截面圖。
靜電容量式觸摸傳感器由觸摸面板部和信號處理電路部構(gòu)成。觸摸面板部構(gòu)成為包括PCB基板等絕緣基板10、設(shè)置在絕緣基板10上的第一檢測電極至第四檢測電極11、 12、13、14、第一共用電位線和第二共用電位線15、16、共用電位配線17、共用電位端子COM、 以及第一輸出端子至第四輸出端子C01、C02、C03、C04。信號處理電路部構(gòu)成為包括時鐘發(fā)生器18、選擇電路19、電荷放大器20、AD轉(zhuǎn)換器21、以及運算裝置30。第一共用電位線15設(shè)置在具有中心0的半徑為R的圓周上。第二共用電位線16 設(shè)置在具有中心0的半徑為(R+W)的圓周上。也就是說，第一共用電位線15和第二共用電位線16分別設(shè)置在兩個同心圓的圓周上。在這種情況下，較為理想的是，例如R為12. 5mm、 W為5mm，第一共用電位線15和第二共用電位線16的寬度大約為0. 5mm。第一共用電位線15和第二共用電位線16通過共用電位配線17進(jìn)行電連接。共用電位配線17是第一輸出端子至第四輸出端子COl C04的上層或下層的配線，且與第一輸出端子至第四輸出端子COl C04之間電絕緣。共用電位配線17與共用電位端子COM 相連接。對共用電位端子COM施加來自時鐘發(fā)生器18的重復(fù)H電平與L電平的時鐘。由此，構(gòu)成了對第一共用電位線15和第二共用電位線16施加上述時鐘的結(jié)構(gòu)。第一檢測電極至第四檢測電極11 14設(shè)置在環(huán)形區(qū)域RE中，該環(huán)形區(qū)域RE是由第一共用電位線15和第二共用電位線16圍的具有寬度W的區(qū)域。第一檢測電極11和第二檢測電極12相對于穿過中心0的Y軸線對稱地設(shè)置，第三檢測電極13和第四檢測電極14相對于穿過中心0的X軸線對稱地設(shè)置。X軸和Y軸相互正交。換言之，第一檢測電極11和第二檢測電極12是相對于中心0點對稱的一對月牙狀圖案，第三檢測電極13和第四檢測電極14相對于中心0點對稱。第一檢測電極11和第二檢測電極12是一對全等的月牙狀圖案，第三檢測電極13和第四檢測電極14是一對全等的月牙狀圖案。第一檢測電極11和第二檢測電極12的寬度在Y = 0時取最大值，第三檢測電極13和第四檢測電極14的寬度在X = 0時取最大值。該最大值例如大約為4mm。第一檢測電極11的右端與第二共用電位線16的右半邊相隔微小的距離(約 0. 5mm)并互相對置，第二檢測電極12的左端與第二共用電位線16的左半邊相隔微小的距離(約0. 5mm)并互相對置，另外，第三檢測電極13的下端與第一共用電位線15的上半邊相隔微小的距離(約0. 5mm)并互相對置，第四檢測電極14的上端與第一共用電位線15的下半邊相隔微小的距離(約0. 5mm)并互相對置。在由X軸、Y軸構(gòu)成的X-Y坐標(biāo)系的第一象限中，第一檢測電極11和第三檢測電極13被狹窄的邊界區(qū)域BLl分離。觀察圖3的A-A線截面圖可知，在絕緣基板10上設(shè)置有第一檢測電極11、第三檢測電極13、第一共用電位線15以及第二共用電位線16，覆蓋這些部件而形成的絕緣膜22。另外，在X-Y坐標(biāo)系的第二象限中，第二檢測電極12和第三檢測電極13被狹窄的邊界區(qū)域BL2分離。同樣地，在X-Y坐標(biāo)系的第三象限中，第二檢測電極12和第四檢測電極14被狹窄的邊界區(qū)域BL3分離。同樣地，在X-Y坐標(biāo)系的第四象限中，第一檢測電極11 和第四檢測電極14被狹窄的邊界區(qū)域BL4分離。邊界區(qū)域BL1、BL2相對于Y軸線對稱，邊界區(qū)域BL3、BL4相對于Y軸線對稱。邊界區(qū)域BLl BL4的寬度大約為0. 5mm。此外，第一共用電位線15、第二共用電位線16、第一檢測電極至第四檢測電極11 14可以使用ITO等透明導(dǎo)電材料、或鋁等金屬材料來形成。如果著眼于第一象限中的第一檢測電極11和第三檢測電極13的邊界區(qū)域BL1，則邊界區(qū)域BLl的中心線(在圖1、圖2中用雙點劃線表示)上的點A的坐標(biāo)(X、Y)可以用下面的數(shù)式表示。X=(R+WXn/90° ) X cos ( π Xn/180° )...(1)Y=(R+WXn/90° ) X sin ( π Xn/180° ). . . (2)在此，η為0° 90°。g卩，當(dāng)η = 0°時，(X、Y) = (R、0)，點A位于第一共用電位線15所描繪的圓周上。當(dāng)η = 90°時，(X、Y) = (0、R+W)，點A位于第二共用電位線16 所描繪的圓周上。如圖2所示，關(guān)于第二共用電位線16所描繪的圓，考慮了中心角δ例如為10°的扇形。能夠?qū)⒃撋刃闻c由第一共用電位線15和第二共用電位線16圍成的環(huán)形區(qū)域RE的重疊區(qū)域、即圖2中被附以斜線的區(qū)域假定為人的指尖所觸摸的觸摸區(qū)域。將該觸摸區(qū)域所包含的第一檢測電極11的面積設(shè)為Si、第三檢測電極13的面積設(shè)為S2。當(dāng)前，設(shè)為該扇形在X-Y坐標(biāo)系的第一象限中以中心0為旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)。 這相當(dāng)于與觸摸面板部相接觸的人的指尖在環(huán)形區(qū)域RE中逆時針旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度為0°的情況與圖2的狀態(tài)對應(yīng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度從0°起開始增加直到變?yōu)?0°時，扇形的端點B到達(dá)Y軸上。面積S1、S2相對于扇形(中心角δ = 10° )的旋轉(zhuǎn)角度的變化如圖4所示。艮口， 當(dāng)扇形的旋轉(zhuǎn)角度增加時，面積Sl線性地減少而面積S2線性地增加。S1+S2是固定的。在圖4中，縱軸是相對尺度，設(shè)定為S1+S2 = 50。從電容變化的觀點來看，在第一檢測電極11與第一共用電位線和第二共用電位線15、16之間形成第一電容Cl，在第二檢測電極12與第一共用電位線和第二共用電位線 15、16之間形成第二電容C2。當(dāng)人的指尖遠(yuǎn)離觸摸面板部時，第一電容Cl和第二電容C2的電容值相等。當(dāng)人的指尖觸摸環(huán)形區(qū)域RE時，第一電容Cl與面積Sl成比例地增加。這是因為在人的指尖作為電介質(zhì)進(jìn)行動作的電介質(zhì)模型中，在第一檢測電極11與第一共用電位線和第二共用電位線15、16之間通過人的手指的電力線的數(shù)量增加。因而，第一電容Cl 與第二電容C2的電容差A(yù)Cl與面積Sl成比例地變化。但是，在人的指尖接地而屏蔽電場的電場屏蔽模型的情況下，第一電容Cl與面積Sl成比例地減少。以下的說明基于電介質(zhì)模型。同樣地，在第三檢測電極13與第一共用電位線和第二共用電位線15、16之間形成第三電容C3，在第四檢測電極14與第一共用電位線和第二共用電位線15、16之間形成第四電容C4。當(dāng)人的指尖遠(yuǎn)離觸摸面板部時，第三電容C3和第四電容C4的電容值相等，當(dāng)人的指尖觸摸環(huán)形區(qū)域RE時，第三電容C3與面積S2成比例地增加。因而，第三電容C3與第四電容C4的電容差Δ C2與面積S2成比例地變化。于是，如圖4所示，當(dāng)扇形的旋轉(zhuǎn)角度增加時，電容差A(yù)Cl線性地減小，電容差 AC2相對于扇形的旋轉(zhuǎn)角度而線性地增大。因此，如果用計算式ATAN2(AC1，Δ C2) = tan"1 ( Δ Cl/ Δ C2)進(jìn)行角度計算，則能夠得到圖5。tan—1是tan的反函數(shù)。圖5的橫軸是扇形的旋轉(zhuǎn)角度。圖5的縱軸是 tarTHACl/ACZ)，其單位是弧度。圖5的tarT1 ( Δ Cl/Δ C2)相對于旋轉(zhuǎn)角度的曲線為直線，將與理想的線性特性(圖5的單點劃線)之間的偏差控制在以下。因而，能夠由信號處理部電氣地求出電容差Δ Cl、Δ C2，根據(jù)上述計算式高精度地求出扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的接觸位置。下面，詳細(xì)地說明信號處理部的結(jié)構(gòu)。第一檢測電極至第四檢測電極11 14分別與設(shè)置在絕緣基板10上的第一輸出端子至第四輸出端子COl C04相連接。第一輸出端子至第四輸出端子COl C04與選擇電路19的對應(yīng)的輸入端子相連接。選擇電路19以第一相選擇第一輸出端子COl和第二輸出端子C02，以第二相選擇第三輸出端子C03和第四輸出端子C04。以第一相選擇出的第一輸出端子COl和第二輸出端子C02分別與電荷放大器20 的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)、反轉(zhuǎn)輸入端子(_)相連接。以第二相選擇出的第三輸出端子C03和第四輸出端子C04分別與電荷放大器20的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)、反轉(zhuǎn)輸入端子(_)相連接。
電荷放大器20構(gòu)成為如下以第一相輸出與第一電容Cl和第二電容C2的電容差 Δ Cl成比例的第一輸出電壓Vl (Vout = Vl),以第二相輸出與第三電容C3和第四電容C4的電容差A(yù)C2成比例的第二輸出電壓V2。當(dāng)(Vout = V2)時，關(guān)系式V1/V2= AC1/AC2、 tarT1 ( Δ Cl/Δ C2) = tan-1 (V1/V2)成立。AD轉(zhuǎn)換器21將電荷放大器20的第一輸出電壓Vl和第二輸出電壓V2轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。運算裝置30例如是微型計算機，使用被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的第一輸出電壓Vl和第二輸出電壓V2進(jìn)行tarTHVlA^)的計算，并根據(jù)tarTYVlA^)與扇形的旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系來檢測扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的觸摸位置。在這種情況下，tarT1 (V1/V2)相對于旋轉(zhuǎn)角度的曲線與tarT1 ( Δ Cl/ Δ C2)相對于旋轉(zhuǎn)角度的曲線相同，大致為直線。因而，能夠根據(jù)計算式tarT1 (Vl/Μ)來高精度地求出扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的觸摸位置。另外，根據(jù)本實施方式，通過以差動方式來檢測人的指尖的觸摸而導(dǎo)致的電容變化，因此，抗噪聲特性優(yōu)良。并且，通過對觸摸位置分配要進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入的輸入內(nèi)容，能夠構(gòu)成數(shù)據(jù)輸入裝置。如上所述，對X-Y坐標(biāo)系的第一象限中的觸摸位置的檢測進(jìn)行了說明，第二象限、 第三象限、第四象限中的觸摸位置的檢測也同樣。[電荷放大器20的結(jié)構(gòu)例]下面，根據(jù)圖6和圖7來說明電荷放大器20的具體的結(jié)構(gòu)例。電荷放大器20構(gòu)成為包括時鐘發(fā)生器18、25、電容CXI、CX2、差動放大器沈、開關(guān)SW5、SW6、第一反饋電容 Cf!、以及第二反饋電容Cf2。圖6示出了以下情況由選擇電路19選擇第一輸出端子COl和第二輸出端子C02， 對電荷放大器20的非反轉(zhuǎn)輸入端子⑴施加來自第一輸出端子COl的信號，對電荷放大器 20的反轉(zhuǎn)輸入端子(-)施加來自第二輸出端子C02的信號。在圖6中，用虛線包圍的部分是絕緣基板10，形成有上述第一電容Cl和第二電容C2。時鐘發(fā)生器18構(gòu)成電荷放大器20的一部分，由交替地接通/斷開的開關(guān)SW1、SW2 形成。當(dāng)接通開關(guān)SW1、關(guān)斷開關(guān)SW2時，時鐘發(fā)生器18輸出接地電壓(OV)，而當(dāng)關(guān)斷開關(guān) SW1、接通開關(guān)SW2時，時鐘發(fā)生器18輸出基準(zhǔn)電壓Vref (正電壓)。也就是說，時鐘發(fā)生器 18輸出交替地重復(fù)基準(zhǔn)電壓Vref (H電平)與OV(L電平)的時鐘。另外，第一電容Cl與電容CXl串聯(lián)地連接，第二電容C2與電容CX2串聯(lián)地連接。電容CX1、CX2的共用連接點上連接有與時鐘發(fā)生器18相同的時鐘發(fā)生器25。時鐘發(fā)生器 25由交替地接通/斷開的開關(guān)SW3、SW4形成。當(dāng)接通開關(guān)SW3、關(guān)斷開關(guān)SW4時，時鐘發(fā)生器25輸出接地電壓(OV)，而當(dāng)關(guān)斷開關(guān)SW3、接通開關(guān)SW4時，時鐘發(fā)生器25輸出基準(zhǔn)電壓Vref (正電壓)。并且，時鐘發(fā)生器18、25構(gòu)成為輸出互為反相的時鐘。差動放大器沈是普通的差動放大器，其非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)上連接有從第一電容 Cl與電容CXl的連接點節(jié)點N2引出的配線，其反轉(zhuǎn)輸入端子(_)上連接有從第二電容C2 與電容CX2的連接點節(jié)點m引出的配線。差動放大器沈的反轉(zhuǎn)輸出端子(_)與非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)之間連接有第一反饋電容Cf 1，差動放大器沈的非反轉(zhuǎn)輸出端子(+)與反轉(zhuǎn)輸入端子(-)之間連接有第二反饋電容Cf2。第一反饋電容Cfl和第二反饋電容Cf2具有相等的電容值CfA。開關(guān)SW5連接在差動放大器沈的反轉(zhuǎn)輸出端子(_)與非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)之間， 開關(guān)SW6連接在差動放大器沈的非反轉(zhuǎn)輸出端子(+)與反轉(zhuǎn)輸入端子(_)之間。開關(guān)SW5、 SW6同時接通/斷開。也就是說，當(dāng)開關(guān)SW5、SW6接通時，差動放大器沈的反轉(zhuǎn)輸出端子 (-)與非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)之間短路，并且差動放大器沈的非反轉(zhuǎn)輸出端子(+)與反轉(zhuǎn)輸入端子㈠之間短路。將來自差動放大器沈的反轉(zhuǎn)輸出端子(_)的輸出電壓設(shè)為Vom，將來自差動放大器26的非反轉(zhuǎn)輸出端子⑴的輸出電壓設(shè)為Vop，將二者的差電壓設(shè)為V0Ut( = V0p-V0m)。接著，根據(jù)圖7來說明上述結(jié)構(gòu)的電荷放大器20的動作。電荷放大器20具有兩個動作模式、即電荷蓄積模式和電荷傳輸模式，這兩個動作模式交替地重復(fù)多次。首先，在圖7的(a)的電荷蓄積模式時，時鐘發(fā)生器18的開關(guān)SWl斷開，開關(guān)SW2 接通，由此對第一電容Cl和第二電容C2施加基準(zhǔn)電壓Vref。另外，時鐘發(fā)生器25的開關(guān) SW4斷開，開關(guān)SW3接通，由此對電容CXI、CX2施加接地電壓(OV)。另外，接通開關(guān)SW5、SW6。由此，差動放大器沈的反轉(zhuǎn)輸出端子㈠與非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)之間短路，并且差動放大器沈的非反轉(zhuǎn)輸出端子(+)與反轉(zhuǎn)輸入端子(_)之間短路。其結(jié)果，節(jié)點Ni、節(jié)點N2、反轉(zhuǎn)輸出端子㈠以及非反轉(zhuǎn)輸出端子⑴的電壓分別為 l/2Vref。其中，將差動放大器沈的共模電壓設(shè)為基準(zhǔn)電壓的1/2即l/2Vref。接著，在圖7的(b)的電荷傳輸模式時，時鐘發(fā)生器18的開關(guān)SWl接通，開關(guān)SW2 斷開，由此對第一電容Cl和第二電容C2施加接地電壓(OV)。另外，時鐘發(fā)生器25的開關(guān) SW4接通，開關(guān)SW3斷開，由此對電容CXI、CX2施加基準(zhǔn)電壓Vref。另外，開關(guān)SW5、SW6斷開。之后，返回到圖7的(a)的電荷蓄積模式，之后，再次轉(zhuǎn)向電荷傳輸模式。將電容CX1、CX2的電容值CX1A、CX2A設(shè)為相等。也就是說，CXlA = CX2A = C。另外，將第一電容Cl和第二電容C2的電容值分別設(shè)為C1A、C2A。將初始狀態(tài)、即人的指尖遠(yuǎn)離觸摸面板部的狀態(tài)下的電容值CIA、C2A設(shè)為C。并且，將人的指尖等觸摸到第一檢測電極11時的第一電容Cl與第二電容C2的電容差設(shè)為Δ Cl。也就是說，C1A-C2A= Δ Cl。這樣，ClA = C+AC1、C2A = C 成立。如果針對節(jié)點N2應(yīng)用電荷守恒定律，則如下面那樣。在電荷蓄積模式下，下面的數(shù)式C3)成立。節(jié)點N2 的電荷量=(C+Δ Cl) X (-l/2Vref) +CX (l/2Vref). . . (3)在此，(C+ΔCl) X (-l/2Vref)是第一電容 Cl 的電荷量，CX (l/2Vref)是電容 CXl的電荷量。在電荷傳輸模式下，下面的數(shù)式(4)成立。節(jié)點N2 的電荷量=(C+ Δ Cl) X (l/2Vref) +CX (-l/2Vref) +CfAX (Vom-l/2Vre f)... (4)在此，(C+ΔCl) X (l/2Vref)是第一電容 Cl 的電荷量，CX (_l/2Vref)是電容 CXl 的電荷量，CfAX (Vom-l/2Vref)是第一反饋電容Cfl的電荷量。電荷蓄積模式下的節(jié)點N2的電荷量與電荷傳輸模式下的節(jié)點N2的電荷量是相等的，因此數(shù)式(3)=數(shù)式0)。如果針對Vom求解該方程式，則能夠得到下式。Vom = l/2VrefX (1-2 · Δ Cl/CfA) · · · (5)。同樣地，如果針對節(jié)點m應(yīng)用電荷守恒定律，則如下面那樣。在電荷蓄積模式下，下面的數(shù)式(6)成立。節(jié)點Nl 的電荷量=CX (-l/2Vref) +CX (l/2Vref) = 0. . . (6)在電荷傳輸模式下，下面的數(shù)式(7)成立。節(jié)點Nl 的電荷量=CX (l/2Vref) +CX (-l/2Vref) +CfAX (Vop-l/2Vref). . · (7)電荷蓄積模式下的節(jié)點m的電荷量與電荷傳輸模式下的節(jié)點m的電荷量是相等的，因此數(shù)式(6)=數(shù)式(7)。如果針對Vop求解該方程式，則能夠得到下式。Vop = l/2Vref. . . (8)根據(jù)數(shù)式(5)和數(shù)式⑶可知，Vout = Vop-Vom = VrefX Δ Cl/CfΑ. · · (9)。因而，電荷放大器20的輸出電壓Vout ( = Vl)與第一電容Cl和第二電容C2的電容差A(yù)Cl成比例地變化。以上，對通過選擇電路19選擇了第一輸出端子COl和第二輸出端子C02的情況進(jìn)行了說明，但以下情況也是同樣通過選擇電路19而選擇第三輸出端子C03和第四輸出端子C04，對電荷放大器20的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+)施加來自第三輸出端子C03的信號，對電荷放大器20的反轉(zhuǎn)輸入端子(_)施加來自第四輸出端子C04的信號。即，在這種情況下，電荷放大器20的輸出電壓Vout ( = V2)與電容差Δ C2成比例地變化，該電容差Δ C2是第三電容C3與第四電容C4的電容差。[第二實施方式]圖8是表示本發(fā)明的第二實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。 與第一實施方式的區(qū)別在于觸摸面板部的結(jié)構(gòu)。即，第一共用電位線1 設(shè)置在具有中心 0的第一橢圓的圓周上。第二共用電位線16a設(shè)置在具有相同的中心0的第二橢圓的圓周上。第二橢圓大于第一橢圓。并且，第一檢測電極至第四檢測電極Ila 1 設(shè)置在由第一共用電位線1 和第二共用電位線16a圍成的環(huán)形區(qū)域REa中。第一檢測電極Ila和第二檢測電極1 相對于穿過中心0的Y軸線對稱地設(shè)置，第三檢測電極13a和第四檢測電極1 相對于穿過中心0的X軸線對稱地設(shè)置。X軸與Y軸相互正交。此外，在圖8中，省略了圖1那樣的邊界區(qū)域BLl BL4的圖示。
關(guān)于第二共用電位線16a所描繪的橢圓，考慮了中心角δ例如為10°的扇形。能夠?qū)⒃撋刃闻c由第一共用電位線1 和第二共用電位線16a圍成的環(huán)形區(qū)域REa的重疊區(qū)域、即圖8中被附以斜線的區(qū)域假定為人的指尖所觸摸的觸摸區(qū)域。將該觸摸區(qū)域所包含的第一檢測電極Ila的面積設(shè)為Sla、第三檢測電極13a的面積設(shè)為S2a。當(dāng)前，設(shè)為該扇形在X-Y坐標(biāo)系的第一象限中，以中心0為旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于與觸摸面板部相接觸的人的指尖在環(huán)形區(qū)域拙a中逆時針旋轉(zhuǎn)。于是，在本實施方式中也是，當(dāng)扇形的旋轉(zhuǎn)角度增加時面積Sla減少，Sh增加。其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。電荷放大器20的第一輸出電壓Vl和第二輸出電壓V2被定義為與第一實施方式的相同。并且，根據(jù)本實施方式，tarTYVlA^)相對于旋轉(zhuǎn)角度的曲線的線性特性比第一實施方式稍差，但是根據(jù)上述計算式tan—YVl/V〗)能夠高精度地求出扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的觸摸位置。[第三實施方式]圖9是表示本發(fā)明的第三實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。 與第一實施方式的區(qū)別在于觸摸面板部的結(jié)構(gòu)。即，第一共用電位線1 設(shè)置在具有中心 0的第一正方形的外周上。第二共用電位線16b設(shè)置在具有相同的中心0的第二正方形的外周上。第二正方形大于第一正方形。并且，第一檢測電極至第四檢測電極lib 14b設(shè)置在由第一共用電位線1 和第二共用電位線16b圍成的環(huán)形區(qū)域REb中。第一檢測電極lib和第二檢測電極12b相對于穿過中心0的Y軸線對稱地設(shè)置，第三檢測電極1 和第四檢測電極14b相對于穿過中心0的X軸線對稱地設(shè)置。X軸與Y軸相互正交。此外，在圖9中，省略了圖1那樣的邊界區(qū)域BLl BL4的圖示。關(guān)于第二共用電位線16b所描繪的第二正方形，考慮了中心角δ例如為10°的扇形。能夠?qū)⒃撋刃闻c由第一共用電位線1 和第二共用電位線16b圍成的環(huán)形區(qū)域REb的重疊區(qū)域、即圖9中被附以斜線的區(qū)域假定為人的指尖所觸摸的觸摸區(qū)域。將該觸摸區(qū)域所包含的第一檢測電極lib的面積設(shè)為Sib、第三檢測電極13b的面積設(shè)為S2b。當(dāng)前，設(shè)為該扇形在X-Y坐標(biāo)系的第一象限中，以中心0為旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于與觸摸面板部相接觸的人的指尖在環(huán)形區(qū)域Rm3中逆時針旋轉(zhuǎn)。于是，在本實施方式中也是，當(dāng)扇形的旋轉(zhuǎn)角度增加時面積Slb減少，S2b增加。其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。電荷放大器20的第一輸出電壓Vl和第二輸出電壓V2被定義為與第一實施方式的相同。根據(jù)本實施方式，tan-1(Vl/V2)相對于旋轉(zhuǎn)角度的曲線的線性特性比第一實施方式稍差，但是根據(jù)上述計算式tan—YVl/V〗)能夠高精度地求出扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的觸摸位置。[第四實施方式]圖10是表示本發(fā)明的第四實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖，與第一實施方式的區(qū)別在于觸摸面板部的結(jié)構(gòu)。即，第一共用電位線15c設(shè)置在具有中心0的半徑為R的第一圓弧的外周上。第二共用電位線16c設(shè)置在具有相同的中心0且半徑為(R+W)的第二圓弧的外周上。第一共用電位線15c和第二共用電位線16c的兩端部通過用配線相互連接而形成閉合的環(huán)形區(qū)域REc。并且，第一檢測電極至第四檢測電極Ilc 14c設(shè)置在由第一共用電位線15c和第二共用電位線16c圍成的環(huán)形區(qū)域REc中。此外，在圖10中，省略了圖1那樣的邊界區(qū)域BLl BL4的圖示。關(guān)于第二共用電位線16c所描繪的第二圓弧，考慮了中心角δ例如為10°的扇形。能夠?qū)⒃撋刃闻c由第一共用電位線15c和第二共用電位線16c圍成的環(huán)形區(qū)域REc的重疊區(qū)域、即圖10中被附以斜線的區(qū)域假定為人的指尖所觸摸的觸摸區(qū)域。將該觸摸區(qū)域所包含的第一檢測電極Ilc的面積設(shè)為Sic、第三檢測電極13c的面積設(shè)為S2c。當(dāng)前，設(shè)為該扇形以中心0為旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于與觸摸面板部相接觸的人的指尖在環(huán)形區(qū)域REc中逆時針旋轉(zhuǎn)。于是，在本實施方式中也是，當(dāng)扇形的旋轉(zhuǎn)角度增加時面積Slc減少，S2c增加。其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。電荷放大器20的第一輸出電壓Vl和第二輸出電壓V2被定義為與第一實施方式的相同。并且，根據(jù)本實施方式，tarTYVlA^)相對于旋轉(zhuǎn)角度的曲線的線性特性比第一實施方式稍差，但是根據(jù)上述計算式tan—YVl/V〗)能夠高精度地求出扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的觸摸位置。[第五實施方式]圖11是表示本發(fā)明的第五實施方式所涉及的靜電容量式觸摸傳感器的結(jié)構(gòu)的圖，與第一實施方式的區(qū)別在于觸摸面板部的結(jié)構(gòu)。即，第一共用電位線15d設(shè)置在具有中心0的四葉狀的第一圖形的外周上。第二共用電位線16d設(shè)置在具有相同的中心0的四葉狀的第二圖形的外周上。第二圖形大于第一圖形。并且，第一檢測電極至第四檢測電極Ild 14d設(shè)置在由第一共用電位線15d和第二共用電位線16d圍成的環(huán)形區(qū)域REd中。第一檢測電極Ild和第二檢測電極12d相對于穿過中心0的Y軸線對稱地設(shè)置，第三檢測電極13d和第四檢測電極14d相對于穿過中心0的X軸線對稱地設(shè)置。X軸與Y軸相互正交。此外，在圖11中，省略了圖1那樣的邊界區(qū)域BLl BL4的圖示。關(guān)于第二共用電位線16d所描繪的第二圖形，考慮了中心角δ例如為10°的扇形。能夠?qū)⒃撋刃闻c由第一共用電位線15d和第二共用電位線16d圍成的環(huán)形區(qū)域REd的重疊區(qū)域、即圖11中被附以斜線的區(qū)域假定為人的指尖所觸摸的觸摸區(qū)域。將該觸摸區(qū)域所包含的第一檢測電極Ild的面積設(shè)為Sid、第三檢測電極13d的面積設(shè)為S2d。當(dāng)前，設(shè)為該扇形在X-Y坐標(biāo)系的第一象限中，以中心0為旋轉(zhuǎn)中心逆時針旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于與觸摸面板部相接觸的人的指尖在環(huán)形區(qū)域REd中逆時針旋轉(zhuǎn)。于是，在本實施方式中，當(dāng)扇形的旋轉(zhuǎn)角度增加時面積Sld減少，S2d增加。其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。電荷放大器20的第一輸出電壓Vl和第二輸出電壓V2被定義為與第一實施方式的相同。并且，根據(jù)本實施方式，tarTYVlA^)相對于旋轉(zhuǎn)角的曲線的線性特性比第一實施方式稍差，但是根據(jù)上述計算式tan—YVl/V〗)能夠高精度地求出扇形的旋轉(zhuǎn)角度、即人的指尖的觸摸位置。
權(quán)利要求
1.一種靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，具備基板；第一共用電位線，其設(shè)置在上述基板上；第二共用電位線，其設(shè)置在上述基板上且包圍上述第一共用電位線；第一檢測電極和第二檢測電極，其設(shè)置在由上述第一共用電位線和上述第二共用電位線包圍的區(qū)域中并且相對于穿過上述第一共用電位線和上述第二共用電位線的共用的中心的Y軸線對稱；第三檢測電極和第四檢測電極，其設(shè)置在上述區(qū)域中并且相對于穿過上述共用的中心且與上述Y軸正交的X軸線對稱；以及電荷放大器，其生成第一輸出電壓和第二輸出電壓，上述第一輸出電壓與第一電容和第二電容的電容差成比例，上述第一電容形成在上述第一檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二電容形成在上述第二檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二輸出電壓與第三電容和第四電容的電容差成比例，上述第三電容形成在上述第三檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第四電容形成在上述第四檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，上述第一共用電位線設(shè)置在具有第一半徑的第一圓的圓周上，上述第二共用電位線設(shè)置在具有大于上述第一半徑的第二半徑的第二圓的圓周上，上述第一檢測電極和上述第三檢測電極之間的邊界區(qū)域被設(shè)定成使上述第二圓的扇形中所包含的上述第一檢測電極的面積和上述第三檢測電極的面積隨著上述扇形的旋轉(zhuǎn)而線性地變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，上述第一檢測電極與上述第三檢測電極之間的邊界區(qū)域被設(shè)定成伴隨上述扇形的旋轉(zhuǎn)，上述扇形中所包含的上述第一檢測電極的面積線性地減少，上述扇形中所包含的上述第三檢測電極的面積線性地增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，當(dāng)將上述第一半徑設(shè)為R、將上述第二半徑設(shè)為R+W時，X-Y坐標(biāo)系的第一象限中的上述邊界區(qū)域的中心線上的點的X、Y坐標(biāo)可以用下式來表示X=(R+WXn/90° ) Xcos(3i Xn/180° )Y=(R+WXn/90° ) Xsin(Ji Xn/180° )在此，η為0° 90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，還具備運算裝置，當(dāng)將上述電荷放大器的上述第一輸出電壓設(shè)為VI、將上述第二輸出電壓設(shè)為V2時，該運算裝置根據(jù)tarTHVl/M)來檢測環(huán)形區(qū)域上的觸摸位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，上述第一共用電位線設(shè)置在第一橢圓的圓周上，上述第二共用電位線設(shè)置在大于上述第一橢圓的第二橢圓的圓周上。
7.一種靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，具備基板；第一共用電位線，其設(shè)置在上述基板上；第二共用電位線，其設(shè)置在上述基板上且與上述第一共用電位線相鄰；第一檢測電極至第四檢測電極，其設(shè)置在由上述第一共用電位線和上述第二共用電位線包圍的區(qū)域中；以及電荷放大器，其生成第一輸出電壓和第二輸出電壓，上述第一輸出電壓與第一電容和第二電容的電容差成比例，上述第一電容形成在上述第一檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二電容形成在上述第二檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第二輸出電壓與第三電容和第四電容的電容差成比例，上述第三電容形成在上述第三檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間，上述第四電容形成在上述第四檢測電極與上述第一共用電位線和上述第二共用電位線之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，上述第一共用電位線設(shè)置在具有第一半徑的第一圓弧的外周上，上述第二共用電位線設(shè)置在具有大于上述第一半徑的第二半徑且具有與上述第一圓弧共用的中心的第二圓弧的外周上，上述第一檢測電極和上述第三檢測電極的邊界區(qū)域被設(shè)定成伴隨具有規(guī)定的中心角的上述第二圓弧的扇形的旋轉(zhuǎn)，上述扇形中所包含的上述第一檢測電極的面積減少，上述扇形中所包含的上述第三檢測電極的面積增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的靜電容量式觸摸傳感器，其特征在于，還具備運算裝置，當(dāng)將上述電荷放大器的上述第一輸出電壓設(shè)為VI、將上述第二輸出電壓設(shè)為V2時，該運算裝置根據(jù)tarTHVl/M)來檢測環(huán)扇形區(qū)域上的觸摸位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠高精度地檢測多個觸摸位置的靜電容量式觸摸傳感器。靜電容量式觸摸傳感器由觸摸面板部和信號處理電路部構(gòu)成。觸摸面板部構(gòu)成為包括設(shè)置在絕緣基板(10)上的第一檢測電極至第四檢測電極(11～14)、第一共用電位線和第二共用電位線(15、16)、共用電位配線(17)、共用電位端子(COM)、以及第一輸出端子至第四輸出端子(CO1～CO4)。信號處理電路部構(gòu)成為包括時鐘發(fā)生器(18)、選擇電路(19)、電荷放大器(20)、AD轉(zhuǎn)換器(21)、以及運算裝置(30)。電荷放大器(20)對人的指尖觸摸第一檢測電極至第四檢測電極(11～14)而導(dǎo)致的電容變化進(jìn)行檢測。
文檔編號G06F3/044GK102314275SQ20111018609
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者伊藤浩也, 太田垣貴康, 市川淳啟, 長谷川千洋 申請人:安森美半導(dǎo)體貿(mào)易公司