專利名稱：旋轉(zhuǎn)輸入裝置及使用該旋轉(zhuǎn)輸入裝置的旋轉(zhuǎn)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)型輸入裝置，更具體而言，涉及一種能夠通過其輸入旋 轉(zhuǎn)信息的旋轉(zhuǎn)輸入裝置以及利用該旋轉(zhuǎn)輸入裝置的旋轉(zhuǎn)傳感器。
背景技術(shù)：
圖1A是常規(guī)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置2的分解透視圖，圖1B是沿圖1A的線 B-B的剖視圖。盤狀旋轉(zhuǎn)部件7由絕緣體形成，使用者可以通過將其手指3 輕搭在盤狀旋轉(zhuǎn)部件7的頂部來流暢地轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)部件7。常規(guī)的旋轉(zhuǎn)輸入裝 置2能夠4企測由手指3引起的旋轉(zhuǎn)部件7的旋轉(zhuǎn)角度。
在圖1B所示的殼4的一部分中，形成有沿垂直于旋轉(zhuǎn)部件7且沿殼的 厚度的方向(下面該方向?qū)⒎Q為z方向)下陷的操作區(qū)域2A。在搡作區(qū)域2A 中，在例如八個位置分別形成有凹陷8。在這些凹陷8中，分別設(shè)置八個電
極6a、 6b、 6c.....6h。在凹陷8中的電極6a至6h的表面上，層疊有絕緣
片5,使得操作區(qū)域2A的整個區(qū)域上覆蓋有絕緣片5。
旋轉(zhuǎn)軸16固定到形成在操作區(qū)域2A的中心處的軸承14上，旋轉(zhuǎn)部件 7可旋轉(zhuǎn)地安裝在旋轉(zhuǎn)軸16上。旋轉(zhuǎn)部件7薄至1 mm或更薄，且由相對硬 的樹脂片例如PET(聚乙烯對苯二曱酸酯)形成。
旋轉(zhuǎn)部件7的直徑小于操作區(qū)域2A，且旋轉(zhuǎn)部件7適于在操作區(qū)域2A 中轉(zhuǎn)動且同時在絕緣片5的表面上滑動。另外，絕緣片5和旋轉(zhuǎn)部件7之間 的摩擦阻力很小，允許旋轉(zhuǎn)部件7平滑轉(zhuǎn)動。
在常規(guī)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置2中，如圖1所示，當(dāng)將手指3輕壓在旋轉(zhuǎn)部件 7表面上時，轉(zhuǎn)動手指3，旋轉(zhuǎn)部件7會與手指3—起轉(zhuǎn)動。這使使用者在 轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)部件7時能夠防止手指3太過離開操作區(qū)域2A。而且，由于用戶 能夠操縱一機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，其能夠得到實(shí)際操作旋轉(zhuǎn)輸入裝置2的感覺(一 種通過操縱激發(fā)的操縱感或自信)。
下面，將描述一種檢測由手指3引起的旋轉(zhuǎn)角度的方法。使手指3接近 或與旋轉(zhuǎn)部件7的表面接觸，人體用作接地部件，在手指3和電極6a-6h中的任一個或鄰近的一個之間產(chǎn)生靜電電容C。平行板電容器的電容C可由下
面給出的/^式表示
C=s S/d (1)
其中s是電極6和手指3之間的介電常數(shù)，S是電極6和手指3彼此相 對的面積，d是彼此相對的電極6和手指3之間的距離。
與旋轉(zhuǎn)部件7 —起朝向例如電極6a轉(zhuǎn)動手指3，手指3與電極6a之間 的距離d減小而面積S增加。結(jié)果，電容C的值增加，如公式(l)所示。相 反，隨著手指3在轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)部件時離開電才及6a,距離d增加且相應(yīng)地面積S 減小。結(jié)果，電容C的值相應(yīng)地減小。
利用電容C的值的這些變化，旋轉(zhuǎn)輸入裝置2能夠檢測旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn) 角度。專利文獻(xiàn)l中給出了旋轉(zhuǎn)輸入裝置2的細(xì)節(jié)。專利文獻(xiàn)2中也描述了 類似于旋轉(zhuǎn)輸入裝置2的現(xiàn)有技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1:日本專利申請?zhí)亻_No. 2004-311196
專利文獻(xiàn)2:日本專利申請?zhí)亻_No. 2005-14985
發(fā)明內(nèi)容
下面將描述兩個問題。
常規(guī)旋轉(zhuǎn)輸入裝置2是這樣的裝置，如上所述，其通過4企測使用者的身 體部分例如使用者的手指3與電極6之間的電容的改變來檢測旋轉(zhuǎn)角度。然 而，取決于使用者的手指3按壓旋轉(zhuǎn)部件7所施加的力的強(qiáng)度或角度，面積 S變化很大，導(dǎo)致不能精確測量電容C。另一問題在于介電常數(shù)也可能隨使 用者的手指3的溫度改變而變化。再一 問題是不能檢測旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向。
解決問題的手段
本發(fā)明的目的是提供一種電容型旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中被檢測的電容對周 圍環(huán)境的影響較不敏感；以及使用該輸入裝置的旋轉(zhuǎn)傳感器。 根據(jù)本發(fā)明第 一方面的 一種旋轉(zhuǎn)輸入裝置包括 外殼；
盤形旋轉(zhuǎn)部件，可旋轉(zhuǎn)地支承到所述外殼；
等距電極保持板，具有沿第 一 圓等距地間隔開的N個第 一等距電極和沿 著平行于所述第一圓的第二圓等距地間隔開的N個第二等距電極，所述等距 電極保持板附著到所述旋轉(zhuǎn)部件，所述N是等于或大于1的整數(shù)，且所述第
7一和第二等距電極電互連；及
相位電極保持板，具有沿以平行關(guān)系與所述第 一 圓相對的第三圓設(shè)置且 電互連的cc個a相位電極、沿以平行關(guān)系與所述第二圓相對的第四圓設(shè)置且
電互連的(3個b相位電極，以及分別電連接到所述a相位電極和所述b相位 電極的第一和第二引線，所述相位電極保持板固定到所述外殼，所述cx是等 于或大于1的整數(shù)，且所述P是等于或大于1的整數(shù)；
其中所述等距電極保持板和所述相位電極保持板設(shè)置成使得所述第一 至第四圓的中心全部落在所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)中心線上，且所述旋轉(zhuǎn)中心線 以直角交叉分別由所述第 一至第四圓定義的所有平面；
其中當(dāng)所述oc等于或大于2時，任意兩個所述a相位電極在分開2;r/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；
其中當(dāng)所述[3等于或大于2時，任意兩個所述b相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；且
其中相對于所述等距電極的布置來布置所述a相位電極和所述b相位電 極，使得從所述等距電極保持板的在所述第一等距電極和所述a相位電極 彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置到所述等距電極保持板的在所述第二等距電 極和所述b相位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置的角度可以是從ti/N的 整數(shù)倍位移預(yù)定角度co的角度，其中co大于0但小于兀/N。 根據(jù)本發(fā)明第二方面的 一種旋轉(zhuǎn)輸入裝置包括 外殼；
盤形旋轉(zhuǎn)部件，可旋轉(zhuǎn)地支承到所述外殼；
等距電極保持板，具有沿第一圓等距地間隔開的N個等距電極，所述等 距電極保持板附著到所述旋轉(zhuǎn)部件，所述N是等于或大于1的整數(shù)，且所述 等距電極電互連；及
相位電極保持板，具有沿以平行關(guān)系與所述第一圓相對的第二圓設(shè)置且 電互連的a個a相位電極、沿以平行關(guān)系與所述第一圓相對的第三圓設(shè)置且 電互連的(3個b相位電極，以及分別電連接到所述a相位電極和所述b相位 電極的第一和第二引線，所述相位電極保持板固定到所述外殼，所述a是等 于或大于1的整數(shù)，且所述P是等于或大于1的整數(shù)；
其中所述等距電極保持板和所述相位電極保持板設(shè)置成使得所述第一 至第三圓的中心全部落在所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)中心線上，且所述旋轉(zhuǎn)中心線以直角交叉分別由所述第一至第三圓定義的所有平面；
其中當(dāng)所述oc等于或大于2時，任意兩個所述a相位電才及在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；
其中當(dāng)所述P等于或大于2時，任意兩個所述b相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；且
其中相對于所述等距電極的布置來布置所述a相位電極和所述b相位電 極，使得從所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述a相位電極彼此交 疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置到所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述b相 位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置的角度可以是從兀/N的整數(shù)倍位移預(yù)定 角度o的角度，其中o大于0但小于兀/N。
根據(jù)本發(fā)明第三方面的一種旋轉(zhuǎn)輸入裝置包括
外殼；
盤形旋轉(zhuǎn)部件，可旋轉(zhuǎn)地支承到所述外殼；
等距電極保持板，具有沿第一圓等距地間隔開的N個等距電極，所述等 距電極保持板附著到所述旋轉(zhuǎn)部件，所述N是等于或大于1的整數(shù)，且所述 等距電極電互連；及
相位電極保持板，具有沿以平行關(guān)系與所述第一圓相對的第二圓設(shè)置且 電互連的oc個a相位電極、沿所述第二圓設(shè)置且電互連的P個b相位電極， 以及分別電連接到所述a相位電極和所述b相位電極的第 一和第二引線，所 述相位電極保持板固定到所述外殼，所述oc是等于或大于1的整數(shù)，且所述 P是等于或大于1的整數(shù)；
其中所述等距電極保持板和所述相位電極保持板設(shè)置成使得所述第一 和第二圓的中心落在所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)中心線上，且所述旋轉(zhuǎn)中心線以直 角交叉分別由所述第一和第三圓定義的平面；
其中當(dāng)所述ot等于或大于2時，任意兩個所述a相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；
其中當(dāng)所述P等于或大于2時，任意兩個所述b相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；且
其中相對于所述等距電極的布置來布置所述a相位電極和所述b相位電 極，使得從所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述a相位電極彼此交 疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置到所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述b相位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置的角度可以是從7t/N的整數(shù)倍位移預(yù)定 角度(D的角度，其中(D大于0但小于7C/N。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的 一種旋轉(zhuǎn)傳感器包括 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)輸入裝置；
電容測量部，用于通過所述第一和第二引線測量由所述等距電極和所述
a相位電極形成的a相位電容和由所述等距電極和所述b相位電極形成的b 相位電容；及
角度計算部，用于從所述a相位電容的測量結(jié)果和所述b相位電容的測 量結(jié)果計算所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向和角度中的至少 一種。 發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置測量相對的電極之間的電容，因此允許通過 使用者的手指施加到旋轉(zhuǎn)部件的力的強(qiáng)度或角度，或者使用者手指的溫度變 化引起的電容改變的極大減小。因此，能精確測量旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)角度。
另外，根據(jù)使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的旋轉(zhuǎn)傳感器，由于等距電極和 a相位電極之間的電容改變與等距電極和b相位電極之間的電容改變二者之 間產(chǎn)生的相位差，可以檢測旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向。


圖1A是常規(guī)旋轉(zhuǎn)輸入裝置2的透視圖； 圖1B是其剖視圖2A是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置50的平面視圖2B是其側(cè)視圖2C是沿線C-C的剖視圖3是從斜上取得的圖2的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的主要部分的透視圖； 圖4A是從斜上取得的透視圖，示出了相位電極保持板和等距電極保持 板之間的關(guān)系;
圖4B是透視圖，從斜下取得；
圖5A是平面視圖，以簡化形式示出了等距電極；
圖5B是平面視圖，以簡化形式示出了 a相位電極；
圖6是框圖，示出了旋轉(zhuǎn)傳感器80的配置；
圖7A圖示了等距電極和a相位電極之間的交疊區(qū)域Pa;
10圖7B圖示了等距電極和b相位電極之間的交疊區(qū)域Pb;
圖8A圖示了等距電極和相位電極之間的角度位置關(guān)系的第一狀態(tài)Sl;
圖8B圖示了第二狀態(tài)S2;
圖8C圖示了第二狀態(tài)S3;
圖8D圖示了第二狀態(tài)S4;及
圖8E圖示了電容變4匕；
圖9A圖示了相位電極的布置，這時b相位電極相對于a相位電極沿旋 轉(zhuǎn)方向移動tt/N的偶數(shù)倍；
圖9B圖示了圖9A中等距電極和相位電極之間的關(guān)系的第一狀態(tài)Sl; 圖9C圖示了第二狀態(tài)S2;及 圖9D是曲線圖，示出了該例中的電容變化；
圖10A圖示了相位電極的布置，這時b相位電極相對于a相位電極沿旋 轉(zhuǎn)方向移動兀/N的偶數(shù)倍；
圖IOB圖示了圖10A中等距電極和相位電極之間的關(guān)系的第一狀態(tài)S1; 圖10C圖示了第二狀態(tài)S2; 圖10D是曲線圖，示出了該例中的電容變化； 圖IIA圖示了電容變化；
圖11B圖示了通過整形電容Ca得到的脈沖波形； 圖11C圖示了通過整形電容Cb得到的脈沖波形； 圖12A圖示了一種配置，其中a相位和b相位電極每種提供一個； 圖12B圖示了一種配置，其中a相位電極和b相位電極彼此交替設(shè)置； 圖12C圖示了一種配置，其中設(shè)置不同數(shù)目的a相位電極和b相位電極； 圖13A圖示了布置不同數(shù)目的a相位電極和b相位電極時的電容變化； 圖13B圖示了通過整形該例中的電容Ca得到的脈沖波形； 圖13C圖示了通過整形該例中的電容Cb得到的脈沖波形； 圖14是平面視圖，以簡化形式示出了變型2中的相位電極保持板； 圖15是平面視圖，以簡化形式示出了變型3中等距電極保持板的等距 電極；
圖16是平面視圖，以簡化形式示出了變型3中等距電極保持板的等距 電極；
圖17圖示了變型4中等距電極56的布置；圖18是變型5的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的剖視圖19A是從具有間隔件90的旋轉(zhuǎn)輸入裝置50的主要部分的上部取得的 透視圖19B是從下部取得的透視圖20A圖示了等距電極保持表面52a,每個絕緣體段92設(shè)置在相鄰的 等距電極之間；
圖20B圖示了等距保持板的下側(cè)；
圖21圖示了相位電極的布置，每個虛設(shè)電極94設(shè)置在相鄰的相位電極 之間；
圖22A圖示了相位電極保持板64的頂表面，參考電極96設(shè)置在其上；
圖22B圖示了保持板的背側(cè)；
圖23A是曲線圖，示出了電極間電容的變化等；
圖23B是曲線圖，示出了校正的電極間電容的變化；
圖24是設(shè)置有墊部件106的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的分解透視圖25是設(shè)置有按鈕部件108的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的分解透視圖26A圖示了設(shè)置有用于按鈕的固定接觸件65的相位電極保持板的前
側(cè)；
圖26B圖示了其背側(cè)；
圖27是設(shè)置有觸覺反饋部件110的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的分解透視圖； 圖28A是旋轉(zhuǎn)輸入裝置的平面視圖，移去了旋轉(zhuǎn)部件102; 圖28B是其側(cè)視圖29A是沿圖28A的線A-A取得的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的剖視圖；以及 圖29B是沿線B-B取得的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將描述用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選模式。 第一實(shí)施例
圖2A、 2B和2C分別是根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置50的第一實(shí)施例的 平面視圖、側(cè)視圖、沿線C-C取得的剖視圖，圖3是其分解透視圖。旋轉(zhuǎn)輸 入裝置50包括敞口的淺圓筒形盤狀外殼104;以及>^人上面蓋上外殼l(M 的圓筒形蓋狀旋轉(zhuǎn)部件102。外殼104和旋轉(zhuǎn)部件102適于能夠彼此滑動接觸。旋轉(zhuǎn)部件102的頂表面上徑向形成多個脊102a;且通過例如用手指壓旋 轉(zhuǎn)部件102的其上形成有脊的頂表面，能夠容易地轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)部件102。
圓形相位電極保持板64例如通過粘合劑固定到外殼104的底部。這時， 形成在外殼104底部上的多個定位凸起104b和制作在相位電極保持板64中 的多個定位孔64b彼此配合，從而定位相位電極保持板64。引出部分64c 從相位電極保持板64的一部分邊緣經(jīng)過外殼104的周邊壁中的開口 104a延 伸到外部。在旋轉(zhuǎn)部件102的底部上例如通過粘合劑固定環(huán)形等距電極保持 板52,該保持板52具有與相位電極保持板64大約相同的外徑。相應(yīng)地，等 距電極保持板52可以相對于相位電極保持板64旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置設(shè)計為用于電容型旋轉(zhuǎn)開關(guān)中，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)特別 適于用作內(nèi)置在諸如便攜電話、數(shù)碼相機(jī)、個人電腦、PDA(個人數(shù)字助理) 等的便攜設(shè)備中的輸入裝置。當(dāng)圖2和3所示的旋轉(zhuǎn)輸入裝置安裝在這樣的 便攜設(shè)備中時，外殼104有時可形成為該便攜設(shè)備的一部分。因此，外殼104 的形狀不總是如圖2和3所示的圓盤狀。
在相位電極保持板64的頂部上沿其周邊布置多個相位電極62，且在等 距電極保持板52的下側(cè)上也沿其周邊布置多個等距電極56。等距電極保持 板52和相位電極保持板64相對但間隔開，從而使等距電極56和相位電極 62彼此不接觸。等距電極56用作相對于相位電極62形成電容的雜散電極 (stray dectrode)。相位電極62通過引出部分64c上的引線(后面描述)連接到 引出部分64c上的電容測量部82。
圖4A和4B示出了構(gòu) 成本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置50的主要部分的相對設(shè) 置的等距電極保持板52和相位電極保持板64。圖4A是從斜上取得的透視 圖，示出了等距電極保持板52和相位電極保持板64,圖4B是從斜下取得 的透^L圖。
等距電極保持板52具有面對相位電極保持板64的等距電極保持表面 52a。相位電極保持板64具有面對等距電極保持板52的相位電極保持表面 64a。在等距電極保持表面52a上保持N個等距電極(N是等于或大于2的整 數(shù))，而在相位電極保持表面64a上保持M個相位電極(M是等于或大于2的 整數(shù))。順帶說明，圖4的例子示出了 N=M=12的情況，且等距電極標(biāo)識為 56A至56L，相位電^l標(biāo)識為62A至62L。另外，在下面的描述中，在某些 情形中，所述十二個等距電極將一起被稱為等距電極56,所述十二個相位電極一起凈皮稱為相位電極62。
在與等距電極保持表面52a相反的等距電極保持板52的表面52b上， 形成有環(huán)狀連接線51。每個等距電極56通過所謂的"經(jīng)由孔"的方法經(jīng)通 孔56t連接到連接線51,通孔56t制作在等距電極保持板52中且在相關(guān)的 等距電極的電極區(qū)域中。這樣，等距電極56全部電互連從而形成單個浮動 電極。
另一方面，相位電極62沿布置方向分成兩組電極62A至62F和電極 62G至62L;在相位電極保持4反64的與其電4及保持表面64a相反的表面64b 上，分別以與電極組相對的關(guān)系形成兩個半圓形弧狀連4妄線61A和61B。兩 組的相位電極62每個通過"經(jīng)由孔"的方法經(jīng)通孔62t連4妄到連接線61A 和61B中的對應(yīng)一個，通孔62t制作在相位電極保持板64中且在相關(guān)的電 極區(qū)域中。連^l妄到所述兩組的兩個連4妄線61A和61B通過引線61a和61b 連接到前述的電容測量部82,引線61a和61b從在引出部分64c —端的連接 線延伸越過引出部分64c。
圖5A示意性示出了形成在等距電極保持表面52a上的N個等距電極的 布置。等距電極56A至56L是這樣的幾何形狀，即，界定在不同直徑的兩 個同心圓53和54之間的環(huán)形區(qū)等角且等距地切割從而形成徑向擴(kuò)展區(qū)域。 相應(yīng)地，每個電4及基本成形為圓四邊形(扇狀四邊形)。在圖5A的N=12的例 子中，每個等距電極的角寬度和圓周方向上相鄰電極之間的角間距相等，即 兀/12，但圓周方向上每個電極的角寬度可以大于或小于7i/12，只要保持布置 的節(jié)錐角2兀/N。
圖5B示出了相位電極保持表面64a上相位電才及62A至62L的布置。相 位電極62A至62L也基本成形為圓四邊形，其通過徑向分開界定在第三和 第四圓63和64之間的環(huán)形區(qū)而形成，圓63和64分別與上述第一和第二圓 53和54直徑相等且同心。相位電極62沿圓周方向分成兩組oc個a相位電 極62A至62F和P個b相位電4及62G至62L。這里，a和p每個是等于或 大于1的整數(shù)，且M-a+P。在所示例子中，a=P=M/2=6。在下面的描述 中，a相位電才及將標(biāo)識為62A至62F, b相位電極標(biāo)識為62G至62L。
每組中相位電極的布置的角間距(節(jié)距)與等距電極的情形相同。每個相 位電極沿圓周方向具有相等的圓弧角寬度，且在圖5B的例子中，每組中相 鄰相位電極之間的間隙的圓弧角寬度也等于相位電極的角寬度。在下面描述
14的一些情形中，a相位電極62A至62F將統(tǒng)稱為a相位電極并標(biāo)識為62a,且b相位電極62G至62L將統(tǒng)稱為b相位電極并標(biāo)識為62b。
下面，將描述a相位電極和b相位電極之間的位置關(guān)系。如圖5B所示，b相位電極62G至62L的中心線的角位置是這樣的位置，即，分別相對于經(jīng)過第 一和第二圓63和64的中心且對稱地劃分a相位電極62A至62F的六條中心線中預(yù)期的一條、沿相同方向分別從2m兀/N移動角度CD,其中(Kco〈7i/N(這里，M=N=12，如上所述)。即，采取預(yù)防措施防止從等距電極與a相位電極62a完全重合時的等距電極保持板52的角位置到等距電極與b相位電極62b完全重合時的等距電極保持板52的角位置的角度是兀/N的整數(shù)倍(也包括0)。為了更好地理解，使用如兀/N的特定值來說明，但是這樣的值是理論值。實(shí)踐中，不必說在旋轉(zhuǎn)輸入裝置要求的精度所限定的允許范圍內(nèi)是含有誤差的。在下面的說明中也是一樣。如上所述，通過從a相位電極62a的布置沿相同方向經(jīng)co移位b相位電極62b的布置，能夠4企測等距電極保持板52的旋轉(zhuǎn)方向。其原因?qū)⒃诤竺嬲f明。
盡管在上面的描述中等距電極和相位電極數(shù)目相等，但它們的數(shù)目可以不同。而且，第一和第二圓53、 54的直徑與第三和第四圓63、 64的直徑描述為彼此相等，但當(dāng)?shù)谝缓偷诙A53、 54界定的環(huán)形區(qū)與第三和第四圓界定的環(huán)形區(qū)同心且彼此交疊時，它們的直徑不必相等。順便提及，第一圓53定義的平面(等距電極保持平面52a)和第三圓63定義的平面(相位電極保持，@ 64a^皮jt匕+^于。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的使用。前述來自旋轉(zhuǎn)輸入裝置50的a相位電極引線61a和b相位電極引線61b連接到電容測量部82，電容測量部82測量等距電極56和a相位電極62a之間產(chǎn)生的電容(該電容下面將稱為a相位電容CO以及等距電極56和b相位電極62b之間產(chǎn)生的電容(該電容下面將稱為b相位電容Cb)。這些模擬電容提供到角度測量部84,在這里其被轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于電容的旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字值，然后輸出?？蛇x地，角度計
算部84可檢測通過旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的a相位電容Ca和b相位電容Cb的變化之間的相位差，然后基于相位差是正或負(fù)決定旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向，并輸出表示旋轉(zhuǎn)方向的信號(順時針、逆時針)來與上述檢測的旋轉(zhuǎn)角度一起作為開關(guān)信號，或者單獨(dú)作為開關(guān)信號。
旋轉(zhuǎn)輸入裝置50、電容測量部82和角度計算部84構(gòu)成旋轉(zhuǎn)傳感器80;從旋轉(zhuǎn)部件102的旋轉(zhuǎn)得到的輸出信號用作電子設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)，或者用作用于移動電子設(shè)備的顯示部86上的光標(biāo)的控制信號，用于例如菜單或項(xiàng)目選擇。順便提及，電容測量部82和角度計算部84可通過市售的IC(集成電路)容易地形成。旋轉(zhuǎn)輸入裝置50可以是后面描述的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的任何實(shí)施例或變型。
圖7A圖示了 a相位電極62A和等距電極56A二者的交疊情況。虛斜線表示的區(qū)域是a相位電極62A和等距電極56A的交疊(下面稱為交疊區(qū)域Pa)。a相位電極62A和等距電極56A產(chǎn)生的電容CV可由公式(2)表示
Ca，=s Sa/d (2)
在公式(2)中，s表示相位電極62和等距電極56之間存在的間隙材料(空氣和/或其他絕緣體)的介電常數(shù)。Sa表示交疊區(qū)域Pa的面積。d表示相位電極62和等距電極56的相對表面之間的距離。
如圖7A所示，令交疊區(qū)域Pa的圓弧形成的角度(該角度下面稱為交疊
區(qū)域角)由9a表示，交疊區(qū)域Pa的面積Sa可由公式(3)表示。這里，第二圓54
的半徑表示為R且第一圓53的半徑表示為r。Sa=(7tR2-Kr2)9a/2rt
=ea(R2-r2)/2 (3)將公式(3)代入公式(2),電容CV可由公式(4)表示Ca,=eas(R2-r2)/2d (4)
公式(4)中的系數(shù)s、 d、 R和r是常數(shù)。由于該示例中4吏用六個a相位電極且由于它們交疊等距電極的區(qū)域的角度ea完全相等，C^6CV成立。因此，Ca=3eae(R2-r2)/d (5)
即，電容Ca正比于交疊區(qū)域角ea。類似地，如圖7B所示，令b相位電
極62G和等距電極56G的交疊表示為交疊區(qū)域Pb且交疊區(qū)域Pb的交疊區(qū)域角由6b表示，則下面的公式成立
Cb=3ebs(RV)/d (6)
從公式(6)可知，電容Cb正比于交疊區(qū)域角6b。
圖8A至8D示出了四個狀態(tài)S1至S4，其中等距電極保持板52相對于相位電極保持板64順時針轉(zhuǎn)動。圖8E是曲線圖，示出了隨著等距電極保持板52的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生的電容變化。縱坐標(biāo)表示電容C且橫坐標(biāo)表示時間。a相位電容Ca由實(shí)線表示且b相位電容Cb由虛線表示。狀態(tài)Sl至S4對應(yīng)于圖8A至8D所示的四個狀態(tài)Sl至S4。
當(dāng)?shù)染嚯姌O56和a相位電極62a完全4皮此相對時，在此例中ea=7i/12; 類似地，當(dāng)?shù)染嚯姌O56和b相位電極62b完全彼此相對時，eb=7i/12。在這 些情形中電容Ca和Cb將由d表示。
在圖8A所示的狀態(tài)S1的情形中，各a相位電極62A至62F的一半?yún)^(qū) 域交疊等距電極56A至56F。因此，a相位電容Ca達(dá)到CV2。另一方面，由 于所有的b相位電極62G至62L完全交疊等距電極56中的對應(yīng)一個，所以 b相位電容Cb達(dá)到C,。
圖8B所示的狀態(tài)S2是其中狀態(tài)Sl中的等距電4及56已經(jīng)順時針轉(zhuǎn)動 了兀/24的狀態(tài)。在狀態(tài)S2中，a相位電極62A至62F完全交疊等距電極56 中的對應(yīng)一個。因此，a相位電容Ca為d。另一方面，各b相位電極62G 至62L的一半?yún)^(qū)域交疊等距電極56之一。因此，b相位電容Cb為C"2。
圖8C所示的狀態(tài)S3是其中狀態(tài)S2中的等距電極56已經(jīng)順時針轉(zhuǎn)動 了7t/24的狀態(tài)。在狀態(tài)S3中，各a相位電極62A至62F的一半?yún)^(qū)域交疊等 距電極56中的對應(yīng)一個。因此，a相位電容G為CV2。另一方面，b相位 電極62G至62L完全不交疊等距電極56。因此，b相位電容Cb為O。
圖8D所示的狀態(tài)S4是其中狀態(tài)S3中的等距電極56已經(jīng)順時針轉(zhuǎn)動 了兀/24的狀態(tài)。在狀態(tài)S4中，a相位電極62A至62F和等距電極56完全 不交疊。因此，a相位電容Ca為O。另一方面，各b相位電極62G至62L的 一半?yún)^(qū)域交疊等距電極56中的對應(yīng)一個。因此，b相位電容Cb為CV2。
如上所述，電容C正比于交疊區(qū)域角e。因此，電容Ca和Cb理論上應(yīng) 該呈現(xiàn)隨著等距電極保持板52的旋轉(zhuǎn)而線性增加和減小的三角波形，但實(shí) 際上，在電極圖案精度或電極和周圍物體之間的雜散電容(stray capacitance) 的影響下，如圖8E中的H,和H2所示，波形在最大和最小點(diǎn)及其附近變圓。
電容測量部82輸出對應(yīng)于圖8E所示的電容CV Cb的信號。在圖8E的 例子中，當(dāng)a相位電容Ca改變的相位領(lǐng)先于b相位電容Cb改變的相位時， 圖6中的角度計算部84能夠檢測到逆時針旋轉(zhuǎn)。而且，當(dāng)a相位電容Ca改 變的相位落后于b相位電容Cb改變的相位時，角度計算部84能夠;險測到順 時針旋轉(zhuǎn)。
然而，當(dāng)a相位電極62A至62F和b相位電極62G至62L處于沿相同 圓周方向移位兀/N的整數(shù)倍的角度時，角度計算部84不能檢測等距電極保
17持板52的旋轉(zhuǎn)方向。例如，當(dāng)a相位電極62A至62F和b相位電極62G至 62L沿相同圓周方向移位7t/N的偶數(shù)倍時，a相位電極62A至62F和b相位 電極62G至62L呈現(xiàn)圖9A所示的位置。即，a相位電極和b相位電極關(guān)于 徑向二等分相位電極保持板的直線Y(由單點(diǎn)劃線表示)對稱。
在圖9B所示的狀態(tài)Sl中，等距電極56A至56L在其整個區(qū)域上全部 與相位電極62A至62L相對。因此，a相位電容Ca和b相位電容Cb都達(dá)到 最大值d。然后，令S2表示如圖9C所示的其中等距電極保持板52已經(jīng)相 對于相位電極保持板64順時針轉(zhuǎn)動了兀/12的狀態(tài)。在狀態(tài)S2中，由于等 距電極56A至56L根本不交疊相位電極62A至62L， a相位電容Ca和b相 位電容Cb都為最小值O。因此，如圖9D所示，電容測量部82中所要測量 的a相位電容Ca和b相位電容Q—直重合。即使角度測量部84接收到如 圖9D所示的電容G和Cb的改變，它也不能檢測到旋轉(zhuǎn)方向。
另夕卜，當(dāng)a相位電極62A至62F和b相位電極62G至62L沿相同圓周 方向移位7t/N的奇數(shù)倍時，a相位電極62A至62F和b相位電極62G至62L 如圖IOA所示布置。
在狀態(tài)S1中，如圖10B所示，由于a相位電極62A至62F和等距電極 根本不交疊，a相位電容Ca為O。另一方面，由于b相位電極62G至62L 在其整個區(qū)域上全部與等距電極相對，b相位電容Cb達(dá)到d。另外，圖10C 示出了狀態(tài)S2，其中等距電極保持板52已經(jīng)順時針轉(zhuǎn)動了兀/12。在狀態(tài)S2 中，由于a相位電極62A至62F在其整個區(qū)域上全部與等距電極相對，a相 位電容Ca達(dá)到d。另一方面，由于b相位電極62G至62L根本不交疊等距 電極，b相位電容Cb為0。
因此，電容測量部82中所要測量的a相位電容Ca和b相位電容Cb總 是重合成為如圖IOD所示的形態(tài)。即使角度測量部84接收到如圖IOD所示 的電容Ca和Cb的改變，它也不能檢測到旋轉(zhuǎn)方向，因?yàn)殡娙莞淖兿嗑喽ㄏ?1。
如上所述，當(dāng)a相位電極62A至62F和b相位電極62G至62L處于沿 相同圓周方向分開兀/N的整數(shù)倍的角度的位置時，角度計算部84不能檢測 等距電極保持板52的旋轉(zhuǎn)方向。相反，通過防止a相位電極62A至62F和 b相位電極62G至62L呈現(xiàn)沿相同圓周方向分開;c/N的整數(shù)倍的角度的位置， 在取決于旋轉(zhuǎn)方向的電容Ca的改變和電容Cb的改變之間，產(chǎn)生既不是0也不是t:的整數(shù)倍的相位差。根據(jù)相位差是正或負(fù)能夠識別旋轉(zhuǎn)方向。
下面將描迷旋轉(zhuǎn)角度的檢測。圖11A示出了等距電極保持板52已經(jīng)轉(zhuǎn)
動了 2兀的情況下電容Ca和Cb的改變。
首先，a相位電容Ca和b相位電容Cb的值被數(shù)字化。更具體而言，令 電容d/2作為閾值Y，根據(jù)電容的值大于或小于閾值y，使電容的值為"1" 或"0"。然后，從a相位電容可獲得圖IIB所示的脈沖波形，且一個脈沖周 期對應(yīng)于等距電極保持板52的兀/6旋轉(zhuǎn)角。因此，角度計算部84可以通過 計數(shù)脈沖的數(shù)目來檢測旋轉(zhuǎn)角度。另外，圖llC示出了通過b相位電容Cb 的數(shù)字化產(chǎn)生的脈沖波形。
即，在該實(shí)施例中，a相位電極62a布置在沿旋轉(zhuǎn)方向分開2兀/N的整數(shù) 倍的角度的位置處，b相位電極62b也布置在沿旋轉(zhuǎn)方向分開2ti/N的整數(shù)倍 的角度的位置處。另外，選擇a相位電極和b相位電極的角度位置之間的關(guān) 系，使得從等距電極保持板52的在等距電極和a相位電極交疊最多處的角 度位置到等距電極保持板52的在等距電極和b相位電極交疊最多處的角度 位置的角度不是7i/N的整數(shù)倍。換言之，相對于a相位電極的布置決定b相 位電極的布置，使得沿相同圓周方向從給定一個a相位電極的角度位置到給 定一個b相位電極的角度位置的角度不是兀/N的整數(shù)倍。通過這樣的布置， 角度計算部84將能夠從Ca和Cb之間的關(guān)系檢測旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度。
下面將描述第一實(shí)施例的變型。圖12A至12C以簡化形式示出了相位 電極保持板64的三種變型中的a相位電極和b相位電極的布置。
如圖12A所示，a相位電極和b相位電極每種4是供一個(在圖12A中由 62F和62G標(biāo)記)。在這種示例中，問題在于在電容測量部82中所要測量的 a相位電容Ca和b相位電容Cb的值小。然而，當(dāng)不需要高精度測量時可以 使用該配置。
a相位電極和b相位電極也可以如圖12B所示彼此交替布置。另外在該 示例中，a相位電極通過連接線61A彼此電互連，b相位電極通過連接線61B 彼此電互連，而a相位電極和b相位電極彼此不電連接。在這種情況下，由 于a相位電容Ca和b相位電容Cb都如圖IIA所示變化，角度計算部84能 夠檢測旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向。
也可以如圖12C所示4吏用不同數(shù)目的a相位電才及和b相位電極。在圖12C的例子中，b相位電極的數(shù)目比a相位電極的數(shù)目少一個，且a相位電 極和b相位電極彼此交替設(shè)置。在這種情況下，如圖13A所示，a相位電極
的電容Ca的最大值Can^大于b相位電極的電容Cbmax。即使在這種情況中， 通過設(shè)置a相位電容的閾值^為C^ax/2且b相位電極的閾值Yb為Cbmax/2 ，能
夠正確檢測如圖13B和13C所示的電容Ca和Cb的數(shù)字值的相位。因此， 角度計算部84也能夠檢測旋轉(zhuǎn)角度。
圖14是平面4a圖，以簡化形式示出了第一實(shí)施例中安裝在相位電才及j呆 持板64上的相位電極62的變型。如圖14所示，a相位電極等角地布置在它 們外接第三圓63的位置，b相位電極等角地布置在它們內(nèi)接第四圓64的位 置。在這種情況下，等距電極保持板52可與圖5A所示的相同。
在圖14的例子中，上述a相位電極62A至62F和b相位電極62G至62L 分別與六個a相位電才及62M至62R和六個b相位電才及62S至62X相加。即， a相位電極和b相位電極都是12個。b相位電極的布置相對于a相位電極的 等角布置在圓周向位移co，其中0<co<7t/N。 N是等角間隔的電極的數(shù)目，在 該例中N=12。 a相位電極的徑向?qū)挾群蚥相位電極的徑向?qū)挾戎托∮趫A 63和64之間的環(huán)形區(qū)的寬度，因此，a相位電極和b相位電極在徑向方向 上沒有彼此接觸。
如果必要，可以選擇a相位電極和b相位電極的徑向?qū)挾?，使得各a相 位電極的面積等于相應(yīng)一個b相位電極的面積，或者還可以使它們的徑向?qū)?度相等且根據(jù)電極的面積決定用于所檢測的電容的閾值l和yb，如上面關(guān)于 圖13所述。在圖14的變型中，a相位電極比b相位電極更處于內(nèi)部，但a 相位電極也可以比b相位電極更向外設(shè)置。盡管沒有示出，相鄰的a相位電 才及和相鄰的b相位電才及分別電互連， <旦a相位電才及和b相4立電才及4皮此不電連 接。
如上所述，布置a相位電才及和b相位電極，使得從圖5A所示的等距電 極保持板52的在等距電極56A至56L和a相位電極62A至62F及62M至 62R交疊最多處的角度位置到等距電極56A至56L和b相位電極62G至62L 和62S至62X交疊最多處的角度位置的角度不是兀/N的整數(shù)倍(包括0)。這 樣的電極布置也產(chǎn)生與第 一 實(shí)施例可獲得的相同效果。圖15以簡化形式示出了第一實(shí)施例中等距電極保持^L 52上的等距電才及 56的布置的變型，且圖16以簡化形式示出了與等距電極56對應(yīng)地形成在相 位電極保持寺反64上的相位電極62的布置。
在等距電極保持板52上，除了 12個等距電極56A至56L以外，還安 裝12個等距的電極56M至56X,即， 一共24個等距電極56A至56X。在 該例子中，12個第一等距電極56A至56L等角地布置在它們外接第一圓53 的位置，且12個第二等距電極56M至56X等角地布置在它們內(nèi)接第二圓 54的位置，該第二圓54與第一圓53同心。第一等距電極56A至56L的布 置與第二等距電極56M至56X的布置徑向間隔開，但第一和第二等距電扨_ 都通過未示出的連接線電互連。
如圖15所示，第二等距電極56M至56X的布置與第一等距電極56A 至56L的布置在圓周方向上分開co(0< co<7t/N)。即，該配置與第二變型(圖 14)中所述的a相位電^fel和b相位電極的布置相同，a相位電極和b相位電核^ 分別用第一等距電極和第二等距電極替換。
相位電極保持板64上的與圖15所示的等距電極布置對應(yīng)的相位電極56 通過12個a相位電極62A至62F、 62M至62R以及12個b相位電極62G 至62L、 62S至62X形成，如圖16所示。與第一等距電極56A至56L具有 相同徑向?qū)挾鹊?2個a相位電極62A至62F和62M至62R等角布置在它們 外接與第一圓53有相同直徑的第三圓63的位置。與第二等距電極56M至 56X具有相同徑向?qū)挾鹊?2個b相位電極62G至62L和62S至62X等角布 置在它們內(nèi)接在與第二圓54有相同直徑的第四圓64中的位置，且與a相位 電極62A至62F和62M至62R設(shè)置在相同的圓周角位置。
通過圖15和16所示的等距電極和相位電極的布置，等距電極保持板52 的從第 一等距電極56A至56L與a相位電極62A至62F和62M至62R彼此 交疊最多處的角度位置到第二等距電極56M至56X與b相位電極62G至62L 和62S至62X彼此交疊最多處的角度位置的角度不同于兀/N的整數(shù)倍。這樣 的電極布置也產(chǎn)生與第一實(shí)施例可獲得的相同效杲。
圖17示出了整體構(gòu)造的等距電極56A，至56L',其通過增加圖15所示 的第三變型中的第一等距電極56A至56L和第二等距電極兄M至56X的徑 向?qū)挾榷纬桑瑥亩鼈兿鄬Φ膱A弧彼此交疊。對應(yīng)于等距電極56A，至56L，的相位電極可以是圖16中所示的那些。該變型也產(chǎn)生與第一實(shí)施例可獲《尋 的相同效果。
圖14和15所示的第三變型已經(jīng)描述為具有這樣的配置，即其中第一等 距電板56A至56L和第二等距電極56M至56X彼此平齊布置，且a相位電 極62A至62F、 62M至62R和b相位電極62G至62L、 62S至62X彼此平 齊布置。但這四種電極布置可完全處于不同的平面中。圖18所示的第五變 型是這種配置的 一個例子。
圖18所示的變型可以用作諸如鼠標(biāo)輪的旋轉(zhuǎn)輸入裝置。在旋轉(zhuǎn)輸入裝 置中，如圖18的剖視圖中所示，具有旋轉(zhuǎn)軸102C的盤狀旋轉(zhuǎn)部件102收納 在外殼側(cè)壁104A和104B之間，旋轉(zhuǎn)軸102C通過外殼側(cè)壁104A和104B 的內(nèi)壁表面中制作的軸承孔104c被可旋轉(zhuǎn)地支承。旋轉(zhuǎn)部件102的外周/人 側(cè)壁104A和104B的相對邊緣之間界定的狹縫104S突出。在旋轉(zhuǎn)部件102 的外周表面上，具有等角間隔開的平行于旋轉(zhuǎn)軸延伸的脊102a。圖14所示 的a相位電極62A至62F和62M至62R在圓形a相位電極保持板64A的頂 表面上形成為a相位電極62a， a相位電極保持板64A固定到圖18中的外殼 側(cè)壁104A的內(nèi)壁表面上。圖14所示的b相位電極62G至62L和62S至62X 在圓形b相位電極保持板64B的頂表面上形成為b相位電極62b, b相位電 極保持板64B固定到外殼側(cè)壁104B的內(nèi)壁表面上。
另一方面，圖15所示的第一等距電極56A至56L在環(huán)形第一等距電相^ 保持板52A的頂表面上形成為第一等距電極56a，該第一等距電極保持氺反 52A在外殼側(cè)壁104A側(cè)固定到盤形旋轉(zhuǎn)部件102。另外，圖15所示的第二 等距電極56M至56X在環(huán)形第二等距電極保持板52B的頂表面上形成為第 一等距電極56b，該第二等距電極保持板52B在外殼側(cè)壁104B側(cè)固定到盤 形旋轉(zhuǎn)部件102。
第一等距電極56a的布置和a相位電極62a的布置在以旋轉(zhuǎn)軸102C的 中心線為中心的相同直徑的圓周上以平行關(guān)系彼此面對，且第二等距電才及 56b的布置和b相位電極62b的布置在上述相同直徑且以旋轉(zhuǎn)軸102C的中 心線為中心的圓周上以平行關(guān)系彼此面對?；ミB所有a相位電極的未示出的 連接線經(jīng)過從a相位電極保持板64A的外周伸出的引出部分64Ac延伸以用 于外部連接。類似地，互連所有b相位電極的未示出的連接線經(jīng)過從b相位電極保持板64B的外周伸出的引出部分64Bc延伸以用于外部連接。
在該變型中，電極也布置成使得從旋轉(zhuǎn)部件102的在第一等距電極與a
相位電極彼此交疊最多處的角度位置到旋轉(zhuǎn)部件102的在第二等距電極與b
相位電極彼此交疊最多處的角度位置的角度不是兀/N的整數(shù)倍；這樣，能夠
得到與第 一 實(shí)施例可獲得的相同效果。 第二實(shí)施例
在第二實(shí)施例中，如圖19A和19B所示，間隔件90插在圖4配置中的 等距電極保持板52和相位電極保持板64之間。圖19A和19B分別是乂人殺牛 上和斜下觀察等距電極保持板52、間隔件90和相位電極保持板64的透視圖。
即使公式(2)中的d值設(shè)置得小以提供增大的電容，有必要避免等距電極 56和相位電極62之間的短路。而且，距離d的增加引起電容降低，導(dǎo)致降 低的測量角度。由于電容也隨距離d變化，所以期望保持距離d恒定。通過 在等距電極56和相位電極62之間提供圓形間隔件(絕緣片)90，距離d可保 持恒定，即使有來自外部施加震動的情況下也如此。從耐用的角度上，也可 以增加間隔件的厚度，或使用兩個間隔件。另外，電極和間隔件之間存在空 氣會導(dǎo)致介電常數(shù)局部下降，導(dǎo)致不可能實(shí)現(xiàn)電容的精確測量；為避免這點(diǎn)， 間隔件可以在其表面的整個區(qū)域上涂覆滑潤脂等。
另夕卜，代替使用間隔件90，電極保持板56和64中的一個或兩個表面也 可以在電極上方涂覆滑潤脂等或滑潤樹脂，以防止等距電極56和相位電核_ 62之間的直接接觸。從而提供增強(qiáng)的耐用性。
另外，間隔件90也可以固定(例如通過粘合)在相位電極保持板64或等 距電極保持板52上。在圖18的變型的情況中，間隔件90分別插在第一等 距電極保持板52A和a相位電極保持板64A之間以及第二等距電極保持板 52B和b相位電極保持板64B之間。
間隔件(絕緣片)可由諸如覆蓋膜(coverlay)、抗蝕劑和柔性基板的材料制成。
第三實(shí)施例
在第三實(shí)施例中，每個絕緣體段92設(shè)置在第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)輸入裝置 的等距電極保持板52上的相鄰的等距電極56之間，且每個虛設(shè)電極設(shè)置在 相位電極保持板64上的相鄰的相位電極62之間。圖20A和20B是平面圖， 示出了具有絕緣體段92的等距電極保持板52的前側(cè)和背側(cè)。才艮據(jù)該實(shí)施例，
23可以降低沿等距電極56的布置方向上電極區(qū)域和非電極區(qū)域之間的表面不
規(guī)則。絕緣體l殳92可以由例如抗蝕劑形成。
圖21是平面圖，示出了其中在相位電極保持板64上沿相位電極布置的 方向在相鄰的相位電極62之間設(shè)置每個虛設(shè)電極94的例子。虛設(shè)電極94 每個也經(jīng)由通孔94t通過背側(cè)上的連接線93A和93B電連接到相鄰的虛設(shè)電 極。虛設(shè)電極94由例如銅箔圖案形成。虛設(shè)電極94通過連接線93A、 93B 和引線93a、 93b連接到地(GND)電勢。通過提供虛設(shè)電極94，能夠P爭低相 位電極保持板64兩側(cè)的不規(guī)則性并提高電容檢測靈敏度。
第四實(shí)施例
在第四實(shí)施例中，參考電極96設(shè)置在第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)輸入裝置中的 相位電極保持板64上。圖22A和22B是其上安裝有參考電極96的相位電 極保持板64的前和背側(cè)的平面視圖。在圖22A、 22B的例子中，在布置有 相位電極62A至62L的相位電極保持板64的前側(cè)，安裝三個參考電極96 且它們經(jīng)過通孔96t通過背側(cè)上的連接線95電互連。連接線95通過引線95c 連接到電容測量部82，使電容測量部82也能夠測量參考電極96的雜散電容。 參考電極96例如設(shè)置在相位電極62的圓形布置的內(nèi)部，如圖22A、 22B所 示。參考電極96的總面積選擇為等于a相位電極的總面積(因此，等于b相 位電極的總面積)。
所要測量的電容也包括相位電極和周圍物體(例如，4吏用者的手)之間的 雜散電容。該雜散電容根據(jù)相位電極和周圍物體之間的距離和介電常數(shù)而改 變。介電常數(shù)本身也隨外部溫度改變而改變。影響所要測量的電容的這些改 變的因素將統(tǒng)稱為環(huán)境改變。隨著環(huán)境改變，a相位電容Ca的測量值和b 相位電容Cb的測量值將改變。參考電極96的目的是校正環(huán)境改變導(dǎo)致的電 容改變。通過使用參考電極96檢測環(huán)境改變導(dǎo)致的電容改變并相應(yīng)地校正a 相位電容Ca和b相位電容Cb,電容測量部82可以測量a相位電容Ca和b 相位電容Cb的精確值。下面將描述該校正的原理。
圖23A是曲線圖，通過實(shí)線示出了相位電極和等距電極之間的電容(Ca 或Cb，下面稱為電極間電容)，并通過虛線示出了參考電極96中產(chǎn)生的雜散 電容(該電容下面將稱為參考電容)。縱坐標(biāo)表示電容值，4黃坐標(biāo)表示時間。 圖23B是曲線圖，示出了從電極間電容減去參考電容得到的值。
通過選4奪a相位電才及62A至62F的總面積、b相位電才及62G至62L的總面積及參考電極96的總面積為彼此相等，認(rèn)為周圍環(huán)境對這些電極的影
響將基本相同。因此，通過從電極間電容減去參考電容，能夠獲得不受周圍
環(huán)境改變影響的電極間電容。該校正功能可通過電容測量部82中的軟件實(shí) 現(xiàn)，或者通過電子電路實(shí)現(xiàn)。 [第一變型]
圖24示出了前面針對圖2和3描述的實(shí)施例的變型。如參考圖19所述， 在間隔件90保持在等距電極保持板52和相位電極保持板64之間的情況中， 或者在等距電極保持板52和相位電極保持板64的一個或兩個相對表面纟皮提 供有絕緣涂覆的情況中，等距電極保持板52和相位電極保持板64可彼此鄰 接設(shè)置。在這種情況下，通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)部件102，等距電極保持板52和相位 電極保持板64經(jīng)間隔件或涂層相對彼此滑動。
在這樣配置的示例中，當(dāng)異常外力或震動施加到旋轉(zhuǎn)部件102時，很可 能間隔件或涂層受到破壞，在旋轉(zhuǎn)角度的測量期間引起所檢測的電容的改 變，或者間隔件或涂層斷裂，導(dǎo)致等距電極和相位電極之間短路。為了吸收 施加的過量的外力或震動，根據(jù)該變型，保持在旋轉(zhuǎn)部件102和等距電極保 持板52之間的墊片106附著到旋轉(zhuǎn)部件102內(nèi)側(cè)。墊片106吸收外部沖擊， 因此能夠防止對間隔件或涂層的破壞。另外，由于可以減小等距電極保持板 52和相位電極保持板64之間接觸的壓力改變，能夠降低外力改變引起的電 容改變。
圖25是設(shè)置有薄的、圓柱形按鈕部件108的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的分解透視 圖。令旋轉(zhuǎn)部件102的旋轉(zhuǎn)方向由z方向表示，設(shè)置按鈕部件108允許檢測 沿z方向的搡作以及轉(zhuǎn)動操作。結(jié)果，本發(fā)明能夠在更廣的領(lǐng)域?qū)嵤?。將?述其具體構(gòu)造。旋轉(zhuǎn)部件102具有居中設(shè)置的通孔102b。按鈕部件108收納 在通孔102b中。在相位電極保持板64的中心安裝由彈性薄片金屬制成的凸 出的盤形可移動接觸件55。在相位電極保持板64上在與可移動接觸件55 相對的區(qū)域中形成固定接觸件65 。
圖26A和26B是設(shè)置有固定接觸件65的相位電極保持板64的前側(cè)和 背側(cè)的平面視圖。固定接觸件65由中心第一接觸件65a和圍繞該第一接觸 件65a圓周地布置的三個第二接觸件65b構(gòu)成?？梢苿咏佑|件55設(shè)置為其 邊緣部分?jǐn)R在這三個第二接觸件65b上。因此，第一接觸件65a處于移動4妄
25觸件55的邊纟彖部分的更內(nèi)部，且第一接觸件65a和可移動接觸件55正常i也 彼此不接觸。與可移動接觸件55接觸的三個第二接觸通過連接線66b互連， 連接線66b經(jīng)過相位電極保持板64的引出部分64c延伸，以與連接到第一 接觸件65a的連接線66a —起用于外部連4妄。
按鈕部件108被壓下時，可移動接觸件55在中心處彈性地向內(nèi)彎曲從 而建立第一接觸件65a和第二接觸件65b之間的短路，由此提供連接線66a 和66b之間的電連接。因此，按鈕部件108的按壓可以通過檢測接觸件的開 /關(guān)4喿作來^r測。
圖27是圖25配置中設(shè)置有觸覺產(chǎn)生部件110的旋轉(zhuǎn)輸入裝置的分解透 視圖，且圖28A和28B是旋轉(zhuǎn)輸入裝置50的平面圖和側(cè)視圖，移去了旋轉(zhuǎn) 部件102。圖29A所示的是沿線A-A取得的包括旋轉(zhuǎn)部件102的剖視圖，且 圖29B所示的是沿線B-B取得的剖視圖。通過觸覺產(chǎn)生部件IIO,能夠提供 對^f吏用者轉(zhuǎn)動4i轉(zhuǎn)部件102的觸覺響應(yīng)。圖27至29所示的觸覺產(chǎn)生部件110 包括轉(zhuǎn)子112和金屬絲彈簧114。轉(zhuǎn)子112為環(huán)形且具有沿其周邊形成的多 個三角形轉(zhuǎn)子齒112a。轉(zhuǎn)子112固定地安裝在旋轉(zhuǎn)部件102的背側(cè)上，且在 轉(zhuǎn)子112的下側(cè)按序安裝有墊片106和等距電極保持板52。
金屬絲彈簧114彈性壓靠且固定到外殼104的內(nèi)壁表面。金屬絲彈簧114 具有至少一個彎曲114a,以能夠與轉(zhuǎn)子齒112a嚙合的方式朝向環(huán)的中心突 出。因此，只要在用手指轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)部件102期間金屬絲彈簧114的彎曲114a 經(jīng)過轉(zhuǎn)子齒112a的峰和谷，轉(zhuǎn)動運(yùn)動的拖曳強(qiáng)度就改變，使得使用者能夠 感覺來自旋轉(zhuǎn)部件的改變。在圖28A的例子中，金屬絲彈簧具有兩個直徑方 向上相對的彎曲114a。觸覺產(chǎn)生部件110通過結(jié)合轉(zhuǎn)子112和金屬絲彈簧114 使得轉(zhuǎn)子齒112a和兩個彎曲114a彼此嚙合而形成。圖29A、 29B的例子示 出的情況是增加了按鈕墊107,從而減輕按鈕部件108的下按動作帶來的負(fù) 載。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)輸入裝置設(shè)計為用于電容型旋轉(zhuǎn)開關(guān)中，該旋轉(zhuǎn)開關(guān)特別 適于用作內(nèi)置在諸如便攜電話、數(shù)碼相機(jī)、個人電腦、PDA等的便攜設(shè)備中 的輸入裝置；由于沒有連接線從安裝在旋轉(zhuǎn)部件上的等距電極引出，可以實(shí) 現(xiàn)長壽命且小型化的旋轉(zhuǎn)輸入裝置。而且，參考電極的使用能夠校正周圍環(huán) 境改變引起的電容改變，確保精確的角度測量。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)輸入裝置，包括外殼；盤形旋轉(zhuǎn)部件，可旋轉(zhuǎn)地支承到所述外殼；等距電極保持板，具有沿第一圓等距地間隔開的N個第一等距電極和沿著平行于所述第一圓的第二圓等距地間隔開的N個第二等距電極，所述等距電極保持板附著到所述旋轉(zhuǎn)部件，所述N是等于或大于1的整數(shù)，且所述第一和第二等距電極電互連；及相位電極保持板，具有沿以平行關(guān)系與所述第一圓相對的第三圓設(shè)置且電互連的α個a相位電極、沿以平行關(guān)系與所述第二圓相對的第四圓設(shè)置且電互連的β個b相位電極，以及分別電連接到所述a相位電極和所述b相位電極的第一和第二引線，所述相位電極保持板固定到所述外殼，所述α是等于或大于1的整數(shù)，且所述β是等于或大于1的整數(shù)；其中所述等距電極保持板和所述相位電極保持板設(shè)置成使得所述第一至第四圓的中心全部落在所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)中心線上，且所述旋轉(zhuǎn)中心線以直角交叉分別由所述第一至第四圓定義的所有平面；其中當(dāng)所述α等于或大于2時，任意兩個所述a相位電極在分開2π/N的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；其中當(dāng)所述β等于或大于2時，任意兩個所述b相位電極在分開2π/N的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；且其中相對于所述等距電極的布置來布置所述a相位電極和所述b相位電極，使得從所述等距電極保持板的在所述第一等距電極和所述a相位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置到所述等距電極保持板的在所述第二等距電極和所述b相位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置的角度是從π/N的整數(shù)倍位移預(yù)定角度ω的角度，其中ω大于0但小于π/N。
2. —種旋轉(zhuǎn)輸入裝置，包括 外殼；盤形旋轉(zhuǎn)部件，可旋轉(zhuǎn)地支^c到所述外殼；等距電極保持板，具有沿第一圓等距地間隔開的N個等距電極，所述等 距電極保持板附著到所述旋轉(zhuǎn)部件，所述N是等于或大于1的整數(shù)，且所述等距電極電互連；及相位電極保持板，具有沿以平行關(guān)系與所述第 一 圓相對的第二圓設(shè)置且 電互連的a個a相位電極、沿以平行關(guān)系與所述第一圓相對的第三圓設(shè)置且 電互連的p個b相位電極，以及分別電連4妄到所述a相位電才及和所述b相位 電極的第一和第二引線，所述相位電極保持板固定到所述外殼，所述a是等 于或大于l的整數(shù)，且所述P是等于或大于1的整數(shù)；其中所述等距電極保持板和所述相位電極保持板設(shè)置成使得所述第一 至第三圓的中心全部落在所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)中心線上，且所述旋轉(zhuǎn)中心線 以直角交叉分別由所述第一至第三圓定義的所有平面；其中當(dāng)所述a等于或大于2時，任意兩個所述a相位電極在分開2tc/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；其中當(dāng)所述(3等于或大于2時，任意兩個所述b相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；且其中相對于所述等距電極的布置來布置所述a相位電極和所述b相位電 極，使得從所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述a相位電極彼此交 疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置到所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述b相 位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置的角度是從tt/N的整數(shù)倍位移預(yù)定角度 co的角度，其中ro大于0但小于兀/N。
3. —種旋轉(zhuǎn)輸入裝置，包括外殼；盤形旋轉(zhuǎn)部件，可旋轉(zhuǎn)地支承到所述外殼；等距電極保持板，具有沿第一圓等距地間隔開的N個等距電極，所述等 距電極保持板附著到所述旋轉(zhuǎn)部件，所述N是等于或大于1的整數(shù)，且所述 等距電極電互連；及相位電極保持板，具有沿以平行關(guān)系與所述第 一 圓相對的第二圓設(shè)置且 電互連的a個a相位電極、沿所述第二圓設(shè)置且電互連的P個b相位電極， 以及分別電連接到所述a相位電極和所述b相位電極的第一和第二引線，所 述相位電極保持板固定到所述外殼，所述cc是等于或大于1的整數(shù)，且所述P是等于或大于1的整數(shù)；其中所述等距電極保持板和所述相位電極保持板設(shè)置成使得所述第一 和第二圓的中心落在所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)中心線上，且所述旋轉(zhuǎn)中心線以直角交叉分別由所述第 一和第三圓定義的平面；其中當(dāng)所述cc等于或大于2時，任意兩個所述a相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；其中當(dāng)所述P等于或大于2時，任意兩個所述b相位電極在分開2兀/N 的整數(shù)倍的角度的位置處落在所述第二圓的圓周上；且其中相對于所述等距電極的布置來布置所述a相位電;f及和所述b相位電 極，使得從所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述a相位電極二波此交 疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置到所述等距電極保持板的在所述等距電極和所述b相 位電極彼此交疊最多的旋轉(zhuǎn)角度位置的角度是從tt/N的整數(shù)倍位移預(yù)定角度 oo的角度，其中co大于0但小于兀/N。
4. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中所述N是偶數(shù) JLa=(3=N/2。
5. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中間隔件插在所 述等距電極保持板和所述相位電極保持板之間。
6. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置求，其中絕緣片附著 到所述等距電極保持板的其上布置有所述等距電極的表面和所述相位電極 保持板的其上布置有所述a相位電極和所述b相位電極的表面中的至少一個 表面上。
7. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中所述等距電極 保持板具有絕緣體段，每個所述絕緣體段設(shè)置在相鄰的所述等距電極之間。
8. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中所述相位電極 保持板具有電互連的第 一虛設(shè)電極和電互連的第二虛設(shè)電極，每個第 一虛設(shè) 電極設(shè)置在相鄰的所述a相位電極之間，每個第二虛設(shè)電極設(shè)置在相鄰的所 述b相位電才及之間。
9. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中所述相位電極 保持板具有用于校正周圍環(huán)境引起的電容改變的參考電極。
10. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，其中墊部件插在 所述旋轉(zhuǎn)部件和所述等距電極保持板之間。
11. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，還包括 按鈕部件，收納在形成于所述旋轉(zhuǎn)部件中心的通孔中，用于朝向所述旋轉(zhuǎn)中心線按壓；第 一 固定接觸件，形成在所述相位電極保持板上且設(shè)置在所述相位電極保持板的中心，所述a相位電極和所述b相位電極圍繞該中心布置；第二固定接觸件，設(shè)置在所述a相位電極和所述b相位電極的布置與所述第一固定接觸件之間；及彎曲的盤形可移動接觸件，由彈性片金屬形成且以掛在所述第一 固定接觸件之上的方式安裝在所述第二固定接觸件上；其中所述可移動接觸件適于提供所述第 一 固定接觸件和所述第二固定接觸件之間的電連接。
12. 如權(quán)利要求l、 2和3中任一項(xiàng)的旋轉(zhuǎn)輸入裝置，還包括觸覺產(chǎn)生 部件，該觸覺產(chǎn)生部件包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子固定到所述4t轉(zhuǎn)部件并具有沿其 周邊形成的齒；以及環(huán)形金屬絲彈簧，該彈簧由所述外殼支承并具有用于與 所述轉(zhuǎn)子的齒彈性嚙合的突起。
13. —種旋轉(zhuǎn)傳感器，包括如權(quán)利要求1、 2和3中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)輸入裝置；電容測量部，用于通過所述第一和第二引線測量通過所述等距電極和所述a相位電極形成的a相位電容和通過所述等距電極和所述b相位電極形成的b相位電容；及角度測量部，用于從所述a相位電容的測量結(jié)果和所述b相位電容的測量結(jié)果計算所述旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)方向和角度中的至少 一種。
全文摘要
本發(fā)明能夠檢測正確的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度而不管周圍環(huán)境。一種檢測裝置設(shè)置有沿第一圓的圓周具有等距電極(56)的等距電極保持板(52)以及具有沿與第一圓相對的第二圓的圓周布置的α個a相位電極和β個b相位電極的固定相位電極保持板(64)。當(dāng)α等于或大于2時，a相位電極的任意兩個處于沿第二圓的圓周上的旋轉(zhuǎn)方向錯開2π/N的整數(shù)倍的角度的位置。當(dāng)β等于或大于2時，任意兩個b相位電極處于沿第二圓的圓周上的旋轉(zhuǎn)方向錯開2π/N的整數(shù)倍的角度的位置。相位電極以這樣的方式布置使得b相位電極相對于a相位電極不處于沿第二圓的圓周上的旋轉(zhuǎn)方向錯開π/N的整數(shù)倍的角度的位置。
文檔編號G01D5/245GK101641571SQ20088000859
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者豐田直樹, 清子雅人, 續(xù)木史郎 申請人:星電株式會社