專利名稱：電容式傳感器及信息輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠根據(jù)電容變化檢測手指接觸或接近位置的電容式傳感器以及信息輸入裝置。
背景技術(shù)：
近年來，根據(jù)電容變化檢測手指的位置并控制屏幕顯示和裝置操作的電子裝置已經(jīng)被廣泛使用。這種電容式傳感器通常通過檢測排列在平面上的多個電極的電容變化來確定平面上的手指接觸或接近的位置。例如，日本專利申請公開第59-119630號(第3頁，圖5)(以下稱為專利文件1) 公開了一種觸摸開關(guān)裝置(touch switch apparatus)，具有將矩形沿其一條對角線分成兩部分而形成兩個三角形觸摸電極的電極結(jié)構(gòu)，該觸摸電極沿單軸方向排列使其斜邊相對而置，其間有微小的間隙。根據(jù)這樣的電極結(jié)構(gòu)，由于手指與每個觸摸電極的重疊區(qū)域取決于手指的單軸位置，因此能夠根據(jù)觸摸電極的電容變化率來確定手指的接觸位置。此外，日本專利申請公開第59-121484號(第3頁，圖5)(以下稱為專利文件2)公開了一種坐標輸入裝置，具有以4X4矩陣按預(yù)定間隔沿雙軸方向排列而成的多個矩形觸摸電極，以根據(jù)觸摸電極的電容變化率確定手指的雙軸接觸位置。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文件1公開的電極結(jié)構(gòu)中，如果觸摸電極沿單軸方向的較寬，則每個觸摸電極的斜邊就會形成一個緩角，這就降低了對手指接觸位置的檢測分辨率。在專利文件2公開的電極結(jié)構(gòu)中，信號線連接至觸摸電極并穿過電極間的間隙布線。信號線像觸摸電極那樣容性耦合至手指，因此需要將信號線制造得很細以抑制由于信號線的容性耦合而導(dǎo)致的檢測精度的下降。然而，將信號線制造得很細會增大信號線中的電阻，這就降低了觸摸電極的電容變化靈敏度。鑒于這種情況，期望提供能夠提高雙軸位置檢測的精度并防止由于檢測區(qū)域中存在線路而導(dǎo)致靈敏度降低的電容式傳感器和信息輸入裝置。在實施方式中，導(dǎo)電膜包括電極組，該電極組包括第一電極、第二電極和第三電極。至少一個電極包含沿著該電極的寬度方向在高度上增大和減小的部分。在實施方式中， 每個電極包含沿著電極的寬度方向在高度上逐漸增大或減小的部分。在實施方式中，第一電極的高度、第二電極的高度和第三電極的高度之和沿著電極的寬度方向至少基本上是恒定的。在實施方式中，第一電極和第二電極的形狀相對于電極組的中心線至少基本上彼此鏡面對稱。在實施方式中，第一電極和第二電極的形狀至少基本上是三角形。在實施方式中，第三電極的形狀至少基本上是三角形。在實施方式中，導(dǎo)電膜進一步包括排列成陣列的多個電極組。在實施方式中，第一電極具有與第二電極和第三電極中的至少一個相對的斜邊。在實施方式中，第一電極具有至少基本上是等腰三角形的第一電極形狀，第二電極具有至少基本上是直角三角形的第二電極形狀，第三電極具有至少基本上是直角三角形的第三電極形狀，其中，第二電極的位置至少基本上與第三電極鏡面對稱。在實施方式中，第一電極包括與第二電極相對的第一斜邊，以及與第三電極相對的第二斜邊。在另一實施方式中，電容式傳感器包括至少一個位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)的電極組，該電極組包括第一電極、第二電極和第三電極。電容式傳感器還包括驅(qū)動部，該驅(qū)動部被配置為測量第一電極、第二電極和第三電極的電容，并被配置為基于所測量的電容確定至少一個物體的位置信息。在該實施方式中，至少一個電極包含沿著感應(yīng)區(qū)的寬度方向在高度上增大和減小的部分。在實施方式中，電極組的寬度至少基本上與感應(yīng)區(qū)的寬基本上相同。在實施方式中，每個電極包含沿著電極的寬度方向在高度上逐漸增大或減小的部分。在實施方式中，第一電極的高度、第二電極的高度和第三電極高之和在沿著電極的寬度方向上至少基本上是恒定的。在實施方式中，第一電極具有與第二電極和第三電極中的至少一個相對的斜邊。在實施方式中，第一電極具有至少基本上是等腰三角形的第一電極形狀，第二電極具有至少基本上是直角三角形的第二電極形狀，第三電極具有至少基本上是直角三角形的第三電極形狀，其中，第二電極的位置至少基本上與第三電極鏡面對稱。在實施方式中，第一電極包括與第二電極相對的第一斜邊，以及與第三電極相對的第二斜邊。在實施方式中， 第一電極在寬度方向上在其中心部分處具有最大高度。在實施方式中，第一電極在寬度方向上在其中心部分處具有最小高度。在實施方式中，導(dǎo)電膜進一步包括位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)并排列成陣列的多個電極組。在另一實施方式中，信息輸入裝置包括電容式傳感器，該電容式傳感器包括至少一個位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)的電極組，該電極組包括第一電極、第二電極和第三電極。信息輸入裝置還包括驅(qū)動部，該驅(qū)動部被配置為測量第一電極、第二電極和第三電極的電容，并被配置為基于所測量的電容確定至少一個目標的位置信息。信息輸入裝置進一步包括被配置為處理從驅(qū)動部輸出的位置信息的控制部。在該實施方式中，至少一個電極包含沿著感應(yīng)區(qū)的寬度方向在高度上增大和減小的部分。在實施方式中，驅(qū)動部包括用于生成提供至電極的信號電壓的信號生成電路，以及用于計算電極電容和電容變化的運算電路。在實施方式中，控制部被配置為根據(jù)從驅(qū)動部輸出的位置信息生成用來控制顯示在顯示元件操作屏上的圖像的控制信號，并將該控制信號輸出至顯示元件。在實施方式中，電容式傳感器包括至少一個位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)并包含多個電極的電極組。至少一個電極至少基本上延伸穿過感應(yīng)區(qū)的感應(yīng)區(qū)寬度。電容式傳感器還包括驅(qū)動部， 該驅(qū)動部被配置為測量電極的電容，并同時確定在感應(yīng)區(qū)寬度方向上排列的多個目標的位
直fe息。在另一實施方式中，電容式傳感器包括至少一個被配置為單層膜并位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)的電極組。該電極組包括多個電極，其中電極組基本上與感應(yīng)區(qū)寬度相同，且電極組長度小于感應(yīng)區(qū)長度。該電容式傳感器還包括驅(qū)動部，該驅(qū)動部被配置為測量電極的電容，并同時確定在感應(yīng)區(qū)寬度方向上排列的多個目標的位置信息。這里描述了另外的特征和優(yōu)點，并且它們在以下的詳細描述和附圖中將是顯而易見的。


圖1是實施方式的信息輸入裝置的示意性分解透視圖；圖2是第一實施方式的電容式傳感器的示意性平面圖；圖3是電容式傳感器中的電極組構(gòu)造的平面圖；圖4A和圖4B是用來說明電容式傳感器的操作的示圖；圖5是用來說明電容式傳感器的操作的示圖；圖6A 圖6C是用來說明電容式傳感器的操作的示圖；圖7是用來說明電容式傳感器的操作的示圖；圖8是比較實例的電極結(jié)構(gòu)平面圖；圖9是實施方式的實驗實例的平面圖；圖10示出了用于實驗實例中的算術(shù)表達式；圖IlA和圖IlB是示出了實驗實例的結(jié)果的示圖；圖12是第二實施方式中的電容式傳感器的示意性平面圖；圖13是第三實施方式中的電容式傳感器的示意性平面圖；圖14是說明第二實施方式的變形實例的示圖；圖15是說明第一實施方式的變形實例的示圖；圖16是說明第三實施方式的變形實例的示圖；圖17是說明第一實施方式的變形實例的示圖；圖18是說明第三實施方式的變形實例的示圖。
具體實施例方式以下將參照附圖對實施方式進行描述。<第一實施方式>[信息輸入裝置]圖1是實施方式的包含電容式傳感器的信息輸入裝置的構(gòu)造的示意性分解透視圖。本實施方式中的信息輸入裝置100具有電容式傳感器1、顯示元件17、驅(qū)動部18及控制部19。該信息輸入裝置100構(gòu)成了諸如便攜式信息終端或固定的信息顯示裝置的電子裝置。在圖中，未示出容納電容式傳感器1、顯示元件17等的外殼。[電容式傳感器]圖2是電容式傳感器1的構(gòu)造的示意性平面圖。電容式傳感器1具有寬度為W、高度為H的檢測區(qū)SA。電容式傳感器1置于顯示元件17的操作屏17a上，并被構(gòu)造作為用來根據(jù)電容變化檢測檢測區(qū)SA內(nèi)檢測目標(例如用戶的手指)的接近或接觸的感應(yīng)面板 (sensor panel)。在圖1和2中，X軸表示與操作屏17a的橫向邊平行的坐標軸，Y軸表示與操作屏17a的縱向邊平行的坐標軸，Z軸表示與操作屏17a垂直的坐標軸。如圖2所示，電容式傳感器1具有多個電極組IO1UO2UO3UOp…IOn以及用來支撐這些電極組的支撐體14。該電極組在支撐體14的表面上沿Y軸方向等距排列。在圖2 中，沿+Y方向(第二方向)給出電極組的參考標號依次為IO1UO2UO3UOp -UOno電極組在構(gòu)造上相同，因此這里統(tǒng)稱為“電極組10”，對電極組進行單獨描述的情況除外。如圖2所示，構(gòu)造電極組10使得寬度為W、高度為h的矩形被劃分為三部分第一電極11、第二電極12和第三電極13。圖3是一個電極組10的放大的平面圖。第一電極11具有與X軸方向平行的底邊11a。使底邊Ila的長度(w)差不多等于檢測區(qū)SA的寬度W。S卩，第一電極11的寬度能夠沿X軸方向覆蓋檢測區(qū)SA的寬度。第一電極11具有相對于平行于+X方向的寬度方向在平行于+Y軸方向的高度上逐漸增大的第一區(qū)111和相對于+X方向在高度上逐漸減小的第二區(qū)112。在該實施方式中，第一電極11由具有兩條斜邊lib和Ilc的近似等腰三角形構(gòu)成，其高度的最大值在其寬度方向的中心部分處。第二電極12在Y軸方向上與第一區(qū)111相對，并且相對于+X方向(寬度方向)在平行于+Y方向(高度方向)的高度上逐漸變小。在該實施方式中，第二電極12由近似直角三角形構(gòu)成，該直角三角形具有與第一電極11的底邊Ila平行且寬度差不多是底邊Ila 的一半的底邊12a，與第一電極11的斜邊lib相對的斜邊12b以及與前述兩條邊相鄰的鄰邊12c。第一電極11的斜邊lib和第二電極12的斜邊12b相對于X軸形成了相同的傾角。 兩條斜邊lib和12b之間有恒定的間隙。對于該間隙的尺寸沒有特別的限制，只要該間隙提供了第一區(qū)111和第二電極12之間的電隔離。第三電極13在Y軸方向上與第二區(qū)112相對，并相對于+X方向(寬度方向)在平行于+Y方向(高度方向)的高度上逐漸增大。在該實施方式中，第三電極13由近似直角三角形構(gòu)成，該直角三角形具有與第一電極11的底邊Ila平行且寬度差不多是底邊Ila 的一半的底邊13a，與第一電極11的斜邊Ilc相對的斜邊13b以及與前述兩條邊相鄰的鄰邊13c。第一電極11的斜邊Ilc和第三電極13的斜邊13b相對于X軸形成了相同的傾角。 兩條斜邊Ilc和1 之間有恒定的間隙。對于該間隙的尺寸沒有特別的限制，只要該間隙提供第二區(qū)112和第三電極13之間的電隔離。第二電極12與第三電極13在X軸方向上相對而置(其間有間隙)，且關(guān)于穿過第一電極11中心部分平行于Y軸方向的直線對稱。支撐體14與顯示元件17的圖像顯示面(操作屏17a)相對。支撐體14支撐如上所述構(gòu)造的電極組10以保持電極組10在Y軸方向上按預(yù)定間距排列。該支撐體14由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)、聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)等彈性電絕緣塑料膜構(gòu)成。可選地，支撐體14可以使用諸如玻璃和陶瓷的剛性材料。電極組10 (第一電極11至第三電極1 和支撐體14均由透明材料構(gòu)成。例如， 電極組10由諸如氧化銦錫(ITO)、SnO和SiO的透明導(dǎo)電氧化物形成。支撐體14由PET、 PEN等透明樹脂膜形成。因此可以從外部通過電容式傳感器1看到顯示在操作屏17a上的圖像。對于電極組10的形成方法沒有特別的限制。例如，可以利用諸如氣相沉積(vapor deposition)、濺射和CVD的薄膜成形法在支撐體14上形成構(gòu)成電極組10的導(dǎo)電膜。在這種情況下，在基板上形成導(dǎo)電膜后，可以以預(yù)定的形狀來圖案化該導(dǎo)電膜?？蛇x地，在具有抗蝕劑掩膜的基板表面形成導(dǎo)電膜后，可以從基板上將多余的導(dǎo)電膜與抗蝕劑掩膜一起去除。此外，可以利用諸如電鍍和絲網(wǎng)印刷的印刷法在基板上形成電極圖案。
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電極組10進一步具有用來將第一電極11至第三電極13連接至驅(qū)動部18的信號線(配線)。在該實施方式中，如圖3所示，信號線lis連接至第一電極11寬度方向上的一端，而信號線1 和13s分別連接至第二電極12和第三電極13的朝向檢測區(qū)SA外部的邊 12c 和邊 13c。信號線lis 13s在支撐體14上檢測區(qū)SA的外部區(qū)域布線，并經(jīng)由諸如連接器 (未示出)的外部連接端與驅(qū)動部18連接。此外，信號線lis 13s對每個電極組10來說是單獨形成的，并被共同連接至驅(qū)動部18。信號線1 Is 13s可以由電極組10的組成材料形成。在這種情況下，信號線1 Is 13s可以與電極組10同時形成。同時，信號線lis 13s也可以由不透明的導(dǎo)電材料形成， 例如鋁(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)等金屬線。在這種情況下，配線層可以由低電阻率材料制成， 這使得能夠以高靈敏度檢測電極組10的電容變化。另外，由于信號線lis 13s位于檢測區(qū)SA的外部，所以只要檢測區(qū)SA的外部是在操作屏17a的有效像素區(qū)之外，就能夠防止信號線lis 13s削弱圖像的可視性。將電極組10的寬度w設(shè)置為SA的寬度W。電極組10的寬度w可以等于、大于或小于檢測區(qū)SA的寬度W。關(guān)鍵是，一個電極組10覆蓋檢測區(qū)SA的整個寬度，且相對于檢測區(qū)SA的寬度方向并不平行排列兩個或以上電極組10。同時，根據(jù)檢測區(qū)SA的高度、檢測目標的大小、Y軸方向上的檢測分辨率等來適當設(shè)置電極組10的高度h。在本實施方式中，例如，假設(shè)用戶的手指為檢測目標，考慮到手指與操作面接觸的部分的尺寸，將高度h設(shè)為5mm 10mm。類似地，對于在Y軸方向上電極組 10的列數(shù)沒有特別的限制。根據(jù)檢測區(qū)SA的高度、檢測目標的大小、Y軸上的檢測分辨率等來適當設(shè)置列數(shù)。此外，如圖3所示，第一電極11與第二電極12和第三電極13的高度之和相對于 +X方向是恒定的。這使得整個電極組的高度恒定，從而能夠防止檢測靈敏度根據(jù)檢測目標相對于X軸方向的位置而發(fā)生變化。另外，如圖1所示，電容式傳感器1具有用來覆蓋電極組10的所有列的保護層15。 該保護層15由PET、PEN等的透明樹脂膜、塑料板、玻璃板等形成。此外，保護層15的最外層表面構(gòu)成了用戶進行觸摸和操作的操作表面。[驅(qū)動部]用于驅(qū)動電極組10的驅(qū)動部18包括用來生成提供至電極11 13的信號電壓的信號生成電路，以及用來計算電極11 13的電容及電容變化的運算電路(arithmetic circuit)。對信號電壓沒有特別的限制，只要信號能夠使電極11 13振蕩。例如，該信號可以是具有預(yù)定頻率的脈沖信號、高頻信號、交流電信號或直流電信號。對運算電路沒有特別的限制，只要該運算電路能夠檢測振蕩電極的電容或電容的變化量。該實施方式的運算電路將電容的變化量轉(zhuǎn)換為整數(shù)值(計數(shù)值)，并將其輸出至控制部19。在該實施方式中，采用固有電容法來檢測電極11 13的電容及電容變化。固有電容法也稱為僅使用一個電極進行感測的單電極法。用于感測的電極相對于接地電位具有浮置電容。當諸如人體(手指)的接地檢測目標靠近時，電極的浮置電容增加。該運算電路通過檢測電容的增加來計算手指的接近和位置坐標。對于電極11 13的振蕩順序，即電極11 13的掃描方法，并沒有特別的限制。電極11 13可以沿寬度方向(+X方向)或相反的方向(-X方向)依次受到振蕩。此外， 所有列的電極組可以瞬時或連續(xù)地受到振蕩(例如沿Y軸方向)。另外，所有列的電極組10的電極11 13可以在任何時候都不受振蕩，但在省略預(yù)定電極時受到振蕩。例如，在檢測到檢測目標(諸如用戶的手指)之前所有列(或明確省略預(yù)定電極的一些列)中只有第一電極11受到振蕩，而后隨著檢測目標越來越接近，其他電極也受到振蕩。此外，可以以操作屏17a的顯示模式來選擇將受到振蕩的電極。例如， 如果需要通過手指進行輸入操作的圖像密集地位于屏幕的左側(cè)，所有列中只有第二電極12 能夠被掃描，反之，如果圖像密集地位于屏幕的右側(cè)，所有列中只有第三電極13能夠被掃描。與所有電極都被掃描的情況相比，這樣就能夠節(jié)省受到驅(qū)動的電極。[控制部]控制部19根據(jù)從驅(qū)動部18的輸出生成用來控制顯示在顯示元件17的操作屏17a 上的圖像的控制信號，并將其輸出至顯示元件17。控制部19通常包含用來確定檢測區(qū)SA 中手指的操作位置、操作方向等的計算機，并根據(jù)這些檢測結(jié)果執(zhí)行預(yù)定的圖像控制操作。 例如，控制部19根據(jù)用戶的意圖執(zhí)行屏幕控制操作，諸如相應(yīng)于操作位置改變屏幕上的圖像并沿操作方向移動圖像。控制部19也能夠生成用于控制信息輸入裝置100其他功能的其他控制信號。例如，根據(jù)操作屏17a上的操作位置，控制部19能夠允許執(zhí)行各種功能，諸如電話呼叫、線路切換、字典搜索、文本信息輸入以及游戲?？刂撇?9沒有必要由與驅(qū)動部18分離的電路形成，它可以包含一個與驅(qū)動部18 集成的電路。例如，控制部19和驅(qū)動部18可以由單個半導(dǎo)體芯片構(gòu)成(IC芯片)。[信息輸入裝置的操作實例]以下將對電容式傳感器1的操作實例進行描述。在這里，將對使用電容式傳感器 1檢測手指的輸入操作位置(XY坐標)的方法進行說明。如上所述，控制部19確定輸入操作的位置。(Y軸方向上的檢測)在電容式傳感器1中，每個電極組10構(gòu)成一個檢測組。因此，通過根據(jù)組成電極組10的第一電極11至第三電極13的電容變化或電容之和檢測檢測目標的接近或接觸來確定Y軸方向上的操作位置。在該實施方式中，對于Y軸方向上的檢測，對于所有列的每個電極組10，檢測了所有電極11 13的電容之和(計數(shù)總量)，并根據(jù)電容之和的大小，利用例如下列等式⑴ 確定手指相對于Y軸方向上的接觸位置Count (Yn) = (Cn+C12+C13)…(1)在等式⑴中，“Cn”表示第一電極11的電容(或電容變化量)的計數(shù)值，“C12” 表示第二電極12的電容(或電容變化量)的計數(shù)值，“C13”表示第三電極13的電容(或電容變化量)的計數(shù)值。此外，“YN”表示Y軸方向上排列的電極組10的列數(shù)(IO1UO2UO3, 104、…)，“Count αΝ)”表示所有列的電極組10的電極11 13的電容(或電容變化量) 計數(shù)值的總和。圖4Α示出了從所有列的電極組IOaO1UO2UO3UOp…)輸出的計數(shù)值圖案的實例。在使用固有電容法進行的電容檢測中，電容(浮置電容)隨著手指的逐漸接近而變大。因此，在該實例中，第三列電極組輸出最高的電容計數(shù)值，從而能夠確定手指相對于Y軸方向接近或接觸電極組IO3正上方的位置。通過為計數(shù)值設(shè)置一個適當?shù)拈撝?，就能夠確定手指相對于電容式傳感器1的接近距離。具體地，當為計數(shù)值設(shè)置了第一閾值(觸摸閾值)且計數(shù)值超過了該閾值時，就能夠確定手指是否在操作屏17a上進行了觸摸操作。此外，可以設(shè)置小于第一閾值的第二閾值。這就能夠確定在觸摸操作之前手指的接近，這允許檢測手指的以非接觸方式的輸入操作。在圖4B所示的計數(shù)值圖案的實例中，第三列電極組103和第七列電極組107輸出了最高的電容計數(shù)值。該實例表示使用了兩個手指(例如，拇指和食指)的輸入操作。(X軸方向上的檢測)以下將描述用來檢測相對于X軸方向在操作屏17a上的操作位置的方法。為了檢測相對于X軸方向的操作位置，參考第一電極11的電容(C11)變化、第二電極12的電容 (C12)變化和第三電極13的電容(C13)變化。例如，如圖5所示，當手指F沿+X方向以恒定的速度在任意列電極組10的正上方移動時，電極11 13電容的變化如圖6所示。圖6A示出了第一電極11的電容(計數(shù)值) 隨時間的變化，圖6B示出了第二電極12的電容(計數(shù)值)隨時間的變化，圖6C示出了第三電極13的電容(計數(shù)值)隨時間的變化。假設(shè)手指F從圖5中雙點劃線所示位置沿寬度方向朝電極組10的中心部分移動。 第一電極11具有相對于+X方向高度逐漸變大的第一區(qū)111，而第二電極12的高度相對于 +X方向逐漸減小。因此，隨著手指F在+X方向上移動，手指F和第一電極11 (第一區(qū)111) 之間的重疊區(qū)域逐漸變大，而手指F和第二電極12之間的重疊區(qū)域逐漸減小。由于電容值基本和與手指F的重疊區(qū)域的尺寸成比例，所以第一電極11的電容在寬度方向上逐漸變大，并在電極組10的中心部分達到最大值，如圖6A所示。相反，第二電極12的電容在寬度方向上逐漸減小，并在電極組10的中心部分達到最小值，如圖6B所示。同時，第三電極13 與手指F不重疊，所以電容沒有發(fā)生變化。類似地，假設(shè)手指F在寬度方向上從電極組10的中心部分移動到圖5中實線所示位置。第一電極11具有相對于+X方向高度逐漸減小的第二區(qū)112，而第三電極13的高度相對于+X方向逐漸變大。因此，隨著手指F在+X方向上移動，手指F和第一電極11 (第二區(qū)11 之間的重疊區(qū)域逐漸減小，而手指F和第二電極13之間的重疊區(qū)域逐漸變大。結(jié)果，第一電極11的電容如圖6A所示逐漸減小，而第三電極13的電容如圖6C所示逐漸變大。 同時，第二電極12與手指F不重疊，因此電容沒有發(fā)生變化。根據(jù)該實施方式，由于電極組10相對于寬度方向在高度上是恒定的，所以不論手指F在何操作位置，都能夠保持手指F相對于X軸方向的檢測靈敏度恒定。此外，由于第一電極形成為等腰三角形的形狀，而第二電極12和第三電極13對稱排列，從而能夠消除第一區(qū)111和第二區(qū)112之間的檢測靈敏度的差異。因此，能夠在X軸方向上以高精度檢測手指F的操作位置。此外，根據(jù)該實施方式，第一電極11和第二電極12分別具有作為它們之間的邊界部分的平行的斜邊lib和12b，第一電極11和第三電極13分別具有作為它們之間的邊界部分的平行的斜邊Ilc和13b。這就能通過檢測目標相對于寬度方向的位置與電極間的電容
10比率之間的預(yù)定的比例關(guān)系來提供穩(wěn)定的檢測靈敏度。如上所述，通過比較第一電極11、第二電極12和第三電極13的電容的大小，可以確定手指F相對于X軸方向的檢測位置。[1]如果“C12”大于觸摸閾值而“C13”小于觸摸閾值，就能夠確定手指F位于第二電極12—側(cè)。在這種情況下，可以通過計算“C12-Cn”來確定手指F的X坐標。相反，如果 "C12”小于觸摸閾值而"C13”大于觸摸閾值，就能夠確定手指F位于第三電極13—側(cè)。在這種情況下，可以通過計算“C13-Cn”來確定手指F的X坐標。[2]如果"C12”和"C13”都小于觸摸閾值而“Cn+C12”或“Cn+C13”大于觸摸閾值， 就能夠確定手指F位于接近第一電極11中間部分的位置。在這種情況下，可以通過計算 "C12-C13"來確定手指F的X坐標。[3]如果"C12”和“C13”都大于觸摸閾值，就能夠確定輸入操作在兩個點上進行第二電極12 —側(cè)和第三電極13 —側(cè)。在這種情況下，如圖7所示，位于第二電極12 —側(cè)的手指Fl的X坐標和位于第三電極13—側(cè)的手指F2的X坐標可以用以下方式來確定。首先，利用下列等式( 來計算手指Fl和F2之間的距離Xd:Xd = Σ C12+ Σ C13- Σ C11... (2)其中，Σ C11是指所有列的電極組10的第一電極11的電容之和。類似地，Σ C12是指所有列的電極組10的第二電極12的電容之和，而Σ C13是指所有列的電極組10的第三電極13的電容之和。通過進行這種計算，可以以高精度檢測手指Fl和F2之間相對于X軸方向的距離，即便手指Fl和F2位于多個相鄰的電極組10之間。其次，根據(jù)“C12”的值確定手指Fl的近似X坐標，根據(jù)“C13”的值確定手指F2的近似X坐標，然后將這些X坐標值和Xd值進行平均，從而確定手指Fl和F2的X坐標。作為 "C12”和"C13”的值，可以分別使用從所有列的電極組10的超過觸摸閾值的電極組中選擇的第二電極12和第三電極13的電容值。以上述方式，確定了輸入操作位置的X坐標和Y坐標。對X坐標和Y坐標的確定順序沒有特別限制，因此可以先確定X坐標或先確定Y坐標?？蛇x地，根據(jù)[3]中的檢測方法，可以并行確定X坐標和Y坐標。如上所述，在該實施方式的電容式傳感器1中，電極組10在檢測區(qū)SA的寬度方向上被劃分為三個部分，這使得能夠根據(jù)檢測目標沿寬度方向的位置變化來增加所有電極的電容變化率。與采用例如圖8所示的電極結(jié)構(gòu)的情況相比，這提高了檢測目標沿寬度方向的位置檢測精度。圖8示出了電極組190的構(gòu)造，該電極組190具有寬度為wl的矩形沿對角線被劃分為兩部分的結(jié)構(gòu)。在這樣的電極結(jié)構(gòu)中，由于兩個電極191和192之間的分界線相對于寬度方向稍微傾斜，所以，與該實施方式中的被分成三部分的電極組10的情況相比，根據(jù)操作位置相對于寬度方向的變化的電容的變化率較低。隨著寬度wl的增加，這個問題將變得更加明顯。同時，與圖8的電極結(jié)構(gòu)相比，本實施方式能夠抑制由于寬度增加而導(dǎo)致的位置檢測靈敏度的降低。此外，如上所述，該實施方式允許同時檢測兩個操作位置，而用圖8 的電極結(jié)構(gòu)就無法實現(xiàn)。此外，根據(jù)該實施方式，電極組10沿檢測區(qū)SA的高度方向排列。因此，可以根據(jù)電極組10的電容變化率在高度方向上以高精度檢測檢測目標的位置變化。
另外，在該實施方式中，形成連接至電極的信號線lis 13s，使得組成所有列的電極組10的電極相對于寬度方向朝向檢測區(qū)的外部。這消除了在檢測區(qū)SA內(nèi)對信號線 lis 13s進行布線的必要，從而可以防止由于檢測區(qū)SA內(nèi)存在信號線而導(dǎo)致的檢測靈敏度或檢測精度的降低。[實驗實例]對具有圖9所示尺寸和部件的電容式傳感器的試樣測量試樣傳感器中的電極電容的檢測靈敏度的特性。實驗中所用的三個電極組樣本均具有平行于X軸方向的76mm的寬度和平行于Y軸的6mm的高度。三個樣本在Y軸方向上排列，其間有微小的間隙。為了方便起見，在所有列的電極組的電極圖案中，中心的電極圖案以參考標號Cl C3表示，左側(cè)的電極圖案以參考標號Ll L3表示，右側(cè)的電極圖案以參考標號Rl R3表示。單獨的電極圖案被連接至固有電容驅(qū)動IC。其次，其一端直徑為8mm的虛擬手指(pseudo finger)(金屬棒)連接至接地電位。 該虛擬手指平行于X軸方向和Y軸方向使其一端在傳感器的多個部分上方移動。然后，當虛擬手指到達預(yù)定位置時，測量所有電極圖案的電容變化的計數(shù)量。利用圖10所示的算術(shù)表達式對所得的計數(shù)變化量進行質(zhì)心計算。在圖10中，Xl表示第一列的電極圖案Cl、Ll 和Rl的質(zhì)心的X坐標，X2表示第二列的電極圖案C2、L2和R2的質(zhì)心的X坐標，X3表示第三列的電極圖案C3、L3和R3的質(zhì)心的X坐標。而后，將計算得出的坐標值(理論值)與虛擬手指的實際接觸位置進行比較。圖IlA和IlB示出了比較結(jié)果。圖IlA描述了相對于X軸方向的測量結(jié)果，圖IlB描述了相對于Y軸方向的測量結(jié)果。在各圖中，右側(cè)的注釋示出了虛擬手指的位置圖IlA示出了 Y坐標值，而圖IlB示出了 X坐標值。如圖IlA和IlB所示，可以在一定的精度范圍內(nèi)相對于其實際接觸位置計算出虛擬手指的接觸位置。實際上可以通過對該計算進行多次校正來提高計算精度。盡管在該實驗中采用圖10的算術(shù)表達式來計算接觸位置的坐標，但也可以采用其他的算術(shù)表達式。<第二實施方式>圖12是第二實施方式中的電容式傳感器的示意性平面圖。該實施方式的電容式傳感器包括三分結(jié)構(gòu)(第一電極21、第二電極22和第三電極23)的電極組20，電極組20 排列在Y軸方向上。圖12未示出用來支撐電極組20的支撐體。在該實施方式中，第一電極21具有相對于平行于+X方向的寬度方向在平行于Y 軸方向的高度方向上逐漸增大的第一區(qū)211和相對于+X方向在高度上逐漸減小的第二區(qū) 212。第二電極22與第一區(qū)211在Y軸方向上相對，并且相對于+X方向在高度上逐漸減小。 第三電極23與第二區(qū)212在Y軸方向上相對，與第二電極22在X軸方向上相對，并且相對于+X方向在高度方向上逐漸變大。此外，第二電極22和第三電極23對稱排列，第一電極 21在寬度方向上在其中心部分具有最小高度值。在這樣構(gòu)造的實施方式中，用來根據(jù)電極21 23的電容計算輸入位置的方法與第一實施方式中的不同，但提供了與第一實施方式相同的效果?！吹谌龑嵤┓绞健祱D13是第三實施方式中的電容式傳感器的示意性平面圖。該實施方式的電容式傳感器包括三分(被分成三部分)(第一電極31、第二電極32和第三電極33)電極組30，電極組30在Y軸方向上排列。圖13未示出用來支撐電極組30的支撐體。在該實施方式中，第一電極31具有相對于平行于+X方向的寬度方向在平行于Y 軸方向的高度上逐漸變大的第一區(qū)311，以及相對于+X方向在高度上逐漸減小的第二區(qū) 312。第二電極32與第一區(qū)311在Y軸方向上相對，并相對于+X方向在高度上逐漸減小。 第三電極33與第二區(qū)312在Y軸方向上相對，與第二電極32在X軸方向上相對，且相對于 +X方向在高度上逐漸變大。此外，第二電極32和第三電極33對稱排列，第一電極31在寬度方向上在其中心部分具有最大的高度值。另外，在該實施方式中，第二電極32相對于Y軸方向被分開從而夾置第一區(qū)311， 第三電極33相對于Y軸方向被分開從而夾置第二區(qū)312。即使在這樣構(gòu)造的實施方式中，也能獲得與第一實施方式相同的效果。特別地，根據(jù)該實施方式，即使電極組30在高度上相當大，也可以抑制相對于X軸方向和Y軸方向檢測分辨率的降低。在上述各實施方式中，電容式傳感器設(shè)置在操作屏上?？蛇x地，電容式傳感器可以單獨地安裝在具有觸摸板的電子裝置的外殼中。在這種情況下，電容式傳感器沒有必要是透明的，因此傳感器的電極可以由諸如金屬的不透明材料構(gòu)成。在上述實施方式中，組成電極組的電極之間的邊界部分由直的斜邊構(gòu)成。另外，該邊界部分也可以被構(gòu)造成電極高度逐步變化的Z字形。可選地，該邊界部分也可以以曲線形式傾斜。在這種情況下，傳感器在寬度方向上其中心部分的檢測分辨率高于其側(cè)面部分。此外，在上述各實施方式中，第一電極被構(gòu)造為在寬度方向上在其中心部分或在寬度方向上在其兩端具有最大高度。可選地，可以根據(jù)由裝置的規(guī)格所要求的檢測分辨率適當?shù)馗淖冏畲蟾叨取Ａ硗?，組成電容式傳感器所有列的電極組的第一至第三電極的形狀并不限于上述實例，且第一至第三電極可以在高度方向上以反轉(zhuǎn)的狀態(tài)排列。可選地，如圖14和15所示， 可以在高度方向上以反轉(zhuǎn)狀態(tài)和非反轉(zhuǎn)狀態(tài)交替排列電極部。圖14所示的電極組40等同于第二實施方式的電極組(參照圖12)，而圖15所示電極組50等同于第一實施方式中的電極組(參照圖2)。在圖16所示電極組60中，第一電極61在Y軸方向上被劃分為兩部分，從而夾置第二電極62和第三電極63。在該實例中，第一電極的夾置第二電極62的部分等同于第一區(qū)，第一電極的夾置第三電極63的部分等同于第二區(qū)。即使在這樣的構(gòu)造中，也可以獲得與第三實施方式相同的效果。在圖17所示電極組70中，第一電極71被劃分為與第二電極72相對的第一區(qū)711 和與第三電極73相對的第二區(qū)712。即使在這樣的構(gòu)造中，也可以獲得與上述實施方式相同的效果。在圖18所示的電極組80中，第一電極81在Y軸方向上被劃分為兩部分，第二電極 82和第三電極83也被劃分為兩部分。第一電極81和第二電極82在Y軸方向上彼此相對從而互相夾置，類似地，第一電極81和第三電極83在Y軸方向上彼此相對從而互相夾置。 即使在本實例中，第一電極的夾置第二電極82的部分等同于第一區(qū)，第一電極的夾置第三電極83的部分等同于第二區(qū)。即使在這樣的構(gòu)造中，也能獲得與第三實施方式中相同的效^ ο
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應(yīng)當理解的是，對這里所描述的實施方式的各種修改和變形對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。在沒有背離本發(fā)明主題的精神和范圍內(nèi)，以及在沒有減小其預(yù)期優(yōu)點的情況下，可以進行這些修改和變形。因此，這些修改和變形旨在包含在所附權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電膜，包括 電極組，所述電極組包括 第一電極，第二電極，以及第三電極，其中，至少一個電極包含沿著該電極的寬度方向在高度上增大和減小的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其中，每個電極包含沿著這些電極的寬度方向在高度上逐漸增大或減小的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第一電極的高度、所述第二電極的高度和所述第三電極的高度之和沿著這些電極的寬度方向至少基本上是恒定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第一電極和所述第二電極的形狀至少基本上關(guān)于所述電極組的中心線彼此鏡面對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第一電極和所述第二電極的形狀至少基本上為三角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第三電極的形狀至少基本上為三角形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，進一步包括排列成陣列的多個所述電極組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第一電極具有與所述第二電極和所述第三電極中的至少一個相對的斜邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第一電極具有至少基本上為等腰三角形的第一電極形狀，所述第二電極具有至少基本上為直角三角形的第二電極形狀，所述第三電極具有至少基本上為直角三角形的第三電極形狀，并且其中，所述第二電極的位置至少基本上與所述第三電極鏡面對稱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)電膜，其中，所述第一電極包括與所述第二電極相對的第一斜邊以及與所述第三電極相對的第二斜邊。
11.一種電容式傳感器，包括位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)的至少一個電極組，所述電極組包括 第一電極， 第二電極，和第三電極；以及驅(qū)動部，被配置為測量所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極的電容，并被配置為基于所測量的電容確定至少一個對象的位置信息，其中，至少一個電極包含沿著所述感應(yīng)區(qū)的寬度方向在高度上增大和減小的部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，所述電極組的寬度至少基本上與所述感應(yīng)區(qū)的寬度相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，每個電極包含沿著這些電極的寬度方向在高度上逐漸增大或減小的部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，所述第一電極的高度、所述第二電極的高度和所述第三電極的高度之和沿著這些電極的寬度方向至少基本上是恒定的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，所述第一電極具有與所述第二電極和所述第三電極中的至少一個相對的斜邊。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，所述第一電極具有至少基本上為等腰三角形的第一電極形狀，所述第二電極具有至少基本上為直角三角形的第二電極形狀， 所述第三電極具有至少基本上為直角三角形的第三電極形狀，并且其中，所述第二電極的位置至少基本上與所述第三電極鏡面對稱。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電容式傳感器，其中，所述第一電極包括與所述第二電極相對的第一斜邊以及與所述第三電極相對的第二斜邊。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，所述第一電極在所述寬度方向上在其中心部分處具有最大高度。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，其中，所述第一電極在所述寬度方向上在其中心部分處具有最小高度。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式傳感器，進一步包括位于所述感應(yīng)區(qū)內(nèi)并排列成陣列的多個所述電極組。
21.一種信息輸入裝置，包括電容式傳感器，包括位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)的至少一個電極組，所述電極組包括 第一電極， 第二電極，和第三電極；驅(qū)動部，被配置為測量所述第一電極、所述第二電極和所述第三電極的電容，并被配置為基于所測量的電容確定至少一個對象的位置信息；以及控制部，被配置為處理從所述驅(qū)動部輸出的位置信息，其中，至少一個電極包含沿著所述感應(yīng)區(qū)的寬度方向在高度上增大和減小的部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的信息輸入裝置，其中，所述驅(qū)動部包括用來生成提供至這些電極的信號電壓的信號生成電路以及用來計算這些電極的電容及電容變化的運算電路。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的信息輸入裝置，其中，所述控制部被配置為根據(jù)從所述驅(qū)動部輸出的所述位置信息生成用來控制顯示在顯示元件的操作屏上的圖像的控制信號，并將所述控制信號輸出至所述顯示元件。
24.一種電容式傳感器，包括至少一個電極組，位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)并包括多個電極，至少一個所述電極至少基本上延伸所述感應(yīng)區(qū)的感應(yīng)區(qū)寬度；以及驅(qū)動部，被配置為測量所述電極的電容并同時確定沿著所述感應(yīng)區(qū)的寬度方向排列的多個對象的位置信息。
25.一種電容式傳感器，包括至少一個電極組，被配置為單層并位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)，所述電極組包括多個電極， 具有與感應(yīng)區(qū)寬度基本上相同的電極組寬度，并且具有小于感應(yīng)區(qū)長度的電極組長度；以及驅(qū)動部，被配置為測量所述電極的電容并同時確定在所述感應(yīng)區(qū)的寬度方向上排列的多個對象的位置信息。
全文摘要
本發(fā)明披露了電容式傳感器及信息輸入裝置。提供了一種電容式傳感器，該電容式傳感器包括至少一個位于感應(yīng)區(qū)內(nèi)的電極組。該電極組包括第一電極、第二電極和第三電極。該電容式傳感器還包括驅(qū)動部，該驅(qū)動部被配置為測量第一電極、第二電極和第三電極的電容，并被配置為基于所測量的電容確定至少一個目標的位置信息。至少一個電極包含沿著感應(yīng)區(qū)的寬度方向在高度上增大和減小的部分。
文檔編號G06F3/044GK102243555SQ20111011737
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者北村亮太, 川口裕人, 板古大 申請人:索尼公司