CN1085358C

CN1085358C - 电容感应式指示装置

Info

Publication number: CN1085358C
Application number: CN97112958A
Authority: CN
Inventors: 许鸿章
Original assignee: Acer Computer Co Ltd
Current assignee: Darfon Electronics Corp
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: CN1201933A

Abstract

一种电容感应式指示装置，包括(1)电路基板，包含有一圆心以及第一导电薄片设于该圆心在一第一方向上之一侧；(2)上盖，以可摇动的方式安装于电路基板的圆心上，该上盖包含有一底边，设有上导电薄片，该上导电薄片与该第一导电薄片形成一第一电容；以及(3)测量装置，电连接于该上导电薄片及该第一导电薄片，用来测量该第一电容并产生相对应指示信号。其中当该上盖被摇动时，该上导电薄片与该第一导电薄片间的距离产生变化并因此而改变该第一电容的电容值并将其反映于该指示信号中。

Description

电容感应式指示装置

本发明涉及一种可用来控制电脑游标的指示装置，尤其是指一种电容感应式指示装置。

指示装置(pointing device)通常是用来控制电脑画面上的游标或是影像的移动，常用的指示装置包含有鼠标(mouse)，跟踪球(track ball)，数字化仪(digitizer)，操纵杆(joystick)，点摇杆(pointstick)等等。其中点摇杆的体积是所有指示装置中最小的，因此很容易的可以安装在电脑键盘上。点摇杆通常是由一个很小的垂直摇杆或按键以及数个用来感测摇杆摇动方向的压敏电阻所构成。这些压敏电阻通常是安装在摇杆底端的四周，当摇杆的上端被朝某一方向压动时，这些压敏电阻会感受到不同的压力因而使电阻值产生相对应的变化，通过定期的测量这些电阻值以及计算它们的变化就可以得知摇杆被压动的方向以及压动力量的大小，由这些数据就可产生相对应的控制信号以控制电脑游标的移动。

点摇杆使用压敏电阻的缺点是它需要靠施于摇杆顶端的压力大小而非摇杆顶端的移动量来控制游标的位移量，因此使得游标的位移不易受到精确的控制，这是由于手指对位移量的控制远比施力大小的控制来的精确。

因此本发明的目的在于提供一种可由摇杆顶端的移动量来控制游标位移的电容感应式指示装置以解决上述问题。

本发明提供一种电容感应式指示装置，包括：(1)一电路基板，其上包括一圆心，以及一第一导电薄片设于该圆心在一第一方向上的一侧；(2)一上盖，以一种可摇动的方式安装在电路基板的圆心上，该上盖包括一底边，其上设有一上导电薄片，该上导电薄片与该第一导电薄片形成一第一电容；以及(3)一测量装置，电连接于该上导电薄片及该第一导电薄片，用来测量该第一电容并产生相对应的指示信号；其中当该上盖被摇动时，该上导电薄片与该第一导电薄片间的距离产生变化并因此改变该第一电容的电容值，而该测量装置则将测量所得的电容值转换成该上盖在该第一方向上的位置并将其反映在该指示信号中。

本发明还提供一种电容感应式指示装置，包括：(1)一电路基板，其上包括一圆心，一第一导电薄片设于该圆心在一第一方向上的一侧，一第二导电薄片设于该圆心于一第二方向上的一侧，以及一下导电薄片设于该圆心之上；(2)一上盖，以一种可摇动的方式安装于该电路基板的圆心上，该上盖包括一底边，其上设有一上导电薄片，该上导电薄片涵盖于该第一导电薄片、第二导电薄片以及下导电薄片之上，该上盖与该第一导电薄片形成一第一电容、与该第二导电薄片形成一第二电容、以及与该下导电薄片形成一连接电容，该第一电容与该第二电容分别与该连接电容相串联；以及(3)一测量装置，电连接于第一导电薄片、第二导电薄片以及该下导电薄片，用来测量该第一电容与连接电容所构成的第一串联电容以及该第二电容与连接电容所构成的第二串联电容，并产生相对应的指示信号；其中当该上盖被摇动时，该上导电薄片与该第一导电薄片及第二导电薄片间的距离产生变化，并因此改变该第一串联电容及第二串联电容的电容值，而该测量装置则可将测量所得的第一串联电容及第二串联电容的电容值转换成该上盖在该第一方向及第一方向上的位置并将其反映在该指示信号中。

采用本发明的电容感应式指示装置，可以更精确地控制游标的位移量。

图1为本发明电容感应指示装置的示意图。

图2为图1沿切线2-2的剖面图。

图3为本发明指示装置的电路基板的顶视图。

图4为本发明指示装置的上盖的底视图。

图5为图1指示装置电容部分的等效电路图。

图6显示一电容测量电路。

图7显示图1测量装置的电路图。

请参考图1至图4。图1为本发明电容感应式指示装置10的示意图，图2为指示装置10沿切线2-2的剖面图，图3为指示装置10的电路基板12的顶视图，而图4则为指示装置10的上盖14的底视图。

指示装置10包含有一电路基板12；一塑料上盖14，以一种可摇动的方式安装于电路卡板12上；以及一测量装置16。基板12包含有一圆心位置18；一第一导电薄片20，设于圆心18在X方向上的一侧；一第二导电薄片22，设于圆心18在Y方向上的一侧；一第三导电薄片24，设于圆心18与X方向相反的一侧(-X方向)；一第四导电薄片26，设于圆心18与Y方向相反的一侧(-Y方向)；以及一下导电薄片28设于圆心18之上。X方向与Y方向相互垂直。导电薄片20、22、24、26、及28分别经由连接线30、32、34、36及38与测量装置16相互电连接。基板12所有的导电薄片及连接线都是由铜箔蚀刻的方式制成，铜箔的表面可以镀锡或是镀金以防止氧化。

上盖14是由塑料材料制成，它是以一种可摇动的方式安装于基板的圆心18上。上盖14包含有一略呈扁平状的硬圆片上40；一圆形周边46，围绕在圆片40的四周，以一种可摇动的方式将圆片40固定于基板12之上；一向上凸起的摇杆42设于圆片40的上端；以及一向下凸起的支撑点44。摇杆42是位于圆心18的上方，它被用来以圆心18为中心朝向各个方向摇动上盖14的圆片40，而支撑点44则是向下触接于圆心18之上，用来使上盖14能够以圆心18为中心朝向各个方向摇动。圆形周边46具有相当的弹性，可适度被拉长或压缩，它的功能有如一个圆形的弹簧，用来将圆片40、摇杆42及支撑点44维持在一个近似垂直的位置，并允许圆片40在一个预定的角度内四处摇动。

上盖14的圆片40的底边48设有一圆形的上导电薄片50，它的外径和图3所示的导电薄片部分相同。上导电薄片50由导电材料例如铝箔所构成，它的表面涂有一层绝缘薄膜，用来防止上导电薄片50直接触及基板12上的各个导电薄片。上导电薄片50涵盖于第一导电薄片20、第二导电薄片22、第三导电薄片24、第四导电薄片26以及下导电薄片28之上。上导电薄片50与第一导电薄片形成一电容C1、与第二导电薄片22形成一电容C2、与第三导电薄片24形成一电容C3、与第四导电薄片26形成一电容C4、以及与下导电薄片28形成一连接电容C0。电容C1、C2、C3及C4分别与连接电容C0相串联，图5显示这五个电容的等效电路52。

电容C1、C2、C3、C4及C0均为平行板型的电容结构，这种电容的电容值与二导体薄片间相互重叠区域的面积成正比，而和二导体薄片间的距离成反比。因此，当摇杆42向某一方向摇动时，圆片40会跟着被带动，此时在摇动方向上的上下两片导体薄片间的距离会减小，因此使得其间的电容量值增加。在摇动方向的相反方向上的上下两片导体薄片间的距离会加大，因此使得其间的电容值会减小。通过测量某一方向上的电容的电容值，就可以知道上盖14的摇杆42或是圆片40在该方向上的位置。而如果可以同时测得某一方向的正向以及反向上的两个电容的电容值，则就可以精确的算出上盖14的摇杆42或是圆片40在该方向上的角度。

上盖14在某一方向上的位置或是角度通常会被解释为使用者希望在该方向上推动电脑游标的速度，也就是说摇杆42在某一方向上被摇动的角度越大，电脑游标在银幕上相对应方向上的移动速度也就越快。在图3中，导电薄片20、22、24及26是被设置在圆心18周围四个相互垂直的方向上，也就是X方向、Y方向、-X方向及-Y方向。经由测量这四个导电薄片所构成的电容C1、C2、C3及C4就可以精确地算出上盖14在X方向及Y方向上的角度。

请参考图5。图5为图1指示装置10电容部分的等效电路图。电容C1、C2、C3及C4分别与连接电容C0相串联，这五个电容都是可变电容，它们的个别电容值随着上盖14的上导电薄片50与基板1 2上各个导电薄片间的距离而产生变化。其中构成电容C0的下导电薄片28由于是对称地设置于圆心18的上方，它和上导电薄片50间的平均距离在摇动时不会有很显著的变化，因此电容C0的电容值可以大致视为是定值。而电容C1、C2、C3及C4也是对称地设置于圆心18的四个相互垂直的方向，它们的电容值在上盖14处于直立状态时是一样的。电容C1、C2、C3及C4与电容C0所构成的四个串联电容C10、C20、C30及C40可分别由下列的四个式子来表示：

C10＝C1*C0/(C1+C0)

C20＝C2*C0/(C2+C0)

C30＝C3*C0/(C3+C0)

C40＝C4*C0/(C4+C0)

这四个串联电容C10、C20、C30及C40可分别由四对连接线30-38、32-38、34-38及36-38测得。由于电容C0可近似视为是定值，因此电容C1、C2、C3及C4可分别由下列的四个式子计算出来：

C1＝C10*C0/(C0-C10)

C2＝C20*C0/(C0-C20)

C3＝C30*C0/(C0-C30)

C4＝C40*C0/(C0-C40)当上盖14被摇动时，上导电薄片50与构成电容C1、C2、C3及C4的导电薄片间的距离会产生相互对称的变化，因此当计算得知电容C1、C2、C3及C4在某一瞬间的电容值时，就可以得知上盖14在该瞬间所在的角度。

请参考图6。图6显示一电容测量装置60用来测量一电容C的电容值。电容测量装置60包含有一比较器62，其一端接有一参考电压Vr，另一端则与一要测量的电容C相互电连接，一电流源64用来提供一定电流i，一开关S2设于电流64源及电容C之间，以及另一开关S1用来将电容C放电。

在开始测量电容C的电容值前，开关S2被切断，而开关S1则被接通以释放出存留在电容C内的电荷，使电容C两端的电压为0。开始测量时，开关S1被切断，而开关S2则被接通以使恒定电流i能对电容C充电，而此时另一计时器(未显示)则开始计时。在持续充电的情况下，当电容C的电位超过参考电压Vr后，比较器62产生一输出信号用来中止计时器的计时动作。由于电流i为定值，因此电容C的充电时间和它的电容值成正比。因此由计时器所得的充电时间就可以得知电容C在某一时刻的电容值。

请参考图7。图7显示图1测量装置16的电路图。测量装置16经由连接线30、32、34、36及38与电容C10，C20，C30及C40相连接，而每一电容均连接至一电容测量装置60用来测量各个电容的电容值。测量装置16还包含有一控制电路84电连接于各个电容测量装置60，用来控制电容测量的程序、测量各个电容的充电时间以计算各个电容的电容值并产生相对应的指示信号，这些指示信号会传输到一个与测量装置16的相连的电脑(未显示)用来控制游标的位移或是作其它的用途。

测量装置16在一个预定频率的周期内测量每个电容的电容值以决定上盖14在X方向及Y方向上的位置，频率的大小通常是由使用的需求例如敏感度或摇动速度来决定，一般是由每秒20次到每秒60次。

指示装置10上的电容排列可以有很多种变化，例如它可以只保留电容C1或电容C1及C3使它成为一个仅能测试X方向摇动的指示装置，它也可以将置于四个相互垂直方向上的电容增加为六个或是八个以增进它在方向测定上的精密度。此外，下导电薄片28也可以除去而将连接线38直接用一根导线连接至上导电薄片50，但这很可能会增加制造上的复杂性和影响上盖14的操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，本领域技术人员可作各种变化与修改而不偏离本发明的精神与范围，这些均应涵盖于所附权利要求的保护范围中。

Claims

1.一种电容感应式指示装置，包括：

(1)一电路基板(12)，其上包括一圆心(18)，以及一第一导电薄片(20)设于该圆心在一第一方向上的一侧；

(2)一上盖(14)，以一种可摇动的方式安装在电路基板的圆心(18)上，该上盖包括一底边，其上设有一上导电薄片(50)，该上导电薄片与该第一导电薄片(20)形成一第一电容；以及

(3)一测量装置(16)，电连接于该上导电薄片(50)及该第一导电薄片(20)，用来测量该第一电容并产生相对应的指示信号；

其中当该上盖(14)被摇动时，该上导电薄片(50)与该第一导电薄片(20)间的距离产生变化并因此改变该第一电容的电容值，而该测量装置(16)则将测量所得的电容值转换成该上盖在该第一方向上的位置并将其反映在该指示信号中。

2.如权利要求1所述的指示装置，该上盖(14)底边设有一向下凸起的支撑点(44)，触接于该圆心(18)之上，以使该上盖得以该圆心为中心朝向各个方向摇动。

3.如权利要求1所述的指示装置，该上盖(14)包括一扁平圆片(40)，其上端设有一向上凸起摇杆(42)，位于该圆心(18)的上方，该摇动杆用来以该圆心为中心朝向各个方向摇动该上盖。

4.如权利要求1所述的指示装置，该电路基板(12)还包括一下导电薄片(28)设于该圆心(18)之上，该下导电薄片与该上盖(14)的上导电薄片(50)间形成一连接电容，该连接电容与前述第一电容相串联，而该测量装置则电连接于该下导电薄片及该第一导电薄片(20)，用来测量该相互串联的第一电容及连接电容并产生相对应的指示信号。

5.如权利要求1所述的指示装置，该电路基板(12)还包括一第二导电薄片(22)设于该圆心(18)在一第二方向上的一侧，该第二导电薄片与该上导电薄片(50)形成一第二电容，而该测量装置(16)也电连接于该第二导电薄片，用来测量该第二电容并将测量所得的第一电容及第二电容的电容值转换成该上盖(14)在该第一方向及第一方向上的位置并将其反映在该指示信号中。

6.如权利要求5所述的指示装置，该第二方向与所述第一方向相互垂直。

7.如权利要求5所述的指示装置，该第二方向与所述第一方向相反以使该测量装置得以精确计算该上盖(14)在第一方向上的角度。

8.如权利要求1所述的指示装置，该测量装置在一预定的周期内测量该第一电容的电容值以确定该上盖(14)在该第一方向上的位置。

9.一种电容感应式指示装置，包括：

(1)一电路基板(12)，其上包括一圆心(18)，一第一导电薄片(20)设于该圆心于一第一方向上的一侧，一第二导电薄片(22)设于该圆心于一第二方向上之一侧，以及一下导电薄片(28)设于该圆心之上；

(2)一上盖(14)，以一种可摇动的方式安装于该电路基板的圆心(18)上，该上盖包括一底边，其上设有一上导电薄片(50)，该上导电薄片涵盖于该第一导电薄片(20)、第二导电薄片(22)以及下导电薄片(28)之上，该上盖与该第一导电薄片形成一第一电容、与该第二导电薄片形成一第二电容、以及与该下导电薄片形成一连接电容，该第一电容与该第二电容分别与该连接电容相串联；以及

(3)一测量装置(16)，电连接于第一导电薄片(20)、第二导电薄片(22)以及该下导电薄片(28)，用来测量该第一电容与连接电容所构成的第一串联电容以及该第二电容与连接电容所构成的第二串联电容，并产生相对应的指示信号；

其中当该上盖(14)被摇动时，该上导电薄片(50)与该第一导电薄片(20)及第二导电薄片(22)间的距离产生变化，并因此改变该第一串联电容及第二串联电容的电容值，而该测量装置(16)则可将测量所得的第一串联电容及第二串联电容的电容值转换成该上盖在该第一方向及第一方向上的位置并将其反映在该指示信号中。

10.如权利要求9所述指示装置，该第二方向与该第一方向相反以使该测量装置(16)得以确定计算该上盖(14)于第一方向上的角度。

11.如权利要求9所述的指示装置，该第二方向与该第一方向相互垂直。

12.如权利要求11所述的指示装置，该电路基板(12)还包括一第三导电薄片(24)设于该圆心与该第一方向相反的一侧，一第四导电薄片(26)设于该圆心与该第二方向相反的一侧，该第三及第四导电薄片分别与该上、下导电薄片形成一第三串联电容及一第四串联电容，而该测量装置(16)也分别电连接于该第三及第四导电薄片，并测量该第三及第四串联电容；该测量装置将测量所得四个电容值精确转换成该上盖(14)于该第一方向及第一方向上的角度并将其反映在该指示信号中。