DE10254456A1

DE10254456A1 - Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE10254456A1
Application number: DE10254456A
Authority: DE
Inventors: Toshimitsu Fujiwara; Yasunari Kitajima; Masahiro Kinoshata; Hiroyuki Iwasaka; Yoshihiro Tanabe; Hideshi Tsugui
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2003-06-12
Also published as: US7019765B2; JP2003223275A; US20030102875A1; KR100484992B1; KR20030043673A

Abstract

Eine Eingabevorrichtung, welche klein und billig bei gleichzeitig einfachem Aufbau und dünner Ausbildung ist, umfasst wenigstens eine Primärelektrode und eine Anzahl von Sekundärelektroden, die beide in der gleichen Ebene ausgebildet sind. Die Lage eines Gegenstands wird auf der Grundlage von Unterschieden der durch den auf einer Oberfläche der Elektroden angeordneten Gegenstand veränderten elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode und den Sekundärelektroden identifiziert.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung des elektrostatischen Kapazitätstyps, welche als Zeigevorrichtung und dergleichen verwendbar ist.
Herkömmlicherweise ist beispielsweise der folgende Aufbau als Eingabevorrichtung vom elektrostatischen Kapazitätstyp bekannt.
Die japanische Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 357050/2000 offenbart einen Aufbau, bei welchem ein Verwindungsverformungsabschnitt betätigt wird, um eine bewegliche Elektrode zu neigen, wodurch Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen der Elektrode und einer Anzahl von gegenüberliegenden Elektroden nachgewiesen werden.
Die japanische Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 5481/1996 offenbart einen Aufbau, bei welchem eine sich bewegende Elektrode oberhalb einer Übertragungselektrode, die in der Mitte eines Substrats angeordnet ist, und von Empfangselektroden, die um die Übertragungselektrode in X- und Y- Richtung herum angeordnet sind, bewegt wird, wodurch Änderungen von Bereichen, die den betreffenden Elektroden gegenüber stehen, als elektrostatische Kapazitäten nachgewiesen werden, um Größe und Richtung einer externen Kraft von außen zu messen.
Bei obiger herkömmlicher Eingabevorrichtung müssen jedoch die Elektroden einander vertikal gegenüberstehen, was zu einer Zunahme der Abmessungen in Dickenrichtung und zu einer Notwendigkeit für mechanische Teile, wie einen Verwindungsverformungsabschnitt oder eine sich bewegende Elektrode, führt. Die Anzahl von Teilen ist daher erhöht, was zu einem komplexen Aufbau führt, die Verarbeitbarkeit bei der Montage ist verschlechtert, es kommt leichter zu Ausfällen und die Kosten werden hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

Hierauf basierend haben die Erfinder die Erfindung in der Erkenntnis der Tatsache gemacht, dass auch in dem Fall, wo ein Elektrodenpaar in der gleichen Ebene angeordnet ist, sich die elektrostatische Kapazität zwischen den beiden Elektroden ändert, wenn ein Gegenstand an der Oberfläche der Elektroden angeordnet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eingabevorrichtung zu schaffen, welche in den Abmessungen klein ist und kostengünstig hergestellt werden kann und dabei einfach im Aufbau und dünn ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstes eine Primärelektrode sowie eine Anzahl von Sekundärelektroden auf, die in der gleichen Ebene ausgebildet sind, wobei die Lage eines Gegenstands, der an einer Oberflächenseite der Elektroden angeordnet ist, auf der Grundlage von Unterschieden in der elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode und den Sekundärelektroden identifiziert wird, wobei diese elektrostatische Kapazität durch den Gegenstand verändert wird.
Bei diesem Aufbau können, wenn der Gegenstand auf der Oberflächenseite der Elektroden bewegt wird, Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsort des Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode und den Sekundärelektroden nachgewiesen werden, da die Lagebeziehung zwischen der Primärelektrode und den Sekundärelektroden spezifiziert ist. Da die Lage des Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode und den betreffenden Sekundärelektroden spezifiziert wird, kann die Nachweisgenauigkeit verglichen mit dem Fall verbessert werden, wo einfach die elektrostatische Kapazität zwischen einer Anzahl von Elektroden festgestellt wird.
Die Ausbildung einer ersten Isolationsschicht auf den Oberseiten der Elektroden zur Ausbildung einer Bedienungsoberfläche ist insofern bevorzugt, als damit eine Verbesserung der Funktionstüchtigkeit bei gleichzeitiger Verhinderung einer Kontamination der Elektroden möglich ist.
Das Ausbilden einer Erdungsschicht auf der Rückseite der Elektroden unter Zwischenlage einer zweiten Isolationsschicht ist insofern bevorzugt, als es möglich ist, Änderungen der elektrostatischen Kapazität auf der Bedienungsoberflächenseite korrekt zu erfassen.
Die Summe der elektrostatischen Kapazitäten zwischen der Primärelektrode und den Sekundärelektroden kann berechnet werden, um das Vorhandensein und Nichtvorhandensein des Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der Summe der elektrostatischen Kapazitäten festzustellen.
Die Ausbildung einer zweiten Isolationsschicht aus einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante sich auf Druck ändert, ist bevorzugt, insofern als es möglich ist, einen Zustand eines Niederdrückens durch den Gegenstand festzustellen.
Die Ausbildung einer ersten Isolationsschicht aus einem lichtdurchlässigen Material ist bevorzugt, insofern als es möglich ist, Lagen der Elektroden von der Betätigungsflächenseite aus sichtbar zu machen.
Die Ausbildung der ganzen Vorrichtung in gewölbter Form ist bevorzugt, insofern als eine Diskriminierung von Richtung und Lage der Betätigung gegenüber dem Mittelabschnitt einfach ist.
Das Vorsehen eines Schaltungssubstrats integriert auf der Rückseite der beiden Elektroden ist bevorzugt, insofern als es dadurch möglich ist, die Vorrichtung im Aufbau kompakt zu halten.
Die Ausbildung der ersten und zweiten Elektroden in einer dentritischen Form zur Anordnung der Elektroden in einer verzahnten Weise ist bevorzugt, insofern als es möglich ist, die Genauigkeit der Feststellung des Vorhandenseins und Nichtvorhandenseins des Gegenstands zu verbessern.
Wenn die erste Elektrode ringförmig ausgebildet ist und die zweiten Elektroden längs der ersten Elektrode ausgebildet sind, ist es auch möglich, den Ort einer Bewegung festzustellen, wenn der Gegenstand längs der Elektroden umläuft.
Wenn die Eingabevorrichtung einen mit den beiden Elektroden versehenen Nachweisabschnitt zum Nachweis eines auf einer Oberfläche desselben angeordneten Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen den beiden Elektroden, einen mit Mitteln zur Feststellung eines Niederdrückvorgangs auf dem Nachweisabschnitt versehenen Anbringungsabschnitt sowie einen den Nachweisabschnitt und den Anbringungsabschnitt ein Niederdrücken der Abschnitte ermöglichend halternden Basisabschnitt aufweist, wobei bei der Basisabschnitt mit Elektrodenanschlüssen versehen ist, die elastisch so verformbar sind, dass sie in Druckberührung mit den betreffenden Elektroden des Nachweisabschnittes kommen, ist die Eingabevorrichtung insofern bevorzugt, als sie im Aufbau kompakt ist und mit hoher Genauigkeit gearbeitet werden kann.
Der Nachweisabschnitt umfasst vorzugsweise Rechenmittel zur Berechnung der Lage des Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden sowie einen externen Anschluss zur Ausgabe von Ergebnissen einer Berechnung in den Rechenmitteln.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, welche eine Eingabevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht der Eingabevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform;
Fig. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Eingabevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Schaltungsaufbaus zeigt, wenn die in Fig. 1 gezeigte Eingabevorrichtung verwendet wird;
Fig. 5 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel einer Anordnung einer Primärelektrode und von Sekundärelektroden in der Eingabevorrichtung zeigt;
Fig. 6 ist eine Draufsicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anordnung einer Primärelektrode und von Sekundärelektroden in der Eingabevorrichtung zeigt;
Fig. 7 ist eine Draufsicht, welche ein wiederum weiteres Beispiel einer Anordnung einer Primärelektrode und von Sekundärelektroden in der Eingabevorrichtung zeigt;
Fig. 8 ist eine Draufsicht, welche ein weiteres Beispiel einer Anordnung einer Primärelektrode und von Sekundärelektroden in der Eingabevorrichtung zeigt;
Fig. 9A bis 9D sind Draufsichten, welche wiederum weitere Beispiele einer Anordnung einer Primärelektrode und von Sekundärelektroden in der Eingabevorrichtung zeigen;
Fig. 10A bis 10B sind Schnittansichten, welche Eingabevorrichtungen gemäß weiterer Ausführungsformen zeigen;
Fig. 11 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche eine Eingabevorrichtung gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform zeigt;
Fig. 12 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche einen Basisabschnitt der in Fig. 11 gezeigten Eingabevorrichtung zeigt;
Fig. 13A ist eine Draufsicht, welche den Basisabschnitt der Fig. 12 zeigt, und Fig. 13B ist eine Schnittansicht, genommen längs Linie A-A der Fig. 13A;
Fig. 14 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche einen Nachweisabschnitt aus Fig. 11 zeigt;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel eines Schaltungsaufbaus bei Verwendung der in Fig. 11 gezeigten Eingabevorrichtung zeigt;
Fig. 16A ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau einer Verbindung zwischen Elektroden und Anschlüssen in einem weiteren Beispiel zeigt, und Fig. 16B ist eine Schnittansicht der Fig. 16A;
Fig. 17A bis 17F sind Draufsichten, welche Beispiele zeigen, bei welchen die in Fig. 11 gezeigte Eingabevorrichtung in tragbaren Telefonen eingesetzt ist;
Fig. 18 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche eine Eingabevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; und
Fig. 19 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche eine Eingabevorrichtung gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform zeigt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 bis 3 zeigen eine Eingabevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Eingabevorrichtung ist in der Form einer rechteckigen dünnen Platte bzw. Tafel, gesehen in der Draufsicht und umfasst eine erste Isolationsschicht 1, eine Primärelektrode 2, Sekundärelektroden 3 (3a, 3b, 3c, 3d), eine zweite Isolationsschicht 4, eine Erdungsschicht 5 sowie eine dritte Isolationsschicht 6 in der genannten Reihenfolge von der Bedienungsoberfläche 7 aus.
Die erste Isolationsschicht 1 ist aus einem isolierenden Material, wie etwa Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid oder dgl., in einer Dicke von ungefähr 0,1 mm und einer quadratischen Form mit Seiten von 20 mm Länge ausgebildet, und die Oberfläche der Schicht definiert die Bedienungsoberfläche 7.
Die Primärelektrode 2 und die Sekundärelektroden 3 sind aus einem leitfähigen Material, wie etwa Kupfer oder dgl., ausgebildet und in der gleichen Fläche bzw. Ebene angeordnet und haben ein Dicke von ungefähr 10 µm. Wie in Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich die Primärelektrode 2 diagonal in Kreuzform, und die Sekundärelektroden 3 sind dreieckförmig und zwischen Abschnitten der Primärelektrode 2 unter Einhaltung eines bestimmten Zwischenraums angeordnet. Spannung zwischen den beiden Elektroden 2, 3 wird von einer (nicht gezeigten) Spannungsquelle zugeführt.
Die zweite Isolationsschicht 4 und die dritte Isolationsschicht 6 sind aus dem gleichen Material wie die erste Isolationsschicht 1 ausgebildet und haben eine Dicke von 20 bis 30 µm.
Die Erdungsschicht 5 ist aus einem leitfähigen Material, wie etwa Kupfer oder dgl., ausgebildet und hat eine Dicke von ungefähr 10 µm und ist zur geeigneten Feststellung von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode 2 und den Sekundärelektroden 3, bewirkt durch die Anordnung eines Gegenstands 8 (hier eines Fingers) auf der Bedienungsoberfläche 7 der ersten Isolationsschicht 1, vorgesehen.
Die in der oben angegebenen Weise aufgebaute Eingabevorrichtung kann einfach fertiggestellt werden, indem Drucken, Sputtern oder dgl. zur sequenziellen Ausbildung der Primärelektrode 2, der Sekundärelektroden 3, der zweiten Isolationsschicht 4, der Erdungsschicht 5, und der dritten Isolationsschicht 6 auf der Rückseite der ersten Isolationsschicht 1 und zur Verbindung der Primärelektrode 2, der Sekundärelektroden 3 sowie der Erdungsschicht 5 mit in Fig. 4 gezeigten elektronischen Schaltungen verwendet wird. Bei der fertigen Eingabevorrichtung sind die einzelnen sehr dünnen Schichten mit Hilfe existierender Verfahren aufeinander geschichtet. Trotz der Dünne kann die Eingabevorrichtung in kleiner Größe und bei niedrigen Kosten hergestellt werden. Auch wirken die Primärelektrode 2 und die Sekundärelektroden 3 als ein Kondensator, bei welchem ein oberer Bereich (enthaltend die erste Isolationsschicht 1) dazwischen ein Dielektrikum bildet. Daher wird, wenn ein Gegenstand 8 an der Bedienungsoberfläche 7 angeordnet wird, die elektrostatische Kapazität zwischen der Primärelektrode 2 und den betreffenden Sekundärelektroden 3 verändert, so dass die Lage des Gegenstands 8, wie später beschrieben, auf der Grundlage einer solchen Änderung spezifiziert werden kann.
Die in der obigen Weise aufgebaute Eingabevorrichtung kann beispielsweise in einem in Fig. 4 gezeigten Schaltungsaufbau zur Verwendung in Zeigevorrichtungen, tragbaren Telefonen, Informations-Terminals (PDA) oder dgl. eingebaut sein.
In Fig. 4 werden elektrostatische Kapazitäten zwischen den Primärelektroden 2 und den Sekundärelektroden 3a, 3b, 3c, 3d in Rechenschaltungen 10a, 10b, 10c über C/V-Umsetzungsschaltungen 140 (elektrostatische Kapazität/Spannungs-Umsetzschaltungen) 9a, 9b, 9c, 9d genommen. Ob der Gegenstand 8, beispielsweise ein Finger, auf der Bedienungsoberfläche 7 angeordnet ist, wird auf der Grundlage von Änderungen der Summe (oder eines Mittelwerts) der elektrostatischen Kapazitäten zwischen der Primärelektrode 2 und den betreffenden Sekundärelektroden 3a, 3b, 3c, 3d festgestellt. Tatsächlich werden die elektrostatischen Kapazitäten durch die C/V-Umsetzungsschaltungen 140a, 140b, 140c, 140d in Spannungswerte V_A, V_B, V_C, V_D umgewandelt, und die dritte Rechenschaltung 10c summiert die Spannungswerte V_A, V_B, V_C, V_D auf. Wenn der sich ergebende Wert größer als ein Referenzwert ist, wird beurteilt, dass ein Finger auf der Bedienungsoberfläche 7 angeordnet ist, und wenn der sich ergebende Wert kleiner als der Referenzwert ist, wird beurteilt, dass kein Finger auf der Bedienungsoberfläche angeordnet ist.
Elektrostatische Kapazitäten zwischen der Primärelektrode 2 und den Sekundärelektroden 3a, 3b, 3c, 3d sind auch unterschiedlich abhängig von der Lage des Fingers auf der Betätigungsoberfläche 7. Im Einzelnen sind die elektrostatischen Kapazitäten C_A und C_B zwischen der Primärelektrode 2 und den Sekundärelektroden 3a, 3b im Wert unterschiedlich abhängig davon, ob der Finger rechts- oder linksseitig (X-Richtung) von der Mitte der Betätigungsoberfläche 7 in Fig. 2 angeordnet ist. Auch unterscheiden sich die elektrostatischen Kapazitäten C_C und C_D zwischen der Primärelektrode 2 und den Sekundärelektroden 3c, 3d im Wert abhängig davon, ob der Finger ober- oder unterseitig (Y-Richtung) von der Mitte der Betätigungsoberfläche 7 in Fig. 2 angeordnet ist. Darauf beruhend, bestimmt die Rechenschaltung 10a die Lage des Gegenstands 8 in der X- Richtung auf der Grundlage der Differenz zwischen den durch die C/V-Umsetzungsschaltungen 140a, 140b umgewandelten Spannungswerten V_A, V_B. Wenn der Spannungswert V_A größer als V_B ist, wird beurteilt, dass der Gegenstand 8 auf der rechten Seite angeordnet ist, und wenn der Spannungswert V_B größer als V_A ist, wird beurteilt, dass der Gegenstand auf der linken Seite angeordnet ist, wobei, wo auf der rechten Seite oder auf der linken Seite der Gegenstand angeordnet ist, auf der Grundlage der Größe der Differenz spezifiziert wird. Auch bestimmt die Rechenschaltung 10b die Lage des Gegenstands 8 in Y-Richtung auf Grundlage der Differenz zwischen den durch die C/V- Umsetzungsschaltungen 140c, 140d umgewandelten Spannungswerte V_C, V_D. Wenn der Spannungswert V_C größer als V_D ist, wird beurteilt, dass der Gegenstand 8 auf der rechten Seite angeordnet ist, und wenn der Spannungswert V_D größer als V_C ist, wird beurteilt, dass der Gegenstand auf der linken Seite angeordnet ist, wobei, wo auf der linken oder rechten Seite der Gegenstand angeordnet ist, auf der Grundlage der Größe der Differenz spezifiziert wird. Da die elektrostatischen Kapazitäten zwischen der Primärelektrode 2 und den betreffenden Sekundärelektroden 3a, 3b, 3c, 3d auch durch Bewegungen des Gegenstands 8 verändert werden, ist es möglich, Bewegungsgeschwindigkeiten des Gegenstands 8 auf der Grundlage von Änderungsgeschwindigkeiten der elektrostatischen Kapazitäten zu spezifizieren.
Bei obiger Ausführungsform sind die Elektroden 2, 3, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, angeordnet, sie können aber auch, wie in den Fig. 5 bis 9 gezeigt, angeordnet sein.
In Fig. 5 sind erste und zweite dendritische (hier kammförmige) Fortsätze 11a bzw. 11b an der Primärelektrode 2 und Sekundärelektroden 3a, 3b, 3c, 3d in die betreffenden Bereiche eindringend benachbart zueinander so angeordnet, dass sie einander nicht gegenseitig stören. Mit einer solchen Anordnung ist die Primärelektrode 2 notwendigerweise an dem Gegenstand 8 gegenüberliegenden Abschnitten auch dann angeordnet, wenn der Gegenstand irgendwo auf der Betätigungsoberfläche 7 angeordnet wird. Dementsprechend ist es möglich, die Gesamtsumme elektrostatischer Kapazitäten zwischen der Primärelektrode 2 und den betreffenden Sekundärelektroden 3a, 3b, 3c, 3d korrekt festzustellen, das heißt, möglich, geeignet zu beurteilen, ob der Gegenstand 8 auf der Betätigungsoberfläche 7 angeordnet ist.
In Fig. 6 sind Sekundärelektroden 3 (3a, 3b, 3c, 3d) radial in zwei Abschnitte um die Mitte der Primärelektrode 2 herum unterteilt. Dadurch ist es möglich, genau die Lage des Gegenstands 8 über einen ausgedehnten Bereich auf einem Außenrand entfernt von der Mitte der Primärelektrode 2 festzustellen.
Die Anzahl, wie oft die Sekundärelektroden 3 radial unterteilt sind, beschränkt sich nicht auf zwei, sondern kann auch drei oder mehr sein.
In Fig. 7 erstreckt sich eine Primärelektrode 2 in acht Richtungen von ihrer Mitte weg und Sekundärelektroden 3 (3a bis 3h) sind jeweils zwischen den betreffenden Fortsätzen 12 angeordnet. Das heißt, die Sekundärelektroden 3 sind zu einer Anordnung in acht Abschnitten unterteilt. Dadurch ist es, verglichen mit einer Beurteilung in zwei Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung) wie bei der obigen Ausführungsform, möglich, genauer festzustellen, in welcher Richtung um die Mitte der Primärelektrode 2 herum, der Gegenstand 8 angeordnet ist.
In Fig. 8 ist eine Primärelektrode 2 ringförmig ausgebildet, und Sekundärelektroden 3 (3a bis 3d) sind an vier gleichmäßig längs des Außenrands der Primärelektrode verteilten Orten ausgebildet. Mit einer solchen Anordnung kann, wenn der Gegenstand 8 umlaufend längs der beiden Elektroden 2, 3 bewegt wird, Richtung und Ort des Umlaufs festgestellt werden, so dass diese Anordnung beispielsweise in einer Fernsteuerung für einen Videorecorder vorgesehen sein kann, damit es möglich ist, Schnell-Vorwärts- und Rückspulfunktionen vorzusehen.
Die Fig. 9A bis 9D zeigen Beispiele einer Anordnung von Elektroden 2, 3, die es ermöglicht, nur Bewegungen des Gegenstands 8 in der Y-Richtung festzustellen. In Fig. 9A sind Sekundärelektroden 3 oberhalb und unterhalb einer Primärelektrode 2 angeordnet. In Fig. 9B sind Primärelektroden 2 an beiden Seiten von vertikal angeordneten Sekundärelektroden 3 angeordnet. In Fig. 9C ist eine Primärelektrode 2 schräg angeordnet, und Sekundärelektroden 3 sind längs der Primärelektrode 2 so angeordnet, dass sie in ihrer Breitenabmessung von einem Ende zum anderen abnehmen. In Fig. 9D sind Sekundärelektroden 3 mit schrägen einander zugekehrten Rändern ausgebildet und Primärelektroden 2 auf beiden Seiten der Sekundärelektroden 3 angeordnet. Bei diesen Beispielsanordnungen wird der Gegenstand 8 gleitend entweder nach oben oder unten bewegt, was die Darstellung der Funktion eines Mausrades (Rollfunktion auf einem Bildschirm) ermöglicht.
Bei obigen Ausführungsformen ist die Erdungsschicht 5 zur geeigneten Feststellung von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode 2 und den Sekundärelektroden 3 vorgesehen, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Druckes auf die Betätigungsoberfläche 7 kann aber auch festgestellt werden, indem die zweite Isolationsschicht 4 aus, beispielsweise, Aluminiumnitrid (AlN) oder dgl. ausgebildet wird, dessen Dielektrizitätskonstante sich mit dem gefühlten Druck ändert. Genauer macht es der Nachweis von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden 2, 3 und der Erdungsschicht 5 möglich festzustellen, ob die Betätigungsoberfläche 7 niedergedrückt wird, so dass es möglich wird, andere Funktionen, wie ein kontinuierliches Rollen auf einem Bildschirm, hinzuzufügen.
Bei obigen Ausführungsformen waren zwar die erste Isolationsschicht 1, die Elektroden 2, 3 und dgl. aus einem licht- undurchlässigen Material, wenigstens die erste Isolationsschicht 1 kann aber auch aus einem lichtdurchlässigen Material ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Anordnung der Elektroden sichtbar gemacht, und die Eingabevorrichtung kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden, indem verschiedene Angaben auf einem sichtbaren Bereich vorgenommen werden oder indem ein Flüssigkristallbildschirm auf dem Bereich ausgebildet wird.
Ferner ist in den obigen Ausführungsformen die Betätigungsoberfläche 7 zwar plan, sie kann aber auch kuppelförmig bzw. gewölbt, wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt, ausgebildet sein. In diesem Fall werden die Elektroden 2, 3 nacheinander auf einer ersten Isolationsschicht 1 plan ausgebildet, wonach ein gewölbter Aufbau durch Pressen oder dgl. erzielt werden kann. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, die Mitte der Betätigungsoberfläche 7 und die Richtung, in welcher der Gegenstand 8 betätigt wird, erfühlbar zu machen, was die Funktionsfähigkeit günstig macht. Außerdem kann, während eine Basis 13, wie in Fig. 10A gezeigt, so ausgebildet sein kann, dass sie die gleiche Form einnimmt, wie der auf der Unterseite der dritten Isolationsschicht 6 ausgebildete Raum, um eine Verformung der Eingabevorrichtung zu verhindern, die Basis 13 auch eben gemacht und somit ein Hohlraum ausgebildet werden, so dass die Eingabevorrichtung verformt werden kann. Bei einer solchen Anordnung können Kontakte 14a, 14b (die Schichten wie die Elektroden 2, 3 sein können) auf der dritten Isolationsschicht 6 bzw. der Basis 13 ausgebildet werden, so dass ein Öffnen und Schließen der Kontakte 14a, 14b zum Nachweis führt, ob die Eingabevorrichtung gedrückt wird oder nicht.
Auch werden in den oben erwähnten Ausführungsformen elektrostatische Kapazitäten zwischen den Primärelektroden 2 und den Sekundärelektroden 3 in Spannungswerte mittels der C/V- Umsetzungsschaltungen 140a bis 140d in Spannungswerte umgewandelt, die elektrostatischen Kapazitäten können aber auch mittels C/F-Umsetzungschaltungen (Kapazitäts/Frequenz-Umsetzungsschaltungen) in Frequenzen oder mittels Verzögerungsschaltungen in Zeitverzögerungen umgesetzt werden. Das Vorsehen von Verzögerungsschaltungen liefert insbesondere den Vorteil, dass Schaltungen in ihren Aufbau vereinfacht werden können.
Auch werden bei den oben erwähnten Ausführungsformen elektronische Schaltungen getrennt von der Eingabevorrichtung vorgesehen, ein mit elektronischen Schaltungen ausgebildetes Substrat kann aber auch so aufgebaut sein, dass es anstelle der dritten Isolationsschicht 6 integriert wird. In diesem Fall wir ein kompakter Aufbau möglich.
Fig. 11 zeigt eine Eingabevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Eingabevorrichtung setzt sich aus einem Basisabschnitt 100, einem Anbringungsabschnitt 102 und einem Nachweisabschnitt 104 zusammen.
Wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt, ist der Basisabschnitt 100 in der Mitte mit einem Durchgangsloch 100a und an mehreren Stellen um das Durchgangsloch herum mit einem Anschlusshalteabschnitt 106 versehen. In dem Durchgangsloch 100a wird ein IC-Chip 108 angeordnet. Der IC-Chip 108 weist, wie später noch beschrieben wird, die Lage eines Fingers auf der Nachweisoberfläche nach. Der Anschlusshalteabschnitt 106 setzt sich aus ersten Anschlusshalteabschnitten 111, in welchen externe Anschlüsse 110 angeordnet sind, und zweiten Anschlusshalteabschnitten 113, in welchen Elektrodenanschlüsse 112 angeordnet sind, zusammen. Die ersten Anschlusshalteabschnitte 111 umfassen eine rechteckförmige Ausnehmung 111a, die sich zur Oberseite des Basisabschnitts 100 öffnet, sowie ein rechteckförmiges Loch 111b, das sich aus der rechteckförmigen Ausnehmung 111a zur Unterseite des Basisabschnitts 100 erstreckt. Die zweiten Anschlusshalteabschnitte 113 umfassen eine Ausnehmung 113a ähnlich der rechteckförmigen Ausnehmung 111a, ein rechteckförmiges Loch 113b, ein Verbindungsloch 113c, welches mit der Ober- und Unterseite in Verbindung steht sowie eine Kerbe 113d, die an der Unterseite ausgebildet ist und mit der Ausnehmung 113a und dem rechteckförmigen Loch 113b verbunden ist. Die Kerbe 113d ist fortschreitend zur Oberseite zum rechteckförmigen Loch 113b gerichtet geneigt. Die externen Anschlüsse 110 umfassen einen in das rechteckförmige Loch 113b eingesetzten Kontaktabschnitt 110a, der so gebogen wird, dass er in der Ausnehmung 113a angeordnet wird, sowie einen Anschlussabschnitt 110b, der sich von der Unterseite des Basisabschnitts 100 radial nach außen erstreckt. Die Elektrodenanschlüsse 112 umfassen einen Halterungsabschnitt 112a, der in das rechteckförmige Loch 113b eingesetzt ist, und so gebogen ist, dass er in der Ausnehmung 113a angeordnet wird, sowie einen Druckkontaktabschnitt 112b, der sich in der Kerbe 113d erstreckt und sich durch das Verbindungsloch 113c nach oben erstreckend in zwei Zweige verzweigt. Positioniervorsprünge 114 ragen an drei Stellen auf der Oberseite des Basisabschnitts 100 ab, und der Außenrand des Basisabschnitts ist an vier Stellen zur Bildung von Verriegelungsabschnitten 116 ausgeschnitten.
Der Anbringungsabschnitt 102 ist zur Anbringung von Berührungsschaltern 118 darauf an einer zentralen Stelle und vier Stellen am Außenrand eines scheibenförmigen Substrats 117 eingerichtet. Ausgebildet am Außenrand des Substrats 117 sind erste Kerben 120 zur Vermeidung einer wechselseitigen störenden Beeinflussung mit den Druckkontaktabschnitten der Elektrodenanschlüsse 112 sowie zweite Kerben 122, mit welchen die Positioniervorsprünge 114, die an drei Stellen angeordnet sind, zur Relativpositionierung bezüglich des Basisabschnitts 100 in Drehrichtung in Eingriff sind.
Der Nachweisabschnitt 104 umfasst, wie in Fig. 14 gezeigt, eine Nachweisschicht 124, eine Elektrodenschicht 126 und eine Trägerschicht 128. Die Nachweisschicht 124 ist aus einem isolierenden Material, ausgebildet mit einer zentralen Öffnung 125 und versehen an ihrem Außenrand mit Verriegelungsvorsprüngen 130, ausgebildet. Die Verriegelungsvorsprünge 130 sind auf den betreffenden Verriegelungsabschnitten 160 des Basisabschnitts 100 verriegelt, wodurch der Nachweisabschnitt 104 mit dem Substrat 117 verbunden und von diesem getrennt werden kann. Die Elektrodenschicht 126 umfasst erste bis fünfte Elektroden 132a bis 132e um eine zentrale Öffnung 127 herum. Die erste Elektrode 132a bildet eine Primärelektrode gemäß der Erfindung und umfasst einen um eine zentrale Öffnung 133 herum ausgebildeten ringförmigen Abschnitt 134 sowie gerade Abschnitte 136, die sich radial zu vier in gleichem Abstand voneinander liegenden Orten auf dem ringförmigen Abschnitt 134 erstrecken. Die zweiten bis fünften Elektroden 132b bis 132e bilden Sekundärelektroden gemäß der Erfindung und sind in betreffenden Bereichen, unterteilt durch den ringförmigen Abschnitt 134 und die geraden Abschnitte 136, angeordnet. Die Trägerschicht 128 ist durch einer wasserdichte Gummilage gebildet und in ihrer Mitte mit einem Knopfstempel 138 versehen. Der Knopfstempel 138 ist in beiden zentralen Öffnungen 125, 127 angeordnet und liegt zu einer Oberfläche der Nachweisschicht 124 frei und wird im Betrieb niedergedrückt, um die Berührschalter 118 des Anbringungsabschnitts 102 zu betätigen. Ferner sind Öffnungen 129 an vier Stellen am Außenrand der Trägerschicht 128 ausgebildet, damit die Druckkontaktabschnitte 112b der betreffenden Elektrodenanschlüsse 112, die auf dem Basisabschnitt 110 vorgesehen sind, in Druckberührung mit den zweiten bis fünften Elektroden 132b bis 132e kommen können.
Die in der obigen Weise aufgebaute Eingabevorrichtung kann für verschieden Anwendungen, wie etwa tragbare Telefone oder dgl., dank beispielsweise eines Schaltungsaufbaus, der in Fig. 15 gezeigt ist, verwendet werden.
In Fig. 15 werden die jeweiligen elektrostatischen Kapazitäten zwischen der ersten Elektrode 132a und der zweiten bis fünften Elektrode 132b bis 132e in eine erste Rechenschaltung 143 über erste bis vierte C/V-Umsetzungsschaltungen 140a bis 140d eingegeben. Wie bei der ersten Ausführungsform berechnet die erste Rechenschaltung 142, in welcher der X-, Y- und Z- Richtungen ein Finger auf einer Oberfläche des Nachweisabschnitts 104 angeordnet ist, auf der Grundlage von Ausgangsspannungen V_A bis V_D der ersten bis vierten C/V-Umsetzungsschaltungen 140a bis 140d. Im Einzelnen wird eine Lage in der X-Richtung auf der Grundlage einer Differenz (V_A-V_B) zwischen Eingangsspannungen aus der ersten und zweiten C/V-Umsetzungsschaltung 140a, 140b, eine Lage in der Y-Richtung auf der Grundlage einer Differenz (V_C-V_D) zwischen Eingangsspannungen aus der dritten und vierten C/V-Umsetzungsschaltung 140c, 140d und eine Lage in der Z-Richtung auf der Grundlage einer Summe oder eines Mittelwerts der Eingangsspannungen aus der ersten bis vierten C/V-Umsetzungsschaltung 140a bis 140d festgestellt. Eine zweite Rechenschaltung 144 berechnet ferner Bewegungen des Fingers, hier Bewegungen in Umfangsrichtung gemäß dem Ergebnis der Berechnung in der ersten Rechenschaltung 142. Im Einzelnen werden in der ersten Rechenschaltung 142 gewonnene Lagedaten eines Fingers in der X- und Y-Richtung gelesen und ein Winkel relativ zu einer Referenzposition (hier die positive Seite der X-Richtung) auf der Grundlage der Lagedaten berechnet. Dann werden durch Vergleichen von Winkeldaten, die für jedes bestimmte Zeitintervall gewonnen sind, Umlaufrichtung und -geschwindigkeit aufgefunden. Das Ergebnis kann beispielsweise beim Rollen eines in einem tragbaren Telefon geladenen Telefonbuchs, beim schnellen Vorwärtslauf bei einer Fernsteuerung für einen Videorecorder oder dgl. verwendet werden.
Da ferner die in der obigen Weise aufgebaute Eingabevorrichtung die Berührungsschalter 118 aufweist, lässt sich nicht nur der Bewegungsvorgang eines Fingers auf der Oberfläche des Nachweisabschnitts 104, sondern auch ein Niederdrückvorgang durchführen. Im Einzelnen kann die Eingabevorrichtung in einem Fall verwendet werden, wo der Niederdrückvorgang auf der Nachweisschicht 124 einen entsprechenden Berührungsschalter 118 EIN/AUS schalten lässt, um so die Bewegungsgeschwindigkeit eines Mauszeigers auf einem Bildschirm zu verändern. Federkräfte der Elektrodenanschlüsse 112 selbst bewirken dabei, dass die Druckkontaktabschnitte 112b in Druckberührung mit den betreffenden Elektroden 132a bis 132e der Elektrodenschicht 126 kommen, womit ein elektrisch leitender Zustand aufrechterhalten wird.
Das Vorsehen von Lastsensoren anstelle der Berührschalter 118 ist in Bezug darauf bevorzugt, dass Größendifferenzen von Niederdrückkräften wiedergegeben werden können. Das heißt, während die Berührschalter 118 nur auf entweder EIN oder AUS umgeschaltet werden, kann ein Aufbau, der in der Lage ist, auf der Grundlage von Nachweissignalen aus den Lastsensoren stufenlos zu schalten, vorgesehen werden.
Auch kann anstelle der Elektrodenanschlüsse 112 ein elastisch verformbarer Anschlussabschnitt 150, wie in Fig. 16 gezeigt, an den Elektroden 132b bis 132e vorgesehen sein. Genauer können die Elektroden 132b bis 132e, die auf der Oberseite der Trägerschicht 128 angeordnet sind, partiell zur Unterseite von der Außenrandseite der Trägerschicht 128 fortgesetzt sein, um den Anschlussabschnitt 150 auszubilden, und ein nach unten sich erstreckender Kontaktabschnitt 151 kann am freien Ende des Anschlussabschnitts 150 ausgebildet sein, um diesen mit dem Elektrodenanschluss 112 des Basisabschnitts 100 in Druckberührung zu bringen.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel in dem Fall, wo die Eingabevorrichtung für beispielsweise tragbare Telefone (siehe Fig. 17A) vorgesehen ist.
Das heißt, es wird ein Plan auf einem Bildschirm angezeigt, und es wird ein Finger auf der Oberfläche des Nachweisabschnitts 104 bewegt, um die Verwendung der Funktion der Bewegung einer Anzeigeposition auf dem Plan vorzusehen (siehe Fig. 17B). Demgemäß kann eine Anzeigeposition des Plans entsprechend dem Bewegungsausmaß des Fingers auf der Oberfläche des Nachweisabschnitts 104 bewegt werden, so dass es möglich ist, die Funktionstüchtigkeit, verglichen mit einer herkömmlichen Tastenbetätigung, deutlich zu verbessern.
Auch die Nutzung als Funktion zur Einstellung einer Rollgeschwindigkeit zur Registrierung von Daten kann hergestellt werden, indem Registrierdaten, wie Telefonnummern, Adressen oder dgl., auf einem Bildschirm angezeigt werden und ein Finger auf der Oberfläche des Nachweisabschnitts 104 drehend bewegt wird (siehe Fig. 17C). Demgemäß kann das Rollen von Registrierdaten mit einer gewünschten Geschwindigkeit erzeugt werden, um so sehr leicht das Auffinden beabsichtigter Daten durchzuführen.
Eine Nutzung kann auch erfolgen im Falle der Anzeige der Tabelle der 50 japanischen Kana-Zeichen auf einem Bildschirm, der Auswahl von Zeichendaten (siehe Fig. 17D), der direkten Anzeige von schrägen Linien und Zeichen (siehe Fig. 17E), der Durchführung eines Vorgangs auf einem Spiele-Bildschirm (siehe Fig. 17F) oder dgl. Insbesondere im Falle einer direkten Anzeige von Zeichen ist eine Nutzung möglich zur Authentizierung einer bestimmten Person. Das heißt, einige tragbare Telefone benötigen die Eingabe einer personalisierten Zahl als Authentizierungsfunktion, um eine freie Benutzung durch eine andere Person zu verhindern. Hier ist die Identifikation auf der Grundlage von Bewegungen (Lage, Richtung der Bewegung, Bewegungsgeschwindigkeit, Niederdrückdruck oder dgl.) eines Fingers auf dem Nachweisabschnitt ermöglicht. In diesem Fall ist jedoch eine Anzeige auf einem Bildschirm nicht notwendigerweise erforderlich.
Außerdem ist es wie bei der Eingabevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform auch bei der Eingabevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, die Nachweisschicht 124 aus einem lichtdurchlässigen Material auszubilden, den Nachweisabschnitt 104 gewölbt auszubilden und C/F-Umsetzungsschaltungen (Kapazitäts/Frequenz-Umsetzungsschaltungen) anstelle der C/V-Umsetzungsschaltungen 140 vorzusehen.
Die Eingabevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist so aufgebaut, dass sie Berührschalter 118 oder Lastsensoren aufnimmt, sie kann jedoch auch in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform so aufgebaut sein, dass die Berührschalter 118 oder dgl. auf dem Substrat zur elektrischen Verbindung mit der gedruckten Substratseite mittels Anschlüssen bzw. Klemmen und flexibler Verdrahtungen angebracht sind.
Fig. 18 zeigt einen Aufbau, bei welchem die Verbindung mittels einer Klemme hergestellt wird. Bei diesem Aufbau ist ein mit einem Elektrodenmuster ausgebildetes mehrschichtiges Substrat 202 auf einer Basis 201 mit einer Klemme 200 zur elektrischen Verbindung mit einem IC-Chip 204, welcher in einer Mittelöffnung der Basis 201 mit einem dazwischen liegenden Rahmen angeordnet ist, angeordnet. Das mehrschichtige Substrat 202 ist in einen Mittelabschnitt und einen äußeren Randabschnitt durch einen bogenförmigen Schlitz 205 unterteilt und wird durch einen äußeren Rahmen 206 und einen inneren Rahmen 207 geführt wird, die auf der Basis 201 angebracht sind. Dadurch kann das mehrschichtige Substrat 202 im Mittelabschnitt und im äußeren Randabschnitt unabhängig voneinander betätigend niedergedrückt werden. Wie bei der obigen Ausführungsform ist das auf dem mehrschichtigen Substrat 202 ausgebildete Elektrodenmuster aus einer Primärelektrode und Sekundärelektroden zusammengesetzt, um die Identifikation der Position eines Gegenstands auf der Grundlage von elektrostatischen Kapazitäten zu ermöglichen, welche abhängig von der Lage des Gegenstands auf dessen Oberfläche verändert werden. Die Basis 201 ist auf dem Substrat über eine wasserdichte Gummilage (nicht gezeigt) angebracht, und die Klemme 200, die sich elastisch verformen kann, erstreckt sich zur elektrischen Verbindung mit Kontaktflecken auf dem Substrat durch die wasserdichte Gummilage hindurch. Wie bei der obigen Ausführungsform sind Berührschalter auf dem Substrat an vier Stellen auf dem Mittelabschnitt und dem äußeren Randabschnitt des mehrschichtigen Substrats 202 zur EIN/AUS-Schaltung gemäß Niederdrückvorgängen in den betreffenden Positionen des mehrschichtigen Substrats 202 angebracht.
Fig. 19 zeigt einen Aufbau, bei welchem die Verbindung mittels einer flexiblen Verdrahtung hergestellt wird. Dieser Aufbau ist im Wesentlichen der gleiche wie der in Fig. 18 gezeigte, mit der Ausnahme, dass anstelle einer auf einem mehrschichtigen Substrat vorgesehenen Klemme die elektrische Verbindung zum Substrat durch die flexible Verdrahtung 210 bewirkt wird, die mit dem mehrschichtigen Substrat zu einem Stück verbunden ist.
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine dünne und kleine Eingabevorrichtung bei niedrigen Kosten herzustellen, da die Vorrichtung durch Primär- und Sekundärelektroden, die in ein und derselben Ebene bzw. Fläche ausgebildet sind, gebildet werden kann. Da ferner die Lage eines Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen einer gemeinsamen Primärelektrode und betreffenden Sekundärelektroden identifiziert werden kann, lässt sich ein hochgenauer Nachweis durchführen. Da ferner die Teileanzahl klein und der Aufbau vereinfacht ist, ist es möglich, die Vorrichtung weniger ausfallanfällig und mit langer Lebensdauer herzustellen. Daneben werden, da die Sekundärelektroden in ihren Lagen in Bezug auf die Primärelektrode und in ihrem Aufbau frei gewählt werden können, viele Arten von Betätigungen gemäß den Anwendungen möglich.
Bei dem Gegenstand 8 kann es sich allgemein um ein Dielektrikum oder auch einen elektrischen Leiter handeln, solange ein Kurzschließen von Elektroden durch ihn (etwa durch die die Elektroden abdeckende Isolationsschicht) vermieden ist.

Claims

1. Eingabevorrichtung, welche mindestens eine Primärelektrode und eine Anzahl von Sekundärelektroden aufweist, die in der gleichen Ebene ausgebildet sind, wobei die Lage eines auf einer Oberfläche der Elektroden angeordneten Gegenstands auf der Grundlage von Unterschieden der sich durch den Gegenstand ändernden elektrostatischen Kapazität zwischen der Primärelektrode und den Sekundärelektroden identifiziert wird.

2. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine auf Oberflächen der beiden Elektroden ausgebildete erste Isolationsschicht zur Schaffung einer Betätigungsoberfläche aufweist.

3. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner eine Erdungsschicht aufweist, die auf der Rückseite der Elektroden mit einer dazwischen liegenden zweiten Isolationsschicht ausgebildet ist.

4. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Summe von elektrostatischen Kapazitäten zwischen den Primärelektroden und den Sekundärelektroden berechnet wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der Summe von elektrostatischen Kapazitäten festzustellen.

5. Eingabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Isolationsschicht aus einem Material ausgebildet ist, welches durch aufgebrachten Druck in seiner Dielektrizitätskonstanten verändert wird.

6. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Primär- und Sekundärelektroden in einer dentritischen Form zur Anordnung in einer ineinander verzahnten Weise ausgebildet sind.

7. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Primärelektrode ringförmig ausgebildet ist und die Sekundärelektroden entlang der Primärelektrode ausgebildet sind.

8. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen mit den Elektroden versehenen Nachweisabschnitt zur Feststellung der Lage eines auf einer Oberfläche derselben angeordneten Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen den Primär- und Sekundärelektroden, einen Anbringungsabschnitt, der mit Mitteln zur Feststellung eines Niederdrückvorgangs auf dem Nachweisabschnitt versehen ist, und einen Basisabschnitt, welcher den Nachweisabschnitt und den Anbringungsabschnitt in einer ein Niederdrücken der Abschnitte ermöglichenden Weise haltert, aufweist, wobei der Basisabschnitt mit Elektrodenanschlüssen versehen ist, die sich elastisch verformen und so in Druckberührung mit den betreffenden Elektroden des Nachweisabschnitts kommen.

9. Eingabevorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Nachweisabschnitt Rechenmittel zur Berechnung der Lage des Gegenstands auf der Grundlage von Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden und einen externen Anschluss zur Ausgabe von Ergebnissen der Berechnung in den Rechenmitteln aufweist.