坐標輸入裝置的製作方法

2023-10-05 05:15:34 4

專利名稱：坐標輸入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種坐標輸入裝置，尤其涉及到使用壓力傳感器 的坐標輸入裝置。
背景技術：
歷來，使用壓力傳感器的坐標輸入裝置多用於計算機等的輸 入裝置。作為此類坐標輸入裝置，有各種結構的裝置得到提案，而本 申請人:提出一種輸入靈敏度高的坐標輸入裝置(參照專利文獻 1)。圖6至圖8表示了根據本申請人提案的坐標輸入裝置的一例。圖6至圖8的坐標輸入裝置可進行二維(X-Y)的輸入，圖 6和圖7表示機械結構，圖8表示檢測電路的結構。下面將說明 該輸入裝置在固定於計算機等的基板1的中心處略圓形的搭載 部la上搭載略十字形狀的傳感器部3，而該傳感器3具有由撓 性基板2的電阻器構成的4個矩形壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d ;在該傳感器部3之上搭載具有柔軟性的平圓板狀基板部件 4，而該基板部件4由合成樹脂等模製品構成；以及在搭載部1 a的外周部上，如圖7所示，將以90度間隔豎起形成的4個卡 子5折彎到基板部件4上，從而使基板l、撓性基板2以及基板 部件4互相固定在一起。略圓形狀的操作部件6將在中心的下表 面突設的中心軸(圖略)寬鬆地插到基板部件4的中心孔4h以
及撓性基板2的中心孔2h中，並被搭載在基板部件4上，而且 將外罩部件(圖略)蓋在操作部件6的凸緣部6a上來防止操作 部件6的位置偏移。撓性基板2的4個壓力傳感器3 a 、 3b、 3 c、 3d以90度間隔配置，在基板部件4的處於各壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d的頂部的位置上配置可撓曲自由的襯板部4 a 、 4b 、 4c 、 4d 。為了隔開這些襯板部4a 、 4b、 4c、 4d， 在其相互之間穿設了略〈字形的孔7。這些襯板部4a 、 4b、 4c、 4d的上表面上分別形成有凸起8a 、 8b、 8c、 8d。如圖6和圖8所示，4個壓力傳感器3 a 、 3b 、 3c 、 3d的 電路配置成兩組壓力傳感器3 a 、 3 b以及3 c 、 3d分別輸出X 軸輸入和Y軸輸入，而該兩組壓力傳感器3a、 3b以及3c、 3 d處於隔著中心在直徑位置上相對置的狀態。如圖8所示，基準 電壓不斷地通過基準電壓源9施加到壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3d上。然後，在朝下方按壓的方式對操作部件6進行操作時， 通過與按壓力相對應的凸起8a 、 8b、 8c、 8d，襯板部4 a 、 4b、 4c、 4d被壓向下方而撓曲，並將發生在壓力傳感器3a、 3 b 、 3 c 、 3 d的各電壓變化輸出到被設置在信號處理IC10晶片 內的X軸輸入部11和Y軸輸入部12，使坐標輸入得以進行。圖9至圖11表示了根據本申請人提案的坐標輸入裝置的其 它例子。圖9至圖11的坐標輸入裝置構成為可進行三維(X-Y-Z)的 輸入，而圖9和圖IO表示不同例的機械結構，圖ll表示檢測電 路的結構。下面將主要說明圖9所示的坐標輸入裝置與圖6以及圖7 所示例的不同之處除了撓性基板2的4個壓力傳感器3 a 、 3b、 3c、 3d之外，在中心孔2h部分還增設用於Z軸的傳感器 3e，操作部件6形成為通過在下表面突設的中心軸6h按壓壓力
傳感器3e。環狀外側操作部件13以在操作部件6的凸緣6a上 搭載其內周部的狀態被配置在操作部件6的外周位置上，而該環 狀外側操作部件13的下表面與基板部件4的4個凸起8 a 、8 b 、 8c 、 8d相面對。在外側操作部件13的外周部上外側操作部材 13被形成為，由外罩部件14蓋在外側操作部件13的凸緣部13a 上使其位置不發生偏移的狀態。其它結構與圖6及圖7所示的坐 標輸入裝置相同。圖10的坐標輸入裝置為，省略圖9的坐標輸入裝置的4個 凸起8a、 8b、 8c、 8d後，以在外側操作部件13的下表面設 置的4個凸起15a、 15b、 15c、 15d來代替。
在圖9和圖10所示的坐標輸入裝置中，5個壓力傳感器3 a 、 3b 、 3c 、 3d 、 3e的電路配置如圖11所示。如圖11所示， 形成為從基準電壓源9通過多路器(multiplexer) 15可以對4個 X-Y軸輸出用壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d和l個Z軸輸出 用壓力傳感器3e轉換通電。多路器15形成為，通過接收信號處 理IC10所輸出的多路器轉換信號，由接點15a來自由切換兩個 端子15b、 15c。 1個Z軸輸出用壓力傳感器3e和4個X-Y軸 輸出用壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d串聯連接在一個端子15b 上，而Z軸輸出用壓力傳感器3e和4個X-Y軸輸出用壓力傳感 器3a、 3b、 3c、 3d之間的接點連接在另一個端子15c上。 形成為，從該接點可向設在信號處理IC10晶片內的Z軸輸入部 16輸出。其它結構與圖8所示的電路相同。專利文獻l:(日本)特開2004-048121號公報
但是，在圖8及圖11所示的以往的坐標輸入裝置中，因為 從基準電壓源9不斷地對壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d和3e 供電，所以功耗增大，例如以電池為電源的個人計算機上就存在 電池消耗速度過快等缺陷
發明內容
本發明是鑑於上述問題而提出的，其目的在於提供一種功耗 小的坐標輸入裝置。而且，本發明還有另一個目的，即提供一種功耗小，且不受 周圍環境變化的影響而能夠正確進行坐標輸入的坐標輸入裝置。為了實現上述目的，本發明所涉及到的坐標輸入裝置，具有 對操作時所施加的壓力作為電壓變化而進行檢測、由電阻構成的 壓力傳感器，該坐標輸入裝置的特徵在於，在上述壓力傳感器的 電源側設置有開關元件，而該開關元件開關控制施與上述壓力傳 感器的電壓。依照本發明的坐標輸入裝置，因為通過開關元件開關控制提 供給壓力傳感器的電壓，所以就能大幅度降低坐標輸入裝置的功 耗。而且，本發明所涉及到的坐標輸入裝置，具有對操作時所施 加的壓力作為電壓變化進行檢測、由電阻構成的壓力傳感器，該 坐標輸入裝置的特徵在於，在上述壓力傳感器的電源側設置有開 關元件，而該開關元件開關控制施與上述壓力傳感器的電壓；在 上述壓力傳感器的接地側設置有抵消機構，當上述開關元件的特 性隨著周圍的環境變化而變化了時，該抵消機構抵消該變化。依照本發明的坐標輸入裝置，通過開關元件開關控制提供到 壓力傳感器的電壓，使坐標輸入裝置的功耗大大降低，而且，即 使當上述開關元件的特性隨著周圍環境的變化而引起了變化時， 也有抵消機構抵消該變化，從而使上述壓力傳感器的檢測輸出始 終保持很正確。又，本發明所涉及到的坐標輸入裝置的特徵在於，上述開關 元件和抵消機構相鄰配置在同一個IC晶片內。
依照本發明的坐標輸入裝置，上述開關元件和抵消機構受到 幾乎同樣的環境變化，所以抵消機構的抵消作用能夠正確地起作 用，使上述壓力傳感器的檢測輸出始終保持很正確。本發明所涉及到的坐標輸入裝置，其特徵還在於，上述抵消 機構由與開關元件相同的元件來構成。依照本發明的坐標輸入裝置，因為上述抵消機構和開關元件 為相同的元件，所以兩者受到同一個環境變化的影響而發生同樣 的變化，而消除了對上述壓力傳感器的影響，使壓力傳感器的檢 測輸出更加正確。本發明所涉及到的坐標輸入裝置，其特徵還在於，上述開關元件由FET形成。依照本發明的坐標輸入裝置，因為上述開關元件為FET，所 以上述各作用發揮得更加正確。本發明所涉及到的坐標輸入裝置，其特徵還在於，設置在上 述壓力傳感器電源側的上述開關元件被形成為P型，而設置在上 述壓力傳感器接地側的上述開關元件被形成為N型。依照本發明的坐標輸入裝置，P型和N型的兩個FET受到 同一個環境變化的影響而引起同樣的變化，所以對上述壓力傳感 器的影響更加減少，使壓力傳感器的檢測輸出更加正確。如上所述，依照本發明所涉及到的坐標輸入裝置，功耗就會 少，而且還可以發揮能夠不受周圍環境變化的影響而進行正確的 坐標輸入的出色效果。


圖1為表示本發明的坐標輸入裝置的第一實施方式的電路圖；圖2為表示本發明的坐標輸入裝置的第二實施方式的電路
圖；圖3為本發明的坐標輸入裝置的第一實施方式的等效電路
圖；圖4為本發明的坐標輸入裝置的第二實施方式的等效電路
圖；圖5為表示本發明的坐標輸入裝置的第三實施方式的電路
圖；圖6為表示以往的坐標輸入裝置的一例的分解立體圖； 圖7為圖6的從前例的組裝立體圖； 圖8為表示以往的坐標輸入裝置一例的電路圖； 圖9為表示以往的坐標輸入裝置其它例的半剖立體圖； 圖10為表示以往的坐標輸入裝置另外一個其它例的半剖立 體圖；圖11為表示以往的坐標輸入裝置的其它例的電路圖。 符號說明
3a、 3b、 3c、 3d、 3e壓力傳感器
9基準電壓源
10信號處理IC
21坐標輸入裝置
23、 31 開關元件(FET)
28抵消機構(FET)
具體實施例方式
下面將用圖說明本發明所涉及到的坐標輸入裝置的實施方式。圖1表示本發明的第一實施方式的電路結構。本實施方式形 成為能夠進行二維(X-Y)的輸入，與以往例相同的部分將附上 相同符號。
在本實施方式的坐標輸入裝置21中，在信號處理IC10晶片 的外部配置有4個壓力傳感器3a 、 3b 、 3c 、 3d 。 g卩，兩組 壓力傳感器3a、 3b以及3c、 3d並聯連接，並分別輸出X軸 輸入和Y軸輸入，而且1個端部被接地，而另一個端部與信號 處理ICIO的晶片的基準電力的輸出端子22相連接。在基準電壓 源9和輸出端子22之間作為開關元件的一例形成有FET23，該 開關元件對提供給壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c和3 d的電壓進行 開關控制。該FET23為P型，基準電源施加的開關信號被提供 到柵極並受到開關控制。而且，兩組壓力傳感器3 a 、 3 b以及3 c 、 3d的接點分別連接在信號處理IC10晶片的輸入端子24、 25，並形成為通過放大器26、 27向X軸輸出部11、 Y軸輸出部 12輸出檢測電壓的狀態。
下面說明本第一實施方式的作用。
在本實施方式中，進行坐標輸入時，基準電源施加接通信號 被提供到FET23柵極(gate)，使FET23接通並通過基準電壓源 9將基準電壓VDD施加到4個壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d 上。在這種狀態下，當朝下方按壓操作部件6對其進行操作時， 通過與按壓力相對應的凸起8a 、 8b、 8c、 8d，襯板部4 a 、 4b、 4c、 4d被壓向下方而撓曲，並輸出發生在壓力傳感器3 a、 3b、 3c、 3d的各電壓變化，具體來講，輸出在兩組壓力 傳感器3a、 3b以及3c、 3d上發生的電壓分壓比的變化，而 該電壓變化通過放大器26、 27得到放大後被輸入到X軸輸出部 11、 Y軸輸出部12，使坐標輸入得以進行。
而且，當不進行坐標輸入時，基準電源施加斷開信號被提供 到FET23的柵極，斷開FET23而阻止來自基準電壓源9的基準 電壓VDD的施加。 如上所述，依照本實施方式，因為通過作為開關元件的FET23可以開關控制提供給4個壓力傳感器3a 、 3b、 3c、 3 d的電壓，所以能夠大大降低坐標輸入裝置21的功耗。而且， 因作為開關元件使用FET23，所以能夠在信號處理IC10的晶片 內一體成型。圖2為本發明的第二實施方式的電路結構。本實施方式形成 為能夠進行二維(X-Y)輸入的結構，在第一實施方式的4個壓 力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3d的接地側設置作為開關元件的N 型FET28。其它結構的構成與第一實施方式相同。若進一步進行說明的話，FET28位於信號處理IC10的晶片 的輸入端子29與輸出端子30之間，並且被一體成型在信號處理 IC10的晶片內，而基準電壓不斷地被施加到柵極使其處在接通 狀態。4個壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d的接地側端部與輸入 端子29相連接，而輸出端子30則被接地。下面將說明本第二實施方式的作用。在本實施方式中，進行坐標輸入時，基準電源施加接通信號 被提供到FET23的柵極，使FET23接通後由基準電壓源9將基 準電壓VDD依次施加到4個壓力傳感器3a 、 3b、 3c、 3d和 FET28。在這種狀態下，當朝下方按壓操作部件6進行操作時， 通過與按壓力相對應的凸起8a 、 8b、 8c、 8d，襯板部4a、 4b、 4c、 4d被朝下方按壓而撓曲，並輸出發生在壓力傳感器 3a、 3b、 3c和3d的各電壓變化，具體來講，將分別輸出兩 組壓力傳感器3a、.3b以及3c、 3d的電壓分壓比的變化，而 該電壓變化通過放大器26、 27被放大後輸入到X軸輸出部11、 Y軸輸出部12，使坐標輸入得以進行。而且，當不進行坐標輸入時，基準電源施加斷開信號被提供 到FET23的柵極，斷開FET23並阻止來自基準電壓源9的基準 電壓VDD的施加。如上所述，依照本實施方式，因為通過作為開關元件的 FET23可以開關控制提供給4個壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d的電壓，所以能大大降低坐標輸入裝置21的功耗。而且，作 為開關元件使用FET23、 28，因此能夠在信號處理IC10的晶片 內一體成型。另外，在本實施方式中，將FET23作為開關控制提供給壓 力傳感器3a 、 3b 、 3 c 、 3d的電壓的開關元件而設置在壓力 傳感器3a、 3b、 3c和3d的電源側，並且作為開關元件的 FET23，在其特性隨著周圍環境變化而變化時，FET28作為抵消 該變化的抵消機構被設置在壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d的 接地側，所以即使FET23作為開關元件其特性隨著周圍的環境 變化而發生變化時，FET28作為抵消機構也可以抵消其變化，因 此壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d的檢測輸出一直保持正確。 作為周圍的環境變化，可以舉出基準電壓源VDD的變動或者溫 度變化。因為上述環境變化同樣作用於作為開關元件和抵消機構 的FET23、 28的兩個通態電阻而相互抵消，來自壓力傳感器3 a、 3b、 3c、 3d的輸出(被2個電阻分壓的電壓)的變動， 與圖1的第一實施方式的情況相比就變小。進一步說明的話，例 如假設作為開關元件和抵消機構的FET23、 28的通態電阻為 幾個Q到數十Q，那麼，輸入時所發生的壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d的電阻值的變化為數豪Q到數十Q。對上述關係來說， 當不設置抵消機構而只設置作為開關元件的一個FET23時，如 果一個FET23的通態電阻隨著電源電壓變化或溫度變化而從數 十豪Q變到數十Q，就無法與壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d 的電阻變化進行區分，因此有可能出現檢測錯誤，但是，如果設 置作為抵消機構的另一個FET28，就能夠抵消FET23的通態電
阻的變動。而且，如同本實施方式，因為開關元件23和抵消機構28 相鄰配置在同一信號處理IC10的晶片內，所以開關元件23和抵 消機構28受到幾乎相同的環境變化，使通過抵消機構28的抵消 作用起到正確的效果，則壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d的檢 測輸出始終保持正確。另外，如同本實施方式，抵消機構28與開關元件23由相同 元件來構成(在本實施方式中為FET)，因此兩者23、 28受到相 同的環境變化的影響而引起同樣的變化，並減少了對壓力傳感器 3a、 3b、 3c、 3d的影響，從而壓力傳感器3 a 、 3b、 3c、 3d的檢測輸出更加正確。並且，因為作為開關元件使用了 FET23，所以能夠更加恰當地發揮上述各作用。另外，如本實施方式，被設置在壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3 d電源側的作為開關元件的FET23形成為P型，而被設置在上 述壓力傳感器3a 、3b 、3c 、3d接地側的作為抵消機構的FET28 形成為N型，因此P型和N型的2個FET23、 28受到相同的環 境變化影響而引起同樣的變化，從而更加減少了對壓力傳感器3 a、 3b、 3c、 3d的影響，使壓力傳感器3 a 、 3b、 3c、 3d的檢測輸出更加正確。圖3以及圖4為第一實施方式和第二實施方式的等效電路圖。在這裡，設定各壓力傳感器3a、 3b、 3c、 3d的電阻值 為RS、開關元件以及抵消機構FET23、 28的通態電阻為r。在圖3的第一實施方式中，因為只在傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3d的電源提供側設置作為開關元件的FET23，所以被電阻分壓 的IC的輸入電壓Vi為Vi={RS/(2RS+r)} X VDD。 在這裡，如果假設作為開關元件的FET23的通態電阻變化 了+aQ，那麼，輸入電壓Vi'就成為Vi，={RS/(2RS+r+ a )} X VDD，電壓變動值A VI-(Vi-Vi')則成為△ VI=(Vi-Vi，) ={ a RS/(2RS+r)( 2RS+r+ a )}。相對於此，在圖4的第二實施方式中，進行與上述同樣的計 算，就會成為Vi=(l/2)XVDDVi，=(l/2)XVDDAVI=( Vi-Vi，)=0 使第二實施方式的壓力傳感器3a 、 3b 、 3c 、 3d的電壓變動 被控制得很小。另外，雖然為了簡化計算式，將傳感器3a 、 3b 、 3c 、 3 d的電阻全部設定成RS、開關元件的通態電阻全部設定成r，但 實際上它們的值存在偏差並不相同。圖5表示本發明的第三實施方式的電路結構。本實施方式形 成為能夠進行三維(X-Y-Z)輸入，在第二實施方式的4個壓力 傳感器3a、 3b、 3c、 3d的基準電壓側設置了壓力傳感器3e 和作為開關元件的FET31。其它結構的構成與第二實施方式相 同。進一步進行說明的話，FET31位於信號處理IC10的晶片的 輸出端子32與基準電壓源9之間，並被一體成型在信號處理 IC10的晶片內，基準電源施加開關信號被提供到FET31的柵極 並開關控制FET31。壓力傳感器3e與信號處理IC10的晶片的輸 出端子32和4個壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3d的基準電壓側 的端部相連接。下面將說明本第三實施方式的作用。
X-Y軸的二維動作與第二實施方式的情形相同，因此在這裡 只說明Z軸的動作。在本實施方式中，進行Z軸的坐標輸入時，基準電源施加接 通信號被提供到FET31的柵極，FET31被接通後來自基準電壓 源9的基準電壓VDD依次施加給壓力傳感器3e、 4個壓力傳感 器3a、 3b、 3c、 3 d及FET28。此時另 一個FET23處於斷開 狀態。在該狀態下，如果朝下方按壓操作部件6向壓力傳感器 3e施加按壓力，該壓力傳感器3e所發生的電壓變化就從壓力傳 感器3e和4個壓力傳感器3 a 、 3 b 、 3 c 、 3d之間的接點得到 輸出，並通過輸出端子22被輸入到設在信號處理IC10的晶片內 的Z軸輸出部16，使坐標輸入得以進行。而且，不進行坐標輸入時，基準電源施加斷開信號被提供到 FET31的柵極，使FET31得到斷開並阻止由基準電壓源9施加 基準電壓VDD。依如上所述，在第三實施方式中，三維坐標的輸入被進行得 非常良好。另外，本發明並不只受限於上述實施方式，可以根據必要進 行各種變更。例如，作為開關元件的23、 31以及抵消機構28，可以使用 FET以外的開關元件。而且，作為抵消機構28，只要一直存在 通態電阻就可以，因此可使用電阻器。
權利要求
1. 一種坐標輸入裝置，具有對操作時所施加的壓力作為電 壓變化而進行檢測、由電阻構成的壓力傳感器，該坐標輸入裝置 的特徵在於，在上述壓力傳感器的電源側設置有開關元件，而該 開關元件開關控制施與上述壓力傳感器的電壓。
2. 根據權利要求1所述的坐標輸入裝置，其特徵在於，上 述開關元件相鄰配置在同一個IC晶片內。
3. 根據權利要求1所述的坐標輸入裝置，其特徵在於，上 述開關元件由FET形成。
4. 一種坐標輸入裝置，具有對操作時所施加的壓力作為電 壓變化進行檢測、由電阻構成的壓力傳感器，該坐標輸入裝置的 特徵在於，在上述壓力傳感器的電源側設置有開關元件，而該開 關元件開關控制施與上述壓力傳感器的電壓；在上述壓力傳感器 的接地側設置有抵消機構，當上述開關元件的特性隨著周圍的環 境變化而變化了時，該抵消機構抵消該變化。
5. 根據權利要求4所述的坐標輸入裝置，其特徵在於，上述開關元件和抵消機構相鄰配置在同一個IC晶片內。
6. 根據權利要求4所述的坐標輸入裝置，其特徵在於，上 述抵消機構由與開關元件相同的元件形成。
7. 根據權利要求4所述的坐標輸入裝置，其特徵在於，上 述開關元件由FET形成。
8. 根據權利要求4所述的坐標輸入裝置，其特徵在於，設 置在上述壓力傳感器電源側的上述開關元件被形成為P型，而設 置在上述壓力傳感器接地側的上述開關元件被形成為N型。
全文摘要
本發明提供一種坐標輸入裝置，其功耗少並且不受周圍環境變化的影響而能夠正確進行坐標輸入。該坐標輸入裝置(21)具有對操作時所施加的壓力作為電壓變化進行檢測、由電阻構成的壓力傳感器(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)，該坐標輸入裝置的特徵在於，在上述壓力傳感器(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)的電源側設置開關元件(23)、(31)，而該開關元件開關控制提供給上述壓力傳感器(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)的電壓。
文檔編號G01L1/22GK101122834SQ200710140818
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月10日 優先權日2006年8月10日
發明者大場克一, 平野伸兒, 波多野直行 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社