[发明专利]电容性控制面板

说明书

技术领域

本发明涉及电容性控制面板。更明确地说，本发明涉及并入有触敏和力敏输入构件的电容性控制面板。

背景技术

存在对稳健的且美学上合意的用于控制装置的控制面板(用户接口)的不断增加的需求。近年来，电容性感测技术在此领域中沿用已久并已被接受。包含电容性控制面板的装置的常见实例是例如用于控制消费型电子装置/家用电器的触敏显示屏幕和触敏键盘/小键盘。

已知电容性控制面板包含触敏输入(例如，电容性位置传感器)和力敏输入(例如，常规的按钮/开关)。举例来说，由苹果计算机公司(Apple Computer Inc.)制造的“iPod迷你(iPod mini)”的多个版本具有上覆于若干机械开关上的触敏滚轮。

图1示意性地展示此一般类型的控制面板2的截面图。控制面板2安装在待控制的装置的壁4中。控制面板包含：电容性触摸感测元件6，其呈垂直于图1的平面的环的形式；以及若干常规机械开关8。图1的横截面图中可看见所述机械开关8中的两者。电容性传感器6和机械开关8耦合到适当的控制电路(未图示)。

电容性位置感测元件6形成于充当结构平台10的印刷电路板(PCB)上。平台PCB10和电容性感测元件6被外部保护层14覆盖。将平台PCB 10可倾斜地安装在中心支撑件12上，使得其可在装置的壁4中的开口内移动。支撑件12附接到基底PCB 16。基底PCB 16和壁4固定在一起。用户的手指触摸感测元件6的位置由电容性传感器控制电路确定，且用以相应地控制所述装置。

机械开关8安装在基底PCB 16上，位于电容性位置感测元件6下方。每一机械开关8包括安置于中心电极8A上的可变形隔膜8B。每一隔膜延伸远离基底PCB 16到达其刚好触碰平台PCB 10的下侧的高度。切换动作是通过使选定隔膜变形以使得其接触中心电极8A来实现的。这是通过在所要开关上方的电容性位置感测元件上向下按压来完成的。这致使平台PCB 10围绕其中心支撑件12倾斜，且压缩选定开关的隔膜，使所述隔膜与其中心电极接触。

用户可因此根据受控装置的操作方式，通过恰当地使用电容性位置感测元件6和机械开关8来提供控制指令。

图1所示的控制面板2提供紧凑且直观的用户接口，但具有若干缺点。举例来说，常规按钮开关的使用意味着控制面板仅具有对机械力输入的二元敏感性。也就是说，控制面板只能指示开关是断开的还是闭合的。不存在对所施加力的量值的类似敏感性。这限制了控制面板以不同方式响应不同力的灵活性。此外，总体结构相对较复杂，且两种不同感测技术(即，用于机械力感测的常规开关和用于触摸感测的电容性感测技术)的使用意味着控制电路的所需复杂性增加，因为其必须能够容纳两种类型的传感器。

基于电容性感测技术的力传感器是已知的。图2A和图2B示意性地一个此类电容性力传感器20的截面图。力传感器20安装在基底22上，且包括下部电极26和上部电极28。下部和上部电极借助可压缩电介质材料24而分离，且连接到电容测量电路21。如由电容测量电路21测量的下部电极26与上部电极28之间的电容取决于其间距的量值。

图2A展示处于松弛状态(未施加力)的力传感器20，且图2B展示施加有垂直力F的力传感器20。所述力压缩电介质材料24，且因此使下部电极26和上部电极28较靠近在一起。这表现为电容测量电路21所测得的下部电极26和上部电极28的互电容的改变。电介质材料24被压缩的程度(且因此电极26、28之间的间距的改变)取决于力F的量值。因此，来自电容测量电路21的输出提供所施加力F的测量结果。

图2A和图2B所示种类的传感器可以各种方式使用，例如用于机械臂抓手的反馈电路中，或用作汽车轮胎中的气压监视器。然而，将此些力传感器并入控制面板/用户接口中的问题在于，不仅对直接施加的力敏感，此些传感器还将对附近的指点物体(例如用户的手指)所引起的电容变化敏感，即使在传感器上没有按压时也是如此(以与常规电容性触摸传感器响应接近的物体的方式相同的方式)。

发明内容