CN103728056A - 具双平面传感器阵列的压力传感装置 - Google Patents

Abstract

一种具双平面传感器阵列的压力传感装置，所述压力传感装置在此揭露，其包含压力传感垫。压力传感垫包含一第一平面基板、一第二平面基板、多条第一信号线、多条第二信号线，多个列的第一传感元件与多个行的第二传感元件。多条第一信号线与多个列的第一传感元件形成于第一平面基板上，且每一列的第一传感元件连接至多条第一信号线之一对应者。第二平面基板配置于第一平面基板的对面。多条第二信号线与多个行的第二传感元件形成于第二平面基板上，且每一行的第二传感元件连接至多条第二信号线之一对应者，其中多个第二传感元件分别面对多个第一传感元件。

Description

具双平面传感器阵列的压力传感装置

【技术领域】

本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种压力传感装置。

【背景技术】

现有的方法与装置，其中有些对于病患的生理统计数值提供了即时的监控。这些装置包含了心电图记录器、心率监视器、血压监视计、脑电图仪、脉搏监测仪、血氧计、二氧化碳测量计、恒温器、磅秤、产妇子宫活动监视仪以及其它各种非侵入式的医疗仪器。

然而，目前对于能够监控病患在床上的姿势与动作的医疗仪器有着迫切的需要。在当病患癫痫发作或是当病患处于跌出床外的风险时，这种仪器能够对专业健康照护人员发出预警。况且长时间地分析病患身体姿势与动作的变化，有助于观察潜在的健康状况与对药物的反应。这些变化表示了睡眠形式、活动量、对于身体疼痛所反应出的身体移动与由于缺乏运动所产生易患褥疮（压疮）的问题。了解这些『身体语言』，特别与在与专业健康人员或看护人员沟通上有困难的病患有关。

【发明内容】

本发明的一态样为关于一压力传感装置，可被用来监测病患。

根据本发明一实施方式，一压力传感装置包含一压力传感垫。压力传感垫包含了一第一平面基板、一第二平面基板、多条第一信号线、多条第二信号线、多个行的第一传感元件与多个列的第二传感元件。多条第一信号线与多个行的第一传感元件形成于第一平面基板上，且每一行的多个第一传感元件连接至多条第一信号线中之一对应者。第二平面基板配置配置于第一平面基板的对面。多条第二信号线与多个列的第二传感元件形成于第二平面基板上，且每一列的第二传感元件连接至多条第二信号线中之一对应者，其中多个第二传感元件分别面对于多个第一传感元件，且多个第一传感元件的任一者与多个第二传感元件之一对应者皆构成一压力传感器。

多个第一传感元件与多个第二传感元件中每一者皆为一六角形传感元件。

多个第一传感元件中每一者包含一第一导电环路与多条第一导电线。第一导电环路形成于第一平面基板上。第一导电线配置于第一导电环路之内，与第一导电环路连接，且沿着第一方向排列。

此外，多个第二传感元件中每一者包含一第二导电环路与多个第二导电线。第二导电环路形成于第二平面基板上。多个第二导电线配置于第二导电环路之内，与第二导电环路连接，且沿着第二方向排列。

多个第一传感元件是由印制于第一平面基板上的导电材料所组成，且多个第二传感元件是由印制于第二平面基板上的导电材料所组成。

压力传感垫包含了多个间隔物。多个间隔物配置于第一平面基板与第二平面基板之间。

多个间隔物分为固定在第一平面基板的第一间隔物与固定在第二平面基板的第二间隔物，且第一间隔物与第二间隔物互相接合，用以防止第一与第二传感元件错位。

第一平面基板或第二平面基板具有弹性，当一足够的力施加在第一或第二平面基板时，第一与第二平面基板之间得以接触。

多个第一与第二传感元件为相同的尺寸。

多个第一与第二传感元件中每一者具有相同的形状。

多个第一与第二传感元件中每一者具有一凸状。

多个第一传感元件仅形成于第一平面基板的单一面，且多个第二传感元件仅形成于第二平面基板的单一面。

多条第一信号线为选择线，且多条第二信号线为读取线；或者，多条第一信号线为读取线，且多条第二信号线为选择线。

压力传感装置还包含了一扫描单元与一量测单元。扫描单元用以周期性的对多条选择线逐个扫描。量测单元用以在多条读取线上量测所得到的电子信号。

压力传感装置还包含了一处理单元，用以根据多个所得到的电子信号来侦测多个压力传感器中每一者的一压力状态。

当多个所得到的电子信号中任一者为相对低位准时，多个压力传感器之一对应者的压力状态为一关闭状态；当多个所得到的电子信号中任一者为相对高位准时，多个压力传感器之一对应者的压力状态为一开启状态。

当一病患平躺在压力传感垫时，处理单元计算多个所得到的电子信号之变化，用以分析病患的身体姿势与动作。

在处理单元与扫描单元之间为无线连接，且在处理单元与量测单元之间为无线连接。

根据本发明另一实施方式，一压力传感装置包含一压力传感垫。压力传感垫包含了一第一平面基板、一第二平面基板、多条第一信号线、多条第二信号线、多条第三信号线、多条第四信号线、一第一矩阵阵列的传感元件与一第二矩阵阵列的传感元件。多条第一信号线形成于第一平面基板上。多条第二信号线形成于第一平面基板上，且未与第一信号线连接。第一矩阵阵列的传感元件形成于第一平面基板上，其中第一矩阵阵列的传感元件分为多个列的第一传感元件与多个行的第二传感元件，多个列的第一传感元件连接至多条第一信号线，多个行的第二传感元件连接至多条第二信号线。第二平面基板配置于第一平面基板的对面。多条第三信号线，形成于第二平面基板之上。多条第四信号线，形成于第二平面基板之上，且未与多条第三信号线连接。第二矩阵阵列的传感元件形成于该第二平面基板上，其中第二矩阵阵列的传感元件分为多个列的第三传感元件与多个行的第四传感元件，多个列的第三传感元件连接至多条第三信号线，多个行的第四传感元件连接至多条第四信号线，其中在第二矩阵阵列中的传感元件分别面对于第一矩阵阵列中的传感元件。在多个第一传感元件中任一者均与多个第四传感元件中之一对应者构成一压力传感器，在多个第二传感元件中任一者均与多个第三传感元件之一对应者构成一压力传感器，且多条第一信号线、多条第二信号线与第一矩阵阵列的排列方式是和多条第三信号线、多条第四信号线与第二矩阵阵列的排列方式相同。

多个传感元件中每一者为一六角形传感元件。

第一矩阵阵列中每一传感元件包含一第一导电环路与多条第一导电线。第一导电环路形成于该第一平面基板之上。多条第一导电线形成配置于第一导电环路之内，与第一导电环路连接，且沿着第一方向排列。

另外，第二矩阵阵列中每一传感元件包含一第二导电环路与多条第二导电线。第二导线环路形成于第二平面基板之上。多条第二导电线配置于第二导电环路之内，并与第二导电环路连接，且沿着第二方向排列。

第一矩阵阵列中多个传感元件是由印制于第一平面基板上的导电材料所组成，且第二矩阵阵列中多个传感元件系由印制于第二平面基板上的导电材料所组成。

压力传感垫还包含多个间隔物，配置于第一平面基板与第二平面基板之间。

多个间隔物分为固定在第一平面基板的第一间隔物与固定在第二平面基板的第二间隔物，且第一间隔物与第二间隔物互相接合，用以防止第一与第二传感元件错位。

第一平面基板或第二平面基板具有弹性，当一足够的力施加在第一或第二平面基板时，第一与第二平面基板之间得以接触。

多个第一与第二传感元件为相同的尺寸。

多个第一与第二传感元件中每一者具有相同的形状。

多个第一与第二传感元件中每一者具有一凸状。

多个第一传感元件仅形成于第一平面基板的单一面，且多个第二传感元件仅形成于第二平面基板的单一面。

多条第一与第三信号线为选择线，且多条第二与第四信号线为读取线；或者，多条第一与第三信号线为读取线，且多条第二与第四信号线为选择线。

压力传感装置还包含一扫描单元与一量测单元。扫描单元用以周期性的对多个选择线逐个扫描。且量测单元用以在多条读取线上量测所得到的电子信号。

压力传感装置还包含一处理单元。处理单元用以根据多个所得到的电子信号来侦测这些压力传感器中每一者的一压力状态。

当多个所得到的电子信号中任一者是相对低位准时，多个压力传感器中一对应者的压力状态为一关闭状态；当多个所得到的电子信号中任一者是相对高位准时，多个压力传感器中一对应者的压力状态为一开启状态。

当一病患平躺在压力传感垫时，处理单元计算多个所得到的电子信号的变化，用以分析病患的身体姿势与动作。

在处理单元与扫描单元之间为无线连接，且在处理单元与量测单元之间为无线连接。

【附图说明】

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1是绘示依照本发明实施方式的二平面基板如何被组合以产生一传感器阵列的过程。

图2是绘示依照本发明实施方式的一二邻近传感器的上视图，用以说明距离失真。

图3是说明当邻近的传感器共用一边缘，且其皆具有凸状，则共用的边缘为一直线线段。

图4绘示依照本发明实施方式的具有1:3高宽比的矩形传感器的上视图，用以说明方向性偏差。

图5A、图5B绘示依照本发明实施方式的使用六角形与三角形的传感器与其邻近传感器的上视图。

图6绘示依照本发明实施方式的间隔物的侧视图。

图7绘示依照本发明实施方式的沿着一传感器的周长所放置的间隔物的上视图。

图8A、图8B绘示依照本发明实施方式的沿着一具有弹性平面基板的阵列中的压力传感器的侧视图，用以说明『边缘效应』。

图9绘示一传感器的表面积的比率，其中具有传感器边缘一给定距离与对三种传感器形状呈现。

图10A、图10B绘示依照本发明实施方式传感元件的上视图。

图11绘示依照本发明实施方式的平面基板P₁的上视图，其允许8×7双平面传感器阵列在二平面基板上具有不同的信号线与连接线的排列方式。

图12绘示依照图11的实施方式中平面基板P₂的上视图。

图13绘示依照图11与图12的实施方式中读取线与选择线电压的时序图。

图14绘示依照本发明实施方式的平面基板P₁的上视图，其允许8×7双平面传感器阵列在二平面基板上具有相同的信号线与连接线的排列方式。

图15绘示依照图14的实施方式中平面基板P₂的上视图。

图16绘示依照图14与图15的实施方式中读取线与选择线电压的时序图。

图17A、图17B绘示依照图14与图15的实施方式中所使用符号的总结。

图18绘示依照本发明的实施方式中一压力传感装置的方块图。

通过参考下文的详细描述与附图，许多特征将更加容易理解。

【具体实施方式】

在下面的详细描述中，阐述了许多的具体细节，以便能够对于所公开的实施例透彻理解。然而，没有这些具体细节的情况下显然也是可以实施一个或多个实施例。在其他情况下，熟为人知的结构和装置是例示性的绘示，以简化图式。

在本文的描述与下列的申请专利范围中，所使用的词汇如『一』与『该』，其意涵泛指了复数个，除非文章内容有特别指定其意涵。而且，在本文的描述与权利要求中，所使用的词汇如『包括』、『包含』、『具有』、『包有』与其他相似词汇，其意涵应被理解为是开放式的连接词，也就是说意涵为包含但不限于。在本文的描述与权利要求中，所使用的词汇如『在…中』，其意涵包含了其意涵泛指了『在…中』与『在…上』，除非文章内容有特别指定其意涵。

关于本文中所使用的『约』、『大约』或『大致约』一般通常是指数值的误差或范围于百分之二十以内，较好地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分五之以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如『约』、『大约』或『大致约』可从数值所表示的误差或范围推断而得。

在本文中，使用第一与第二等等之词汇，是用以描述各种不同的元件，这些元件不应被这些词汇所限制。这些词汇仅用于单一元件与其他元件的辨别。举例而言，一第一元件可被称为第二元件，而且同样的一第二元件可被称为第一元件，而不脱离实施例的范围。在本文中，使用第『与/或』的词汇，其意涵包含了一个或多个相关列出项目中任一或所有的组合。

当一元件被称为『连接』或『耦接』至另一元件时，它可以为直接连接或耦接至另一元件，又或是其中有一额外元件存在。相对的，当一元件被称为『直接连接』或『直接耦接』至另一元件时，其中是没有额外元件存在。

除非另有定义，本文所使用的所有词汇（包括技术和科学术语）具有其通常的意涵，其意涵是能够被熟悉各实施方式所对应的领域者所理解。更进一步的说，上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本揭示内容的内容中应被解读为与本发明相关领域一致的意涵。除非有特别明确定义，这些词汇将不被解释为理想化的或过于正式的意涵。

本揭示内容揭露了两个对于一种具有双平面传感器阵列的压力传感装置的设计方式。本文描述的特征包含了但不限于传感器的形状、在一阵列中多个传感器的整体排列方式、多条连接线在多个传感器之间的排列方式与使用多条信号线以量测传感器状态的一种机制。上述中特别有关联的是在一阵列中传感器的形状与排列方式的几何属性，两者能够对在一传感器阵列上或其上方的一物体的姿势与动作进行有效的量测。

应用于传感器阵列的双平面设计

一种压力传感装置包含一压力传感垫，其中包含一双平面阵列的压力传感器。双平面阵列的压力传感器包括多个传感元件、多条信号线与配置在两个平面基板上的多条连接线。两个设计特征为传感器的形状、在平面基板上的一集合或一组的传感器的排列或定位方式。本发明的一实施例中，几何排列方式为各种矩形格状或阵列的变化。在此实施例中，使用有顺序的一对索引号或是标号来索引或标注此集合中的多个传感器是很合理的。因此，发明人使用了一个m×n阵列的传感器S_i，j，其中1≦i≦m且1≦j≦n。传感器的阵列或矩阵配置成大致为方格排列的模式，其中具有m个列与n个行。传感器阵列由一第一平面基板（第一平面）P₁与一第二平面基板（第二平面）P₂所构成。本发明的一实施例中，平面基板是用滚压而成的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄片所制造。同样地，在本发明的另一实施例中，平面基板是用聚丙烯织布或聚乙烯薄片材料所制造，但本发明并不限于上述其中的材料。平间基板包含多个传感元件，以下列的方式分布于平面基板。

●每一传感器S_i，j是由两个传感元件A_i，j与B_i，j所形成。

●对于每一索引对（i，j)，传感元件A_i，j与B_i，j为置于相同或不同的平面基板上。

●多个传感元件被放置为P₂可以叠加或重叠于P₁，依此方式对于每一索引对（i，j），传感元件A_i，j与B_i，j接触或部份重叠。

本发明的一实施例中，额外的材料用以构成多个传感元件、多条连接线与多条信号线，这些材料被贴于每一平面基板的一侧或一面。或者，在本发明的另一实施例中，这些额外材料被贴于一平面基板的两面，此方式具有提供更多的可用平面区域的优点，可用平面区域用以电性传导多条连接线与多条信号线。无论如何，仅施加额外的材料至一平面基板的一面，可以降低制造的成本且提供多个传感元件、多条连接线与多条信号线的保护。在组装过程中，两个平面基板被组合或接合，以使含有这些额外材料的两面彼此面对。亦即，额外的材料被夹在两个平面基板之间，形成一个完整的传感器阵列。当使用耐久性的材料，例如选用滚压而成的聚对苯二甲酸乙二酯薄片来制造平面基板时，它们提供耐冲击性与有效的湿气屏障。因此，双平面设计提供了防止冲击损害与保护了额外的多个传感元件、多个连接线与多个信号线，使其避免遭受腐蚀的损害。如图1所示，其绘示呈现出组合双平面基板的过程。额外材料用以构成多个传感元件、多条连接线与多条信号线，这些材料被贴于第一平面基板12的一平面11与第二平面基板14的一平面13。这些额外材料并未在此附图示出，以便将焦点放在组合双平面基板的过程。第二平面基板14是沿着中心轴线15翻转，并落在第一平面基板12上，其中转角16与转角17会互相对齐。

二位元侦测器

本发明的一实施例中，每一压力传感器仅指明两种状态；亦即，其为一『二位元侦测器』。压力传感器量测或侦测一物体在其上或其上方，传感器不具有更精确地辨别物体的位置是位于传感器的中间位置的上方或是相对位于传感器的边缘的上方。物体所产生的压力或是外力的大小是不能够通过传感器做计算的，且传感器无法辨别在其上面的多个物体。传感器只能简略的指出一个物体是存在或是没有物体是存在于该侦测器上。或者，在另一实施例中，每一压力传感器可以指明多重的状态。使用一二位元侦测器的缺点为相对提供了较少的资讯，举例来说，一个压电传感器，当其在一适当电路中，用以提供一个随着外部施加压力的大小变化的电子信号。尽管如此，相对于可指明两个以上的状态以提供更多的资讯的侦测器，使用二位元侦测器的优势在于二位元侦测器可使用相对较低的成本来制造。这使得二位元侦测器在经济考虑上有其可用性，使其被应用在更广泛的设置和应用上。

灵敏度与传感器尺寸

本发明的一实施例中，每一传感器的尺寸大约相同。如果每一传感器为一二位元侦测器，其指明了一个物体是存在或是没有物体是存在于传感器上或其上方，若当一传感器阵列中每一传感器具有大约相同的尺寸时，在计算阵列上的物体的位置时，可提供更均匀的位置精确度。如果当二位元侦测器被选用为一阵列中的传感器，用以计算待观察物体的位置时，且其中每一传感器具有不同的尺寸，此时阵列会依据阵列上不同的位置所对应的不同的精确度来计算其位置。实际上，一个小型传感器在计算物体的位置时会比大型传感器有着较高的精确度。为了避免此问题，当使用二位元侦测器来构成一传感器阵列时，使用符合合理可用的制程且尺寸为相同或是非常接近的传感器是有利的。本发明的另一实施例中，多个传感器为不同尺寸。当使用不同尺寸的传感器会导致在在一二位元侦测器阵列之间量测的精确度变化，这提供了扩大传感器阵列的设计可能性的范围的一些优点。

距离失真与凸状

本发明的一实施例中，每一传感器具有一凸状。或者，在本发明的另一实施例中，每一传感器具有一非凸状，例如为一星形或如图2所示的『Ｌ』形。发明人发现使用非凸状是有利的，因为它可减少距离失真，距离失真会对物体位置变化的资讯品质产生负面的影响，其中该位置的变化是使用压力传感装置在不同时间量测物体的位置而得知。这对于监控物体在传感器阵列上或其上方的动作特别有效。距离失真发生在当多个传感器为非凸面的形状。通常来说，当一形状为凸面时，对于在形状中任二位置或二点之间的距离为一直线线段。如图2所示，其为一例示性的绘示，用以解说为何对于传感器的形状为一设计准则，图中的传感器为一二位元侦测器，其简略指明了一个物体是存在或是没有物体存在于传感器上或其上方。图2示出两个非凸面传感器21与22的一上视图，在此例示中两个传感器为二位元侦测器，且为在一传感器阵列中的两个传感器，也是用于量测动作的传感阵列中的一部分。内部传感器特征与在阵列中额外传感器并未在图式中绘出，以便将焦点放在此两个相邻的传感器的形状。位置24与位置25之间一直线线段23中的某些位置并不在，或并不位于传感器21中，传感器21的形状并非为凸状。假设压力传感装置记录或量测了当物体在位置24时是在传感器21上。如果物体沿着直线线段移动，以使下次记录时物体是位于位置25，且压力传感装置记录了物体仍是在传感器21上。这与先前物体固定在位置24的量测结果是相同的。相反的，如果物体从位置24沿着直线线段移动了一更短的距离，以使下次记录时物体位于位置26，且压力传感装置记录了物体已从在传感器21上的位置移至在传感器22上的位置。

使用具有凸状的传感器影响了设计上决定传感器轮廓或是其边界边缘的周长。为了能使在平面基板的传感元件能够制成紧密堆积或是紧紧排列，传感器边缘的周长被选定为符合为几何砖式（Tiling）、镶嵌作用（Tessellation），使其可以完整覆盖理想平面，同时共用且不重叠其边缘。因为当传感器边缘被设计为此种方式时，当制造科技增进，使得多个传感器可被制造与彼此更接近，平面基板被多个传感器覆盖的比例能够有效的增加。考虑到两个邻近的传感器实体有接触或是共享边缘的情况，如图3所示，其绘示示出边缘31的一部分，其被传感器32与邻近的传感器33之间所共用。如果边缘31并非为一直线线段，它可能会找到两个位置、或两点，例如在传感器33中的位置34与位置35，其位置足够接近于边缘使得在两点之中的直线线段36穿越边缘31。既然并非在直线线段36上所有点都落在传感器33上，传感器33的形状并非凸状。因此，为了创造一传感器阵列的设计方式能够减低距离失真与在平面基板上制造一紧密排列的多个传感器，将传感器设计为一凸状，且其具有直线边缘。

方向性偏差（Directional bias）与传感器形状

本发明的一实施例中，多个传感器皆具有大致相同的形状。或者，在本发明的另一实施例中，多个传感器皆具有不同的形状。虽然使用不同形状增加了传感器阵列的设计可能性的范围，发明人认为保持一致性才是有利的，因为它降低了当量测在传感器阵列上或其上方的一物体的移动的方向性。方向性偏差产生于当传感器阵列提供了更精确的资讯，其资讯是关于物体从一特定位置沿着一方向移动，而不仅是从特定位置沿着不定方向移动的资讯。在一压力传感装置中的处理单元所实现的演算法用于补偿方向性偏差，但这需利用将传感器形状的资讯预先编码至演算法内或是将之当作输入参数提供给演算法。也就是说，演算法必须与传感器阵列中传感器的形状匹配。实际上，使用由一制造商所生产的传感器阵列搭配由不同制造商针对使用不同形状的传感器的传感器阵列所生产的处理单元或不同制造商所写的演算法，是相当困难或不太有效果的。

为了能够更完整的了解方向性偏差，请参考图4所说明的例子。图4绘示出传感器阵列41的上视图，其具有多个矩形的传感器，其皆为二位元侦测器。也就是说，每一传感器的状态指出一个物体是存在或是没有物体是存在于传感器上。传感器阵列41中的每一传感器具有一共同宽度W=1的单位长度与共同的长度L=3的单位长度。如果一物体从传感器42往右移动了一数量级q=3个的传感器至传感器43。这说明了移动的距离至少有（q-1）×L=6的单位长度；其最短距离为当物体从传感器42的右边缘44水平移动至传感器43的左边缘45。相对的，如果一物体改为从传感器42往下移动q+1=4个传感器至传感器46，此时压力传感装置会辨别移动距离至少有五个传感器。然而，尽管在后述的例子中，会有较多的传感器状态被改变，这表示其移动距离所涵盖到最多

的单位长度。这是因为其一物体移动的最短距离涵盖了，举例而言，从传感器42的角落47至传感器46的角落48的距离。一般而言，对于矩形形状的传感器的不等边长与侧边长比例r＝W/L＜1，相同的失真发生于当q满足于

时。将此式引入侧边长比例改写可得到此条件(1-r²)q²-2(1+2r²)q-4r²＞0。请注意此不等式的左手边为一具有独立变量q的多项式，其更具有一正的多项判别式4(1+2r²)²+16(1-r²)r²，故此多项式具有二实数根。如果当q皆大于此二实数根时，则不等式左手边的多项式为正的。因此，在图4所绘示的矩形阵列，当其具有传感器数目足够以移动跨过q个传感器时，会显现出方向性偏差效应，其中q大于二个根。这说明了如果当侧边长的比例r小于1时，且随着生产能力的改善，使得传感器阵列中传感器数目增加，用以达到更精确的位置与移动量测，最终将导致方向性偏差效应。为了降低方向性偏差效应，一个高度对称的传感器形状将被使用。

在平面基板中紧密排列的传感器

本发明的一实施例中，多个传感器与多个信号线随着相符可用的制程来尽可能的覆盖大部分的平面基板。这降低了在传感器阵列上空洞或是盲点的问题，这些空洞或盲点即为一物体存在于传感器阵列上时却无法被侦测到的位置。因此，传感器阵列对于位置与动作的量测上能更有效。在几何上，理论上对于整个平面上的形状或是铺砖的覆盖率的极限是通过铺砖或镶嵌来达成，因此有限多个的形状被无穷多次的复制并适当的配置以覆盖整个平面，且其中并无任何重叠。更精确的说，部份的形状的边界为共用，例如，当两块铺砖共用一边缘，但在平面的正区域没有重叠。在实际的制造中，能够防止达到传感元件覆盖平面基板的完整覆盖率的理论值的极限。实际的制造中包含了需要有足够的距离来分开电性传导的连接线与传感器，以避免短路与减少电性耦合，即电子信号漏失或是转移至附近的电性导体。本发明的另一实施例中，多个传感器与多个信号线配置时，不以尽可能的覆盖大部分的平面基板为目的。侦测能力可能仅需要覆盖平面基板的某些区域就可达到原本矩阵阵列所应用的意图。因此，允许矩阵阵列中空洞与盲点的存在，以用来通过一个简化的装配过程并减少所使用的材料数量降低成本可以被接受的。

本发明的一实施例中，多个传感器具有相同的正凸面多边形且皆为大致相同的尺寸。在此所使用的词汇『正』说明了传感器的侧边皆为相同长度，且其测量角度皆相等。这提供了传感器形状对称性，其减少了传感器阵列中的方向性偏差。为了能将多个传感器紧密堆积或紧紧排列于平面基板，并覆盖了大部分的平面基板，发明人选择了一正凸面多边形，可用以铺满或镶嵌于平面上。在几何形状中符合此种特性的有等边三角形、正方形与正六角形这三种既定的形状。

灵敏度与传感器形状

本发明的一实施例中，多个传感器具有正六角形的形状。或者，在本发明的另一实施例中，一传感器的形状可为大致圆形、椭圆形、三角形、正方形、菱形、梯形、四边形、五边形、水滴形、或多边形，但本发明并不限制于其中。在可铺满整个平面的正凸面多边形中，对于使用二位元侦测器来感测下述的内容，正六角形相较于等边三角形或是正方形，提供了较好的灵敏度。考虑到在平面基板的传感器为二位元侦测器，在传感器之间并无部分重叠，亦无间隙。如果一被监控的物体被侦测到位于传感器H1上，且接着被侦测到位于附近或邻近的传感器H2上，这段关于物体移动多远的叙述为概率性或无法确定的，因为确切的起始与结束位置是未知的。使用二位元侦测器的传感器仅指明物体是在传感器H1上某处以及之后在邻近的传感器H2上某处，并未提供物体在每一传感器上精确位置的资讯。发明人使用了均匀机率分布，从数学机率与统计的标准定义来描述或模型化物体在H1的位置。亦即，对于一给定范围M的量测值或尺寸，当其中没有存在任何偏差时会导致物体初始时是在一具有范围M的传感器H1中一区域的机率会与物体初始时是在一具有范围M的传感器H1中不同区域的机率相异。之后物体在H2上的位置也是使用相似的方式来描述或模型化。发明人通过数学机率与统计的标准定义中的均匀分布、期望值来计算在传感器H1上的任意或随机选定的初始位置到在传感器H2上任意或随机选定的结束位置之间的距离。E[d₁]标注为当传感器H1与H2刚好有一共同的一个顶点或是角落的期望值。E[d₂]标注为当传感器H1与H2刚好有二共同的顶点的期望值。一个邻近的传感器可能与传感器H1有着共同的一个或两个的顶点。E[d₁₂]标注为从传感器H1上一任意起始位置至邻近的任一传感器上的任意结束位置的距离的期望值，其中一均匀分布使用来模型化一群或是一集合中邻近传感器上的结束位置。图5A、图5B阐明了两种邻近传感器的形式之间的差异。图5A、图5B绘示出在一传感器阵列中一六角形传感器52与其邻近的传感器51的上视图与一不同传感器阵列中一三角形传感器54与其邻近的传感器53。传感器55与传感器54共用一顶点56。传感器57与传感器54共用顶点56与顶点58。表一示出三角形、正方形与正六角形的期望值计算结果。每一期望值使用以传感器侧边长s的函数表示。每一期望值也对传感器面积归一化，且也使用传感器面积A的函数表示，其中对于正方形A=s²，对于等边三角形 $A=\sqrt{3}{s}^2/4,$ 而对于正六角形 $A=3\sqrt{3}{s}^2/2.$ 表一：对于在一传感器上的位置与其邻近传感器上的一位置之间的距离的期望值计算结果。当对面积归一化时，六角形的形状提供了最小的期望距离其距离为从一传感器上的一点至邻近的传感器上的一点。当传感器阵列量测指出待观察物体存在于传感器上，且之后出现在邻近传感器上，其物体移动距离的期望值在使用传感器为正六角形的形状时是最低的。也就是说，在此看来对于移动的量测上，使用正六角形的传感器阵列上相较于使用正方形或是等边三角形的传感器能具有较高的敏感度。

在机率的意义上来说，当传感器形状为等边三角形或是正方形时，会存在方向性偏差。对于移动至共用一顶点的邻近的传感器，其期望距离是比移动至共用二顶点的邻近传感器还大的。亦即，E[d₁]>E[d₂]。相对的，使用六角形形状的传感器并不会产生此类型的方向性偏差。

具有弹性的基板与间隔物

本发明的一实施例中，平面基板具有弹性，基板中的传感器被设计为当一足够的力通过平面基板上的物体的弹跳或弯曲来产生并施加在一或双平面基板时，一平面基板上的传感元件可与一第二平面基板上的传感元件之间产生接触。在一平面基板上或之间的多个间隔物，维持了在没有外力施加时平面基板之间的分离。然而当一外力施加在靠近一个或多个间隔物的位置时，这些间隔物会持续的维持二平面基板之间的分离，以预防一平面基板上的传感元件与另一平面基板上的传感元件之间的接触，使得包含了这些传感元件中的传感器无法指出外力的存在与施加外力的物体。

如图6所示，其绘示示出根据本揭示内容的一实施例中之间隔物。在图6中，间隔物61与62配置于在第二平面基板63（P₂）与第一平面基板64（P₁）之间。间隔物61与62可分为固定在第一平面基板64的第一间隔物61与固定在第二平面基板63的第二间隔物62，且第一间隔物61与第二间隔物62互相接合，用以防止传感元件A_i，j与B_i，j错位。

在本发明的一实施例中，间隔物沿着传感器的周长或是边界边缘被放置，而不是放置在传感器中间之上。如图7所示，其绘示示出沿着传感元件周长所放置的间隔物的排列方式的上视图。传感元件71为在一平面基板72中多个传感元件之一者。在全部18个间隔物中，包含了间隔物73与间隔物74，皆沿着传感元件71的周长放置。额外的间隔物，包含间隔物75与间隔物76，其为沿着传感元件71的邻近传感元件周长放置。传导连接线77将传感元件71连接至邻近传感元件78。在本发明的一对照性实施例中，多个间隔物放置于传感器之中间之上。在此对照性的实施例中能使传感元件被放置得更为接近，因为在平面基板上传感元件之间中介的空间不会被用来放置间隔物。然而，放置于传感器中间之上的间隔物可能对传感元件造成磨损或刮痕，所以对于间隔物的放置与传感元件选用的材料是需要被考虑的。

边缘效应

如果间隔物沿着传感器的周长被放置，而不是被放至于传感器中间之上，则会产生『边缘效应』或『边界效应』，即为在物体靠近传感器的边缘时，传感器侦测物体的能力会降低。图8A、图8B借由绘示出一传感器81的侧视图来说明边缘效应。传感器的细节，例如电性传导连接线，并未在此绘示出，是为了将焦点放在平面基板上。有弹性的平面基板82与平面基板83被间隔物84与85分开。一外力通过物体86的重量施加在平面基板82，且平面基板82不为传感器的一部份，故不会使两平面基板之间产生接触。然而，当一外力通过物体87的重量施加在平面基板82，且平面基板82不为传感器的一部份，其物体位置靠近传感器81横截面的中心时，会导致平面基板82弯曲一足够的量使两平面基板之间产生接触。

传感器形状会影响边缘效应的影响程度。当小比例或小部份的传感器平面是靠近边缘且靠近间隔物时，边缘效应的影响程度会比较低。将A₀注记为一传感器的表面积。将A（d）注记为传感器中一部份D的表面积，其由各位置或各点所组成，且比离传感器边缘d还小。发明人计算出了关于等边三角形、正方形与正六角形的面积比率f=A(d)/A₀，且发现f=4K(1-K)，其中 $K=d\sqrt{N}/2\sqrt{A_0\tan (\mathrm{\&pi;}/2-\mathrm{\&pi;}/N)},$ 且N为传感器边缘的总数。发明人同时也发现了当条件0<d<d₀，其中

确保了d不会太大，且D包含了三个形状任一传感器的中心，且对于正六角形其面积比率f是比另外两个形状的面积比率还低。上述的内容通过图9的绘示来示出，其中面积比率f绘制成距离d的函数。因此，相较于具有相同面积与材质的正方形或等边三角形的传感器，正六角形的传感器能有较低的边缘效应。

信号线与连接线

在平面基板上的信号线，将每一传感器连接至一扫描单元与一量测单元。扫描单元经由一施加的电位与电流提供传感器电源，其中电位与电流的大小变化是经由扫描单元的控制电路与程式来决定。举例而言，在一预定的持续时间内，电源可以同时提供给在第一平面基板中第一列的传感元件。随后，电源会被施加在第二列的传感元件、第三列的传感元件等等。在一预定的持续时间内，每一列皆会被提供电源，其后，重复整个过程。扫描单元与量测单元直接贴于平面基板上。同样的，信号线是通过中介的电线、插头、插座、连接器、转接器、电缆组件与相关的电气连接装置来连接至扫描单元与量测单元。

在信号线与传感元件的连接方式可能非为直接连接。尤其是，多个中介的或中间的电性传导传感元件与连接线可有助于将电力从扫描单元转送至传感器，以及将感测资料从传感器传送至量测单元。在平面基板上用于放置信号线的表面区域，其区域并不被用来放置传感器。因此，这些区域为空洞或是盲点，在这些区域传感器阵列无法侦测物体是否存在。利用中介的电性传导的传感元件与传导线来连接传感器至信号线的一个优势为它可以使用更少的信号线，因为每一信号线可被多个传感元件共用。第二个优势为它可使用更短的信号线，因为每一信号线仅需要连接至共用的多个传感元件之一者。平面基板上用来放置连接线的表面区域也不可被放置传感器。因此发明人决定降低平面基板上用来放置信号线或是连接线的表面区域的比例。

在本发明的一实施例中，信号线、连接线与一些电性传导传感元件是由施加或印制在平面基板上的一导电性的涂料或墨水所形成。导电性的涂料包含了电性传导的金属粒子的组合，其包含碳的混合物、银或其它元素与固定于平面基板的粘着剂。导电性的涂料的性质会影响到传感器阵列的耐用性。这些性质包含了金属粒子、粘合剂的化合物、导电性涂料的混合物比例，印制在基板上的信号线、连接线与额外传感元件的厚度或高度以及信号线与连接线的宽度。这些性质可以被选择，以使导电性涂料可抵抗碎裂、断裂或是平面基板反复弯曲所造成的剥落。

传感元件结构

在本发明的一实施例中，每一传感元件包括多个印制在平面基板的导电性涂料或墨水。在此实施例中一个优势为提供了一个制造传感器的方法，相对使用其他种类的压力传感器，如压电式或是微机电系统（MEMS）压力传感器，此方法花费了较低的成本。另一方面，本实施例的一缺点为传感器会限制于两个状态。尤其是，一传感器的状态会被决定，无论在第一平面基板上的传感元件中的导电性涂料与第二平面基板上的传感元件中的导电性涂料之间是否有实体连接。

如图10A、图10B所示，其绘示依据本发明的一实施例示出传感元件的结构。在第一平面基板P₁，元件包含了一第一导电环路101与多条第一导电线102。第一导电环路101形成于第一平面基板P₁上。第一导电线102配置于第一导电环路101内并与之连接，且沿着一第一方向排列（例如，一行方向）。在第二平面基板上P₂，传感元件包含了一第二导电环路103与多条第二导电线104。第二导电环路103形成于第二平面基板P₂上。第二导电线104配置于第二导电环路103并与之连接，且沿着一第二方向排列（例如，一列方向），其与第一方向相异是用以增进灵敏度且降低印制在平面基板上的导电材料的使用量。同样的，在本发明的另一实施例中，第一导电线与第二导电线可为弯曲或倾斜或波浪状的，且具有足够的数目以填满第一导电环路或第二导电环路，但本发明并不被其所限制。

电荷缓和时间

用于制造信号线、连接线与额外传感元件的材料可由链结至平面基板的能力来做选择。选择使用的材料需能有利于建立与维持此链结，且其随时间的弯曲、磨损与环境条件的正常性或是不正常性，只有一些电气特性会被牺牲。尤其是，信号线、连接线与额外传感元件非为均匀电性导体。举例而言，导电涂料层的深度会与其在平面基板的位置而有所变化，且电性传导的金属粒子与非导电性的粘着剂的混合与其他涂料中化合物的分布也是如此。导电性的金属粒子的非均匀分布会导致一微观上的的电容效应。甚至，在一电位差或电压施加在导体时，会存在电流与电荷密度的变化。这与导体内的一组复杂的电场以及由电流所产生的磁场变化为相符的。为了补偿这些效应，一电荷缓和时间t_r，其包含在读取传感器状态之后的时间。这提供了一个时间间隔，在此期间，储存在电场和磁场的能量可以被释放，并在导电性涂料中的电荷的局部浓度可以消散。

具有二平面基板的传感器阵列，其含有不同的布局方式

在本发明的一实施例中，在一压力传感垫中的双平面传感器阵列被制造，其第一平面基板P₁与第二平面基板P₂中的信号线与连接至传感器或从其接出的连接线具有不同的排列方式或布局方式。如同图1所示，在组合过程中，P₂被配置或放置于P₁的对面。传感元件与信号线的排列方式将在现在被描述。

P₁包含一矩阵，或格线状形式的结构，其中配置了m个列的n个第一种类的传感元件或『第一传感元件』，标记为A_i，j其中1≤i≤m且1≤j≤n。在P₁上多个列的第一传感元件由上到下标记。每一列中的各个第一传感元件由左到右标记。因此，A_1，1位于阵列的左上角落。在列中的传感元件A_1，j被一特定的索引i所指定连接至一第一种类的信号线S_i，或是『第一信号线』。S_i为选择线，用以连接至一扫描单元。在任一时间，扫描单元最多提供一电位与电流至多个选择线之一者。也就是说，在任一时间，它选择最多一列的传感器，来提供其电源以达到启动传感器状态量测的目的。

P₂包含了一矩阵，其中配置了n个行的m个第二种类的传感元件或『第二传感元件』，标记为B_i，j其中1≤i≤m且1≤j≤n。在P₂上多个行的第二传感元件由右到左标记。每行中的各个第二传感元件由上到下标记。因此，B_1，1位于阵列的右上角落。在行中的传感元件B_i，j被一特定的索引j所指定连接至一第二种类的信号R_j，或是『第二信号线』。R_j为读取线，用以连接至一量测单元。量测单元量测在读取线上的电流或是电压变化来决定一选定的传感器的状态。在本发明一相对性的实施例中，第一信号线为读取线，且第二信号线为选择线。

在P₁上的每一传感元件被连接至位于相同列中最多两个其它邻近或相近的传感元件。在每一列中，一列最后的一传感元件会被连接至一选择线，且列中其余的传感元件每一者会被连接至靠近选择线的列中的邻近传感元件。同样的，在P₂上的每一传感元件连接至相同行中最多两个其它邻近或相近的传感元件。在每一行中，一行最后的一传感元件会连接至一读取线，且行中其余的传感元件每一者会被连接至靠近读取线的行中的邻近传感元件。总共m+n个信号线连接至扫描单元与量测单元。相较于其他对于在平面基板上信号线与连接线的排列方式而言，此方式使用了数量较少的信号线。例如，如果每一传感器具有自己的读取线与选择线，则总共需要2mn个信号线。或者，如果每一传感器具有自己的读取线与一共用的选择线，共用的选择线可以提供电源给所有的传感器，则总共需要mn+1个信号线。

图11与图12绘示出用于压力传感垫中的二平面基板，其具有m=8个列与n=7个行的传感器。二平面基板上的信号线与连接线的排列方式不同。图11绘示出了在平面基板111（P₁）的上视图，其具有m=8个列的正六角形第一元件连接至多个第一信号线112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g与112h，且其为选择线S₁，…,S₈。图11绘示出56个第一传感元件，包含第一传感元件113，其中第一传感元件113是通过中介的连接线114与第一传感元件115来连接至选择线112a（S₁）。第一传感元件116被标记为A_4，5且第一传感元件117被标记为A_1，1。

图12绘示出了在平面基板121（P₂）的上视图，其具有n=7个行的第二元件连接至多个第二信号线122a、122b、122c、122d、122e、122f与122g，且其为读取线R₁，…,R₇。图12绘示出56个第二传感元件，包含第二传感元件123，其中第二传感元件123是通过中介的连接线124与第二传感元件125来连接至读取线122g（R₇）。第二传感元件126被标记为B_4，5且第二传感元件127被标记为B_1，1。

在图11与图12中，多个第一信号线S₁，…,S₈为选择线且多个第二信号线R₁，…,R₇为读取线。在本发明的一对照性实施例中，多个第一信号线为读取线，而第二信号线为选择线。

在组合过程中，第二平面基板121顺着垂直中央轴翻转180度，该垂直中央轴是通过连接至读取线122d的一列的传感器。之后会配置或放置于面对于或在第一平面基板111之上，其中二平面基板之间夹着多个传感元件。平面基板的排列方式被调整成使得第一传感元件117（A_1，1）面对于第二传感元件127（B_1，1）；这些元件为传感器S_1，1的传感元件。同样的，第一传感元件116（A_4，5）面对于第二传感元件126（B_4，5）；这些为传感器S_4，5的传感元件。

读取线与选择线被同时使用于决定传感器状态。在本发明的一实施例中的读取演算法，可由本文所述的方式所实施。读取线的电压或电位保持为低位准V_L。当电压施加在选择线S_i时，在一读取周期区间t_h内会被一扫描单元拉高或升至V_H，n个传感器S_i，j的状态会被一量测单元所读取，量测单元是利用量测读取线R_j中的电流来读取状态，其中1≦i≦m，且1≦j≦n。例如，在读取周期区间时，在选择线S₄上一电压被升高，而在读取线R₅的电压维持在低位准，在二传感元件A_4，5与B_4，5产生一了电位差V_H-V_L，所以在读取线R₅上的电流指出了传感器S_4，5的状态。表2总结了上述内容。借由相继提高施加在选择线S₁，…,S_m上的电位，以使在任何时间最多一选择线的电压被升高，使得它可读取所有阵列元件的状态。

表二：在每一时间区段内，当单一选择线S_i的电压被升高至V_H，n个传感器的状态可被读取。

当一电荷缓和时间t_r被包含于用于量测读取线上的电流的读取区间中，则用于读取所有阵列中传感器状态的时间为T＝m（t_h+t_r）。借由持续重复此读取过程，整个传感器阵列被实现具有时间周期T。图13绘示出了时序图，其符合用于一8×7传感器阵列的读取演算法。对于此例子，每一选择线在读取区间周期t_h＝10ms（毫秒）内维持在高电位且容许一缓和时间t_r＝2.5ms，接着整个阵列可在时间周期T=100ms中被读取。对于任一阵列，其实际的时间周期会根据传感器阵列中电导体的材料性质与扫描单元和量测单元中的控制电路来做选择。

具有二平面基板的传感器阵列，其含有相同的布局方式

在本发明的一实施例中，在一压力传感垫中的双平面传感器阵列被制造，其中平面基板P₁与平面基板P₂中的信号线与连接至传感器或从其接出的连接线具有相同的排列方式或布局方式。这提供一潜在的优势，因只需使用简化的生产制程来生产一完整传感器阵列。与先前描述过具有不同布局的二平面基板的实施例一样，传感元件配置于一格线状的模式，但其信号线与连接线的位置在此的读取演算法中改变了。

如果每一传感器包含了相同或大致相同的二传感器元件，例如由印制在一平面基板上的导电性材料所构成，则对于结合二平面基板以形成一传感器阵列是有可能的，其中二平面基板具有相同传感元件、信号线与连接线的排列方式。尽管如此，在这些平面基板上的读取线与选择线应该在传感器阵列中分开描述，因为他们实际上为不同的导电体。每一平面基板具有多个信号线，其功能与读取线相同，且信号线的功能也与选择线相同。对于这个状况，发明人设计了读取线的总数n为至少为3的奇数，亦即n=2k+1，其中k为某些正整数。如图1所示，传感器阵列被两个平面基板P₁与P₂所组装。

在第一平面基板P₁上的第一矩阵阵列的传感元件与多条信号线的排列方式将在此描述。以下的描述将会分为在P₁右侧的排列方式与在P₁左侧的排列方式。在P₁的右侧包含了m个列之k+1个第一种类的传感元件或是『第一传感元件』，标记为A_i，j，其中1≦i≦m且k+1≦j≦n。多个传感元件被标记，其中索引i从上到下而增加，而索引j沿着任一列从左到右而增加。在一列中的传感元件A_i，j被一特定索引i所指定连接至一第一种类的信号线或是『第一信号线』S_i。S_i为一选择线，用以连接至一扫描单元与量测单元。在P_i的左侧包含k个行的m个第二种类的传感元件或是『第二传感元件』，标记为B_i，j，其中1≦i≦m且1≦j≦k。一行的第二传感元件未与一列的第一传感元件连接。多个传感元件被标记，其中索引i从上到下增加，而索引j沿着行由左到右的增加。在一行的传感元件B_i，j被一单一索引j指定连接至一第二种类的信号线或『第二信号线』R_j。第二信号线并未与第一线号线连接。R_j为连接至一量测单元的读取线。

在第二平面基板P₂上的第二矩阵阵列中多个传感元件与信号线的排列方式，现在将被描述。以下的描述将会分为在P₂右侧的排列方式与在P₂左侧的排列方式。在P₂的右侧包含了m个列之k+1个第三种类的传感元件或是『第三传感元件』，标记为A_i，j，其中1≦i≦m与1≦j≦k+1。多个传感元件被标记，其中索引i从上至下而增加，且索引j沿着任一列从右至左增加。在一列中的传感元件A_i，j被一特定索引i指定连接至一第三种类的信号线或『第三信号线』S_i+m。S_i+m为一选择线，其连接至一扫描单元与一量测单元。在P₂的左侧包含了k个行的m个第四种类的传感元件或是『第四传感元件』，标记为B_i，j，其中1≦i≦m且k+2≦j≦n。一行的第四传感元件未与一列的第三传感元件连接。多个传感元件被标记，其中索引i从上至下的增加，且索引j沿着行从右至左的增加。在一行的传感元件B _i，j被一单一标号j指定连接至一第四种类的信号线或『第四信号线』R_j。第四信号线未与第三信号线连接。R_j是一读取线，其连接至一量测单元。

每一第一（或第三）传感元件经由连接线连接至最多两个其它的传感元件；其为与第一（或第三）传感元件在同列中的邻近或相近的传感元件。在每一列，在列中的最后第一（或第三）传感元件连接至一选择线，且在列中剩余的第一与第三传感元件连接至靠近于选择线的列的邻近第一（或第三）传感元件。

每一第二（或第四）传感元件经由连接线连接至最多其他两个传感元件；其为与第二（或第四）传感元件在同行中的邻近或相近的传感元件。在每一行中，在行中的最后第二（或第四）传感元件连接至一读取线且行中剩余的每一第二（或第四）传感元件连接至靠近于读取线的行的邻近第二（或第四）传感元件。

注意在P₂中读取线与选择线所使用的索引参数与在P₁中读取线与选择线所使用的索引参数不同。同时也注意，这里不具有读取线R_k+1。在中间行的传感器通过量测在选择线上的电流被读取，其中在每一读取周期中至少一读取时间区间内，每一读取线会发挥其典型功用，其称为『双重责任』，总共2m+n-1条信号线连接至扫描单元与量测单元。当m大于1时，此总数大于先前所述的传感器阵列的信号线总数m+n，其中前述的阵列在二平面基板上的信号线与连接线具有不同的排列方式。

在组合过程中，如图1所示，第二平面基板被配置或放置于第一平面基板的对面。第二矩阵阵列的传感元件分别面对第一矩阵阵列的传感元件且第一信号线、第二信号线与第一矩阵阵列的排列方式与第三信号线、第四信号线与第二矩阵阵列的排列方式为相同。在平面基板放置的传感元件以传感元件A_i，j与B_i，j互相面对每一者的方式排列，其中对于任一i满足1≦i≦m且对于任一j满足1≦j≦n。

图14与图15绘示出了用于一压力感测电之二平面基板，其具有m=8个列与n=7个行的传感器。在二平面基板上的信号线与连接线为相同的排列方式。

图14绘示出了平面基板141（p₁）与一第一矩阵阵列的传感元件的上视图。P₁具有m=8个列的六角形第一传感元件，连接至第一信号线142a、142b、142c、142d、142e、142f、142g与142h，且其为选择线S₁，…,S₈。此外，P₁具有k=3个行的六角形第二传感元件，连接至第二信号线143a、143b与143c，且其为读取线R₁、R₂与R₃。如图14所示，其绘示示出56个第一传感元件，包含了第一传感元件144，经由中间的连接线145与第一传感元件146连接至选择线142a（S₁）。第一传感元件146被标记为A_1，7，第二传感元件147被标记为B_1，1且第二元件148被标记为B_4，3。

图15绘示出了平面基板151（P₂）与第二矩阵阵列的传感元件的上视图。P₂具有m=8个列的六角形第一传感元件，连接至第三信号线152a、152b、152c、152d、152e、152f、152g与152h，且其为选择线S₉，…,S₁₆。此外，P₂具有k=3个行的六角形第四传感元件，连接至第四信号线153a、153b与153c，且其为读取线R₅、R₆与R₇。如图15所示，其绘示示出56个第一传感元件，包含了第三传感元件154，经由中介的连接线155与第三传感元件156连接至选择线152a（S₁）。第三传感元件156被标记为A_1，1，第四传感元件157被标记为B1，7且第三元件158被标记为A_4，3。

在组装过程中，第二平面基板151顺着垂直中央轴翻转180度，该垂直中央轴是通过第二矩阵阵列的中心且平行多行的第四传感元件。之后，它会被配置或放置成面对于或是在第一平面基板141之上，其中多个传感元件被包夹于二平面基板之间。平面基板的对位通过调整，使得第三传感元件156（A_1，1）面对于第二传感元件147（B_1，1）；其为传感器S_1，1的传感元件。同样的，第三传感器元件158（A_4，3）面对于第二传感元件148（B_4，3）；其为传感器S_4，3的传感元件。而且，第四传感元件157（B_1，7）面对于第一传感元件146（A_1，7）；其为传感器S_1，7的传感元件。

在图14与图15中，第二与第四信号线R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆与R₇为读取线，且第一与第三信号线S₁，…,S₁₆为选择线。在本发明的一对照性实施例中，第二与第四信号线为选择线且第一与第三信号线为读取线。

读取线与选择线被同时使用于决定传感器状态。在本发明的一实施例中的读取演算法，可由本文所述的方式所实施。读取线的电压或电位保持为低位准V_L。

当电压施加在选择线S_i时，其中1≦i≦m，在一读取周期区间t_h内会被一扫描单元拉高或升至V_H，k+1个传感器S_i，j的状态可被读取。尤其是，量测单元利用量测读取线R_j中的电流来读取k个传感器S_i，j的状态，其中k+2≦j≦n。而且，在一传感器S_i，k+1的状态可借由量测选择线S_i+m的电流来读取。

同样的，当电压施加在选择线S_i时，在一读取周期区间t_h内会被一扫描单元拉高至V_H，k+1个传感器S_i，j的状态会被读取，其中m+1≦i≦2m。尤其是，量测单元利用量测读取线R_j中的电流来读取k个传感器S_i-m，j的状态，其中1≦j≦k。而且，在一传感器S_i-m，k+1的状态可借由量测选择线S_i-m的电流来读取。

对于在传感器阵列的中间一行内的任一传感器S_i，k+1，其中1≦i≦m，可在当选择线S_i维持在高位准V_H时，通过量测在S_i+m的电流来读取。或者，可在当选择线S_i+m维持高位准V_H时通过量测在S_i的电流来读取。因此，借由相继提高2m条选择线的位准，在每一读取周期内具有两个机会可以读取在传感器阵列的一中间行的每一传感器的状态。在两个量测中之一者可以被舍弃。在此的选择线具有一双重责任，即为经由升高的电位提供电源与经由电流来承载传感器状态的资讯。当量测单元与扫描单元使用一普通统一的控制电路来实现是最容易达成的。

表3总结了上述内容。借由在一读取周期内相继提高施加在选择线S₁，…,S_2m上的电位，以使在任一读取区间最多一选择线的电压被升高，使得它可读取所有阵列元件的状态。观察到在一读取的周期中，k+1个传感器可以被2m个读取区间中每一者读取，故m个传感器S_i，k+1中一重复读取的每一者可以被舍弃，其中1≦i≦m。因此，在此读取演算法经过一读取周期，可以决定出2m（k+1）-m＝mm（2k+1）＝mn个传感器的状态，此为阵列中传感器的总数。

表3：当一选择线S_i被升高至V_H时，k+1个传感器的状态可以在每一读取区间被读取

当一电荷缓和时间t_r被包含于用于量测读取线上的电流的读取区间中，用于读取所有阵列中传感器状态的时间为T＝2m（t_h+t_r）。借由持续重复此读取过程，整个传感器阵列被实现具有时间周期T。图16绘示出了时序图，其符合用于一8×7传感器阵列的读取演算法。对于此例子，每一选择线在读取区间周期t_h＝10ms（毫秒）维持在高电位且容许一缓和时间t_r=2.5ms，接着整个阵列可在时间周期T＝200ms中被读取。

请参照图17A、图17B，通过此图在此实施例中传感元件与信号线的排列方式与索引可较为明了。图17A、图17B总结了对于P₁与P₂上传感元件与信号线所使用的符号；此包含指明了每个索引增加的方向。

当在二平面基板上使用了相同的信号线与读取线排列方式可降低其生产成本，但在某些情况下会有一潜在缺点，其为读取频率只有在二平面基板上使用不同的信号线与读取线排列方式的实施例的一半，其中两个例子皆具有相同的t_h与t_r。因此，对于特别应用的压力传感装置的实施方式中，读取频率需被仔细考虑。此外，对于不同的实施方式中，成本的优势仍然可以考虑。在平面基板上使用信号线与连接线的单一排列的方式来制作可降低生产成本。另一方面，制造用于一简化的扫描单元与量测单元的控制电路，其用于在二平面基板中使用信号线与连接线的不同排列方式的传感器阵列，且在部份的选择线上并不使用『双重责任』的功能，也可能会降低生产成本。

压力传感装置

如图18所示，其绘示依据本揭示内容的一实施例示出一压力传感装置。在图18中，压力传感装置包含一压力传感垫181、一扫描单元182、一量测单元183与一处理单元184。扫描单元182周期性的对选择线S₁，…,S_m逐个扫描。量测单元183可在读取线R₁，...,R_n中量测所得到的电子信号，如电流或电压的变化。处理单元184根据所得到的电子信号侦测在压力传感垫181中每一压力传感器中的一压力状态。此外，当所得到的电子信号中任一者是相对低位准时，压力传感器中一对应者的压力状态为一关闭状态；当所得到的电子信号中任一者是相对高位准时，压力传感器中一对应者的压力状态为一开启状态。

当一病患平躺在压力传感垫181时，该处理单元184计算多个所得到的电子信号的变化，用以分析该病患的身体姿势与动作。

在本发明的一实施例中，在处理单元与扫描单元之间为无线连接，且在处理单元与量测单元之间为无线连接。或者，在处理单元与扫描单元之间配置为有线连接，且在处理单元与量测单元之间配置为有线连接。

如上所述的扫描单元182、量测单元183与处理单元184等，其具体实施方式可为软件、硬件与/或固件。举例来说，若以执行速度及精确性为首要考虑，则该等单元基本上可选用硬件与/或固件为主；若以设计弹性为首要考虑，则该等单元基本上可选用软件为主；或者，该等单元可同时采用软件、硬件及固件协同作业。应了解到，以上所举的这些例子并没有所谓孰优孰劣之分，亦并非用以限制本发明，熟习此项技艺者当视当时需要，弹性选择该等单元的具体实施方式。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (36)

1.一种压力传感装置，其特征在于：包括：

压力传感垫，包含：

第一平面基板；

复数条第一信号线，形成于该第一平面基板之上；

复数列的第一传感元件，传感元件形成于该第一平面基板之上，其中每一列的第一传感元件连接至这些第一信号线中之一对应者；

第二平面基板，配置于该第一平面基板的对面；

复数条第二信号线，形成于该第二平面基板之上；以及

复数行的第二传感元件，传感元件形成于该第二平面基板之上，其中每一行的第二传感元件连接至这些第二信号线中之一对应者，其中这些第二传感元件分别面对于这些第一传感元件，这些第一传感元件中之任一者均与这些第二传感元件中之一对应者构成压力传感器。

2.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一与第二传感元件中每一者为六角形传感元件。

3.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一传感元件中每一者包含：

第一导电环路，形成于该第一平面基板之上；以及

复数条第一导电线，配置于该第一导电环路之内，与该第一导电环路连接，且沿着第一方向排列。

4.如权利要求3所述的压力传感装置，其特征在于：这些第二传感元件中每一者包含：

第二导电环路，形成于该第二平面基板之上；以及

复数个第二导电线，配置于该第二导电环路之内，与该第二导电环路连接，且沿着第二方向排列。

5.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一传感元件是由印制于该第一平面基板上的导电材料所组成，且这些第二传感元件是由印制于该第二平面基板上的导电材料所组成。

6.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：该压力传感垫还包含：

复数个间隔物，配置于该第一平面基板与该第二平面基板之间。

7.如权利要求6所述的压力传感装置，其特征在于：这些间隔物分为固定在该第一平面基板的第一间隔物与固定在该第二平面基板的第二间隔物，且该第一间隔物与该第二间隔物互相接合，用以防止该第一与第二传感元件错位。

8.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：该第一平面基板或该第二平面基板具有弹性，当足够的力施加在该第一或该第二平面基板时，该第一与第二平面基板之间得以接触。

9.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一与第二传感元件为相同的尺寸。

10.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一与第二传感元件中每一者具有相同的形状。

11.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一与第二传感元件中每一者具有凸状。

12.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一传感元件仅形成于该第一平面基板的单一面，且这些第二传感元件仅形成于该第二平面基板的单一面。

13.如权利要求1所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一信号线为选择线，且这些第二信号线为读取线；或者，这些第一信号线为读取线，且这些第二信号线为选择线。

14.如权利要求13所述的压力传感装置，其特征在于：还包含：

扫描单元，用以周期性的对这些选择线逐个扫描；以及

量测单元，用以在这些读取线上量测所得到的电子信号。

15.如权利要求14所述的压力传感装置，其特征在于：还包含：

处理单元，用以根据这些所得到的电子信号来侦测这些压力传感器中每一者之一压力状态。

16.如权利要求15所述的压力传感装置，其特征在于：当这些所得到的电子信号中任一者为相对低位准时，这些压力传感器之一对应者的压力状态为关闭状态；当这些所得到的电子信号中任一者为相对高位准时，这些压力传感器之一对应者的压力状态为开启状态。

17.如权利要求15所述的压力传感装置，其特征在于：当病患平躺在该压力传感垫时，该处理单元计算这些所得到的电子信号的变化，用以分析该病患的身体姿势与动作。

18.如权利要求15所述的压力传感装置，其特征在于：在该处理单元与该扫描单元之间为无线连接，且在该处理单元与该量测单元之间为无线连接。

19.一种压力传感装置，其特征在于：包括：

压力传感垫，包含：

第一平面基板；

复数条第一信号线，形成于该第一平面基板之上；

复数条第二信号线，形成于该第一平面基板之上，未与这些第一信号线连接；

第一矩阵阵列的传感元件，传感元件形成于该第一平面基板上，其中该第一矩阵阵列的传感元件中分为复数列的第一传感元件与复数行的第二传感元件，这些列的第一传感元件连接至这些第一信号线，这些行的第二传感元件连接至这些第二信号线；

第二平面基板，配置于该第一平面基板的对面；

复数条第三信号线，形成于该第二平面基板之上；

复数条第四信号线，形成于该第二平面基板之上，未与这些第三信号线连接；

第二矩阵阵列的传感元件，传感元件形成于该第二平面基板上，其中该第二矩阵阵列的传感元件分为复数列的第三传感元件与复数行的第四传感元件，这些列的第三传感元件连接至这些第三信号线，这些行的第四传感元件连接至这些第四信号线，其中在该第二矩阵阵列中的传感元件分别面对于该第一矩阵阵列中的传感元件，在这些第一传感元件中任一者均与这些第四传感元件中之一对应者构成压力传感器，在这些第二传感元件中任一者均与这些第三传感元件之一对应者构成压力传感器，且这些第一信号线、这些第二信号线与该第一矩阵阵列的排列方式是和这些第三信号线、这些第四信号线与该第二矩阵阵列的排列方式相同。

20.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：这些传感元件中每一者为六角形传感元件。

21.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：该第一矩阵阵列中每一传感元件包含：

第一导电环路，形成于该第一平面基板之上；以及

复数个第一导电线，配置于该第一导电环路之内，与该第一导电环路连接，且沿着第一方向排列。

22.如权利要求21所述的压力传感装置，其特征在于：该第二矩阵阵列中每一传感元件包含：

第二导电环路，形成于该第二平面基板之上；以及

复数个第二导电线，配置于该第二导电环路之内，与该第二导电环路连接，且沿着第二方向排列。

23.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：该第一矩阵阵列中这些传感元件是由印制于该第一平面基板上的导电材料所组成，且该第二矩阵阵列中这些传感元件是由印制于该第二平面基板上的导电材料所组成。

24.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：该压力传感垫还包含：

复数个间隔物，配置于该第一平面基板与该第二平面基板之间。

25.如权利要求24所述的压力传感装置，其特征在于：这些间隔物分为固定在该第一平面基板的第一间隔物与固定在该第二平面基板的第二间隔物，且该第一间隔物与该第二间隔物互相接合，用以防止这些第一与第二传感元件错位。

26.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：该第一平面基板或该第二平面基板具有弹性，当足够的力施加在该第一或该第二平面基板时，该第一与第二平面基板之间得以接触。

27.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：这些传感元件为相同的尺寸。

28.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：这些传感元件具有相同的形状。

29.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：这些传感元件中每一者具有凸状。

30.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一传感元件仅形成于该第一平面基板的单一面，且这些第二传感元件仅形成于该第二平面基板的单一面。

31.如权利要求19所述的压力传感装置，其特征在于：这些第一与第三信号线为选择线，且这些第二与第四信号线为读取线；或者，这些第一与第三信号线为读取线，且这些第二与第四信号线为选择线。

32.如权利要求31所述的压力传感装置，其特征在于：还包含：

扫描单元，用以周期性的对这些选择线逐个扫描；以及

量测单元，用以在这些读取线上量测所得到的电子信号。

33.如权利要求32所述的压力传感装置，其特征在于：还包含：

处理单元，用以根据这些所得到的电子信号来侦测这些压力传感器中每一者之一压力状态。

34.如权利要求33所述的压力传感装置，其特征在于：当这些所得到的电子信号中任一者是相对低位准时，这些压力传感器中一对应者的压力状态为关闭状态；当这些所得到的电子信号中任一者是相对高位准时，这些压力传感器中一对应者的压力状态为开启状态。

35.如权利要求33所述的压力传感装置，其特征在于：当病患平躺在该压力传感垫时，该处理单元计算这些所得到的电子信号的变化，用以分析该病患的身体姿势与动作。

36.如权利要求33所述的压力传感装置，其特征在于：在该处理单元与该扫描单元之间为无线连接，且在该处理单元与该量测单元之间为无线连接。

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