CN104137032A - 使用柔性线圈的电感式触摸传感器 - Google Patents

使用柔性线圈的电感式触摸传感器 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种电感式触摸传感器，所述电感式触摸传感器包括安置在可变形衬底内或上的电感器。当对所述可变形衬底施加力时，所述电感器的物理形状将改变，且从而改变其电感值。所述电感值的所述改变可经检测且用于指示所述电感式触摸传感器的相关联触摸键的致动。可使用多个电感式触摸传感器来形成触摸面板。

Description

使用柔性线圈的电感式触摸传感器
技术领域
本发明是关于电感式触摸传感器，且更特定来说，是关于使用柔性线圈的电感式触摸传感器。
背景技术
电感式触摸传感器技术可用作电容式触摸传感器技术的替代技术。当前技术的电感式触摸传感器包括目标物(被触摸或按压的表面)、间隔件和电感线圈。当所述目标物被致动时(例如，被触摸)，线圈电感改变值。检测到所述线圈的电感值的此改变指示电感式触摸传感器的致动。电感式触摸面板的制造包括多个电感式触摸传感器，且需要组装经蚀刻且夹在印刷电路板(PCB)上的传感器(通常在产品的最后组装时)。所述间隔件必须放置在含有电感线圈(每一键或按钮使用一个电感线圈)的PCB与针对每一键或按钮的目标物之间。当前制造技术包括生产PCB、间隔件、将所述间隔件层压到PCB，然后将PCB/间隔件组合件安装到目标物面板。在目标物与将改变其电感值的电感线圈之间要求紧密的容限。
发明内容
需要的是一种制造可用于触摸面板中的电感式触摸传感器的简化且廉价的方法。
根据一实施例，电感式触摸传感器可包括：柔性衬底；电感器，其与所述柔性衬底机械连通，所述电感器和所述柔性衬底具有第一位置和第二位置，其中当对所述柔性衬底和所述电感器施加力时，所述柔性衬底和所述电感器处在所述第二位置；且其中当在所述第一位置时，所述电感器具有第一电感值，且当在所述第二位置时，所述电感器具有第二电感值。
根据进一步实施例，所述第一电感值大于所述第二电感值。根据进一步实施例，所述第一电感值小于所述第二电感值。根据进一步实施例，所述柔性衬底在其中具有开口以允许所述电感器的线圈匝之间的距离取决于所述力是否正施加于所述柔性衬底和电感器而增加和减小。根据进一步实施例，当施加所述力时，所述线圈匝之间的距离增加。根据进一步实施例，当施加所述力时，所述线圈匝之间的距离减小。
根据进一步实施例，当所述力未施加到柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是实质上平坦的，且当所述力施加到其上时是凹入的。根据进一步实施例，当所述力未施加到柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是凸起的，且当所述力施加到其上时是较少凸起的。根据进一步实施例，当所述力未施加到柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是凸起的，且当所述力施加到其上时是实质上平坦的。根据进一步实施例，所述电感器是嵌在所述柔性衬底中的。根据进一步实施例，所述电感器是与所述柔性衬底同界。
根据进一步实施例，添加支撑衬底和在所述支撑衬底与所述柔性衬底之间的脊状间隔件，其中所述支撑衬底、脊状间隔件和柔性衬底形成空腔。根据进一步实施例，所述空腔用柔性材料填充。
根据进一步实施例，在所述空腔中和在所述支撑衬底的内面上添加导电接地平面，其中当在所述第二位置时，所述导电接地平面影响所述电感器的所述第二电感值。
根据进一步实施例，在所述空腔中和在所述支撑衬底的内面上添加磁性材料，其中当在所述第二位置时，所述磁性材料影响所述电感器的所述第二电感值。根据进一步实施例，所述磁性材料是选自由铁氧体和铁粉组成的群组。
根据进一步实施例，电子电路耦合到所述电感器以测量所述电感器的电感值。根据进一步实施例，所述电子电路是混合信号集成电路装置。
根据另一实施例，电感式触摸传感器面板可包括：柔性衬底，其分成经布置成矩阵的多个触摸键区域；多个电感器，其与所述柔性衬底机械连通，所述多个电感器中的每一者与所述多个触摸键区域中的相应一者相关联，所述多个电感器和所述多个触摸键区域中的每一者具有第一位置和第二位置，其中当对其施加力时，每一触摸键区域和电感器处在所述第二位置；其中当在所述第一位置时所述电感器具有第一电感值，且当在所述第二位置时所述电感器具有第二电感值；支撑衬底；和脊状间隔件，其在所述支撑衬底与多个触摸键区域中的每一者之间，其中所述支撑衬底、脊状间隔件和所述多个触摸键区域形成多个空腔。
根据另一实施例，电感式触摸传感器可包括：柔性衬底；支撑衬底；脊状间隔件，其在所述支撑衬底与所述柔性衬底之间，其中所述支撑衬底、脊状间隔件和柔性衬底形成空腔；电感器，其包括螺旋弹簧，所述电感器的第一端与所述柔性衬底机械和电气连通，且所述电感器的第二端与所述支撑衬底机械和电气连通；当在第一位置时所述电感器具有第一电感值，且当在第二位置时所述电感器具有第二电感值；且当对所述柔性衬底施加力时，所述电感器处在所述第二位置。
附图说明
对本发明更全面的理解可参考以下结合附图的描述而获得，其中：
图1说明根据本发明的特定实例实施例针对未致动和致动条件的形成为电感式触摸键的螺旋线圈的电感器的示意平面图；
图2说明根据本发明的另一特定实例实施例针对未致动和致动条件的形成为电感式触摸键的螺旋线圈的电感器的示意平面图；
图3说明根据本发明的特定实例实施例的展示在图1或2中的电感式触摸键的电感器的示意立面剖视图；
图4说明根据本发明的特定实例实施例的展示在图1或2中的电感式触摸键的电感器的示意立面剖视图；
图5说明根据本发明的特定实例实施例的使用展示在图4中的电感器和衬底的电感式触摸键的示意立面剖视图；
图6说明根据本发明的另一特定实例实施例的针对未致动和致动条件的形成为电感式触摸键的弹簧线圈的电感器的示意立面图；
图7说明根据本发明的特定实例实施例的使用展示在图6中的电感器的电感式触摸键的示意立面剖视图；
图8说明根据本发明的特定实例实施例的展示典型用于小键盘的所有键的电感式感测线圈的电感式触摸小键盘的示意正面图；以及
图9说明根据本发明的特定实例实施例的具有图6中所示的电感式触摸小键盘、电感式触摸模拟前端和数字处理器的电子系统的示意框图。
虽然本发明容许各种修改和替换形式，但已在图式中展示其特定实例实施例且在本文中详细描述。然而，应理解，本文描述的特定实例实施例并不希望将本发明限于本文所揭示的特定形式，恰恰相反，本发明将涵盖由所附权利要求书界定的所有修改和等效物。
具体实施方式
电感式触摸传感器包括安置在可变形衬底内或上的电感器。当对所述可变形衬底施加力时，所述电感器的物理形状改变，且借此改变其电感值。所述电感值的改变可经检测且用于指示电感式触摸传感器的相关联触摸键的致动。可使用多个电感式触摸传感器形成触摸面板。
现参考图式，其示意说明一实例实施例的细节。图中相同元件将由相同数字表示，且相似元件将由具有不同小写字母后缀的相同数字表示。
参考图1，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的针对未致动和致动条件的形成为电感式触摸键的螺旋线圈的电感器的示意平面图。电感器线圈102a展示为在未致动状态下，且电感器线圈102b则展示为在致动状态下，如下文更全面地描述。电感器线圈102以实质上平螺旋配置缠绕在可变形衬底104内或上(见图3和4)。当力(例如，手指推动)被置于电感器线圈102和可变形衬底104上时，电感器线圈102的导电匝将变得进一步分开(分离)，如图1的图式(b)中所展示。可变形衬底104展示为在两个维度上(X和Y轴)变形，例如拉伸。第三维度(Z轴在图3和4中展示)也拉伸衬底104以进一步增加线圈匝之间的距离。通过增加所述线圈匝之间的分离，电感器线圈102的电感值将降低。所述电感值的此改变可经测量且用于指示电感器线圈102通过外力(例如，手指推动)而激活。电连接522和524适于将电感器线圈102耦合到电子测量电路(未图示)用于确定其电感值。预期且在本发明的范围内，可在可变形衬底104中切割狭槽以促进所述线圈匝的分离。
参考图2，所描绘的是根据本发明的另一特定实例实施例的针对未致动和致动条件的形成为电感式触摸键的螺旋线圈的电感器的示意平面图。电感器线圈102a展示为在未致动状态下，且电感器线圈102c则展示为在致动状态下，如下文更全面地描述。电感器线圈102以实质上平坦螺旋配置缠绕在可变形衬底204内或上(见图3和4)。当力(例如，手指推动)被置于电感器线圈102和可变形衬底204上时，电感器线圈102的导电匝将变得进一步分开(分离)，如图2的图式(b)中展示。可变形衬底204展示为在一个维度(X轴)上变形，例如拉伸。第三维度(Z轴在图3和4中展示)也拉伸衬底204以进一步增加线圈匝之间的距离。通过增加所述线圈匝之间的分离，电感器线圈102的电感值将降低。所述电感值的此改变可经测量且用于指示电感器线圈102通过外力(例如，手指推动)而激活。预期且在本发明的范围内，可在可变形衬底104中切割狭槽以促进所述线圈匝的分离。
参考图3，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的图1或2中展示的电感式触摸键的电感器的示意立面剖视图。电感器线圈102展示为嵌在柔性衬底104中。当衬底104没有力在其面上时，则其不变形，且线圈102a的匝在其间以距离d1间隔。线圈102a配置将具有第一电感值。当对衬底104的一面施加力306时，其发生挠曲，且线圈102b的匝变得进一步分开。如(b)中展示，线圈102b的匝在其间以距离d2隔开，其中d2>d1。现线圈102b具有小在所述第一电感值的第二电感值。这容易通过电子电路测量。
预期且在本发明的范围内，线圈102可在衬底104的表面上制造(同界)，或线圈102可完全无任何衬底而制造。线圈102可自行支撑且可弹力变形，以便返回到其未致动的形状。只要线圈102的形状改变，其中其匝之间的距离改变，则其电感值将改变。如图3所示，当未对衬底104的表面(面)施加力306时，衬底104通常是平坦的，而当对其表面(面)施加力306时变成凹入的。
参考图4，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的图1或2中展示的电感式触摸键的电感器的示意立面剖视图。电感器线圈102展示为嵌在凸起弯曲柔性衬底204中。当所述凸起弯曲衬底204没有力在其面上时，则其不变形，其面仍为凸起的，且线圈102a的匝310在其间以距离d3间隔。线圈102a配置将具有第三电感值。当对衬底204的凸起面施加力306时，其发生挠曲，且线圈102b的匝310变得更靠近。如(b)所示，线圈102b的匝310在其间以距离d4间隔，其中d3>d4。现线圈102b具有大于所述第三电感值的第四电感值。这容易通过电子电路测量。
预期且在本发明的范围内，线圈102可在凸起衬底204的表面上制造，或线圈102可完全无任何衬底而制造。线圈102可自行支撑且可弹力变形，以便返回到其未致动的形状。只要线圈102的形状改变，其中其匝之间的距离改变，则其电感值将改变。如图4所示，当未对衬底204的表面(面)施加力306时，衬底204通常是凸起弯曲，而当对其施加力306时变成实质上是平坦的(例如，较小凸起弯曲)。图4所示的配置容易适于小键盘上的升高的、能触知的触摸键(见图8)。
参考图5，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的使用展示在图4中的电感器和衬底的电感式触摸键的示意立面剖视图。电感式触摸键大致由数字500表示，其包括具有嵌在凸起弯曲柔性衬底504中的匝310的电感器线圈102，所述凸起弯曲柔性衬底504附接到脊状支撑518和520。这些脊状支撑518和520将衬底504与支撑衬底512(例如，印刷电路板(PCB))隔开，其对于多个电感式触摸键800可为共同的(见图8)。可变形空间508安置在凸起弯曲柔性衬底504与支撑衬底512之间。可变形空间508可为空气或气体(空的)，或其可用可变形材料(例如，发泡体、硅胶等)填充。
任选地，具有影响线圈102的电感值的属性的磁性材料510(例如，铁氧体、铁粉等)可位于空间508中。导电接地平面514可安置在支撑衬底512的一面上且与例如印刷电路板通孔516一起连接到接地或共同电源526。此导电接地平面514的用途是随着线圈120的匝310移动到更靠近其而影响(增加)线圈102的电感值，图式(b)展示力306被施加到凸起弯曲柔性衬底504的一面上。预期且在本发明的范围内，线圈102的匝310之间的间距的改变、接地平面514和/或磁性材料510影响线圈102的电感值，因为归因于力306施加于凸起弯曲柔性衬底504的面而改变线圈相对于支撑衬底512的位置，比较图5的图式(a)与图式(b)。电连接522和524用于将电感器线圈102耦合到电子测量电路(见图9)以确定其电感值。
参考图6，所描绘的是根据本发明的另一特定实例实施例的针对未致动和致动条件的形成为电感式触摸键的弹簧线圈的电感器的示意立面图。电感器线圈702a展示为在未致动状态下，且电感器线圈702b则展示为在致动状态下，如下文更全面地描述。电感器线圈702以可变形弹簧形状缠绕。当力306(例如手指推动)置于电感器线圈702上时，电感器线圈702的导电匝将变得更靠近，如图6的图式(b)中所示。通过减小线圈匝之间的分离，电感器线圈702的电感值将增加。电感值的此改变可被测量且用于指示通过外力(例如，手指推动)的电感器线圈702的激活。
参考图7，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的使用展示在图6中的电感器的电感式触摸键的示意立面剖视图。电感式触摸键大致由数字700表示，其包括弹簧形电感器线圈702，附接到脊状支撑718和720的凸起弯曲柔性衬底704。这些脊状支撑718和720将衬底704与支撑衬底712(例如，印刷电路板(PCB))隔开，其对于多个电感式触摸键800可为共同的(见图8)。可变形空间708安置在凸起弯曲柔性衬底704与支撑衬底712之间。可变形空间708可为空气或气体(空的)，或其可用可变形材料(例如，发泡体、硅胶等)填充。
导电接地平面714可安置在支撑衬底712的一面上且与例如印刷电路板通孔716一起连接到接地或共同电源724。此导电接地平面714的用途为连接线圈702的一端，且线圈702的另一端与导体722连接，导体722可为安置在凸起弯曲柔性衬底704的内表面上的柔性导体。当力306被施加于凸起的弯曲柔性衬底704的面时，线圈702被压缩，借此增加其电感值，比较图7的图式(a)与图式(b)。电连接722和724用于将电感器线圈702耦合到电子测量电路(见图9)以确定其电感值。
参考图8，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的展示典型用于小键盘的所有键的电感式感测线圈的电感式触摸小键盘的示意正面图。小键盘大致由数字800表示，其经配置为包括多个电感式触摸传感器802的电感式触摸传感器键804的矩阵。在多个电感式触摸传感器802的每一者中是具有当力306被施加于其时改变的电感值的线圈802，如上文更完整描述。
参考图9，所描绘的是根据本发明的特定实例实施例的具有图8中所示的电感式触摸小键盘、电感式触摸模拟前端和数字处理器的电子系统的示意框图。数字处理器950(例如，微处理器、微型计算机、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)等)耦合到电感式触摸模拟前端(AFE)952和电感式触摸传感器键800的矩阵(例如，按钮、目标物等)。数字处理器950和AFE 952可为混合信号(模拟和数字电路)集成电路装置的部分。
电感式触摸AFE 952用单一低成本集成电路装置促进用于确定何时存在电感式传感器的致动(例如，通过按压和偏转目标物键，其改变相关联电感式传感器的电感值)的所有的主动功能。电感式触摸AFE 952测量电感式触摸传感器键800的矩阵的每一传感器的电感值，且将所述电感值转换为相应模拟直流(dc)电压，所述模拟直流(dc)电压由数字处理器950读取且转换为数字值。预期且在本发明的范围内，标准模拟组件可用于制作离散模拟前端(AFE)，且熟悉电子电路设计和受益于本发明的一般技术人员可容易设计出此离散AFE。
数字处理器950为电感式触摸AFE 952提供时钟和控制功能，读取电感式触摸AFE952的模拟电压检测器输出，和选择电感式触摸传感器键800的矩阵的每一键。当确定电感式触摸传感器键800的矩阵的键的致动时，数字处理器950将采取如编程于其中的适当动作。
虽然已通过参考本发明的实例实施例描绘、描述和定义本发明的实施例，但此些参考并非隐含对本发明的限制，且不应推断出此限制。所属领域的技术人员和受益于本发明者将能够对所揭示标的物做出形式和功能上的相当大的修改、改变和等效。本发明所描绘和描述的实施例仅为实例，而并非对本发明范围的详尽列举。

Claims (20)

1.一种电感式触摸传感器，其包括：
柔性衬底；
电感器，其与所述柔性衬底机械连通，所述电感器和所述柔性衬底具有第一位置和第二位置，其中当力被施加于所述柔性衬底和所述电感器时，所述柔性衬底和所述电感器处在所述第二位置；且
其中当在所述第一位置时，所述电感器具有第一电感值，且当在所述第二位置时，所述电感器具有第二电感值。
2.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中所述第一电感值大于所述第二电感值。
3.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中所述第一电感值小于所述第二电感值。
4.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中所述柔性衬底在其中具有开口以允许所述电感器的线圈匝之间的距离取决于是否所述力正被施加于所述柔性衬底和电感器而增加和减小。
5.根据权利要求4所述的电感式触摸传感器，其中当施加所述力时，所述线圈匝之间的所述距离增加。
6.根据权利要求4所述的电感式触摸传感器，其中当施加所述力时，所述线圈匝之间的所述距离减小。
7.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中当所述力未施加于所述柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是实质上平坦的，且当所述力施加于所述柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是凹入的。
8.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中当所述力未施加于所述柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是凸起的，且当所述力施加于所述柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是较少凸起的。
9.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中当所述力未施加于所述柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是凸起的，且当所述力施加于所述柔性衬底和电感器时，所述柔性衬底和电感器是实质上平坦的。
10.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中所述电感器是嵌在所述柔性衬底中。
11.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中所述电感器是与所述柔性衬底同界。
12.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其进一步包括：
支撑衬底；和
脊状间隔件，其在所述支撑衬底与所述柔性衬底之间，其中所述支撑衬底、脊状间隔件和柔性衬底形成空腔。
13.根据权利要求12所述的电感式触摸传感器，其中所述空腔用柔性材料填充。
14.根据权利要求12所述的电感式触摸传感器，其进一步包括在所述空腔中和在所述支撑衬底的内面上的导电接地平面，其中当在所述第二位置时，所述导电接地平面影响所述电感器的所述第二电感值。
15.根据权利要求12所述的电感式触摸传感器，其进一步包括在所述空腔中和在所述支撑衬底的内面上的磁性材料，其中当在所述第二位置时，所述磁性材料影响所述电感器的所述第二电感值。
16.根据权利要求15所述的电感式触摸传感器，其中所述磁性材料是选自由铁氧体和铁粉组成的群组。
17.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其进一步包括耦合到所述电感器以测量所述电感器的电感值的电子电路。
18.根据权利要求1所述的电感式触摸传感器，其中所述电子电路是混合信号集成电路装置。
19.一种电感式触摸传感器面板，其包括：
柔性衬底，其分成布置成矩阵的多个触摸键区域；
多个电感器，其与所述柔性衬底机械连通，所述多个电感器中的每一者与所述多个触摸键区域中的相应一者相关联，所述多个电感器和所述多个触摸键区域中的每一者具有第一位置和第二位置，其中当力被施加于每一触摸键区域和电感器时，所述每一触摸键区域和电感器处在所述第二位置；
其中当在所述第一位置时所述电感器具有第一电感值，且当在所述第二位置时所述电感器具有第二电感值；
支撑衬底；以及
脊状间隔件，其在所述支撑衬底与多个触摸键区域中的每一者之间，其中所述支撑衬底、脊状间隔件和所述多个触摸键区域形成多个空腔。
20.一种电感式触摸传感器，其包括：
柔性衬底；
支撑衬底；
脊状间隔件，其在所述支撑衬底与所述柔性衬底之间，其中所述支撑衬底、脊状间隔件和柔性衬底形成空腔；
电感器，其包括螺旋弹簧，所述电感器的第一端与所述柔性衬底机械和电气连通，且所述电感器的第二端与所述支撑衬底机械和电气连通；
当在第一位置时所述电感器具有第一电感值，且当在第二位置时所述电感器具有第二电感值；以及
当力被施加于所述柔性衬底时，所述电感器处在所述第二位置。
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