ES2242241T3 - Sensores tactiles diferenciales y circuito de control para los mismos. - Google Patents

Abstract

UN APARATO SENSOR TACTIL DIFERENCIAL PARA DETECTAR LA PRESENCIA DE UN OBJETO, COMO POR EJEMPLO UN APENDICE HUMANO, TENIENDO EL APARATO UN PRIMER ELECTRODO (16), UN SEGUNDO ELECTRODO (18) SITUADO PROXIMO AL PRIMER ELECTRODO, UN CIRCUITO DIFERENCIAL (Q1, Q2, 34, 48) CONECTADO AL PRIMER Y SEGUNDO ELECTRODOS, UNA FUENTE (60) DE IMPULSOS O DE OTRAS SEÑALES CONECTADA PARA SUMINISTRAR SEÑALES ELECTRICAS QUE GENERAN UN CAMPO ELECTRICO ENTRE LOS ELECTRODOS PRIMERO Y SEGUNDO. LA INTRODUCCION DE UN OBJETO CERCA DEL PRIMER ELECTRODO MODIFICA EL CAMPO ELECTRICO ENTRE EL PRIMER Y SEGUNDO ELECTRODOS, MODIFICANDO DE DICHA FORMA LA DIFERENCIA DE TENSION ENTRE LOS MISMOS. UN CIRCUITO DIFERENCIAL SUMINISTRA UNA SEÑAL DE SALIDA SENSIBLE A LA DIFERENCIA DE TENSIONES ENTRE LOS ELECTRODOS PRIMERO Y SEGUNDO. EN UNA REALIZACION EN VARIANTE, UN ELECTRODO ESTROBOSCOPICO (22) ESTA PROVISTO PROXIMO A DICHOS ELECTRODOS PRIMERO Y SEGUNDO, SUMINISTRANDOSE UNOS IMPULSOS U OTRAS SEÑALES AL ELECTRODO ESTROBOSCOPICO PARA INDUCIR UN CAMPO ELECTRICO ENTRE EL ELECTRODO ESTROBOSCOPICO Y CADA UNO DE LOS ELECTRODOS PRIMERO Y SEGUNDO.

Description

Sensores táctiles diferenciales y circuito de control para los mismos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de panel táctil, y más particularmente, a sensores táctiles unidos a una cara de un substrato para detectar el contacto del usuario de la cara opuesta del substrato.

Antecedentes de la invención

Para sustituir a los conmutadores mecánicos convencionales en diversas aplicaciones se utilizan paneles táctiles: por ejemplo, fogones de cocina, hornos de microondas, y similares. A diferencia de los conmutadores mecánicos, los paneles táctiles no contienen partes móviles que se rompan o deterioren. Los conmutadores mecánicos utilizados con un substrato requieren algún tipo de abertura a través del substrato para montar los conmutadores. Éstas aberturas, al igual que las aberturas en el propio conmutador, permiten pasar sociedad, agua y otros contaminantes a través del substrato o quedan atrapadas dentro del conmutador. Ciertos entornos contienen un gran número de contaminantes, los cuales pueden pasar a través de las aberturas del substrato, causando cortocircuitos eléctricos o daños en los componentes que se encuentran detrás del substrato. No obstante, los paneles táctiles pueden formarse sobre una hoja de substrato continua sin aberturas de ningún tipo en el substrato. Además, los paneles táctiles se limpian fácilmente debido a la ausencia de aberturas y cavidades que recogen suciedad y otros contaminantes.

Los diseños de paneles táctiles existentes proporcionan electrodos de almohadillas táctiles unidos a ambas caras del substrato; por ejemplo, tanto sobre la superficie "frontal" del substrato, como sobre la superficie "posterior" del substrato. Normalmente, a la superficie frontal del substrato va unido un electrodo de óxido de estaño antimonio (TAO) y a la superficie posterior van unidos electrodos adicionales. La almohadilla táctil es activada cuando un usuario contacta el electrodo TAO. Un diseño de esas características expone al electrodo TAO a deterioro grave por raspado, disolventes de limpieza, y almohadillas de limpieza abrasivas. Además, el electrodo TAO añade coste y complejidad al panel táctil.

Los paneles táctiles conocidos emplean a menudo un diseño de alta impedancia lo cual puede hacer que el panel táctil funcione mal cuando estén presentes en el substrato agua o otros líquidos. Esto presenta un problema en zonas en las que comúnmente se hallan líquidos, tales como en una cocina. Dado qué las almohadillas tienen una mayor impedancia que el agua, el agua actúa como un conductor de los campos eléctricos creados por las almohadillas táctiles. Así, los campos eléctricos siguen la trayectoria de menor resistencia; por ejemplo, el agua. Además, debido al diseño de alta impedancia, la electricidad estática puede hacer que el panel táctil funcione mal. Debido a la alta impedancia del panel táctil se impide que la electricidad estática se disipe rápidamente.

Los diseños de paneles táctiles existentes padecen también de problemas asociados con diafonía entre paneles táctiles adyacentes. La diafonía ocurre cuando el campo eléctrico creado en por una almohadilla táctil interfiere con el campo creado por una almohadilla táctil adyacente, resultando en una activación errónea tal como la activación de la almohadilla táctil errónea o la activación de dos almohadillas simultáneamente.

Los diseños de paneles táctiles conocidos proporcionan almohadillas individuales que son pasivas. Ningún componente activo va situado en estrecha proximidad a las almohadillas táctiles. En cambio, líneas conductoras conectan cada almohadilla táctil pasiva a la circuitería de detección activa. Las líneas conductoras de la almohadilla táctil tienen diferentes longitudes dependiendo de la ubicación de la almohadilla táctil con respecto a la circuitería de detección. Además, las líneas conductoras tienen formas diferentes que dependen de la trayectoria del recorrido de la línea. Las diferencias en cuanto a longitud y forma de la línea conductora hacen que el nivel de señal en cada línea sea atenuado a un nivel diferente. Por ejemplo, una línea conductora larga con muchas esquinas puede atenuar la señal de detección significativamente más que una línea conductora corta con pocas esquinas. Por consiguiente, la señal recibida por la circuitería de detección varía considerablemente de una almohadilla a la siguiente. Consecuentemente, la circuitería de detección ha de ser diseñada para compensar las grandes diferencias en el nivel de señal.

Muchos paneles táctiles existentes emplean un mecanismo de puesta tierra, tal como un anillo de puesta tierra, en estrecha proximidad a cada almohadilla táctil. Estos mecanismos de puesta tierra representan elementos adicionales, los cuales tienen que ser posicionados y fijados cerca de cada almohadilla táctil, aumentando con ello complejidad al panel táctil. Además, ciertos mecanismos de puesta tierra requieren una configuración diferente para cada almohadilla táctil individual para reducir al mínimo y la diferencia en los niveles de señal presentados a la circuitería de detección. Por lo tanto, se requiere tiempo de diseño adicional para diseñar los diversos mecanismos de puesta tierra.

El uso de paneles táctiles convencionales o sensores táctiles en cocinas, hornos de microondas, y similares, sitúa a dichos sensores táctiles en un entorno en el que potencialmente pueden entrar en contacto frecuente con líquidos o contaminantes conductores. La presencia de un líquido conductor sobre cualquier sensor táctil podría crear a una salida falsa haciendo con ello que el circuito de control inicie una acción de salida donde no estaba prevista acción alguna. Dichos líquidos, cuando se encuentran en forma de un gran charco o vertidos a gotas, pueden realmente extenderse sobre dos o más sensores táctiles individuales. Esto conduce nuevamente al potencial de señales de entrada falsas.

Recientes mejoras en el diseño de paneles táctiles incluyen técnicas que reducen la impedancia de entrada y de salida del propio sensor táctil haciendo con ello a los sensores altamente inmunes a contaminantes y activaciones falsas debidas a fuentes de ruido externas. La patente U.S. No. 5, 594, 222 describe una técnica de esas características. Aún cuando este enfoque tiene varias ventajas sobre el estado de la técnica, existen algunos atributos que pueden limitar su aplicación. Por ejemplo, el sensor resultante puede ser inherentemente sensible a variaciones de temperatura. Mientras que las variaciones de temperatura a la salida sean relativamente pequeñas con respecto a cambios de señal legítimos y sean relativamente pequeñas con respecto a variaciones de señal debidas a variaciones del transistor, entonces serán bastantes satisfactorios. En Sixto simple u otro dispositivo de amplificación. Sin embargo en aplicaciones en las que haya una pequeña gama dinámica para permitir compensación mediante software y donde los cambios de temperatura sean significativos con respecto a cambios de señal legítimos, resultaría útil otro enfoque para eliminar o reducir en gran medida los efectos de la temperatura. Además, aunque el enfoque de baja impedancia de esta técnica pueda diferenciar entre contaminantes con cierta cantidad limitada de impedancia y un toque humano con cierta cantidad limitada de impedancia, esta técnica puede no ser suficiente para diferenciar inherentemente niveles de impedancia extremadamente bajos. Ejemplos tales de esta situación se darán cuando un sensor (por ejemplo, tanto el electrodo interior como el exterior) están cubiertos con una gran cantidad de contaminantes, reduciendo enormemente la impedancia de la almohadilla interior. Otro ejemplo sería cuando un material conductor tal como una almohadilla metálica cubriera completamente un único sensor.

Así, sería deseable proporcionar un panel táctil que impida la generación de señales falsas en presencia de materiales altamente conductores, cambios de temperatura relativamente substanciales, y otros efectos comunes tanto en el electrodo interior como en el exterior y circuitería asociada.

Resumen de la invención

Según el primer aspecto de la presente invención se ha provisto un aparato sensor según la reivindicación 1.

Según el segundo aspecto de la presente invención se ha provisto un aparato sensor según la reivindicación 2.

La presente invención corrige en gran medida, cuando no los resuelve totalmente, los problemas citados con anterioridad procurando una comparación entre dos electrodos que constituyen un sensor táctil. El sensor táctil inventivo tiene un primer o más electrodo/s (16) y un segundo o más electrodos acoplados a unos medios de circuito para medir la diferencia de potencial eléctrico entre el primer y segundo electrodos. Normalmente, el primer y segundo electrodos irían colocados sobre la misma superficie del substrato, opuesta a la cara del substrato que sería utilizada como superficie táctil. El primer electrodo va separado próximo al segundo electrodo de tal manera que pueda hacerse una comparación entre el voltaje en el primer electrodo y el segundo electrodo cuando se vea afectado por una entrada táctil. El circuito de medición diferencial procurará el rechazo de señales de modo común tales como temperatura, ruido eléctrico, variaciones de alimentación de energía eléctrica, y otras entradas que tenderían a afectar a ambos electrodos por igual.

La almohadilla táctil inventiva puede ser empleada en lugar de las almohadillas táctiles existentes o para sustituir a conmutadores convencionales. La almohadilla táctil es activada cuando un usuario contacta o se aproxima cerca del substrato con un apéndice humano, tal como la punta un dedo. La almohadilla táctil puede ser empleada, por ejemplo, para conectar y desconectar un dispositivo, ajustar la temperatura, ajustar un reloj o temporizador, o cualquier otra función y llevada a cabo por un conmutador convencional. Además, para mejorar y resolver problemas asociados con los diseños de almohadillas táctiles existentes, la presente invención también resulta útil en aplicaciones que en la actualidad utilizan conmutadores de membrana. La almohadilla táctil de la presente invención es apropiada para su uso en ambientes en los que las variaciones de temperatura son extremas, en los que están presentes cantidades substanciales de contaminantes o en los que puedan ser colocados objetos metálicos en o sobre la almohadilla táctil.

En la forma preferente, un electrodo estroboscópico es conectado a través de un primer resistor a un primer electrodo y a través de un segundo resistor a un segundo electrodo. Se genera un campo eléctrico en cada electrodo en respuesta a una señal estroboscópica que es aplicada al electrodo estroboscópico. Se desarrolla un potencial eléctrico en cada electrodo. En un circuito de medición diferencial se colocan dos transistores cuyo circuito va conectado al primer y segundo electrodos para medir la diferencia de voltaje entre el primer y segundo electrodos. A la salida del circuito de medición diferencial va unida una línea directora, que en la realización preferente porta una señal de detección de un circuito detector de cresta. La salida del circuito de medición diferencial sea altera cuando el substrato es tocado por un
usuario.

En la forma preferente, se configuran dos transistores ajustados a modo de par diferencial, colocados cada uno de ellos en estrecha proximidad con respecto a la almohadilla táctil. Los transistores trabajan juntos para amplificar la señal de entrada diferencial, para compensar a la almohadilla táctil de los efectos residuales de detección y estroboscópicos, y para reducir la impedancia de salida de la almohadilla táctil. Además, haciendo uso de transistores ajustados, la salida del circuito diferencial cambiará poco con las variaciones de temperatura.

Los electrodos interior y exterior van conectados para separar las entradas al circuito diferencial de tal manera que si un primer electrodo se ve más afectado por el campo eléctrico inducido que el segundo electrodo, el circuito diferencial proporcionara un nivel de tensión de salida más alto. Además, en la realización preferente el circuito generará una salida más baja cuando el segundo electrodo es afectado más que el primer electrodo por el campo eléctrico. Cuando ambos electrodos generan respuestas iguales o similares, la salida del circuito diferencial cambiará poco. Estas condiciones se crearán, por ejemplo, cuando la punta de un dedo cubre substancialmente el primer electrodo pero no el segundo electrodo. Esto generará una señal de salida más alta. Se crea otra condición cuando los contaminantes cubren sustancialmente el segundo (exterior) electrodo pero no el primer (interior) electrodo. Esto generará una señal de salida de nivel más bajo. Otra condición se daría cuando una cazuela metálica cubre tanto el primer como el segundo electrodo. Dada esta condición, en la realización preferente, la respuesta de los dos electrodos será sustancialmente igual y, por lo tanto, la salida del circuito de medición diferencial cambiará poco con respecto a la condición previa de sin toque táctil.

Breve descripción de los dibujos

Las diversas características, ventajas y otros usos de la presente invención resultaran más evidentes remitiéndose a la descripción detallada siguiente y a los dibujos en los cuales:

La Fig. 1 ilustra una almohadilla táctil inventiva vista desde la parte posterior del substrato;

La Fig. 2 es una vista en sección transversal tomada comúnmente a lo largo de la línea 2-2 de la Figura. 1;

La Fig. 3 es una vista en sección transversal, similar a la Figura 2, pero mostrando un montaje alternativo de los componentes activos en el substrato;

La Fig. 4 es una representación esquemática eléctrica de la almohadilla táctil mostrada en las Figuras 1 y 2;

La Fig. 5A, 5B, 5C y 5D son formas de onda de la salida detectora bajo diversos estímulos de entrada;

La Fig. 6 ilustra la forma de onda de señal estroboscópica; y

La Fig. 7 es una vista, similar a la Figura 1, pero de una realización alternativa de la almohadilla táctil inventiva.

Números indicadores similares en las Figs. 1, 2, 3, 4, y 7 indican elementos similares.

Descripción de las realizaciones preferentes

Haciendo referencia a las Figs. 1 y 2, se muestra una única almohadilla táctil 13 unida a un substrato dieléctrico 10. Deberá entenderse que, muchos, si no la mayoría de las aplicaciones incluirán almohadillas táctiles múltiples y la circuitería relacionada en el substrato.

El substrato 10 puede fabricarse a partir de cualquier tipo de material dieléctrico, tal como vidrio, cerámica, plástico o materiales similares. En la realización preferente, el substrato 10 se fabrica a partir de vidrio y tiene un espesor uniforme de aproximadamente 3 mm. El espesor del substrato 10 varía con la aplicación particular de tal manera que se utiliza un substrato más grueso cuando se requiere resistencia adicional. Si el substrato 10 se fabrica de vidrio, los substratos típicos pueden ser de una delgadez de hasta 1,1 milímetros aproximadamente y de un grosor de hasta 5 mm. Si el substrato 10 se fabrica de plástico, el mismo puede tener menos de 1 mm de espesor, similar al material empleado en los conmutadores de membrana de plástico.

El substrato 10 tiene una superficie frontal 12 y una superficie posterior opuesta 14. Un usuario activa la almohadilla táctil 13 tocando la superficie frontal 12 del substrato 10, proporcionando los estímulos necesarios.

La almohadilla táctil 13 incluye una primera almohadilla conductora o electrodo interior 16 y un segundo electrodo conductor o electrodo exterior 18, el cual rodea sustancialmente al primer electrodo. Entre el primer electrodo 16 y el segundo electrodo 18 se dispone un espacio. Preferentemente, el primer electrodo 16 tiene dimensiones tales que dicho electrodo puede ser cubierto por la punta del dedo de un usuario u otro apéndice humano cuando se toca la superficie frontal.

En la realización preferente, el primer electrodo 16 es cuadrado y el segundo electrodo 18 tiene una forma cuadrada la cual es conforme a la forma del primer electrodo 16. No obstante, se sobrentenderá que para dicho primer electrodo 16 también puede ser empleadas diversas formas geométricas incluyendo, pero no limitadas a, rectángulos, trapezoides, círculos, elipses, triángulos, hexágonos y octágonos. Prescindiendo de la forma del primer electrodo 16, el segundo electrodo 18 rodea al menos parcialmente al primer electrodo 16 a cierta distancia de separación.

Puede reconocerse que aún cuando la geometría de la almohadilla de la Fig. 1 sea una forma de disponer la estructura del electrodo, existen muchas otras formas y tamaños que también funcionarían, dependiendo de la aplicación y del tamaño del apéndice. Por ejemplo podría ser una disposición en la que el apéndice de interés podría ser una mano en lugar de un dedo. En este caso, la separación entre los dos electrodos podría ser mayor y los dos electrodos serían mucho más grandes.

De manera similar, puede reconocerse que aún cuando la geometría de la almohadilla de las Figs. 1 y 7 muestran cada una formas específicas de disponer la estructura del electrodo, existen muchas otras formas y tamaños que también trabajarían aquí, dependiendo de la aplicación y el tamaño del apéndice. Un ejemplo sería cuando los dos electrodos están separados y dichos dos electrodos son más grandes.

Preferentemente, el primer electrodo 16 es un conductor sólido. No obstante, el primer electrodo 16 puede tener también una pluralidad de aberturas o puede tener una configuración de malla o rejilla.

En la realización preferente, va provisto un tercer electrodo, electrodo estroboscópico 22 tal como se muestra en la Fig. 1. El electrodo estroboscópico 22 es un conductor delgado formado en el substrato 10. El electrodo estroboscópico 22 separado en paralelo del segundo electrodo 18. Preferentemente, el electrodo estroboscópico 22 va separado a ambos lados del segundo electrodo 18 tal como se muestra en la Fig. 1. El electrodo estroboscópico 22 va además adyacente al primer electrodo 16. De esta manera, una porción de electrodo estroboscópico 22 va separada entre el segundo electrodo 18 y el primer electrodo 16 de tal manera que el electrodo estroboscópico único 22 actúa a modo de línea estroboscópica tanto para el primer electrodo 16 como para el segundo electrodo 18, tal como se ve en la Fig. 1.

Tal como muestra la Fig.1 el electrodo o línea estroboscópica va conectado a la fuente de voltaje en 60.

La línea estroboscópica 22 porta una señal estroboscópica tal como, por ejemplo, una onda cuadrada en la realización preferente, (mostrada en la Fig. 6) a partir de una fuente 60. En la realización preferente cuadrada, la onda oscila entre 0 y + 5 voltios con una frecuencia entre 25 kHz y 50 kHz.

Alternativamente, la señal estroboscópica puede tener una frecuencia inferior a 25 kHz o superior a 50 kHz, dependiendo de la circuitería de detección empleada. Además, la señal estroboscópica puede oscilar entre 0 y + 3 voltios, 0 y + 12 voltios, 0 y + 24 voltios, -5 voltios y + 5 voltios, o cualquier otra gama de tensiones, dependiendo de la tensión fácilmente disponible del dispositivo controlado.

Preferentemente la señal estroboscópica tiene un tiempo de subida de aproximadamente 7 nseg. No obstante, también pueden emplearse tiempos de subida de hasta 110 nseg. e incluso más largos. Tiempos de subida más rápidos, tales como 7 nseg. Proporcionan impedancias de entrada más bajas y pueden ser preferidas. La señal estroboscópica crea un campo eléctrico en la almohadilla táctil, tal como se describe a continuación.

La señal estroboscópica tiene una arista de subida rápida (mostrada en la Fig. 6) la cual crea una diferencia en el potencial eléctrico entre la línea estroboscópica 22 en cada segundo electrodo 18 y primer electrodo 16. Esta diferencia de potencial entre los electrodos 15, 18 y 22 crea un campo eléctrico en forma de arco entre los electrodos, tal como muestran las líneas de trazos en la Fig. 2. El campo eléctrico se extiende más allá de la superficie frontal 12 y a través del substrato 10. Aunque no se ha mostrado en la Fig. 2, el campo eléctrico entre los electrodos 16, 18 y 22 sigue una trayectoria en forma de arco similar fuera de la superficie posterior 14 del substrato 10. Dicha trayectoria es casi una imagen de espejo de las líneas de trazos mostradas en la Fig. 2, que se extiende hacia abajo en vez de hacia arriba.

Tal como se muestra en la Fig. 2, los campos eléctricos creados están en oposición el uno con respecto al otro. Por ejemplo, los recorridos de los campos mostrados en la Fig. 2 se originan a partir del electrodo estroboscópico 22, en los lados opuestos del primer electrodo 16, y a partir del electrodo estroboscópico 22 en el segundo electrodo 18.

Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 1, una línea detectora o de salida 24 va unida al substrato 10 conectado a la salida del circuito diferencial 32, el cual se describe más adelante. La línea detectora 24 porta una señal de detección o de funcionamiento a partir de la almohadilla táctil 13 para activar la circuitería apropiada de detección o de control tal como se describe en detalle en mi de invención U.S. Nr. 5,594,222 que fue publicada en 14 de enero de 1997.

Tal como se muestra en las Figs. 1, 2 y 4, los componentes montados en superficie van conectados eléctricamente a la almohadilla táctil 13. Los componentes montados en superficie incluyen resistores 28 conectados entre el electrodo estroboscópico 22 y el segundo electrodo 18, y el resistor 30 conectado entre el primer electrodo 16 y el electrodo estroboscópico 22. El resistor 28 y 30 pueden tener un valor de 2,2 K ohms, tal como se muestra en la realización preferente, proporcionando con ello a la almohadilla táctil 13 una impedancia de entrada de descarga relativamente baja.

El circuito diferencial designado por lo general mediante el número de referencia 32 va conectado también a los electrodos 16, 18 y 22. El circuito diferencial 32 incluye dos transistores Q1 y Q2 dispuestos en un par diferencial con los emisores de ambos transistores Q1 y Q2 conectados al electrodo estroboscópico 22 a través del resistor 34.

La base del transistor Q1 va conectada al segundo electrodo 18 del resistor 28 con su colector conectado a tierra. La base del transistor Q2 va conectada al resistor 30 a través del primer electrodo 18. El colector del transistor Q2 va conectado a la línea detectora 24 y a tierra a través del resistor 48.

Preferentemente, cada transistor Q1 y Q2 es un transistor PNP, tal como el modelo de transistor número MPS3906. Alternativamente, un transistor NPN, MOSFET, o en lugar de un transistor PNP pueden emplearse cualquier otro componente eléctrico activo, accionable.

La Fig. 4 ilustra esquemáticamente también un acoplamiento de dispersión, parasítico y otro acoplamiento capacitivo entre los diversos electrodos 16, 18 y 22. El condensador 37 representa un acoplamiento capacitivo entre el electrodo estroboscópico 22 y el segundo electrodo 18. El condensador 33 representa un acoplamiento capacitivo entre el electrodo estroboscópico 22 y el primer electrodo 16. El condensador 35 representa la primera perturbación del campo del electrodo (es decir, formado como acoplamiento capacitivo entre el primer electrodo 16 y tierra). El condensador 36 representa la capacidad de la línea detectora de dispersión. El condensador 38 representa la perturbación del campo del segundo electrodo 18. El condensador 40 representa la capacidad de la línea estroboscópica de dispersión. El resistor 29 representa la resistencia del electrodo estroboscópico 22. El resistor 30 en la realización presente sirve para derivar el transistor Q2 durante la conducción del frente de los impulsos estroboscópicos y forma un recorrido de descarga de los condensadores 33 y 35. De manera similar, el resistor 28 forma un recorrido de descarga del condensador 37 y 38 y deriva el transistor Q1 durante la conducción del frente de los impulsos estroboscópicos.

El circuito diferencial 32 funciona de tal manera que los transistores Q1 y Q2 actúan como un par diferencial. El resistor 34 de emisor común sirve para generar realimentación negativa la cual generará la acción diferencial del circuito sensor. Si la base del transistor Q2 se polariza más que la base de Q1 fluirá más corriente a través del colector Q2 generando así un incremento de tensión a través del resistor 48. Si la base del transistor Q1 se polariza más que la base del transistor Q2, entonces la mayor parte de la corriente del emisor fluirá a través del colector o del transistor Q1 dejando así fluir menos corriente a través del colector del transistor Q2 generando una reducción de la tensión a través del resistor 48. Si la polarización aplicada a la base del transistor Q1 se aumenta y la polarización aplicada a la base del transistor Q2 se aumenta también a una tensión igual a la polarización en la base del transistor Q1, entonces el circuito diferencial se equilibra, y no existe aumento apreciable en la corriente del colector de Q2 y la variación de tensión a través del resistor 48, si es que se produce, será pequeña.

El circuito diferencial 32 proporciona varias ventajas con respecto al funcionamiento de los sensores táctiles 13. Dicho funcionamiento puede verse en las Figs. 5A-5D, las cuales representan la tensión de salida en la línea detectora 24 en respuesta a los diversos estímulos o falta de estímulos aplicados al primer y segundo electrodos 16 y 18. Tal como se muestra en la Fig. 5A cuando no hay estímulos en el primer y segundo electrodo, la señal 220 en la línea estroboscópica 22 subirá desde 0 voltios hasta un máximo de 5.0 voltios aproximadamente. Aunque haya una tensión de salida relativamente pequeña 240 en la línea detectora 24, debida principalmente a la ligera diferencia en la polarización de los transistores Q1 y Q2, la tensión de salida en la línea detectora 24 se encuentra a un valor mínimo de estado permanente.

Tal como se muestra en la Fig. 5B, con un estímulo aplicado al primer electrodo 16 (es decir, la punta de un dedo puesta en la superficie frontal 12 dentro del área del primer electrodo 16), y sin estímulo en el segundo electrodo 18, la tensión de salida en la línea detectora 24 sube hasta un máximo de más de 3.0 V, el cual es apreciablemente superior al valor de estado permanente, y a continuación cae exponencialmente. En la Fig. 5C, un estímulo aplicado solamente al segundo electrodo 18 da por resultado una tensión en la línea detectora 24 que es menor que la tensión de estado permanente. Finalmente tal como se muestra en la Fig. 5D, cuando se aplican estímulos a ambos primer y segundo electrodos 16 y 18, la tensión de salida es casi igual a la tensión de estado permanente.

El circuito diferencial 32 actúa para generar una salida proporcional a la diferencia entre los estímulos aplicados al primer y segundo electrodos 16 y 18. Así, la salida 24 es considerablemente más sensible a una diferencia en los estímulos aplicados al primer y segundo electrodos 16 y 18 que a la magnitud de los estímulos. Si sobre ambos primer y segundo electrodos 16 y 18 se sitúan cantidades importantes de contaminantes o materiales conductores, habrá diversas respuestas del sensor táctil 10 dependiendo de la naturaleza de los contaminantes, con tendencia de los contaminantes de mayor conductividad a generar respuestas más bajas. Dicha cantidad importante de contaminantes sólo necesita ser tan grande como para circundar la zona del segundo electrodo 18. Esta disposición hace al sensor táctil 10 altamente inmune a una falsa activación debido a la contaminación importante o material conductor en una zona localizada en tanto que permite respuestas a pequeñas diferencias entre el primer y segundo electrodos.

Además, el circuito diferencial 32 reduce al mínimo la derivación debida a cambios de temperatura en los componentes activos dado que la derivación de ambos transistores Q1 y Q2 cambiará a la vez, de manera que la corriente a través del resistor 48 no cambiará de manera importante. Finalmente, los cambios relativos a la tensión de alimentación, señales de entrada, ruido eléctrico de derivación del componente, etc., común a ambos electrodos 16 y 18 y transistores Q1 y Q2 tenderán a no afectar a la salida del circuito diferencial 32.

Además del circuito diferencial 32, pueden emplearse otros métodos para procesar la señal diferencial asociada con el primer y segundo electrodos 16 y 18, técnicas de diferenciación actuales y espejos críticamente empleados en amplificadores Norton, transistores tipo MOS, y amplificadores operacionales de entrada de tensión son ejemplos de los tipos de circuitos que podrían ser empleados.

Con referencia a una realización alternativa mostrada en la Fig. 3, los electrodos 16, 18, y 22, y la línea detectora 24 van unidos a un soporte flexible 25 fabricado de un material de poliéster tal como Consolidated Graphics Nr. Hs-500, Tipo 561, nivel 2, de 0.005 pulgadas de espesor. Los electrodos 16, 18 y 22 y la línea detectora 24 se forman empleando una tinta de plata conductora, tal como la Acheson Nr. 427 SS, 0,5 milésimas de espesor. Los componentes activos Q1 y Q2 se unen a continuación a los electrodos y a las líneas. Encima de los electrodos que las líneas se colocara una capa dieléctrica 27 para proteger las superficies conductoras. Preferentemente el dieléctrico es Acheson Nr. ML25089, de 1,5 milésimas de espesor. A continuación el soporte flexible 25 se une al substrato 10 empleando un adhesivo 29 tal como 3M Nr. 457. El soporte flexible 25 puede ser curvado y torcido para amoldarse a la forma del substrato 10.

Alternativamente, con referencia a la Fig. 2, los electrodos 16, 18, y 22, y la línea detectora 24 pueden estar unidos directamente al substrato 10. A continuación los componentes activos se unen a los electrodos 16, 18 y 22, y a la línea detectora 24.

En funcionamiento, la almohadilla táctil 13 es activada cuando el usuario aplica estímulos contactando o acercándose al substrato 10. La almohadilla táctil 13 detectará contacto mediante la punta de un dedo u otro apéndice que cause una disrupción suficiente del potencial del campo eléctrico entre los electrodos 16 y 18.

La corriente en la base de los transistores Q1 y Q2 se determina mediante la ecuación Ib=C(dV/dT) donde Ib es la corriente en la base, C es la capacidad del campo de la almohadilla táctil, y dV/dT es la variación de la tensión con respecto al tiempo. La variación de la tensión con respecto al tiempo se crea mediante la variación del nivel de tensión de la señal estroboscópica oscilante cuando un usuario contacta la almohadilla táctil 13 formada por los electrodos 16, 18 y 22 la capacidad del campo del condensador 33 se reduce mientras que de la capacidad del campo del condensador 35 aumenta. Debido a la estrecha proximidad relativa del electrodo 18 en la superficie posterior 14 con respecto al contacto del usuario en la superficie frontal 12 de la realización preferente, también habrá un aumento de la capacidad del campo en el condensador 38 aunque no tan grande como la capacidad del campo del condensador 35.

En la realización preferente, el transistor Q2 amplifica y amortigua la señal de detección en estrecha proximidad a la almohadilla táctil 13. Esto reduce la diferencia del nivel de señal entre almohadillas táctiles causada por longitudes conductoras diferentes y los recorridos de las pistas conductoras. Proporcionando un nivel de señal de detección más uniforme, es posible una mayor amplificación manteniendo a la vez que se mantiene el nivel de señal entre, por ejemplo, 0 ir y + 5 voltios.

En la realización mostrada en la Fig. 7, se elimina el electrodo estroboscópico 22. Las bases de los transistores Q1 y Q2 están conectadas aún al segundo y primer electrodos 18 y 16, respectivamente. La señal estroboscópica es aplicada directamente a las bases de Q1 y Q2 a través de los resistores 50 y 52. Q1 se polariza mediante el resistor 50 y la capacidad del campo desarrollada por el electrodo 18. De manera similar, Q2 se polariza con el resistor 52 y la capacidad del campo desarrollada por el electrodo 16. Se desarrolla una diferencia de potencial del campo generada por las tensiones transitorias aplicadas a los electrodos 16 y 18. La diferencia de potencial hará que la polarización en Q1 y la polarización en Q2 difieran proporcionalmente con la diferencia de potencial del campo asociada con los electrodos 18 y 16. Esta realización proporciona menos aislamiento entre el primer y segundo electrodos 16 y 18 comparada con el circuito de la Fig. 1. Incluso con menos aislamiento, existen muchas aplicaciones en las que el nivel de cumplimiento proporcionado por esta realización es adecuado. En esta realización alternativa de la Fig. 7, se mantienen los beneficios derivados de la insensibilidad de la disposición del circuito diferencial a las influencias de manera común, tales como los efectos asociados con el entorno de la aplicación, etc., mencionados más arriba.

Si bien sólo se han mostrado dos realizaciones de la presente invención, resultara obvio para los expertos en la materia que pueden realizarse numerosas modificaciones sin salirse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

1. Un aparato sensor para generar una señal de control en una línea detectora (24), comprendiendo dicho aparato:

al menos un primer electrodo (16);

al menos un segundo electrodo (18) posicionado próximo a dicho primer electrodo (16);

un circuito posicionado próximo a dicho primer y segundo electrodos (16, 18) incluyendo dicho circuito un primer y segundo nodos de entrada conectados a dicho primer y segundo electrodos (16, 18), respectivamente, y un nodo de salida conectado a dicha línea detectora (24);

una fuente de señal (60) para proporcionar señales eléctricas a dicho primer y segundo electrodos (16, 18);

en el que se genera un campo eléctrico entre dicho primer y segundo electrodos (16, 18) en respuesta a la señales proporcionadas a al menos uno de dichos primer y segundo electrodos (16, 18) mediante la fuente de señal (60);

en el que dicho primer y segundo electrodos (16, 18) están dispuestos de tal manera que el campo eléctrico es afectado por la presencia de un estímulo que comprende un contacto o acercamiento íntimo con un apéndice humano próximo a al menos uno de dichos primer y segundo electrodos (16, 18);

en el que dicho circuito genera una señal de control en dicha línea detectora (24) referida a la diferencia de potencial eléctrico entre dicho primer y segundo electrodos (16, 18) referidos al campo eléctrico;
y

caracterizado en que dicho circuito comprende además un primer y segundo transistores dispuestos a modo de amplificador diferencial, estando conectados los emisores de dichos primer y segundo transistores (Q1, Q2) a dicha fuente de señal (60) a través de un resistor (34) de tal manera que dicho resistor proporciona realimentación negativa.

2. Un aparato sensor para generar una señal de control en la línea detectora (24), comprendiendo dicho aparato:

al menos un primer electrodo (16);

al menos un segundo electrodo (18) posicionado próximo a dicho primer electrodo (16);

un electrodo estroboscópico (22) posicionado próximo a dicho primer y segundo electrodos (16, 18);

un circuito posicionado próximo a dicho primer y segundo electrodos (16, 18), incluyendo dicho circuito un primer y segundo nodos de entrada conectados a dicho primer y segundo electrodos (16, 18), respectivamente, y un nodo de salida conectado a dicha línea detectora (24);

una fuente de señal (60) para proporcionar señales eléctricas a dicho electrodo estroboscópico (22);

en el que se genera un primer campo eléctrico entre dicho electrodo estroboscópico (22) y dicho primer electrodo (16) y en el que se genera un segundo campo eléctrico entre dicho electrodo estroboscópico (22) y dicho segundo electrodo (18) en respuesta a las señales eléctricas proporcionadas a dicho electrodo estroboscópico (22) por dicha fuente de señal (60);

en el que dicho primer y segundo electrodos (16, 18) van dispuestos de tal manera que al menos uno de dichos primer campo eléctrico y dicho segundo campo eléctrico es afectado por la presencia de un estímulo que comprende un contacto o acercamiento inmediato con un apéndice humano próximo a al menos uno de dichos primer y segundo electrodos (16, 18);

en el que dicho circuito genera una señal de control en dicha línea detectora (24) referida a la diferencia de potencial eléctrico entre dicho primer y segundo electrodos (16, 18) referida a dicho primer campo eléctrico y dicho segundo campo eléctrico; y

caracterizado en que dicho circuito comprende además un primer y segundo transistores dispuestos a modo de amplificador diferencial, estando conectados los emisores de ambos primer y segundo transistores (Q1, Q2) a dicha fuente de señal (60) a través de un resistor (34) de tal manera que dicho resistor proporciona realimentación negativa.

3. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que las señales eléctricas proporcionadas por dicha fuente de señal (60) son impulsos de onda cuadrada.

4. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 2 comprendiendo además un primer resistor (30) conectado entre dicho primer electrodo (16) y dicho electrodo estroboscópico (22) y un segundo resistor (28) conectado entre dicho segundo electrodo (18) y dicho electrodo estroboscópico (22).

5. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que dicho primer y segundo electrodos (16, 18) van montados sobre un substrato (10) que comprende un material dieléctrico.

6. El aparato de la reivindicación 5 en el que dicho circuito va montado también sobre dicho substrato (10).

7. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que dicho circuito va montado sobre un material flexible.

8. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que dicho segundo electrodo (18) rodea esencialmente dicho primer electrodo (16).

9. Aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que dicho primer electrodo (16) esta dimensionado de tal manera que dicho electrodo puede ser cubierto por un apéndice humano.

10. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que la configuración de dicho segundo electrodo (18) se amolda a la configuración de dicho primer electrodo (16) y va separado alejado de dicho segundo electrodo (18).

11. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 2 en el que dicho electrodo estroboscópico (22) va colocado esencialmente entre dicho primer y segundo electrodos (16, 18).

12. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 4 en el que cada uno de dichos primer y segundo resistores (28, 30) tiene un valor tal que dicho aparato tiene una impedancia de entrada relativamente baja comparada con la impedancia en la inmediación de al menos uno de dichos primer y segundo electrodos (16, 18).

13. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 4 en el que dicho primer y segundo resistores (28, 30) polarizan dicho primer y segundo transistores (Q1, Q2), respectivamente, a una condición de conectado durante un flanco ascendente de al menos una de dicha señales procedentes de dicha fuente de señales (60).

14. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 comprende además un primer resistor (50) y un segundo resistor (52) conectados entre la fuente de señal (60) y el primer y segundo nodos de entrada, respectivamente, de dicho circuito.

15. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 14 en el que un primer y un segundo resistores (50, 52) polarizan dichos primer y segundo transistores (Q1 y Q2), respectivamente, una condición de conectado durante un flanco ascendente de al menos una de dichas señales procedentes de dicha fuente de señales (60).

16. El aparato según lo reivindicado en la reivindicación 1 o 2 en el que en respuesta a la falta de dicho estímulo del campo eléctrico afectando a cualquiera de dichos primer y segundo electrodos (16, 18), el voltaje de la señal de control producida por dicho circuito en la línea de detección (24) es mínimo.

17. El aparato según lo reivindicado en las reivindicaciones 1 o 2 donde en respuesta a la aplicación de dicho estímulo del campo eléctrico que afecta a dicho primer electrodo (16) y a una falta de estímulo del campo eléctrico que afecte al segundo electrodo (18), la tensión de salida de la señal de control producida por dicho circuito en la línea de detección (24) se eleva al máximo.

18. El aparato según lo reivindicado en las reivindicaciones 1 o 2 en el que en respuesta a la aplicación de dicho estímulo del campo eléctrico que afecta principalmente dicho segundo electrodo (18), el voltaje de la señal de control producida por dicho circuito en la línea de detección (24) es menor que cuando ningún estímulo del campo eléctrico afecta a ninguno de dichos primer y segundo electrodos (16, 18).

19. El aparato según lo reivindicado en las reivindicaciones 1 o 2 en el que en respuesta a la aplicación de dicho estímulo del campo eléctrico que tiene un efecto prácticamente igual tanto en el primer como en el segundo electrodo (16, 18), el voltaje de la señal de control producida por dicho circuito en la línea de detección (24) es aproximadamente el mismo voltaje de la señal de control producida por dicho circuito en la línea de detección (24) cuando ningún estímulo del campo eléctrico afecta a ni al primer electrodo (16) ni al segundo electrodo (18).

20. El aparato según lo reivindicado en las reivindicaciones 1 o 2 en el que dicho circuito produce una señal de salida en el nodo de salida proporcional a la diferencia del potencial eléctrico entre las señales aplicadas en el primer y el segundo nodos de entrada.