KR100279486B1 - 트랜스듀서 어레이 - Google Patents

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KR100279486B1
KR100279486B1 KR1019940000216A KR19940000216A KR100279486B1 KR 100279486 B1 KR100279486 B1 KR 100279486B1 KR 1019940000216 A KR1019940000216 A KR 1019940000216A KR 19940000216 A KR19940000216 A KR 19940000216A KR 100279486 B1 KR100279486 B1 KR 100279486B1
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패트릭 제이. 프란즈
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패트릭 제이. 프란즈
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Abstract

본 발명은 다수의 트랜스듀서가 서로 직병렬로 연결되어 있는 압력감지 트랜스듀서 어레이에 관한 것이다. 한 실시예에서, 저항층은 폴리에스터 필름위에 카본 또는 실크잉크로 형성된다. 저항층보다 큰 전도율을 가진 다수의 전도성 분기요소가 제2 폴리에스터 필름위에 형성된다. 필름은 저항층을 접촉하는 분기요소에 서로 인접하여 배치된다. 전압이 저항층 양단에 가해지고 압력이 거기에 가해진다. 압력이 증가하기 때문에, 분기요소위의 접점을 통하여 설정된 전류경로의 수는 저항층양단의 저항이 감소하고 전류흐름이 증가함으로써 증가한다. 다른 실시예에서, 다수의 플레이트 요소는 유전체층의 한쪽 평면에 포함된다. 다수의 플레이트 요소는 유전체층의 다른쪽 평면에 포함된다. 층이 가해진 힘에 따라 함께 밀리기 때문에, 플레이트 요소의 평면 양단에 측정된 전체 캐패시턴스가 변한다.

Description

트랜스듀서 어레이
제1도는 본 발명에 따라 구성된 트랜스듀서의 사시도.
제2(a)도는 저항층과 인접한 분로 요소를 통과하는 전류흐름 경로를 설명하는, 제2(b)도에서 2A-2A 라인을 따라 절개된 확대단면도.
제2(b)도는 분로 요소 및 저항층간의 몇 개의 전기접점을 도식적으로 설명하며 제1도의 트랜스듀서에 있는 분로로 요소 및 인접한 저항층 부분에 대한 확대도.
제2(c)도는 제2(b)도에서 설명된 각 접점에 대해서 저항대 압력의 그래프.
제2(d)도는 분로 요소 및 저항층 사이의 전기적 접촉점에 의해 형성된 다수의 전류경로를 설명하는 인접 저항층과 제1도에서 트랜스듀서의 4개의 분로 요소에 대한 확대 평면도.
제3도는 제1도의 트랜스듀서에 대한 저항 대 압력 그래프.
제4(a)도는 상호 직렬 접속 트랜스듀서 어레이의 개략도.
제4(b)도는 상호 병렬 접속 트랜스듀서 어레이의 개략도.
제5(a)도는 본 발명에 따른 상호 직-병렬 접속 트랜스듀서 어레이의 개략도.
제5(b)도는 제1도의 실시예에서 이루어진 직-병렬 접속의 개략 다이어그램.
제6(a)도는 다수의 직-병렬 전류경로를 설명하는 본 발명에 따른 병렬 패턴의 분로 요소에 대한 평면도.
제6(b)도는 다수의 직-병렬 전류경로를 나타내는, 본 발명에 따른 직렬패턴의 분로 요소에 대한 평면도.
제7(a)-7(d)도는 본 발명에 따라 여러 가지 모양과 패턴으로 형성된 분로 요소.
제8(a)-8(c)도는 본 발명에 따라 크기 범위에 따른 트랜스듀서 분로 요소.
제8(d)도는 제8(a)-8(c)도에 예시된 분로 요소 패턴을 가진 트랜스듀서에 대한 압력대 저항응답의 그래프.
제9(a) 및 제9(b)도는 본 발명에 따라 위치별 민감도의 차이를 달성하기 위해 다양한 패턴과 형태로 형성된 분로 요소를 갖는 트랜스듀서.
제9(c)도는 제9(a)도에 있는 트랜스듀서의 압력 대 저항응답의 그래프.
제10(a)도는 저항층에 장착되어 있기 때문에 서로 전기적으로 부분 절연되어 있는 전도성 분로 요소를 가진, 본 발명에 따라 구성된 트랜스듀서의 또 다른 실시예에 대한 사시도.
제10(b)도는 제10(a)도의 트랜스듀서 부분에 대한 확대단면도.
제10(c)도는 제10(b)도와 유사한 본 발명의 또 다른 실시도.
제11(a)도는 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 부분사시도.
제11(b)도는 제11(a)도와 유사한 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 부분사시도.
제12도는 본 발명에 따라 구성된 트랜스듀서의 분리사시도.
제13(a)도는 본 발명에 따라 구성된 용량성 압력 트랜스듀서에 대한 분리 사시도.
제13(b)도는 제13(a)도의 트랜스듀서 확대 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,112 : 트랜스듀서 12,14 : 폴리에스터 필름
12,14 : 폴리에스터 필름 18 : 저항층
22,24 : 전도성 접점 26 : 단자패드
30,32,56,58,64,66 : 분로 요소 42,44,46,48 : 접점
본 발명은 제 1형태의 에너지 레벨을 감지하여 제 2형태의 에너지 대응 값으로 변환하는 것에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 트랜스듀서의 어레이에 의해 이와 같이 수행하는 것에 관한 것이다.
소정의 현상을 측정할 때, 예를 들어 압력의 변화를 관련된 전기저항의 변화로 바꾸는 트랜스듀서를 가지고 압력을 측정할 때, 변환은 매끄럽고 반복 가능해야 한다. 압력 구동 제어 또는 처리센서와 같은 많은 응용에서, 선형 트랜스듀서 응답이 바람직하다.
종래 기술의 트랜스듀서는 내재된 많은 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 몇 가지 방법이 종래 기술에서 개발되었다.
예를 들어, 노이즈를 필터링하고, 시간적으로 교란이 일어나는 신호를 평균화시키고, 트랜스듀서의 응답을 선형화시키기 위해 전기회로가 사용된다. 상기 회로는 비용을 자신의 한계는 물론 트랜스듀서 및 관련 보상 회로의 조합된 응답에 가산한다.
이벤트오프의 미국특허 제 4,314,227 호에는 트랜스듀서에 가해진 압력의 증가에 응답해서 저항이 감소하는 전자 압력 감지 트랜스듀서를 기재하고 있다. 상기 특허에서는 상대적으로 전도성인 접촉 핑거의 두 세트가 서로 삽입된다. 삽입된 핑거는 낮은 전도성의 대면층(facing layer)에 대해서 가압된다. 상기와 같이 하는 것은 저항표면을 통해서 두세트의 삽입된 핑거간에 다수의 병렬접속을 형성한다. 트랜스듀서에 가해진 압력이 상대적으로 낮을 때, 대면층을 통해서 핑거간에 형성된 접점(contact)의 수 또한 작아진다. 이러한 동작 범위에서, 트랜스듀서는 비반복적, 비선형적 응답을 나타낸다. 상기 범위에서 트랜스듀서는 또한 상대적으로 노이즈가 강하다. 트랜스듀서에 가해진 압력이 증가함에 따라서, 핑거간의 접속의 개수 또한 증가한다. 이러한 범위에서 응답은 상당히 높은 압력이 가해질 때까지 여전히 비록 비선형적이지만 좀더 반복 가능하다.
삽입된 핑거간의 각 접속은 대면층을 통해서 서로 전기적으로 병렬상태에 있기 때문에, 단일의 낮은 저항 접속(resistance connection)은 접속수가 매우 크지않는 한 트랜스듀서의 응답을 좌우할 수 있다. 상기에서 알 수 있듯이, 상대적으로 낮은 압력이 트랜스듀서에 가해졌을 때, 접속의 수는 많지 않다. 하나 이상의 낮은 저항접속이 있을 때, 트랜스듀서의 응답은 노이즈가 강하고 매우 비선형적인 경향이 있다. 상기의 낮은 저항 접속은 삽입된 핑거의 표면마무리의 변화, 대면층의 저항변화 또는 트랜스듀서에 대한 물리적 손상의 결과와 같은 여러 가지 측면에서 일어난다. 삽입된 핑거의 수를 늘리는 것은 잠재적 접속의 수를 늘리게 되어 문제를 줄인다. 그렇지만 실제적으로, 핑거간의 우연한 단락없이 신뢰성있게 생산할 수 있는 핑거의 수와 분리에는 한계가 있다. 상기 단락은 트랜스듀서를 쓸모없게 한다.
렉 라이더(Lecklider)의 미국특허 제 4,897,629 호에는 인접한 저항층에 대해 압박될 수 있는 전도성 엘라스토머 물질을 포함한 가변제어장치가 기재되있다. 엘라스토머 물질이 저항층위에 가압될 때, 상기 물질은 점차적으로 좀더 큰 면적의 저항층을 분로(shunt)시킴으로써 저항층의 반대모서리에 접속된 두 전극 사이의 저항을 낮춘다. 상기 트랜스듀서는 엘라스토머 및 저항층의 저항뿐만 아니라 엘라스토머의 형태 및 그들이 서로 접촉하는 저항층의 표면 형태에 의존하는 응답 범위를 나타낸다. 상대적으로 낮은 노이즈의 선형 응답은 엘라스토머 및 저항층의 형태 뿐만 아니라 그들의 저항이 섬세하게 제어될 때 얻어질 수 있다.
엘라스토머 물질을 이용하는 다른 트랜스듀서는 물론 렉라이더의 트랜스듀서는 몇 가지 단점을 갖는다. 전도성 엘라스토머는 시간에 대해 히스테리시스를 트랜스듀서 응답에 주입하는 크리이프 효과(creep effect)를 나타낸다. 온도변화는 물질의 탄성을 변화시키고 결과적으로 트랜스듀서의 응답을 변화시킨다. 추가로, 엘라스토머 물질은 선택된 형태로 형성되어야 한다. 형태에 관계없이, 상승과 하강 모서리에서 엘라스토머 물질간의 접촉은 트랜스듀서의 응답을 좌우한다. 이에 따라 저항층을 접촉하는 형태의 주의깊은 제어가 좋은 응답을 위해 요구된다. 엘라스토머 물질을 변형시키기 위하여는 움직임이 요구된다. 그렇지만 많은 응용에서, 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 액튜에이터의 어떤 움직임 또는 근소한 움직임도 요구되지 않는다.
프렙(Froeb) 등의 미국특허 제 4,479,392 호에는 가해진 힘의 변화에 응답해서 변화하는 저항을 만들어내는 압력 트랜스듀서가 기재되있다. 프렙 등의 트랜스듀서는 평면의 저항표면에 마주하는 평면의 낮은 저항 분로를 포함한다. 분로 및 저항면적 모두 마주하는 평면 절연 기판위에 잉크 실크 스크린에 의해 형성된다. 상기 기판중 하나는 필름이며, 상기 필름에 대항하여 액츄에이터가 증가하는 힘에 응답해서 저항층의 표면적을 점차적으로 증가시키도록 움직일 수 있는 필름이다. 전도성 엘라스토머가 요구되진 않지만 액츄에이터의 형태에 대한 섬세한 제어는 필수적이다. 마주하는 저항층들은 접촉 면적만이 액츄에이터에 가해진 압력의 결과이도록 하기 위해 공간적으로 분리되어야 한다.
액츄에이터에 가해진 힘과 발생된 접촉의 표면적간의 선형관계는 바람직하지만 실제로는 달성하기 어렵다. 추가단점은 접촉면적의 상승 및 하강 에지를 따르는 접촉점(contact point ; 이하 접점)만이 트랜스듀서의 응답을 결정한다는 것이다. 가해진 힘에 응답하는 상승 및 하강 에지의 진행을 주의하여 제어하여야 한다. 위에서 알 수 있듯이 액츄에이터의 이동이 요구되며, 이것은 감지 응용에서 바람직하지 않다. 액츄에이터는 바람직하게는 엘라스토머 물질로 형성되기 때문에, 액츄에이터에 가해진 액츄에이터 압력과 분로된 표면적간의 관계는 시간과 온도에 따라 변할 수 있다.
종래 기술의 트랜스듀서에서 또 다른 문제는 트랜스듀서의 감도와 응답특성에 영향을 줄 수 있는 제조파라미터 제어의 부족이다. 상기 파라미터는 마주보는 층에 의해 만들어진 접촉간의 저항, 접촉의 형태 또는 엘라스토머 물질의 저항을 포함한다. 특히 대량의 제조시 상기 파라미터를 엄밀히 제어하는 것은 어려운 일이다. 바람직한 트랜스듀서의 응답을 규정하기 위해 쉽게 변화될 수 있는 제조 파라미터를 용이하게 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명은 제 1형태의 에너지 레벨을 감지하여 제 2형태의 에너지 대응 값으로 변환시키기 위한 장치를 포함한다. 다수의 트랜스듀서는 모든 트랜스듀서가 다른 트랜스듀서와 직렬 및 병렬로 접속되는 어레이로 상호 접속된다. 각 트랜스듀서는 제 1형태의 에너지 레벨을 감지해 제 2형태의 에너지 대응값으로 변환시키도록 동작한다. 제 2형태의 에너지를 측정하기 위한 장치는 제 1형태의 에너지가 어레이에 가해졌을 때 어레이 응답을 측정하기 위한, 어레이 주변부의 다수의 트랜스듀서에 접속된다. 본 발명에 따른 방법이 또한 제공된다.
본 발명의 일반적인 목적은 종래기술의 트랜스듀서에 관련된 문제를 해결한 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정되고 반복 가능한 응답을 가진 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 선형응답 및 상대적으로 낮은 노이즈를 갖는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 작은 힘이 가해졌을 때 포함되는 동작영역을 통해서 안정되게 응답하는 트랜스듀서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조공정 또는 물리적 손상에 기인한 단락의 위험이 없는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 한부분에서의 오작동이 전체 응답에 중대한 영향을 미치지 않는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전도성 엘라스토머 또는 성형된 엘라스토머 액츄에이터를 사용하지 않는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 얇고 트랜스듀서를 기동시키기 위해 인식 가능한 움직임을 요구하지 않는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사실상 전체 트랜스듀서 면적이 모든 동작 범위에 대해 트랜스듀서 응답에 기여하는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 트랜스듀서가 대량으로 제조될 때조차 트랜스듀서의 감도, 선형성, 작동범위가 손쉽게 제어될 수 있는 상기 파라미터에 의해 제어되는 트랜스듀서 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 구성된 트랜스듀서의 사시도는 제1도에서 일반적으로 도면 번호 10으로 도시되있다. 도시한 바와같이 본 발명의 트랜스듀서는 트랜스듀서의 어레이이다 ; 그렇지만, 본 발명의 실시예에서 사용되는 "트랜스듀서" 란 용어는 본 발명의 트랜스듀서 어레이를 지시하기 위한 것이다. 트랜스듀서(10) 안에는 제 1 및 2폴리에스터 필름(12,14)이 각각 포함된다. 본 명세서에서 필름(12,14)은 또한 사실상 비전도성 기판으로 언급된다. 필름(14)은 저항층(18)이 부착되는 평평한 표면(16)을 포함한다. 저항층(18)은 전도성 요소 또는 사실상 평면층으로 언급되고 바람직하게는 표면(16) 위에 스크린 프린트된 카본 잉크로부터 형성된다. 상기 카본 잉크는 바람직하게는 스퀘어당 5,000 내지 50,000ohms 의 저항을 갖는다. 저항층(18)은 평평한 노출된 면(20)을 포함한다. 전도성 접점(22,24)은 저항층(18)의 대향하는 단부에 전기적으로 접속된다. 접점(24)은 단자패드(26)와 통합해서 성형되는 반면에 접점(22)은 단자패드(28)와 통합해서 형성된다. 바람직하게는 단자패드(26,28)는 또한 스크린 프린팅 저항층(18)에 앞서 표면(16) 위에 스크린 프린트된다.
다수의 분로 요소(30,32)(shunt element)는 필름(12)의 하향 평면(34)(제2(a)도) 위에 부착되있다. 바람직하게는, 각 분로 요소가 저항층(18)보다 좀더 높은 전도성을 갖고, 바람직하게는, 표면(34) 위에 스크린 프린트된 실버 또는 카본 잉크인 것이다. 각 분로 요소는 분로 요소(32)위에 있는 표면(36)(제2(a)도)처럼 노출된 표면을 포함하고, 분로 요소(32)는 저항층(18) 위에 있는 표면(20)을 향하는 방향에 있다.
제1도에서 알 수 있듯이, 분로 요소(30,32)와 같은 분로 요소들은 서로에 대하여 엇갈려 있는 행과 열로 배열되있다. 분로 요소의 배열은 사실상 직사각 형태를 가진 트랜스듀서(10)의 실시예에서 각 분로 요소를 가진 클러스터 또는 팬턴으로써 언급된다.
동작시, 시트(12,14)는 제2(a)도에 나타난 것처럼 위치되고, 다시말해서, 분로 표면(36)과 같은 각 분로 표면은 사실상 저항층(18) 위에 있는 같은 높이로 인접한 표면(20)이다. 시트(14)의 하부는 사실상 평평한 지지면(보이지 않음)에 의해 통상 지지되고, 액츄에이터(역시 보이지 않음)가 필름(12)의 상부면에 제공됨으로써, 액츄에이터에 의해 가해진 압력에 비례하여 변화하는 힘으로 분로 요소 표면이 저항층 표면에 압력을 가한다.
오옴미터와 같은 저항측정장치가 단자(26,28)간에 제공됨으로써 제2(a)도 및 제2(d)도에 화살표(38)에 의해 지시된 것과 같은 방향으로 전계를 형성시킨다. 액츄에이터가 어떤 힘도 가하지 않을 때, 단자(26,28)간에 검출된 저항은 표면(20)과 본질적으로 어떤 접촉도 하지 않는 요소(30,32)와 같은 분로 요소를 가진 저항층(18)의 저항과 같다. 제2도를 참조하여, 액츄에이터가 어떤 압력을 가할 때, 제2(a)도에서 전류경로(40)에 의해 표시된 전류는 층(18)에 형성된다. 제2(b)도에서 도식적으로 예시된 것처럼, 분로 요소(32)와 같은 각 분로 요소에 대한 압력은 접점(42,44,46,48)을 만들어내고, 상기 접점을 통해서 전류는 층(18)과 분로 요소(32)사이를 흐른다.
전류경로(40)는 사실상 저항층(18)을 통과하는 매우 많은 수의 병렬 전류 경로에 대한 표현임을 알아야 한다. 압력이 액츄에이터에 가해졌을때, 제2(a)도에서 접점(42,44)과 같은 접점들은 전류가 경로(40)로부터, 접점(42)을 통과해 분로(32)속으로, 전류경로(49)를 따라, 접점(44)에서 분로 밖으로 흐르게 하고, 계속해서 저항층(18)을 흐르게 한다. 바람직한 실시예에서 저항층(18)은 사실상 분로 요소(32)보다 큰 저항을 가졌기 때문에, 접점(42,44) 사이의 저항층(18)에서는 접점(42,44) 사이의 전류경로(50)에 의해 표시된 전류 중 극소량만이 흐른다. 상기 사실은 접점(42,44)간에 저항층(18)에서의 저항을 효과적으로 단락시키는 효과를 가지므로서, 단일 전류경로의 경우에 비록 매우 경미하기는 하나 단자경로(26,28)간의 전체 저항측정치를 낮춘다는 것을 알 수 있다.
패드(26,28) 양단에서 측정된, 다시 말해서 경로(40)에서의 전류에의해 도시된 저항층(18)의 한 저항은 층(18)내의 전류경로의 길이, 즉 층(18)의 시트 저항에 의해 그리고 저항층의 면적과 기하학적 형태에 의해 결정된다. 패드(26,28) 양단에서 측정된, 분로 요소(32)에서 흐르는 전류 다시 말해서 경로(49)의 전류에 대해 저항은 분로 요소의 전류경로(49)의 길이, 즉 분로 요소의 시트 저항은 물론 각 접점(42,44)간의 저항에 의해 그리고 분로 요소의 면적과 기하학적 형태에 의해 결정된다. 실제로, 분로 요소(32)와 같은 선택된 분로 요소의 저항은 무시할 정도로 작다고 가정될 수 있다. 상기 사실은 경로(26,28) 양단에서 측정된 경로(40,49)의 전류에 대한 전체 저항은 저항층(18)의 시트저항, 저항층을 통해서 이동된 거리, 두 접촉(42,44) 양단에서의 접촉저항 및 접점(42,44) 사이의 거리에 크게 의존한다는 것을 의미한다.
제2(c)도는 각 접점(42-48)에 대해서 압력 대 저항관계를 도시한다. 제2(c)도에서 수치들(42a,46a,44a,48a)로 지정된 곡선들은 제2(b)도에서 대응되게 번호가 붙여진 각 점들에서 트랜스듀서에 가해진 압력 변화에 대한 응답에 대응한다. 곡선(42a,46a)상에 선택된 점들은 대략적으로 같은 압력하에 있지만 상당히 다른 저항값을 갖는다. 유사하게, 접점(44,48)은 다른 압력하에 있고 대략적으로 같은 저항값을 가질 수 있다. 실제로 상기 조건 둘다 알 수 있고, 각 접점에 가해진 힘 또는 압력을 제어하는 것이 어렵기 때문에 각 접점의 저항대 압력 관계를 제어하는 것은 어렵기 때문에 각 접점의 저항 대 압력관계를 제어하는 것은 어렵다. 작은 표면 변화와 분로 또는 저항층(18)에서 미세 돌출은 또한 각 접점(44-48)에 인가된 힘의 변화를 일으킨다. 작은 표면 변화와 분로 또는 저항층(18)에서의 미세 독출은 또한 각 접점에 대해 저항에 대한 압력의 변화를 일으킨다.
분로중 하나를 통과하는 전류경로(49)와 같은 각 전류경로에 기인한 저항변화는 상당히 제한된다. 단지 다수의 분로 요소가 조화롭게 전류 경로를 형성할때만, 패드(26,28) 양단에서 측정된 저항이 상당하게 변화한다. 상기 내용은 분로 요소를 통한 각 개별적인 전류경로에 의해 유입된 어떤 비선형성 또는 노이즈가 제한된다는 것을 의미한다. 단지 다수의 전류경로가 조화있게 분로 요소들을 통해서 경로가 형성될 때만 패드(26,28) 양단간의 저항은 상당하게 변화한다.
단일 접점 양단의 저항이 변한다면, 크게 변한다 할지라도 전체 결과는 심각하게 변할 것 같지 않고, 다시 말해서 단자(26,28)간의 저항은 심각하게 영향을 받지는 않는다. 전체 결과는 단지 접점(42-48)과 같은 상당한 비율의 접점이 조화있게 변할 때, 다시 말해 좀더 많은 수의 접점이 이루어질 때(또는 감소하는 압력의 경우에는 소멸됨) 및/또는 각 접점 양단의 저항이 액츄에이터에 의해 가해진 압력에 응답해 좀더 낮아질 때(또는 압력이 감소하는 경우에는 커짐)만 변한다.
분로 요소(32)위에 있는 각 접점(42-48)은 제2(c)도에서 곡선에 의해 예시된 것처럼 자신의 응답을 가진 분리 트랜스듀서(separate transducer)로 생각할 수 있다. 본 발명의 트랜스듀서 응답을 발생시키는 것은 바로 조화있게 작용하는 모든 접점들이다.
제2(d)도는 인접한 분로 요소 사이의 화살표에 의해 지시된 전계의 결과로서 그리고 트랜스듀서에 의해 가해진 압력에 의한 몇가지 예시한 전류 경로를 예시한다. 분로 요소는 전기적으로 서로 절연되어 있기 때문에, 한 요소에서 다음 요소까지의 경로만이 저항층(18)을 통과한다. 전류가 한 분로 요소의 단일 접점으로부터 저항성 층(18)으로 흐르고 동일한 분로 요소 또는 다른 분로 요소에 있을 수 있는 다른 접점으로 흐를 수 있다고 볼 수 있다. 동시에 전류는 다른 접점으로부터 분로 요소로 흐르고 다시 단일 접점으로 흘러 저항층(18)으로 흐를 수 있다.
제3도는 패드(26,28)에서 측정된 제1도의 트랜스듀서(10)의 압력 대저항 곡선을 도시하고 있다. 종래기술과 비교할 때 응답은 거의 선형적이며 많은 응용에서 선형화될 수 있다는 점을 주목하자.
선행기술과 비교한 바에 의하면 압력을 인가하지 않을 때 저항층(18)에 대한 저항은 일정하다. 압력이 증가할 때 초기작동 임계치(52)를 통과하기까지는 변화가 없다. 임계치(52)에서 트랜스듀서(10)의 분로 요소 상의 적어도 두 접점이 저항층(18)에 접촉된다. 접점은 분로 요소와 저항층(18)의 표면에 미세 돌출부의 불균일한 분포를 자연스럽게 발생시킴에 기인하여 밀집되는 경향이 있다. 이러한 것은, 트랜스듀서에 가해진 압력에 응답하여 형성된 초기 접점이 동일요소 상에 있게 되어, 임계치(52)에 도달하기 위하여 상대적으로 작은 압력을 요하게 되는 기회를 증가시킨다. 임계치(52)를 초과하면, 분로 요소와 저항층(18)간의 증가된 접점수를 형성한다. 각 접점이 형성된 후 각 접점 양단에 대한 저항변화는 비선형적으로 감소하는 경향이 있다. 각 접점 양단에 대한 저항에 있어서의 비선형 감소와 결합된 전체 접점수의 상대적인 급증가는 제3도의 곡선에서 지시된 바와같이 트랜스듀서의 동작범위에 대하여 거의 선형의 순저항을 안전하게 감소시킨다.
더 높은 압력에서, 추가 접점이 형성되는 비율은 느리고 접점의 저항은 하한에 도달하는 경향이 있다. 이러한 것은 매우 높은 동작압력에서 포화범위(54)를 만든다. 압력이 감소할 때 역효과가 있으며 순저항은 거꾸로 압력이 가해지지 않은 초기조건으로 동일곡선을 따라가게 된다.
제4(a)도는 서로 직렬 접속된 트랜스듀서(55,57)와 같이 트랜스듀서 어레이를 개략적으로 도시한다. 트랜스듀서의 각각은 트랜스듀서(57)에 대한 라인(59,61)과 같은 한 쌍의 라인을 포함하며 상기 라인 상에 트랜스듀서에 가해진 에너지에 응답하여 출력이 발생된다. 상기 어레이는 상기 어레이에 가해진 에너지에 응답하고 어레이의 각 트랜스듀서 출력의 합과 동일한 출력(63,65)을 포함한다. 제4(a)도의 어레이의 트랜스듀서가 종래기술을 압력 감지 트랜스듀서로 고려된다면 어레이 출력은 어레이의 각 트랜스듀서의 저항의 합과 동일하다. 어레이에서 한 트랜스듀서가 비정상적으로 높은 하나의 저항을 만든다면 상기 저항이 어레이의 응답은 좌우하게 된다는 것을 알 수 있다.
제4(b)도는 서로 병렬 접속되도록 재구성된 제4(a)도의 트랜스듀서를 개략적으로 도시하고 있다. 제4(b)도에서 출력(63,65)은 어레이의 각 트랜스듀서의 병렬 덧셈(parallel addition)과 같다. 어레이에서 트랜스듀서가 종래기술의 압력 감지 트랜스듀서로 고려된다면 출력(63,65)의 양단에서 측정된 어레이의 저항은 1/((1/R55) + (1/R57) + ... + (1/Rn))이며 여기서 Rn은 어레이내의 각 트랜스듀서의 저항과 동일하다. 제4(b)도에 도시된 어레이에서 비정상적으로 낮은 하나의 저항은 어레이 응답을 좌우하게 된다는 것을 알 수 있다.
제5(a)도는 실제 모든 트랜스듀서 라인이 요소(67,69)와 같은 접속 웨이팅 요소(connection weighting element)를 경유해 다수의 다른 트랜스듀서와 접속되도록, 재구성된 제4(a)도 및 제4(b)도의 트랜스듀서의 개략도이다. 제5(a)도에서 라인(59a,59b,61a,61b)과 같은 다수의 출력 라인은 각 트랜스듀서에 제공된다. 제5(a)도의 구조는 직렬 및 병렬 접속을 사용하여 모든 트랜스듀서를 다른 트랜스듀서와 접속한 것으로 도시되었다. 어레이내의 트랜스듀서가 종래기술의 압력 감지 트랜스듀서로 고려되고 웨이팅 요소가 고정 저항이라면, 출력(63,65) 양단에 가해진 전압때문에 흐르는 전류는 경로(71)에 도시된 바와같이 각 전류경로에 흐르는 모든 전류의 합과 같다. 제5(a)도의 어레이는 트랜스듀서(10)에 대하여 기술된 바와 같이 비슷한 방법으로 동작한다.
이러한 것은 트랜스듀서(10)에서 접점(42,44, 제2(b)도)과 같은 접점을 고려하는 트랜스듀서(55,57)와 같은 각각의 트랜스듀서를 가지는 트랜스듀서(10)의 모델로 제5(a)도의 어레이를 고려함으로써 알 수 있다. 요소(67,69)와 같은 웨이팅 요소는 트랜스듀서(10)의 저항층(18)을 나타낸다. 제5(a)도의 모델에 나타난 접점은 동일한 분로 요소 또는 다른 분로 요소에 있을 수 있다. 실제로, 모든 접점은 다른 모든 접점과 접속될 수 있는바 엄청나게 많은 수의 가능한 전류경로를 만들게 된다. 단일 경로에서 흐르는 전류의 변화는 출력(63,65)에서 측정된 전체 전류에 대한 비교적 작은 효과를 가진다. 많은 접점의 저항이 함께 변할 때에만, 출력(63,65)에서 측정된 전류에 있어서 인지 가능한 변화가 있게 된다. 전체 응답 레벨이 제4(a),4(b)도의 트랜스듀서 어레이의 레벨보다 더 작은 동안 노이즈 및 선형성은 제5(a)도의 어레이를 사용하여 개선된다. 트랜스듀서의 직렬 및 병렬접속(접점)은 어레이에서 트랜스듀서(접점)의 위치에 불구하고 전체 어레이 응답에 각 트랜스듀서가 기여하게 한다. 웨이팅 요소(저항층 (18))는 어레이 응답을 평탄화 및 평균화하는 경향이 있다.
제5(b)도는 제5(a)도의 트랜스듀서(10)보다 더욱 상세하게 도시한 도면이다. 어레이의 각 저항은 응답을 압력에 따라 변화하는 저항값을 가지는 단일접점을 나타낸다. 다수의 전류경로는 어레이출력(63,65)간에 위치한다.
제6(a)도에서, 본 발명에 따라 구성된 트랜스듀서는 이전에 설명한 바와같은 수와 대응하는 구조를 가진다. 제1도의 필름(12,14)은 제6(a)도의 도면에서는 생략되었으나 제6(a)도의 트랜스듀서가 일반적으로 트랜스듀서(10)와 같은 방법으로 동작하도록 구성된다는 것을 인지할 수 있다. 제6(a)도의 트랜스듀서는 상술한 바와같이 다수의 전류경로를 가지기 때문에 제4(a)도의 모델에 따라 동작하지 않고 제5도의 모델에 따라 동작한다.
제6(b)도에서, 본 발명에 따라 구성된 트랜스듀서는 이전에 설명한 바와같은 수와 대응하는 구조를 가진다. 제1도의 필름(12,14)은 제6(b)도의 도면에서는 생략되었으나 제6(b)도의 트랜스듀서가 일반적으로 트랜스듀서(10)와 같은 방법으로 동작하도록 구성된다는 것을 인지할 수 있다. 제6(b)도의 트랜스듀서는 상술한 바와같이 다수의 전류경로를 가지기 때문에 제4(b)도의 모델에 따라 동작하지 않고 제5도의 모델에 따라 동작한다.
제7(a)도 내지 제7(d)도는 여러 형태 및 패턴으로 형성된 트랜스듀서의 분로 요소를 도시하고 있다. 제7(a) 내지 제7(d)도에 기술된 분로 요소는 제1도의 트랜스듀서의 필름(12)에 설치되며 대응하는 저항층(18)은 명료하게 하기 위해 제7(a) 내지 제7(d)도에 도시되지는 않았으나 제공된다. 각도면에서, 전계인가 방향은 임의의 방향일 수 있으나 수직방향 전계가 바람직하다. 제7(a)도에서, 육각형 패턴은 규칙적 형태에 유용하며, 각각의 요소에 대하여 바로 이웃의 인접한 패턴의 개수(6)가 유용하다.
제7(b)도는 지그-재그 패턴이다. 각 분로 요소는 인접한 요소와 다소 다른 기하학적 상호관계를 가진다. 에컨대 분로 요소(56)(58)는 비교적 짧은 인접경계를 공유하기 때문에 요소(56,58)의 접점간의 평균거리는 상대적으로 높다. 다른 한편, 분로 요소(56,60)는 매우 큰 공동경계를 가지며 따라서, 접점간에 더 짧은 평균거리를 가진다. 이러한 차이는 다른 분로 요소에서의 접점간의 저항의 균일성을 변화시켜서 트랜스듀서의 응답을 변화시킨다.
제7(c)도는 포개진 V자형 수장구조를 가지는 분로 요소의 오프셋행(row)을 도시하고 있다. 인가된 전계의 수직방향에서, 가장 짧은 전류경로는 형태의 쌍의 교차시키는 경향이 있으며(교차쌍형), 따라서 전류경로에 기여하도록 추가 분로에 대한 접점의 경향을 배가시킨다. 전류경로에 기여하는 분로의 수와 접점의 수의 증가는 트랜스듀서 응답을 안정화시킨다.
제7(d)도는 평행사변형의 블럭의 행을 도시한다. 이러한 패턴은 추가 전류 경로에 기여하는 다른 분로 요소의 접점 수를 증가시키는 경향이 있다. 선택된 분로상의 소정 접점으로부터 거리가 인가된 전계의 바람직한 수직 방향으로 증가함에 따라, 접점이 다른 분로상에서 만나는 확률도 역시 증가한다. 이러한 것은 상기 패턴을 통한 전류경로가 다수의 분로를 취하는 경향이 있기 때문에 다수의 교류전류 통로를 증가하며 트랜스듀서 선형성을 개선한다는 것을 의미한다.
요소들간에 국부 상호접속의 개수와 균일성을 최대화하는 모양과 패턴을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 것은 소정의 감도를 희생하여 트랜스듀서의 선형성 및 안정성을 개선한다. 감도는 간단한 외부 증폭에 의해 보상될 수 있는 반면에 선형성 및 안정도의 보상은 외부적으로 보상하면 매우 많은 경비가 든다. 각 분로 요소간의 공간은 선형성 뿐만 아니라 트랜스듀서 응답의 변화를 만들도록 변화될 수 있다.
인가된 전류축에 따라 더 긴 모양은 더 넓은 신호의 스윙, 더 큰 감도 및 감소된 선형도를 가진 트랜스듀서가 되는 경향이 있다. 더 넓은 모양은 소정의 선형성을 희생하여 감도를 개선시키는 경향이 있다. 동일영역에서 더 작은 수의 요소와 비교할 때 소정 영역에서 분로 요소의 수를 증가시킬수록 감도는 낮아지고 선형형은 증가하게 된다. 이러한 변화는 제8(a), 8(b) 및 8(c)도에 도시된 분로 요소 크기 및 패턴을 도시적으로 설명된다.
제8(a)도는 저항층(18)에 대하여 가압된 다수의 분로 요소를 도시한다. 제7(a)도 내지 제7(d)도에 도시된 실시예에서와 같이 트랜스듀서의 나머지 구조는 설명하기 위하여 도시되지 않았다. 그러나, 필름 접점, 패드, 액츄에이터 등을 포함하는 제1도의 트랜스듀서(10)와 관련하여 상술한 것과 유사한 구조가 제공되며, 트랜스듀서(10)와 관련하여 상술한 것과 같이 일반적으로 동작한다는 것을 알 수 있다. 제8(a)도에서 분로 요소의 행은 엇갈린(staggered) 패턴으로 배열된다. 제8(b)도는 유사한 패턴의 분로 요소를 도시하며, 제8(b)도 패턴의 각 분로 요소는 제8(a)도의 분로 요소 보다 더 길며 넓다. 따라서 제8(b)도의 실시예에서는 동일영역에 작은 수의 분로 요소가 나타난다. 제8(c)도에 관하여 단지 두개의 분로 요소가 제공되고, 상기 두 분로 요소가 제8(a)도 및 제8(b)도의 분로 요소와 실제로 동일 영역을 함께 커버한다.
제8(d)도는 제8(a), 8(b) 및 8(c)도의 트랜스듀서 각각에 대한 압력 대 저항의 관계를 도시한 그래프이며, 제8(d)도에서 각각의 곡선은 해당 도면 부호를 사용하여 식별된다. 곡선(8A)은 비교적 선형이기는 하나 감도가 작으며, 즉 곡선(8B,8C)과 비교할 때 압력에 대한 저항변화가 더 작다는 것을 알 수 있다. 곡선(8B)은 곡선(8A) 보다 더 감도가 있으며 비선형이지만, 곡선(8C)에는 미치지 않는다.
요구된 응답, 예를 들어 압력대 저항의 상호관계의 응답에 따라, 모양, 크기, 분로 요소의 수 및 패턴은 특정결과를 얻기 위하여 선택될 수 있다. 이러한 각각의 파라미터는 제조시 쉽게 제어되는데, 따라서, 본 발명에 따라 제조된 트랜스듀서의 균일성 및 응답에 대한 제어가 용이해진다. 예를 들어 스크린 프린팅은 분로 요소의 모양, 크기 및 패턴에 대해 매우 양호한 제어를 하게 한다.
제9(a)도를 고려하면 큰 중심 분로 요소(62)는 요소(64,66)와 같은 더 작은 외부 분로 요소로 둘러싸인다. 제9(a)도에서, 트랜스듀서의 중심부는 단일의 큰 분로 요소에 대한 예상 가능한 응답, 즉 높은 감도와 심한 비선형성을 나타내는 경향이 있다. 트랜스듀서의 외부는 다수의 더 작은 분로 요소에 대한 예상 가능한 응답, 즉 감소된 감도와 양호한 선형성을 나타내는 경향이 있다.
제9(c)도는 구형으로 변형 가능한 부재에 의해 작동할 때 제9(a)도의 트랜스듀서에 대해 압력 응답곡선(9A)을 도시한다. 분로 요소(62)와 저항성층(18)간의 접촉쌍이 발생할 때까지 매우 낮은 압력에서 초기 전기가 통하지 않는 영역(68)에 있다. 트랜스듀서의 표면은 구형에 의해 불균일하게 작동하기 때문에, 즉 힘이 인가됨에 따라 점차적으로 더 큰 영역을 커버하기 때문에 중심 분로(62)는 접촉을 형성하도록 제 1영역에 존재한다. 초기응답영역(70)은 감도가 좋고, 비선형적인 응답을 나타낸다. 중심영역(72)에서 중심 분로(62)는 포화되며 응답은 분로 요소(64,66)와 같이 더 작은 분로 요소에 의해 좌우된다. 더 높은 압력에서 모든 요소는 접점 개수뿐만 아니라 각 접점 양단의 저항구간에 있어서 포화에 도달하며 포화영역(74)에서 도시한 바와같이 트랜스듀서의 응답은 단조롭게 된다.
제9(b)도는 다른 패턴의 세가지 영역이 세 가지 응답형을 만드는 또다른 분로 요소의 구성을 도시하고 있다. 분로 요소(76)와 같은 가장 작은 분로 요소에 관련된 영역에서 응답은 거의 선형이기는 하나 매우 감도가 좋지는 않다. 분로 요소(78)와 같은 중간 크기의 분로 요소의 영역에서, 응답은 중간 정도인 반면에, 단일의 큰 분로 요소(80)에서 응답은 감도는 있으나 심하게 비선형이 된다. 조작자는 적합한 영역의 액츄에이터(도시되지 않음)을 가압함으로써 목표된 응답을 선택할 수 있다. 느리며 원활한 제어가 요구된다면 조작자는 분로(76)와 같은 더 작은 분로를 위치시킨 영역을 누르게 된다. 중간의 선형응답이 요구된다면 조작자는 분로(78)와 같은 중간크기 분로의 영역을 누르게 된다. 급한 비선형 응답을 요구한다면 동작기는 분로(80)에서 액츄에이터를 누를 수 있다. 물론, 다른 크기의 분로 요소간의 경계를 누르는 것은 두가지 형태의 분로 요소의 응답에 대해 중간이 되는 응답을 야기한다. 따라서, 쉽게 선택 가능한 응답을 가지는 조작자 제어가 제공된다.
제10(a)도의 또 다른 트랜스듀서에 대한 실시예를 고려하면 분로 요소(30,32)와 같은 분로 요소는 제1도의 트랜스듀서(10)와 같이 필름(12)상에 직접 설치하지 않고 오히려 높은 저항의 배경층(82)상에 설치된다. 따라서, 각 분로 요소는 각기 다른 분로 요소로부터 부분적으로 절연된다. 따라서 분로 요소가 분로 요소의 저항층(82)을 경유하여 다른 요소 모두에 이미 부분적으로 접속되어 있기 때문에, 각 분로 요소는 분로 요소와 저항층(18 : 제10도에는 도시되지 않았음)간에 만들어진 단일 접점을 사용하는 전체 트랜스듀서 응답에 관계한다. 각 분로 요소간에 상대적으로 좁은 갭에서 단지 효율적인 저항이 발생하므로, 일반적으로 층(82)은 높은 저항물질이다.
제10(b)도에 도시된 바와같이, 저항층(82)은 저항층(82)에 형성된 분로 요소(30,32)와 같은 각각의 분로 요소를 가지는 필름(12)상에 직접 형성된다. 따라서, 유한 저항인데 그 하나는 선택된 분로 요소와 층(82) 상의 각기 다른 분로 요소간의 개략적인 저항으로 도시된다.
제10(c)도는 분로 요소(30,32)가 제1도의 트랜스듀서의 경우와 같이 필름(12) 상에 직접 형성되는 또다른 실시예를 도시한다. 그후에 저항층(82)은 개략도시된 저항에 의하여 설명되는 바와같이 분로 요소 상부에 대하여 형성되며, 이에 따라 분로 요소를 다른 하나와 접속시키게 된다. 제10(c)도 의 트랜스듀서에서, 층(82)은 제1도의 층(18)과 같이 대향된 저항층에 대하여 액츄에이터(도시되지 않음)로 가압된다. 층(82)의 표면밑에 있는 제10(c)도의 분로 요소(30,32)는, 트랜스듀서(10)와 관련하여 설명된 바와같은 저항층(18)에 대하여 표면(82)을 누를 때 인접 전류경로를 제공하는 층(82)의 표면상에 국부적으로 낮은 저항을 야기시킨다.
제11(a)도를 고려하면, 필름(12)은 범프(84)와 같은 다수의 전도성 엘라스토머 범프를 포함한다. 제11(a)도의 트랜스듀서에서 엘라스토머 범프는 이전에 설명된 트랜스듀서에서 분로 요소와 같은 유사한 목적에 이용된다. 범프는 여러 형태로 형성될 수 있는데 제11(a)도에 도시된 성형된 구형섹션, 스크린 프린팅 사각형 또는 다른 형으로 변화될 수 있다. 이미 설명된 바와같이, 전도성 엘라스토머 범프는 스크린 프린팅된 전도성 잉크나 하드접점과 비교하여 다수의 장,단점을 가진다. 범프(84)가 제1도의 층(18)과 같은 대향저항층에 대하여 압력을 가할 때 이미 설명한 바와같이 범프는 저항층의 선택된 부분을 단락시킨다.
제11(b)도의 실시예에서, 엘라스토머 시트(86)는 다수의 전도성 엘라스토머 영역(88)을 포함한다. 제11(b)도의 실시예에서, 엘라스토머 시트(86)는 비전도성이거나 또는 시트(86) 보다 더 낮은 저항에 있는 영역(88)에서 비교적 높은 저항을 가진다. 따라서, 앞의 트랜스듀서의 실시예와 관련하여 설명한 바와 같이, 제11(b)도의 트랜스듀서에서 영역(88)과 같은 전도성 영역은 층(18)과 같은 저항층에 대하여 시트(86)에 압력을 가할 때 분로 요소와 같은 목적으로 이용된다.
제12도를 고려하면, 도면번호(90)로 도시된 것은 본 발명에 따라 구성된 압력 감지 트랜스듀서에서 네개의 요소의 가변 저항이다. 이하 더욱 상세히 도시하는 바와같이, 트랜스듀서는 접촉 전극쌍과 대향 패턴의 분로 요소를 가지는 저항성 표면을 각기 포함하는 네개의 압력 감지영역을 가진다. 트랜스듀서(90)는 컴퓨터키보드에 사용되는 같은 크기의 죠이스틱 포인팅 장치에 이용하기가 특히 적합하다. 미합중국 특허 제 5,124,689 호에 기재된 상기 장치의 예를 이하 참고로 설명한다. 각기 누름 감지영역은 네개의 대각선 방향중 하나에서 압력을 감지한다.
비전도성 필름(91)은 단자패드(92,94) 및 각 패드와 접속된 트래이스(96)를 지지한다. 패드(92)는 네개의 저항층(98,100) 각각에 차례로 접속된 트래이스와 접속된다. 다른 네개의 패드 각각은 네개의 층중 하나와 접속된다. 층(98,100)과 같은 층은 트랜스듀서(10)의 층(18)과 실제로 같은 방법으로 같은 모양과 기능으로 형성된다.
다수의 분로 요소는 박스(102)의 하나인 점선박스에 의해 지시된 패턴으로 배열된다. 분로 요소의 각 패턴은 필름(91)에서 층(98,100)과 같은 대응저항층에 대향하는 제2필름(104)의 하부에 형성된다. 클리어런스 홀(106,108)은 키이스위치 메카니즘(제12도에 도시되지 않음)의 통과를 허용하도록 각기 필름(104,91)에 형성된다. 접착부(도시하지 않음)는 필름(104)에 형성된 탭(110)의 하부에 형성된다. 접착층은 필름(109,91)을 서로 접착시키며 층(98,100)과 같은 대응 저항성 층에 대향하는 패턴(102)과 같은 각 분로 요소 패턴의 배열을 유지한다. 트랜스듀서(90)의 네개의 누름감지영역의 각각은 이미 설명한 바와 마찬가지로 컴퓨터 키이 스위치에 의해 인가된 압력에 응답하여 동작한다.
트랜스듀서(90)의 네개의 누름감지영역을 점속하는 가능한 많은 방법이 있다. 도시한 바와같이, 네개의 영역은 패드(92)와 접속된 공동리드를 공유하며, 각각의 패드는 나머지 패드들 중 다른 하나와 분리접속을 가진다. 또다른 이용구조는 저항성층(98,100)이 직렬 접속된 차동 전압분배기(differential voltage divider)이다. 전압이 직렬접속된 층의 양단에 인가되며 두층의 공동접속에서 전압이 측정된다. 층(98,100)과 관련한 두 트랜스듀서의 응답이 충분히 선형이며 동일하다면, 두개의 트랜스듀서의 차동적 작동에 일치하는 전압이 결과가 된다.
제13(a)도에 지시된 바와같이, 본 발명에 따른 구조의 또다른 트랜스듀서는 도면번호 112로서 도시된다. 트랜스듀서(112)는 인가된 압력 또는 힘의 변화를 커패시턴스의 변화로 변환시킨다.
요소(114,116)와 같은 다수의 플레이트 요소는 폴리에스테르 필름(118)의 하향 표면에 형성된다. 제 2폴리에스테르 필름(120)은 그에 형성된 전기접점(122,124)을 포함한다. 플레이트요소(126,128)와 같은 플레이트 요소는 접점(122,124)간의 필름(120)에 형성된다. 유전층(130)은 필름(118)상의 플레이트 요소와 필름(120)상의 플레이트 요소 사이에 위치한다. 층(130)은 고무 시트의 경우와 같이 탄성변형 가능성이 있다.
압력이 유전층(130)을 누르는 방식으로 트랜스듀서(112)에 압력이 가해질 때 필름(118) 상의 플레이트는 필름(120)상의 플레이트를 향해 압력을 가한다. 이것은 접점(122,124) 양단에서 측정된 커패시터의 변화를 야기한다. 대향하고 있는 플레이트의 오버랩핑 세트는 다수의 캐패시터를 형성한다. 캐패시터에서 국부증가를 야기하는 불균일한 압력은 접점(122,124)에서 측정된 바와같은 전체 캐패시턴스에 심한 영향을 미치지 않는다. 유사하게 대향 플레이트간의 국부적 단락은 트랜스듀서를 이용할 수 없게 하지 않는다. 상기의 영향을 받은 플레이트는 전기접점에 대하여 측정되는 출력에 더이상 간단히 기여하지 않는다.
본 발명의 트랜스듀서 어레이는 여러 형태로 이용할 수 있게 된다. 분로 요소는 저항층보다 더 높은 저항을 가질 수 있는데 예컨대, 카본이 상대적으로 낮은 강도를 가지는 것을 제외하고 매우 선형적이며 원활한 트랜스듀서를 만들도록 분로 요소를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 카본이나 실버잉크가 아닌 추가 다른 물질, 예를 들어 전도성 플라스틱이 트랜스듀서에 이용될 수 있다. 광선, 온도등에 응답하는 다른 트랜스듀서는 본 발명을 수행하는데 이용할 수 있다. 어레이에서 단일 트랜스듀서의 응답에 비교되는 어레이응답을 평탄화하며 평균화하는 요소간의 웨이팅은 전류가 흐르는 어레이의 경우에 통상적인 저항성이 된다. 그러나, 웨이팅 요소는 전류가 흐르지 않는 트랜스듀서 어레이에서 기계적인 다른 형상을 취할 수 있다. 평탄화와 평균화는 능동요소를 가진 신경회로망과 같이 단순 연산없이 제공된다.
바람직한 실시예에서 본 발명의 원리를 설명하며 기술한 바와같이 당업자라면 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 여러가지 배열의 변형을 가할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 출원인은 다음의 첨부된 청구범위의 기술요지 및 범위내에서 가해지는 모든 변형을 청구하는 바이다.

Claims (10)

  1. 가해진 물리적 힘에 따라 저항 값을 발생시키는 트랜스듀서에 있어서, 제 1 비전도성 기판 ; 상기 제 1 기판 위에 형성된 평면 전도성 요소 ; 상기 전도성 요소 상의 제 1위치에 접속된 제 1 접점 ; 상기 제 1 위치와 이격된 상기 전도성 요소의 제 2 위치에 접속된 제 2 접점 ; 제 2 비전도성 기판 ; 상기 제 1 기판에 대향하여 배치된 상기 제 2 기판 상에 분로 요소의 클러스터를 형성하도록 장착된 다수의 분로 요소를 포함하는데, 상기 전도성 요소와 상기 분로 요소는 서로 마주하며; 가해진 물리적 힘에 따라 상기 제 1 및 제 2 기판을 서로 압착시키는 수단 ; 및 상기 분로 요소 및 상기 전도성 요소 사이의 전기 접점간의 변화로부터 발생하는 상기 제 1 및 제 2 접점간의 저항 변화를 측정하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분로 요소들을 서로 상호 접속하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상호 접속하는 수단은 분로 요소간의 직렬 및 병렬 접속을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판들을 서로 압착시키는 수단은, 상기 기판들을 지지하기 위한 평면 지지면; 및 상기 기판 위에 배치된 하부면을 구비하고 상기 하부면과 상기 지지면 사이에서 상기 기판들을 압착시키기 위하여 반대로 압력을 가할 수 있는 액츄에이터 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제 1 비전도성 기판은 필름으로 형성되며 상기 전도성 층은 상기 제 1 기판 위에 스크린 프린팅되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제 2 비전도성 기판은 필름으로 형성되며 상기 분로 요소는 상기 제 2 기판 위에 스크린 프린팅된 전도성 잉크로 형성되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 분로 요소는 트랜스듀서의 목표한 압력 대 저항의 동작 특성을 제공하기 위하여 선택된 사전 설정된 기하학적 패턴으로 크기 설정 및 배치되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 각각의 분로 요소는 직사각형인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 분로 요소는 행 및 열의 직사각 어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  10. 제9항에 있어서, 어레이의 행은 서로에 대하여 엇갈려 있는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
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