MXPA97003068A - Sensor de efecto de campo - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sensor de contacto de baja impedancia detecta el contacto manual de un substrato eléctrico realizado por un usuario humano. El sensor de contacto incluye una primera almohadilla del electrodo conductor que tiene forma geométrica continua cerrada, y un segundo electrodo conductor que rodea de manera substancial al primer electrodo en una relación espaciada y coplanar. El primero y segundo electrodos están dispuestos sobre la misma superficie del substrato. Un elemento eléctrico activa estáubicado en el substrato, cerca del primero y segundo electrodos, y esta eléctricamente acoplado al primero y segundo electrodos.

Description

SENSOR DE EFECTO DE CAMPO Campo del Invento El presente invento se refiere a un sistema de panel sensible al tacto y más especialmente a un sensor de contacto unido a un lateral de un substrato, para detectar el contacto del usuario del lado opuesto del substrato.

Antecedentes del Invento Los paneles sensibles al tacto se utilizan en diversas aplicaciones para reemplazar a los interruptores mecánicos convencionales; por ejemplo, estufas de cocina, hornos de microondas y similares. A diferencia de los interruptores mecánicos, los paneles sensibles al tacto no tienen piezas móviles que se rompan o desgasten. Los interruptores mecánicos utilizados con un substrato necesitan tener algún tipo de abertura a través del substrato para poder montar el interruptor. Estas aberturas, asi como las aberturas que tiene el interruptor mismo, permiten que pase suciedad, agua y otros contaminantes a través del substrato o que se queden atrapados dentro del interruptor. Ciertos ambientes contienen gran cantidad de contaminantes que pueden pasar a través de las aberturas del substrato, causando con ello cortocircuitos eléctricos o daños a los elementos que están detrás del substrato. Sin embargo, los paneles sensibles al tacto pueden estar conformados en un substrato que no tenga ninguna abertura en el mismo. También, los paneles sensibles al tacto se pueden limpiar fácilmente debido a que no tiene aberturas ni cavidades donde se acumule la suciedad y otros contaminantes .

Los diseños existentes de paneles sensibles al tacto ofrecen electrodos con almohadillas sensibles al tacto unidos a ambos lados del substrato; es decir, tanto en la superficie "frontal" del substrato como en la superficie "posterior" del mismo. Generalmente, un electrodo de óxido de antimonio estañado (TAO por sus siglas en inglés) está unido a la superficie frontal del substrato, y otros electrodos están unidos a la superficie posterior. La almohadilla sensible al tacto se activa cuando un usuario hace contacto con el electrodo TAO. Tal diseño expone el electrodo TAO a daños provocados por raspaduras, disolventes de limpieza y fibras abrasivas de limpieza. Además, el electrodo TAO añade costos y complejidad al panel sensible al tacto.

Los paneles sensibles al tacto conocidos frecuentemente tienen un diseño de alta impedancia que puede causar que el panel sensible al tacto se averie cuando hay agua u otros líquidos presentes en el substrato. Esto supone un problema en aquellos lugares donde comúnmente se pueden encontrar líquidos, como en las cocinas. Como las almohadillas tienen una impedancia más alta que el agua, el agua actúa como conductor de los campo eléctricos creados por las almohadillas sensibles al tacto. De esta manera, los campos eléctricos siguen el recorrido que tiene menos resistencia; es decir, el agua. También debido a su diseño de alta impedancia, la electricidad estática puede causar que funcione mal el panel sensible al tacto. La alta impedancia de la almohadilla sensible al tacto impide que la electricidad estática se disipe rápidamente.

Los actuales diseños de paneles sensibles al tacto también tienen problemas relacionados con interferencias entre almohadillas sensibles al tacto adyacentes. La interferencia ocurre cuando el campo eléctrico creado por una almohadilla sensible al tacto interfiere con el campo creado por una almohadilla sensible al tacto adyacente, lo cual da como resultado una activación errónea, que puede consistir en activar la almohadilla sensible al tacto equivocada o activar dos almohadillas simultáneamente.

Los diseños de paneles sensibles al tacto conocidos ofrecen almohadillas individuales que son pasivas. No hay ningún elemento activo ubicado cerca de las almohadillas sensibles al tacto. En vez de ello, tienen líneas conductoras que conectan cada almohadilla sensible al tacto pasiva a los circuitos de detección activa. Las lineas conductoras de la almohadilla sensible al tacto tienen diferentes longitudes, lo cual depende de la ubicación de la almohadilla sensible al tacto respecto a los circuitos de detección. También, las líneas conductoras tienen diferentes formas, lo cual depende del recorrido de la línea. Las diferencias existentes respecto a la longitud y forma de las líneas conductoras hacen que el nivel de señal de cada línea se atenúe a un nivel diferente. Por ejemplo, una línea conductora larga con muchas curvaturas bruscas puede atenuar de manera considerable la señal de detención, más que una línea conductora corta con pocas curvaturas bruscas. En consecuencia, ' la señal recibida por los circuitos de detección varía considerablemente de una almohadilla a la siguiente. En consecuencia, los circuitos de detección deben diseñarse de manera que compensen grandes diferencias en el nivel de señal.

Muchos de los paneles sensibles al tacto actuales tienen un mecanismo de puesta a tierra, como por ejemplo un contacto circular de puesta a tierra, muy cerca de cada almohadilla sensible al tacto. Estos mecanismos de puesta a tierra suponen elementos adicionales que deben colocarse y unirse cerca de cada almohadilla sensible al tacto, con lo cual se le añade complejidad al panel sensible al tacto. Además, determinados mecanismos de puesta a tierra necesitan configurarse de diferente manera respecto a cada almohadilla sensible al tacto individual, para reducir al mínimo la diferencia existente en los niveles de señal presentados a los circuitos de detección. En consecuencia, se necesita invertir más tiempo en el diseño para poder diseñar los diferentes mecanismos de puesta a tierra.

Resumen del Iavento El presente invento resuelve los anteriormente mencionados problemas relacionados con los diseños actuales de paneles sensibles al tacto, pues ofrece un sensor de contacto de baja impedancia que está unido únicamente a un lateral del substrato dieléctrico. El sensor de contacto del invento tiene una primera almohadilla de electrodo conductora y un segundo electrodo conductor el cual rodea de manera substancial al primer electrodo en relación separada. La forma geométrica continúa cerrada de la primera almohadilla, de electrodo le proporciona al dedo de un usuario un área de contacto amplia. Ambos electrodos están unidos a la misma superficie del substrato. Muy cerca de los electrodos está ubicado un elemento eléctrico activo.

La almohadilla sensible al tacto del invento puede utilizarse en lugar de las almohadillas sensibles al tacto existentes o también puede reemplazar a los interruptores convencionales. La almohadilla sensible al tacto se activa cuando un usuario hace contacto en el substrato con el dedo. Las almohadillas sensibles al tacto se pueden utilizar para conectar o desconectar dispositivos, para regular la temperatura, poner en hora un reloj o un medidor de tiempo, o para realizar cualquier otra función de las que realizan los interruptores convencionales. Además de resolver problemas relacionados con los actuales diseños de almohadillas sensibles al tacto, el presente invento es especialmente útil en aquellas aplicaciones en las que actualmente se emplean interruptores tipo membrana, tales como fotocopiadoras o máquinas de fax. El diseño de la almohadilla sensible al tacto del presente invento funciona adecuadamente aunque haya líquidos presentes en el substrato y también en presencia de electricidad estática. La almohadilla sensible al tacto es adecuada para utilizarse en la cocina o en otros ambientes donde comúnmente hay agua, grasa y otros líquidos, tales como paneles de control de cocinetas, hornos y planchas de estufas incorporadas.

En la realización preferida, los electrodos de almohadilla sensible al tacto están unidos a la superficie posterior de un substrato. La superficie posterior del substrato está opuesta a la superficie frontal o "que se toca", con lo cual se evita que el usuario haga contacto con los electrodos. Como la almohadilla sensible al tacto no está ubicada en la superficie frontal del substrato, la almohadilla no resulta dañada por raspaduras, disolventes de limpieza ni por ningún otro contaminante que llegara a ponerse en contacto con la superficie frontal del substrato. Además, los costos y la complejidad del panel sensible al tacto se reducen debido a que no se requiere una almohadilla TAO en la superficie frontal del substrato.

En la realización preferida, se conecta eléctricamente una línea estroboscópica al electrodo exterior y envía una señal estroboscópica al electrodo exterior. Una señal estroboscópica aplicada a la línea estroboscópica crea un campo eléctrico entre el electrodo exterior y el electrodo central. Los recorridos de campo eléctrico están opuestos unos a otros, con lo cual se reduce la posibilidad de que haya interferencia entre almohadillas adyacentes. El recorrido del campo eléctrico tiene forma de arco y se extiende a través del substrato hasta después de la superficie frontal. Una línea sensora está unida al substrato cerca de la almohadilla sensible al tacto, y porta una señal de detección desde la almohadilla sensible al tacto hasta un circuito detector de picos. El nivel de la señal de detección se modifica cuando el usuario toca el substrato.

En la realización preferida, un elemento eléctrico activo, tal como un transistor montado en la superficie, está ubicado en cada almohadilla sensible al tacto. De manera preferente, el transistor está conectado entre la línea sensora, el electrodo central y el electrodo exterior de cada almohadilla. El transistor sirve para amplificar y separar la señal de detección en la almohadilla sensible al tacto, con lo cual se reduce la diferencia del nivel de señal existente entre las almohadillas sensibles al tacto individuales, debido a las diferentes longitudes y recorridos de los cables conductores. En consecuencia, la diferencia existente en los niveles de voltaje de una almohadilla a la siguiente se reduce considerablemente, proporcionándose así un voltaje de detección más uniforme entre todas las almohadillas sensibles al tacto.

Se puede disponer una pluralidad de almohadillas sensibles al tacto sobre el substrato de una matriz. Utilizando una configuración de matriz, la señal estroboscópica se aplica a una columna en especial de almohadillas sensibles al tacto, al mismo tiempo que se controla la línea sensora respecto a una hilera en especial de almohadillas sensibles al tacto. Aplicando la señal estroboscópica a una columna de almohadillas y controlando la línea sensora de una hilera de almohadillas, se selecciona una almohadilla en particular.

Breve Descripción de los Dibujos La FIGURA 1 ilustra la almohadilla sensible al tacto novedosa, vista desde la superficie posterior del substrato, con el transistor y el resistor eliminados; La FIGURA 2 es una vista transversal lateral de la almohadilla sensible al tacto y del substrato, con el transistor y el resistor eliminados; La FIGURA 3 es la misma vista que se muestra en la figura 1, pero con el transistor y el resistor incorporados; La FIGURA 4 es la misma vista que se muestra en la figura 2, pero con el transistor y el resistor incorporados; La FIGURA 5 es una representación esquemática eléctrica de la almohadilla sensible al tacto mostrada en la figura 3; La FIGURA 6 ilustra una matriz de almohadillas sensibles al tacto de acuerdo con el presente invento, ' tal como se ven desde la superficie posterior del substrato, con los transistores y resistores eliminados; La FIGURA 7 es una vista transversal lateral de tres almohadillas Sensibles al tacto adyacentes incorporadas a un substrato; La FIGURA 8 ilustra la forma de onda de la señal estroboscópica; La FIGURA 9 ilustra la forma de onda de la señal de detección de la línea sensora; La FIGURA 10 muestra la forma de onda ' de la señal de salida del detector de picos cuando no está siendo tocada la almohadilla sensible al tacto; La FIGURA 11 muestra la forma de onda de la señal de salida del detector de picos cuando un usuario oprime la almohadilla sensible al tacto; La FIGURA 12 es un diagrama en bloques del circuito de control para una matriz de almohadillas sensibles al tacto; La FIGURA 13 es una representación esquemática eléctrica del circuito detector de picos mostrado en la figura 11; y Las FIGURAS 14A y 14B ilustran un diagrama de flujo en el que se detalla la operación del microprocesador cuando se está controlando una matriz de almohadillas sensibles al tacto.

Descripción Detallada de la Realización Preferida.

Con referencia a la Figura 1, se muestra una almohadilla sensible al tacto sola, unida a un substrato dieléctrico 10. El substrato 10 tiene un grosor substancialmente uniforme y se puede construir con cualquier clase de material dieléctrico, tal como vidrio, cerámica o plástico. En la realización preferida, el substrato 10 está construido de vidrio y tiene un grosor uniforme de aproximadamente 3 mm. El grosor del substrato 10 varía dependiendo de la aplicación en particular en que un substrato con ese grosor pudiere utilizarse cuando se necesita contar con reforzamiento adicional. Si el substrato 10 se construye de vidrio, el substrato puede ser tan delgado como 1.1 mm aproximadamente, y tan grueso como 5 mm aproximadamente. Si el substrato 10 se construye con plástico, el substrato puede tener un grosor menor a 1 mm, similar al material utilizado en los interruptores de membrana de plástico. Un substrato 10 delgado podrá permitir que la almohadilla sensible al tacto sea operada por un usuario que lleve puesto un guante o mitón.

El substrato 10 tiene una superficie frontal 12 y una superficie posterior opuesta 14 (tal como se muestra en lo Figura 2) . Un usuario activa la almohadilla sensible al tacto tocando la superficie frontal 12 del substrato 10. La almohadilla sensible al tacto incluye una almohadilla de electrodo delgada 16 central conductora, y un electrodo exterior conductor delgado 18 que rodea substancialmente al electrodo central. Un canal 20 está ubicado entre el electrodo central 16 y un electrodo exterior 18. Los electrodos 16 y 18 están colocados de tal manera que el canal 20 tiene una anchura substancialmente uniforme.

De manera preferente, las dimensiones del electrodo central 16 son tales que el electrodo queda substancial ente cubierto por la punta del dedo del usuario, o por otro apéndice del mismo, al tocarlo.

En la realización preferida, el electrodo central 16 es tiene forma cuadrada y el electrodo exterior 18 tiene una forma cuadrada que se ajusta a la forma, del electrodo central. Sin embargo, deberá entenderse que también se pueden utilizar diversas formas geométricas continuas cerradas para el electrodo central, incluyendo en forma enunciativa mas no limitativa, rectángulos, trapezoides, círculos, elipses, triángulos, hexágonos y octágonos. Independientemente de la forma de electrodo central 16, el electrodo exterior 18 rodea substancialmente al electrodo central, de manera lineal, en una relación de espaciamiento, y el canal 20 tiene una anchura general uniforme.

De manera preferente, el electrodo central 16 es un conductor sólido. Sin embargo, el electrodo central 16 también puede tener una pluralidad de aberturas o tener una configuración reticulada o cuadriculada. Es importante que el electrodo central 16 tenga una pluralidad de puntos de contacto eléctricos substancialmente en el mismo plano y que tengan el mismo potencial eléctrico.

Tal como se muestra en la Figura 1, una línea estroboscópica 22 está conectada al electrodo exterior 18. La línea estroboscópica 22 le envía una señal estroboscópica (mostrada en la Figura 8) al electrodo exterior 18. En la realización preferida, la señal estroboscópica es una onda cuadrada que oscila entre 0 y +5 voltios a una frecuencia de entre lOOkhz y 200 Khz. De manera alternativa, la señal estroboscópica puede tener una frecuencia menor a 100 KHZ o mayor a 200khz, lo cual dependerá de los circuitos de detección que se utilicen. Además, la señal estroboscópica puede oscilar entre 0 y +3 voltios, 0 y +12 voltios, 0 y +14 voltios, -5 voltios y +5 voltios, o entre cualquier otra gama de voltajes, lo cual dependerá del voltaje que ya se pueda obtener en el dispositivo que está siendo controlado.

La señal estroboscópica tiene un flanco ascendente pronunciado (mostrado en la Figura 8) que crea una diferencia en el potencial eléctrico existente entre el electrodo exterior 18 y el electrodo interior 16. Esta diferencia de potencia entre los electrodos 16 y 18 crea un campo eléctrico en forma de arco entre los electrodos, tal como se muestra en las líneas de rayas discontinuas de la Figura 2. El campo eléctrico se extiende a través del substrato 10 y va a dar más allá de la superficie frontal 12.

Aunque no se muestra en la Figura 2, el campo eléctrico existente entre los electrodos 16 y 18 sigue un recorrido similar en forma de arco, alejándose del substrato 10, en vez de pasar por la misma. Este recorrido es una imagen espejo de las líneas de rayas discontinuas mostradas en la Figura 2, que se extiende de manera descendente en vez de ascendente.

Tal como se muestra en la Figura 2, los campos eléctricos creados están opuestos unos a otros. Por ejemplo, los dos recorridos de campo mostrados en la Figura 2 se originan en el electrodo 18, en lados opuestos de la almohadilla. Como los recorridos de campo terminan cada uno en el electrodo central 16, los recorridos se desplazan uno hacia el otro. De esta manera, todos los recorridos de campo se originan en el electrodo exterior 18 y se desplazan de manera descendente hacia el electrodo central 16.

Refiriéndonos de nuevo a la Figura 1, una línea sensora 24 está unido el substrato 10 adyacente al electrodo exterior 18.

La línea sensora 24 porta una señal de detección desde la almohadilla sensible al tacto hasta el resto de los circuitos de detección que se comentan a continuación.

Tal como se muestra en la Figura 3, un transistor 26 montado en la superficie y un resistor 28 montado en la superficie están eléctricamente conectados a la almohadilla sensible al tacto. El resistor 28 está conectado entre el electrodo central 16 y un electrodo exterior 18. En la realización preferida, el resistor 28 tiene un valor de 10 K ohmios, con lo cual proporciona una impedancia de entrada de descarga relativamente baja a la almohadilla sensible al tacto.

El transistor 26 está conectado ente el electrodo central 16, un electrodo exterior 18 y una línea sensora 24. En la realización preferida, el transistor 26 es un transistor PNP tal como un 2N3086. La base del transistor 26 está conectada al electrodo interior 16, el emisor del transistor está conectado al electrodo exterior 18, y el colector del transistor está conectado a la línea sensora 24. El transistor 26 crea la amplificación y separación de la señal de detección directamente en la almohadilla sensible al tacto. De manera alternativa, en lugar del transistor PNP se puede utilizar un transistor NPN o MOSFET, u otro componente eléctrico activo que sea desconectable.

La Figura 5 ilustra esquemáticamente un modelo de la conexión del transistor 26 y del resistor 28 a la almohadilla de sensible al tacto. El acoplamiento capacitivo existente entre los electrodos 16 y 18 está representado en la Figura 5 como un condensador con el resistor 28 conectado en paralelo al condensador. El resistor 28 actúa para descargar el condensador conformado por los electrodos 16 y 18. El condensador 27 representa la capacitancia parásita y el resultado del contacto por parte de usuario. El condensador 21 representa la capacitancia parásita de la línea estroboscópica 22. El condensador 23 representa la capacitancia parásita de la línea sensora 24. Un resistor 25 se puede utilizar para compensar las diferencias de valores beta entre los diferentes transistores y para compensar las diferencias en las características de operación del transistor basándose en la temperatura. Sin embargo, en la realización preferida, el resistor 25 tiene un valor de 0 ohmios; es decir, no se usa ningún resistor 25. poliéster tal como el de Consolidated Graphics No. H5-500, Tipo 561, Nivel 2, de 0.005 pulgadas de grosor. Los electrodos 16 y 18, la línea estroboscópica 22 y la línea sensora 24 se forman utilizando tinta de plata conductora, como la Acheson No. 427 SS, de 0.5 milipulgadas de grosor. A continuación, el transistor 26 y el resistor 28 se unen a los electrodos y a las líneas. Se coloca una capa dieléctrica sobre los electrodos y las líneas para proteger las superficies conductoras. De manera preferente, la capa dieléctrica debe ser una Acheson No. ML25089, de 1.5 milipulgadas de grosor. Luego, el conductor portador sensible se adhiere el substrato 10 por medio de un adherente como el 3M No. 467. El conductor portador flexible puede curvarse y torcerse para que se ajuste a la forma del substrato 10.

De manera alternativa, los electrodos 16 y 18, la línea estroboscópica 22 y la línea sensora 24 se pueden unir directamente el substrato 10. A continuación, el transistor 26 y el resistor 28 se unen a los electrodos 16 y 18, y a la línea sensora 24.

Con referencia a la Figura 6, una matriz de almohadillas sensibles al tacto se une el substrato 10. Cada almohadilla sensible al tacto de la matriz tiene la misma configuración que la almohadilla individual anteriormente comentada. También, cada almohadilla sensible al tacto contiene un transistor 26 y un resistor 28, tal como se describió anteriormente. Las almohadillas sensibles al tacto están dispuestas en hileras y columnas, y están unidas al substrato 10. Cada almohadilla sensible al tacto de' una columna en particular está conectada a una línea estroboscópica común 22. Cada almohadilla sensible al tacto de una hilera en particular está conectada a una línea sensora común 24. De esta manera, no hay dos almohadillas sensibles al tacto que estén conectadas a la misma combinación de línea estroboscópica 22 y línea sensora 24.

Aunque la Figura 6 ilustra una disposición especial de una matriz de almohadilla sensible al tacto, deberá entenderse que se puede disponer cualquier número de almohadillas sensibles al tacto en cualquier orden, dependiendo de la aplicación en especial de que pudiere tratarse. No se necesita disponer en hileras y columnas a las almohadillas sensibles al tacto. En vez de ello, las almohadillas sensibles al tacto se pueden colocar aleatoriamente en el substrato o pueden disponerse de manera circular o diagonal. El número de almohadillas sensibles al tacto que se pueden unir a un substrato únicamente está limitado por el tamaño del substrato.

Con referencia a la Figura 7, se muestran 3 almohadillas sensibles al tacto adyacentes unidas al substrato 10. El campo eléctrico relacionado con cada almohadilla sensible al tacto se muestra con líneas discontinuas. Tal como se describió anteriormente respecto a una almohadilla sensible al tacto individual, el recorrido del campo eléctrico se origina en el electrodo exterior 18 y sigue un recorrido en forma de arco hacia afuera, a través del substrato 10, y de regreso hacia el electrodo central 16. Como el campo eléctrico creado por cada almohadilla sensible al tacto está dirigido hacia el centro de la almohadilla, los campos eléctricos de las almohadillas adyacentes están opuestos unos con relación a otros; es decir, desplazándose en direcciones opuestas. De esta manera, hay muy pocas probabilidades de que haya una interferencia entre almohadillas adyacentes.

En una realización alterna, el electrodo exterior 18 no rodea de manera substancial al electrodo central 16. Una característica importante de la disposición de los electrodos 16 y 18 es la creación de campos eléctricos opuestos. De esta manera, solamente se necesita un campo eléctrico opuesto cuando existe una almohadilla sensible al tacto adyacente. Por ejemplo, si tres almohadillas sensibles al tacto están colocadas en un substrato, dispuestas linealmente, los electrodos exteriores 18 están colocados entre almohadillas adyacentes. Si la almohadilla que está enmedio de la disposición formada por tres almohadillas tiene almohadillas adyacentes a la izquierda y a la derecha, el electrodo exterior 18 estará colocado en los lados izquierdo y derecho de la almohadilla de enmedio. Sin embargo, ya que no hay ninguna almohadilla adyacente colocada arriba o abajo de la almohadilla de enmedio, no existe la posibilidad de que haya una interferencia arriba o abajo de la almohadilla de enmedio. En consecuencia, no se requiere que hay un electrodo exterior 18 arriba o abajo de la almohadilla de enmedio. De manera similar, las dos almohadillas de los extremos de la disposición de tres almohadillas tienen una almohadilla sensible al tacto adyacente en un lado, y, en consecuencia, únicamente se necesita un electrodo exterior 18 en el lado adyacente que está solo.

Con referencia a la Figura 12, se muestra un diagrama en bloque del circuito de control de una matriz de almohadillas sensibles al tacto. Un oscilador 30 produce una onda cuadrada en la línea 32, que funciona como señal estroboscópica. Un desmultiplexor 34 recibe la señal estroboscópica de un oscilador 30. Un microprocesador 36, como el de Motorola MC68HC05P9, genera una dirección estroboscópica, misma que se envía al desmultiplexor 34 de la línea 38. La dirección estroboscópica hace que el desmultiplexor 34 seleccione una de las varias líneas de salida, la cual recibe la señal estroboscópica. Cada línea de salida del desmultiplexor 34 está conectada a una línea estroboscópica 22 para una columna en especial de almohadillas sensibles al tacto. De esta manera, la salida del oscilador 30 se conecta a través del desmultiplexor 34 a una línea estroboscópica 22 para una columna de almohadillas sensibles al tacto en especial.

El microprocesador 36 también genera una dirección sensora que se le envía al multiplexor 46 de la línea 48. La dirección sensora hace que el multiplexor 46 seleccione una de las diversas líneas de entrada, la cual será controlada como la línea sensora. Cada línea de entrada representa la línea sensora 24 respecto a una hilera en especial de almohadillas sensibles al tacto. De esta manera, una almohadilla sensible al tacto en especial de la matriz puede ser controlada selectivamente mediante una selección estroboscópica de una columna de almohadillas, y mediante la detección de una hilera de almohadillas. De manera alternativa, la matriz de almohadillas sensibles al tacto se puede disponer de tal manera que el control se realice seleccionando estroboscópicamente una hilera de almohadillas y detectando una columna de almohadillas.

La línea sensora 24 seleccionada por el multiplexor 46 se conecta a un detector de picos y al circuito amplificador 52 utilizando la línea 50. La salida del circuito 52 es enviada al microprocesador 36 de la línea 54. Dependiendo de la señal recibida del circuito 52, un algoritmo que va por el microprocesador 36 determina si el dispositivo controlado 58 debe activarse, desactivarse o regularse.

El circuito detector de picos y el circuito amplificador mostrados en la Figura 13 se utilizan en el diseño de una almohadilla sensible al tacto única o en el diseño de almohadillas múltiples sensibles al tacto; por ejemplo, una matriz de almohadillas sensibles al tacto. La porción izquierda de la Figura 13 representa al circuito detector de picos, y la porción derecha de la Figura 13 representa al circuito amplificador. La señal de detección es portada por la línea sensora 24 a la entrada de no inversión del amplificador óperacional 64. Un resistor 62 está conectado entre la línea sensora 24 y la tierra. De manera preferente, el resistor 62 tiene un valor de 10K ohmios. Un resistor de arranque 66 está conectado entre +5 voltios y la salida del amplificador operacional 64. En la realización preferida, el resistor 66 tiene un valor de 10K ohmios. La salida del amplificador operacional 64 está conectada a través del diodo 67 a la entrada inversora del amplificador operacional 64. Un resistor 68 y un condensador 70 están conectados en paralelo entre la tierra y la entrada ' inversora del amplificador operacional 64. De manera preferente, los amplificadores operacionales 64 y 72 son del tipo LM339.

La entrada no inversora del amplificador operacional 72 recibe la señal de salida del circuito detector de picos. Un resistor de arranque 74 está conectado entre +5 voltios y la salida 82 del amplificador operacional 72. En la realización preferida el resistor 74 tiene un valor de 10K ohmios. La salida 82 está conectada a través de un resistor 78 a la entrada inversora del amplificador operacional 72. Un resistor 76 está conectado entre la entrada inversora del amplificador operacional 72 y la tierra. Un condensador 80 está conectado entre la salida 82 y la tierra.

El valor de los resistores 76 y 78 determina el nivel de amplificación que debe realizar el circuito amplificador. En la realización preferida, el resistor 76 tiene un valor de 66K ohmios, y el resistor 78 tiene un valor de 100K ohmios. Si se desea un nivel de amplificación diferente, se utilizan valores diferentes para los resistores 76 y 78, lo cual resultará obvio para aquellos que tuvieren conocimientos de la técnica. Además, los circuitos de detección pueden utilizarse donde no se requiere el uso de un amplificador conectado a la salida del detector de picos. Tal circuito de detección resultará conocido para quienes tuvieren conocimientos de la técnica.

Cuando está funcionando, la almohadilla sensible al tacto se activa cuando un usuario oprime el substrato 10. La almohadilla sensible al tacto detectará el contacto que hace la punta del dedo, u otro apéndice que cause la suficiente disrupción del campo eléctrico tal como un nudillo, la palma de la mano o el codo.

La señal estroboscópica mostrada en la Figura 8 se aplica a la línea estroboscópica 22, la cual se conecta al electrodo exterior 18. De manera preferente, la señal estroboscópica tiene un tiempo de subida de aproximadamente 7 nanosegundos . Sin embargo, también se pueden utilizar tiempos de subida de hasta 110 nanosegundos. Con tiempos de subida más rápidos, como por ejemplo 7 nanosegundos, se proporcionan impedancias de entrada más bajas, y, por lo tanto, se prefieren. La señal estroboscópica crea un campo eléctrico en la almohadilla sensible al tacto, tal como se describió anteriormente. Cuando no se toca el substrato 10, la forma de onda mostrada en la Figura 9 se encuentra presente en la línea sensora 24. El flanco ascendente de cada impulso de la señal estroboecópica activa el transistor 26, causando que el transistor jale corriente base. Luego, el condensador conformado por los electrodos 16 y 18 descarga a través del resistor 28 hasta que llega el siguiente impulso.

La corriente base del transistor 26 se determina mediante la ecuación Ia=C(dV/dT), en donde Ia es la corriente base, C es la capacitancia de la almohadilla sensible al tacto, y dV/dT es el cambio de tensión respecto al tiempo. El cambio de tensión respecto al tiempo se crea mediante el cambio que sufre el nivel de voltaje de la señal estroboscópica oscilatoria. Cuando un usuario hace contacto con la almohadilla sensible al tacto conformada por los electrodos 16' y 18, la carga capacitiva de la almohadilla sensible al tacto se reduce, mientras que la carga capacitiva del condensador parásito 27 aumenta.

El transistor 26 amplifica y separa la señal de detección en cada almohadilla sensible al tacto. Esto reduce la diferencia en el nivel de señal existente entre almohadillas sensibles al tacto causada por las diferentes longitudes de los cables conductores y por los diferentes recorridos de los cables conductores. Mediante el suministro de un nivel de señal de detección más uniforme, se puede obtener una mayor amplificación al mismo tiempo que se mantiene el nivel de señal entre 0 y +5 Voltios.

La forma de onda mostrada en la Figura 9 se aplica al circuito detector de picos mostrado en la Figura 13. En la Figura 10 se muestra la salida del detector de picos cuando no es tocada. En la Figura 11 se muestra la salida del detector de picos al ser tocada por un usuario. Tal como se ilustra en las Figuras 10 y 11, la forma de onda tiene la misma forma, pero con una amplitud diferente. De esta manera, cuando el usuario toca la almohadilla sensible al tacto, se modifica la salida del detector de picos.

Cuando se utiliza una matriz de almohadillas sensibles al tacto, se emplea un circuito de control (tal como se muestra en la Figura 12) para controlar selectivamente cada una de las almohadillas sensibles al tacto de la matriz. El microprocesador 36 selecciona secuencialmente cada línea estroboscópica 22 y cada línea sensora 24 mediante el envío de la dirección estroboscópica apropiada y de la dirección sensora al desmultiplexor y al multiplexor, respectivamente. Cada línea sensora 24 está controlada por el detector de picos 52, el cual amplifica la señal de detección y la envía al microprocesador 36.

Las Figuras 14a y 14b ilustran un diagrama de flujo de un programa que controla una matriz de almohadillas sensibles al tacto. El programa controla una almohadilla sensible al tacto a la vez y explora secuencialmente todas las almohadillas sensibles al tacto de la matriz. El programa empieza en el bloque 100 cuando se recibe una interrupción. El paso 102 realiza comprobaciones para determinar si el sistema se ha activado o no en ese momento (iniciado en frío) . Si el sistema se esta iniciando en frío, el paso 104 inicia todas las variables y el paso 106 repone los contadores estroboscópicos y sensores.

Si el sistema no se haya iniciado en frío, entonces el paso 108 recupera el nivel de la señal de detección. A continuación, el paso 110 determina si ya se han iniciado los valores promedio. Un nivel de voltaje promedio se almacena respecto a cada almohadilla sensible al tacto para determinar el nivel promedio de la señal de detección "sin tocar".

Si ya se han iniciado los valores promedio, entonces el programa salta al paso 114 para determinar la diferencia existente entre el nivel promedio de la señal de detección y el nivel de la señal de detección actual. Si los valores promedio no se han iniciado, entonces el valor de señal de detección actual se almacena como valor promedio de la almohadilla en especial que se estuviera controlando.

En el paso 116, si el nivel de la señal de detección actual es menor que el valor promedio, entonces el programa se bifurca hacia el paso 128. En el paso 118, si se ajusta la bandera indicadora del promedio, entonces la bandera indicadora del promedio se decrementa. La baiidora indicador.-) del promedio indica si se va a promediar o no la señal de que se trate. Como únicamente se promedian las señales "no tocadas", la bandera indicadora del promedio únicamente se establecerá cuando se detecta una condición de "no tocada". Después de disminuir el valor promedio, la condición de la almohadilla se ajusta a inactivo (no tocada) en el paso 126.

En al paso 116, si el nivel de la señal de detección actual no es menor que el valor promedio, entonces el paso 118 determina si la diferencia es mayor que la del punto de ajuste predeterminado. El punto de ajuste es un nivel de diferencia de umbral que debe alcanzarse para indicar una condición de "tocada". Si la diferencia es mayor que el punto de ajuste, entonces se ajusta a activo la condición de la almohadilla (tocada) en al paso 120.

Si la diferencia en el paso 118 no es mayor que el punto de ajuste, entonces el programa se bifurca al paso 122 para determinar si la bandera indicadora del promedio está ajustada. Si la bandera indicadora del promedio no está ajustada, el programa se bifurca al paso 126 y se ajusta a inactivo la condición de la almohadilla (no tocada) . Si se ajusta la bandera indicadora del promedio, el valor promedio se incrementa en el paso 124 y la condición de la almohadilla se ajusta a inactivo en el paso 126.

En el paso 132, el programa determina si se ha detectado la última línea estroboscópica. Si la línea estroboscópica que se está detectando en ese momento no es la última línea estroboscópica, entonces el indicador estroboscópico se incrementa en el paso 134 y salta al paso 158 cuando se seleccionan una nueva dirección estroboscópica y una nueva dirección sensora. Si la línea estroboscópica actual que está siendo detectada es la última línea estroboscópica, entonces el indicador estroboscópico se repone en el paso 136. En el paso 138, el programa determina si la línea sensora actual es la última línea sensora. Si no es así, el paso 140 incrementa el indicador sensor y salta al paso 158.

Si la línea sensora actual es la ultima línea sensora, entonces ya se ha terminado la exploración completa de la matriz, y el paso 142 repone el indicador sensor. El paso 144 repone la bandera indicadora del promedio y el paso 146 incrementa el contador de la bandera indicadora del promedio. Si el paso 148 determina que el contador de la bandera indicadora del promedio no está a tope, entonces el programa se bifurca hacia el paso 154. Si el contador de la bandera indicadora del promedio está a tope, entonces el contador se repone en el paso 150 y la bandera indicadora del promedio se ajusta al paso 152.

En al paso 154, la condición de la almohadilla sensible al tacto que se está controlando es obtenida del microprocesador para enviarse al resto de los circuitos de control. El paso 156 repone todas las variables, causando con ello que el programa se empiece a explorar al principio de la matriz. Después de que se han repuesto todas las variables, el paso 158 selecciona la nueva línea estroboscópica y la nueva línea sensora que van a ser controladas. El paso 160 regresa el programa al paso 100 en espera de la siguiente interrupción.

Claims (32)

Reivindicaciones

1. Un sensor de contacto de baja impedancia para detectar el contacto manual de un usuario humano, y que es capaz de activar un dispositivo controlado, constando de lo siguiente dicho sensor de tacto: un substrato dieléctrico de grosor substancialmente uniforme que tiene una primera y una segunda superficie opuestas; una primera almohadilla de electrodos delgada conductora dispuesta sobre dicha primera superficie de dicho substrato en forma geométrica continua cerrada, que tiene un área que permite ser cubierta substancialmente por un apéndice humano; un segundo electrodo conductor delgado dispuesto sobre dicha primera superficie de dicho primer substrato en una relación espaciada y coplanar, que rodea de manera substancial a la primera almohadilla del electrodo; y un elemento eléctrico activo dispuesto sobre dicho substrato cerca de dichos primer y segundo electrodos, y eléctricamente acoplado a dichos primero y segundo electrodos, de manera tal que el contacto humano con dicho substrato activa el dispositivo controlado.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicha línea estroboscópica está dispuesta sobre dicha primera superficie de dicho substrato y está acoplada a dicho segundo electrodo.

3. El aparato de la reivindicación 2, en donde se aplica una señal estroboscópica a dicha línea estroboscópica, creando dicha señal estroboscópica un campo eléctrico entre dichos primero y segundo electrodo.

4. El aparato de la reivindicación 3, en donde dicho campo eléctrico tiene un recorrido en forma de arco que se origina en dicho segundo electrodo y termina en dicho primer electrodo.

5. El aparato de la reivindicación 1, que incluye, además, una línea sensora dispuesta sobre dicha primera superficie de dicho substrato, cerca de dichos primero y segundo electrodos.

6. El aparato de la reivindicación 5, en donde dicho sensor de contacto genera una señal de detección en dicha línea sensora indicando la condición de dicho sensor de contacto .

7. El aparato de la reivindicación 6, en donde dicha señal de detección es recibida por un circuito de detección, y dicho circuito de detección incluye un detector de picos.

8. El aparato de la reivindicación 6, en donde el nivel de dicha señal de detección se modifica cuando dicho substrato es tocado por dicho apéndice de dicho usuario.

9. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicha primera superficie de dicho substrato es una superficie no tocada, y dicha segunda superficie de dicho substrato es una superficie tocada.

10. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho substrato es vidrio.

11. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho substrato es plástico.

12. El aparato de la reivindicación 1, en donde se ubica un canal entre dichos primero y segundo electrodos, y dicho canal tiene una anchura general uniforme.

13. El aparato de la reivindicación 1, en donde una pluralidad de dichos sensores de contacto están dispuestos sobre dicha primera superficie de dicho substrato.

14. El aparato de la reivindicación 1, en donde una pluralidad de dichos sensores de contacto están dispuestos sobre dicha ' primera superficie de dicho substrato y arreglados en una matriz de hileras y columnas.

15. El aparato de la reivindicación 14, en donde una línea estroboscópica común está eléctricamente acoplada a dicha columna de sensores de contacto, y una línea sensora común está eléctricamente acoplada a dicha hilera de sensores de contacto.

16. Un sensor de contacto de baja ' impedancia que detecta el contacto manual de un usuario humano y que es capaz de activar un dispositivo controlado, constando de lo siguiente dicho sensor de contacto: un portador dieléctrico; una primera almohadilla del electrodo delgada y conductora dispuesta sobre dicha portadora en una forma geométrica continua cerrada, que tiene un área que permite ser substancialmente cubierta por un apéndice humano; un segundo electrodo conductor delgado dispuesto sobre dicho portador en relación espaciada y rodeando substancialmente a dicho primer electrodo; un elemento eléctrico activo dispuesto sobre dicho portador cerca de dichos primero y segundo electrodos y eléctricamente acoplado a dichos primero y segundo electrodos; y un substrato dieléctrico que tiene una primera superficie y segunda superficie opuestas, estando dispuesto dicho portador dieléctrico sobre dicha primera superficie de dicho substrato dieléctrico, de manera que el contacto humano con dicho substrato activa el dispositivo controlado.

17. El aparato de la reivindicación 16, en donde dicha primera superficie de dicho substrato es una superficie que no se toca, y dicha segunda superficie de dicho substrato es una superficie que se toca, estando dispuesto dicho portador dieléctrico sobre dicha segunda superficie de dicho substrato .

18. Un sensor de contacto de baja impedancia que detecta el contacto manual de un usuario humano y que es capaz de activar un dispositivo controlado, .constando de lo siguiente dicho sensor de contacto: un substrato dieléctrico de grosor substancialmente uniforme, que tiene una primera y una segunda superficies opuestas; una primera almohadilla del electrodo delgada y conductora dispuesta en dicha primera superficie de dicho substrato, en forma geométrica continua cerrada, que tiene un área que permite ser cubierta substancialmente por un apéndice humano; un segundo electrodo conductor delgado dispuesto sobre dicha primera- superficie de dicho substrato en relación espaciada coplanar y rodeando substancialmente a dicha primera almohadilla del electrodo; y un transistor dispuesto sobre dicha primera superficie de dicho substrato, cerca de dichos primero y segundo electrodos, y eléctricamente acoplado a dichos primero y segundo electrodos, de manera que el contacto humano con dicho substrato activa el dispositivo controlado.

19. El aparato de la reivindicación 18, donde dicho transistor es un transistor PNP.

20. El aparato de la reivindicación 18, que incluye, además, un resistor dispuesto sobre dicha primera superficie de dicho substrato y que está eléctricamente acoplado entre dichos primero y segundo electrodos.

21. El aparato de la reivindicación 18, que incluye, además, una línea sensora dispuesta sobre dicha primera superficie de dicho substrato, cerca de dichos primero y segundo electrodos.

22. El aparato de la reivindicación 18, en donde dicho transistor tiene una base, un colector y un emisor, estando conectada dicha base del transistor a dicho primer electrodo, estando conectado dicho colector del transistor a dicha línea sensora, y estando dicho emisor del transistor a dicho segundo electrodo.

23. El aparato de la reivindicación 18, en donde una pluralidad de dichos sensores de contacto están dispuestos en dicha primera superficie de dicho substrato.

24. El aparato de la reivindicación 21, en donde dicho sensor de contacto genera una señal de detección en dicha línea sensora indicando así la condición de dicho sensor de contacto.

25. El aparato de la reivindicación 24, en donde dicho nivel de la señal de detección se modifica cuando dicho substrato es tocado por dicho apéndice de dicho usuario.

26. Una pluralidad de almohadillas sensibles al tacto para detectar el contacto de un usuario humano y capaces de activar un dispositivo controlado, constando de lo siguiente dicha almohadilla sensible al tacto: un substrato dieléctrico de grosor substancialmente uniforme que tiene una primera y segunda superficies opuestas; una primera almohadilla del electrodo delgada conductora que tiene un flanco periférico y que está dispuesta sobre dicha primera superficie de dicho substrato en forma geométrica continua cerrada, que tiene un área que permite ser cubierta substancialmente por un apéndice humano; y un segundo electrodo delgado conductor dispuesto sobre dicha primera, superficie de dicho substrato en relación espaciada a dicho primer electrodo, rodeando dicho segundo electrodo a dicho primer electrodo por sus flancos periféricos, que tiene una almohadilla sensible al tacto adyacente.

27. El aparato de la reivindicación 26, que incluye, además, una línea estroboscópica dispuesta en dicha primera superficie de dicho substrato, y que está eléctricamente acoplada a dicho segundo electrodo.

28. El aparato de la reivindicación 27, en donde se aplica una señal estroboscópica a dicha línea estroboscópica para crear un campo eléctrico entre dichos primero y segundo electrodos.

29. El aparato de la reivindicación 28, en donde dicho campo eléctrico se opone a los campos eléctricos creados por almohadillas sensibles al tacto adyacentes.

30. El aparato de la reivindicación 26, que incluye, además, una línea sensora dispuesta sobre dicha primera superficie de dicho substrato cerca de dichos primero y segundo electrodos, y dicho sensor de contacto genera una señal de detección en dicha línea sensora.

31. El aparato de la reivindicación 26, donde dicha primera superficie de dicho substrato es una superficie que no se toca, y dicha segunda superficie de dicho substrato es una superficie que se toca.

32. Una pluralidad de almohadillas sensibles al tacto para detectar el contacto manual de un usuario humano y que son capaces de activar un dispositivo controlado, constando de lo siguiente dicha almohadilla sensible al tacto; un portador dieléctrico; una primera almohadilla del electrodo delgada conductora que tiene un flanco periférico y que está dispuesta sobre dicho portador en forma geométrica continua cerrada, y que tiene un área que permite ser cubierta substancialmente por un apéndice humano; un segundo electrodo conductor delgado dispuesto sobre dicho portador en relación espaciada a dicho primer electrodo, rodeando dicho segundo electrodo a dicho primer electrodo por sus flancos periféricos, que tiene una almohadilla sensible al tacto adyacente; y un substrato dieléctrico que tiene una primera y segunda superficies opuestas, estando dispuesto dicho portador en dicha primera superficie de dicho substrato, de manera tal que el contacto humano con dicho substrato activa el dispositivo controlado.