[发明专利]传感器装置及方法

说明书

一种传感器装置(100)，包括：多个电极部分(10a、10b、10c)，配置为提供一个或多个电信号；和非导电材料(20)，设置在所述多个电极部分上或上面；其中，响应于(i)所述多个电极部分中的至少一个与接近或接触所述非导电材料的导电物体(40)之间的电容变化，和/或(ii)所述多个电极部分中的至少一个和所述多个电极部分中的至少另一个之间的电容变化，提供一个或多个电信号。还公开了包括上述传感器装置的系统以及一种制造上述传感器装置的方法。

技术领域

本发明总体上涉及一种传感器装置，并且特别地但非排他地涉及一种能够执行触摸位置感测和压力/力感测的传感器。本发明还涉及制造所述装置的方法，使用所述传感器装置感测电信号的方法以及包括所述装置的系统。

背景技术

触觉传感器提供了一种通过与传感器的物理交互来获取信息的方式，并且常用于诸如移动和计算设备、机器人和控制系统之类的应用中。这些传感器可以基于压阻、压电、电容和弹性阻感测来工作(操作)。例如，在电容式触摸开关中，人只需要触摸传感器，这会改变传感器内的电容并触发开关。现在有各种压敏材料可供选择用于压力开关(切换)和感测，包括量子隧穿复合材料。这些传感器被用于软机器人、重型机械和可穿戴设备。已经开发了包括导电油墨的实例以将灵敏度集成到材料本身之内并产生出“软电子技术”。三维(3D)(虚拟现实)界面也是已知的。

申请人的早期申请PCT/EP2016/025067公开了一种触摸传感器装置，所述触摸传感器装置包括平面导电材料片或由平面导电材料片组成，所述平面导电材料片具有3D纹理化表面，所述3D纹理化表面被配置为响应于导电物体(例如，一个人的手指)在材料表面上的移动和/或材料自身的变形而产生电信号的变化。材料的其他区域可以是3D形式，并且可以用于压力感测。来自这些设备的感测电信号可用于控制应用中。

许多不同的电子设备需要通过触摸界面进行电子控制。一些电子设备具有集成控制，例如，在电动剃须刀中。其他电子设备是远程连接的，例如无线触摸控制器。已知许多不同的用于触摸感测的控制方法和系统，包括键盘、电容式触控板、显示器触控板、操纵杆等。这些界面中的大多数包括一个或多个外部注塑成型的刚性塑料部件，例如，外壳、按钮、按键等，作用于下面的偏置构件，例如弹簧或软泡沫致动层，其又反过来作用于下面的印刷电路板(PCB)，以在触摸致动并完成电子电路时，产生可读电压信号。

这些控制器由于其相对简单的结构和可操作性而很方便，并且被广泛使用。然而，它们存在许多缺点。特别地，现有的触摸感测技术严重依赖于使用大量迹线、电极和传感器。此外，所使用的材料以及制造方法可以极大地将触摸界面产品的形式限制为主要是扁平且刚性的，这限制了其在某些应用中的使用。例如，它们通常采用模制的硬封装材料，硬封装材料不可变形，因此不向用户提供软压力触觉反馈。此外，在控制器壳体上/中设置任何按钮、操纵杆、按键等的情况下，控制面(特征)和壳体之间的间隙易于被水、灰尘和其他污物进入。特别是某些应用，例如汽车内部，需要较长的寿命和可靠性，并且任何间隙都可能允许这些污物进入并导致容纳在内部的电子电路的故障。

如果采取措施解决这一问题，就不可避免地导致成本和复杂性增加。这通常是不期望的，特别是在大规模生产的低价值电子产品中以及已经繁忙和充满竞争的商业市场中。例如，在US8994648中，柔软的弹性基底层覆盖在力传感器阵列的顶部，当被配置时，所述力传感器阵列可以产生描述触摸压力和位置的电信号，但是嵌入的传感器和布线的数量以及对它们的校准需求意味着高生产成本。这种布置还可能局限于应用于坚固的平面底座的某些3D轮廓，以便力传感器可靠地工作。例如，可能难以实现悬垂 3D结构、手持3D设备或具有剧烈曲率的表面。

从功能上讲，大多数触摸界面产品只允许模块化压力感测或XY触摸位置感测，并采用测压元件电子传感器。在软件控制/导航、虚拟现实(Virtual Reality，VR)控制和汽车内部控制等情况下，3D触摸交互(即X、Y和Z 感测)和其他手势交互的检测和使用可以增加另一个控制维度并显著改善用户效率和体验。挑战在于用具有更少的电极/迹线和传感器元件同时产生自然触感的柔和触摸反馈和2D或3D模拟触摸压力信号。