專利名稱：：位置檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及一種用于檢測力作用的且該力的強度是適當?shù)奈恢玫脑O(shè)備。
背景技術(shù)：
：基于片開關(guān)(sheetswitch)來構(gòu)造用于檢測力作用的位置的設(shè)備是已知的。片開關(guān)包括兩個支撐片(supportsheet)，使用隔片(spacer)使它們保持一定距離。隔片包括至少一個凹槽(recess)，用于限定開關(guān)的作用區(qū)(activeregion)，在該作用區(qū)中兩個支撐片彼此面對。在該作用區(qū)中，至少兩個電極以這樣的方式布置在支撐片上，即，當兩個支撐片由于在開關(guān)上作用的力的影響而被壓在一起時，在電極之間建立電接觸。依賴于應(yīng)用，可以在電極之間放置一層半導(dǎo)體材料，使得開關(guān)呈現(xiàn)壓敏特性，也就是說，其阻抗隨著所施加的力而變化。這樣的開關(guān)的電阻的可變本質(zhì)(通常所說的力感應(yīng)(force-sensing)電阻器)使得這些開關(guān)用作壓力傳感器。該層半導(dǎo)體材料可以包括其內(nèi)部電阻隨著該層的壓縮或變形而變化的材料，或者其表面結(jié)構(gòu)賦予該層特定的表面電阻的材料，其中當將該層施加到電極的傳導(dǎo)表面時，作為由于局部壓力的影響而使得與該傳導(dǎo)表面的接觸點的數(shù)量增多的結(jié)果，可以減少所述表面電阻。使用這種片型壓力傳感器技術(shù)，已經(jīng)提出了包括XYZ數(shù)字化書寫板(tablet)的位置檢測器(即，力的位置和強度檢測器)。這些數(shù)字化圖形輸入板使用被配置為線性電位計的壓力傳感器，以便確定力的作用點。為此，每個壓力傳感器包括位于支撐上的線性電阻器，電壓被施加在該電阻器的兩端以便產(chǎn)生電位梯度(potentialgradient)。橫向延伸的導(dǎo)線以規(guī)則的間隔連接到所述線性電阻器。電位計的指針由梳形的導(dǎo)體構(gòu)成，該導(dǎo)體的齒在導(dǎo)線之間延伸。通過在特定的點用導(dǎo)體的齒短路導(dǎo)線，該導(dǎo)體經(jīng)受隨著線性電阻器上的導(dǎo)線位置而線性變化的電壓。因而，這種壓力傳感器使得可以沿著線性電阻器的方向確定力作用的位置。通過以這樣的方式疊加這些力傳感器中的兩個它們各自的線性電阻器被定位而使得在它們之間產(chǎn)生例如90°的角，創(chuàng)建用于識別力作用在表面上的X-Y參考系中的位置的位置檢測器。在這種鍵盤中，兩個電位計的力傳感器的每一個需要三個連接，即，到線性電阻器的兩個端子中的每個的一個連接和對指針的一個連接。由此得出結(jié)論這種鍵盤限于相對有限數(shù)量的對外部的連接，即6個連接?，F(xiàn)在，由于通過疊加兩個單向的位置傳感器來構(gòu)造位置檢測器，所以這6個端子位于兩個不同的基板上。這一事實產(chǎn)生了問題，尤其是當將力檢測器連接到例如印刷電路時。這是因為需要使用專門的連接器來保證位于兩個基板上的端子的可靠連接。此外，生產(chǎn)這種傳感器在組裝期間需要嚴格的容限(tolerance)，以便兩個層相對于彼此而被正確地放置。只有通過準確地放置，才能保證正確地放置端子，從而允許檢測器的可靠連接。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種沒有該缺點的位置檢測器。根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過如權(quán)利要求1所述的位置檢測設(shè)備實現(xiàn)的。該位置檢測設(shè)備包括第一基板；施加到所述基板并沿著所述位置檢測器的作用表面(activesurface)延伸的第一歐姆電阻器，所述第一歐姆電阻器連接在所述位置檢測設(shè)備的第一和第二端子之間；多個電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體連接到第一歐姆電阻器上的離散的點處，而所述電導(dǎo)體從第一歐姆電阻器延伸到作用表面內(nèi)；和多個導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件布置在所述作用表面內(nèi)，以便在所述第一電導(dǎo)體之間交替，所述導(dǎo)電元件的第一端連接到所述位置檢測設(shè)備的第三端子。根據(jù)本發(fā)明，所述導(dǎo)電元件被配置為遍布設(shè)備的作用表面的歐姆電阻器，并且所述導(dǎo)電元件的第二端連接到所述位置檢測設(shè)備的第四端子。在根據(jù)本發(fā)明的位置檢測設(shè)備中，沿著平面的兩個方向檢測位置所需的導(dǎo)體和電阻器被集成進單個基板中。面對導(dǎo)體和電阻器放置的第二基板必須只包括激活層(activationlayer)，該激活層被設(shè)計來在力在位置檢測器上作用的點處與電導(dǎo)體和導(dǎo)電元件局部接觸。當力作用在第二基板上的檢測器的作用表面中時，激活層被局部按壓向電導(dǎo)體/導(dǎo)電元件結(jié)構(gòu)。因此，至少一個電導(dǎo)體通過激活層與相鄰導(dǎo)電元件形成接觸。通過在第一和第二端子之間(即，第一歐姆電阻器的兩端)施加電壓，該導(dǎo)電元件經(jīng)受一電壓，該電壓依賴于在歐姆電阻器兩端產(chǎn)生的電位梯度，并因而依賴于力沿著由歐姆電阻器限定的方向作用的位置。然后可以在第三和第四端子測量該電壓，在該操作方法中第三和第四端子最好連接在一起。在第二步驟中，在第三和第四端子之間施加電壓以便在以歐姆電阻器的形式配置的導(dǎo)電元件兩端產(chǎn)生電位梯度。因而，在力作用的點處接觸的電導(dǎo)體經(jīng)受依賴于力沿著由導(dǎo)電元件限定的方向作用的位置的電壓。進而可以在第一和第二端子上測量該電壓。通過在兩個相反方向上交替測量，就可以容易地檢測力在由歐姆電阻器的兩個方向限定的平面中作用的位置，從而確定力的作用點的X-Y坐標。此后，因而可以使用位置檢測器確定力的作用點的X和Y坐標，該位置檢測器只要求4個端子以便將其連接到相關(guān)的測量電路。由此得出結(jié)論大大簡化了位置檢測器的連接。此外，連接檢測器所需的所有電端子都位于單個基板上，這大大便利了檢測器，尤其是對印刷電路的連接。這是因為可以使用標準的壓接器(crimpingconnector)來保證位置檢測器和相關(guān)的測量電路之間的可靠接觸。此外，所有端子布置在單個基板上的事實減少了位置檢測器的生產(chǎn)成本。這是因為由于第二基板現(xiàn)在只包含激活層，所以通過迭片結(jié)構(gòu)(lamination)組裝兩個基板的容限遠不如在常規(guī)位置檢測器情況下的那樣嚴格。因此，大大減少了不符合規(guī)范的產(chǎn)品的制造。對各個端子的位置的容限現(xiàn)在僅依賴于各個導(dǎo)體的應(yīng)用方法。常常使用很好控制的絲網(wǎng)印刷(screenprinting)方法實現(xiàn)該應(yīng)用。印刷精度和與其相關(guān)的非常嚴格的容限甚至可以減少各個端子之間的距離，從而允許使用具有更精細間隔或間距的較小的連接器。最后，所有接觸點位于一個和相同平面內(nèi)的事實簡化了對所生產(chǎn)的檢測器的測試。在本發(fā)明的一個可能的實施例中，第一基板包括彈性支撐片。該實施例產(chǎn)生有彈性的位置檢測器。在另一實施例中，第一基板包括印刷電路板。只有所有端子位于同一基板上時該后一實施例才成為可能。因而，用作例如可觸摸數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的位置檢測器的導(dǎo)體和電阻器可以直接印刷在測量電路或操作電路上。從而不再需要檢測器和其相關(guān)的電路的隨后的連接。應(yīng)當注意的是，除了可以使用寬范圍的彈性或剛性基板之外，本位置檢測器還可以以多種與檢測器的特定用處匹配的形狀來生產(chǎn)。因此，作用表面可以例如具有一般的圓形、矩形或其他形狀。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述導(dǎo)電元件由與所述電導(dǎo)體相同的材料制成。導(dǎo)電元件、電導(dǎo)體和歐姆電阻器被配置為例如碳膜電阻器。在這種情況下通過各個區(qū)域中的石墨印刷厚度適應(yīng)各種元件的特定阻抗。因此，可以以相同的材料生產(chǎn)具有非常不同電特性的結(jié)構(gòu)。該實施例的優(yōu)點在于，限制了在生產(chǎn)位置檢測器中使用的材料，從而最小化了所需的印刷步驟數(shù)。在第一步驟中，例如印刷了歐姆電阻器，電導(dǎo)體從歐姆電阻器和導(dǎo)電元件延伸。在該步驟期間，通過改變印刷的石墨層的厚度來適應(yīng)各種元件的阻抗。接下來，在第二步驟中，在將導(dǎo)電元件連接到其端子的導(dǎo)體需要穿過電導(dǎo)體的點處印刷絕緣材料。最后，在第三印刷步驟中，印刷將各種元件連接到其各自端子的導(dǎo)體。例如，這些導(dǎo)體是印刷的銀導(dǎo)體。因此，可以以只需要三個步驟的印刷過程制造第一基板所有的功能元件。激活層可以包括單個導(dǎo)電層，其允許電導(dǎo)體和導(dǎo)電元件之間接觸。在這種情況下，不能確定作用在位置檢測器上的力的強度。為了允許檢測力的作用點和強度這兩者，第二基板最好包括施加在所述第二基板上的、由電阻材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成的壓敏層。所述第二基板，最好是彈性支撐片，以這樣的方式置于第一基板之上，即，所述電阻材料或半導(dǎo)體材料層面對作用表面內(nèi)的所述電導(dǎo)體和導(dǎo)電元件。在這種情況下，電導(dǎo)體和導(dǎo)電元件之間的阻抗依賴于激活層壓到導(dǎo)體上的強度。通過測量該阻抗，從而可以確定施加的力的強度。應(yīng)當注意的是，本發(fā)明的位置檢測器可以用于生產(chǎn)各種輸入設(shè)備，例如鍵盤、觸控板(touchpad)或操縱桿功能。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，位置檢測器包括有彈性的壓力分散層(pressure-distributinglayer)，將所述壓力分散層施加到所述第二基板。該有彈性的層(例如，橡膠層)可以在具有指尖般大小面積的表面上實現(xiàn)操縱桿功能。應(yīng)當注意的是，電阻層和導(dǎo)電層可以包括透明材料。同樣，激活層也可以用透明材料制造。在這種情況下，本檢測器非常適于觸摸屏使用。通過下面參照附圖以示例的方式對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的其他特征和特性將變得清楚。在附圖中圖1是位置檢測器的第一基板上的導(dǎo)體的布置圖；以及圖2是數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的第一基板上的導(dǎo)體的布置圖，該數(shù)據(jù)輸入設(shè)備包括觸控板形式的位置檢測器、兩個配置為操縱桿的區(qū)域和鍵盤區(qū)域。具體實施例方式圖1示出位置檢測器8的第一基板上的導(dǎo)體的布置圖。沿著位置檢測器的作用表面12延伸的線性歐姆電阻器10放置在基板上。在所示的實施例中，作用表面具有一般的正方形。然而，應(yīng)當注意的是，也可以有其他形狀，例如橢圓形、圓形、矩形等。歐姆電阻器10通過導(dǎo)線18、20連接在所述位置檢測設(shè)備第一端子14和第二端子16之間。多個電導(dǎo)體22連接到第一歐姆電阻器10上的離散的點處，電導(dǎo)體22從第一歐姆電阻器朝著作用表面12的內(nèi)部延伸。在所示的實施例中，導(dǎo)體22等距離分布，并且相互并行延伸。不用說，可以進行不同的導(dǎo)體布置。多個配置為歐姆電阻器的導(dǎo)電元件24被布置在所述作用表面12內(nèi)，以便在所述第一電導(dǎo)體22之間交替。導(dǎo)電元件24的第一端通過導(dǎo)線28連接到所述位置檢測設(shè)備的第三端子26。所述導(dǎo)電元件24的第二端通過導(dǎo)線32連接到第四端子30。在歐姆電阻器10的旁邊，導(dǎo)線32必須與電導(dǎo)體22交叉。為了避免在這些點上產(chǎn)生假接觸，最好在這些交叉點處的導(dǎo)體22上印刷絕緣材料的層。應(yīng)當注意的是，位置檢測器的分辨能力(resolution)很大程度上依賴于電導(dǎo)體和相鄰的導(dǎo)電元件之間的距離。通過改變導(dǎo)體和導(dǎo)電元件的數(shù)量，可以使檢測器的分辨能力適應(yīng)于其特定應(yīng)用。圖2示出在組合的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的第一基板上的導(dǎo)體的布置。該數(shù)據(jù)輸入設(shè)備包括例如配置為如圖1所示的觸控板的位置檢測器8、以操縱桿的形式配置的兩個區(qū)域34和36和配置為鍵盤的相鄰區(qū)域38。操縱桿區(qū)域34、36每次包括根據(jù)本發(fā)明的位置檢測器的實施例，具有沿著(圓形的)作用表面延伸的歐姆電阻器110和110’；分別連接到歐姆電阻器110和110’上的離散的點處的多個電導(dǎo)體122和122’；和多個配置為歐姆電阻器的導(dǎo)電元件124、124’，其分別被布置為使得在所述電導(dǎo)體122、122’之間交替。應(yīng)當注意的是，兩個歐姆電阻器110和110’并聯(lián)，并且這兩個電阻器的并行布置與輸入設(shè)備的端子14和16之間的歐姆電阻器10串聯(lián)。此外，兩組導(dǎo)電元件124和124’通過另外的電阻器150串聯(lián)，并且該串行布置與設(shè)備的第三端子26和第四端子30之間的導(dǎo)電元件24并聯(lián)。這樣，可以組合觸控板和操縱桿區(qū)域，而不增加設(shè)備的端子數(shù)量。為了將區(qū)域34和36配置為操縱桿，將有彈性的壓力分散層(例如橡膠層)施加到第二基板(未示出)上。例如，這樣的分散層使得可以改變，例如，簡單地通過讓手指觸到相應(yīng)區(qū)域而由手指施加的作用力的作用點。鍵盤38包括多個離散的作用區(qū)152，它們被布置成由幾行和幾列構(gòu)成的“矩陣”。鍵盤的激活鍵可以與這些作用區(qū)的每個相關(guān)聯(lián)。每個作用區(qū)152包括兩個梳子形的電極結(jié)構(gòu)154、156，它們被放置成使得梳子形結(jié)構(gòu)之一的分支(finger)以一定距離與另一結(jié)構(gòu)的分支交錯。以這樣的方式將可以是簡單的導(dǎo)電層或者壓敏層的激活層布置在第二基板(未示出)上當力作用在作用區(qū)內(nèi)的設(shè)備上時，作用區(qū)的這兩個結(jié)構(gòu)被激活層短路。為了標識力作用的作用區(qū)，作用區(qū)通過第一排電阻器210與其電極結(jié)構(gòu)154之一連接，并且通過第二排電阻器224與另一電極結(jié)構(gòu)156連接，在所述第一排電阻器和第二排電阻器上的不同點處進行連接。通過在第一排電阻器210兩端施加電位差，并且通過測量第二排電阻器224兩端的電壓，可以沿著第一排電阻器210的方向確定電極結(jié)構(gòu)之間的接觸點，從而確定激活的按鍵位置。在第二步驟中，在第二排電阻器224兩端施加電位差，并且測量第一排電阻器210兩端的電壓，從而確定在另一方向上激活的按鍵位置。應(yīng)當注意的是，第一排電阻器210與歐姆電阻器10、以及數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的兩個端子14和16之間的電阻器110和110’的并行布置串聯(lián)。同樣，第二排電阻器224與導(dǎo)電元件24、以及端子26和30之間的導(dǎo)電元件124和124’的串行布置并聯(lián)。因此，可以進行包括觸控板8、操縱桿區(qū)域34和36以及鍵盤38的組合，而不增加設(shè)備的端子數(shù)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以以擴展的歐姆電阻器(例如，電阻器10)來代替離散的電阻器排210和224，而不改變設(shè)備的操作。權(quán)利要求1.一種位置檢測設(shè)備，包括第一基板；施加到所述基板并沿著所述位置檢測器的作用表面延伸的第一歐姆電阻器，所述第一歐姆電阻器連接在所述位置檢測設(shè)備的第一和第二端子之間；多個電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體連接到第一歐姆電阻器上的離散的點處，而所述電導(dǎo)體從第一歐姆電阻器延伸到作用表面內(nèi)；和多個導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件布置在所述作用表面內(nèi)，以便在所述第一電導(dǎo)體之間交替，所述導(dǎo)電元件的第一端連接到所述位置檢測設(shè)備的第三端子；其特征在于，所述導(dǎo)電元件被配置為遍布設(shè)備的作用表面的歐姆電阻器，并且所述導(dǎo)電元件的第二端連接到所述位置檢測設(shè)備的第四端子。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一基板包括彈性支撐片。3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一基板包括印刷電路板。4.如權(quán)利要求1到3之一所述的設(shè)備，其中，所述導(dǎo)電元件由與所述電導(dǎo)體相同的材料制成。5.如權(quán)利要求1到4之一所述的設(shè)備，其包括第二基板和由施加到所述第二基板的電阻材料或半導(dǎo)體材料制成的層，所述第二基板以這種方式被布置在第一基板之上所述電阻材料或半導(dǎo)體材料層面向作用表面內(nèi)的所述電導(dǎo)體和導(dǎo)電元件。6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述第二基板包括彈性支撐片。7.如權(quán)利要求5和6中任一個所述的設(shè)備，其包括壓力分散層，所述壓力分散層被施加到所述第二基板。8.一種包括如前面權(quán)利要求之一所述的位置檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。全文摘要一種位置檢測設(shè)備(8)，包括第一基板；施加到所述基板并沿著所述位置檢測器的作用表面(12、34、36、152)延伸的第一歐姆電阻器(10、110、210)，其中第一歐姆電阻器(10、110、210)連接在位置檢測設(shè)備(8)的第一端子(14)和第二端子(16)之間；多個電導(dǎo)體(22、122、122’、154)，其中所述電導(dǎo)體(22、122、122’、154)連接到第一歐姆電阻器(10、110、210)距其不同的地方處，而所述電導(dǎo)體(22、122、122’、154)從第一歐姆電阻器(10、110、210)延伸到在第一電導(dǎo)體(22、122、122’、154)之間交替的作用表面(12、34、36、152)內(nèi)，其中導(dǎo)電元件的一個第一端連接到位置檢測設(shè)備(8)的第三端子(26)。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電元件(22、122、122’、154)被配置為貫穿設(shè)備(8)的作用表面(12、34、36、152)的歐姆電阻器，并且所述導(dǎo)電元件(22、122、122’、154)的第二端連接到位置檢測設(shè)備(8)的第四端子(30)。文檔編號G06F3/045GK1774691SQ200480010212公開日2006年5月17日申請日期2004年4月13日優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日發(fā)明者博格丹·瑟班申請人:Iee國際電子及工程股份有限公司