專利名稱：感測裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種感測對象的位置或速度的方法和用于該方法的裝置。本發(fā)明還具體但不唯一地涉及其中感測的對象位置信息對應于輸入數(shù)據(jù)的人機接口。
有多種位置傳感器都是可以使用的。例如，英國專利申請GB2374424A描述了一種感應傳感器，其中在第一部件上形成一個發(fā)射天線和一個接收天線，并在相對于第一部件可動的第二部件上形成一個中間耦合元件。當提供一個激勵信號到發(fā)射天線時，在中間耦合元件中感應的一個取決于第一和第二部件的相對位置的信號，而且在中間耦合元件中感應的信號又在接收天線中感應一個信號，處理在接收天線中感應的信號以確定一個表示第一和第二部件的相對位置的數(shù)值。
在GB2374424A中所描述的位置傳感器的中間耦合元件是一個諧振電路，而且該激勵信號包括一個在諧振電路的諧振頻率上的振蕩信號。因此，增加了在接收天線中感應的信號的振幅。還可以由一個導電回路或?qū)щ姳P而不是諧振電路來形成該中間耦合元件?；蛘?，可以將接收天線與第二部件組合在一起來代替使用一個中間耦合元件，以使通過提供一個激勵信號給發(fā)射天線來在接收天線中之間直接感應一個信號。
雖然上述感應傳感器可用于多個應用，它們需要在兩個分別載有某種形式電導體的部件之間相對移動，而因此它們就不適合于其中未載有電導體的一個移動對象的位置將被測量的應用。例如，這些感應傳感器就不很適合于測量人的手指位置，而這在一個人機接口中常常是需要的。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種感測裝置，其中第一和第二部件相互支撐，而且第一和第二部件之間的距離是可以局部地變化的。第一部件包括一個磁場發(fā)生器用于產(chǎn)生一個磁場，第二部件包括一個天線用于監(jiān)測由磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場。如此安排感測裝置以使當?shù)谝缓偷诙考g的距離局部地變化時，磁場發(fā)生器在天線中感應一個表現(xiàn)出局部變化位置的信號。
優(yōu)選地，該磁場發(fā)生器是一個中間耦合元件，而第二部件除了包括天線用于監(jiān)控中間耦合元件所產(chǎn)生的磁場以外，還包括一個發(fā)射天線用于在中間耦合元件中感應信號。在此方式中，不需要與第一部件電連接。
在一個實施例中，支撐裝置相對于第二部件支撐第一部件，以響應施加到第一和第二部件之一的一個局部區(qū)域的壓力，在第一和第二部件之間在該局部區(qū)域上的距離減小。這使得在第一部件和第二部件之間的電磁耦合產(chǎn)生變化，并促使在天線中感應一個表示該局部區(qū)域的位置的信號。
以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的各個實施例

圖1A以示意圖的方式顯示一個根據(jù)本發(fā)明的傳感器的透視圖；圖1B以示意圖的方式顯示圖1A中舉例說明的傳感器的透視圖，并切去一部分以露出發(fā)射和接收天線；圖2顯示一個橫穿圖1A中舉例說明的傳感器的剖面圖；圖3以示意圖的方式顯示形成圖1A中舉例說明的傳感器一部分的發(fā)射天線、接收天線和諧振電路的平面圖；圖4A和4B分別顯示形成圖3中舉例說明的發(fā)射天線一部分的一個正弦線圈和一個余弦線圈；圖5A到5C以示意圖的方式顯示在一個襯底上形成發(fā)射天線和接收天線的過程中不同的階段；圖6A和6B以示意圖的方式分別顯示在未變形狀態(tài)下和變形狀態(tài)下在圖1A中舉例說明的傳感器的主要組成部分之間的交互作用；圖7更詳細地顯示圖6A和6B中舉例說明的一個信號發(fā)生器和信號處理器的組成部分；圖8以示意圖的方式顯示一個用作圖1A所示的傳感器的第一可選傳感器的橫剖圖；圖9以示意圖的方式顯示一個用作圖1A所示的傳感器的第二可選傳感器的橫剖圖；圖10是一個發(fā)射天線和一個接收天線的平面圖，該發(fā)射和接收天線形成用作圖1A所示的傳感器的第三可選傳感器的一部分；圖11以示意圖的方式顯示一個發(fā)射天線、一個接收天線和一個諧振電路的一個透視圖，該發(fā)射與接收天線和諧振電路形成用作圖1A所示的傳感器的第四可選傳感器的一部分；圖12以示意圖的方式顯示一個發(fā)射天線、一個接收天線和一個諧振電路的一個平面圖，該發(fā)射與接收天線和諧振電路形成用作圖1A所示的傳感器的第五可選傳感器的一部分；圖13以示意圖的方式顯示一種發(fā)射天線、接收天線和諧振電路結(jié)構的一個平面圖，接收天線和諧振電路形成用作圖1A所示的傳感器的第六可選傳感器的一部分；圖14以示意圖的方式顯示一個發(fā)射天線、一個接收天線和一個諧振電路的一個平面圖，該發(fā)射與接收天線和諧振電路形成用作圖1A所示的傳感器的第七可選傳感器的一部分；圖15以示意圖的方式顯示一個發(fā)射天線和一個接收天線的一個透視圖，該發(fā)射和接收天線形成用作圖1A所示的傳感器的第八可選傳感器的一部分；圖16舉例說明一個信號發(fā)生器和一個信號處理器的主要組成部分，該信號發(fā)生器和信號處理器形成用作圖1A所示的傳感器的第九可選傳感器的一部分；以及圖17以示意圖的方式顯示一個用作圖1A所示的傳感器的第十可選傳感器的透視圖。
第一實施例圖1A和1B以示意圖的方式顯示了一個包括觸敏墊1的傳感器，該觸敏墊1包括一個形成于襯底5上并具有一個伸延部分7的薄膜3，該伸延部分7在襯底5的表面上方突起并沿一個測量路徑(圖1A和1B中的X方向)延伸。如圖1A所示，傳感器輸出一個表示沿測量路徑的局部區(qū)域9的位置的信號，其中手指11在此位置將薄膜3的突起部分7壓向襯底5(即在圖1A和1B中的Z方向上移動)。特別是，在顯示器13上顯示一個與沿測量路徑的局部區(qū)域9的位置對應的數(shù)值，顯示器13形成控制裝置15的一部分，該控制裝置通過電纜17連接到觸敏墊1。
如圖1B中示意圖所示，在突起部分7的下側(cè)(即在薄膜3面向襯底5的一面)上形成諧振電路19(在圖1B中用虛線表示)。此外，在圖1B中已切去薄膜3的一部分以露出在襯底5的表面上形成的發(fā)射天線21和接收天線23的一部分。發(fā)射天線21和接收天線23通過電纜17分別連接到控制裝置15內(nèi)的一個信號發(fā)生器(未顯示)和一個信號處理器(未顯示)。信號發(fā)生器提供一個在諧振電路19的諧振頻率上的振蕩電信號給發(fā)射天線21，從而使發(fā)射天線21產(chǎn)生一個磁場，其磁場強度分量垂直于襯底5的表面，其以諧振電路19的諧振頻率振蕩。信號處理器處理在接收天線23中感應的電流對應的信號作為振蕩磁場強度分量的結(jié)果，然后發(fā)送一個對應的驅(qū)動信號到顯示器13，該驅(qū)動信號使顯示器13顯示一個表示出凹陷區(qū)域9的位置的數(shù)值。
在此實施例中，如此排列發(fā)射天線21和接收天線23以使由發(fā)射天線21產(chǎn)生的磁場在接收天線23中直接感應的凈信號基本上為零。此外，如此排列發(fā)射天線21和諧振電路19以使當薄膜3的突起部分7未變形時，如圖1B所示，由發(fā)射天線21產(chǎn)生的磁場在接收天線23中感應的凈信號基本上為零。因此，當薄膜3處于未變形的狀態(tài)時，從接收天線23輸入一個空信號到信號處理器，于是該信號處理器產(chǎn)生一個驅(qū)動信號使顯示器13顯示一個零讀取。
當用戶的手指11按壓突起部分7的一個局部區(qū)域9時，如圖1A中所示，突起部分7變形以使在凹陷區(qū)域9處的部分諧振電路19移近發(fā)射天線21。這導致在諧振電路19中感應一個表示出凹陷區(qū)域9的位置的電流。在諧振電路19中該感應的電流又在接收天線23中感應一個信號，由信號處理器處理該信號以確定一個表示凹陷區(qū)域9的位置的數(shù)值。然后該信號處理器產(chǎn)生一個驅(qū)動信號使顯示器13顯示所確定的位置數(shù)值。
圖2以示意圖的方式顯示了一個橫穿觸敏墊1的剖面視圖。在此實施例中，襯底5是一個3mm厚的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)熱塑型面板。通過粘合層33將一個100微米的聚酯薄片31固定到襯底5。薄膜3也由一個100微米的聚酯薄片形成，并遠離突起部分7通過膠粘劑35被固定到聚酯薄片31。在此實施例中，薄膜3具有一個環(huán)繞突起部分7的邊緣的脊突部分37。該脊突部分37允許、在突起部分7與襯底5之間的垂直距離在處于未變形狀態(tài)下在突起部分7的區(qū)域上方基本上恒定。
圖3是舉例說明諧振電路19、發(fā)射天線21和接收天線23的布局的平面圖。如圖所示，在該實施例中，諧振電路19、發(fā)射天線21和接收天線23都大致關于中央縱向軸39對稱。
串聯(lián)的導電軌跡41和電容器43形成諧振電路19，其中導電軌跡41圍繞突起部分7的內(nèi)緣的回路延伸并具有一個伴生電感。導電軌跡41的伴生電感與電容器43的電容量確定該諧振電路的諧振頻率fres。在該實施例中，諧振電路的諧振頻率fres是2MHz。
接收天線23包括一個傳感器線圈45，該線圈由一個具有端點47a、47b并圍繞襯底5的邊緣延伸的導電軌跡形成，該導電軌跡通過電纜17與信號處理器連接的一個縱向終端(以下稱為電纜終端48)處與中央縱向軸39相鄰的地提供端點47a、47b。
發(fā)射天線21包括一個正弦線圈49和一個余弦線圈53，正弦線圈49由一個具有端點51a、51b的導電軌跡形成，該端點51a、51b在通過電纜17與信號發(fā)生器相連的電纜終端48處與中央縱向軸39相鄰；余弦線圈53由一個具有端點55a和55b的導電軌跡形成，在通過電纜17與信號發(fā)生器相連的電纜終端48處與中央縱向軸39相鄰的地提供端點55a和55b。以下將參照圖4A和4B詳細描述正弦線圈49和余弦線圈53。
如圖4A中所示，形成正弦線圈49的導電軌跡從x＝0沿測量路徑延伸到x＝L，其中x＝0對應于在電纜終端48處與突起部分7的縱向終端相鄰的一個位置，x＝L對應于與突起部分7的另一縱向終端相鄰的一個位置。在導電軌跡49和中央縱向軸39之間的橫向距離(即Y方向上的距離)根據(jù)正弦函數(shù)的一個周期沿著從x＝0到x＝L的測量路徑變化。在x＝L，導電軌跡自己返回且回到x＝0，其與中央縱向軸59之間的橫向距離再一次根據(jù)正弦函數(shù)的一個周期沿測量路徑變化。以這種方式，可以有效地形成一個第一電流回路61a和第二電流回路61b。當一個電流信號I(t)被提供到正弦線圈49時，電流環(huán)繞第一電流回路61a和第二電流回路61b以相對方向流動，因此環(huán)繞第一電流回路61a流動的電流產(chǎn)生一個磁場，該磁場與環(huán)繞第二電流回路61b流動的電流所產(chǎn)生的磁場極性相反。這導致正弦線圈49產(chǎn)生一個第一磁場，該磁場具有一個垂直于襯底5分解的磁場強度分量B1，該磁場強度分量B1根據(jù)以下函數(shù)沿測量方向x進行正弦變換
B1=F(z)sin(2πxL)I(t)---(1)]]>其中F(z)是一個根據(jù)距襯底5的垂直距離變化的函數(shù)。
如圖4B所示，余弦線圈53由一個具有第一終端部分63的導電軌跡形成，該導電軌跡在x＝0從端點55a延伸到襯底5的第一橫向側(cè)，然后沿測量方向x從x＝0延伸到x＝L，其中該導電軌跡與中央縱向軸39之間的橫向距離根據(jù)余弦函數(shù)的一個周期沿方向x變化。在x＝L，導電軌跡的終端部分65從襯底5的第一橫向側(cè)穿到第二橫向側(cè)，然后該導電軌跡沿測量方向返回到x＝0，該導電軌跡與中央縱向軸39之間的橫向距離根據(jù)倒相的余弦函數(shù)的一個周期沿測量路徑變化。在x＝0，導電軌跡的第三終端部分67從第二橫向側(cè)延伸到端點55b。因此，形成三個回路69a、69b和69c，其中外回路69a和69c大致為內(nèi)回路69b大小的一半。當一個電流信號I(t)被提供到余弦線圈53時，電流沿一個方向環(huán)繞外回路69a和69c流動并環(huán)繞內(nèi)回路69b以相對方向流動。因此，由環(huán)繞內(nèi)環(huán)路69b流動的電流產(chǎn)生的磁場與環(huán)繞外回路69a和69c流動的電流所產(chǎn)生的磁場極性相反。這導致產(chǎn)生一個第二磁場，該磁場具有一個垂直于襯底5分解的磁場強度分量B2，該磁場強度分量B2也沿測量方向正弦變換，但是它與第一磁場分量B1的相位相差π/2弧度(90°)，如下所示B2=F(z)cos(2πxL)I(t)---(2)]]>在此方式中，由第一磁場分量B1和第二磁場分量B2形成垂直于襯底5的總磁場分量BT，第一和第二磁場分量B1和B2相對比例沿測量方向x變化。
正弦線圈49這樣的布局使由環(huán)繞第一電流回路61a流動的電流在傳感器線圈45中感應的電壓與環(huán)繞第二電流回路61b流動的電流在傳感器線圈45中感應的電壓相互抵消，因此作為電流在正弦線圈49中流動的結(jié)果，在傳感器線圈45中沒有直接感應的信號。類似地，余弦線圈53這樣的布局使由外回路69a、69c在傳感器線圈45中感應的電壓與內(nèi)回路69b在傳感器線圈45中感應的電壓相互抵消，因此作為電流在余弦線圈53中流動的結(jié)果，在傳感器線圈45中沒有直接感應的信號。因此發(fā)射天線21與接收天線23彼此相對平衡。正弦線圈49與余弦線圈53這樣布局的優(yōu)勢還在于相對于單個平面線圈源于正弦線圈49和余弦線圈53的電磁發(fā)射以更快的速率隨距離減小。在仍然滿足電磁發(fā)射的穩(wěn)壓需求時允許使用較大的驅(qū)動信號。這點特別重要，因為電磁發(fā)射的穩(wěn)壓需求正變得越來越嚴格。
在該實施例中，通過在聚酯薄片31上印刷導電墨水來形成正弦線圈49和余弦線圈53和傳感器線圈45，其中正弦線圈49和余弦線圈53形成發(fā)射天線21，傳感器線圈45形成接收天線23。特別是，一開始，如圖5A所示，用帶銀的墨水(silver-loaded ink)印刷與正弦線圈49和余弦線圈53具有反斜面的部分(如圖5A所示)對應的不重疊的導電軌跡段75a到75e以及余弦線圈53的第二終端部分65，接著，如圖5B所示，在襯底5上形成非導電的墨水層77，而且該非導電墨水層77包括與下面的導電墨水軌跡的終端位置對應的通孔79a到79j。最后，如圖5C所示，在非導電墨水層77的頂部印刷導電軌跡段81a到81e，該導電軌跡段81a到81e對應于正弦線圈49和余弦線圈53具有正斜面的部分(如圖5B所示)、余弦線圈53的第一終端部分63和第三終端部分67以及形成接收天線23的傳感器線圈45的導電軌跡。通過通孔79將印刷在非導電墨水層上的導電軌跡段連接到下面的導電軌跡段，從而形成正弦線圈49、余弦線圈53和傳感器線圈45。
通過以類似于正弦線圈49和余弦線圈53的形成方式在薄膜3上印刷導電墨水來形成諧振電路19。通過以下方式形成電容器43印刷導電墨水的第一區(qū)域，接著在導電墨水的第一區(qū)域上方印刷非導電墨水，然后印刷導電墨水的第二區(qū)域以致非導電墨水分開導電墨水的第一和第二區(qū)域。
以下將參照圖6A和6B詳細描述傳感器的操作過程。如圖所示，控制裝置15的信號發(fā)生器91在各自不同的輸出端上產(chǎn)生一個同相信號I(t)和一個正交信號Q(t)。通過使用一個在調(diào)制頻率f1上振蕩的第一調(diào)制信號來振幅調(diào)制一個振蕩載波信號以產(chǎn)生同相信號I(t)，該振蕩載波信號的載波頻率f0與諧振電路的諧振頻率fres相等，在該實施例中，載波頻率f0為2MHz，調(diào)制頻率f1為3.9kHz。因此同相信號I(t)具有以下分量形式I(t)＝Asin2πf1tcos2πf0t (3)類似地，通過使用一個在調(diào)制頻率f1上振蕩的第二調(diào)制信號來振幅調(diào)制一個具有載波頻率f0的振蕩載波信號以產(chǎn)生正交信號Q(t)，該第二調(diào)制信號與第一調(diào)制信號相位相差π/2弧度(90°)。因此正交信號Q(t)具有以下分量形式Q(t)＝Acos2πf1tcos2πf0t (4)把同相信號I(t)提供給正弦線圈49并把正交信號Q(t)提供給余弦線圈53。
控制裝置15的信號處理器93接收一個來自傳感器線圈的讀出信號S(t)，并處理該讀出信號S(t)以確定突起部分7是否變形以及如果有變形，確定該變形的位置。然后信號處理器發(fā)送一個適當?shù)尿?qū)動信號到顯示器13。
圖6A以示意圖的方式顯示了當突起部分7處于其初始狀態(tài)(即未被按壓)時，垂直于襯底分解的磁場強度分量B1和B2的峰值振幅包絡，在該初始狀態(tài)中，在突起部分7與襯底5的表面之間的距離z是基本上恒定的數(shù)值z0。在諧振電路19中感應的電流Ires與總磁場分量BT沿測量方向從x＝0到x＝L變化的速率的積分成比例。因此電流Ires具有以下形式Ires∝F(z0)∫x=0x=L{ddt(sin(2πx/L)I(t)+ddt(cos(2πx/L)Q(t))}dx---(5)]]>由于在一個周期上對正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的積分都為零，因此當突起部分處于初始狀態(tài)時，電流Ires基本上等于零。
由于基本上在諧振電路19中沒有感應的電流，所以類似地在傳感器線圈45中沒有由諧振電路感應的電流。因此，當突起部分處于初始狀態(tài)時，由傳感器線圈45輸出到控制裝置15的讀出信號S(t)是一個空信號。當信號處理器93檢測到空信號時，信號處理器93輸出一個驅(qū)動信號使顯示器13顯示一個空讀取。
圖6B以示意圖的方式顯示了在將突起部分7壓向襯底5時，磁場強度分量B1和B2的峰值振幅包絡，以使突起部分7在位置x＝X0處是一個相對于襯底5的距離z1。如圖所示，磁場分量B1和B2分別沿遠離位置X0遵循一個正弦函數(shù)和一個余弦函數(shù)，在X0，磁場分量強度的振幅增加。因此，在諧振電路19中感應的電流Ires基本上具有以下形式Ires∝F(z0)∫x=0x=L{ddt(sin(2πx/L)I(t))+ddt(cos(2πx/LL)(Q(t)))}dx+(F(Z1)-F(Z0)).(sin(2πX0/L)dI(t)dt+cos(2πX0/L)dQ(t)dt)---(6)]]>如參照公式(5)所討論的，在公式(6)右側(cè)的第一項基本上為零。因此，實際上，在X0部分的附加的磁場分量強度產(chǎn)生電流Ires。此外，當載波頻率f0明顯大于調(diào)制頻率f1時，大致用以下公式來表示電流IresIres∝(F(Z1)-F(Z0)).sin(2πf0t)cos(2π2f1t-2πX0L)---(7)]]>如公式(7)中所示，在諧振電路19中感應的電流Ires包括一個由在調(diào)制頻率f1上的調(diào)制信號所調(diào)制的在載波頻率f0上的振蕩信號，其中該調(diào)制信號所具有的相位取決于按壓突起部分7的位置但不受按壓該突起部分7的量的影響。因此可以通過測量在調(diào)制頻率f1上的電流Ires的分量的相位來計算按壓突起部分7的位置。
在諧振電路19中感應的電流Ires產(chǎn)生一個磁場，該磁場感應一個在傳感器線圈45中的讀出信號S(t)。換言之，可以將諧振電路19看作一個磁場發(fā)生器，其產(chǎn)生一個表示按壓突起部分7的位置的磁場。
在傳感器線圈45中感應的讀出信號S(t)與在諧振電路19中感應的電流Ires具有相同的形式，因此該讀出信號S(t)包括在調(diào)制頻率f1上的分量，該分量的相位表示按壓突起部分7的位置。信號處理器93測量該相位來確定一個關于按壓該突起部分7的位置的數(shù)值，然后發(fā)送一個驅(qū)動信號到顯示器13使該顯示器13顯示確定的位置數(shù)值。
在該實施例中，控制裝置15與英國專利申請GB2374424A中所描述的位置傳感器的控制單元相同，在此引用其全文作為參考。以下將參照圖7詳細描述控制裝置15的主要組成部分。
如圖所示，一個正交信號發(fā)生器101輸出在調(diào)制頻率f1上的信號的正交對到調(diào)制器103，調(diào)制器103使用這對正交信號來調(diào)制一個由信號發(fā)生器105產(chǎn)生的在載波頻率f0上的載波信號。將由此產(chǎn)生的一對調(diào)制信號分別輸入到一對線圈驅(qū)動器107a、107b，線圈驅(qū)動器107a、107b放大該調(diào)制信號來產(chǎn)生分別被輸入到正弦線圈49和余弦線圈53的同相信號I(t)和正交信號Q(t)。
將來自傳感器線圈45的讀出信號S(t)輸入到解調(diào)器107，解調(diào)器107使用來自信號發(fā)生器105的在載波頻率f0上的信號對讀出信號S(t)進行解調(diào)以形成調(diào)制頻率f1的被解調(diào)信號。將解調(diào)器107輸出的解調(diào)信號輸入到一個相位檢測器109，相位檢測器109測量該解調(diào)信號的相位并輸出該相位測量到一個位置計算器111。由位置計算器111計算與該確定的相位相應的位置數(shù)值，并將計算的位置數(shù)值輸出到一個顯示控制器113，該顯示控制器產(chǎn)生用于顯示器13的對應的驅(qū)動信號。
第二實施例在第一實施例中，通過一個空氣隙使形成于突起部分7下側(cè)上的諧振電路19與在襯底5的表面上形成的發(fā)射天線和接收天線分離。以下將參照圖8詳細描述第二實施例，其中在薄膜3與襯底5之間放置一層柔性泡沫材料。在圖8中，用相同的數(shù)字參考符號來表示與第一實施例中相應元件一致的元件，在此不再詳細地描述。
如圖8所示，在第二實施例中，在薄膜3上所印刷的諧振電路19與印刷在聚酯薄片31上的發(fā)射與接收天線21、23之間放置一個泡沫材料層121。在該實施例中，該泡沫材料層是一種聚氨酯泡沫。當用戶將薄膜3的突起部分7壓向襯底5時，在凹陷區(qū)域處的泡沫層121被壓縮并產(chǎn)生一個與該壓縮反向的偏向力。當用戶停止按壓薄膜3時，該偏向力對泡沫層121減壓，從而將薄膜3的突起部分7移回其初始狀態(tài)。
在此實施例中，控制裝置與第一實施例中的控制裝置一致，因此，在此將不再進行詳細描述。
第三實施例在第二實施例中，泡沫層121提供一個將突起部分7移回到初始狀態(tài)的偏向力，在該初始狀態(tài)中，在突起部分7的延伸區(qū)域上方在薄膜3與襯底5之間的垂直距離基本上恒定。因此脊突部分37是一個更大的區(qū)域冗余。
圖9顯示了一個橫穿第三實施例的觸敏墊1的剖面，其中在整個薄膜3與襯底5之間放置泡沫層121。特別是，泡沫層121將諧振電路19與發(fā)射和接收天線21、23分離。
第四實施例在第一實施例中，在沿測量方向其中x＝0且x＝L的位置上，形成余弦線圈53的導電軌跡的終端部分63、65、67有效地從襯底5的橫向側(cè)穿到另一橫向側(cè)。沿導電軌跡的終端部分63、65、67流動的電流產(chǎn)生一個磁場，該磁場使余弦線圈53產(chǎn)生的第二磁場B2的正弦變化畸變。以下將參照圖10詳細描述第四實施例，其中調(diào)整接收天線的布局來對余弦線圈53所產(chǎn)生的磁場補償此畸變。在第四實施例中，除了發(fā)射和接收天線以外，該傳感器其余的元件都與第一實施例中對應的元件一致，因此將不再詳細地描述。
圖10顯示了第四實施例的形成于襯底5上的發(fā)射天線和接收天線的平面圖。如圖所示，由一個正弦線圈131和一個余弦線圈133形成發(fā)射天線。在該實施例中，為了增加發(fā)射天線產(chǎn)生的磁場強度，形成正弦線圈131和余弦線圈133的導電軌跡雙倍繞行形成第一實施例中正弦線圈49和余弦線圈53的相應導電軌跡的路徑。換言之，有效地用一對重疊的線圈來形成每個由正弦線圈49和余弦線圈53所形成的電流回路。
在第四實施例中，如同在第一實施例中，通過首先印刷導電墨水以形成部分正弦線圈131、余弦線圈133和傳感器線圈135(在圖10中用虛線表示)，接著印刷一個具有通孔的非導電墨水層，該通孔與已經(jīng)印刷的導電軌跡段的終端對應，然后印刷導電墨水以形成正弦線圈131、余弦線圈133和傳感器線圈135余下的部分(在圖10中用實線表示)，來形成發(fā)射和接收天線。
由具有一個主回路的傳感器線圈135形成接收天線，該主回路圍繞正弦線圈131和余弦線圈133。在主回路的縱向終端上，該傳感器線圈135具有子回路137a、137b。如此排列傳感器線圈135以致流過傳感器線圈135的電流以相同的方向在子回路中循環(huán)，該方向是電流環(huán)繞主回路流動的方向。此外，定形子回路137以致當電流流過余弦線圈133時，使作為電流流過余弦線圈133的終端部分的一個結(jié)果的在主回路中感應的信號與作為電流流過余弦線圈133的終端部分的一個結(jié)果的在子回路137中感應的相應信號平衡。因此，當薄膜的突起部分處于初始狀態(tài)時(即未被按壓)，在傳感器線圈135中感應一個空信號。
第五實施例在前面的實施例中，由一個傳感器線圈形成接收天線155，該傳感器線圈圍繞發(fā)射天線的正弦線圈和余弦線圈，而且諧振電路沿發(fā)射天線所定義的測量路徑的長度延伸。以下將參照圖11詳細描述第五實施例，其中由一個與發(fā)射天線相鄰的傳感器線圈形成接收天線，而且諧振電路在發(fā)射天線與接收天線二者上方延伸。在第五實施例中，控制裝置與第一實施例中的控制裝置一致，因此，在此將不再詳細描述。
如圖11所示，在該實施例中，襯底151具有一個由第一和第二縱向邊153a、153b和第一和第二橫向邊155a、155b定義的矩形表面。由放置在與第一縱向邊153a相鄰的位置上的傳感器線圈157形成接收天線。由導電軌跡形成傳感器線圈157，實際上，該導電軌跡通常按照一種“八字型”圖案來形成第一和第二導電回路159a、159b，第一導電回路159a與第一橫向邊155a相鄰，第二導電回路159b與第二橫向邊155b相鄰。傳感器線圈157基本上在襯底的整個寬度上延伸，但其僅僅是距第一縱向邊153a沿大約是襯底151長度的五分之一的長度。
由正弦線圈161和余弦線圈163形成發(fā)射天線。如圖所示，發(fā)射天線從接收天線的邊延伸沿大約是襯底151長度的五分之四的長度到達第二縱向邊，以致并列地形成接收天線和發(fā)射天線，而且該接收天線和發(fā)射天線不重疊。正弦線圈161與余弦線圈163的布局與第一實施例的正弦線圈與余弦線圈的布局相同，除了形成正弦線圈161與余弦線圈163的該導電軌跡根據(jù)相互90°異相的方波函數(shù)而不是正弦和余弦函數(shù)沿襯底151的長度變化。雖然如此，還是根據(jù)公式(1)和(2)中的表達式提供與正弦線圈161和余弦線圈163有關的磁場分量強度。
相對于襯底151支撐有一個薄膜165(通過未顯示的一個支撐裝置)。由一個與電容器169并聯(lián)的導電軌跡在薄膜165上形成一個諧振電路167。該導電軌跡包括一個主回路171和兩個子回路173a、173b，主回路171基本上與發(fā)射天線重疊，子回路173a、173b基本上分別與傳感器線圈157的兩個導電回路159a、159b重疊。特別是，如此排列諧振電路167的導電軌跡以致在諧振電路167中流動的電流以相對的方向環(huán)繞子回路流動。
如圖所示，發(fā)射天線和接收天線基本上都關于襯底151上的一個中央縱向軸對稱，但電流以相對的方向環(huán)繞導電回路159流動。這導致正弦線圈161與余弦線圈163所產(chǎn)生的磁場在傳感器線圈的導電回路159中感應大小相等方向相反的信號分量。此外，在初始狀態(tài)中(即沒有將薄膜165壓向襯底151時)，由正弦線圈161與余弦線圈163在諧振電路167的主回路171中感應的信號分量積分為零，因此在初始狀態(tài)中，諧振電路167基本上并沒有在傳感器線圈157中感應出信號。然而，如同在第一實施例中，當用戶將覆蓋發(fā)射天線的一部分薄膜165壓向該發(fā)射天線時，在諧振電路167的主回路171中感應一個信號，該信號具有一個表示薄膜165的按壓位置的相位。于是該感應的信號繞諧振電路167的子回路173a、173b以相對方向流動，由此在傳感器線圈157中感應的所得信號彼此相加以形成一個讀出信號S(t)。
通過在空間上將接收天線和發(fā)射天線分離，通常通過在傳感器線圈157中引入補充的電流回路就可以輕易地相對于發(fā)射天線的正弦線圈161和余弦線圈163平衡接收天線的傳感器線圈157。此外，通過調(diào)整諧振電路的布局以匹配傳感器線圈157的補充電流回路的布局，就可以增強在諧振電路167與接收天線的傳感器線圈157之間的耦合，從而增加讀出信號S(t)的振幅。
第六實施例在前面的實施例中，測量路徑的長度L等于正弦線圈和余弦線圈的周期，因此讀出信號S(t)的相位在測量路徑的長度L上經(jīng)過2π弧度(360°)進行變化。所以，控制裝置內(nèi)的信號處理器能夠清晰地識別其中將薄膜壓向襯底的位置。如果通過相應地增加正弦線圈和余弦線圈的周期來增加測量路徑的長度，則降低了位置測量的精確度?；蛘?，如果通過使用多個周期的正弦線圈和余弦線圈來增加測量路徑的長度，控制裝置就不再能夠清晰地確定其中將薄膜壓向襯底的位置。
以下將參照圖12詳細描述本發(fā)明的第六實施例，其中使用一種多節(jié)距的線圈結(jié)構來允許在一個長的測量長度上的精確位置測量。
圖12顯示了該實施例的發(fā)射天線、接收天線和諧振電路的一個平面圖。如圖所示，發(fā)射天線包括第一正弦線圈181和第一余弦線圈183，每個線圈都具有等于測量路徑的長度的周期，該發(fā)射天線還包括第二正弦線圈185(如圖12中點線所示)和第二余弦線圈187(如圖12中虛線所示)，每個線圈都具有一個等于測量路徑的長度的三分之一長度的周期。由一個圍繞發(fā)射天線延伸的傳感器線圈189形成接收天線，并由沿測量路徑延伸的導電軌跡191的回路形成諧振電路，其中回路的每個終端都與電容器193的相應的端點相連。
在該實施例中，控制裝置(圖12中未顯示)輸出一對在載波頻率f0(與諧振電路的諧振頻率相等)上的激勵信號，由在調(diào)制頻率f1上的相互90°異相的第一和第二調(diào)制信號分別調(diào)制這對激勵信號。把由此產(chǎn)生的這對調(diào)制信號分別提供到第一正弦線圈181和第一余弦線圈183，以致以第一實施例所描述的方式在傳感器線圈189中感應一個讀出信號S1(t)，該讀出信號具有一個在調(diào)制頻率f1上的分量，而且其相位清晰地識別將薄膜壓向襯底的大致位置。然后把這對調(diào)制信號分別提供到第二正弦線圈185和第二余弦線圈187以在傳感器線圈189中感應一個讀出信號S2(t)，該讀出信號具有一個在調(diào)制信號f1上的分量，而且由于它可以表示沿測量路徑的多個不同點，因此其相位指示出的薄膜壓向襯底的精確位置測量只是大概的。然而，控制裝置內(nèi)的信號處理器能夠確定由精確位置測量指出的可能點中的哪個是正確的點，這是因為只有一個可能的位置測量符合由第一正弦線圈181和第一余弦線圈183所提供的清楚的大致位置測量。
第七實施例在前面的實施例中，測量沿直線測量路徑的位置，在該位置將一個薄膜壓向一個襯底。以下將參照圖13詳細描述第七實施例，其中以二維方式測量將一個薄膜壓向一個襯底的位置。
如圖13所示，在該實施例中，觸敏墊具有四個線性傳感器，每個傳感器具有在y方向上并列放置并與x方向平行的直線測量路徑。特別是，觸敏墊的襯底201具有由四個傳感器線圈203a到203d所形成的四個接收天線，以及由四個正弦線圈205a到205d和四個余弦線圈207a到207d形成的四個發(fā)射天線。每個接收天線的傳感器線圈203圍繞各自的發(fā)射天線的正弦線圈205和余弦線圈207。觸敏墊的薄膜(未顯示)具有導電軌跡，該導電軌跡形成于該薄膜上并構成四個諧振電路209a到209d，每個諧振電路209與各自的發(fā)射天線和接收天線對關聯(lián)。
在使用時，控制裝置(未顯示)順序地詢問每個線性傳感器。當用戶按壓該薄膜時，控制裝置確定在y方向上對按壓位置的測量，線性傳感器根據(jù)該按壓產(chǎn)生一個非零的讀出信號S(t)，控制裝置根據(jù)該讀出信號S(t)確定在x方向上按壓的位置。
第八實施例在第七實施例中，通過提供多個并列排列的線性傳感器來以二維方式檢測薄膜的按壓位置。另外地，可以通過使用單個傳感器來以二維方式確定按壓位置，該傳感器定義了在二維空間上延伸的單個的、非直線的測量路徑。
現(xiàn)在將參照圖14詳細描述第八實施例，其中單個傳感器定義了一個右行左行交互書寫類型的測量路徑。換言之，該測量路徑以之字形從二維區(qū)域的一邊到另一邊。
如圖14所示，在該實施例中，由一個正弦線圈221(用鏈接行表示)和一個余弦線圈223(在圖14中用虛線表示)形成發(fā)射天線。將正弦線圈221和余弦線圈223都分為四個四分之一周期的部分，其與x方向排成直線并在y方向上相互偏移，以致并列地形成該四分之一周期部分。特別是，通過與y方向排成直線的導電軌跡部分連接正弦線圈221與余弦線圈223沿正x方向延伸的第一個四分之一周期部分和正弦線圈221與余弦線圈223沿負x方向延伸的第二個四分之一周期部分。類似地，第二個四分之一周期部分連接到沿正x方向延伸的第三個四分之一周期部分，而第三個四分之一周期部分又連接到沿負x方向延伸的第四個四分之一周期部分。
由圍繞整個正弦線圈221和余弦線圈223的傳感器線圈225形成接收天線。諧振電路27包括導電軌跡，該導電軌跡形成一個通常沿正弦線圈221和余弦線圈223的之字形路徑的回路。
該實施例的控制裝置與第一實施例的控制裝置的差別僅僅在于，在該實施例中，位置計算器包括將讀出信號S(t)的相位與相應的二維位置相關聯(lián)的查找表。當控制裝置提供一個同相信號I(t)到正弦線圈221并提供一個正交信號Q(t)到余弦線圈223時，如果沒有按壓其上形成了諧振電路227的薄膜，則在傳感器線圈225中的讀出信號S(t)是一個空信號。然而，如果按壓了該薄膜，則在傳感器線圈225中形成包含了一個在調(diào)制頻率f1上的分量的讀出信號S(t)，該分量的相位表示沿發(fā)射天線所定義的測量路徑按壓薄膜的位置?？刂茊卧ㄟ^使用存儲的查找表來將此相位測量轉(zhuǎn)換成一個二維位置測量。
修改以及另外的實施例在第八實施例中，發(fā)射天線定義了一個之字形測量路徑?；蛘?，可以使用在二維空間上方延伸的其他形式測量路徑。例如，發(fā)射天線可以形成一個螺旋狀的測量路徑。
在第七實施例中，多個線性傳感器在x方向上排成直線卻在y方向上相互偏移。通過標識在哪個線性傳感器中感應表示按壓薄膜的信號來確定在y方向上的位置?；蛘撸嗽趚方向排成直線的線性傳感器以外，還可以提供多個其測量路徑在y方向上排成直線但在x方向上相互偏移的線性傳感器。因此，在y方向上的線性傳感器可以更精確地確定薄膜按壓位置在y方向上的坐標。
在第七實施例中，控制裝置順序地詢問線性傳感器?；蛘撸刂蒲b置可以連續(xù)地詢問全部線性傳感器，對于每個線性傳感器而言，其同相信號I(t)和正交信號Q(t)的調(diào)制頻率是不相同的，以致可以使用一種濾波器結(jié)構離析由每個線性傳感器所感應的讀出信號S(t)的分量。
在上述實施例中，一個無源的諧振電路(或諧振器)形成在發(fā)射天線與接收天線之間的中間耦合元件。然而，在某些情況中，使用一個有源的諧振器也許是有益的，以使顯著地放大諧振器中所感應的信號，從而減少信號處理電路對靈敏度的需求。
可由一個導電回路或?qū)щ姳P而非諧振電路來形成中間耦合元件。然而，優(yōu)先選擇使用一個諧振電路，這是因為諧振電路的共振特性提供一個更大的讀出信號S(t)。
中間耦合元件不是必須的，或者可以在襯底上形成發(fā)射天線和接收天線中的一個，而在薄膜上形成另一個。圖15以示意圖的方式顯示了這樣一個實施例，其中在觸敏墊的襯底上形成包含正弦線圈241和余弦線圈243的發(fā)射天線，并在觸敏墊的可彈性變形的薄膜249上形成包含傳感器線圈247的接收天線。通過一個支撐裝置(在圖15中未顯示)相對于襯底支撐該薄膜以致當薄膜249處于一個初始的、未變形的狀態(tài)時，傳感器線圈247中的讀出信號S(t)是空信號。然而，在將薄膜249的局部區(qū)域壓向襯底245時，就會在傳感器線圈247中感應表示凹陷區(qū)域的位置的讀出信號S(t)。
在第一實施例中，通過在襯底上印刷導電墨水來形成導電軌跡，該導電軌跡形成發(fā)射天線和接收天線，并通過在薄膜上印刷導電墨水來形成諧振電路。應理解還可以使用其他制造技術來形成發(fā)射天線、接收天線和諧振電路。例如，可以通過以傳統(tǒng)的方式在印刷電路板上沉積導電軌跡來形成發(fā)射天線和接收天線。
通過印刷導電墨水來形成天線和/或中間耦合元件具有廣泛的適用性。例如，可以按照該方式形成GB2374424A中所描述的位置傳感器的發(fā)射和接收天線?？梢栽诙鄠€材料上印刷導電墨水，例如諸如聚酯和聚酰胺那樣的相對標準的聚合物。
如第一實施例中所述，可以通過以下方式形成電容器印刷導電墨水的第一區(qū)域，接著在該導電墨水的第一區(qū)域上方印刷一個絕緣墨水層，然后在導電墨水層的第一區(qū)域上方印刷導電墨水的第二區(qū)域以致該絕緣墨水層分離導電墨水層的第一和第二區(qū)域?？梢酝ㄟ^改變導電墨水區(qū)域大小或改變絕緣墨水層的厚度來獲得不同的電容值。
在第一到第八實施例中，可以在觸敏墊的襯底上形成發(fā)射天線和接收天線，并在薄膜上形成中間耦合元件。應理解，可替換地可以在襯底上形成中間耦合元件并在薄膜上形成發(fā)射和接收天線。
在上述實施例中，檢測薄膜相對于襯底的局部變形的位置。然而，一般對于以允許在兩個部件之間的局部相對移動的方式相互支撐的任何兩個部件而言，可以檢測局部變形的位置。在一個實施例中，可以使用銅線來形成發(fā)射天線、接收天線和諧振電路，其中諧振電路直接附在泡沫層的一側(cè)而發(fā)射天線和接收天線附在泡沫層的另一側(cè)。在該情況下，諧振電路形成一個部件而發(fā)射天線和接收天線形成另一部件。
在上述實施例中，由正弦線圈和余弦線圈來形成發(fā)射天線，如此安排正弦線圈和余弦線圈以使它們對垂直于襯底的總磁場分量的相對貢獻根據(jù)沿測量方向的位置而變化。特別是，正弦線圈和余弦線圈具有一種交替纏繞的回路結(jié)構。然而，應理解可以采用多種不同的勵磁線圈幾何結(jié)構來形成一個發(fā)射天線，該發(fā)射天線實現(xiàn)使由不同的勵磁線圈對垂直于襯底的總磁場分量的相對比例的貢獻沿測量路徑變化的目的。
在上述實施例中，由兩個勵磁線圈形成發(fā)射天線并由單個傳感器線圈形成接收天線。應理解可以使用發(fā)射線圈和接收線圈的其他許多結(jié)構，其中在發(fā)射天線與接收天線之間的電磁耦合沿測量路徑變化。例如，可以由單個勵磁線圈形成發(fā)射天線并由一對傳感器線圈形成接收天線，其中在中間耦合元件與接收天線之間的電磁耦合響應變形而變化，即在兩個傳感器線圈中感應的相應的信號強度表示變形的位置。
在第二和第三實施例中，聚氨酯泡沫分離該襯底與薄膜。應理解可以使用其他形式的泡沫橡膠。在可替換實施例中，分離襯底與薄膜的可變形材料是聚氯丁橡膠。
應了解到可以采用在第一實施例中所描述的感測裝置來沿著一條曲線例如一圈(即一個回轉(zhuǎn)式位置傳感器)測量線性位置，通過以一種本領域技術人員了解的方式來改變正弦線圈和余弦線圈的布局來實現(xiàn)。還可以把感應傳感器用作速度檢測器，檢測在將薄膜局部地壓向襯底時沿測量路徑移動的實體速度。
在前面所述實施例中，測量將薄膜壓向襯底的表面的局部位置。也可能是其他形式的局部變形。例如，在替換實施例中，第一和第二薄膜都是可彎的，由于在該位置上電磁耦合中的變化而確定一個局部彎曲的位置。
在上述實施例中，使用一個2MHz的載波頻率。使用一個高頻的載波頻率有利于提高在發(fā)射天線與接收天線之間的電感耦合。該載波頻率的典型值在100kHz到10MHz的范圍中。
在上述實施例中，控制裝置內(nèi)的信號發(fā)生器產(chǎn)生一個同相信號I(t)和一個正交信號Q(t)，它們包含一個在載波頻率上的載波信號，通過在調(diào)制頻率上相應的調(diào)制信號對該載波信號進行調(diào)制，調(diào)制頻率明顯小于載波頻率。為了確定其中按壓該薄膜的位置測量，控制裝置內(nèi)的信號發(fā)生器測量在調(diào)制頻率上的讀出信號S(t)的一個分量的相位。該結(jié)構有利地結(jié)合了使用較高載波頻率而產(chǎn)生的在發(fā)射天線與接收天線之間的耦合的振幅的增加和用于測量在較低調(diào)制頻率上的信號相位的簡單信號處理技術。此外，在發(fā)射天線和諧振電路之間的線圈驅(qū)動器和諧振耦合的濾波效應允許使用質(zhì)量比較低的用數(shù)字化產(chǎn)生的激勵信號。
可以用在上述實施例中的可替換控制裝置是英國專利申請NO0224100.8中所描述的位置傳感器的控制單元，在此引用其全文作為參考。圖16顯示了這種控制裝置的主要組成部分。一個正交信號發(fā)生器261產(chǎn)生在第一頻率f0上的激勵信號正交對，在此實施例中第一頻率f0為2MHz。將這對正交信號分別提供到第一和第二線圈驅(qū)動器263a、263b，在將它們提供給正弦線圈和余弦線圈之前對它們進行放大。這些信號感應在第一頻率f0上的讀出信號S(t)，其相位表示將薄膜壓向襯底的位置。然而，當?shù)谝活l率f0比較高時，就難以精確地測量讀出信號S(t)的相位。為了解決此問題，采用一個外差檢波系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將讀出信號輸入到混頻器265，在該混頻器中將其與信號發(fā)生器267所產(chǎn)生的在第二頻率f2上的信號混頻。第二頻率f2近似于但并不等于第一頻率f0。因此混頻器輸出具有一個在頻率f0-f2上的低頻分量和一個在頻率f0+f2上的高頻分量的信號。通過低通濾波器268消除該高頻分量，并將保留的在頻率f0-f2上的低頻分量輸入到相位檢測器269，相對于一個參考信號檢測由信號發(fā)生器所提供的在頻率f0-f2上的低頻分量的相位。該相位表示將薄膜壓向襯底的位置。將檢測的相位輸入位置計算器，該位置計算器將檢測的相位轉(zhuǎn)換成位置數(shù)值并輸出該位置數(shù)值到一個顯示控制器，顯示控制器產(chǎn)生一個相應的驅(qū)動信號來使顯示器指示該計算的位置數(shù)值。
應理解參照圖16所描述的控制裝置還結(jié)合了以下優(yōu)點，對于在發(fā)射天線和接收天線之間的感應耦合使用高頻率，而對于信號處理使用低頻率以確定位置數(shù)值。
在上述實施例中，在顯示器上顯示一個表示所檢測位置的數(shù)值。然而，在很多應用中，把該數(shù)值用作一個用于相關系統(tǒng)的控制參數(shù)。例如，可以在汽車，諸如洗衣機等的家用電器，電子設備，航空設備，農(nóng)業(yè)設備，工業(yè)設備，船舶，紡織機器，運動設備，音頻/視頻設備、防御設施、IT/通信設備、個人計算機或安全防范系統(tǒng)內(nèi)部組合該感測裝置。
傳感器的大小可以在多個數(shù)量級上變化。一般地，測量路徑延伸一段從幾毫米到幾米的距離。較大范圍的應用是監(jiān)控人躺在床墊上時施加給床墊的局部壓力點。這種系統(tǒng)將有利于監(jiān)控臥床的人應該躺在床上的方式以作為一種對褥瘡的預防測量防止壓痛，或監(jiān)控躺在搖籃中的嬰兒的動作以作為一個安全防范系統(tǒng)。
除了在薄膜上印刷諧振電路之外，還可以在薄膜上印刷用戶信息。圖17顯示了替換實施例，其與第一實施例的區(qū)別在于(i)在薄膜的上表面(即面向遠離襯底的表面)形成一個十進制鍵盤301a到301j，十進制鍵盤的每一個數(shù)字都在薄膜的突起部分的不同區(qū)域；(ii)控制裝置包括一個查找表，其將薄膜每個區(qū)域與對應數(shù)字相關聯(lián)；(iii)控制裝置包括數(shù)字顯示器303和相關的顯示控制器(未顯示)。當用戶的手指按壓在薄膜的突起部分上面所表示的其中一個數(shù)字時，控制裝置計算該按壓位置，使用查找表，確定對應的數(shù)字。然后將確定的數(shù)字顯示在數(shù)字顯示器303上。
在一個優(yōu)選實施例中，薄膜是可分開安裝在襯底上的。這允許對很多不同的人機接口使用相同的襯底，而在人機接口之間變化的只是在各個薄膜以及信號處理電路上印刷的用戶信號。因此，顯著地簡化了對結(jié)合本發(fā)明所述感測裝置的產(chǎn)品的研究和定制。
如上所述，在第一實施例中，控制裝置與GB2374424A中所描述的位置傳感器的控制裝置相同。在一個實施例中，傳感系統(tǒng)包括一個公用的控制單元，該控制單元用于第一實施例中所述的一個或多個位置傳感器以及GB2374424A中所述的一個或多個位置傳感器，并且在此控制單元與傳感器的發(fā)射天線和接收天線之間放置一個多路復用器，以致該控制單元能夠有選擇地尋址各個傳感器。其中需要這樣多個感測裝置的典型情況是在汽車或諸如洗衣機、轉(zhuǎn)筒式干燥機和洗碗機等那樣的家用電器。
對本發(fā)明中傳感器的另一個應用是測量一個碰撞的位置。例如，該感測裝置可以測量一個拋射體在一個目標上的碰撞位置，例如，該拋射體可以例如是一個球。
在另一個實施例中，由透明材料形成該觸敏墊并將其置于顯示屏幕的前面。于是用戶就可以通過按壓觸敏墊上的位置來輸入信息，該信息與顯示在顯示屏幕上相應位置上的信息相對應。優(yōu)選地，使用規(guī)格盡可能小的導線或諸如銦錫氧化物那樣的透明導體來形成導電軌跡。在替換實施例中，在顯示屏幕一側(cè)上形成發(fā)射天線和接收天線，并在該顯示屏幕另一側(cè)上形成中間耦合元件，以此來降低圖像質(zhì)量的任何損失。
權利要求
1.一種感測裝置，包括通過一個支撐裝置相互支撐的第一和第二部件；第一部件包括一磁場發(fā)生器用于產(chǎn)生一磁場；以及第二部件包括一天線用于監(jiān)控由磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場；其中為了改變在磁場發(fā)生器與天線之間的電磁耦合，第一和第二部件中至少一個部件可以相對于第一和第二部件中另一部件局部變形，以致響應一個局部變形，在天線中感應一個表示該局部變形的位置的信號。
2.按照權利要求1所述的感測裝置，其中所述天線是一接收天線，而且其中所述磁場發(fā)生器是一發(fā)射天線。
3.按照權利要求1所述的感測裝置，其中所述天線是一接收天線，其中第二部件進一步包括定義一測量路徑的發(fā)射天線，而且其中該磁場發(fā)生器是一個用于沿測量路徑電磁耦合發(fā)射天線和接收天線的中間耦合器。
4.一種感測裝置，包括通過一個支撐裝置相互支撐的第一和第二部件，第一部件包括一發(fā)射天線和一接收天線，第二部件包括一中間耦合器，該中間耦合器可以響應提供到發(fā)射天線的激勵信號而操作來產(chǎn)生一個磁場，以便在接收天線中感應一讀出信號，其中為了改變在i)發(fā)射天線與中間耦合器或ii)中間耦合器與接收天線至少其中之一之間的電磁耦合，第一和第二部件中至少一個部件可以相對于第一和第二部件中另一部件局部變形，以使響應一個局部變形，在接收天線中感應一表示該局部變形的位置的信號。
5.按照權利要求3或4所述的感測裝置，其中發(fā)射天線包括第一和第二勵磁線圈，接收天線包括一個傳感器線圈，其中第一和第二勵磁線圈通過中間耦合器與傳感器線圈電磁耦合，以使在第一和第二勵磁線圈與傳感器線圈之間的電磁耦合沿所述測量路徑根據(jù)各自不同的函數(shù)變化。
6.按照權利要求5所述的感測裝置，其中排列第一和第二勵磁線圈和傳感器線圈以使所述第一和第二函數(shù)以相同的周期隨位置而進行正弦變化，但它們彼此異相。
7.按照權利要求6所述的感測裝置，其中第一和第二函數(shù)彼此相位相差四分之一個周期。
8.按照權利要求3到7中任何一項權利要求所述的感測裝置，其中該中間耦合器包括一諧振電路。
9.按照權利要求8所述的感測裝置，其中該諧振電路包括至少一個沿發(fā)射天線所定義的測量路徑延伸的電流回路。
10.按照權利要求3到9中任何一項權利要求所述的感測裝置，其中并列放置發(fā)射天線和接收天線，而且其中該中間耦合器鄰近于發(fā)射天線與接收天線延伸。
11.按照權利要求10所述的感測裝置，其中接收天線包括定義第一組兩個或多個回路的傳感器線圈，而且其中該中間耦合器包括一導電線圈，該導電線圈具有與接收天線相鄰定義與所述第一組兩個或多個回路匹配的第二組兩個或多個回路的位置。
12.按照權利要求2到11中任何一項權利要求所述的感測裝置，其中發(fā)射天線和接收天線中的至少一個包括一導電墨水軌跡。
13.按照權利要求2到12中任何一項權利要求所述的感測裝置，進一步包括一可操作來提供一激勵信號給發(fā)射天線的信號發(fā)生器，以及一個可操作來處理在接收天線中感應的所述信號以確定局部變形位置的信號處理器。
14.按照權利要求13所述的感測裝置，其中信號發(fā)生器可操作來產(chǎn)生一激勵信號，該激勵信號包括具有第一頻率的通過具有第二頻率的周期性調(diào)制信號調(diào)制的周期性載波信號，第一頻率大于第二頻率。
15.按照權利要求14所述的感測裝置，其中信號處理器包括一解調(diào)器，該解調(diào)器可操作來解調(diào)在接收天線中產(chǎn)生的感應信號以獲得一個在第二頻率上的解調(diào)信號。
16.按照權利要求15所述的感測裝置，其中信號處理器進一步包括一可操作來檢測在第二頻率的解調(diào)信號的相位的相位檢測器。
17.按照權利要求13所述的感測裝置，其中信號發(fā)生器是操作來提供一在第一頻率上的激勵信號到發(fā)射天線，為的是在接收天線中感應一在第一頻率上的信號，而且該信號處理器包括一個可操作來混頻所述在第一頻率上的感應信號與在第二頻率上的參考信號以產(chǎn)生一個拍頻信號的混頻器，第二頻率不同于第一頻率。
18.按照權利要求17所述的感測裝置，其中信號處理器包括一個相位檢測器用于檢測拍頻信號的相位。
19.按照權利要求2到18中任何一項權利要求所述的感測裝置，其中發(fā)射天線定義一直線測量路徑。
20.按照權利要求2到18中任何一項權利要求所述的感測裝置，其中發(fā)射天線定義一以之字形穿過一個測量路徑的測量路徑。
21.按照前面任何一項權利要求所述感測裝置，其中布置支撐裝置來在未變形狀態(tài)中相對于第二部件支撐第一部件，其中磁場發(fā)生器可操作來產(chǎn)生在該天線中感應一空信號的磁場。
22.按照前面任何一項權利要求所述感測裝置，其中支撐裝置相對于第二部件支撐第一部件，以使在未變形時，一空氣隙分開磁場發(fā)生器和天線。
23.按照權利要求1到21中任何一項權利要求所述的感測裝置，其中支撐裝置包括分開磁場發(fā)生器與天線的可變形材料。
24.按照前面任何一項權利要求所述感測裝置，其中第一和第二部件中的一個部件包括一個襯底，而第一和第二部件中的另一部件包括一個薄膜；其中支撐裝置在沒有變形時至少支撐部分薄膜遠離襯底表面。
25.按照權利要求24所述的感測裝置，其中該薄膜包括定義薄膜的一部分的脊突裝置，在沒有變形時，該脊突裝置基本上是在與襯底的表面平行的平面內(nèi)。
26.按照權利要求24所述的感測裝置，其中通過一個柔性材料層分開薄膜與襯底，以使該薄膜在朝向襯底表面的方向上是可變形的。
27.按照權利要求26所述的感測裝置，其中該柔性材料是可彈性變形的。
28.按照前面任何一項權利要求所述的感測裝置，其中第一和第二部件中至少一個部件包括將不同的位置與各自的信息相關的索引標記。
29.一種人機接口，包括任一個在前面權利要求中所述的感測裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感測裝置，包括通過一個支撐裝置相互支撐的第一和第二部件。第一部件包括一個磁場發(fā)生器用于產(chǎn)生一個磁場，而第二部件包括一個天線用于監(jiān)控由磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場。為了改變由磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場和在磁場發(fā)生器與天線之間的電磁耦合中的至少之一，第一和第二部件中至少一個部件可以相對于第一和第二部件中另一部件局部變形，以致響應局部變形，在天線中感應表示該局部變形位置的信號。
文檔編號G06K11/00GK1745388SQ200380108432
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權日2003年1月7日
發(fā)明者C·S·西爾斯, D·克雷特, M·A·霍沃德 申請人:傳感墊有限公司