集成到织物支撑物的用于电气设备或电子设备的触觉控制布置的制作方法_2

文档序号:8344864阅读:来源:国知局
,敏感部件被收纳在小刚性容器内的安全位置,而不是以任何损害敏感部件的灵活性和一致性特性的方式。控制电子设备可能通过借助于多极带20解耦该连接与敏感区域分离,或者假如天线和相关联的供应和驱动电子设备在传感器矩阵的板上实现,经由无线电永久分离和连接。
[0029]传感器矩阵借助于仅作为矩形矩阵的示例来表示,其包括多个以行和列排列的传感器。然而,这种布置意味着为非限制性的,也可以被制作替代性的线性或二维布置,其具有与作为本发明的主题的触觉控制布置的预期用途一致的形状和扩展。
[0030]用于传感器矩阵和处理模块之间的连接的多极带20具有一束传感器的激励和读取线、可选的接地连接线,以及AC电压屏蔽连接线AC_SHLELD。
[0031]处理模块16的微电路是,例如,通过模拟设备的芯片AD7147,其被配置和编程为生成传感器的激励信号,例如,以250kHz的频率的方波信号电压,通过导电轨和垂直连接通孔施加到传感器设备的有源电极,并且用于通过相同的导电轨获取在电极建立的表示模拟触点(电容)测量的数据的电压信号(电压降的读数)。对于12个传感器的矩阵的布置,微电路适于提供指示12容量测量的16位的数据,其通过串行数据通信总线(I2C或SPI)提供至,例如,外部有线通信线路或布置用于与远程设备的无线连接的天线。
[0032]处理模块16被布置为经由缆线或经由无线电耦接到附近的一个或多个电子设备,例如,便携式个人电子设备,诸如电话P和手表W。适于通过作为本发明的主题的触觉控制布置控制的电子设备的另外的示例不仅包括导航工具,集成在专业服装中的紧急通信设备、在医疗领域中由处于危险的患者或对象可佩戴的控制和报警电子设备、还包括车辆面板上的通信和娱乐设备,以及在家庭环境中的通信和娱乐设备、系统和家用电器,或其相关联的手持式遥控设备。
[0033]处理模块16被布置成与传感器矩阵的信号的每个组合相关联(同时或连续),与由传感器检测的压力或触摸事件的组合、在附近与其联接的电子设备的预定的不同的控制功能对应。不同的压力或触摸的组合对应于根据用户可以通过驻留在标准的处理器(个人计算机)中的界面软件自由地改变的预先设定语言的不同的命令。
[0034]在图3a中,示出了与电容式触觉传感器S的矩阵集成的柔性衬垫12的当前优选的实施方式。
[0035]柔性衬垫12分别包括都是柔性的导电材料和绝缘材料的多个层,通过胶接联接在一起,从而实现平面电容式传感器结构,其具有容易拟合曲线表面的特性。
[0036]在两个外部织物层30之间布置传感器矩阵S。其中,外部织物层30构成织物支撑物的整体的一部分(integral part),诸如触觉控制布置的一件服装或使用配件,或者构成用于这种布置的外壳,该外壳通过机械(缝合)或化学(共成型)附接可耦接到织物支撑物。其中,传感器矩阵S包括形成有源电极E的优选方形形状的衬垫32的矩阵(在该示例中,12个电极按行和列排列)和导体屏蔽金属箔34,导体屏蔽金属箔34设置有用于连接到矩阵的传感器之间的屏蔽交流电压AC_SHIELD的导体端子。导体屏蔽金属箔34具有与电极的衬垫的形状类似的形状以及更大的面积的对应数量的开口或切口,适于根据平面布置将电极焊盘容纳在其中。
[0037]衬垫32与金属箔34的一面借助于粘合材料层36与第一织物层30连接。
[0038]在相对侧,衬垫32和金属箔34优选地,但不一定,借助于类似粘合材料的膜38与构成外壳层的绝缘材料金属箔40(例如,相同织物的金属箔)连接。粘合材料层38和绝缘材料金属箔40是全等形状,并且在电极的衬垫具有一系列与此相似的形状和更小的面积的开口或切口 Z。另选地,仅设置粘合材料层38,粘合材料层38也作为绝缘层。
[0039]在绝缘织物金属箔40或粘合材料层38相对于电极32的配置的相对侧,布置导电材料的层42,其被成形为创建多个分离的导电区域和对应的导电轨T,每个导电区域形成在传感器S的矩阵的有源电极E布置的接触衬垫PD,对应的导电轨T以用于与外部处理电路模块16连接的扩大的接触区域结束,其中外部处理电路模块I被布置用于获取并处理来自每个传感器S的信号。
[0040]借助于外部织物层30之间的衬垫12的密封包装,层42的接触衬垫H)与绝缘层40相对侧上的电极衬垫32直接接触,而不需要为传感器的生产构造与其正交的金属化通孔。
[0041]层42的导电区域借助于绝缘粘合层44连接到具有屏蔽功能的导电材料层46,导电材料层46设置有用于连接到屏蔽交流电压AC_SHIELD的导体端子。
[0042]有利的是,导电层46和34在相邻的传感器之间执行屏蔽功能,防止由传感器检测到的信号作为其附近的传感器的干扰传播。
[0043]最后,导电屏蔽层46的面借助于粘合材料层48连接到第二织物层30,任选地,将连接到参考电位的附加导电层插入,例如,地面。
[0044]另选地,如图3b所示,层42的导电区域可以由共面导电粘合材料层46’包围,共面导电粘合材料层46’设置有用于连接到屏蔽交流电压AC_SHIELD的导体端子,因此具有屏蔽功能,并且这两层都通过绝缘粘合层44、屏蔽层46和粘合层48与第二织物层30相连接。
[0045]外部织物层30优选地具有比内部层大的扩展,从而通过缝合或共成型限定与一件服装或配件的连接片。
[0046]在触觉传感器矩阵的区域中,外壳不仅具有保护功能,而且还是具有功能性的。在该区域中,根据作为本发明的主题的布置的响应特性的机械性能和电气性能,所使用的材料形成触摸垫的电介质。
[0047]根据本发明的传感器矩阵可以以具有压力检测功能增强的改进形式制成,如果绝缘材料的局部变形的软层和接地连接层(GND)布置在层36和30之间,由此可以在柔性衬垫12的表面上制作具有用于测量任意外部物体所施加的压力的附加操作模式的控制布置,无论其导电与否。
[0048]在该改进的实施方式中,处理模块16的微电路被布置为通过由层42限定的同一导电轨T获取在电极E建立的并且表示代表在对应的传感器上施加的压力的容量变化的电压信号。
[0049]在优选的实施方式中,外部织物层是柔软的材料,例如,不会抽丝的弹力织物;包括复合物的皮革;家具或服装织物品、保护性或特定技术织物品,以及绝缘材料层是由不会抽丝的弹力织物制成,不会抽丝的弹力织物由在聚酰胺和/或聚酯的基质中按重量计含有5%至30%的弹性体(例如,在商标名莱卡(Lycra)下的已知的弹性纤维)以及对于以150-200g/m2量级的衡量制形成。这赋予弹力并且在将应力释放到织物之后返回。导电层是由基于丙烯腈-丁二烯(NBR)的合成导电橡胶制成的层,配以80° -85°的炭黑NBR,其具有小于40ohmS/cm和大约Imm的厚度的受控电阻。粘合层是由热塑性聚氨酯(热熔)粘合剂的膜或沉积物形成的,例如,具有约100-150微米厚度的酯和聚氨酯复合物。
[0050]对于本文所述的触觉控制布置的实施,当处理材料时,特别是在切割,定心以及在绝缘织物层和导电胶层之间的对准操作中,需要非常高的精度,其-在操作温度下为极端柔性的材料-如果不被以很好的方式处理,则在需要热制法的过程期间趋向改变它们的尺寸。
[0051]各种层用激光切割技术进行切割,以获得非常高的精度,并借助于压力进行热胶接,其借助于热和压力,将层永久地胶接在一起。这种类型的胶接可确保该部件的耐磨性、耐振性、耐水性和耐溶剂性、弹性以及强度特性。随后,其他材料/织物品可在如此形成的柔性衬垫上胶接或缝合,以满足对于最终产品的更多种需求。
[0052]根据本发明的触觉控制布置的使用模式是通过柔性衬垫12的区域的触摸和压力动作,柔性衬垫12对应于传感器的矩阵。传感器矩阵S的有源电极被埋入的区域优选地标记有指示与对应的控制相关联的功能的象形图或符号。
[0053]当控制布置的衬垫12被触摸时,例如,当对象按压传感器的顶部时,它改变了在电极和与传感器接触的主体的部分之间建立的电场的流线,并且电极的矩阵周围的电介质受到与紧挨受压力或触摸影响的区域的传感器的额定容量的变化对应的微扰。这种容量的变化提供关于在衬垫上施加的压力的范围和关于其空间分布的信息。以这种方式,可以检测用户触摸的强度、持续时间和范围。传感器矩阵产生的电信号的获取和处理电子设备将命令转换到相关联的电子设备。在图4中示出使用根据本发明的布置管理对象在他/她身上携带(被绑到他/她的身体或保持在外套J的口袋中)的多种电子个人设备示例,其中,智能电话、雷达、手表、一对耳机、胸带是在左侧从下到上顺时针方向示出,经由在右下角示出的柔性控制界面,其中织物翼片被抬高以显示系统化的传
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