传感器的制作方法

专利名称：传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器。
背景技术：
触摸板(touch pad)是众所周知的，特别是对于诸如膝上型计算机和移动电话之类的便携式设备。触摸板是一种输入设备，并且包括传感器和所关联的电路。在用户移动触笔或手指触摸到触摸板的一部分时，该接触就对传感器发生影响，并被电路检测出来。有各种机制可以用来检测触摸板上的接触点。
一种这样的机制如图1所示。传感器10使用了一块矩形的导电片11，它的每个角上都有一根电接线。导电片11用同质的石墨纸制成。
导电片11是电阻性的。在触笔或手指接触导电片11时，接触点处的电阻改变，因此两个不同的电接线12之间的电容(从而也就是阻抗)改变。为了确定触笔或手指放在导电片上的位置，要进行一些测量。有许多可选方案可以用来进行测量。在一种技术中，将两根邻近的电接线12短路。然后，将AC(交流电)电荷脉冲加到其中一根电接线12上，并且在另两根相应的电接线上进行信号测量(不需要对短接在一起的两根电接线12进行测量)。然后，将短接的电接线12断开，而将对面的两根电接线12短路。然后，在这个特定的安排下重复这个测量过程。根据测量结果，可以计算出触笔或手指位置的坐标。接着，将另两根邻近的电接线12短路，再重复这个测量过程。此后，将对面的电接线12短路，再重复这个测量过程。
信号测量用来推断取决于所施加的电荷脉冲和手指位置的电荷分布。因此，可以根据信号测量结果确定手指位置。可以用某个电荷电平作为触发、计算在一段给定时间间隔内的触发事件数来进行信号测量，也可以通过固定时间间隔并确定在这段时间结束时对参考电容值的电荷电平来进行信号测量。
在另一种技术中，将AC脉冲施加到一个角而在其他角进行测量。
在又一种技术中，AC脉冲同时施加到所有四个角上。
AC脉冲的施加、电流测量和位置计算功能用例如英国南安普敦的量子研究组(Quantum Research Group of Southampton，UK)出售的产品之一的集成电路(IC) 来完成。位置计算取决于所用的AC脉冲施加技术。
如图1所示的传感器往往会有所谓的枕形误差。枕形误差在传感器10的边缘的中点处最大，而在传感器的中心和传感器的角上最小。枕形误差的出现是由于手指附近的边的对角上的电荷损失。枕形误差在边缘中点最大是因为在那里相对阻抗最大；手指位置与最近的角之间的距离(因此也就是阻抗)不是比手指位置与对角之间的距离(阻抗)小许多。
由于枕形误差产生定位误差，对于用户来说这可能是不方便的，因为输入设备可以记录与所想要的不同的输入。这对于触摸屏设备来说尤其不方便，虽然对于触摸板之类的也不方便。
枕形误差可以用软件校正。然而，软件枕形误差校正并不会提高在传感器10的各个角附近的测量分辨率，因此位置测量精度不是最佳的。此外，需要相对复杂的算法来进行枕形误差校正，因此加重了处理资源的负担，而且显著地增加了功耗。
图2说明了一种以硬件来解决枕形畸变的问题的现有技术的传感器14。传感器14是与图1的传感器相同的同质碳片。碳片15在其上包括多个长形的缝隙。两个这样的缝隙标注为16和17。缝隙16、17相互平行而且与构成碳片15的矩形的两个侧边平行地延伸。缝隙16、17延伸了碳片15的大部分长度，但是留下的材料使得每个角通过碳片的各自的直的路线与每个邻角直接连接。缝隙16、17限定了与碳片15的两个侧边平行的路线。三个这样的路线标注为18、19和20。最上面的边的中点与邻角之间的导电路径的长度(因此也就是它们之间的阻抗)比最上面的边的中点与对角之间的导电路径的长度显著地短。因此，电荷或者要经过较长的路径移动到对角，或者在邻近的条之间形成电容性连接。这些因素导致传感器14在手指放在最上面的边附近时的枕形误差比较小。手指放在最下面的边时效果相同。然而，在手指放在传感器14的侧边附近时枕形误差只是稍有减小。
本发明是在这种背景下提出的。

发明内容
按照本发明的第一方面，提供了一种包括矩形导电部件的传感器，在导电部件内具有非导电功能件，非导电功能件在导电部件中限定导电路线使得在传感器上的与每个边邻近的点只有经由在该边的端部处的角由导电路线连接到该边的至少一个对角。
按照本发明构成的传感器可以做成包括在二维中的硬件枕形误差校正。这是有益的，因为它免除或至少降低了对软件校正的要求，因此也就免除或至少降低了所关联的处理资源的使用和功率的消耗。
优选的是，这些非导电功能件是在导电区域中的缝隙。这使传感器制造简单，因为它不需要用复合部件。这些缝隙可以具有与由邻近的缝隙限定的导电路线大约相同的宽度。
这些非导电功能件限定了在传感器的对角之间以大体直线延伸的导电路线。这使得对角可以相互电连接，从而使灵敏度提高到与手指位置在传感器中心附近的情况相同，但并不增加枕形误差。
优选的是，非导电功能件形成导电路线的蜘蛛网。这可以提供特别好的结构，具有良好的灵敏度，而没有明显的枕形误差。非导电功能件可以在四个象限中的每个象限内形成大体与所述相应的边平行地延伸的条，每个象限由传感器边的端部处的角和传感器的中心所限定。这提供了特别好的结构，具有良好的灵敏度，而且枕形误差也比上面所讨论的现有技术的小。
优选的是，非导电功能件大体是直的。或者，非导电功能件可以大体是V形的。有益的是，每个非导电功能件的两个端部可以与传感器的共同的边邻近。两个非导电功能件排列成一个在另一个内，并且两个非导电功能件的每一个具有两个与传感器共同的边邻近的端部。这些功能件容许一个或多个待形成的受限定导电路径在大体矩形的区域的对角之间延伸，允许在传感器的边与中心部分之间的区域内的位置进行手指检测，同时也减小了枕形误差。
在每个非导电功能件的两个端部处在与传感器的共同的边邻近的结构中时，优选的是两个或两个以上非导电功能件与传感器的每个边邻近。这可以得到大体平行于与对角相交的假想线延伸的受限定导电路线，因此可以有助于有效地校正枕形误差。
按照本发明的第二方面，提供了一种制造传感器的方法，该方法包括提供矩形导电部件，在导电部件内具有非导电功能件，非导电功能件在导电部件中限定导电路线使得在传感器上的与每个边邻近的点只有经由在该边的端部处的角由导电路线连接到该边的对角。


下面将仅以示例的方式结合附图对本发明的实施例进行说明，在这些附图中图1为传统的传感器的示意图；图2为说明在一维上有枕形误差补偿的已知传感器的示意图；图3为说明按照本发明的传感器的第一实施例的示意图；图4为说明按照本发明的传感器的第二实施例的示意图；图5和6为说明可以怎样模拟图3和4的传感器的阻抗测量的示意图；以及图7为说明按照本发明的传感器的第三实施例的示意图。
具体实施例方式
参见图3，传感器20包括导电片21。导电片21用同质碳纸形成，因此是电阻性的。电阻性的碳片21在许多方面与图1所示的相同，因此参考标号12被再次用来表示碳片21的角上的电接线。导电片21是矩形的。在这个示例中，导电片21接近40mm乘50mm。导电片21包括第一至第四边22至25。
邻近第一边22形成的是第一至第三功能件26、27和28。功能件26至28是在导电片21上出现的长形缝隙。功能件26至28因此构成了具有无限大电阻的功能件。也就是说，这些功能件是非导电性的。因此，需要从功能件一侧移动到功能件另一侧的电荷必须绕过功能件的端部移动。
第一功能件26是V形功能件。功能件26的一端从第一边22附近的位置延伸，具体地说从第一边22与第四边25的交会处附近延伸。功能件26的第一分支从这点延伸到处在导电片21的几何中心附近的点。功能件26的第二分支从第一分支的这端延伸到导电片21的第一边22与第二边23的连接点附近的点。由于第一功能件26的这两个分支都是直线，因此功能件26是V形的。功能件26的端部离第一边22有一段小的距离，使得电荷能绕过功能件26的端部移动。
第二功能件27具有与第一功能件26相同的形状，但尺寸小一些。第二功能件27的端部离导电片21的第一边22的距离等于第一功能件26的端部离第一边22的距离。第二功能件27比第一功能件26的端部离第一边22与第二边23的连接点和第一边22与第四边25的连接点远一些。因此，可以说第二功能件27完全包含在由第一功能件26和第一边22形成的区域内。第一功能件26的第一分支和第二功能件27的第一分支基本上相互平行。第一功能件26的第二分支和第二功能件27的第二分支也基本上相互平行。因此，第一功能件26和第二功能件27形成了一个首先在一个方向上再在另一个方向上延伸的受限定导电路径。由于第一和第二功能件26、27的位置，受限定导电路线大致平行于与碳片21的对角相交的一条假想线而延伸，并且然后，大致平行于与碳片21的其它角相交的一条假想线而延伸。
第三功能件28具有与第一和第二功能件26、27相同的形状，但尺寸比第二功能件27小。第三功能件28的端部离导电片21的第一边22的距离等于第一和第二功能件26和27的端部离第一边22的距离。第三功能件28完全处在由第二功能件27和第一边22所限定的区域内。第二和第三功能件27、28的第一分支基本上相互平行。第二和第三功能件27、28的第二分支也基本上相互平行。因此，第二和第三功能件27、28形成了首先在大致平行于与碳片21的对角相交的一条假想线的方向上，并且然后在大致平行于与碳片21的其它角相交的一条假想线的方向上延伸的受限定导电路径。
第一、第二和第三功能件26至28关于与导电片21的第一边22垂直的、并与第一边22的中点相交的假想线对称。
功能件26至28具有近似等于邻近功能件之间的距离的宽度。
第四、第五和第六功能件29、30和31邻近第三边24。第四至第六功能件29至31具有基本上与第一至第三功能件26至28相同的结构。第四至第六功能件29至31以基本上与第一至第三功能件26至28相对于第一、第二和第四边22、23和25的定位相应的方式，相对于导电片21的第二至第四边23至25得以定位。因此，第四至第六功能件26至28关于垂直于第三边24而延伸的、并与第三边24在其的中点相交的假想线对称。
第七至第九功能件32、33和34邻近导电片21的第二边。第七功能件32大于第八功能件33，而第八功能件33大于第九功能件34。第七至第九功能件32至34具有基本上与第一至第三功能件26至28相同的结构。第七至第九功能件32至34以与第一至第三功能件26至28相对于第一、第二和第四边22、23和25的排列类似的方式，相对于导电片21的第一至第三边22至24得以排列。然而，由于第二边23比第一边22短，第七功能件32的分支彼此相交处的夹角比第一功能件26的分支彼此相交处的夹角小。此外，第七功能件32的分支的端部之间的距离也比第一功能件26的分支的端部之间的距离小一些。第七至第九功能件32至34的端部离第二边23的距离在数值上基本上等于第一至第三功能件26至28的端部离第一边22的距离。然而，第一功能件32的分支的连接点与导电片21的第二边23的中点之间的距离稍大于第一功能件26的分支的连接点与第一边22的中点之间的距离。这使得第七功能件32延伸到导电片21的中点附近的点。然而，由图可见，第一功能件26比第七功能件32延伸到略微更接近导电片21的中点。这使得在导电片21的对角之间可以形成一个导电路径，而对于这个受限定的导电路径，在大部分长度上(除了它的中点附近的部分)是直的，而且宽度不变。
第十、第十一和第十二功能件35、36和37以与第七至第九功能件32至34相对于第二边23的排列相应的方式，相对于导电片21的第四边25得以排列。
导电片21构成了一个矩形的在导电部件内具有非导电功能件26至37的导电部件，这些非导电功能件在导电部件21内限定了一些导电路线，使得传感器20上与每个边22至25邻近的点只有经由在该边的端部处的角由导电路线连接到该边的对角。
图3的传感器由于有第一至第十二功能件26至37的排列从而可以通过传感器20本身的结构进行枕形误差校正。这是因为这些功能件形成了受限定导电路线，限制电荷的会引起枕形误差的移动。具体地说，就手指处在邻近一边的点来说，到导电片21的各个角的导电路径受到限制。电荷可以直接从这个在边上的点传送到处在这个边的端部的角。因此，这些角(可以称之为邻角)与手指位置之间的阻抗就相对低。对于电荷要在手指位置与处在对边的端部的角(可以称之为对角)之间传送来说，电荷主要必须首先经过一个邻角传送。这意味着手指位置与对角之间的阻抗相对大。实际上，有一些通过邻近的条之间的缝隙的电容耦合，但这是相对小的二次效应。由于手指位置和邻角之间的阻抗与手指位置和对角之间的阻抗之比相当大，因此就减小了枕形误差。这适用于所有的边22至25。传感器20在其顶边和底边所提供的枕形误差校正量稍小于图2的传感器在相应的边提供的枕形误差校正量，但在左边和右边所提供的枕形误差校正量要显著地大于图2的传感器在相应的边所提供的枕形误差校正量。尽管如此，对于大多数应用来说，可以认为传感器20还是比图2的传感器好。
按照本发明的传感器40的第二实施例示于图4。这里，传感器包括大小与图3的传感器的导电片21近似相同的导电片41。在导电片41的每个角上形成电接线12。与导电片41的第一边42关联的是第一至第五线性功能件，其中的三个标注为43、44和45。这些功能件相互平行。这些功能件大体是直的。
第一功能件43比第二功能件44长，而第二功能件44比第三功能件45长。第四功能件比第三功能件45短，而第五功能件要再短一些。
以基本上与相对第一边42形成第一至第五功能件43至45相同的方式，相对导电片41的第二、第三和第四边46、47和48形成功能件。
可以看到，图4的传感器提供了在四个不同方向延伸的受限定导电路径。一个路径在两个对角之间延伸，而第二路径在另两个对角之间延伸。这两个路径可以称为对角线路径。形成第一组的多个路径与第一边42平行延伸，并且在它们的端部与对角线路径连接。这些路径完全在由处在第一边42的端部的角和导电片41的中心点限定的象限内形成。多个另一组路径与第三边47平行延伸，并且完全包含在由第三边47的邻角和导电片41的中心点限定的象限内。多个第三组路径相对第二边46相应地定位。这些路径与第一和第二组路径的那些路径垂直。第四组路径相对第四边48相应地定位。
这些导电路径的宽度大致等于非导电功能件的宽度。
导电片41构成了一个矩形的在导电部件内具有非导电功能件的导电部件，这些非导电功能件在导电部件41内限定了一些导电路线，使得传感器40上每个边42、46、47、48邻近的点只有经由在该边的端部处的角由导电路线连接到该边的对角。
图4的传感器由于布置了这些非导电功能件，因此可以通过传感器40本身的结构进行枕形误差校正。这是因为这些功能件形成了受限定导电路线，限制电荷的会引起枕形误差的移动。具体地说，就手指处在邻近一边的点来说，到导电片41的各个角的导电路径受到限制。电荷可以直接从这个在边上的点传送到邻角。因此，邻角与手指位置之间的阻抗相对小。对于电荷要在手指位置与对角之间传送来说，电荷必须首先经过一个邻角传送。这意味着手指位置与对角之间的阻抗相对大。由于手指位置和邻角之间的阻抗与手指位置和对角之间的阻抗之比相当大，因此就减小了枕形误差。这适用于所有的边42、46、47、48。因此，如图3的传感器20那样，在x和y方向都提供了枕形误差校正。传感器40在其顶边和底边所提供的枕形误差校正量稍小于图2的传感器在相应的边提供的枕形误差校正量，但在左边和右边所提供的枕形误差校正量要显著地大于图2的传感器在相应的边所提供的枕形误差校正量。尽管如此，对于大多数应用来说，可以认为传感器40还是比图2的传感器好。
此外，由图4的传感器的非导电功能件限定的导电路线或路径减小了枕形误差而在导电片41的边42、46、47和48与中心点之间的位置处不会有任何灵敏度的损失。这是由于这些导电路线与边平行以及这些导电路线与垂直和朝向与手指位置最接近的边相对的边延伸的导电路线的相交而引起的。
导电片21、41可以不用同质碳纸形成，而是可以用任何其他适当的材料，例如异质导电材料，或者用导电漆形成。技术人员知道，什么材料适合使用。在这些实施例中使用同质碳纸只是作为一个示例。
虽然当前是理论上的，但应当理解按照本发明的传感器可以用于三维传感器。这样的传感器检测触笔或手指在三维空间内的位置，然而图3和4的传感器主要只在二维空间内可操作。
图3和4的传感器以基本上与图1和2的传感器相同的方式进行操作。然而，枕形误差校正是由传感器20、40本身结构提供的，因此不需要软件枕形误差校正。与带有软件枕形误差校正的传统传感器相比，这在使用传感器20、40只需要较少的处理资源的意义上有了改善。特别有益的是减少了处理器的使用和降低了功耗。
虽然图3和4的传感器大大减小了枕形误差，在本发明的专利保护范围内的其他传感器可以将枕形误差减小到更小的程度。此外，在使用按照本发明的传感器和使用软件枕形误差校正的情况下，提供令人满意的结果所需要的对枕形误差的软件校正量可以小于相应的现有技术传感器所需要的，从而可以节约处理器的使用和功率的消耗。
图3和4的传感器需要一些在设计阶段进行的计算。具体地说，需要电接线12的各种可能的连接排列的阻抗(电阻和电容)值，以便可以将所测得的值换算为手指或触笔。确定由于给定的手指或触笔位置而引起的测量结果的物理过程可参见John David Jackson的“Classical Electrodynamics”，ISBN 0-471-30932-X。
发明人发现，传感器20、40的响应可以用对导电片21、41所提供的阻抗的近似来模拟。这在图5和6中说明。在图5中可以看到，可以用多个排列在网格内的小的正方形电阻的方式来进行近似。如果存在非导电功能件中之一，网格的一个正方形就具有无限大的电阻，并在图5中示为黑色。这使得传感器可以用如图6所示的电阻网络来进行模拟。这里，多个具有相同的值的电阻器以网格那样的形式连接起来。如果需要一个无限大的阻抗，相应的一个电阻器就被给以无限大或很高的电阻值。在图6中这样的电阻器为黑色。
这使传感器20、40可以用诸如Matlab或Aplac之类的软件应用来模拟。
枕形误差可以利用传感器20、40的中心部而不用边附近的边界进一步减小。这可以例如通过折起传感器20、40中心部分下面的边缘，只将中心部分暴露给用户来实现。在不用非导电缝隙进行枕形校正的情况下也可以使用本发明的这种折叠形态。
传感器在形状上不必是矩形的。实现本发明的三角形传感器示于图7。在图7中，传感器60示为三角形形式。传感器60包括一个同质碳片。配置了三个连接器12，每个角一个。与第一边61平行地形成了第一至第五非导电功能件62至66。第一至第五非导电功能件62至66各具有近似等于邻近功能件之间的间距的宽度。功能件以与第一至第五非导电功能件62至66相对于第一边61的排列相同的方式相对于第二和第三边67、68得以排列。
非导电功能件限定了受限定导电路径。三个径向受限定导电路径从相应的角延伸到传感器60的几何中心。其它受限定导电路径与它们的中心点最近的边平行，并且在它们的端部处将两个径向受限定导电路径连接起来。因此，非导电功能件在传感器60内限定了导电路线，使得传感器上与每个边邻近的点只有经由在该边的端部处的角由导电路径连接到该边的对角。
本发明可用于具有任何多边形状的传感器。
虽然本发明是以少数实施例为例进行说明的，但可以理解，本发明的范围比这宽得多。
例如，虽然在图3和4中的非导电功能件包括限定导电片21内的导电条的长形缝隙，但也可以使用其他结构。例如，导电功能件可以由嵌入导电片21内的非导电粒子或非导电固态插入物限定。
此外，传感器不必用同质材料的导体形成。例如，传感器平面内材料的电阻可以是非同质的，具有限定相对导电和非导电功能件的导电和半导电路径。
因此，本发明不是由以上所说明的实施例而是由所附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种包括导电部件的传感器，在所述导电部件内具有相对非导电功能件，所述相对非导电功能件在所述导电部件中限定导电路线使得在所述传感器上的与每个边邻近的点只有经由在所述边的端部处的角由所述导电路线连接到所述边的至少一个对角。
2.根据权利要求1中所述的传感器，其中所述相对非导电功能件是在所述导电部件上的缝隙。
3.根据权利要求2中所述的传感器，其中所述缝隙具有与由邻近的缝隙限定的导电路线大约相同的宽度。
4.根据以上任何一个权利要求中所述的传感器，其中所述相对非导电功能件限定了在所述传感器的对角之间以大体直线延伸的导电路线。
5.根据权利要求4中所述的传感器，其中所述相对非导电功能件形成导电路线的蜘蛛网。
6.根据权利要求5中所述的传感器，其中所述相对非导电功能件在四个象限中的每个象限内形成大体与所述相应的边平行地延伸的条，所述每个象限由所述传感器的边的端部处的角和所述传感器的中心所限定。
7.根据权利要求5或6中所述的传感器，其中所述相对非导电功能件大体是直的。
8.根据权利要求1至4中的任何一个权利要求中所述的传感器，其中所述相对非导电功能件大体是V形的。
9.根据权利要求8中所述的传感器，其中每个相对非导电功能件的两个端部与所述传感器的共同的边邻近。
10.根据权利要求9中所述的传感器，其中两个相对非导电功能件排列成一个在另一个内，并且所述两个相对非导电功能件的每一个具有两个与所述传感器的共同的边邻近的端部。
11.根据权利要求9或10中所述的传感器，包括两个或两个以上与所述传感器的每个边邻近的相对非导电功能件。
12.根据权利要求1中所述的传感器，其中所述导电部件是矩形的。
13.一种制造传感器的方法，所述方法包括提供导电部件，在所述导电部件内具有相对非导电功能件，所述相对非导电功能件在所述导电部件中限定导电路线使得在所述传感器上的与每个边邻近的点只有经由在所述边的端部处的角由所述导电路线连接到所述边的至少一个对角。
全文摘要
一种传感器包括矩形的导电片。在导电片的每个角上接有电连接器。在导电片上形成了多个非导电功能件，例如缝隙。在一个实施例中，V形功能件从导电片的角附近向导电片的中心延伸，并且然后转向邻角延伸。较小的V形功能件处在较大的功能件与导电片的最近的边之间的区域内。在另一个实施例中，提供了导电路线或路径的蜘蛛网形式。这提供了对枕形误差的硬件校正。它降低或消除了对枕形误差进行软件校正的需求。
文档编号G06F3/044GK101086451SQ200710107718
公开日2007年12月12日 申请日期2007年4月28日 优先权日2006年6月7日
发明者M·卡尔伊尼厄米, J·图维南, J·努西艾南 申请人:诺基亚公司