电容式力传感器制造技术

本发明专利技术提供一种新颖的电容式装置，其构造成能够在包括零作用力在内的作用力的连续范围内检测作用力差异。该装置包括第一电极和第二电极，在静止位置时两电极相互间隔预定距离。在第一电极和第二电极之间存在可测电容。在装置中安置具有预定最大尺寸的结构元件以控制第一电极和第二电极之间的预定距离。作用于该装置的作用力引起第一电极和第二电极之间的距离变化和电容的有关变化，可以测量该电容变化以确定与作用力有关的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于力的接触式传感器，尤其是涉及对基于力的接触式传感器的电极之间的间距进行控制。
技术介绍
感知和测量作用于表面的接触力和/或接触位置的能力，在许多不同场合中是有用的。因此，已研制出使用力传感器来测量作用于表面(本文中指“接触面”)上的力(本文中指“接触力”或“作用力”)的各式系统。例如，力传感器通常生成与所使用的作用力对应的信号以确定接触面上的作用力位置。当接触面为计算机显示器的接触面或计算机显示器前面的透明涂层时，确定接触面上的作用力的位置有着特殊的意义。而且，由于诸如个人数字助理(PDA)等的移动手持设备的快速增长，从而增加了对于那些能够确定接触位置的小型、轻量且便宜的装置的需求。完成这个功能的触摸屏可通过许多适当的技术来构造。除了刚才提到的作用力原理，电容的、电阻的、声学的以及红外技术都是其中所采用的技术。作用力原理具有优于其它的竞争技术的某些潜在优势。因为作用力技术可以应用于任意的涂层材料，或真正地应用于整个显示器本身，所以不需要插入低耐用性或弱光学特性的材料或涂层。还有，既然接触力是感知接触输入的基础，所以用户可预测出基于力的装置的灵敏度。例如，使用电容测量技术时，接触阈会随着用户皮肤的状况和插入材料(诸如手套等)而变化。笔尖接触通常没有反应。使用电阻测量技术时，阈值力取决于接触面积的大小，因此在笔尖和手指之间存在很大的差别。声学测量技术依赖于接触材料的吸收特性；以及使用红外技术时，当没有接触时也可能记录接触。尽管基于力的技术具有所述优势，但是在触摸屏的市场上电阻式和电容式技术还是占据主导地位。这反映出已知的作用力技术还存在困难，必须克服这些困难以实现作用力技术的潜能。这些困难之一是力传感器尺寸过大，尤其是传感器的宽度和厚度。制作具有可在非常薄或非常小的装置中使用的尺寸的力传感器经证实是非常困难的。在力传感器中对导致误差的横向力的过度灵敏也亟待解决。力传感器的成本和复杂性同样是一个问题。当试图将力传感器制作得足够小以满足要求的力传感器应用时，加重了力传感器的部分复杂性。在现代接触应用中，希望接触力定位的装置和/或测量装置不会增加装备有接触功能的装置的尺寸或不规定装备有接触功能的装置的外形。这在便携手持式的应用中尤为如此。这种所需的传统力传感器通常比电阻或电容薄膜更厚，因此与并入电阻式或电容式传感器的装置相比较，潜在地增加并入这种力传感器的装置的厚度。由于这种所需的传统力传感器并不易于制成透明的，所以它们无法放置在主动显示区域的前面。因此，包含有这种传统力传感器的装置通常必须制作得比基于电阻式或电容式的装置更宽以容纳该力传感器。从而，与其它的接触传感器技术相比时，就所有装置的厚度和宽度而言，基于力的接触技术存在潜在不足。大多数基于力的技术都包括有对作用力敏感的某种传感器。已知力传感器中的一个实例由塞班(Serban)等人在U.S.6,531,951中公开。塞班公开了一种包括至少一个电极的力传感器，该电极与接触元件之间相隔开。当对接触元件施加足够的力时，使接触元件和电极相互发生接触以产生“on”信号。当对接触元件施加的接触力不足时，力传感器保持“off”状态。塞班公开了一种分离器结构，该隔离器被设置成当处于静止状态时使接触元件与电极相隔开。隔离器粒子的尺寸限定了接触元件从静止状态到其与电极接触的位置之间必须移动的距离。因此，该由隔离器结构所限定的距离与力传感器中产生“on”信号所需力的大小有关。现有技术没有公开出一种能够以许多接触应用所要求的精度等级检测从非常轻微的作用力到冲击力的不同作用力范围的传感器，而是仍然规定了某些基于力的应用的尺寸限制。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供这样一种新颖的电容式装置其构造成在包括零作用力在内的作用力的连续范围内检测作用力差异。该装置包括第一电极和第二电极，这两个电极在静止位置时相互间隔预定距离。在第一电极和第二电极之间存在可测电容。在装置中设置具有预定最大尺寸的结构元件，以控制第一电极和第二电极之间的预定距离。作用于该装置的作用力引起第一电极和第二电极之间的距离变化和电容的有关变化，可测量该电容变化以确定与作用力有关的信息。根据本专利技术的另一个方面，电容式基于力的接触传感器组件包括机架、触控表面、以及设置在触控表面和机架之间的多个力触发装置。该力触发装置检测由于接触输入而引起触控表面的作用力。每个力触发装置都包括有在静止状态时相互间隔预定距离的第一电极和第二电极，并且在第一电极和第二电极之间存在可测电容。具有预定最大尺寸的结构元件被设置在第一电极和第二电极之间，以控制预定距离。作用于触控表面的作力力引起第一电极和第二电极之间的距离变化和电容的有关变化。可以测量每个装置的电容变化以确定与触控表面的接触输入位置有关的信息。根据本专利技术的再一个方面，具有基于力的接触性能的监视器包括屏幕和邻接该屏幕设置的力触发装置，该力触发装置用于检测该屏幕上的作用力。该力触发装置包括在静止位置时相互间隔预定距离的第一电极和第二电极，并且在第一电极和第二电极之间存在可测电容。具有预定最大尺寸的结构元件被设置在第一电极和第二电极之间，以控制预定距离。作用于该屏幕的作用力引起第一电极和第二电极之间的距离变化和电容的有关变化，可以测量该电容变化以确定与该作用力有关的信息。根据本专利技术的又一个方面，提供一种用于制造能够在包括零作用力在内的作用力的连续范围内检测作用力差异的电容式装置的方法。该装置包括在静止状态时相互间隔预定距离的对置的第一电极和第二电极，该装置具有由第一电极和第二电极之间的相对间距控制的电容。本方法包括使用具有预定最大尺寸的结构元件将第一电极和第二电极隔开预定距离。作用于电容式装置的作用力引起第一电极和第二电极之间的距离变化和电容的有关变化，可以测量该电容变化以确定与该作用力有关的信息。根据本专利技术的另外一个方面，涉及这样一种连接材料其用于能够在包括零作用力在内的作用力的连续范围内检测作用力差异的电容式装置中。该装置包括安装在基片上且在静止状态时间隔预定距离的第一电极和第二电极。该装置的电容可由第一电极和第二电极之间的相对间距控制。该连接材料包括可固化材料和混合在可固化材料中的结构元件。该结构元件具有预定尺寸，连接材料用于将第一电极安装至基片上，以使用结构元件控制该预定距离。从如下描述和权利要求中，可以更清楚地理解本专利技术各种实施例的其它特征和优点。附图说明图1是根据本专利技术原理的基于力的接触式传感器组件的一个实例的示意性顶部透视图。图2是根据本专利技术原理的电容式力传感器装置的一个实例的示意性侧视图。图3是根据本专利技术原理的电容式力传感器装置的另一个实例的示意性侧视图。具体实施例方式根据本专利技术的一个方面，提供一种新颖的电容式力触发装置。如下更为详细的描述，本专利技术的装置可提供作用于该装置上的作用力的更为可靠、灵敏和精确的表征。当在诸如移动手持装置等的小型应用中使用该装置，以及在诸如要求高等级的接触和/或力灵敏度的计算机监视器和其它应用的大型应用中使用该装置时，该装置的这些改进性能可能特别有利。我们预测本专利技术可以更为广泛地适用于其中输入的力必须由诸如该输入的力的振幅、持续时间、加速度或速度来表征的任意应用。本专利技术的一个方面涉及这样一种电容式装置其构造成在包括零本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式装置，其构造成在包括零作用力在内的作用力的连续范围内检测作用力差异，所述装置包括：第一电极和第二电极，所述两个电极在静止状态时相互间隔预定距离，在所述第一电极和所述第二电极之间存在可测电容；结构元件，其具有预定最大 尺寸，设置所述结构元件以控制所述第一电极和所述第二电极之间的预定距离；从而，所述作用力引起所述第一电极和所述第二电极之间的距离变化以及所述电容的有关变化，可以测量所述电容的变化以确定与所述作用力有关的信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特F卡姆拉特，迈克尔E豪迈尔利，比利L韦弗，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]