阵列式压力感测装置及其压力辨识方法制造方法及图纸

一种阵列式压力感测装置，适于多点触摸感测与压力量化辨识，此阵列式压力感测装置包括多个第一轴线、多个第二轴线、多个压阻单元、第三轴线、多个标准电阻以及控制单元。第二轴线是与第一轴线交错配置，并于每个第一轴线与每个第二轴线交错处之间配置一个压阻单元。第三轴线是与第一轴线交错配置，并于每个第一轴线与第三轴线交错处之间配置一个标准电阻。一种前述阵列式压力感测装置所实现的压力辨识方法亦被提出，此压力辨识方法通过控制单元的扫描驱动流程所实现，提出一种线性压阻系统的压力量化的灰阶辨识方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种压力感测装置及压力辨识方法，且特别是有关于一种阵列式压力感测装置与压力辨识方法。
技术介绍
随着科技的发展，压力感测装置已逐渐开发应用到大众生活当中。诸如Tekscan公司将灰阶压力感测应用于居家照顾护理辨识与椅垫压力分布感测，智能人工仿生性电子皮肤的触觉量化技术研究逐渐被提出，电阻式触控面板技术逐渐被商业化，而在消费性电子的应用主要以Apple公司所推出的多点触控(Multi Touch)功能与任天堂所推出的Wii Fit的压力感知功能为国际技术指标。因此，大面积多点触控、阵列式、三维压力辨识技术将是未来居家照顾护理感测与消费性电子产品的市场潮流。 公知的以医疗或是分析为主的压力感测装置如美国第US5905209号专利与台湾第TW351990号专利等公开。在第TW351990号专利中，其主要是在鞋底配置多个独立的压力感测单元，而每个压力感测单元均分别由复杂的电性连接方式以获取压力信号。以单足而言，此装置至少要配置24个以上的压力感测单元，并搭配复杂的读取电路架构。若是需要加大感测的面积，势必要再配置更多的压力感测单元，如此会使得硬件成本过于昂贵，同时感测装置无法应用于大面积的制造以满足需求。 此外，如美国第US5010772号专利的公开的技术方案而言，其将阵列式电容感测装置制作成床垫的形状，以感应床垫上人体压力的分布。然而，此扫描驱动架构容易受到电容本身微弱蓄电的漏电流影响而造成阵列式电容感测器在扫描驱动时的误侦测与辨识，且通过电荷放大感测架构的电信号对应压力的准确性低，且需要通过电路校正电容变化量所对应的压力大小。 公知以感应压力多点触摸为主的压力感测装置如美国第US5505072号专利所公开，此阵列式压力感测器的动态响应扫描电路，利用测试信号与参考电位的反馈控制实现不同灵敏度与空间解析度的感测电路，并控制测试扫描信号针对阵列式压力感测器动作区域做扫描动作。当压阻感测器受力时的结构形变量改变，由后端感测电路获取个别感测器的电信号，此电信号是通过感测器本身结构形变所造成电阻变化所产生的电压变化，上述方式得以求解出个别感测器所在处与感测器周围的压力梯度分布。然而，此专利所公开的驱动感测电路架构与后端演算方法过于繁杂，更具有后端压力变化量演算延迟问题。 公知以触摸感测器及触摸控制装置如美国第US5159159号专利所公开，此触摸感测器的二维度坐标定位与所承受压力的大小感测电路，乃利用X轴线与Y轴线交错的阵列式电阻感测器与中间夹层为电阻可变枝压阻材料，通过定电流驱动扫描或定电压驱动扫描方式实现触摸定位与压力灰阶辨识的感测。然而，此专利所公开的X轴线与Y轴线依序利用定电流驱动扫描或是定电压驱动扫描方法无法实现电阻式多点触摸定位，以及多点触摸的压力灰阶辨识的能力。 图1A为公知技术的一种电阻式触控装置的分解示意图。请参考图1A，公知的阵列式压力感测装置100主要由上基板110与下基板120夹合多个电阻单元130而构成，而此阵列式电阻触控装置100乃为三线式的结构。此外，三条横向的X轴线112配置于上基板110上，而三条纵向的Y轴线122配置于下基板120上，且这九个压阻单元130是分别配置于X轴线112与Y轴线122交会处的电阻单元。 不过在一般情况下，电阻单元通常是整片式的电组单元130’如图1A’的阵列式压力感测装置100’所示。然而，为求方便解说，以下仍以图1A的压阻单元130进行说明，本领域技术人员当可轻易会意理解。 当电阻单元130在未受压力的情况下，X轴线112与Y轴线122之间是呈现X方向与Y方向电阻平衡的状态。然而，当电阻单元130承受到压力时，便会因压力大小而使X方向或Y方向呈现出不同的电阻值变化，造成X轴线112与Y轴线122之间的电阻不平衡。因此，在电阻不平衡状态下，当依序对X轴线112或是Y轴线122进行零电位扫描，便可得出X方向的电压矩阵与Y方向电压矩阵。将X轴电压矩阵与Y轴电压矩阵进行坐标编码与坐标运算方法，便可求出这些电阻单元130的位置坐标与电阻值，再通过此电阻值反推电阻单元130所受到压力的坐标与电阻值大小。 为方便理解前述说明，图1B另示出此电阻式触控装置的电路图。请参考图1A～1B，依序对X轴线112进行扫描，即分别对X轴线112a、112b、112c依序输入电压信号 当对X轴线112a输入电压信号 时，便可由Y轴线122进行电压输入量取。以Y轴线122a为例，其等效电路图可如图1C所示。当对X轴线112a输入电压信号 时，可自Y轴线122a量取电压信号V11，其中R11是电阻单元130a的电阻值，而Rp是其他八个压阻单元的综合有效电阻值。 类似前述，则可分别自Y轴线122b、122c量取电压信号V12、V13。此外，当对X轴线112b输入电压信号 时，便可分别自Y轴线122a、122b、122c量取电压信号V21、V22、V23，而当对X轴线112c输入电压信号 时，便可自Y轴线122a、122b、122c分别量取电压信号V31、V32、V33。这些电压便可构成X矩阵而如下式表示 上述说明，依序对Y轴线122进行扫描，便可由X轴线分别量取电压信号构成X矩阵，之后将X矩阵与Y矩阵进行坐标编码与坐标运算，便可推算出电阻单元130的坐标位置，与电阻大小。然而，前述方法仅能定位出感测装置受到压力点所在位置，仍无法精准的将压力值大小通过高灰阶数表现出电阻式触控面板的压力分布。若要进一步求取对应精准低误差的压力值分布，则微控制器的模拟数字转换器的解析度需提高，同时后端编码运算将更加繁复困难，使得电阻式触控感测装置无法推广到大面积、多线式扫描驱动与高灰阶压力辨识，更无法有效提升电阻式触控装置的高灵敏感应。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种阵列式压力感测装置，适于多点触摸感测与压力量化辨识。此阵列式压力感测装置与标准电阻可通过微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)工艺、互补式金属氧化半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺或网版印刷技术工艺方法，通过上述标准工艺技术并不会额外增加制造成本。 此外，本专利技术另一目的是提供一种压力辨识方法，而利用前述的阵列式压力感测装置进行压力量化的灰阶辨识。此压力辨识方法通过控制单元具备三态特性的输入输出端口分别具有高电位输出、低电位输出及高阻抗输入等三种逻辑状态来实现阵列式压力感测装置的依序扫描驱动第一轴线、第二轴线与第三轴线。通过此种阵列式扫描驱动流程与标准电阻的硬件架构，提出一种线性压阻系统(＝)的压力量化的灰阶辨识方法。 为实现上述或是其他目的，本专利技术提出一种阵列式压力辨识装置，适于多点触摸感测与压力量化辨识，此阵列式压力感测装置包括多个第一轴线、多个第二轴线、多个压阻单元、第三轴线、多个标准电阻以及控制单元。第二轴线是与第一轴线交错配置，并于每个第一轴线与每个第二轴线交错处之间配置一个压阻单元，而压阻单元在承受不同压力时本身的电阻值将会有不同的改变。第三轴线是与第一轴线交错配置，并在每个第一轴线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阵列式压力感测装置，适于多点触摸感测与压力量化辨识，其特征在于，该阵列式压力感测装置包括：　多个第一轴线；　多个第二轴线，与所述第一轴线交错配置；　多个压阻单元，而每一第一轴线与每一第二轴线交错处之间配置一个压阻单元， 且所述压阻单元在承受不同压力时具有不同的电阻值；　一第三轴线，与所述第一轴线交错配置；　多个标准电阻，而每一第一轴线与该第三轴线交错处之间配置一个标准电阻，且所述标准电阻在承受不同压力时具有相同的电阻值；以及　一控制单元， 具有多个输入输出端口，而所述输入输出端口是分别耦接至所述第一轴线、所述第二轴线以及该第三轴线，且该控制单元通过所述输入输出端口对所述第一轴线、所述第二轴线以及该第三轴线进行一三态逻辑组合的扫描驱动流程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶绍兴，沈煜棠，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[]