本發(fā)明涉及一種感測裝置，特別是涉及一種陣列式多維度感測裝置。

背景技術：

壓力感測裝置可以用來偵測特定位置所受到的壓力，因此被廣泛應用于各種環(huán)境?，F行壓力感測裝置多是以壓電材料制作，或以微機電系統(tǒng)(micro electro mechanical system,MEMs)制作。前者的材料成本高昂，后者又過于精密而容易毀損。因此有提出以電容式壓力感測的技術以實現低成本的壓力感測裝置。

然而，現有電容式壓力感測裝置，具有諸多問題。舉例來說，現有的陣列電容式壓力感測裝置僅能感測壓力，也就是正向于受力表面的力量大小。從而有研究者提出多維電容感測技術，然而現有多維電容式感測技術有面積過大、無法陣列化布局等問題，因此無法應用于中小型裝置的問題。

技術實現要素：

有鑒于以上的問題，本發(fā)明提出一種感測裝置。通過陣列式地配置電極對，可以任意面積實現多點壓力感測裝置。

依據本發(fā)明的感測裝置，具有第一基板、第二基板、多組第一電極、多個第二電極、多條第一軸信號線、多條第二軸信號線與多條第二信號線。其中第二基板位于第一基板上方，且第二基板具有復位結構。多個第二電極陣列式地位于第二基板的第一面。多組第一電極陣列式地位于第一基板，其中的每一組第一電極對應于前述第二電極其中之一，并且每一組第一電極具有至少一個第一軸電極與至少一個第二軸電極。第一軸電極與第二軸電極均部分重疊于對應的第二電極。多條第一軸信號線分別連接前述第一軸電極。多條第二軸信號線分別連接前述第二軸電極。多條第二信號線分別連接前述第二電極。

綜上所述，本發(fā)明所揭露的感測裝置，所述的各電極具有各自的信號線。 并且本發(fā)明所揭露的感測裝置不需要使用浮接(未連接至處理模塊或特定參考電壓)的電極作為電容的一部分。因此得以陣列式地配置并且可以更精準的感應與估計每一對電極彼此的相對位置偏移。

以上的關于本發(fā)明內容的說明及以下的實施方式的說明是用以示范與解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的權利要求更進一步的解釋。

附圖說明

圖1A為本發(fā)明一實施例的感測裝置俯視示意圖；

圖1B為圖1A中BB’剖切線的部分剖面示意圖；

圖1C為圖1A中CC’剖切線的部分剖面示意圖；

圖1D為另一實施例中對應于圖1A中BB’剖切線的部分剖面示意圖；

圖1E為另一實施例中對應于圖1A中CC’剖切線的部分剖面示意圖；

圖1F為另一實施例中對應于圖1A中BB’剖切線的部分剖面示意圖；

圖1G為另一實施例中對應于圖1A中CC’剖切線的部分剖面示意圖；

圖2A為本發(fā)明一實施例的感測裝置俯視示意圖；

圖2B為圖2A中bb’剖切線的部分剖面示意圖；

圖2C為圖2A中cc’剖切線的部分剖面示意圖；

圖2D為圖2A中cc’剖切線當感測裝置的第二基板沿X軸方向位移的部分剖面示意圖；

圖3A為本發(fā)明一實施例的感測裝置俯視示意圖；

圖3B為圖3A中BB”剖切線的部分剖面示意圖；

圖3C為圖3A中CC”剖切線的部分剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明另一實施例的感測裝置俯視示意圖；

圖5A為圖1A的感測裝置電路示意圖；

圖5B為一實施例中第二基板受到應力而沿X軸方向偏移的示意圖；

圖5C為圖5B中BB’剖切線的部分剖面示意圖；

圖5D為一實施例中第二基板受到應力而沿Y軸方向偏移的示意圖；

圖5E為圖5D中CC’剖切線的部分剖面示意圖。

符號說明

1000、2000、3000 感測裝置

1100、2100、3100 第一基板

1200、2200、3200 第二基板

1201 第一面

1210、2210 本體

3210 按壓部

1220 軟性介電質

2220 彈性元件

3220 剛性元件

3230 復位結構

1300 第一電極

1310、1330 第一軸電極

1320、1340 第二軸電極

1400 第二電極

1500～1700、2500～2700、3500～3700 信號線

1510、1610 穿孔

4100 處理模塊

C1～C4 電容

具體實施方式

以下在實施方式中詳細敘述本發(fā)明的詳細特征以及優(yōu)點，其內容足以使任何熟悉相關技術者了解本發(fā)明的技術內容并據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、權利要求及附圖，任何熟悉相關技術者可輕易地理解本發(fā)明相關的目的及優(yōu)點。以下的實施例是進一步詳細說明本發(fā)明的觀點，但非以任何觀點限制本發(fā)明的范疇。

請參照圖1A至圖1C，其中圖1A依據本發(fā)明一實施例的感測裝置俯視示意圖，圖1B對應于圖1A中BB’剖切線的部分剖面示意圖，而圖1C對應于圖1A中CC’剖切線的部分剖面示意圖。如圖示，依據本發(fā)明一實施例的感測裝置1000具有第一基板1100、第二基板1200、多組第一電極1300、多個第二電極1400、多條第一軸信號線1500、多條第二軸信號線1600與多條第二信號線1700。其中第二基板1200位于第一基板1100上方，且第二基板1200具有復位結構，在本實施例中的復位結構也就是介于第二基板1200的本體1210與第一基板1100之間的軟性介電質1220。多個第二電極1400陣 列式地位于第二基板1200的第一面1201(例如為下表面)。多組第一電極1300陣列式地位于第一基板1100，其中的每一組第一電極1300對應于前述第二電極1400其中之一，并且每一組第一電極1300具有第一軸電極1310、1330與第二軸電極1320、1340。

第一軸電極1310、1330與第二軸電極1320、1340均被對應的第二電極1400部分覆蓋，且第一軸電極1310、1330與第二軸電極1320、1340各自有部分側邊與第二電極1400的側邊重合或部分重合。多條第一軸信號線1500分別連接前述第一軸電極1310、1330。多條第二軸信號線1600分別連接前述第二軸電極1320、1340。多條第二信號線1700分別連接前述第二電極1400。在某些實施例中，第二信號線1700與第二電極1400于同一道制作工藝中一次性地完成，因此為一體成形的圖案化電極與信號線。而于另一些實施例中，第二信號線1700與第二電極1400于不同制作工藝完成，因此并非一體成形，而其材料可以相同也可以不同，例如為透明導電材料、金屬或其他適合的材料。在某些實施例中，部分第一電極1300中的第一軸電極1310與第一軸電極1330連接，另一部分第一電極1300中的第二軸電極1320與第二軸電極1340連接。換句話說，在某些實施例中，部分第一電極1300僅具有一個第一軸電極與兩個第二軸電極，另一部分第一電極1300具有兩個第一軸電極與一個第二軸電極。

在本發(fā)明另一實施例，請參照圖1A、圖1D與圖1E，其中圖1D為另一實施例中對應于圖1A中BB’剖切線的部分剖面示意圖，而圖1E為另一實施例中對應于圖1A中CC’剖切線的部分剖面示意圖。圖1D與圖1E的實施例與圖1B、圖1C的實施例的差異在于，第二軸信號線1600配置于第一基板1100的下表面，并通過穿孔1610與第二軸電極1320、第二軸電極1340連接。

在本發(fā)明另一實施例，請參照圖1A、圖1F與圖1G，其中圖1F為另一實施例中對應于圖1A中BB’剖切線的部分剖面示意圖，而圖1G為另一實施例中對應于圖1A中CC’剖切線的部分剖面示意圖。圖1F與圖1G的實施例與圖1B、圖1C的實施例的差異在于，第一軸信號線1500配置于第一基板1100的下表面，并通過穿孔1510與第一軸電極1310、第一軸電極1330連接。

在本發(fā)明另一實施例中，請參照圖2A至圖2C，其中圖2A依據本發(fā)明 一實施例的感測裝置俯視示意圖，圖2B對應于圖2A中bb’剖切線的部分剖面示意圖，而圖2C對應于圖2A中cc’剖切線的部分剖面示意圖。如圖示，依據本發(fā)明另一實施例的感測裝置2000具有第一基板2100、第二基板2200、多組第一電極2300、多個第二電極2400、多條第一軸信號線2500、多條第二軸信號線2600與多條第二信號線2700。其中第二基板2200位于第一基板2100上方，且第二基板2200具有復位結構。在本實施例中，與圖1A至圖1C的實施例相異之處在于，本實施例中的復位結構也就是連接于第二基板2200的本體2210與第一基板2100的多個彈性元件2220。每個第二電極2400的周圍有多個彈性元件2220，彈性元件2220例如為橡膠柱、彈簧等具有自行復位能力的元件，且于一實施例中彈性元件2220兩端分別固接第二基板2200的本體2210與第一基板2100表面的物件。此外，關于第一軸信號線2500與第二軸信號線2600的配置，可以參照前述圖1A至圖1G的各種變化，其重點在于第一軸信號線2500與第二軸信號線2600彼此電性隔離。

請參照圖2D，其對應于圖2A中cc’剖切線當感測裝置的第二基板沿X軸方向位移的部分剖面示意圖。如圖2D所示，當第二基板的本體2210沿著正X軸方向偏移時，彈性元件2220等若兩端固定于第二基板本體2210與第一基板2100的彈簧，其伸縮量會正比于施加于第二基板本體2210的應力。在一實施例中，本體2210以軟性材料或可撓性材料制成，因此于不同的區(qū)域可有不同的壓力形變。

在本發(fā)明再一實施例中，請參照圖3A至圖3C，其中圖3A依據本發(fā)明一實施例的感測裝置俯視示意圖，圖3B對應于圖3A中BB”剖切線的部分剖面示意圖，而圖3C對應于圖3A中CC”剖切線的部分剖面示意圖。如圖示，依據本發(fā)明再一實施例的感測裝置3000具有第一基板3100、第二基板3200、多組第一電極3300、多個第二電極3400、多條第一軸信號線3500、多條第二軸信號線3600與多條第二信號線3700。其中第二基板3200位于第一基板3100上方，且第二基板3200具有按壓部3210、固定結構3220與復位結構3230。按壓部3210可為剛性材料或可撓性材料，而復位結構3230需為可撓性或彈性材料。并且復位結構3230環(huán)繞每一個按壓部3210，而第二電極3400的位置對應于按壓部3210。在本實施例中，與圖1A至圖1C的實施例相異之處在于，本實施例中的固定結構就是連接于第二基板3200的復位結構3230與第一基板3100之間的多個可傾斜剛性元件。每個第二電極 3400的周圍有多個可傾斜剛性元件，剛性元件例如為塑膠柱，且于一實施例中剛性元件兩端分別固接第二基板3200的復位結構3210與第一基板3100表面的物件。當第二基板3200相對于第一基板3100有水平方向(如圖中X-Y軸所在平面)的位移時，復位結構3230可相應的傾斜。此外，關于第一軸信號線3500與第二軸信號線3600的配置，可以參照前述圖1A至圖1G的各種變化，其重點在于第一軸信號線3500與第二軸信號線3600彼此電性隔離。

在另一實施例中，請參照圖4，其依據本發(fā)明另一實施例的感測裝置俯視示意圖。如圖4所示，相較于圖1A的實施例，本實施例中的第二電極1400僅部分覆蓋第一軸電極1310、1330與第二軸電極1320、1340。相對地，本實施例中的第二電極1400的四個突出部，分別覆蓋部分的第一軸電極或第二軸電極。而于在一個實施例中，第二電極不需要是如圖示的十字型，而可以是矩形、菱形、圓形或其他對稱性圖樣。

為了解釋本發(fā)明的感測裝置的作動原理，請一并參照圖1A至圖1C與圖5A至圖5E，其中圖5A對應于圖1A的感測裝置電路示意圖，而圖5B為一實施例中第二基板受到應力而沿X軸方向偏移的示意圖，圖5C對應于圖5B中BB’剖切線的部分剖面示意圖，圖5D為一實施例中第二基板受到應力而沿Y軸方向偏移的示意圖，圖5E對應于圖5D中CC’剖切線的部分剖面示意圖。如圖5A所示，感測裝置可以在圖1A中的感測裝置1000以外還具有處理模塊4100。并且于第二電極1400與第一軸電極1310、第一軸電極1330、第二軸電極1320與第二軸電極1340之間分別等效有四個電容C1至C4，且每個電容的電容值，以電容C1為例可以描述如下列方程式(1)：

$C1=\mathrm{\ϵ}\frac{A_{ov1}}{d_1}+C_{f1}---\left(1\right)$

其中ε是軟性介電質1220的介電系數，A_ov1是第一軸電極1310與第二電極1400重疊的面積，d₁是兩者之間的距離，而C_f1是兩者之間的邊際場效應電容。因此，處理模塊4100可以用C1的變化去推估第一軸電極1310與第二電極1400的重疊面積的變化與電極間距離的變化。并由此計算或查表得到水平方向(XY平面)的應力(壓力)與鉛直(Z軸)方向的應力(壓力)。

因此如圖5B與圖5C所示，當第二基板1200沿著正X軸有偏移時，第一軸電極1310、第一軸電極1330與第二軸電極1320各自與第二電極1400的重疊面積變小，此外，第二軸電極1340與第二電極1400的重疊面積幾乎 不變。因此，實質上電容C1、電容C3與電容C2的電容值會稍稍下降，而電容C4的電容值大致不變(甚或稍微上升)。如此，處理模塊4100判斷出第二基板1200在第二電極1400處是向正X軸方向偏移。并且，進一步的，依據前述電容的電容值變化，處理模塊4100推估出對應的每個第一軸電極與第二軸電極相對于第二電極的重疊面積的變化，而能計算出偏移的距離。

因此如圖5D與圖5E所示，當第二基板1200沿著正Y軸有偏移時，第二軸電極1320、第二軸電極1340與第一軸電極1330各自與第二電極1400的重疊面積變小，此外，第一軸電極1310與第二電極1400的重疊面積不變。因此，實質上電容C2、電容C3與電容C4的電容值會稍稍下降，而電容C1的電容值大致不變(甚或稍微上升)。如此，處理模塊4100判斷出第二基板1200在第二電極1400處是向正Y軸方向偏移。并且，進一步的，依據前述電容的電容值變化，處理模塊4100推估出對應的每個第一軸電極與第二軸電極相對于第二電極的重疊面積的變化，而能計算出偏移的距離。而實際上，電容C1至電容C4的電容值，通過現有投射電容式觸控技術中的電容感知方式，而以第二信號線1700為信號發(fā)射線(transmission port)，以第一軸信號線1500與第二軸信號線1600為信號接收線(receiving port)即可實施，其技術于此不再贅述。

同樣的，參照前述方程式(1)，當第二基板1200于Z軸方向受力，而使第二電極1400與第一電極1300中各軸電極之間的距離減少。因此，處理模塊4100得依據電容C1至電容C4的電容值上升程度，計算出第二基板1200在Z軸方向偏移的距離。

此外，請一并參照圖4與圖5B至圖5C，如圖5B所示，當第二基板1200沿著正X軸有偏移時，第一軸電極1310、第一軸電極1330與第二軸電極1320各自與第二電極1400的重疊面積變小，此外，第二軸電極1340與第二電極1400的重疊面積變大。因此，實質上電容C1、電容C3與電容C2的電容值會稍稍下降，而電容C4的電容值稍微上升。如此，處理模塊4100判斷出第二基板1200在第二電極1400處是向正X軸方向偏移。并且，進一步的，依據前述電容的電容值變化，處理模塊4100推估出對應的每個第一軸電極與第二軸電極相對于第二電極的重疊面積的變化，而能計算出偏移的距離。

而如圖5C所示，當第二基板1200沿著正Y軸有偏移時，第二軸電極 1320、第二軸電極1340與第一軸電極1330各自與第二電極1400的重疊面積變小，此外，第一軸電極1310與第二電極1400的重疊面積變大。因此，實質上電容C2、電容C3與電容C4的電容值會稍稍下降，而電容C1的電容值稍微上升。如此，處理模塊4100判斷出第二基板1200在第二電極1400處是向正Y軸方向偏移。并且，進一步的，依據前述電容的電容值變化，處理模塊4100推估出對應的每個第一軸電極與第二軸電極相對于第二電極的重疊面積的變化，而能計算出偏移的距離。

同樣的，參照前述方程式(1)，當第二基板1200于Z軸方向受力，而使第二電極1400與第一電極1300中各軸電極之間的距離減少。因此，處理模塊4100得依據電容C1至電容C4的電容值上升程度，計算出第二基板1200在Z軸方向偏移的距離。

從上述可知，處理模塊4100依據每對第一電極1300與第二電極1400的多個電容值的變化，計算出陣列式排列的多個感應電極對分別的位置偏移。進一步來說，軟性介電質1220的楊氏系數(Young’s modulus)如果預先存儲于處理模塊4100中，存儲于處理模塊4100所連接的系統(tǒng)中，則處理模塊4100得以進一步依據前述計算得到每對感應電極對所受到的應力大小及方向。其中，前述計算偏移與計算應力的方式，可以公式計算，也可以表列存儲于處理模塊4100中而讓處理模塊4100以查表的方式完成。

此外，前述第一基板與第二基板、第一電極與第二電極的上下位置也可以互換。并且第二電極也可以具有如第一電極般的一個或多個第一軸電極與一個或多個第二軸電極。因此，處理模塊可以依據第一電極中的各第一軸電極、各第二軸電極相對于第二電極中的各第一軸電極、各第二軸電極之間的電容變化，更精準的計算各對感應電極對彼此的相對位置偏移。

綜上所述，本發(fā)明所揭露的感測裝置，所述的各電極具有各自的信號線以連接至感測裝置中內嵌的處理模塊或是感測裝置以外的處理模塊。并且本發(fā)明所揭露的感測裝置不需要使用浮接(未連接至處理模塊或特定參考電壓)的電極作為感應用的電容的一部分。因此得以陣列式地配置并且可以更精準的感應與估計每一對電極彼此的相對位置偏移。