一种柔性智能手套制造技术

本公开涉及一种柔性智能手套，其检测细小的手部和手指运动，同时允许穿戴者灵活地做出各种手势。柔性智能手套具有小于大约100μm的厚度，并包含放置在指关节的电容微传感器。微传感器是构建在衬底上的、由柔软材料如聚酰亚胺制成的薄膜器件。叉指蜿蜒形的电容器监测手背的张力，而平行板电容器监测手掌的接触压力。因而智能手套电响应于各种类型的手部运动。响应于体温变化的薄膜电阻器也形成在柔性衬底上。运动和温度数据经由无源RFID标签或有源无线发送器从手套传输到微处理器。ASIC嵌入智能手套以将实时传感器数据转发到远程处理器。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性智能手套
本公开一般涉及可穿戴技术，并且特别地涉及具有嵌入的电容微传感器的虚拟现实手套。
技术介绍
可穿戴电子技术是当前快速成长的领域。可穿戴技术的示例包括智能手表、持续医疗监测器、活动及健身监测器和带有环境传感器的服装。高科技服装包括虚拟现实服装，如用于虚拟现实游戏的头戴式平视显示屏、计算机化眼镜和有线智能手套。有些商用智能手套包括带有光学输入/输出器件的运动传感器、微机电系统(MEMS)传感器或微型陀螺仪。然而，商用智能手套存在厚重、庞大、用户的手部难以穿戴和脱下等缺点。此外，由于手的运动范围大，耐用性和可靠性特别是智能手套设计者面临的挑战。
技术实现思路
一种薄柔性智能手套，能够检测细微的手和手指运动，同时允许穿戴者自由灵活地作出各种手势。所述柔性智能手套包含电容微传感器，其在对应于手关节的部位处放置在手套中。所述电容微传感器是薄膜器件，其构建在由柔性材料例如聚酰亚胺制成的柔性衬底上。所述柔性衬底允许所述微传感器响应手和手指运动弯曲而不会破裂。所述电容微传感器包括由可压缩的聚酰亚胺介电材料分隔的金属特性。不同类型的电容结构可以用于感应手的不同部位。例如，叉指梳形结构可以更有效地用于监测手背的弯曲。当佩戴者弯曲他们的手关节时，手指的张力将拉伸弹性手套材料，从而使所述叉指结构相对于彼此改变形状或物理部位，进而影响所述梳状结构的金属条之间的边缘电容量。同时，平行板电容器可以更有效地监测手手掌侧的接触压力。对电容器板施加压力的手掌运动将促使所述电容器板彼此接近。所述电容器板的位移会表现为电容量变化而被感应。因而，所述智能手套电响应各种手部运动。此外，金属薄膜电阻器形式的温度微传感器响应环境变化或穿戴者的体温变化。由所述微传感器生成的电信号可用于接触焊盘，连接线可以耦合到所述接触焊盘，以提取从手套传输到位于手套不同部分的微处理器或手套外部的传感器信号。传感器数据与远程目的地的通信可以是无线形式。例如，RFID标签可用于积累和存储传感器数据并放弃询问无线电信号的缓存数据。可选择地，应用特定集成电路(ASIC)上的有源无线发送器可以嵌入所述智能手套，以将实时传感器数据转发到远程处理器。薄型形状因数允许所述智能手套适用于各种各样的使用者并且用途广泛。附图说明在附图中，相同附图标记标识类似元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置并未按照比例绘制。图1为根据现有技术的现有智能手套的示图。图2为根据此处描述的一个实施例的嵌入有长距离电容微传感器的柔性智能手套的顶侧示图。图3为根据此处描述的一个实施例的包括嵌入在一些指关节处并耦合到ASIC的弯曲微传感器的柔性智能手套的顶侧示图。图4为根据此处描述的一个实施例的具有嵌入式压力微传感器的柔性智能手套的手掌侧示图。图5为包括水平和垂直叉指梳状结构和平行板电容器的示例性集成微传感器组件设计的俯视图。图6为如图5所示的叉指梳状结构中电交互的近景透视图。图7为根据此处描述的一个实施例的电容传感器的俯视图。图8为能够并入图3所示的柔性智能手套的现有电容传感器单元俯视图。图9A为沿剖切线a-a′绘制的图5所示的微传感器的横截面视图。图9B为沿剖切线c-c′绘制的图5所示的微传感器的横截面视图。图10为沿剖切线b-b′绘制的图5所示的微传感器的横截面视图。图11为示出了制造适于嵌入此处描述的柔性智能手套的微传感器的方法中一般步骤的流程图。具体实施方式在下面描述中，将阐明某些特定细节以便全面了解所公开主题的各种方案。不过，没有这些特定细节，也可以实现所公开主题。在一些实例中，众所周知的结构和半导体制造方法(其中包括此处公开的主题的实施例)并未详细描述以避免掩盖本公开的其他方案的描述。除非上下文明确陈述，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变型如“包含”都是开放式包含意义，也就是说“包括但不限于”。在整个说明书中，“一个实施例”或“实施例”表示结合所述实施例描述的特别特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因而，在整个说明书中，位于各处的“在一个实施例中”或“在实施例中”并非全部是指相同方案。此外，特别特征、结构或特性能够以任何适合方式组合在本公开的一个或多个方案组合。此处描述了关于已经设计和/或生产的可穿戴式柔性微传感器的特定实施例；但是，本公开和对某些材料、尺寸、和细节、加工步骤的顺序的引用仅是示例性的，并非限于所示出的内容。现在参照附图，图1示出了在虚拟现实应用中使用的现有智能手套100的示例。现有技术使用指尖传感器102监测手指运动，指尖传感器102连线到从外部安装到智能手套100的顶侧上的处理单元104。包含微机电传感器的MEM单元106安装在腕关节附近以感应手部的整体回转运动。例如，MEM单元106可以包括陀螺仪。现有智能手套较厚(如滑雪手套)并且包括体积庞大的组件，从而限制了手部运动并妨碍智能手套100与手紧密适配。此外，手传感器的数量受限于指尖传感器102。结果，智能手套100无法感应或至少不能准确感应那些不是仅通过指尖运动就能表达的复杂手势。图2-4示出了根据此处教导的实施例的嵌入有柔性电子微传感器的薄的柔性智能手套150的实施例。柔性智能手套150具有理想的弹性，因此智能手套材料紧密适配穿戴者的手并允许全方位手部运动。在图2中，柔性智能手套150示出为手指弹性手套，其包括位于顶侧152上的长叉指梳状结构形式的电容弯曲微传感器154，叉指结构相应地具有左/右手梳状结构153和155。例如，优选地，手套材料为非常薄的聚合物例如乳胶。手套可以是强度好和高灵敏度的医用乳胶手套。例如，优选地，手套厚度在0.1mm-0.5mm范围内。优选地，厚度在0.15mm-0.3mm范围内，优选厚度为约0.2mm。手套可以由乳胶以外的其他材料制成；例如由丁腈橡胶、薄乙烯树脂制成的不含乳胶的手套或其他薄手套。其他材料示例如聚异戊二烯、氯丁橡胶或其他合成材料，不包括天然橡胶。对于此类手套，手套的不同部分厚度可以不同。例如，指尖厚度可以是0.2mm，而手掌厚度可以是0.18mm，袖口附近可以是0.17mm。对于这种类型手套，手套不同部分的厚度通常会稍微不同；例如，在手套的手指和手掌接合部位是稍厚一些的材料，而手掌和对应于指印的部分是薄材料，同时覆盖指甲的手指尖端部分可以是稍厚一些的材料以增加与指甲接触部分的耐磨性能。例如，指甲附近的部分可以是0.4mm或更厚，然而手指区域的背面可以0.25mm。弯曲微传感器154可以沿一个或多个手指延伸、沿手部延伸或沿图2所示的柔性智能手套150的整个长度延伸。如图3所示的示例，多个较短紧凑型弯曲微传感器158相应地具有左/右手叉指梳形结构157和159，弯曲微传感器158可以嵌入智能手套上对应于手指关节的任何或全部15个不同位置。例如，人手的拇指和手指通常有十四个关节，以及手腕处的各种关节。因而，微传感器可以刚好布置到每个手指的三个关节中的每个关节上面，以及每个拇指的两个关节中的每个关节上面。因而，可以报告并感应每个手指的每个关节的运动。相应地，可以独立于手指中间关节的运动感应手指相对于手掌弯曲的运动，并可以独立于指尖附近关节的运动感应和计算手指中间关节的运动。图3示出了这样的一个特定示例，其中微传感器160位于手指连接到手掌的关节上面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：能够适合人手的指状的共形手套，所述共形手套具有由允许全范围手部运动的薄弹性材料制成的手掌侧和顶侧；多个电容微传感器，在对应于指关节的部位处被嵌入所述共形手套中，所述电容微传感器包括：多个压力微传感器，被嵌入所述手掌侧，每个压力微传感器具有由可压缩介电材料层分隔的第一金属板和第二金属板，以及多个弯曲微传感器，被嵌入所述顶侧，所述弯曲微传感器具有叉指梳形结构，所述多个电容微传感器中的每个被安装到柔性衬底；无线发送器，被配置为使电容微传感器采集的手部运动数据通信到远程目的地；以及导线，使所述电容微传感器耦合到所述无线发送器。

【技术特征摘要】
2014.12.30 US 14/586,5471.一种装置，包括：能够适合人手的指状的共形手套，所述共形手套具有由允许全范围手部运动的薄弹性材料制成的手掌侧和顶侧；多个电容微传感器，在对应于指关节的部位处被嵌入所述共形手套中，所述电容微传感器包括：多个压力微传感器，被嵌入所述手掌侧，每个压力微传感器具有由可压缩介电材料层分隔的第一金属板和第二金属板，以及多个弯曲微传感器，被嵌入所述顶侧，所述多个弯曲微传感器中的第一组弯曲微传感器具有沿第一方向延伸的叉指梳形结构，所述多个弯曲微传感器中的第二组弯曲微传感器具有沿第二方向延伸的叉指梳形结构，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述多个电容微传感器中的每个被安装到各自的柔性衬底；无线发送器，被配置为使电容微传感器采集的手部运动数据通信到远程目的地；以及导线，使所述电容微传感器耦合到所述无线发送器。2.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述电容微传感器中的至少一些毗邻的电阻式温度微传感器。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述弹性材料的厚度小于2mm。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述可压缩介电材料层是聚酰亚胺层。5.根据权利要求1所述的装置，还包括在对应于腕关节的部位处嵌入所述手套中的电容微传感器。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述无线发送器是响应于传入的无线电信号发送由所述微传感器采集的所述手部运动数据的无源RFID发送器。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述无线发送器是被编程为将所述电容微传感器采集的所述手部运动数据发送到远程计算设备的有源发送器。8.一种用户能穿戴的服装，包括：弹性材料，以及嵌入的微电子传感器器件，包括：柔性衬底；形成在所述柔性衬底上部的平行板电容器，所述平行板电容器包括形成在第一金属层中的第一金属板和形成在第二金属层中的第二金属板，所述第一金属板和所述第二金属板由可压缩介电材料层分隔；与所述第一金属层和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·山卡尔，O·勒内尔，
申请(专利权)人：意法半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG