CN103677352A - 触压感应模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种触压感应模块，包括有本体及多个力量感测器，而本体所具的基板周边处为定位有多个力量感测器，并由力量感测器电性连接有控制单元，当物体触碰于基板表面上的感测区域内时，可利用触碰点施压于基板上使周边力量感测器产生电子讯号值变化，并由控制单元进行侦测判别出触碰点的坐标位置、力量大小以及力量变化速率、移动方向变化，而可依物体种类与触碰点的力量大小切换成不同感应模式，并可依各种用途及使用状态不同修正触碰点当时位置的偏移值，提升其整体对物体触碰点的力量大小与坐标位置侦测时的准确率与稳定性。

Description

触压感应模块

技术领域

本发明提供一种触压感应模块，尤指本体所具的基板周边处为定位有多个力量感测器，并由控制单元利用触碰点施压于基板上使力量感测器所产生的电子讯号值变化侦测判别出触碰点的坐标位置，提升其整体对物体触碰点侦测时的准确率与稳定性。

背景技术

现今电子科技的日新月异，并随着网路通讯技术极速的膨胀发展，使得人们的生活、学习、工作及娱乐带至另一崭新的领域，因此，电脑已成为个人及企业所不可或缺的工具，而可透过作业系统及文书管理系统来进行文书处理、帐务处理、上网传递讯息或收发电子邮件等，但因一般桌上型电脑皆必须搭配有键盘、鼠标才能进一步操作，且不利于携带造成实际使用上形成种种限制。

是以，便有业者研发出此种可直接触碰于触控式荧幕上进行操控的电子装置，如智慧型手机、平板电脑、个人数字助理等同时作为输入及显示的介面，使用者可直接在触控式荧幕上点选操作或游标控制、移动及物件拖曳等，亦不需经由键盘来进行操作，而具有手写输入、操作的便捷性；然，触控式荧幕的触控面板技术种类相当多，主要分为电阻式、电容式、电磁式、表面声波式、红外线式等，一般来说可依照所应用的尺寸作一大致上的技术应用区隔，在小尺寸智慧型手机、个人数字助理等触控式荧幕的应用上绝大多数是采用电阻式或电容式触控面板，而新兴的技术应用则是采用投射电容式触控面板，并在大尺寸互动式多媒体导览机、查询系统、提款机等方面传统上则是以红外线式、表面声波式或表面电容式触控面板等为主。

再者，电阻式触控面板主要为由上、下二组的薄膜导电层所迭合而成，使用时可透过手指或触控笔触碰于薄膜导电层表面上形成凹陷后使上、下电极导通，再藉由控制器侦测电压变化而计算出触碰点位置，惟该薄膜导电层是以软性材质所制成，因此容易被刮伤、使用寿命较短，且透光度不佳需要较强的背光而产生有耗电量增加等问题；另，电容式触控面板主要是利用排列的透明电极与人体的间静电耦合作用所产生的电容变化，并藉由诱导电流来侦测出触碰点位置，由于手指轻触就能感应，并与电容式触控面板表面接触几乎没有磨损，故不论在透光度、耐用性、反应速度等方面都大幅优于电阻式触控面板，并具有多点触控能力的优点，不过目前电容式触控面板仍无法使用非导体进行触控，由于手指触控时产生的静电耦合作用，因而偏移现象较为严重，并在中小尺寸的触控式荧幕上输入或控制点状目标时性能较差，以及外界电感、磁感的影响时可能会产生失灵等问题，而有待从事于此行业者重新设计来加以有效解决。

发明内容

本发明的目的在于解决现有触控面板使用上的问题及缺陷，提供一种兼具准确率与稳定性的触压感应模块。

为达上述目的，本发明提出一种触压感应模块，包括本体，该本体所具的基板周边处为定位有多个力量感测器，并由力量感测器电性连接有控制单元，当物体触碰于基板表面上的感测区域内时，利用物体的触碰点施压于基板上使周边力量感测器所产生的电子讯号值变化输出至控制单元转换成为相对应的数字讯号，并由控制单元进行侦测判别出触碰点的坐标位置、力量大小及力量变化速率、移动方向变化，而可依各种用途及使用状态不同、以及物体种类与触碰点的力量大小切换成不同的感应模式，进而增加所能应用的场所与使用功能，并达成实用性与适用性范围广泛的效果。

实施时，物体触碰于基板上的感测区域内时，利用控制单元计算侦测出多个力量感测器的数值大小或变化量关系与触碰点至各个力量感测器的距离长短为成反比关系，或以力矩平衡关系判别出触碰点的平面二维坐标位置，且该基板可为平面的强化玻璃、硬质薄板，以改善现有电阻式触控面板透光度与硬度不高，而电感式与电容式触控面板良率低、成本高，且无法使用非导体进行触控、易受外界电感、磁感的影响产生失灵等问题。

实施时，于基板表面上的感测区域内预先规划有呈网点状的多个预设坐标点，并由控制单元将物体触碰于每个预设坐标点上所施压于基板使各个力量感测器产生数值大小比例关系或数值变化量的比例关系建立一数据库，当物体触碰于基板的感测区域内任一预设坐标点时，可利用控制单元对各个力量感测器所分别侦测出数值的间的比例关系与数据库进行比对侦测出位置，亦可再藉由内差法或外差法运算函式来增加坐标位置的解析度。

实施时，控制单元可利用物体施压于本体的基板感测区域内的预设坐标点位置，并与多个力量感测器所侦测到的力量分力大小或变化量计算出相除后的值的比例关系变化值，藉此判断比较出实际已知预设坐标点位置、计算值位置与数据库位置的偏移量，即可将此一预设坐标点位置作为校正基准的坐标点修正触碰点当时位置的偏移值，提升其整体对物体的触碰点侦测时的准确率。

实施时，本体的基板为可呈一矩形状或圆形状或多边形状，并于基板周边处定位有至少二个力量感测器，且该基板可为电阻式、电容式、电感式、电磁式、表面声波式或红外线式触控面板，并藉由控制单元配合多个力量感测器分别侦测出各方向的力量与合力、力量变化速率、移动方向变化，以增加电阻式、电容式、电感式、电磁式、表面声波式或红外线式触控面板的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明利用触碰点施压于基板上使周边力量感测器产生的电子讯号值变化，并由控制单元进行侦测判别出触碰点的坐标位置、力量大小及力量变化速率、移动方向变化为其主要特征，而可依各种用途及使用状态不同、以及物体种类与触碰点的力量大小切换不同的运行模式，有力改善了现有的电阻式触控面板的透光度与硬度不高，而电感式、电容式或电磁式触控面板等无法使用非导体进行触控、位置偏移与误触现象，以及易受外界电感、磁感的影响所产生失灵等问题。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明第一运作模式的示意图（一）。

图3为本发明第一运作模式的示意图（二）。

图4为本发明第一运作模式的示意图（三）。

图5为本发明较佳实施例的俯视图。

图6为本发明另一较佳实施例的俯视图。

图7为本发明第二运作模式的示意图。

附图标记说明：1-本体；11-基板；2-力量感测器；3-触碰点；4-预设坐标点。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。

请参阅图1、图2、图3和图4所示，分别为本发明的俯视图、第一运作模式的示意图（一）、第一运作模式的示意图（二）及第一运作模式的示意图（三），由图中可清楚看出，本发明为包括有本体1及多个力量感测器2，其中本体1为具有一基板11，且该基板11可为平面的强化玻璃、硬质薄板或其它可透光、不透光的薄板体，而基板11周边处定位有可感应物体触碰于基板11表面上所受到的力量产生电子讯号值变化的多个力量感测器2，并由力量感测器2电性连接于电子装置内部电路板（图中未示出）上的控制单元，使控制单元将电子讯号值变化转换成为相对应的数字讯号后可进行侦测判别出触碰点3的坐标位置、力量大小及力量变化速率、移动方向变化。

再者，上述的力量感测器2最佳的一具体实施可为多层聚合薄膜（Polymer thin film）成型有呈网格状的力敏电阻（Force-sensitive Resistance，FSR）漆层，且该力敏电阻漆层（FSR Ink）的网格每个交叉点即形成有一个力量或压力的触碰点3，但于实际应用时，并非是以此作为局限，亦可利用压力传感器（Pressure Sensor）阵列方式进行感应，或是力量感测器2可为压电式、电容式、电位计式、电感式、磁阻式、应变计式、气压式力量感测器或其它各种型式力量感测器2，其仅只需提供力量感测器2受到本体1的应力作用下可产生压阻效应的电子讯号值变化，并由控制单元将电子讯号值变化转换成为相对应的数字讯号计算侦测出力量或压力变化即可，且该力量感测器2所受到的力量增加时，其电子讯号值将会变得降低，惟此部分有关控制单元如何对多个力量感测器2的电子讯号值进行转换侦测出力量或压力大小变化等系为现有技术的范畴，故在不影响本发明的专利范围下，兹不再作赘述。

本发明的触压感应模块为可应用于智慧型手机、平板电脑、个人数字助理、游乐器、互动式多媒体导览机、查询系统或其它电子装置，即可将本体1及多个力量感测器2组装于电子装置（图中未示出）内部，并与电子装置内部电路板上的控制单元形成电性连接，当物体（如人体手指、电容式触控笔的导体，或是塑胶棒、铅笔、橡皮擦、信用卡的非导体等）触碰于基板11表面上的感测区域（Active Area）内时，可利用物体的触碰点3施压于基板11上使周边力量感测器2所产生的电子讯号值变化输出至控制单元转换成为相对应的数字讯号，并由控制单元计算侦测出多个力量感测器2的数值大小或变化量关系与触碰点3至各个力量感测器2的距离长短成为反比关系，或以力矩平衡关系来判别出触碰点3的所在位置，如第二图所示，其中多个力量感测器2所侦测出的力量大小或变化量数值（如Px+、Px-）与长度（如Lx+、Lx-）水平轴（X轴）方向位置的关系为：

Px－／Ｌｘ＋＝Ｐｘ＋／Ｌｘ－；

Lx－／Ｌｘ＋＝Ｐｘ＋／Ｐｘ－；

Ｌｘ－＊Ｐｘ－＝Ｌｘ＋＊Ｐｘ＋；或是力矩平衡关系

（Ｌｘ－＊Ｐｘ－）－（Ｌｘ＋＊Ｐｘ＋）＝0，而垂直轴（Ｙ轴）方向位置的关系为：

Ｐｙ－／Ｌｙ＋＝Ｐｙ＋／Ｌｙ－；

Ｌｙ－／Ｌｙ＋＝Ｐｙ＋／Ｐｙ－；

Ｌｙ－＊Ｐｙ－＝Ｌｙ＋＊Ｐｙ＋；或力矩平衡关系

（Ｌｙ－＊Ｐｙ－）－（Ｌｙ＋＊Ｐｙ＋）＝0，便可藉由控制单元内建的运算函式，进而计算侦测出触碰点3的平面二维坐标位置；或是如第三图所示，其中多个力量感测器2所侦测出的力量大小或变化量数值（如Ｐｘ＋、Ｐｘ－、Ｐｙ＋、Ｐｙ－）与长度（如Ｘ、Ｙ）至直角坐标中心原点位置的关系为：

$X=\frac{\mathrm{Ly}}{2}=\frac{\mathrm{Ly}}{1+\frac{\mathrm{Py}+}{\mathrm{Py}-}}$ $Y=\frac{\mathrm{Lx}}{2}-\frac{\mathrm{Lx}}{1+\frac{\mathrm{Px}+}{\mathrm{Px}-}}$

而极坐标位置为（ｒ，θ）

当Ｐｘ＋＝Ｐｘ－，且Ｐｙ＋＞Ｐｙ－时，

$r=\frac{\mathrm{Ly}}{2}-\frac{\mathrm{Ly}}{1+\frac{\mathrm{Py}+}{\mathrm{Py}-}},$

当Ｐｘ＋＝Ｐｘ－，且Ｐｙ＋＜Ｐｙ－时，

$r=\frac{\mathrm{Ly}}{1+\frac{\mathrm{Py}+}{\mathrm{Py}-}}-\frac{\mathrm{Ly}}{2},$

而可进一步转换为不同输入模式（如按键模式、网页卷轴模式、拖曳模式或游标控制移动等操作），再透过电子装置所具的荧幕将触碰点3所在坐标位置作一相对的显示，便完成本发明的第一运作模式。

请参阅图5、图6所示，分别为本发明较佳实施例的俯视图及另一较佳实施例的俯视图，由图中可清楚看出，本发明当物体施压于本体1的基板11感测区域内的预设坐标Ａ点（如ＡＬｘ－、ＡＬｘ＋、ＡＬｙ－、ＡＬｙ＋）位置（如第四图所示），并与多个力量感测器2所侦测到的力量大小或变化量数值（如ＡＰｘ＋、ＡＰｘ－、ＡＰｙ＋、ＡＰｙ－）相除后所得到的值的比例关系变化为：

ＡＰｘ＋／ＡＬｘ－；

ＡＰｘ-／ＡＬｘ＋；

ＡＰｙ＋／ＡＬｙ-；

或ＡＰｙ－／ＡＬｙ＋，便可藉由控制单元所内建上述的运算函式计算出相除后的值的比例关系变化值，藉此判断比较出实际已知预设坐标点Ａ的位置与计算值位置或数据库位置的偏移量，即可将此一预设坐标点Ａ的位置来作为校正基准的坐标点，并可依各种用途及使用状态不同而修正触碰点3当时位置的偏移值。

上述本体1的基板11可为呈一矩形状，并于基板11周边处定位有至少二个力量感测器2（如图1所示）仅为一种较佳的实施状态，但于实际应用时，则并非是以此作为局限，其基板11亦可呈一圆形状（如第五图所示）、多边形状或其它等效形状的结构，且位于基板11周边处定位有八个力量感测器2，并可依需求或设计的不同而予以增加或减少力量感测器2设置数量，一般来说，力量感测器2设置数量愈多，可使控制单元进行侦测出触碰点3的坐标位置、力量大小及力量变化速率、移动方向变化也将会更加准确；另，本体1的基板11（如图6所示）可为一触控面板（Ｔｏｕｃｈ Ｐａｄ）或轻触式荧幕等，且该触控面板亦可分为电阻式、电容式、电感式、电磁式、表面声波式或光学（红外线）式触控面板等型式。

例如：本体1的基板11较佳实施水平轴（Ｘ轴）方向长度Ｌｘ可为300ｍｍ、垂直轴（Ｙ轴）方向长度Ｌｙ可为200ｍｍ，若物体触碰于基板11上的感测区域内时，基板11周边处的多个力量感测器2所侦测出的力量大小或变化量数值分别为Ｐｘ＋＝0﹒6、Ｐｘ－＝0﹒3、

Ｐｙ＋＝0﹒8、Ｐｙ－＝0﹒2，即可依

Ｌｘ＝Ｌｘ＋＋Ｌｘ－＝300ｍｍ与Ｌｘ－／Ｌｘ＋＝Ｐｘ＋／Ｐｘ－＝0﹒6／0﹒3＝2，而求得Ｌｘ＋＝100ｍｍ、Ｌｘ－＝200ｍｍ，由此可知物体的触碰点3至Ｐｘ＋力量感测器2距离为100ｍｍ、物体的触碰点3至Ｐｘ－力量感测器2距离为200ｍｍ，再依

Ｌｙ＝Ｌｙ＋＋Ｌｙ－＝200ｍｍ与Ｌｙ－／Ｌｙ＋＝Ｐｙ＋／Ｐｙ－＝0﹒8／0﹒2＝4，而求得Ｌｙ＋＝40ｍｍ、Ｌｙ－＝160ｍｍ，由此可知物体的触碰点3至Ｐｙ＋力量感测器2距离为40ｍｍ、物体的触碰点3至Ｐｙ－力量感测器2距离为160ｍｍ；

或是由 $X=\frac{\mathrm{Lx}}{2}-\frac{\mathrm{Lx}}{1+\frac{\mathrm{Px}+}{\mathrm{Px}-}}=50,$ $Y=\frac{\mathrm{Ly}}{2}-\frac{\mathrm{LY}}{1+\frac{\mathrm{PY}+}{\mathrm{Py}-}}=60$

可知物体的触碰点3直角坐标为（50，60），且因

Ｐｘ＋＞Ｐｘ－，故极坐标位置（ｒ，θ）为

$r=\sqrt{{[\frac{\mathrm{Lx}}{2}-\frac{\mathrm{Lx}}{1+\frac{\mathrm{Px}+}{\mathrm{Px}-}}]}^2+{[\frac{\mathrm{Ly}}{2}-\frac{\mathrm{Ly}}{1+\frac{\mathrm{Py}+}{\mathrm{Py}-}}]}^2}=78.1,$

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{(\frac{\mathrm{Ly}}{2}-\frac{\mathrm{Ly}}{1+\frac{\mathrm{Py}+}{\mathrm{Py}-}})}{(\frac{\mathrm{Lx}}{2}-\frac{\mathrm{Lx}}{1+\frac{\mathrm{Px}+}{\mathrm{Px}-}})}=50.2.$

藉上，便可侦测出导体或非导体的触碰点3的平面二维坐标位置，且可改善人体触控输入小范围点状目标（如点击软键盘上的电话号码或输入的中、英文字等）时产生位置偏移、误触现象，甚至是当外界有电感、磁感的影响时，电感式、电容式或电磁式触控面板所产生失灵的问题，并提升其整体对物体触碰点3的力量大小感应功能与坐标位置侦测时的准确率。

请同时参阅图1、图7所示，分别为本发明的俯视图及第二运作模式的示意图，由图中可清楚看出，其中该本体1的基板11感测区域内为预先模拟规划有呈网点状的多个预设坐标点4，并由控制单元将物体触碰于每个预设坐标点4上所施压于基板11使各个力量感测器2所产生的数值大小的比例关系或数值变化量的比例关系建立一数据库，如表一所示，其中ｔ、ｕ、ｖ、ｗ为各个Ｐｘ＋、Ｐｘ－、

Ｐｙ＋、Ｐｙ－力量感测器2的公差系数或补正参数，当物体触碰于基板11的感测区域内任一预设坐标点4时，可利用控制单元对基板11周边处各个力量感测器2所分别侦测出数值的间的比例关系与数据库进行比对侦测出位置，亦可再藉由内差法或外差法运算函式来增加坐标位置的解析度，更精确的解析出触碰点3的平面二维坐标位置，此种为本发明的第二运作模式。

表一各个力量感测器的比例关系与坐标位置对照表

请参阅图2、图3、图4和图7所示，本发明为针对本体1的基板11周边处定位有多个力量感测器2，当物体触碰于基板11上的感测区域内时，可利用触碰点3施压于基板11上使周边力量感测器2产生的电子讯号值变化，并由控制单元进行侦测判别出触碰点3的坐标位置、力量大小及力量变化速率、移动方向变化为其主要特征，而可依各种用途及使用状态不同、以及物体种类与触碰点3的力量大小切换成第一运作模式或第二运作模式不同感应模式，且该基板11可为强化玻璃、硬质薄板、触控面板或其它可透光、不透光的薄板体，并可改善现有的电阻式触控面板的透光度与硬度不高，而电感式、电容式或电磁式触控面板等无法使用非导体进行触控、位置偏移与误触现象，以及易受外界电感、磁感的影响所产生失灵等问题。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种触压感应模块，其特征在于，包括本体及多个力量感测器，该本体具有一基板，而基板周边处定位有多个力量感测器，并由力量感测器电性连接有控制单元，当物体触碰于基板表面上的感测区域内时，利用物体的触碰点施压于基板上使周边力量感测器所产生的电子讯号值变化输出至控制单元转换成为相对应的数字讯号，并由控制单元计算侦测出多个力量感测器的数值大小或变化量关系与触碰点至各个力量感测器的距离成反比关系，或以力矩平衡关系判别出触碰点的平面二维坐标位置。

2.如权利要求1所述的触压感应模块，其特征在于，该本体的基板为平面的强化玻璃、硬质薄板或其它可透光、不透光的薄板体。

3.如权利要求1所述的触压感应模块，其特征在于，该本体的基板为电阻式、电容式、电感式、电磁式、表面声波式或红外线式触控面板。

4.如权利要求1所述的触压感应模块，其特征在于，该力量感测器为多层聚合薄膜成型有呈网格状的力敏电阻漆层或压力传感器阵列。

5.如权利要求1所述的触压感应模块，其特征在于，该力量感测器为压电式、电容式、电位计式、电感式、磁阻式、应变计式或气压式力量感测器。

6.如权利要求1所述的触压感应模块，其特征在于，该控制单元利用物体施压于本体的基板感测区域内的预设坐标点位置，并与多个力量感测器所侦测到的力量大小或变化量计算出相除后的值的比例关系变化值，藉此判断比较实际已知预设坐标点位置与计算值位置的偏移量，并将此一预设坐标点位置作为校正基准的坐标点。

7.一种触压感应模块，包括有本体及多个力量感测器，其中本体为具有一基板，且基板周边处定位有多个力量感测器，并由力量感测器电性连接有控制单元，而基板表面上的感测区域内为预先规划有呈网点状的多个预设坐标点，并由控制单元将物体触碰于每个预设坐标点上所施压于基板使各个力量感测器产生数值大小比例关系或数值变化量比例关系建立一数据库，当物体触碰于基板的感测区域内任一预设坐标点时，利用控制单元对各个力量感测器所分别侦测出数值的间的比例关系与数据库进行比对侦测出触碰点的平面二维坐标位置。

8.如权利要求7所述的触压感应模块，其特征在于，该本体的基板为平面的强化玻璃、硬质薄板或其它可透光、不透光的薄板体。

9.如权利要求7所述的触压感应模块，其特征在于，该本体的基板为电阻式、电容式、电感式、电磁式、表面声波式或红外线式触控面板。

10.如权利要求7所述的触压感应模块，其特征在于，该力量感测器为多层聚合薄膜成型有呈网格状的力敏电阻漆层或压力传感器阵列。

11.如权利要求7所述的触压感应模块，其特征在于，该力量感测器为压电式、电容式、电位计式、电感式、磁阻式、应变计式或气压式力量感测器。

12.如权利要求7所述的触压感应模块，其特征在于，该控制单元利用物体施压于本体的基板感测区域内的预设坐标点位置，并与多个力量感测器所侦测到的力量大小或变化量计算出相除后的值的比例关系变化值，藉此判断比较出实际已知预设坐标点位置与计算值位置的偏移量，并将此一预设坐标点位置作为校正基准的坐标点。

13.如权利要求7所述的触压感应模块，其特征在于，该控制单元对各个力量感测器所分别侦测出数值的间的比例关系与数据库进行比对，再藉由内差法或外差法运算函式解析出触碰点的平面二维坐标位置。

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