TWI579534B - 壓力感測系統 - Google Patents

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Description

壓力感測系統
本發明係關於一種壓力感測系統，特別是一種可以減少測量誤差的壓力感測系統。
在現代社會中，電子裝置常常會在輸入介面上，配置具有壓力感測功能的壓力感測件，以便感應使用者以手指按壓輸入介面時的按壓之壓力；藉此，當壓力感測件感應到使用者的手指按壓之壓力後，電子裝置會根據使用者的按壓位置或是按壓之力道而執行對應的程式。
如圖1所示，一般的壓力感測件500具有按壓層510、彈性層520和電路層530。按壓層510設於彈性層520和電路層530之上，用以承受外部傳來的壓力。彈性層520設於按壓層510和電路層530之間，用以隔開按壓層510和電路層530，以避免短路。電路層530用以將承受的壓力轉換為電阻訊號而傳遞至電子訊號的處理器，以便電子裝置執行後續的程式。當按壓層510承受壓力時，按壓層510會往下陷，使得壓力傳遞至下方的彈性層520；此時，受到壓力影響的按壓層510和彈性層520的厚度都會變薄。當按壓層510和彈性層520的厚度改變時，電路層530之電路會感應到厚度變化並改變其輸出電阻；藉此，電子訊號的處理器可以透過計算電阻之變化而得知壓力值。
然而，由於彈性層520本身具有一定的彈性，因此當使用者施加的壓力影響到按壓層510和彈性層520時，使用者施加的一部分壓力會被彈性層520本身的彈性抵消；此外，彈性層520經按壓變形後回復的速度會隨壓力與時間改變，將導致輸出電阻存在不穩定性。因此，傳統的壓力感測件500之設計容易具有誤差，其無法精確的測量壓力值。
因此，有必要提供一種新的壓力感測系統，其可以減少測量誤差。
本發明之主要目的係在提供一種壓力感測系統，其可以減少測量誤差。
為達成上述之目的，本發明之壓力感測系統包括電路板、殼體、至少一覆蓋層、複數光線發射件和至少一光線接收件。電路板包括一頂面和一底面。殼體鄰設於電路板之底面；當電路板承受壓力時，電路板與殼體的距離減少。覆蓋層覆蓋一部分的頂面和一部分的底面，其中未被覆蓋層覆蓋的電路板的頂面包含複數第一穿透區和至少一第二穿透區，未被覆蓋層覆蓋的電路板的底面包含複數底穿透區。複數光線發射件分別設置於複數第一穿透區。光線接收件設置於第二穿透區。其中複數光線發射件發射的光線進入電路板並且至少一部分的光線經由覆蓋層的反射，而穿過第二穿透區並進入光線接收件，以及至少一部份的光線自複數底穿透區進入殼體與電路板之間。
根據本發明之一實施例，其中複數第一穿透區的位置對應複數底穿透區。
根據本發明之一實施例，當電路板承受壓力時，電路板和殼體之間的距離減少，光線接收件偵測到的該些光線發射件所發射的光線的強度增加。
根據本發明之一實施例，其中複數第一穿透區位於電路板的周圍，至少一第二穿透區位於電路板的中央。然而，可依照實際需求進行位置調整。
根據本發明之一實施例，壓力感測系統更包括複數彈性件，複數彈性件設置於電路板以使電路板與殼體維持一距離。
根據本發明之一實施例，壓力感測系統更包括一顯示模組和一覆蓋板，顯示模組設置於電路板之上，覆蓋板設置於顯示模組之上。
為達成上述之目的，本發明之另一壓力感測系統包括一電路板、一殼體、至少一覆蓋層、複數光線發射件和複數光線接收件。電路板包括一底面。殼體鄰設置於電路板之底面；當電路板承受壓力時，電路板與殼體的距離減少。複數光線發射件設置於底面並面對殼體。複數光線接收件設置於底面並面對殼體。複 數光線發射件發射的至少一部份光線經由殼體的反射進入該複數光線接收件。
根據本發明之另一實施例，當電路板承受壓力時，電路板和殼體之間的距離減少，光線接收件偵測到的該些光線發射件所發射到的光線強度增加。
根據本發明之另一實施例，其中複數光線發射件和複數光線接收件位於電路板的周圍。
先前技術：
500‧‧‧壓力感應件
510‧‧‧按壓層
520‧‧‧彈性層
530‧‧‧電路層
本發明：
1、1a‧‧‧壓力感測系統
10、10a‧‧‧電路板
11‧‧‧頂面
12‧‧‧底面
20‧‧‧覆蓋層
30、30a‧‧‧光線發射件
40、40a‧‧‧光線接收件
50、50a‧‧‧殼體
60‧‧‧顯示模組
70‧‧‧覆蓋板
80、80a‧‧‧彈性件
111‧‧‧第一穿透區
112‧‧‧第二穿透區
121‧‧‧底穿透區
L1、L2、L3、L4、L5‧‧‧光線
M‧‧‧移動方向
圖1係先前技術之壓力感應件之立體分解圖。
圖2係本發明之第一實施例之壓力感測系統之立體分解圖。
圖3係本發明之第一實施例之電路板未承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖。
圖4係本發明之第一實施例之電路板承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖。
圖5係本發明之第二實施例之壓力感測系統之立體分解圖。
圖6係本發明之第二實施例之電路板未承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖。
圖7係本發明之第二實施例之電路板承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖。
為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。
以下請一併參考圖2至圖4關於本發明之第一實施例之壓力感測系統。圖2係本發明之第一實施例之壓力感測系統之立體分解圖；圖3係本發明之第一實施例之電路板未承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖；圖4係本發明之第一實施例之電路板承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖。
如圖2所示，在本發明之第一實施例之中，壓力感測系統1包括電路板10、至少一覆蓋層20、四個光線發射件30、至少一光線接收件40、殼體50、顯示模組60、覆蓋板70和二個彈性件80。本發明之壓力感測系統1係應用於具有觸控元件和處理器的電子裝置，例如平板電腦、智慧型手機、提款機等等，但壓力感測系統1可被應用的電子裝置並不以上述為限。
如圖2和圖3所示，在本發明之第一實施例之中，電路板10包括一頂面11和一底面12；電路板10的板體具有可透光之性質，因此光線可以穿過電路板10。第一實施例之覆蓋層20可藉由移除電路板的部分防焊漆(Solder Mask)來形成，使覆蓋層20覆 蓋一部分的頂面11和一部分的底面12。未被覆蓋層20覆蓋的其他部分的電路板10的頂面11，形成複數第一穿透區111和至少一第二穿透區112。未被覆蓋層20覆蓋的其他部分的底面12形成複數底穿透區121。複數第一穿透區111的位置分別對應該複數底穿透區121。在本發明之第一實施例之中，複數第一穿透區111之數量為四個，且其分別位於頂面11周圍的四個角落；第二穿透區112的數量為一個，其位於頂面11的中央；複數底穿透區121之數量亦為四個，其位置對應四個第一穿透區111而設置於底面12的四個角落。然而，第一穿透區111、第二穿透區112和底穿透區121之數量和位置並不以上述為限，其可依照設計需求而改變。
在本發明之第一實施例之中，四個光線發射件30分別設置於四個第一穿透區111；光線發射件30例如為紅外線燈，用以發射紅外線。光線接收件40設置於第二穿透區112；光線接收件40例如為紅外線接收裝置，用以接收光線發射件30所發射的紅外線。然而，光線發射件30和光線接收件40所發射和接收的光線並不限於紅外線，其亦可為其他種類的光線。
在本發明之第一實施例之中，殼體50鄰設置於電路板10之底面12；當電路板10承受壓力時，電路板10與殼體50的 距離減少。第一實施例之殼體50用以保護壓力感測系統1內部的電子元件不受外部影響。顯示模組60設置於電路板10之上，顯示模組60用以顯示畫面以供使用者觀看。覆蓋板70例如為一透明的玻璃板，其設置於顯示模組60之上，覆蓋板70用以保護壓力感測系統1內部的電子元件不受外部影響，並且顯示模組60的畫面可以透過透明的覆蓋板70而顯露於外，以供使用者觀看，另外使用者可以按壓覆蓋板70，使覆蓋板70帶動顯示模組60和電路板10朝向殼體50移動。二個彈性件80設置於頂面11並位於電路板10和顯示模組60之間。彈性件80例如為彈簧或其他種類的具有彈性之物品，用以使電路板與殼體之間維持固定距離，彈性件80可依據需求設置在電路板10之上側或下側，設置在電路板10之上側可提供拉伸回復力，放置在下側則可提供壓縮彈力。且能夠讓使用者按壓覆蓋板70所施加的壓力平均分布至電路板10上，以使電路板10可以平穩得移動；例如，當使用者按壓覆蓋板70的任一角落時，按壓的壓力會透過彈性件80而平均的分布於電路板10上，以使電路板10保持水平得移動。然而，彈性件80之數量與位置可依照設計需求而改變。
如圖2至圖3所示，在本發明之第一實施例之中，若是第一實施例之壓力感測系統1未承受壓力時，複數光線發射件30發射的一部分光線L1會射入電路板10，並在電路板10內前進；當光線L1碰觸到覆蓋層20時，覆蓋層20會反射光線L1，使得光線L1持續在電路板10內前進；最後，光線L1會穿過第二穿透區112並進入光線接收件40，此時光線接收件40可以偵測光線L1的強度以作為一初始壓力感側值。另外，光線發射件30發射的另一部分光線L2會穿過第一穿透區111和底穿透區121，並進入殼體50和底面12之間；由於覆蓋底面12的覆蓋層20會反射光線L2，因此進入殼體50和底面12之間的光線L2很難再進入光線接收件40。
如圖2和圖4所示，在本發明之第一實施例之中，當使用者按壓覆蓋板70以對電路板10施加壓力時，電路板10會承受壓力而沿著移動方向M向殼體50移動，以使電路板10和殼體50之間的距離減少，使得進入殼體50和底面12之間損失的另一部分光線L2減少；同時，射入電路板10並且經由覆蓋層20的反射而穿過第二穿透區112，以進入光線接收件40的部分光線L3會增加。若是電路板10移動至接觸殼體50，則電路板10和殼體50 之間的距離會減少，且穿過底穿透區121的光線L3會立刻被殼體50反射而射入電路板10，並且經由覆蓋層20的反射而穿過第二穿透區112，以進入光線接收件40。因此，若是電路板10會承受壓力而沿著移動方向M向殼體50移動，則最終會進入光線接收件40的光線L3之強度會增加，此時光線接收件40可以偵測光線發射件30所發射之光線L3的增強後的強度以作為一承受壓力感側值，且電子裝置之處理器可以計算光線L1之初始壓力感側值和光線L3的承受壓力感側值之差異，而得出承受壓力的數值。由於本發明之壓力感測系統1的結構中，不需使用傳統的彈性層，因此在量測壓力時，不會產生彈性層所造成的誤差，因此可以精密得感應使用者所施加的壓力。另外，電子裝置之處理器可以根據壓力感側值之差異，而執行對應的程式或在顯示模組60顯示出對應的畫面，而形成具有精密的壓力感測功效的觸控元件。
以下請一併參考圖5至圖7關於本發明之第二實施例之壓力感測系統。圖5係本發明之第二實施例之壓力感測系統之立體分解圖；圖6係本發明之第二實施例之電路板未承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖；圖7係本發明 之第二實施例之電路板承受壓力時，光線接收件接收光線發射件發射之光線之示意圖。
本發明之第一實施例與第二實施例皆為塗布覆蓋層在壓力感測系統之元件上，以反射光線發射件所發射的光線，並且使光線接收件隨著施加壓力的變化而接收到不同的光線強度。而第一實施例與第二實施例的差異在於，如圖5至圖7所示，在本發明之第二實施例之中，光線發射件30a設置於電路板10a的底面12，光線接收件40a的數量為四個，且設置於電路板10a的底面12，並分別設置於四個光線發射件30a的旁邊並面對殼體50a。彈性件80a設置於底面12和殼體50a之間。然而，光線發射件30a和光線接收件40a的數量並不以四個為限，彈性件80之數量並不以兩個為限，其可依照設計需求而改變。
在本發明之第二實施例之中，如圖6所示，當電路板10a並未承受壓力時，光線發射件30a發射的光線L4射入殼體50a和底面12之間，並經由殼體50a的反射，而進入光線接收件40a，此時光線接收件40a可以偵測光線L4的強度以作為一初始壓力感側值。當電路板10a承受壓力而沿著移動方向M向殼體50a移動時，電路板10a和殼體50a之間的距離減少；由於電路板10a和 殼體50a之間的距離減少，因此光線L5從光線發射件30a至光線接收件40a之間的路徑距離也會減少，因此光線L5在前進過程中的損失會減少，使得最終進入光線接收件40a的光線L5之強度增加。此時，光線接收件40a可以偵測光線發射件30a發射的光線L5的增強的強度以作為一承受壓力感側值，且電子裝置之處理器可以計算光線L4之初始壓力感側值和光線L5的承受壓力感側值之差異，而得出承受壓力的數值。
藉由本發明之壓力感測系統1、1a之設計，可以透過電路板10導光或殼體50a反射光線發射件30、30a所發射的光線，並且使光線接收件40、40a隨著施加壓力的變化而接收到不同的光線強度。如此一來，不需要在本發明之壓力感測系統1、1a之裝設傳統的壓力感測件之彈性層，因此可以避免彈性層之彈性影響到壓力感測，以達成減少測量誤差的功效。
需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。
1‧‧‧壓力感測系統
10‧‧‧電路板
20‧‧‧覆蓋層
30‧‧‧光線發射件
40‧‧‧光線接收件
50‧‧‧殼體
60‧‧‧顯示模組
70‧‧‧覆蓋板
80‧‧‧彈性件
111‧‧‧第一穿透區
112‧‧‧第二穿透區
121‧‧‧底穿透區

Claims (9)

  1. 一種壓力感測系統，包括：一電路板，包括一頂面和一底面；一殼體，鄰設於該電路板的該底面，當該電路板承受壓力時，該電路板與該殼體的距離減少；至少一覆蓋層，覆蓋一部分的該頂面和一部分的該底面，其中未被該覆蓋層覆蓋的該電路板的該頂面包含複數第一穿透區和至少一第二穿透區，未被覆蓋層覆蓋的電路板的底面包含複數底穿透區；複數光線發射件，分別設置於該複數第一穿透區；以及至少一光線接收件，設置於該至少一第二穿透區；其中該複數光線發射件發射的光線進入該電路板並且至少一部份的光線經由該覆蓋層的反射，而穿過該至少一第二穿透區並進入該至少一光線接收件，以及至少一部份的光線自該複數底穿透區進入該殼體與該電路板之間；當該電路板承受壓力時，該電路板和該機殼之間的距離減少，該至少一光線接收件偵測到的該些光線發射件所發射的光線的強度增加。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測系統，其中該複數第一穿透區的位置對應該複數底穿透區。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之壓力感測系統，其中該複數第一穿透區位於該電路板的周圍，該至少一第二穿透區位於該電路板的中央。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之壓力感測系統，更包括複數彈性件，該複數彈性件設置該電路板，使該電路板與該殼體維持一距離。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之壓力感測系統，更包括一顯示模組和一覆蓋板，該顯示模組設置於該電路板之上，該覆蓋板設置於該顯示模組之上。
  6. 一種壓力感測系統，包括：一電路板，包括一底面；一殼體，鄰設於該電路板的該底面，當該電路板承受壓力時，該電路板與該殼體的距離減少；複數光線發射件，設置於該底面並面對該殼體；複數光線接收件，設置於該底面並面對該殼體；其中，該複數光線發射件發射的至少一部份光線經由該殼體的反射進入該複數光線接收件；當該電路板承受壓力時，該電路板和 該殼體之間的距離減少，該至少一光線接收件偵測到的該些光線發射件所發射到的光線強度增加。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之壓力感測系統，其中該複數光線發射件和該複數光線接收件位於該電路板的周圍。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之壓力感測系統，更包括複數彈性件，該複數彈性件設置於該電路板，使該電路板與該殼體維持一距離。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之壓力感測系統，更包括一顯示模組和一覆蓋板，該顯示模組設置於該電路板之上，該覆蓋板設置於該顯示模組之上。
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