TWI827364B - 電子開關裝置及其系統 - Google Patents

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Abstract

一種電子開關裝置以及一種電子開關系統，其中，電子開關系統包括：電子開關裝置，包括：感測模組，包括： 壓力感測模組，用以提供壓力感測訊號；以及觸控感測模組，設置於壓力感測模組上，用以提供觸控感測訊號；以及比較器電路，耦接感測模組，並用以接收壓力感測訊號。

Description

電子開關裝置及其系統
本發明是有關一種電子開關裝置及電子開關系統，尤其是一種具備觸控感測功能、以及多段壓力感測功能的電子開關裝置及電子開關系統。
目前具有多段壓力感測功能的開關大多為機械式開關，機械式開關可以用以實現單段壓力感測、或多段壓力感測等功能，其中，多段壓力感測功能指的是可以依據使用者的按壓力度來多段地切換開關狀態的功能。然而，由於機械式開關的結構較為複雜，若是單純以機械結構來實現多段壓力感測功能，則會因機械損耗問題而有著使用壽命短、可靠度低等的缺陷。
觸控開關具有結構簡單、無機械摩擦等優點，且相較於機械式開關，觸控開關擁有較長的使用壽命。但若是單純以觸控開關來實現多段壓力感測功能，則會遇到難以實現的問題。舉例來說，觸控開關的壓力感測功能目前多是藉由手指接觸到觸控開關的電容值、表面積、或時間等的感測參數來換算成壓力感測值進而模擬壓力感測功能，但由於不同的使用者的手指大小皆有差異，因此對應不同的使用者所產生的感測參數也會有所不同。由上所述，觸控開關並無法準確地模擬出相應於所有使用者的壓力感測功能。
有鑑於此，本發明提供一種電子開關裝置、以及一種電子開關系統。電子開關系統包括：電子開關裝置、以及比較器電路。電子開關裝置包括：感測模組，包括： 壓力感測模組、以及觸控感測模組。本發明的電子開關系統可以在使用者接觸到電子開關裝置時，藉由壓力感測模組、以及觸控感測模組分別提供壓力感測訊號、以及觸控感測訊號，然後再將壓力感測訊號傳送至比較器電路以同時實現觸控功能、以及多段壓力感測功能。
本發明所提供的電子開關裝置，包括：感測模組，包括：壓力感測模組，用以提供壓力感測訊號；以及觸控感測模組，設置於壓力感測模組上，用以提供觸控感測訊號；其中，感測模組耦接比較器電路，比較器電路接收壓力感測訊號。
在本發明的一實施例中，上述之電子開關裝置的壓力感測訊號包括：正壓力感測訊號、以及負壓力感測訊號。
在本發明的一實施例中，上述之電子開關裝置的壓力感測模組包括：第一軸向壓力感測單元，用以提供根據第一軸向的壓力感測訊號；第二軸向壓力感測單元，用以提供根據第二軸向的壓力感測訊號；以及第三軸向壓力感測單元，用以提供根據第三軸向的壓力感測訊號；其中，第一軸向、第二軸向、以及第三軸向彼此互相垂直。
在本發明的一實施例中，上述之電子開關裝置的感測模組連接類比數位轉換單元，類比數位轉換單元可以接收壓力感測訊號，並將壓力感測訊號從類比訊號轉換為數位訊號。
在本發明的一實施例中，上述之電子開關裝置的感測模組耦接邏輯電路，邏輯電路可以接收壓力感測訊號、以及觸控感測訊號，並可以用以提供開關狀態資料。
本發明所提供的電子開關系統，包括：電子開關裝置，包括：感測模組，包括：壓力感測模組，用以提供壓力感測訊號；以及觸控感測模組，設置於壓力感測模組上，用以提供觸控感測訊號；以及比較器電路，耦接感測模組，並用以接收壓力感測訊號。
在本發明的一實施例中，在上述之電子開關系統中的壓力感測訊號包括：正壓力感測訊號、以及負壓力感測訊號。
在本發明的一實施例中，在上述之電子開關系統中的壓力感測模組包括：第一軸向壓力感測單元，用以提供根據第一軸向的壓力感測訊號；第二軸向壓力感測單元，用以提供根據第二軸向的壓力感測訊號；以及第三軸向壓力感測單元，用以提供根據第三軸向的壓力感測訊號；其中，第一軸向、第二軸向、以及第三軸向彼此互相垂直。
在本發明的一實施例中，上述之電子開關系統更可以包括：類比數位轉換單元，連接感測模組，用以接收壓力感測訊號，並將壓力感測訊號從類比訊號轉換為數位訊號。
在本發明的一實施例中，上述之電子開關系統更可以包括：邏輯電路，耦接感測模組，邏輯電路接收壓力感測訊號、以及觸控感測訊號，並用以提供開關狀態資料。
綜上所述，本發明所提供的電子開關裝置、以及電子開關系統可以在使用者接觸到電子開關裝置時，藉由壓力感測模組、以及觸控感測模組分別提供壓力感測訊號、以及觸控感測訊號，然後再將壓力感測訊號傳送至比較器電路以同時實現觸控功能、以及多段壓力感測功能。本發明可以藉由上述技術架構來避免習知技術單純以機械式開關實現多段壓力感測功能所帶來的機械損耗以及使用壽命短的問題、以及單純以觸控開關實現多段壓力感測功能所帶來的難以模擬壓力感測功能的上述課題。本發明的感測模組結合了觸控感測模組、以及壓力感測模組，因此改善了習知技術的機械損耗問題，具有使用壽命長的優點，並且由於感測模組結合了觸控感測模組、以及壓力感測模組，電子開關的按壓接觸面可以無接縫的形式實現，更具備了防水、防誤觸、可進行盲操作、可進行多方向的壓力感測等的技術功效。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參照圖1，圖1為本發明一實施例所提供的電子開關系統1的方塊圖。
在本實施例中，本發明之電子開關系統1包括：電子開關裝置11、類比數位轉換單元12、比較器電路13、邏輯電路14、以及處理單元15。其中，電子開關裝置11包括：感測模組111，包括：壓力感測模組1111、觸控感測模組1112。其中，壓力感測模組1111包括：第一軸向壓力感測單元11111、第二軸向壓力感測單元11112、以及第三軸向壓力感測單元11113；觸控感測模組1112包括：多個觸控感測單元11121。其中，第一軸向壓力感測單元11111、第二軸向壓力感測單元11112、以及第三軸向壓力感測單元11113連接類比數位轉換單元12，比較器電路13連接數位轉換單元12、以及邏輯電路14，邏輯電路14連接多個觸控感測單元11121、以及處理單元15。
在本實施例中，本發明之電子開關系統1在使用者接觸到電子開關裝置11時，可以藉由電子開關裝置11的壓力感測模組1111感測使用者的按壓力度，並根據使用者的按壓力度提供壓力感測訊號(壓力感測訊號可以包括：正壓力感測訊號、以及負壓力感測訊號。其中，正壓力感測訊號為對應於按壓正壓力方向的感測訊號；負壓力感測訊號為對應於按壓負壓力方向的感測訊號；也就是說，當使用者按下開關的方向被定義為按壓正壓力方向時，相對於按下開關的方向，拉起開關的方向則為按壓負壓力方向)、以及可以藉由設置於壓力感測模組1111上的觸控感測模組1112來感測使用者的按壓位置，觸控感測模組1112包括多個觸控感測單元11121，觸控感測模組1112可以根據使用者的按壓位置提供觸控感測訊號(也就是對應於每個觸控感測單元11121的位置的觸控感測訊號)。
在本實施例中，壓力感測模組1111還包括：第一軸向壓力感測單元11111，用以提供根據第一軸向的壓力感測訊號；第二軸向壓力感測單元11112，用以提供根據第二軸向的該壓力感測訊號；以及第三軸向壓力感測單元11113，用以提供根據第三軸向的該壓力感測訊號；其中，第一軸向、第二軸向、以及第三軸向指的是在三軸坐標系中分別代表沿不同軸的方向(例如：X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)，且第一軸向、第二軸向、以及第三軸向彼此互相垂直。也就是說，壓力感測模組1111除了可以針對正壓力、負壓力方向進行感測以外，還可以針對不同的軸向對使用者的按壓力度進行感測，並提供沿特定軸向的壓力感測訊號。
接著，類比數位轉換單元12可以接收壓力感測訊號，並將壓力感測訊號從類比訊號轉換為數位訊號。舉例來說，壓力感測訊號可以是對應壓力感測模組1111的形變量產生的壓電類比訊號，類比數位轉換單元12可以將壓電類比訊號轉換為數位訊號，以提供更穩定的壓力感測訊號至比較器電路13。接著，比較器電路13可以直接接收從壓力感測模組1111來的壓力感測訊號(類比訊號)，也可以接收從類比數位轉換單元12來的經過訊號轉換的壓力感測訊號(數位訊號)，當壓力感測訊號為數位訊號時，比較器電路13可以是數位比較器電路，但本發明不再此設限。比較器電路13可以將對應於使用者的按壓力度的壓力感測訊號轉換為相應的開關狀態，也就是說，壓力感測模組1111可以根據使用者的按壓力度產生壓力感測訊號，而在比較器電路13中可以包括多個壓力門檻值(壓力門檻值可以是類比訊號也可以是數位訊號)，比較器電路13可以藉由比較壓力感測訊號、以及壓力門檻值以產生相應的開關狀態的訊號。其中，電子開關裝置11的開關狀態包括按壓位置、以及多個開關段，其中，開關段為相應於使用者的按壓力度的開關狀態，每個開關段與使用者的按壓力度的力度區間的互相對應，使用者每次按壓電子開關裝置11皆可以根據使用者的按壓力度提供相應於按壓力度的開關段。在其中一個實施例中，當使用者的按壓力度過小時可以輸出相當於開路，也就是開關OFF的開關段，以避免電子開關裝置11遭到誤觸。
接著，邏輯電路可以接收壓力感測訊號、以及觸控感測訊號，並根據壓力感測訊號、以及觸控感測訊號以邏輯電路進行邏輯判斷的方式判斷電子開關裝置11的開關狀態(例如比較/判斷類比電壓的準位、或是直接接收數位訊號並進行邏輯判斷)，並提供開關狀態資料於處理單元15 (開關狀態資料可以包括按壓位置資料、以及開關段資料)，處理單元15可以藉由開關狀態資料判斷電子開關裝置11的開關狀態，藉此使電子開關裝置11能夠感測使用者的按壓位置並實現多段壓力感測功能。在其中一個實施例中，電子開關系統1可以包括多個電子開關裝置11，並透過上述結構將每個電子開關裝置11的開關狀態提供於處理單元15。
接著，請參照圖2至圖4，以下將針對壓力感測模組1111、以及觸控感測模組1112的擺放方式、實施結構進行說明。
本發明提供了多種實施方式。在本發明的各項實施例中，使用相同符號的元件/裝置代表該元件/裝置的功能亦可包括與其他實施例相同的功能，因此在本發明的各項實施例中不再重覆贅述，僅針對與其他實施例的不同處進行說明，在各項實施例中所提及的事項只要不產生衝突皆可重新排列組合並應用於各項實施例中，本發明不以所列舉出的實施例為限。
在本發明中，壓力感測模組1111指的是用以感測使用者的按壓力度，並提供壓力感測訊號的裝置/元件。舉例來說，壓力感測模組1111可以例如包括壓電材料，並藉由材料的形變將機械能轉換為電能，但本案發明不在此做限制，只要可以根據使用者的按壓力度提供壓力感測訊號的裝置/元件的裝置/元件皆可作為本發明之壓力感測模組1111，本發明不以所列舉出的實施例為限。其中，壓力感測模組1111可以包括第一軸向壓力感測單元11111、第二軸向壓力感測單元11112、以及第三軸向壓力感測單元11113，分別用以感測使用者的按壓力度，並根據按壓力度提供沿第一軸向、第二軸向、以及第三軸向 (例如：X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)的壓力感測訊號。
在本發明中，觸控感測模組1112指的是設置於壓力感測模組1111上以多個觸控感測單元11121感測使用者的按壓位置，並用以提供觸控感測訊號的裝置。其中，觸控感測模組1112設置於壓力感測模組1111上的方式可以例如是以疊合、貼合等的方式，但本發明不在此做限制，只要可以設置於壓力感測模組上，並且壓力感測模組1111的壓力感測功能可以正常使用的設置方式，皆可作為觸控感測模組1112的設置方式。舉例來說，觸控感測模組1112可以是例如以電容式感測器、光學式感測器、超音波式感測器對使用者的按壓位置進行感測，觸控感測單元11121可以是感測電極或其他可以對使用者的按壓位置進行感測的感測裝置/元件，但本發明不在此做限制，只要可以對使用者的按壓位置進行感測的感測裝置/元件皆可作為本發明之觸控感測模組1112，本發明不以所列舉出的實施例為限。
如圖2所示，圖2為本發明一實施例所提供的電子開關裝置的裝置結構示意圖。
在圖2中，壓力感測模組1111設置於基板上，觸控感測模組1112設置於壓力感測模組1111上，多個觸控感測單元11121分佈於觸控感測模組1112中，壓力感測模組1111連接類比數位轉換單元12，觸控感測模組1112連接邏輯電路14。例如，使用者將手指觸碰觸控感測模組1112時，在觸控感測模組1112的多個觸控感測單元11121中，一部份的觸控感測單元11121可以提供觸控感測訊號至邏輯電路14(也就是與手指接觸的觸控感測單元11121)，並且在手指觸碰觸控感測模組1112的過程中，手指會提供按壓力度，藉此使壓力感測模組1111例如產生形變並提供壓力感測訊號，壓力感測訊號通過類比數位轉換單元12、以及比較器電路13並提供至邏輯電路14。藉此，邏輯電路14可以根據觸控感測模組1112所提供的相應於手指接觸位置的觸控感測訊號、以及壓力感測模組1111所提供的壓力感測訊號的大小，來提供開關狀態資料至處理單元15，使處理單元15可以藉由開關狀態資料判斷電子開關裝置11的開關狀態。
如圖3所示，圖3為本發明另一實施例所提供的電子開關裝置的裝置結構示意圖。
在圖3的實施例中，觸控感測模組1112設置於壓力感測模組1111上，但不同於圖2的實施例，觸控感測模組1112在本實施例中是以非平面的方式進行實施，也就是說，觸控感測模組1112可以包括凸面結構，凸面結構具有更容易與其他機械結構組合/連接的優點，也可以使壓力感測模組1111更容易感測使用者的正壓/負壓按壓方向，並提供正/負壓力感測訊號(例如圖3所示之箭頭方向)。除此之外，凸面結構還具有可以進行盲操作的優點，有別於習知的觸控開關，本發明的觸控感測模組1112更可以採用凸面結構，使用者藉由凸面結構可以不須經過目視即可對觸控感測模組1112進行操作。
如圖4所示，圖4為本發明又一實施例所提供的電子開關裝置的裝置結構示意圖。
在圖4的實施例中，壓力感測模組1111、以及觸控感測模組1112可以針對第一軸向、第二軸向、以及第三軸向(例如：如圖4所示之X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)進行擺放配置。觸控感測單元11121的感應面可以分別朝向第一軸向、第二軸向、以及第三軸向以感測使用者的按壓位置，並且可以將第一軸向壓力感測單元11111(例如對應Y軸方向)、第二軸向壓力感測單元11112(例如對應Z軸方向)、以及第三軸向壓力感測單元11113(例如對應X軸方向)配合基板B、以及觸控感測單元11121的感應面方向感測使用者的按壓力度，其中，第一軸向壓力感測單元11111可以分別感測例如沿Y軸正/負方向的按壓力度、第二軸向壓力感測單元11112可以分別感測例如沿Z軸正/負方向的按壓力度、第三軸向壓力感測單元11113可以分別感測例如沿X軸正/負方向的按壓力度。
接著，以下將針對本發明的電子開關裝置11/電子開關系統1的應用例進行說明。
舉例來說，可以將本發明之電子開關裝置11/電子開關系統1應用於搖桿控制器，並藉由本發明的上述架構，可以使搖桿控制器具備多軸向線性壓力感測功能、以及使搖桿控制器的按鍵具備複合式觸控及壓力感測功能。
舉例來說，可以將本發明之電子開關裝置11/電子開關系統1應用於手持式個人家電，例如：電動牙刷、電動刮鬍刀等。藉由本發明的上述架構，可以使手持式個人家電的按鍵功能不會因水而失效，習知的觸控開關若使用於會接觸水的情境下，則會因為水改變觸控電容值等因素，導致觸控開關的按鍵功能可能會因水而失效，而相對於此，本案發明之電子開關裝置11/電子開關系統1結合壓力感測功能，因此按鍵功能不會因水而失效，使用者可以使用壓力感測功能操作電子開關裝置11/電子開關系統1。在其中一個實施例中，使用者更可以使用觸控功能決定是否啟動壓力感測功能。在另一個實施例中，電子開關裝置11/電子開關系統1更可以在使用者的手離開觸控感測模組1112時開始計數一時間區段，以延遲關閉手持式個人家電的電源。
舉例來說，可以將本發明之電子開關裝置11/電子開關系統1應用於汽車的電動車窗控制系統。例如，將汽車的電動車窗控制系統結合本發明之多段壓力感測功能，使用者可以藉由開關狀態的第一開關段，以正/負壓力方向控制特定車窗的開啟、閉合；可以藉由開關狀態的第二開關段，實現一鍵自動開啟、閉合特定車窗的功能；可以藉由開關狀態的第三開關段，實現一鍵自動開啟、閉合所有車窗的功能。
舉例來說，可以將本發明之電子開關裝置11/電子開關系統1應用於電梯控制面板。由於本發明之觸控感測模組1112被設置於電子開關裝置11的表面，因此可以以無接縫的形式將本發明之電子開關裝置11結合於電梯控制面板，且由於電子開關裝置11與電梯控制面板之間沒有接縫，因此可以直接以酒精/消毒液為電梯控制面板進行清潔、消毒。除此之外，當清潔人員進行清潔作業時，更因本發明具備壓力感測功能而可以使清潔人員在清潔過程中不會誤觸電子開關裝置11，具有防止誤觸的技術功效。
綜上所述，本發明所提供的電子開關裝置、以及電子開關系統可以在使用者接觸到電子開關裝置時，藉由壓力感測模組、以及觸控感測模組分別提供壓力感測訊號、以及觸控感測訊號，然後再將壓力感測訊號傳送至比較器電路以同時實現觸控功能、以及多段壓力感測功能。本發明可以藉由上述技術架構來避免習知技術單純以機械式開關實現多段壓力感測功能所帶來的機械損耗以及使用壽命短的問題、以及單純以觸控開關實現多段壓力感測功能所帶來的難以模擬壓力感測功能的上述課題。本發明的感測模組結合了觸控感測模組、以及壓力感測模組，因此得以改善習知技術的機械損耗問題，具有使用壽命長的優點，且由於結合了觸控感測模組、以及壓力感測模組，電子開關的接觸面可以無接縫的形式實現，更具備了防水、防誤觸、可進行盲操作、多方向壓力感測等的技術功效。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1:電子開關系統 11:電子開關裝置 111:感測模組 1111:壓力感測模組 11111:第一軸向壓力感測單元 11112:第二軸向壓力感測單元 11113:第三軸向壓力感測單元 1112:觸控感測模組 11121:觸控感測單元 12:類比數位轉換單元 13:比較器電路 14:邏輯電路 15:處理單元 B:基板
圖1為本發明一實施例所提供的電子開關系統的方塊圖； 圖2為本發明一實施例所提供的電子開關裝置的裝置結構示意圖； 圖3為本發明另一實施例所提供的電子開關裝置的裝置結構示意圖；以及 圖4為本發明又一實施例所提供的電子開關裝置的裝置結構示意圖。
1:電子開關系統
11:電子開關裝置
111:感測模組
1111:壓力感測模組
11111:第一軸向壓力感測單元
11112:第二軸向壓力感測單元
11113:第三軸向壓力感測單元
1112:觸控感測模組
11121:觸控感測單元
12:類比數位轉換單元
13:比較器電路
14:邏輯電路
15:處理單元

Claims (6)

  1. 一種電子開關裝置，包括：一感測模組，包括：一壓力感測模組，用以提供一壓力感測訊號，其中，該壓力感測訊號包括一正壓力感測訊號以及一負壓力感測訊號；以及一觸控感測模組，設置於該壓力感測模組上且包括多個觸控感測單元，該觸控感測模組用以提供代表每一該被按壓的觸控感測單元的位置的一觸控感測訊號；其中，該壓力感測模組耦接一比較器電路，該比較器電路接收該壓力感測訊號，該比較器電路與該觸控感測模組耦接一邏輯電路，該邏輯電路接收該壓力感測訊號以及該觸控感測訊號以提供一開關狀態資料，該電子開關裝置根據該開關狀態資料來多段切換開關。
  2. 如請求項1所述之電子開關裝置，其中，該壓力感測模組包括：一第一軸向壓力感測單元，用以提供根據一第一軸向的該壓力感測訊號；一第二軸向壓力感測單元，用以提供根據一第二軸向的該壓力感測訊號；以及一第三軸向壓力感測單元，用以提供根據一第三軸向的該壓力感測訊號；其中，該第一軸向、該第二軸向、以及該第三軸向彼此互相垂直。
  3. 如請求項1所述之電子開關裝置，其中，該感測模組連接一類比數位轉換單元，該類比數位轉換單元接收該壓力感測訊號，並將該壓力感測訊號從類比訊號轉換為數位訊號。
  4. 一種電子開關系統，包括： 一電子開關裝置，包括：一感測模組，包括：一壓力感測模組，用以提供一壓力感測訊號，其中，該壓力感測訊號包括一正壓力感測訊號以及一負壓力感測訊號；以及一觸控感測模組，設置於該壓力感測模組上且包括多個觸控感測單元，該觸控感測模組用以提供代表每一該被按壓的觸控感測單元的位置的一觸控感測訊號；以及一比較器電路，耦接該壓力感測模組，並用以接收該壓力感測訊號，該比較器電路與該觸控感測模組耦接一邏輯電路，該邏輯電路接收該壓力感測訊號以及該觸控感測訊號以提供一開關狀態資料，該電子開關裝置根據該開關狀態資料來多段切換開關。
  5. 如請求項4所述之電子開關系統，其中，該壓力感測模組包括：一第一軸向壓力感測單元，用以提供根據一第一軸向的該壓力感測訊號；一第二軸向壓力感測單元，用以提供根據一第二軸向的該壓力感測訊號；以及一第三軸向壓力感測單元，用以提供根據一第三軸向的該壓力感測訊號；其中，該第一軸向、該第二軸向、以及該第三軸向彼此互相垂直。
  6. 如請求項4所述之電子開關系統，包括：一類比數位轉換單元，連接該感測模組，用以接收該壓力感測訊號，並將該壓力感測訊號從類比訊號轉換為數位訊號。
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