CN101482435A - 力量感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力量感测装置。该力量感测装置包含平板及设置于平板下方的复数个力量感测模块。该些力量感测模块共同组成单一电桥架构。当外力施加于平板时，该电桥架构产生感测结果。本发明能够简化传统力量感测装置的复杂结构，以提升其运作效率，并降低成本。

Description

力量感测装置

技术领域

本发明关于一种力量感测装置，并且特别地，是关于一种具有由复数个力量感测模块共同组成的单一电桥架构并可应用于触控板的力量感测装置。

背景技术

近年来，随着信息科技不断的演进，笔记型计算机的发展亦相当迅速。由于笔记型计算机具有轻薄短小且易于携带等优点，因此，笔记型计算机已经逐渐成为现代人日常生活中最常使用的计算机设备之一。

一般而言，当使用者在操作笔记型计算机时，除了可以使用键盘或鼠标等装置进行输入的动作外，装设于笔记型计算机上的触控板亦为一种相当常见的输入装置。传统的触控板所具备的最主要功用是提供使用者控制笔记型计算机屏幕上所显示的鼠标光标的移动状态。所以使用者可透过手指碰触该触控板并在触控板上进行移动以控制屏幕上鼠标光标的移动。

除此之外，某些触控板还另外具有控制笔记型计算机屏幕上所显示的窗口滚动条移动的功能。当使用者将手指碰触该触控板并在触控板上进行移动时，该触控板可以仿真滚动鼠标滚轮的动作，故使用者可藉此控制窗口的滚动条进行上下方向或左右方向的卷动。

此种触控板并无法侦测使用者施力大小，本发明目的在于进一步感测使用者碰触该触控板进行移动时的力量，并可视力量的大小而发出讯号，如屏幕上光标移动快慢，绘图线条粗细或执行特定功能。

一般习知的感测力量技术为运用一组四个应变硅固定于悬臂的上下两侧，四个应变硅分别有一个电阻，这些电阻共同组成惠斯通电桥(WheatstoneBridge)，当外力间接施力于悬臂时，悬臂产生弯曲变形，致其上应变硅产生受拉伸(或压缩)变形，而使其电阻增加或减少进而使电桥设定的两接点分别的电位值改变，而形成两接点相对的电压差变化，再经处理器转成对应的数值。常见的应用如电子秤或地磅。

触控板的应用受限于空间及支撑条件，但为确使于触控板的平面任一点施力，皆可感测到一致的结果，在触控板下方可能须设置有复数个力量感测组件，一般而言，每一个力量感测组件均各自具有独立的电桥，当外力作用在触控板时，每一个电桥将会各自产生一个电压值，分别的电压值必须再经过处理的程序后，得到总合的等效电压值，再处理转成对应于外力大小总合的值；或个别的电压值分别经过处理的程序后得到各自对应于外力大小的值，再经过运算处理才会得到对应于外力大小总合的值。此力量感测装置及其运作方式不仅结构较为繁复且缺乏效率。因此，本发明提供一种力量感测装置的简化作法，于实用上容许误差精度内解决上述问题。

发明内容

本发明提出一种力量感测装置。该力量感测装置具有单一电桥架构并可应用于触控板或其它输入装置。

根据本发明的第一具体实施例为一种力量感测装置。于此实施例中，该力量感测装置包含平板及复数个力量感测模块。其中该些力量感测模块设置于平板的下方。实际上，该平板可以是触控板。

该些力量感测模块中的第一力量感测模块与第二力量感测模块分别有二个电阻，这些电阻共同组成电桥架构。当外力施加于该平板时，该电桥架构将会产生感测结果。

实际上，该电桥架构是惠斯通电桥(Wheatstone Bridge)架构。该电桥架构包含第一力量感测模块的第一感测单元的第一电阻与第二感测单元的第二电阻以及第二力量感测模块的第三感测单元的第三电阻与第四感测单元的第四电阻。该些感测单元可以是应变硅，或以电阻材料印于板材的单元，或其它具有电阻值随外力改变的特性的组件。

于此实施例中，该感测结果包含对应于该电桥架构的电压值，该电压值与该平板受到该外力的作用时，电桥架构所产生的变化有关。至于该变化则与该第一力量感测模块与该第二力量感测模块的电阻值有关。

根据本发明的第二具体实施例是一种力量感测装置。该力量感测装置包含平板及四个力量感测模块。其中该些力量感测模块设置于平板的下方。实际上，该平板可以是触控板。

于此实施例中，该些力量感测模块中的第一力量感测模块、第二力量感测模块、第三力量感测模块及第四力量感测模块分别有一个电阻，这些电阻共同组成电桥架构。当外力施加于该平板时，该电桥架构将会受该外力的作用而产生感测结果。

实际上，该电桥架构是惠斯通电桥架构。该电桥架构包含第一力量感测模块的第一感测单元的第一电阻、第二力量感测模块的第二感测单元的第二电阻、第三力量感测模块的第三感测单元的第三电阻以及第四力量感测模块的第四感测单元的第四电阻。该些感测单元可以是应变硅或其它具有电阻值随外力改变的特性的组件。

于此实施例中，该感测结果包含对应于该电桥架构的电压值，该电压值与该平板受该外力的作用，电桥架构所产生的变化有关。至于该变化则与第一力量感测模块、第二力量感测模块、第三力量感测模块及第四力量感测模块的电阻值有关。

相较于先前技术，根据本发明的力量感测装置透过单一电桥架构的使用，实际应用时，于平台上不同位置施力，感测结果可能会有少许差异，但完全可满足应用的需求，而能够简化传统力量感测装置的复杂结构，以提升其运作效率，并降低成本。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1显示根据本发明的第一具体实施例的力量感测装置的示意图。

图2(A)显示图1所示的第一力量感测模块的架构的示意图。

图2(B)显示图1所示的第二力量感测模块的架构的示意图。

图3显示由第一力量感测模块及第二力量感测模块所组成的电桥架构的示意图。

图4显示根据本发明的第二具体实施例的力量感测装置的示意图。

图5(A)显示图4所示的第一力量感测模块的架构的示意图。

图5(B)显示图4所示的第二力量感测模块的架构的示意图。

图5(C)显示图4所示的第三力量感测模块的架构的示意图。

图5(D)显示图4所示的第四力量感测模块的架构的示意图。

图6显示图4中的各力量感测模块所组成的电桥架构的示意图。

具体实施方式

本发明提出一种力量感测装置。该力量感测装置具有单一的电桥架构并可应用于触控板或其它输入装置。

根据本发明的第一具体实施例为一种力量感测装置。请参照图1，图1显示根据本发明的第一具体实施例的力量感测装置的示意图。此示意图是由该力量感测装置的上方向下观测的上视图。

如图1所示，力量感测装置1包含平板10、第一力量感测模块12及第二力量感测模块14。其中第一力量感测模块12及第二力量感测模块14设置于平板10的下方。实际上，平板10可以是触控板，触控板例如计算机的触控屏幕、掌上型计算机的触控屏幕或笔记型计算机的触控板。

接下来，将分别就第一力量感测模块12及第二力量感测模块14进行介绍。请参照图2(A)，图2(A)显示第一力量感测模块12的架构的示意图。如图2(A)所示，第一力量感测模块12包含第一悬臂结构120、第一感测单元122、第二感测单元124、第一连接部126及第一抵接部128。

其中，第一悬臂结构120透过第一连接部126耦接至平板10的下方；第一应变单元122设置于第一悬臂结构120的上方，当外力施加于平板10时，第一悬臂结构120产生弯曲变形，第一感测单元122的第一电阻值1221将会随而改变(减少)；第二感测单元124设置于第一悬臂结构120的下方，第二感测单元124的第二电阻值1241亦会随而改变(增加)。此外，如图2(A)所示，第一抵接部128并未抵接至接触面8。实际上，接触面8可为任意平面，并无一定的限制。

同样地，请参照图2(B)，图2(B)显示第二力量感测模块14的架构的示意图。如图2(B)所示，第二力量感测模块14包含第二悬臂结构140、第三感测单元142、第四感测单元144、第二连接部146及第二抵接部148。

其中，第二悬臂结构140透过第二连接部146耦接至平板10的下方；第三感测单元142设置于第二悬臂结构140的上方，当外力施加于平板10时，第二悬臂结构140产生弯曲变形，第三感测单元142的第三电阻值1421将会随而改变(减少)；第四感测单元144设置于第二悬臂结构140的下方，第四感测单元144的第四电阻值1441亦会随而改变(增加)。此外，如图2(B)所示，第二抵接部148将会抵接至接触面9，以产生支撑力。实际上，接触面9可为任意平面，并无一定的限制。

于此实施例中，第一力量感测模块12与第二力量感测模块14分别有二个电阻，这些电阻共同组成电桥架构。请参照图3，图3显示该电桥架构的架构的示意图。

如图3所示，电桥架构W1为惠斯通电桥(Wheatstone Bridge)架构。第一力量感测模块12的第一感测单元122的第一电阻1221与第二感测单元124的第二电阻1241以及第二力量感测模块14的第三感测单元142的第三电阻1421与第四感测单元144的第四电阻1441将会共同组成电桥架构W1。第一电阻1221的一端与第四电阻1441的一端相接的接点a被供给特定电位(+V)，第二电阻1241的一端与第三电阻1421的一端相接的接点c被供给另一特定相对低电位。第一电阻1221的另一端与第二电阻1241的另一端相接的接点b及第四电阻1441的另一端与第三电阻1421的另一端相接的接点d分别与接点c间有相对电位差，当外力施加于平板10时，上述感测单元的电阻改变，使上述接点b及d分别与接点c相对电位差改变，接点b与d间形成可量测的电压变化，使电桥架构W1产生电压变化感测结果。

实际上，第一感测单元122、第二感测单元124、第三感测单元142及第四感测单元144均可以是应变硅或其它具有电阻值可随着外力改变的特性的组件。第一力量感测模块12与第二力量感测模块14较佳是分别设于平板20的二个角落。

于此实施例中，电桥架构W1所产生的感测结果可包含对应于电桥架构W1的电压值。图3中所示的电压计19即用以量测该电压值。由于电桥架构W1是由第一感测单元122、第二感测单元124、第三感测单元142及第四感测单元144所组成，故平板10受外力作用后，第一力量感测模块12或第二力量感测模块14至少其中之一电阻产生变化，该电压值将会随之发生变化。

此外，力量感测装置1可进一步包含处理模块(未显示于图中)，该处理模块耦接至电桥架构W1中的电压计19，并用以根据该感测结果(例如电压值)得到对应于外力的数值。

于实际应用中，该处理模块可以进一步根据该外力的数值产生控制讯号至电子装置(例如计算机)。当电子装置接收到控制讯号后，电子装置除了可以根据控制讯号调整电子装置的显示方式(例如其屏幕上所显示的鼠标光标的移动速度或字体的粗细等)外，亦可根据控制讯号执行特定功能(例如仿真耦接至电子装置的鼠标的左键被按压)。

举例而言，当按压触控板的外力大于某特定值时，该处理模块即会产生控制讯号至耦接触控板的计算机，当计算机接收到控制讯号时，计算机即会开始仿真耦接至计算机的鼠标的左键被按压，以执行相对应的功能。实际上，与此例类似的应用相当多，并不以此例为限。

综上所述，本实施例所提出的力量感测装置1透过单一电桥架构W1的使用，不仅能够简化传统力量感测装置的复杂结构，还可以提升其运作效率。

根据本发明的第二具体实施例是一种力量感测装置。请参照图4，图4显示根据本发明的第二具体实施例的力量感测装置的示意图。此示意图是由该力量感测装置的上方向下观测的上视图。

如图4所示，力量感测装置2包含平板20、第一力量感测模块22、第二力量感测模块24、第三力量感测模块26及第四力量感测模块28。其中第一力量感测模块22、第二力量感测模块24、第三力量感测模块26及第四力量感测模块28均设置于平板20的下方。平板20可以是触控板，触控板例如计算机的触控屏幕、掌上型计算机的触控屏幕或笔记型计算机的触控板。第一力量感测模块22至第四力量感测模块28大致排列成矩型或正方形，较佳是分别设于平板20的四个角落。

接下来，将分别就第一力量感测模块22、第二力量感测模块24、第三力量感测模块26及第四力量感测模块28进行介绍。请参照图5(A)，图5(A)显示第一力量感测模块22的架构的示意图。如图5(A)所示，第一力量感测模块22包含第一悬臂结构220、第一感测单元222、第一连接部226及第一抵接部228。

其中，第一悬臂结构220透过第一连接部226耦接至平板20的下方；第一感测单元222设置于第一悬臂结构220的上方，当外力施加于平板20时，第一悬臂结构220产生弯曲变形，第一感测单元222的第一电阻值2221将会随而改变(减少)。至于第一抵接部228是用以抵接至接触面，以产生支撑力。

同样地，请参照图5(B)，图5(B)显示第二力量感测模块24的架构的示意图。如图5(B)所示，第二力量感测模块24包含第二悬臂结构240、设置于第一悬臂结构240的下方的第二感测单元242、第二连接部246及第二抵接部248。

其中，第二悬臂结构240透过第二连接部246耦接至平板20的下方；第二感测单元242设置于第二悬臂结构240的下方，当外力施加于平板20时，第二悬臂结构240产生弯曲变形，第二感测单元242的第二电阻值2421将会随而改变(增加)。至于第二抵接部248是用以抵接至接触面，以产生支撑力。

请参照图5(C)，图5(C)显示第三力量感测模块26的架构的示意图。如图5(C)所示，第三力量感测模块26包含第三悬臂结构260、第三感测单元262、第三连接部266及第三抵接部268。

其中，第三悬臂结构260透过第三连接部266耦接至平板20的下方；第三感测单元262设置于第三悬臂结构260的上方，当外力施加于平板20时，第三悬臂结构260产生弯曲变形，第三感测单元262的第三电阻值将2621会随而改变(减少)。至于第三抵接部268是用以抵接至接触面，以产生支撑力。

请参照图5(D)，图5(D)显示第四力量感测模块28的架构的示意图。如图5(D)所示，第四力量感测模块28包含第四悬臂结构280、第四感测单元282、第四连接部286及第四抵接部288。

其中，第四悬臂结构280透过第四连接部286耦接至平板20的下方；第四感测单元282设置于第四悬臂结构280的下方，当外力施加于平板20时，第四悬臂结构280产生弯曲变形，第四感测单元282的第四电阻值2821将会随而改变(增加)。至于第四抵接部288是用以抵接至接触面，以产生支撑力。

于此实施例中，第一力量感测模块22、第二力量感测模块24、第三力量感测模块26及第四力量感测模块28分别有一个电阻，这些电阻共同组成电桥架构。请参照图6，图6显示该电桥架构的示意图。

如图6所示，电桥架构W2主要为惠斯通电桥架构。第一力量感测模块22的第一感测单元222的第一电阻2221、第二力量感测模块24的第二感测单元242的第二电阻2421、第三力量感测模块26的第三感测单元262的第三电阻2621以及第四力量感测模块28的第四感测单元282的第四电阻2821将会形成电桥架构W2的主架构。其中第一电阻2221的一端与第四电阻2821的一端相接的接点a为被供给特定电位(+V)，第二电阻2421的一端与第三电阻2621的一端相接的接点c为另一特定相对低电位，第一电阻2221的另一端与第二电阻2421的另一端相接的接点b与第三电阻2621的另一端与第四电阻2821的另一端相接的接点d分别与接点c间有相对电位差。当外力施加于平板10时，上述感测单元的电阻改变，使上述接点b与接点d分别与接点c的相对电位差改变，接点b与接点d间形成可量测的电压变化，使电桥架构W1产生电压变化的感测结果。

实际上，第一感测单元222、第二感测单元242、第三感测单元262及第四感测单元282均可以是应变硅或其它具有电阻值可随着外力改变的特性的组件。

于此实施例中，电桥架构W2所产生的感测结果可包含对应于电桥架构W2的电压值。图6中所示的电压计29即用以量测该电压值。实际上，当平板20受外力作用后，第一电阻至第四电阻中的至少一个电阻将会产生电阻变化，进而造成电桥W2的电压变化。

力量感测装置2可进一步包含处理模块(未显示于图中)，该处理模块耦接至电桥架构W2中的电压计29，并用以根据该感测结果(电压值)得到对应于外力的数值。

于实际应用中，该处理模块可以进一步根据该外力的数值产生控制讯号至电子装置(例如计算机)。当电子装置接收到控制讯号后，电子装置除了可以根据控制讯号调整电子装置的显示方式，例如：当该外力的数值大于临界值时，该控制讯号使鼠标移动速度增快或编辑软件上所显示的字体变粗，还可根据控制讯号执行特定功能，例如，当该外力的数值大于临界值时，控制讯号仿真鼠标的左键被按压。

相较于先前技术，根据本发明的力量感测装置透过单一电桥架构的使用，能够简化传统力量感测装置的复杂结构，于实用上容许误差精度内，以提升其运作效率。

藉由以上具体实施方式的详述，是希望能更加清楚描述本发明权利要求范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明权利要求范围内。因此，本发明的权利要求范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (10)

1.一种力量感测装置，其特征在于该力量感测装置包含：

平板；

第一力量感测模块及第二力量感测模块，分别设置于该平板下方，该第一力量感测模块及该第二力量感测模块组成电桥架构，当外力施加于该平板时，该电桥架构产生电压变化；以及

处理模块，耦接至该电桥架构，用以根据该电压变化得到对应于该外力的数值。

2.如权利要求1所述的力量感测装置，其特征在于该平板是触控板。

3.如权利要求1所述的力量感测装置，其特征在于该处理模块进一步根据该数值产生控制讯号，该处理模块耦接电子装置，其中当该电子装置接收到该控制讯号后，该电子装置根据该控制讯号执行特定功能。

4.如权利要求1所述的力量感测装置，其特征在于该感测单元选自应变硅、以电阻材料印于板材的单元或具有电阻值随外力改变的特性的组件的其中之一。

5.如权利要求1所述的力量感测装置，其特征在于该第一力量感测模块包含：

第一悬臂结构，耦接至该平板下方；

第一感测单元，设置于该第一悬臂结构上方，当该外力施加于该平板时，该第一感测单元的第一电阻随该外力而改变电阻；以及

第二感测单元，设置于该第一悬臂结构下方，当该外力施加于该平板时，该第二感测单元的第二电阻随该外力而改变电阻；

该第二力量感测模块包含：

第二悬臂结构，耦接至该平板下方；

第三感测单元，设置于该第二悬臂结构上方，当该外力施加于该平板时，该第三感测单元的第三电阻随该外力而改变电阻；以及

第四感测单元，设置于该第二悬臂结构下方，当该外力施加于该平板时，该第四感测单元的第四电阻随该外力而改变电阻；

其中该第一电阻分别与该第二电阻及该第四电阻相接，该第二电阻分别与该第一电阻及该第三电阻相接，该第三电阻分别与该第二电阻及该第四电阻相接，该第四电阻分别与该第一电阻及该第三电阻相接。

6.一种力量感测装置，其特征在于该力量感测装置包含：

平板；

第一力量感测模块、第二力量感测模块、第三力量感测模块及第四力量感测模块，设置于该平板下方，该第一力量感测模块、该第二力量感测模块、该第三力量感测模块及该第四力量感测模块组成电桥架构，当外力施加于该平板时，该电桥架构产生电压变化；以及

处理模块，耦接至该电桥架构，根据该电压变化得到对应于该外力的数值。

7.如权利要求6所述的力量感测装置，其特征在于该第一力量感测模块包含：

第一悬臂结构，耦接至该平板下方；以及

第一感测单元，设置于该第一悬臂结构上方，当该外力施加于该平板时，该第一感测单元的第一电阻随该外力而改变电阻值；

该第二力量感测模块包含：

第二悬臂结构，耦接至该平板下方；以及

第二感测单元，设置于该第二悬臂结构下方，当该外力施加于该平板时，该第二感测单元的第二电阻随该外力而改变电阻值；

该第三力量感测模块包含：

第三悬臂结构，耦接至该平板下方；以及

第三感测单元，设置于该第三悬臂结构上方，当该外力施加于该平板时，该第三感测单元的第三电阻随该外力而改变电阻值；

该第四力量感测模块包含：

第四悬臂结构，耦接至该平板下方；以及

第四感测单元，设置于该第二悬臂结构下方，当该外力施加于该平板时，该第四感测单元的第四电阻值随该外力而改变电阻值；

其中该第一电阻分别与该第二电阻及该第四电阻相接，该第二电阻分别与该第一电阻及该第三电阻相接，该第三电阻分别与该第二电阻及该第四电阻相接，该第四电阻分别与该第一电阻及该第三电阻相接。

8.如权利要求6所述的力量感测装置，其特征在于该平板是触控板。

9.如权利要求6所述的力量感测装置，其特征在于该处理模块进一步根据该数值产生控制讯号，该处理模块耦接电子装置，其中当该电子装置接收到该控制讯号后，该电子装置根据该控制讯号执行特定功能。

10.如权利要求6所述的力量感测装置，其特征在于该感测单元可以是应变硅或其它具有电阻值随外力改变的特性的组件。

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