具体实施方式
本发明的第一个实施例为手指感应设备23,其框图在图1显示。手指感应设备包括手指感应基片26,存储装置44,页检测机关47和输出模块45,全部连接到控制电路31。控制电路31包括微控制器40和感应器集成电路(IC)28。包括了多个页的可弯曲的媒体25被提供给用户观看,并物理地跟页检测机关47接合。页检测机关47配置为传送用户正在观看的页数到控制电路31。手指感应基片26包括多个键30。存储装置44储存多个多媒体对象。在一个实施例中,可弯曲的媒体为一本书,而书中每一页包括对应于手指感应基片26的键30的位置的标记。输出模块45可以是音频放大器连同输出声音信息的扩音器。
在运作时,当用户正在观看可弯曲媒体的某一页,并将他的手指放近其中一个键30时,感应器IC28检测到手指的存在并传送起动讯号到微控制器40。连同从页检测机关47的页信息,微控制器从存储装置44撷取相应的多媒体对象并将其传送到输出模块45。后者之后将其展示给用户。
有很多种方法可以检测用户的手指接近键30与否。其中一个方法是量度键30的电容值的转变。一个实现此方法的示范实施例在以下描述并在图2显示。在此实施例中,最少一种导电物料沉积在手指感应基片26上,形成电路板。如此形成的电路板包括键30,包围键30的地层32和多条导电电线34。每个键30电连接到其中一条导电电线34,而每条导电电线34连接到感应器IC28中的多个输入/输出(I/O)端口36中的其中一个,感应器IC跟键板27分开。
在运作时,感应器IC28首先从其中一个I/O端口36经导电电线34传送方形脉冲到最少一个键30。导电电线34有取决于其物料的电阻率,长度和阔度的分布电阻。以电容38代表的一个很小的电容值亦存在于键30。因此,I/O端口36连接到一个作为低频滤波器的等同电阻电容(RC)电路。根据电学原理,在将电压阶跃函数应用到低频RC滤波器的输入端时,输出端即键30的电压以持续地和指数地衰退的曲线慢慢地上升或下跌。上升或下跌的速率根据被称为时间常数τ的参数确定,此时间常数为电阻值和电容值的积。
图3A显示了根据一个示范实施例的波形图。在脉冲的高电压时段,键30完全充电到跟I/O端口36的电压水平一样。在脉冲的负沿之后,键30的电压开始以时间常数τ的函数下跌。键30的电压在以t1指示的预定时段被量度。
参照图2,当手指33不在键30附近时所量度到的电压被视为标准值,而此标准值储存在感应器IC28内。当用户将其手指33放在键30附近时,手指33会扭曲键30周围的电场线并显著地增加键30处的电容值。电容值的增加引致更大的时间常数,而此会引致键30的电压更慢的上升或下跌。因此,通过量度电压的上升时间或下跌时间的差,就可以推断时间常数出现转变。由于这是因为转变为键30的电容值转变所引致的,感应器IC28就可以判断手指是在键30的附近而传送起动讯号。
参照图3a和3b,一种检测电容值的转变的方法为在t1量度电压。当手指33不接近键30时,量度的电压为v1,如图3a所示,并作为标准值储存在感应器IC28内。当手指33接近键30时,在时间t1时就会在I/O端口36量度到一个较高的电压,以图3b中的v2指示。感应器IC28将电压v2跟标准值v1比较,而当其差大过预定的阀值时,感应器IC28就会视为检测到手指33在该I/O端口36,而传送起动讯号到微控制器40。上述步骤在各I/O端口36轮流地重复进行。
在另一个实施例中,感应器IC28只在当所述高过阀值的电压差在短时间内出现时才产生起动讯号。在另一个实施例中,感应器IC28只在电压差在第一时距内升至高过第一阀值而在第二时距内跌至低过第二阀值时才产生起动讯号。
图4a至4d说明根据一个示范实施例的手指感应基片26。导电物料沉积在手指感应基片26的两面。导电物料在手指感应基片26的一面形成二十八个键30,排列成七个横行和四个直行的矩阵。每个键由两个图案的导电电线形成,一个图案在另一个图案上面,如图4b所示。在此实施例中,这两个图案在图4c和图4d中显示。我们将图4c显示的图案称为直行图案125和图4d显示的图案称为横行图案126。每个直行的直行图案125由一条直行导电电线连接在一起。因为有四个直行的键,四条直行导电电线聚集在一起并作为直行电线束121延伸到手指感应基片26的边缘。同样地,每横行的横行图案126以横行导电电线连接在一起。七个横行的导电电线聚集在一起并作为横行电线束122延伸到手指感应基片26的边缘。外部的电连接头(未显示)将直行电线束121和横行电线束122的各条导电电线连接到感应器IC28的独立的I/O端口36(未在图中显示)。应注意当直行导电电线跟横行导电电线交叉时会沉积一层绝缘物料在两条导电电线之间,如图4B中的绝缘垫127所示,因此一条导电电线的电压讯号不会穿越到其它导电电线。
在此示范实施例中,直行图案125和横行图案126均包括多条导电手指128。当两个图案对齐以形成键30时,如图4b所示,两个图案的导电手指是叉合的。这种配置提供更大的表面面横以在当手指33接近键30时增加电容值转变。而且,在此结构中,直行图案125和横行图案126均在键的每个部分存在,因此这减低了电容值转变只在其中一直行或横行产生的机会。
在手指感应基片26的另一面沉积了导电物料以形成保护接地层123。这个保护接地层123电连接到接地连接头124。在此实施例中,保护接地层123成网状,因为网状在拥有更佳的保护效果的同时减低导电物料的使用量。
在运作时,感应器IC28轮流传送方形脉冲到各输入/输出端口36。如该I/O端口跟直行导电电线连接,跟此直行导电电线连接的整条直行的键30就会接收到方形脉冲。当手指接近此直行的其中一个键30,键30的电容值就会增加。如在之前的段落解释到,感应器IC28会检测到此电容值的巨大转变并推断有手指在此直行的其中一个键30的附近。同样地,当方形脉冲通过横行导电电线,整个横行的键都接收到脉冲串。如手指接近此横行的其中一个键30,输入/输出端口36亦会感应到手指的存在。
因为感应器IC28输流传送方形脉冲到所有输入/输出端口36,它实际上是扫描及取样以知道手指存在在特定的横行和直行与否。在一个特定的例子中,如手指接近横行5和直行3的键,感应器IC28会在传送方形脉冲到此横行时接收到一个起动讯号,和在之后传送方形脉冲到此直行时接收到另一个起动讯号。如此,感应器IC28决定手指在坐标(5,3)的键附近。在此矩阵排列中,只需扫描(4+7=11)个输入/输出端口以得知手指在(4*7=28)个键附近是否存在(如不使用矩阵排列,则需要28个输入/输出端口)。
保护接地层123包会在此布置内,以通过将意外起动或误起动减到最低而令设备的起动更稳定。在一个实施例中,接地层123面向上方或面对用户。因此当手指33接近手指感应基片26上没有键30的位置时,保护接地层123有效地作为一个护罩并防止任何接近但不是直接在手指33之下的键30的电容值转变。
当覆盖多于一个键30的面积的手或多只手指或手掌在手指感应基片26之上时,感应器IC28检测到多过一个键被起动。感应器IC28和/或微控制器40可以使用不同方法编程以处理这种情况。在一个实施例中,控制电路31不理会所有起动讯号。在另一个实施例中,控制电路容许最多两个起动。在另一个实施例中,所有起动都会被接受。
感应器IC28的扫描及检测步骤由多个参数定义。例如,电压振幅,扫描频率,如以上定义的t1,和传送起动讯号的预定阀值均为确保接近键的手指的可靠检测的重要参数。在一个实施例中,这些参数由存储装置44读取到感应器IC28。存储装置44可以是可消除程序化只读存储器(EPROM),flash存储器或通用串行总线(USB)储存装置。在另一实施方案中,初始参数储存在感应器IC28内。在另一个实施例中,用户可以更改这些参数。
当在键盘27之上的可弯曲的媒体25的页数增加时,键30和手指33之间的距离会增加,而因为电容值跟距离成反比,在手指33接近键30时电容值的改变就较小。页所使用的物料亦影响电容值转变的程度。参数需要被设定以确保手指33在任何情况均可以被检测到。
详细的电路布置和量度电容值转变的方法已在以上的实施例中完全描述。虽然在此使用了方形脉冲的下降沿,但本领域的技术人员可清楚知道可以使用上升沿和/或其或波形来量度时间常数的转变。再者,一个人亦可以量度方形脉冲上升或下跌到预定电压所需的时间以估计时间常数的值。这示范实施例只是其中一种量度电容值转变的方法。其它方法亦可以被使用,而这会落在本公开关于使用电容值的改变作为检测手指接近键的存在的手段的教导之下。
同样地,图4a-4d说明一种制造手指感应基片26的方法。基于本公开的教导,本领域的技术人员可以使用不同配置构造相似的键盘。例如,键盘可以配置有不同的横行数或直行数以适合开发者的需要。如图4b和4c所示的键图案可以取成不同的形状,而不需要是如图示的圆形。一个人亦可以在设计保护接地层时使用不同形式的网状图案。因此,这里有很多不同组合的配置而这些变更全部都落入本公开的教导内。
参照回图1,有很多种组合可以将图中所示的不同组件包装进手指感应设备23。在一个实施例中,所有组件均放在一个集合包装内。在此情况下,可弯曲的媒体25跟其它组件不能分开。
在如图5a所示的另一个实施例中,可弯曲的媒体25,页检测机关47和存储装置44以书本22的形式一起包装,同时其它组件形成底部单元。底部单元,亦称为手指感应接触平台20,包括最少一个带键30的手指感应基片26,控制电路31和输出模块45。书本22跟手指感应接触平台20分开但可以跟其接合。电连接头(未显示)被提供在书本22和手指感应接触平台20处,因此在接合时书本22的组件跟底部单元的组件电连接。电力供应(未显示)亦容纳在手指感应接触平台20内并通过连接头提供电力到书本22。
此另类实施例的示范说明在图5b和5c中显示。手指感应接触平台20包括右平台21a和左平台21b,两者均有手指感应基片26接合在其表面。平台亦提供有右脊槽35a和左脊槽35b。右脊槽35a内提供有连接头槽29。书本22包括多页24,每页24跟多个可弯曲条46的其中一个接合。各可弯曲条46之后接合到页检测书脊51的不同位置,页检测书脊51作为书本22的书脊和页检测机关47使用。页检测书脊51还包括容纳书本22所有电子组件的印刷电路板(未显示),连同被设计以插入手指感应接触平台20的连接头槽29的电连接头60。页检测书脊51在一个示范实施例中的结构的更详细描述在以下提供。
在运作时,书本22的页检测书脊51插入手指感应接触平台20的连接头槽29中。手指存在和页的检测跟以上描述的一样。当感应器IC28传送起动讯号到微控制器40时,后者就会从存储装置44读取对应于接近的键30和向用户展示的页24的多媒体对象。多媒体对象之后通过输出模块45展示给用户。
在一个实施例中,输出模块45为音频单元,包括数字至模拟转换器,放大器和输出音频内容的扩音器。在另一个实施例中,输出模块45为输出音频和视频内容的显示装置。在另一个实施例中,输出模块45包括最少一个用来跟外部输出装置连接的电连接头。
本领域技术人员可清楚理解到改变任何组件的位置至跟手指感应接触平台20一起或跟书本22一起仍然落入本发明的范围之内。例如,页检测机关47和/或存储装置44可以跟手指感应接触平台20一起包装。另外,控制电路31的部分或全部,并输出模块45可以集合在书本22中。
图6和7描述了一个页检测书脊51的示范实施例。多个环50被提供以跟书本22(未显示)的多页接合。环50跟上部件52接合,上部件50跟下部件54接合。上部件52沿着其纵轴有半圆脊53,而半圆脊53的右边开有缝隙56。电连接头60提供在下部件54的底部。
页检测书脊51的结构在图8的爆炸结构图更详细地描述。环50的一端接合到接合棒62。环50插入上部件52的多个环槽64中,因此在接合时接合棒62在上部件52之下。带有多个环洞78的侧部件66提供在上部件52之下,因此环50可拆地跟环洞78接合。在上部件52和下部件54之间有跟上部件52接合的中部件70。中部件70有多个内墙68。在内墙68之间有多个检测单元61,其结构在下一段更详细地描述。拥有存储装置44的第一印刷电路板(PCB)84被提供以通过电连接头60插入手指感应接触平台20的连接头槽29内。
参照图9,每个检测单元61包括放置在内墙68上的轮72,在轮72之下为第一金属悬臂82a和第二金属悬臂82b。轮72的位置被内墙68和图6的半圆脊53限制。每个金属悬臂包括升高了的中央部分102和远端104。第一金属针106a被提供在第二PCB83上的第一金属悬臂82a的远端104的正下方,而第二金属针106b被提供在第二PCB83上的第二金属悬臂82b的远端104的正下方,中间有一窄缝。金属悬臂跟第二PCB83接合并连接,并通过覆盖条74将其覆盖及固定在位。第二PCB83亦跟图8的第一PCB84连接。螺旋弹簧跟轮72连接,其结构在下一段描述。
轮72和螺旋弹簧80的更详细视图在图10显示。螺旋弹簧80有轮端88和轴端100。轮72开有开口98,螺旋弹簧80的轮端88插入开口98中。螺旋弹簧80的轴端100放置在图8的内墙68上。轮72的外缘形成第一接触面92和第二接触面90。轮72的外缘亦造有条接合钮96以接合到图5c的可弯曲条46,可弯曲条接合到图5c的其中一页24。轴94被提供以放置在内墙68上的同时容许旋转运动。停止器86被提供以防止轮72过度旋转。
螺旋弹簧80通过轮72和内墙68在其两端支撑。当页24从右边翻到左边时,可弯曲条46拉动轮72旋转,同时螺旋弹簧80收缩。当页同相反方向翻时,螺旋弹簧80放松以将轮72返回原位。
图11显示在已翻的位置时页24接合到页检测书脊51的示意图。可弯曲条46的一端接合到轮72的条接合钮96。可弯曲条46之后从轮72的顶部经过底部包围轮72。可弯曲条之后穿过缝56并包围半圆脊53的表面。可弯曲条46的另一端称为接合端48并接合到页24。
图12显示了模块运作的流程图。首先,电源被开启(步骤110)。纵使电源已开启,系统包括感应器IC28并不是一定活动的。反之,部分或全部电子部件在当书本在一段时间未使用的时候会进行睡眠模式以减少用电。在睡眠模式中,感应器IC28并不传送方形脉冲到键30。在翻页时(步骤112),接合该页的可弯曲条46引致相应的轮72旋转。在轮72旋转时,第一接触面92接触并压下第一金属悬臂82a的中央部份102。这从而引致远端104接到第一金属针106a以关闭第一电路(步骤114)。当第一电路关闭时,所有在睡眠模式中的部件,包括感应器IC28均被起动(步骤116)。感应器IC28开始从各I/O端口36传送方形脉冲到键30(步骤111)。轮72继续旋转,当相应的页24在一个完全已翻的位置时,轮72同样地压下第二金属悬臂82b并关闭第二电路(步骤118)。第二电路持续关闭而第一电路只在轮72正在旋转时暂时关闭。在由第一电路关闭起的一段预定时间之后,微控制器40通过检测从不同的轮72产生的第二电路的讯号决定向用户展示的页24(步骤120)。例如,如果对应第一页的第二电路持续关闭而对应相邻第一页的第二电路持续开启,微控制器40就会决定此第一页向用户展示并传送第一页的页号到微控制器40。
当I/O端口36开始定期传送方形脉冲到键时(步骤111),感应器IC28定期量度键30的电压(步骤113)。这个量度到的电压会跟标准值比较(步骤115)。如检测到的电压显着地大过标准值,I/O端口36会被起动而起动讯号会传送到微控制器40(步骤117),否则端口不会被起动而会等待下一轮。基于接收到的起动讯号,微控制器40读取储存在存储装置44中相应键30和页24的多媒体对象并将其通过输出模块45向用户展示(步骤119)。
如电力持续提供到连接头和存储装置44,书本22的电子组件可能在电连接头60插入连接头槽29或抽出时遭受突然的电力冲击或中断。这可能引致这些组件的损坏。在一个实施例中,存储装置44的电力供应在书本22连接到手指感应接触平台20之后延迟一段短时间。这个实施方案减少连接头的残留电荷损坏书本22的电子组件的机会。
本发明的实施例已经完全描述。纵使描述只参照特定的实施例,本领域技术人员可清楚明白本发明可以在特定细节有改变之下实现。因此本发明不应只理解为限制于在此描述的实施例。
例如,手指感应基片26可以由多种物料制成,只要它能符合上述的目的。在一个实施例中,它可以是印刷电路板,或可以是可弯的,柔软的胶制膜。
直行图案125和横行图案126的叉合手指结构只是一个例子,而很清楚和明显地其它形状亦可以被沉积。在一个实施例中,图案为同心的环状,而环交替地连接到直行导电电线和横行导电电线。
可弯曲媒体25的页24所用的物料不限于纸张。例如,页24可以由塑料制成,例如投射机的投影片等。只要物料为可弯曲和并不影响手指33接近键30的检测,就可以在本发明中使用。
上述的接地层32的形状只是一个例子,而很清楚的,任何任意的形状亦可以达成相似的功能。在一个实施例中,接地层32为实心板。在另一个实施例中,接地层32开有圆形的孔,相对于正方形的孔亦是网形。
标准值不需要是在上一个脉冲量度的电压。在一个实施例中,标准值是在之前某个数目的脉冲所量度的电压的平均值。在另一个实施例中,标准值是上一个脉冲所在所有I/O端口36所量度的电压的平均值。
上述实施例提到起动I/O端口36的电压差的预定阀值。但是,它并不需要是单一阀值。在另一个实施例中,阀值有两个。如电压的改变在第一阀值的范围之内,标准值会根据此改变而更新,但不会产生起动讯号。如电压的改变比第二阀值高,起动讯号才会被产生。如电压改变在第一阀值和第二阀值之间,标准值不会被更新而起动讯号不会被产生。