CN101968692B - 三维微型输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种三维微型输入装置，其包含一基板、一感测模块、一多方控制模块与一控制单元。该感测模块设置于该基板上，具有多个感测单元，通过该物体于该感测模块的一第一作动状态，产生对应该第一作动状态的多个感测信号。该多方控制模块具有多个多方控制单元，设置于该基板上，通过该物体于该多方控制模块的一第二作动状态，产生对应该第二作动状态的多个多方控制信号。该控制单元电连接该感测模块与该多方控制模块，用以接收与处理所述感测信号与所述多方控制信号。其中，所述感测信号伴随着包含以一第一维运动方向与一第二维运动方向的该第一作动状态而产生，而所述多方控制信号伴随着包含以一第三维运动方向的该第二作动状态而产生。

Description

三维微型输入装置

技术领域

本发明关于一种三维微型输入装置，尤其关于一种可输入多重信息的触控装置。

背景技术

习知技术中，电子信息产品利用一人机输入界面进行输入，尤其是具触控输入功能的人机输入界面，例如笔记型电脑的触控板(Touch pad)，或者个人数字助理(PDA)、PDA移动电话(PDA phone)、智能型移动电话(Smart phone)等触控荧幕(Touch screen)。

触控荧幕的触控方式主要以两种技术达成，一种为电阻式触控方式，另一种为电容式触控方式。传统上，电阻式触控方式可以应用于任何物体的接触，例如触控笔或者手指的接触。然而，电阻式触控方式其缺点为一接触点仅视为单一信息的输入。而利用电容式触控方式的技术优点，在于可以同时接受两点的输入以组合成更多功能的应用，并且视为两个信息的输入。根据两点的输入间作相互间的离开或靠近的功能，用以驱动人机输入界面，例如将照片放大或缩小。然而，电阻式或电容式触控方式，只能做一维或二维的信息输入，即除单点输入命令，还需要额外按压按键来做多重指令的下达。

此外，利用电阻式或电容式触控方式实施的装置其体积略显大，操作不易，例如于手持智能型移动电话装置进行指令的输入时，当点选命令或选项之后，必须再离开画面，再用手来按压按键来做多重指令的下达，其无法以较人性化的单手操作，在使用上十分困难。随着电子产品轻薄短小的趋势，触控装置的微小化更是一重要趋势。

再者，在电子信息产品的构造上，习知的利用电阻或电容式触控方式的装置可视为二部分，一为触控感测单元，另一部分为触控感测集成电路(IC)。电阻或电容式的感测单元制作于例如玻璃基板或其他高分子基板，因此不易与IC整合制作于其上，其不利于整体成本的下降，且于组装之后的尺寸也较大，不易进行微小化。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有电阻式或电容式触控荧幕只能做一维或二维的信息输入，除单点输入命令，还需要额外按压按键来做多重指令的下达的技术问题。

为达上述目的，本发明提供一种三维微型输入装置，其包含一基板、一感测模块、一多方控制模块与一控制单元。该感测模块设置于该基板上，具有多个感测单元，通过该物体于该感测模块的一第一作动状态，产生对应该第一作动状态的多个感测信号。该多方控制模块具有多个多方控制单元，设置于该基板上，通过该物体于该多方控制模块的一第二作动状态，产生对应该第二作动状态的多个多方控制信号。该控制单元电连接该感测模块与该多方控制模块，用以接收与处理所述感测信号与所述多方控制信号。其中，所述感测信号伴随着包含以一第一维运动方向与一第二维运动方向的该第一作动状态而产生，而所述多方控制信号伴随着包含以一第三维运动方向的该第二作动状态而产生。

藉此，本发明的一种三维微型输入装置，使得一手指压在该感测模块上面，并且取得具有纹脊与纹谷的该指纹，并且通过该手指于该感测模块上的移动，产生对应该指纹的位移，使得一处理单元可将该指纹纹路的位移转换为平面位移座标，其中利用该处理单元快速地且连续地采集手指的纹脊与纹谷，再根据指纹的纹脊与纹谷于该感测模块的位移变化，转换成为相对的平面位移座标。且本发明的一种三维微型输入装置，除了该感测模块外，更包含有一选择控制单元，被所述多方控制单元所环绕设置，并且以该第三维运动方向作动，用以产生一选择控制信号。其中，该多方控制模块与该选择控制单元的输入方向与物体在该感测模块的移动方向垂直，并且通过按压以进行选择性的输入。此外，该多方控制模块、该选择控制单元和该感测模块的输入，其分别可透X、Y与Z轴的方向进行输入，用以形成三维的输入装置。

本发明的有益效果在于，提供一种三维微型输入装置，其可利用一物体来进行多维的输入与控制；可通过感测模块感测物体的凹凸状态，并且藉以辨识该物体的纹路，当手指或物体在感测模块位移时，控制器会换算出手指相对位移的距离，控制单元伴随着包含以一第一维运动方向与一第二维运动方向的该第一作动状态而产生一信号数据；更包含有一选择控制单元，以第三维运动方向作动，用以产生一选择控制信号，从而提供三维的输入功能。

附图说明

图1为本发明于一实施例的三维微型输入装置的示意图；

图2为本发明于一实施例的三维微型输入装置的一感测模块示意图；

图3为本发明于一实施例的三维微型输入装置的一感测模块示意图；

图4为本发明于一实施例的三维微型输入装置的控制单元方块图；

图5为本发明于一实施例的三维微型输入装置的示意图。

附图标记说明：

10、52-三维微型输入装置；12、20、30-感测模块；14-按键板；16-选择按键；OBJ-物体；22-基板；24、32-感测单元；26、40-控制单元；242-导体层；244-支撑结构层；246-悬浮触控层；AG-间隙；F-手指；42-放大器；44-模拟/数字转换单元；46-处理电路；48-输入/输出单元；50-控制逻辑单元；54-电子装置。

具体实施方式

配合以下的较佳实施例的叙述与图式说明，本发明的目的、实施例、特征、及优点将更为清楚。

本发明揭露一种三维微型输入装置。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图1至图5的图式。

参考图1，为本发明于一实施例的三维微型输入装置的示意图。于本实施例中，三维微型输入装置10包含一感测模块12、一按键板14与一选择按键16。感测模块12具有多个感测单元，并且设置于一基板(如图2所示)上，通过一物体OBJ于该感测模块12的一第一作动状态，产生对应该第一作动状态的多个感测信号。其中，所述感测信号伴随着包含以一第一维运动方向与一第二维运动方向的该第一作动状态而产生。举例而言，该第一作动状态可为该物体OBJ于该感测模块12上进行该第一维运动方向与该第二维运动方向的移动。再者，通过检测该物体OBJ的一表面图样(或为凹凸变化)，再通过该感测模块12采集该物体OBJ的表面图样，而产生所述感测信号，例如该物体OBJ可为手指，而手指的该表面图样/凹凸变化指纹的纹脊与纹谷的变化。该按键板14为一多方控制模块，具有多个多方控制单元，设置于该基板上，通过该物体OBJ于该多方控制模块的一第二作动状态，产生对应该第二作动状态的多个多方控制信号，例如该按键板14由上方、下方、左方与右方的一四方控制单元所组成，用以提供四向的方向控制。此外，该按键板14可朝一第三维运动方向按压进行命令的输入。该选择按键16为一选择控制单元，其输入的方向与物体OBJ在该感测模块12的移动方向垂直，用以产生一选择控制信号。通过按压该按键板14与该选择按键16，可以进行选择性的输入。上述中，该第一维运动方向、该第二维运动方向与该第三维运动方向分别为朝向X轴、Y轴与Z轴运动的方向，亦即该物体OBJ分别地透过X、Y与Z三轴的方向进行输入，用以形成三维微型输入装置10。

参考图2，为本发明于一实施例的三维微型输入装置的一感测模块示意图。于本实施例中，一感测模块20包含一基板22、多个感测单元24及一控制单元26。所述感测单元24设置于该基板22上，用以感测一物体的不同部分接触于所述感测单元24上时所产生的物理量变化，并且产生多个个感测信号。所述感测单元24更包含多个个导体层242、一支撑结构层244与一悬浮触控层246。所述导体层242设置于该基板22上。该支撑结构层244亦同样设置于基板22上以及各个导体层242的周围。该悬浮触控层246设置于所述导体层242与支撑结构层244上，并且该悬浮触控层246与各个导体层242之间形成一间隙AG，各个感测单元24的各个悬浮触控层246亦可被该物体OBJ的不同部分接触，以产生物理量变化，并进而转变成感测信号。举例而言，若感测单元24为电容式的感测单元，则通过该物体OBJ与所述电容式感测单元的接触，产生对应的电容值变化。此外，于本实施例中，所述感测单元24的间隙AG彼此相通。然而，于其他实施例中，此等感测单元24的间隙AG亦可以彼此不连通，端视使用的方式而定。

此外，该悬浮触控层246于未受压变形时为平行于该基板的一平面。亦即，本发明的设计可使得所述感测单元24所组成的感测模块20，可以采用平面的方式形成于接触面上。其中，每一感测单元24可具有一独立的该悬浮触控层246，或所有感测单元24亦可共用一悬浮触控层246。此外，该悬浮触控层246可为一导体层或一非导体层。

该控制单元26形成于该基板22上，并分别地电连接至所述感测单元24，用以接收与处理所述感测信号。再者，该感测模块20亦更包含多个个上连接垫(图中未示)，其设置于该基板22之上，且电连接至该控制单元26。该感测模块20亦更包含多个个下连接垫，与该上连接垫(图中未示)透过至少一电连接线而与外部的一处理单元(图中未示)电连接，用以传送与接收外部的一控制信号。举例来说，可电连接到系统主机上及按键板上或者系统主机，以透过电连接该感测模块20，并进而控制该感测模块20。

参考图3，为本发明于一实施例的三维微型输入装置的一感测模块示意图。于本实施例中，该感测模块30实施为平行于一基板的一平面。当使用者将手指F或其他物体置放在上三维微型输入装置时，该感测模块30中的一些感测单元32与手指F接触。于此，手指F可以被视为一个导体，于此该感测模块30为电容式。该感测模块30中的该导体层与该悬浮触控层决定了一电容值，通过检测对应的该电容值，三维微型输入装置30可采集手指F的指纹/表面图样。当该手指F滑动时，通过与所述感测单元32电连接的一控制单元或者一外部的计算装置，其可以利用该手指F滑动的作动/位移方式，运算出该手指F于两个时间点之间的相对运动，进而产生对应的位置偏移量。此外，于本实施例中，上述两个时间内所截取的数据，以一阵列数据型态储存，使得产生对应的位置偏移量可更加精准。此外，通过上述的作动方式，三维微型输入装置可作为直接从手指F采集指纹的指纹感测器，其详述如下。

当使用者将手指F或其他物体置放在三维微型输入装置时，三维微型输入装置中感测单元32的某些感测单元与手指F中的一纹脊接触，使得产生对应该纹脊的一第一电容值；而某些感测单元与手指F中的一纹谷接触，使得产生对应该纹脊的一第二电容值。其中，该第一电容值与该第二电容值不同。并且通过采集该第一电容值与该第二电容值，可判断出手指F的指纹/表面图，所述感测单元32电连接的一控制单元，手指F在装置样该上滑动的作动/位移方式，控制单元运算出该手指F于两个时间点之间的相对运动，进而产生对应的位置偏移量。

参考图4，为本发明于一实施例的三维微型输入装置的控制单元方块图。于本实施例中，一控制单元40包含一放大器42、一模拟/数字转换单元44、一处理电路46、一输入/输出单元48及一控制逻辑单元50。该放大器42与上述实施例中的所述感测单元电连接，用以放大所述感测信号。该模拟/数字转换单元44电连接至该放大器42，用以将来自该放大器42的模拟的所述感测信号转换为数字的所述感测信号。该处理电路46电连接至该模拟/数字转换器44。该输入/输出单元48电连接至该处理电路46。该控制逻辑单元50与该放大器42、该模拟/数字转换单元44、处理电路46与该输入/输出单元48电连接，并且用以控制其运作。此外，该控制单元40更可包含一存储单元(图中未示)，用以储存所述感测信号。

参考图5，为本发明于一实施例的三维微型输入装置实施于电子装置的示意图。于本实施例中，将三维微型输入装置52设置于一电子装置54上，于此电子装置54为一移动电话。值得注意的是，电子装置54可包含一数字相机、一个人助理(PDA)、一桌上型电脑、一笔记型电脑、一电视或可使用三维微型输入装置52的装置上。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种三维微型输入装置，用以感测一物体，其特征在于，包含：

一基板；

一感测模块，具有多个感测单元，设置于该基板上，通过该物体于该感测模块的一第一作动状态，产生对应该第一作动状态的多个感测信号；

一多方控制模块，具有多个多方控制单元，设置于该基板上，通过该物体于该多方控制模块的一第二作动状态，产生对应该第二作动状态的多方控制信号，其中，该多方控制模块由上方、下方、左方与右方的一四方控制单元所组成；以及

一控制单元，电连接该感测模块与该多方控制模块，用以接收与处理所述感测信号与所述多方控制信号；

所述感测信号伴随着包含以一第一维运动方向与一第二维运动方向的该第一作动状态而产生，而所述多方控制信号伴随着包含以一第三维运动方向的该第二作动状态而产生；

其中，所述感测单元更包含：

一导体层，设置于该基板上；

一支撑结构层，设置环绕该导体层与该基板的周缘；以及

一悬浮触控层，设置于该导体层与该支撑结构层上，且该导体层与该悬浮触控层之间具有一间隙；

其中，该第一维运动方向、该第二维运动方向与该第三维运动方向分别为朝向X轴、Y轴与Z轴运动的方向。

2.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，所述感测单元以阵列的方式排列，用以感测该物体的一表面图样，并且通过该感测模块采集该物体的该表面图样，而产生所述感测信号。

3.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，更包含一选择控制单元，被所述多方控制单元所环绕设置，并且以该第三维运动方向作动，用以产生一选择控制信号。

4.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，

该悬浮触控层为一导体层。

5.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，该物体于该悬浮触控层作动，以产生该作动状态。

6.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，该悬浮触控层为一非导体层。

7.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，更包含一上连接垫，设置于该基板上，与该控制单元电连接。

8.如权利要求7所述的三维微型输入装置，其特征在于，更包含一下连接垫，与该上连接垫透过至少一电连接线而与外部的一处理单元电连接，用以传送与接收外部的一控制信号。

9.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，该物体为一手指。

10.如权利要求9所述的三维微型输入装置，其特征在于，所述感测单元对应该手指的一纹脊与一纹谷而分别地产生不同的所述感测信号。

11.如权利要求10所述的三维微型输入装置，其特征在于，该控制单元或外部的该处理单元根据所述感测信号以判断该手指的该纹脊与该纹谷。

12.如权利要求1所述的三维微型输入装置，其特征在于，该控制单元更包含：

一放大器，与所述感测单元电连接，用以放大所述感测信号；

一模拟/数字转换单元，与该放大器电连接，用以将来自该放大器的模拟的所述感测信号转换为数字的所述感测信号；

一处理电路，与该模拟/数字转换单元电连接；

一输入/输出单元，与该处理电路电连接；以及

一控制逻辑单元，与该放大器、该模拟/数字转换单元、该处理电路及该输入/输出单元电连接，并且用以控制其运作。

13.如权利要求12所述的三维微型输入装置，其特征在于，更包含一储存单元，用以储存所述感测信号。