CN102623228B - 旋钮机构 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种旋钮机构，其包括第一旋钮元件、第二旋钮元件、按键元件以及触压开关。当第一旋钮元件被转动时令一第一转动指令被执行，而当第二旋钮元件被转动时令一第二转动指令被执行。藉由将手指于按键元件上移动而令一移动指令被执行。藉由触压按键元件而触发触压开关以令一触压指令被执行。因此，本发明提供具有多种指令输入功能的旋钮机构。

Description

旋钮机构

技术领域

本发明关于一种旋钮机构，尤其是关于具有触压键功能的旋钮机构。

背景技术

一般而言，旋钮机构是一种可被顺时针或逆时针转动的装置，通常被设置于音响设备上而得以进行音量调整或广播频道调整。

随着科技的发展，旋钮机构可被应用的领域更加广泛，较为常见的是将一旋钮机构10设置计算机系统的一键盘装置1上，以提升键盘装置1的功能性，如图1所示。旋钮机构10可用以进行计算机系统中影音播放程序的音量调整指令或进行文本文件以及图片档案的比例缩放指令。

接下来说明已知旋钮机构的内部结构以及其运行情形，请同时参阅图2以及图3，图2为已知旋钮机构的结构分解示意图，而图3则为已知旋钮机构的外观结构示意图。已知旋钮机构2包括一电路板20、一旋钮元件21、一按键元件22、一旋转开关23、一弹性元件24以及第一触发开关25、第二触发开关26、第三触发开关27、第四触发开关28以及第五触发开关29。电路板20具有一开孔201，而旋钮元件21具有多个锯齿部211，且环绕于该旋钮元件21。按键元件22包括一中央按压部221、一圆环盘222以及一固定部223，圆环盘222环绕于中央按压部221并与中央按压部221连接，而固定部223设置于圆环盘222上，用以卡合于电路板20的开孔201而固定按键元件22于电路板20上。该五个触发开关25、26、27、28、29、旋转开关23以及弹性元件24皆设置于电路板20上，且该五个触发开关25、26、27、28、29位于按键元件22的下方，而旋转开关23则位于按键元件22的一侧，其中旋转开关23具有一拨杆231。

当已知旋钮机构2的旋钮元件21被转动时，旋钮元件21上的多个锯齿部211随之转动，且转动的该多个锯齿部211与旋转开关23的拨杆231接触并拨动拨杆231，使拨杆231摆动而产生转动信号以执行某种特定指令(例如调整音量指令)，其中拨杆231可因应旋钮元件21的转动方向而往顺时针方向或逆时针方向摆动而产生两种不同的转动信号，以提升音量指令以及降低音量指令。另一方面，于旋钮元件21的转动过程中，弹性元件24与位于旋钮元件21的底部内缘上的多个缺口结构(未显示于图中)接触而产生弹性力，使其转动过程中可令使用者感受到段落感。

当已知旋钮机构2的中央按压部221被触压时，中央按压部221往下移动而抵顶位于其下方的第一触发开关25，且第一触发开关25被触发而产生一第一触压信号以执行另一特定指令(例如点选指令)。而当已知旋钮机构2的圆环盘222被触压时，位于其下方的第二触发开关26亦被触发而产生一第二触压信号以执行其它特定指令(例如文件档案的比例放大指令)，且第三触发开关27被触压而产生一第三触压信号以执行相对于其它特定指令的指令(例如文件档案的比例缩小指令)。至于其余的第四触发开关28以及第五触发开关29可执行不同的指令(例如图片档案的比例缩放指令)，且其运行情形与第二触发开关26以及第三触发开关27完全相同而不再赘述。

由此可知，已知旋钮机构2最多可执行四组指令，亦即转动旋钮元件21而执行的调整音量指令、触压中央按压部221而执行的点选指令、触压圆环盘222而执行的文件档案的比例缩放指令以及图片档案的比例缩放指令等四种。然而，已知旋钮机构2存在有以下缺点，第一，已知旋钮机构2仅可执行四组指令而无法满足使用者的需求；第二，已知旋钮机构2的旋钮元件21与按键元件22互相接触，故当旋钮元件21被转动时，旋钮元件21与按键元件22两者接触之处会互相摩擦，于长时间使用下势必造成结构上的磨耗而缩短了旋钮机构2的使用寿命；第三，已知旋钮机构2中，由于五个触压开关25、26、27、28、29位于旋钮元件21的下方，当旋钮元件21被转动时，很容易因施加于旋钮元件21的力量不均而使旋钮元件21的倾斜，且按键元件22的圆环盘222亦随之倾斜而误触该些触压开关26、27、28、29，造成误动作的发生。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种可提供较多功能指令的旋钮机构。

本发明另一解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种不易被误触的旋钮机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种旋钮机构，其包括主电路板、基座、第一旋钮元件、第一信号产生装置、第二旋钮元件、第二信号产生装置以及按键元件，其中，该基座设置于该主电路板上；该第一旋钮元件设置于该基座上，且可相对于该基座转动；该第一信号产生装置设置于该主电路板上，用以根据该第一旋钮元件的转动而产生一第一转动信号；该第二旋钮元件设置于该基座上并环绕于该第一旋钮元件，且可相对于该基座转动；该第二信号产生装置设置于该主电路板上，用以根据该第二旋钮元件的转动而产生一第二转动信号；该按键元件设置于该第一旋钮元件内，且该按键元件具有按键元件表面，该按键元件包括光学手指导航元件以及触发开关，其中，该光学手指导航(Optical Finger Navigation，OFN)元件设置于该按键元件内且位于该按键元件表面的下方，用以侦测一手指于该按键元件表面的移动而产生一移动行号；该触发开关设置于该光学手指导航元件的下方，用以当该按键元件被触压时被触发而产生一触压信号。

可选地，该第一信号产生装置包括磁性环以及磁簧传感器组，其中，该磁性环套设于该第一旋钮元件的底部，且可与该第一旋钮元件同步转动；该磁簧传感器组设置于该主电路板上且邻近于该磁性环，用以侦测该磁性环的转动而产生该第一转动信号。

可选地，该磁性环具有多个N极区域、多个S极区域以及多个间隔区域，且每一该间隔区域的一侧与一N极区域相邻，而每一该间隔区域的另一侧与一S极区域相邻。

可选地，该磁簧传感器组包括第一磁簧传感器以及第二磁簧传感器，其中，该第一磁簧传感器位于该N极区域或该S极区域的下方，用以侦测该N极区域与该S极区域之间的磁性变化；该第二磁簧传感器，位于该间隔区域的下方，用以侦测该N极区域与该S极区域之间的磁性变化。

可选地，该第二信号产生装置包括惰轮以及编码器，其中，该惰轮设置于该基座上，且该惰轮具有一转动轴以及多个惰轮锯齿部，该多个惰轮锯齿部用以与该第二旋钮元件的多个旋钮锯齿部啮合而与该第二旋钮元件同步转动；该编码器设置于该主电路板上，且被该惰轮的该转动轴伸入并因应该惰轮的转动而产生该第二转动信号。

可选地，该按键元件还包括按键元件基座、弹性元件以及按键元件电路板，其中，该按键元件基座设置于该第一旋钮元件上并可相对于该第一旋钮元件上下移动，且该按键元件基座具有中心筒以及中心孔，该中心筒位于该触发开关的下方，而该中心孔位于该中心筒的中央；该弹性元件套设于该中心筒上并抵顶该第一旋钮元件，用以提供一弹性力而使该按键元件基座往上移动；该按键元件电路板，设置于该按键元件基座上，且该光学手指导航元件设置于该按键元件电路板的一表面上，而该触发开关设置于该按键元件电路板的另一表面上。

可选地，该第一旋钮元件还包括导光结构、多个穿孔以及触发部，其中，该导光结构设置于该第一旋钮元件中，且该导光结构的顶部显露于该第一旋钮元件之外且环绕于该按键元件表面；多个穿孔用以被该按键元件基座穿过，使该按键元件基座卡合于该导光结构；该触发部位于该多个穿孔之间，且穿过该中心孔而接近于该触发开关，用以当该按键元件被触压时抵顶该触发开关，使该触发开关产生该触压信号。

可选地，所述旋钮机构还包括多个发光二极管，该多个发光二极管设置于该主电路板上，用以产生多条光束，且该多条光束投射于该导光结构中，并被该导光结构引导而投射于该按键元件与该第一旋钮元件之间。

可选地，该导光结构与该触发部为一体成型。

可选地，该光学手指导航元件包括光源、反射镜、聚焦透镜以及传感器，其中，该光源用以产生照射位于该按键元件表面上的该手指的光束；该反射镜用以反射该光束；该聚焦透镜用以聚焦被该手指反射的该光束；该传感器用以接收该光束并根据该光束而产生该移动信号。

本发明旋钮机构通过设置第一旋钮元件及第二旋钮元件并形成双层旋钮的结构，可提供两种旋转指令，亦即可提供二种旋钮功能，通过于第一旋钮元件中设置有光学手指导航元件以及触发开关，可提供移动光标的指令以及点选的指令，且该四种元件的机构及功能各自独立，因此本发明旋钮机构还可藉由同时操控任任二种元件而可执行不同的另一指令，从而提供较多功能指令；此外，本发明旋钮机构中的该四种元件的机构及功能各自独立，因此其操控简单且明确而不易发生误触的情形。

附图说明

图1是已知旋钮机构设置于键盘装置的外观结构示意图。

图2是已知旋钮机构的结构分解示意图。

图3是已知旋钮机构的外观结构示意图。

图4是本发明旋钮机构一较佳实施例的外观结构示意图。

图5是本发明旋钮机构一较佳实施例的结构剖面示意图。

图6是本发明旋钮机构一较佳实施例另一视角的结构剖面示意图。

图7是本发明旋钮机构一较佳实施例的光学手指导航元件的结构剖面示意图。

图8是本发明旋钮机构一较佳实施例另一视角的外观结构示意图。

图9是本发明旋钮机构一较佳实施例的磁性环以及磁簧传感器组的结构俯视示意图。

具体实施方式

请参阅图4，其为本发明旋钮机构一较佳实施例中的外观结构示意图。旋钮机构3包括一主电路板30、一基座31、一第一旋钮元件32、一第二旋钮元件34以及一按键元件36。基座31设置于主电路板30上，而第一旋钮元件32设置于基座31上。第二旋钮元件34设置于基座31上并环绕于第一旋钮元件32，且可相对于基座31转动，而按键元件36设置于第一旋钮元件32内，且按键元件36具有一按键元件表面361，用以供使用者的手指于其上移动。旋钮机构3中，第一旋钮元件32的外围表面为一平滑表面，而第二旋钮元件34的外围表面则具有多个角锥结构341，以供使用者接触于第一旋钮元件32以及第二旋钮元件34时可明显地以手指辨识该二旋钮元件32、34，而避免误触的情况。

接下来说明旋钮机构3的内部结构，请同时参阅图5以及图6，图5为本发明旋钮机构一较佳实施例的结构剖面示意图，而图6则为本发明旋钮机构一较佳实施例另一视角的结构剖面示意图。按键元件36包括一光学手指导航(OpticalFinger Navigation，OFN)元件362、一触发开关363、一按键元件基座364、一弹性元件365以及一按键元件电路板366。光学手指导航元件362设置于按键元件36内且位于按键元件表面361的下方，用以侦测使用者的一手指F(请参见图7)于按键元件表面361上的移动而产生一移动信号，关于光学手指导航元件362的内部结构及运行原理将于稍后说明。按键元件基座364设置于第一旋钮元件32的一导光结构321上并可相对于第一旋钮元件32上下移动。且按键元件基座364具有一中心筒3641以及一中心孔3642，中心筒3641位于触发开关363的下方，且中心孔3642位于中心筒3641的中央。

按键元件电路板366设置于按键元件基座364上，且光学手指导航元件362设置于按键元件电路板366的一表面3661上，而触发开关363设置于按键元件电路板366的另一表面3662上。至于弹性元件365则套设于中心筒3641上并抵顶第一旋钮元件32的一触发部323，用以提供一弹性力，使按键元件基座364往上移动而令按键元件36回复至未被触压的位置，于本较佳实施例中，弹性元件365是一螺旋弹簧。

而第一旋钮元件32包括上述导光结构321、多个穿孔322以及上述触发部323。导光结构321设置于第一旋钮元件32中，且导光结构321的顶部3211显露于第一旋钮元件32之外且环绕于按键元件表面361。多个穿孔322用以被按键元件基座364穿过，使按键元件基座364卡合于导光结构321，而触发部323位于多个穿孔322之间，且穿过中心孔3642而接近于触发开关363，用以当按键元件32被触压时抵顶触发开关363，使触发开关363产生触压信号。其中导光结构321以及触发部323为一体成型。

接下来说明光学手指导航元件362的内部结构以及其运行原理，请参阅图7，其为本发明旋钮机构一较佳实施例的光学手指导航元件的结构剖面示意图。光学手指导航元件362包括一光源3621、一反射镜3622、一聚焦透镜3623以及一传感器3624。光源3621用以产生一光束L。反射镜3622用以反射来自光源3621的光束以将光束L投射至按键元件表面361，以使接触该按键元件表面361的使用者的手指F可被光束L投射。聚焦透镜3623用以将被手指F反射后的光束L聚焦，而传感器3624则用以接收反射后的光束L并根据该光束L而产生一移动信号。

请再次参阅图5以及图6，旋钮机构3除了主电路板30、基座31、第一旋钮元件32、第二旋钮元件34以及按键元件36之外，还包括一第一信号产生装置33、一第二信号产生装置35以及多个发光二极管37。多个发光二极管37设置于主电路板30上，用以产生多条光束L*，且多条光束L*投射于导光结构321中，并被导光结构321引导而投射于按键元件36与第一旋钮元件32之间，使第一旋钮元件32具有发光功能。第二信号产生装置35设置于主电路板30上，用以根据第二旋钮元件34的转动而产生一第二转动信号，第二信号产生装置35包括一惰轮351以及一编码器352。惰轮351设置于基座31上，且惰轮351具有一转动轴3511以及多个惰轮锯齿部3512。转动轴3511由惰轮351的中央处延伸而形成，多个惰轮锯齿部3512位于惰轮351的周围，用以与第二旋钮元件34的多个旋钮锯齿部342啮合而与第二旋钮元件34同步转动，如图8所示。而编码器352设置于主电路板31上，且被惰轮351的转动轴3511伸入并因应惰轮351的转动而产生第二转动信号。

至于第一信号产生装置33是设置于主电路板30上，用以根据第一旋钮元件32的转动而产生一第一转动信号，第一信号产生装置33包括一磁性环331以及一磁簧传感器组332。磁性环331套设于第一旋钮元件32的底部324，且可与第一旋钮元件32同步转动，而磁簧传感器组332设置于主电路板31上且邻近于磁性环331，用以侦测磁性环331的转动而产生该第一转动信号。

关于其第一信号产生装置33的详细结构请参阅图9，其为本发明旋钮机构一较佳实施例的磁性环以及磁簧传感器组于的结构上视示意图。磁性环331藉由一充磁处理过程而使磁性环331具有多个N极区域3311、多个S极区域3312以及多个间隔区域3313，且每一间隔区域3313的一侧与一N极区域3311相邻，而每一间隔区域3313的另一侧则与一S极区域3312相邻。磁簧传感器组332包括一第一磁簧传感器3321以及一第二磁簧传感器3322。于本较佳实施例中，第一磁簧传感器3321位于N极区域3311的下方，用以侦测N极区域3311与S极区域3312之间的磁性变化。而第二磁簧传感器3322则位于间隔区域3313的下方，亦用以侦测N极区域3311与S极区域3312之间的磁性变化。也就是说，第一转动信号是根据第一磁簧传感器3321以及第二磁簧传感器3322所侦测到的磁性变化而产生。

当磁性环331往一第一旋转方向C1(亦即顺时针方向)转动时，第一磁簧传感器3321侦测到由N极区域3311变更为S极区域3312的磁性变化，且磁性环331停止转动时，其S极区域3312位于第一磁簧传感器3321的上方。同时，第二磁簧传感器3322侦测到由间隔区域3313的无磁性变更为N极区域3311的磁性变化，且磁性环331停止转动时，其间隔区域3313位于第二磁簧传感器3322的上方。而当磁性环331往一第二旋转方向C2(亦即逆时针方向)转动时，第一磁簧传感器3321侦测到由N极区域3311变更为S极区域3312的磁性变化，且磁性环331停止转动时，其S极区域3312位于第一磁簧传感器3321的上方。同时，第二磁簧传感器3322侦测到由间隔区域3313的无磁性变更为S极区域3312的磁性变化，且磁性环331停止转动时，其间隔区域3313位于第二磁簧传感器3322的上方。因此可知，磁簧传感器组332是根据上述方式来仿真编码器的运行而判断磁性环331的转动情形，并产生第一转动信号。

接下来说明旋钮机构3的运行情形。图5以及图6中，当旋钮机构3的按键元件36被往下触压时，按键元件基座364因应往下的下压力而往下移动并压缩弹性元件365，且往下移动的按键元件基座364上的触发开关363与穿过中心孔3642的触发部323接触，使触发开关363被触发而产生触压信号，其中连接于旋钮机构3的计算机系统(未标示于图中)可根据该触压信号而执行一触压指令。当按键元件36不再被触压时，施加于按键元件36上的下压力消失，使被压缩的弹性元件365回复并产生弹性力至按键元件基座364，按键元件基座364回复至未被触压前的位置。

图4以及图8中，当使用者的手指F于按键元件36的光学手指导航元件362上移动时，光学手指导航元件362的光源3621产生光束L，且光束L投射至按键元件表面361并被手指F反射。接下来通过聚焦透镜3623的光束L被其聚焦，并被传感器3624接收而产生移动信号，其中连接于旋钮机构3的计算机系统(未标示于图中)可根据该移动信号而执行一移动指令，以移动计算机系统的光标，亦即其具有类似鼠标装置的功能。

图5以及图6中，当旋钮机构3的第一旋钮元件32被转动时，磁性环331与第一旋钮元件32同步转动，且磁簧传感器组332根据磁性环331转动而产生的磁性变化产生第一转动信号，其中连接于旋钮机构3的计算机系统可根据该第一转动信号而执行一第一转动指令。而当旋钮机构3的第二旋钮元件34被转动时，与第二旋钮元件34的多个旋钮锯齿部342互相啮合的多个惰轮锯齿部3512随之转动，亦即惰轮351被第二旋钮元件34带动而转动，且惰轮351的转动轴3511伸入编码器352中，使编码器352因应惰轮351的转动而产生第二转动信号，其中连接于旋钮机构3的计算机系统可根据该第二转动信号而执行一第二转动指令。

根据上述可知，本发明旋钮机构设置有第一旋钮元件以及第二旋钮元件，且第二旋钮元件环绕第一旋钮元件而形成双层旋钮的结构，因此本发明旋钮机构可提供两种旋转指令，亦即可提供二种旋钮功能。再者，本发明旋钮机构于第一旋钮元件中设置有光学手指导航元件以及触发开关，以提供移动光标的指令以及点选的指令。本发明旋钮机构具有第一旋钮元件、第二旋钮元件、光学手指导航元件以及触发开关等四种执行指令的手段，且该四种元件的机构及功能各自独立，因此本发明旋钮机构可藉由同时操控任二种元件而可执行不同的另一指令。例如说，转动第一旋钮元件可执行调整音量指令(即第一转动指令)，转动第二旋钮元件可执行文件档案的比例缩放指令(即第二转动指令)，令手指于光学手指导航元件上移动而可执行移动光标指令(即移动指令)，而触压触发开关则可执行点选指令(即触压指令)。当第一旋钮元件被转动的同时，光学手指导航元件亦被移动，此时，原本应执行的调整音量指令以及移动光标指令不被执行，而执行图片档案的比例缩放指令(即另一指令)。由此，本发明旋钮机构可根据任二元件的配合操作而执行额外的功能指令，亦即本发明旋钮机构可提供较多功能指令。

此外，本发明旋钮机构中的该四种元件的机构及功能各自独立，因此其操控简单且明确而不易发生误触的情形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种旋钮机构，其特征在于，包括：

主电路板；

基座，设置于该主电路板上；

第一旋钮元件，设置于该基座上，且可相对于该基座转动；

第一信号产生装置，设置于该主电路板上，用以根据该第一旋钮元件的转动而产生一第一转动信号；

第二旋钮元件，设置于该基座上并环绕于该第一旋钮元件，且可相对于该基座转动；

第二信号产生装置，设置于该主电路板上，用以根据该第二旋钮元件的转动而产生一第二转动信号；以及

按键元件，设置于该第一旋钮元件内，且该按键元件具有按键元件表面，该按键元件包括：

光学手指导航元件，该光学手指导航元件设置于该按键元件内且位于该按键元件表面的下方，用以侦测一手指于该按键元件表面的移动而产生一移动信号；

触发开关，设置于该光学手指导航元件的下方，用以当该按键元件被触压时被触发而产生一触压信号；

按键元件基座，设置于该第一旋钮元件上并可相对于该第一旋钮元件上下移动，且该按键元件基座具有中心筒以及中心孔，该中心筒位于该触发开关的下方，而该中心孔位于该中心筒的中央；

弹性元件，套设于该中心筒上并抵顶该第一旋钮元件，用以提供一弹性力而使该按键元件基座往上移动；以及

按键元件电路板，设置于该按键元件基座上，且该光学手指导航元件设置于该按键元件电路板的一表面上，而该触发开关设置于该按键元件电路板的另一表面上。

2.如权利要求1所述的旋钮机构，其特征在于，该第一信号产生装置包括：

磁性环，套设于该第一旋钮元件的底部，且可与该第一旋钮元件同步转动；以及

磁簧传感器组，设置于该主电路板上且邻近于该磁性环，用以侦测该磁性环的转动而产生该第一转动信号。

3.如权利要求2所述的旋钮机构，其特征在于，该磁性环具有多个N极区域、多个S极区域以及多个间隔区域，且每一该间隔区域的一侧与一N极区域相邻，而每一该间隔区域的另一侧与一S极区域相邻。

4.如权利要求3所述的旋钮机构，其特征在于，该磁簧传感器组包括：

第一磁簧传感器，位于该N极区域或该S极区域的下方，用以侦测该N极区域与该S极区域之间的磁性变化；以及

第二磁簧传感器，位于该间隔区域的下方，用以侦测该N极区域与该S极区域之间的磁性变化。

5.如权利要求1所述的旋钮机构，其特征在于，该第二信号产生装置包括：

惰轮，设置于该基座上，且该惰轮具有一转动轴以及多个惰轮锯齿部，该多个惰轮锯齿部用以与该第二旋钮元件的多个旋钮锯齿部啮合而与该第二旋钮元件同步转动；

编码器，设置于该主电路板上，且被该惰轮的该转动轴伸入并因应该惰轮的转动而产生该第二转动信号。

6.如权利要求1所述的旋钮机构，其特征在于，该第一旋钮元件还包括：

导光结构，设置于该第一旋钮元件中，且该导光结构的顶部显露于该第一旋钮元件之外且环绕于该按键元件表面；

多个穿孔，用以被该按键元件基座穿过，使该按键元件基座卡合于该导光结构；以及

触发部，位于该多个穿孔之间，且穿过该中心孔而接近于该触发开关，用以当该按键元件被触压时抵顶该触发开关，使该触发开关产生该触压信号。

7.如权利要求6所述的旋钮机构，其特征在于，还包括多个发光二极管，该多个发光二极管设置于该主电路板上，用以产生多条光束，且该多条光束投射于该导光结构中，并被该导光结构引导而投射于该按键元件与该第一旋钮元件之间。

8.如权利要求6所述的旋钮机构，其特征在于，该导光结构与该触发部为一体成型。

9.如权利要求1所述的旋钮机构，其特征在于，该光学手指导航元件包括：

光源，用以产生照射位于该按键元件表面上的该手指的光束；

反射镜，用以反射该光束；

聚焦透镜，用以聚焦被该手指反射的该光束；以及

传感器，用以接收该光束并根据该光束而产生该移动信号。