CN109085958A - 透明超声波换能器输入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种透明超声波换能器输入装置，包含一透明基板与多个输入元件，该透明基板具有一表面，所述多个输入元件相邻地设置在该透明基板的该表面，各该输入元件包含阵列排列的多个超声波换能器，各该超声波换能器包含一透明可振荡膜，于所述多个输入元件的两相邻输入元件中，其中的一输入元件的超声波换能器的振荡频率相异于另一输入元件的超声波换能器的振荡频率；同一个所述输入元件所包含的超声波换能器的透明可振荡膜的尺寸彼此相同；各该输入元件的超声波换能器的透明可振荡膜为圆形薄膜而具有一直径，所述多个输入元件的超声波换能器的透明可振荡膜的直径彼此不同。
Description
技术领域
本发明有关一种输入装置，特别是指透明超声波换能器输入装置。
背景技术
消费性电子产品种类多元，其中触控型电子产品已相当普及，可 携式电子产品(例如：智能手机、平板电脑)或穿戴式电子产品(例如： 智能手表)…等，都是常见的消费性电子产品。一般来说，触控型电子 产品包含一触控面板作为一输入装置，使用者的手指需实际接触该电 子产品的表面，才能对电子产品进行触控操作。
然而，对于较小尺寸的电子产品来说，例如智能手表，其尺寸比 一般智能手机或平板电脑更小，故智能手表的触控操作范围受到限制。 当智能手表的触控界面呈现数个输入键时，例如所述多个输入键分别 作为数字输入键，各输入键所分配到的面积甚小，且相邻输入键的位 置彼此靠近，如此一来，使用者不容易在智能手表上触碰想要的输入 键，容易发生误触，造成使用上的困扰。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种透明超声波换能器输入 装置，其可供结合在电子产品以作为非接触式的输入装置，本发明输 入装置的操作范围不受限于电子产品的尺寸，对于使用者来说，使用 的便利性可以提升。
本发明透明超声波换能器输入装置包含：
一透明基板，具有一表面；
多个输入元件，相邻地设置在该透明基板的该表面，各该输入元 件包含阵列排列的多个超声波换能器，各该超声波换能器包含一透明 可振荡膜；
于所述多个输入元件的两相邻输入元件中，其中的一输入元件的 超声波换能器的振荡频率相异于另一输入元件的超声波换能器的振荡 频率；
其中，同一个所述输入元件所包含的超声波换能器的透明可振荡 膜的尺寸彼此相同；
各该输入元件的超声波换能器的透明可振荡膜为圆形薄膜而具有 一直径，所述多个输入元件的超声波换能器的透明可振荡膜的直径彼 此不同。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，所述多个输入元件排列 成矩阵结构。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，各该超声波换能器包含：
一透明下电极层，设置在该透明基板的表面；
一透明边墙，设置在该透明基板上，该透明可振荡膜设置在该透 明边墙，使该透明下电极层、该透明边墙与该透明可振荡膜之间形成 一空间；以及
一透明上电极层，设置在该透明可振荡膜的顶面。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，该透明基板的该表面为 一平面，使设置在该透明基板的所述多个输入元件位于同一平面。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，该透明基板的该表面为 一曲面，使设置在该透明基板的所述多个输入元件位于同一曲面。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，该透明基板为选自玻璃、 硅胶、树脂、塑胶、聚酯类、聚酰亚氨、光阻剂、高分子材料所构成 的群组中至少一种材料所制成的构件。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，该透明下电极层为选自 透明导电氧化物薄膜、氧化铟锡薄膜、氧化锌薄膜、纳米碳管、纳米 银、银丝墨等所构成的群组中的一种材料所制成的构件。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，该透明可振荡膜为选自 玻璃、硅胶、树脂、塑胶、聚酯类、聚酰亚氨、光阻剂、高分子材料 所构成的群组中至少一种材料所制成的构件。
如前所述的透明超声波换能器输入装置，该透明上电极层为选自 透明导电氧化物薄膜、氧化铟锡薄膜、氧化锌薄膜、纳米碳管、纳米 银、银丝墨等所构成的群组中的一种材料所制成的构件。
根据本发明的结构，本发明可结合于电子产品，例如叠合于电子 产品的显示荧幕，因为本发明整体为透明，故不致影响电子产品的视 觉观感；另外，当外界物体(例如：使用者的手)置于任一输入元件的外 侧但不接触输入元件或电子产品，该输入元件可产生振荡频率，其中， 本发明的不同输入元件在感应到外界物体时反映出的振荡频率彼此不 同。所以，本发明根据各输入元件的振荡频率的量测结果，可以判断 出是哪一个输入元件被使用者所操作，达到非接触式输入的功效。
本发明可供使用者观看电子产品的显示荧幕时，同时进行非接触 操作，因为使用者不需实际接触电子产品即可进行输入的动作，本发 明的操作范围自然不受限于电子产品的尺寸，和现有技术相比，本发 明可提供较广的操作范围，使用的便利性大幅提升。
附图说明
图1：本发明透明超声波换能器输入装置的实施例的平面示意图。
图2：本发明输入装置中各超声波换能器的平面示意图。
图3：本发明输入装置中各输入元件的使用状态示意图。
图4A～图4L：本发明实施例中各输入元件的频率响应图。
图5A～图5L：本发明实施例中各输入元件的时间响应图。
图6：本发明实施例中超声波换能器的直径与振荡频率的对照图。
图7：本发明输入装置结合于电子产品的示意图。
图8：本发明实施例执行多点输入的频率响应图。
图9：本发明实施例执行多点输入的时间响应图。
附图标号说明：
10 透明基板 20 输入元件
21 超声波换能器 210 透明可振荡膜
211 透明下电极层 212 透明边墙
213 透明上电极层 214 空间
30 间隔 40 外界物体
50 智能手表。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成 预定发明目的所采取的技术手段。
本发明是透明超声波换能器输入装置，请参考图1与图2所示的 实施例，本发明透明超声波换能器输入装置包含一透明基板10与多个 输入元件20。该透明基板10具有一表面，该透明基板10的该表面可 为一平面或一曲面，该透明基板10可为具有厚度的平板而具有支撑性 或可挠性，以供设置在一电子产品中。所述多个输入元件20是相邻地 设置在该透明基板10的该表面，使所述多个输入元件20可位于同一 平面或同一曲面，且所述多个输入元件20彼此分离设置，使相邻的输 入元件20之间维持一间隔30而彼此错开而不重叠，由此避免相邻的 输入元件20的信号彼此干扰。
各该输入元件20包含阵列排列的多个超声波换能器21，各该超 声波换能器21包含一透明可振荡膜210，于所述多个输入元件20的任 两相邻输入元件20当中，其中的一输入元件20的超声波换能器21的 振荡频率相异于另一输入元件20的超声波换能器21的振荡频率。请 参考图2，所述超声波换能器21的实施例包含一透明下电极层211、 一透明边墙212、一透明上电极层213与该透明可振荡膜210，该透明 下电极层211设置在该透明基板10的表面，该透明边墙212设置在该 透明基板10上，如图2所示，该透明边墙212设置在该透明下电极层 211的表面，该透明可振荡膜210设置在该透明边墙212上，使该透明 下电极层211、该透明边墙212与该透明可振荡膜210之间形成一空间 214，该空间214可供该透明可振荡膜210产生振荡，该透明上电极层 213设置在该透明可振荡膜210的顶面(即：相对于该空间214的另一 表面)。
所述多个输入元件20的超声波换能器21可采相同的微机电制程 加工制作成型，其中，该透明基板10可为选自玻璃、硅胶、树脂、塑 胶、聚酯类、聚酰亚氨、光阻剂、高分子材料所构成的群组中至少一 种材料所制成的构件。该透明下电极层211可为选自透明导电氧化物 薄膜、氧化铟锡薄膜、氧化锌薄膜、纳米碳管、纳米银、银丝墨等所 构成的群组中的一种材料所制成的构件。该透明可振荡膜210可为选 自玻璃、硅胶、树脂、塑胶、聚酯类、聚酰亚氨、光阻剂、高分子材 料所构成的群组中至少一种材料所制成的构件。该透明上电极层213 可为选自透明导电氧化物薄膜、氧化铟锡薄膜、氧化锌薄膜、纳米碳 管、纳米银、银丝墨等所构成的群组中的一种材料所制成的构件。本 发明实施例中，该透明基板20为PET(Polyethylene Terephthalate)板， 该透明下电极层211为氧化铟锡薄膜，该透明边墙212及该透明可振 荡膜210皆为SU-8光阻剂制成的构件，该透明上电极层213为纳米银 薄膜。
该透明下电极层211与该透明上电极层213电连接一驱动装置(图 中未示)，由该驱动装置对该透明下电极层211与该透明上电极层213 施以交流驱动电压时，可驱动该透明可振荡膜210进行高频振荡，进 而产生一超声波，请配合参考图3，当该超声波被一外界物体40(例如 使用者的手指)干扰而反射，导致该透明可振荡膜210变形而发生电容 改变，通过电容改变得到一反射信号，利用该超声波的一发出时间与 该反射信号的一接收时间的时间差计算出各输入元件20与外界物体 40的距离。
以下说明所述多个输入元件20的细部结构特征，于同一个输入元 件20所包含的多个超声波换能器21的透明可振荡膜的尺寸彼此相同， 而于任两相邻的输入元件20中，其中的一输入元件20的超声波换能 器21的透明可振荡膜尺寸相异于另一输入元件20的超声波换能器21 的透明可振荡膜尺寸。进一步而言，不同输入元件20的超声波换能器 21的透明可振荡膜210尺寸皆彼此不同，导致不同输入元件20的超声 波换能器21的振荡频率彼此不同。请参考图1，于本发明实施例中， 各超声波换能器21的俯视为圆形，故其透明可振荡膜210可为圆形薄 膜，其具有一直径，透明可振荡膜210的直径与振荡频率形成反比关 系，所以，不同输入元件20的超声波换能器21的透明可振荡膜210 的直径皆彼此不同，导致不同输入元件20的超声波换能器21的振荡 频率彼此不同。
本发明实施例以十二个输入元件20为例，对前述各输入元件20 的超声波换能器21施以100V直流准位的300V交流电的测试电压，以 供各输入元件20的超声波换能器21振荡产生超声波，并在振荡状态 的各输入元件20外侧一公分处设置一外界物体，以量测各输入元件20 的超声波换能器21的振荡频率。请配合参考下表、图4A～图4L所示的 频率响应图以及图5A～图5L所示的时间响应图，本发明实施例中，该 十二个输入元件20的超声波换能器21的透明可振荡膜210的直径由 小而大可分别为92、94、97、100、103、106、110、114、119、124、 130与137微米(μm)，根据量测结果，其振荡频率分别为1.63、1.59、 1.51、1.48、1.41、1.35、1.18、1.13、1.10、1.00、0.92与0.85MHz(分 别取自图4A～图4L的峰值)。由此可见，不同输入元件20的超声波换 能器21的透明可振荡膜210的直径皆彼此不同，其振荡频率也彼此不 同，直径越大的超声波换能器21具有越低的振荡频率。图6显示不同 超声波换能器21在不同直径下的频宽分布，且从图5A～图5L所示的时 间响应图来看，直径越大的超声波换能器21具有越大的振荡幅度。所 以，根据各输入元件20的振荡频率的量测结果，即可判断出是哪一个 输入元件20被使用者所操作。
需说明的是，不同输入元件20的超声波换能器21除了其透明可 振荡膜210、透明下电极层211与透明上电极层213的尺寸不同外，其 余结构可为相同，请配合参考图2，透明上电极层213的直径b与透明 可振荡膜210的直径a呈正比，举例来说，当该透明可振荡膜210的 直径a可为92微米，则该透明上电极层213的直径b可为61微米， 在所有的输入元件20中，透明边墙212的宽度c可为10微米，透明 上电极层213的厚度e可为5微米，透明边墙212的厚度f可为2微 米，透明上电极层213的厚度d与透明下电极层211的厚度g可为0.2 微米；前述尺寸仅供参考。
请参考图1所示的实施例，前述十二个输入元件20可排列成4x3 的矩阵结构，本发明所结合的电子产品可为可携式电子产品或穿戴式 电子产品，例如图7是以智能手表50为例，但不以此为限。为方便说 明，本发明以矩阵元素(matrix element)的列值与行值表示各输入元件 20的所在位置(行,列)，下表列出各输入元件20所包含的超声波换能 器21的透明可振荡膜210的直径大小与振荡频率。
需说明的是，因为所述多个个输入元件20的外观呈矩形且面积彼 此相同，且每一个输入元件20所包含的多个超声波换能器21为阵列 排列的构造，所以当一个输入元件20的多个透明可振荡膜210的直径 越大，其超声波换能器21的数量自然越少。
综上所述，本发明可结合于电子产品，例如叠合于电子产品的显 示荧幕上，因为本发明整体为透明而不会遮蔽显示荧幕，使用者仍可 清楚观看电子产品的显示荧幕；本发明是根据各输入元件20的振荡频 率的量测结果判断出是哪一个输入元件20被使用者所操作，故可供使 用者观看显示荧幕时，同时进行非接触操作，举例来说，图7所示的 所述多个输入元件20可分别为数字键或符号键，使用者不需实际接触 该智能手表50，而只要将手指放在各输入元件20的上方，就可进行非 接触拨号或输入文字。另一方面，本发明也可达成多点非接触输入， 举例来说，请配合参考上表，若有两个外界物体同时位在(4,1)与(4,3)的输入元件20的上方，请配合参考图8与图9，可量测出振荡频率分 别在0.85MHz与0.92MHz，故可据此判断出位在(4,1)与(4,3)的输入 元件20同时受到使用者的操作，进而达到多点非接触输入的功效。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形 式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限 定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内， 当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效 实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实 质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本 发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种透明超声波换能器输入装置，其特征在于，包含：
一透明基板，具有一表面；
多个输入元件，相邻地设置在该透明基板的该表面，各该输入元件包含阵列排列的多个超声波换能器，各该超声波换能器包含一透明可振荡膜；
于所述多个输入元件的两相邻输入元件中，其中的一输入元件的超声波换能器的振荡频率相异于另一输入元件的超声波换能器的振荡频率；
其中，同一个所述输入元件所包含的超声波换能器的透明可振荡膜的尺寸彼此相同；
各该输入元件的超声波换能器的透明可振荡膜为圆形薄膜而具有一直径，所述多个输入元件的超声波换能器的透明可振荡膜的直径彼此不同。
2.根据权利要求1所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，所述多个输入元件排列成矩阵结构。
3.根据权利要求2所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，各该超声波换能器包含：
一透明下电极层，设置在该透明基板的表面；
一透明边墙，设置在该透明基板上，该透明可振荡膜设置在该透明边墙，使该透明下电极层、该透明边墙与该透明可振荡膜之间形成一空间；以及
一透明上电极层，设置在该透明可振荡膜的顶面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，该透明基板的该表面为一平面，使设置在该透明基板的所述多个输入元件位于同一平面。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，该透明基板的该表面为一曲面，使设置在该透明基板的所述多个输入元件位于同一曲面。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，该透明基板为选自玻璃、硅胶、树脂、塑胶、聚酯类、聚酰亚氨、光阻剂、高分子材料所构成的群组中至少一种材料所制成的构件。
7.根据权利要求3所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，该透明下电极层为选自透明导电氧化物薄膜、氧化铟锡薄膜、氧化锌薄膜、纳米碳管、纳米银、银丝墨等所构成的群组中的一种材料所制成的构件。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，该透明可振荡膜为选自玻璃、硅胶、树脂、塑胶、聚酯类、聚酰亚氨、光阻剂、高分子材料所构成的群组中至少一种材料所制成的构件。
9.根据权利要求3所述的透明超声波换能器输入装置，其特征在于，该透明上电极层为选自透明导电氧化物薄膜、氧化铟锡薄膜、氧化锌薄膜、纳米碳管、纳米银、银丝墨等所构成的群组中的一种材料所制成的构件。
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