TW201333801A - 使用撓性線圈之電感式觸控感測器 - Google Patents

使用撓性線圈之電感式觸控感測器 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種電感式觸控感測器，該電感式觸控感測器包括安置於一可變形基板內或上之一電感器。當對該可變形基板施加一力時，該電感器之實體外形將改變，從而改變其電感值。該電感值之該改變可經偵測且用於指示該電感式觸控感測器之一相關聯觸控鍵之致動。可運用複數個電感式觸控感測器以形成一觸控板。

Description

使用撓性線圈之電感式觸控感測器
本發明係關於電感式觸控感測器，且更特定言之，係關於使用撓性線圈之一電感式觸控感測器。
電感式觸控感測器技術可用作電容式觸控感測器技術之一替代技術。當前技術之電感式觸控感測器包括一目標物(target)(被觸控或按壓之表面)、一間隔件及一電感線圈。當該目標物被致動時(例如，被觸摸)，該線圈電感值改變。偵測到該線圈之該電感值之此改變指示該電感式觸控感測器之致動。一電感式觸控板之製造包括複數個電感式觸控感測器，且需要組裝經蝕刻且夾在一印刷電路板(PCB)上之電感器(通常在一產品之最後組裝時)。該間隔件必須放置於含有該等電感式線圈之該PCB之間，每一鍵或按鈕使用一個間隔件，且目標物亦係每一鍵或按鈕使用一個。當前製造技術包括生產PCB、間隔件、將該間隔件層壓至該PCB然後將該PCB/間隔件總成安裝至該目標物板。於該目標物與電感值將受改變的該電感線圈之間要求緊密之容限。
需要的是一種製造可用於一觸控板之一電感式觸控感測器之簡化且廉價的方法。
根據一實施例，一電感式觸控感測器可包括：一撓性基板；一 電感器，其與該撓性基板機械連通，該電感器及該撓性基板具有一第一位置及一第二位置，其中當對該撓性基板及該電感器施加一力時，該撓性基板及該電感器處於該第二位置；且其中當在該第一位置時，該電感器具有一第一電感值，且當在該第二位置時，該電感器具有一第二電感值。
根據一進一步實施例，該第一電感值大於該第二電感值。根據一進一步實施例，該第一電感值小於該第二電感值。根據一進一步實施例，該撓性基板於其中具有開口以允許該電感器之線圈匝間之間距根據該力是否施加至該撓性基板及電感器而增加及減小。根據一進一步實施例，當施加該力時，該線圈匝間之間距增加。根據一進一步實施例，當施加該力時，該線圈匝間之間距減小。
根據一進一步實施例，當該力未施加至撓性基板及電感器時，該撓性基板及電感器實質上係平坦的，且當該力施加至其上時係凹入的。根據一進一步實施例，當該力未施加至撓性基板及電感器時，該撓性基板及電感器係凸起的，且當該力施加至其上時係微凸。根據一進一步實施例，當該力未施加至撓性基板及電感器時，該撓性基板及電感器係凸起的，且當該力施加至其上時實質上係平坦的。根據一進一步實施例，該電感器係嵌於該撓性基板中。根據一進一步實施例，該電感器係與該撓性基板同界(coterminous)。
根據一進一步實施例，在該支撐基板與該撓性基板之間添加一支撐基板及脊狀間隔件，其中該支撐基板、脊狀間隔件及撓性基板形成一空腔。根據一進一步實施例，該空腔用一撓性材料填充。
根據一進一步實施例，於該空腔內及於該支撐基板內面上添加一導電接地平面，其中當在該第二位置時，該導電接地平面影響該電感器之該第二電感值。
根據一進一步實施例，於該空腔內及於該支撐基板內面上添加 一磁性材料，其中當在該第二位置時，該磁性材料影響該電感器之該第二電感值。根據一進一步實施例，該磁性材料係選自由鐵氧體及鐵粉組成之群組。
根據一進一步實施例，一電子電路係耦合至該電感器以量測該電感器之電感值。根據一進一步實施例，該電子電路係一混合信號積體電路裝置。
根據另一實施例，一電感式觸控感測器板可包括：一撓性基板，其分成經配置成一矩陣之複數個觸控鍵區域；複數個電感器，其與該撓性基板機械連通，該複數個電感器之各者與該複數個觸控鍵區域之各自一者相關聯，該複數個電感器及該複數個觸控鍵區域之各者具有一第一位置及一第二位置，其中當對其施加一力時，每一觸控鍵區域及電感器處於該第二位置；其中當在該第一位置時該電感器具有一第一電感值，且當在該第二位置時該電感器具有一第二電感值；一支撐基板；及脊狀間隔件，其在該支撐基板與複數個觸控鍵區域之各者之間，其中該支撐基板、脊狀間隔件及該複數個觸控鍵區域形成複數個空腔。
根據另一實施例，一電感式觸控感測器可包括：一撓性基板；一支撐基板；脊狀間隔件，其在該支撐基板與該撓性基板之間，其中該支撐基板、脊狀間隔件及撓性基板形成一空腔；一電感器，其包括一螺旋彈簧，該電感器之一第一端與該支撐基板機械及電氣連通，及該電感器之一第二端與該支撐基板機械及電氣連通；當在一第一位置時該電感器具有一第一電感值，且當在一第二位置時該電感器具有一第二電感值；且當對該撓性基板施加一力時，該電感器處於該第二位置。
102a‧‧‧電感器線圈
102b‧‧‧電感器線圈
102c‧‧‧電感器線圈
104‧‧‧可變形基板
204‧‧‧可變形基板
306‧‧‧力
310‧‧‧匝
504‧‧‧凸起彎曲撓性基板
508‧‧‧可變形空間
512‧‧‧支撐基板
520‧‧‧脊狀支撐
522‧‧‧電連接
524‧‧‧電連接
524‧‧‧電連接
526‧‧‧電連接
700‧‧‧電感式觸控鍵
702a‧‧‧電感器線圈
702b‧‧‧電感器線圈
704‧‧‧凸起彎曲撓性基板
708‧‧‧可變形空間
712‧‧‧支撐基板
718‧‧‧脊狀支撐
720‧‧‧脊狀支撐
800‧‧‧電感式觸控鍵
802‧‧‧電感式觸控感測器
804‧‧‧電感式觸控感測器鍵
950‧‧‧數位處理器
952‧‧‧電感式觸控類比前端
對本發明更全面的理解可參考以下結合隨附圖式之描述而獲 得，其中：圖1繪示根據本發明之一特定實例實施例形成為用於未致動及致動狀態下一電感式觸控鍵之一螺旋線圈之一電感器之示意平面圖；圖2繪示根據本發明之另一特定實例實施例之形成為用於未致動及致動狀態下一電感式觸控鍵之一螺旋線圈之一電感器之示意平面圖；圖3繪示根據本發明之特定實例實施例之展示於圖1或圖2中之電感式觸控鍵之電感器之示意立面剖視圖；圖4繪示根據本發明之特定實例實施例之展示於圖1或圖2中之電感式觸控鍵之電感器之示意立面剖視圖；圖5繪示根據本發明之特定實例實施例之使用展示於圖4中之電感器及基板之一電感式觸控鍵之示意立面剖視圖；圖6繪示根據本發明之另一特定實例實施例之針對未致動及致動情況下之成形為一電感式觸控鍵之彈簧線圈之一電感器之示意立面圖；圖7繪示根據本發明之特定實例實施例之使用展示於圖6中之電感器之一電感式觸控鍵之示意立面剖視圖；圖8繪示根據本發明之特定實例實施例之展示典型用於一鍵盤之所有鍵之一電感式觸控線圈之一電感式觸控鍵盤之示意正面圖；及圖9繪示根據本發明之特定實例實施例之具有圖8中所示之一電感式觸控鍵盤、一電感式觸控類比前端及一數位處理器之一電子系統之一示意方塊圖。
雖然本發明容許各種修改及替換形式，但已展示於圖式中之其特定實例實施例於本文中詳細描述。然而，應理解，本文描述之特定實例實施例並非意欲將本發明限制為本文所揭示之特定形式，恰恰相反，本發明藉由隨附專利申請範圍覆蓋所有的修改及等效物。
一電感式觸控感測器包括安置於可變形基板內或上之一電感器。當對該可變形基板施加一力時，該電感器之實體外形改變，藉此改變其電感值。該電感值之該改變可經偵測且用於指示該電感式觸控感測器之一相關聯觸控鍵之致動。可運用複數個電感式觸控感測器以形成一觸控板。
現參考圖式，其示意繪示一實例實施例之細節。圖中相同元件將由相同數字表示，且相似元件將由具有不同小寫字母字尾之相同數字表示。
參考圖1，所描繪的是根據本發明之一特定實例實施例之針對未致動及致動情況下之形成為一電感式觸控鍵之一螺旋線圈之一電感器之示意平面圖。一電感器線圈102a展示為於一未致動狀態下，感測器線圈102b則展示為於一致動狀態下，如下文更全面地描述。電感器線圈102以實質上平螺旋線組態於可變形基板104內或上(見圖3及圖4)。當一力(例如，手指推動)置於電感器線圈102及可變形基板104上時，電感器線圈102之導電匝將變得進一步分開(隔開)，如圖1之圖式(b)中展示。可變形基板104展示為經變形後，例如於兩個維度上(X及Y軸)拉伸。第三維度(Z軸於圖3及圖4中展示)亦拉伸基板104以進一步增加線圈匝間之間距。藉由增加該線圈匝間之間隔，電感器線圈102之電感值將降低。可量測該電感值之此改變，且用於指示藉由外力(例如，手指推動)之電感器線圈102之致動。電連接522及524經調適以將電感器線圈102耦合至電子量測電路(未圖示)用於判定其電感值。可預期且在本發明之範疇內，可於可變形基板104中切割狹槽以促進該線圈匝之分離。
參考圖2，所描繪的是根據本發明之另一特定實例實施例之針對未致動及致動情況下之形成為一電感式觸控鍵之一螺旋線圈之一電感 器之示意平面圖。電感器線圈102a展示為於一未致動狀態下，電感器線圈102c則展示為於一致動狀態下，如下文更全面地描述。電感器線圈102以實質上平坦螺旋線組態於可變形基板204內或上(見圖3及圖4)。當一力(例如，手指推動)置於電感器線圈102及可變形基板204上時，電感器線圈102之導電匝將變得進一步分開(隔開)，如圖2之圖式(b)中展示。可變形基板104展示為經變形後，例如，在一個維度(X軸)上拉伸。第三維度(Z軸於圖3及圖4中展示)亦拉伸基板204以進一步增加線圈匝間之間距。藉由增加該線圈匝間之間隔，電感器線圈102之電感值將降低。可量測該電感值之此改變，且用於指示藉由外力(例如，手指推動)之電感器線圈102之致動。可預期且在本發明之範疇內，可於可變形基板104中切割狹槽以促進該線圈匝之分離。
參考圖3，所描繪的是根據本發明之特定實例實施例之圖1或圖2中展示之電感式觸控鍵之電感器之示意立面剖視圖。電感器線圈102展示為嵌於撓性基板104中，當基板104沒有一力在其面上時，則其不變形，且線圈102a之匝於其間以一距離d1間隔。線圈102a組態將具有一第一電感值。當對基板104之一面施加一力306時，其發生撓曲，且線圈102b之匝變得進一步分開。如圖式(b)中展示，線圈102b之匝於其間以一距離d2隔開，其中d2>d1。現線圈102b具有小於該第一電感值之一第二電感值。此易於藉由電子電路量測。
預期且在本發明之範疇內，線圈102可在基板104之一表面上製造(同界)，或線圈102可完全在基板外製造。線圈102可自行支撐且可彈力變形，以便返回到其未致動之外形。只要線圈102外形改變，其中其匝間之間距改變，藉此其電感值將改變。如圖3所示，當未對其表面(面)施加力306時，基板104大致係平坦的，而當對其表面(面)施加力306時變成凹入的。
參考圖4，所描繪的是根據本發明之特定實例實施例之圖1或圖2 中展示之電感式觸控鍵之電感器之示意立面剖視圖。電感器線圈102展示為嵌於一凸起彎曲撓性基板204中。當該凸起彎曲基板204沒有一力在其面上時，則其不變形。其面仍為凸起的，且線圈102a之匝310於其間以一距離d3間隔。線圈102a組態將具有一第三電感值。當對基板204之一凸起施加一力306時，其發生撓曲，且線圈102b之匝310變得更靠近。如圖式(b)所示，線圈102b之匝310於其間以一距離d4間隔，其中d3>d4。現線圈102b具有大於該第三電感值之一第四電感值。此易於藉由電子電路量測。
預期且在本發明之範疇內，線圈102可在凸起基板204之一表面上製造，或線圈102可完全在基板外製造。線圈102可自行支撐且可彈力變形，以便返回到其未致動之外形。只要線圈102外形改變，其中其匝間之間距改變，藉此其電感值將改變。如圖4所示，當未對其表面(面)施加力306時，基板204大致係凸起彎曲，而當對其施加力306時變成實質上係平坦的(例如，較小的凸起彎曲)。圖4所示之組態易於經調適以用在一鍵盤上之升高的、能觸知之觸控鍵(見圖8)。
參考圖5，所描繪的是根據本發明之特定實例實施例之使用展示於圖4中之電感器及基板之一電感式觸控鍵之示意立面剖視圖。一電感式觸控鍵大致由數字500表示，其包括具有嵌於一凸起彎曲撓性基板504中之匝310之電感器線圈102，該凸起彎曲撓性基板504附接至脊狀支撐518及520。此等脊狀支撐518及520將基板504與支撐基板512(例如，印刷電路板(PCB))隔開，其對於複數個電感式觸控鍵800係常見的(見圖8)。可變形空間508安置於凸起彎曲撓性基板504與支撐基板512之間。可變形空間508可為空氣或氣體(空的)，或其可用可變形材料(例如，發泡體、矽膠等)填充。
或者，具有影響線圈102之電感值之屬性的磁性材料510(例如，鐵氧體、鐵粉等)可位於空間508中，導電接地平面514可安置於支撐 基板512之一面上且與(舉例來說)一印刷電路板516連接到接地或一共同電源526。此導電接地平面514之用途係隨著線圈120之匝310移動到更靠近其而影響(增加)線圈102電感值，圖式(b)展示力306被施加於凸起彎曲撓性基板504之一面上。可預期且在本發明之範疇內，於線圈102之匝310間之空間之改變、接地平面514及/或磁性材料510影響線圈102之電感值，因為歸因於施加力306於凸起彎曲撓性基板504而改變其相對於支撐基板512之位置，比較圖5之圖式(a)與(b)。電連接522及524用於將電感器線圈102耦合至電子量測電路(見圖9)以判定其電感值。
參考圖6，所描繪的是根據本發明之另一特定實例實施例之針對未致動及致動情況下之成形為一電感式觸控鍵之彈簧線圈之一電感器之示意立面圖。一電感器線圈702a展示為於一未致動狀態下，電感器線圈702b則展示為於一致動狀態下，如下文更全面地描述。電感器線圈702b以一可變形彈簧外形繞線。當一力306(例如手指推動)置於電感器線圈702上時，電感器702之導電匝將變得更靠近，如圖6之圖式(b)中所示。藉由降低線圈匝間之間隔，電感器線圈702之電感值將增加。電感值之此改變可被量測且用於指示藉由外力(例如，手指推動)之電感器線圈702之致動。
參考圖7，所描繪的是根據本發明之特定實例實施例之使用展示於圖6中之電感器之一電感式觸控鍵之示意立面剖視圖。一電感式觸控鍵大致由數字700表示，其包括彈簧外形電感器線圈702，附接至脊狀支撐718及720之凸起彎曲撓性基板704。此等脊狀支撐718及720將基板704與支撐基板712(例如，印刷電路板(PCB))隔開。其對於複數個電感式觸控鍵800係常見的(見圖8)。可變形空間708安置於凸起彎曲撓性基板704與支撐基板712之間。可變形空間708可為空氣或氣體(空的)，或其可用可變形材料(例如，發泡體、矽膠等)填充。
導電接地平面714可安置於支撐基板712之一面上且與(舉例來說)一印刷電路板716連接到接地或一共同電源724。此導電接地平面714之用途為連接線圈702之一端，線圈702之另一端與導體722連接，該導體722可為安置在凸起彎曲撓性基板704之內表面上之一撓性導體。當施加一力306於凸起彎曲基板704之面上，線圈702被壓縮，藉此增加其電感值，比較圖7之圖式(a)與(b)。電連接722及724用於將電感器線圈702耦合至電子量測電路(見圖9)以判定其電感值。
參考圖8，所描繪的是根據本發明之特定實例實施例之展示典型用於一鍵盤之所有鍵之一電感式觸控線圈之一電感式觸控鍵盤之示意正面圖。一鍵盤大致由數字800表示，其經組態為包括複數個電感式觸控感測器802之電感式觸控感測器鍵804之矩陣。於複數個電感式觸控感測器802之每一個中為具有當施加一力306於其時改變一電感值之一線圈802。
參考圖9，所描繪的是根據本發明之特定實例實施例之具有圖8中所示之一電感式觸控鍵盤、一電感式觸控類比前端及一數位處理器之一電子系統之一示意方塊圖。數位處理器950(例如，微處理器，微型電腦，數位信號處理器(DSP)、特定用途積體電路(ASIC)，可程式化邏輯陣列(PLA)等)經耦合至電感式觸控類比前端(AFE)952及電感式觸控感測器鍵800之一矩陣(例如，按鈕、目標物等)。數位處理器950及AFE 952可為混合信號(類比及數位電路)積體電路裝置中之部分。
電感式觸控AFE 952用一單一低成本積體電路裝置促進用於判定當存在致動電感式感測器時(例如，藉由按壓及偏轉目標物鍵而改變相關聯電感式感測器之電感值)所有的主動功能，電感式觸控AFE 952量測電感式觸控感測器鍵800之矩陣之各感測器之電感值，且將該電感值轉變為各自類比直流(dc)電壓，該類比直流(dc)電壓由數位處理 器950讀取且轉變為數位值。預期且在本發明之範疇內，標準類比組件可用於製作一離散類比前端(AFE)，且具有熟悉電子電路設計及受益於本發明之一般技術者易於設計此一離散AFE。
數位處理器950為電感式觸控AFE 952提供時脈及控制功能，讀取電感式觸控AFE 952之類比電壓偵測器輸出，及選擇電感式觸控感測器鍵800之矩陣之各鍵。當判定致動電感式觸控感測器鍵800之矩陣之一鍵時，數位處理器950將採取程式化於其中之一適當動作。
雖然已藉由參考本發明之實例實施例描繪、描述及定義本發明之實施例，但此等參考並非隱含對本發明之一限制，且不應推斷出此等限制。熟習此項技術者及受益於本發明者將能夠對本發明做出形式及功能上等效的相當大之修改、改變。本發明所描繪及描述之實施例僅為例示，而並非對本發明範疇之詳盡列舉。
102a‧‧‧電感器線圈
102b‧‧‧電感器線圈
104‧‧‧可變形基板
522‧‧‧電連接
524‧‧‧電連接

Claims (20)

  1. 一種電感式觸控感測器，其包括：一撓性基板；一電感器，其與該撓性基板機械連通，該電感器及該撓性基板具有一第一位置及一第二位置，其中當施加一力於該撓性基板及該電感器時，該撓性基板及該電感器處於該第二位置；且其中當在該第一位置時，該電感器具有一第一電感值，且當在該第二位置時，該電感器具有一第二電感值。
  2. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中該第一電感值大於該第二電感值。
  3. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中該第一電感值小於該第二電感值。
  4. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中該撓性基板於其中具有開口以允許該電感器之線圈匝間之間距根據是否施加該力於該撓性基板及電感器而增加及減小。
  5. 如請求項4之電感式觸控感測器，其中當施加該力時，該等線圈匝間之間距增加。
  6. 如請求項4之電感式觸控感測器，其中當施加該力時，該等線圈匝間之間距減小。
  7. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中當未施加該力於撓性基板及電感器時，該撓性基板及電感器實質上係平坦的，且當施加該力於其上時係凹入的。
  8. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中當未施加該力於撓性基板及電感器時，該撓性基板及電感器係凸起的，且當該力施加於其上時係微凸。
  9. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中當未施加該力於撓性基板及電感器時，該撓性基板及電感器係凸起的，且當施加該力於其上時實質上係平坦的。
  10. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中該電感器係嵌於該撓性基板中。
  11. 如請求項1之電感式觸控感測器。其中該電感器係與該撓性基板同界。
  12. 如請求項1之電感式觸控感測器，其進一步包括：一支撐基板；及脊狀間隔件，其在該支撐基板與該撓性基板之間，其中該支撐基板、脊狀間隔件及撓性基板形成一空腔。
  13. 如請求項12之電感式觸控感測器，其中該空腔用一撓性材料填充。
  14. 如請求項12之電感式觸控感測器，其進一步包括於該空腔內及於該支撐基板內面上之一導電接地平面，其中當在該第二位置時，該導電接地平面影響該電感器之該第二電感值。
  15. 如請求項12之電感式觸控感測器，其進一步包括在該空腔內及於該支撐基板內面上之一磁性材料，其中當在該第二位置時，該磁性材料影響該電感器之該第二電感值。
  16. 如請求項15之電感式觸控感測器，其中該磁性材料係選自由鐵氧體及鐵粉組成之群組。
  17. 如請求項1之電感式觸控感測器，其進一步包括耦合至該電感器以量測該電感器之電感值之一電子電路。
  18. 如請求項1之電感式觸控感測器，其中該電子電路係一混合信號積體電路裝置。
  19. 一種電感式觸控感測器板，其包括： 一撓性基板，其分成經配置成一矩陣之複數個觸控鍵區域；複數個電感器，其與該撓性基板機械連通，該複數個電感器之各者與該複數個觸控鍵區域之各自一者相關聯，該複數個電感器及複數個觸控鍵區域之各者具有一第一位置及一第二位置，其中當施加一力於其上時，每一觸控鍵區域及電感器處於該第二位置。 其中當在該第一位置時該電感器具有一第一電感值，且當在該第二位置時具有一第二電感值；一支撐基板；及脊狀間隔件，其在該支撐基板與複數個觸控鍵區域之各者之間，其中該支撐基板、脊狀間隔件及該複數個觸控鍵區域形成複數個空腔。
  20. 一種電感式觸控感測器，其包括：一撓性基板；一支撐基板；脊狀間隔件，其在該支撐基板與該撓性基板之間，其中該支撐基板、脊狀間隔件與撓性基板形成一空腔；一電感器，其包括一螺旋彈簧，該電感器之一第一端與該撓性基板機械及電氣連通，及該電感器之一第二端與該支撐基板機械及電氣連通；當在一第一位置時該電感器具有一第一電感值，且當在一第二位置時具有一第二電感值；及當施加一力於該撓性基板時，該電感器處於該第二位置。
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