TW201443701A - 用於鍵盤接近及追蹤感應器的電極配置 - Google Patents

用於鍵盤接近及追蹤感應器的電極配置 Download PDF

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Abstract

一種鍵盤總成包括傳輸器電極及一或多接收器電極，其係用以於該總成之一或多鍵之上產生電場。第一電極係位於鍵盤總成之第一層級上，及第二電極係位於該鍵盤總成之第二層級上。該第一層級可相應於該總成之支撐板，及該第二層級可相應於耦接至該第二電極之印刷電路板的表面。另一方面，該第一層級及該第二層級可相應於該鍵盤總成之框架的不同側。可檢測該電場中之擾動以實施主機裝置之控制作業，該主機裝置包括或耦接至該鍵盤總成。

Description

用於鍵盤接近及追蹤感應器的電極配置
文中所說明之一或多實施例關於電場檢測。
一種電場接近感應器藉由檢測電場中之擾動而操作。電場係由傳輸電極及接收電極產生，且感應器之範圍係依據其間之分離距離而決定。當物件呈現或移動通過電場時，便檢測相應電場擾動，其依序允許追蹤物件。此類感應器經由非導電物質檢測之能力允許該感應器完全隱藏，並使其適於各式家庭自動控制、汽車及遊戲應用。
10、60、702、801、802、1002、1101‧‧‧傳輸器電極
20、120、703、1003、1102‧‧‧接收器電極
25、525‧‧‧孔
30‧‧‧金屬支撐板
40‧‧‧印刷電路板
400‧‧‧檢測範圍
401、810、1104‧‧‧鍵
530‧‧‧鍵盤框架
700、1000‧‧‧控制電路
701、1001‧‧‧驅動器
704、1004‧‧‧檢測器
705‧‧‧主機裝置控制器
710、1010、1011‧‧‧電場線
803‧‧‧支撐
901‧‧‧第一檢測區
902‧‧‧第二檢測區
1005‧‧‧控制器
1103‧‧‧支撐板
圖1顯示鍵盤之電場感應器的實施例。
圖2顯示具特定形狀之傳輸器電極的實施例。
圖3顯示具矩陣形之接收器電極的實施例。
圖4顯示感應器之檢測範圍的範例。
圖5顯示相對於鍵盤鍵配置之感應器電極。
圖6顯示鍵盤鍵之感應器電極的另一實施例。
圖7顯示具有單一檢測區之感應器的控制電路。
圖8顯示具相對於相同鍵盤配置之多檢測區之感應器的實施例。
圖9顯示具多傳輸器電極之感應器之不同檢測區的範例。
圖10顯示具有具多檢測區之多傳輸器電極之感應器的控制電路。
圖11顯示鍵盤之電場感應器的另一實施例。
【發明內容與實施方式】
圖1顯示電場(E場)接近感應器之一實施例，其併入鍵盤。鍵盤可包括於筆記型電腦或膝上型電腦、智慧手機或具有輸入鍵之另一種電子裝置中。鍵盤可為包括字母數字者、數字小鍵盤或具有一或多鍵或按鈕以執行功能及/或將資料輸入裝置之另一種輸入裝置。對桌上型電腦實施而言，感應器可併入耦接至例如電腦之中央處理單元之外殼的鍵盤。
感應器可包括至少一傳輸器電極10及預定數量接收器電極20。為將感應器併入鍵盤結構，傳輸器電極10係形成於鍵盤之金屬支撐板30上或係由其形成，且接收器電極20係安裝於印刷電路板40之頂面(上)。傳 輸器電極10可由支撐板30支撐。接收器電極可由印刷電路板40支撐。在圖1中，顯示傳輸器電極10以相應於鍵盤之整個金屬支撐板。
在替代實施例中，鍵盤之支撐板30可由非導電材料製成，且一或多分立傳輸器電極可形成於支撐板之表面(上)。例如，在圖2中，顯示支撐板30係由非導電材料製成，並顯示傳輸器電極60係形成於具有預定形狀之支撐板的上表面(上)。在圖2中，形狀為環路，其重疊接收器電極20之相應者。在另一實施例中，複數傳輸器電極段可以相對於接收器電極之行、列或矩陣配置。
而且，在圖1中，顯示接收器電極20數量上相應於鍵盤之相應數量鍵。在此配置中，接收器電極與印刷電路板中之孔25相關聯，其中每一孔相應於或容納鍵盤之個別鍵。在替代實施例中，一接收器電極可配置用於整個鍵盤。該等接收器電極可以矩陣形式配置，且配置一或多相應傳輸器電極以重疊接收器電極。
圖3顯示此替代配置之範例，其中接收器電極120係以矩陣配置並於鍵盤之金屬支撐板30之上隔開。在變化中，支撐板可以非導電材料製成，且其上具一或多傳輸器電極。傳輸器電極甚至可與接收器電極相同或類似形狀。矩陣形狀之接收器電極中之孔可相應於鍵盤中之個別鍵。
參照圖1，印刷電路板40可直接置於鍵盤之金屬支撐板上，或可藉由一或多中間層而與金屬支撐板分 離。當印刷電路板與鍵盤之金屬支撐板直接接觸時，傳輸器電極及接收器電極間之分離距離包括或相應於印刷電路板之厚度(△TPCB)。
當印刷電路板及金屬支撐板藉由一或多中間層分離時，中間層可包括隔板層、若干分立隔板元件之任一者、及/或非導電絕緣層。在此實施中，傳輸器電極及接收器電極可由包括印刷電路板厚度(△TPCB)及一或多中間層厚度(△TINT)之和的距離分離，或分離距離=△TPCB+△TINT。
傳輸器電極及接收器電極間之分離距離可決定感應器之檢測範圍。依據一實施例，分離距離可充分以產生鍵盤上之預定距離的檢測範圍，以便允許此範圍內之手勢的接近檢測及追蹤。
圖4顯示由相應於金屬支撐板30之傳輸器電極10及形成於包含孔25之印刷電路板40上之接收器電極間之分離距離所建立檢測範圍的範例。在此範例中，鍵盤相應於圖1中沿剖面線A-A'所取而顯示之一者。
假設此分離距離(在此狀況下，其相應於印刷電路板厚度△TPCB)，電場係產生於位於鍵盤上之檢測範圍400內。此範圍之高度係由分離距離決定，此範圍之寬度或橫向尺寸係依據傳輸器電極及接收器電極間重疊之區域。
在作業中，由接收器電極檢測電場中之擾動以實施關於接近及手追蹤之作業。在一實施例中，使用者之手或手指的某些位置或移動可產生電場中之特定擾動或干擾，其被檢測並比較儲存資訊以允許識別位置或移動。儲存資訊可預先儲存於相應於主機裝置之一或多作業的控制及記憶體電路中。
例如，在關於檢測範圍內之鍵盤之某位置的手波可產生電場擾動，其相應於游標移動或圖示、選單項目或有關游標位置之其他功能的選擇。檢測範圍內另一手或手指姿勢、移動、或位置可開啟或關閉主機裝置，開啟預定視窗或應用，打電話(若主機裝置為智慧手機)，或實施預先於裝置中編程之任何若干其他作業或功能。
圖5以截面顯示鍵盤之一鍵的放大視圖及相對於該鍵如何配置感應器之電極。在此截面圖中，配置鍵401(在此描繪範例中，其相應於字母「F」)以往復移動進出鍵盤之框架530中的孔525。鍵盤框架係以非導電材料製成，以避免檢測範圍中電場形成之干擾或妨礙。
鍵盤框架係位於相應於或包括一或多傳輸器電極10之支撐板30。若支撐板30為鍵盤之金屬支撐板，則整個金屬支撐板可相應於傳輸器電極。印刷電路板40包括接收器電極，其可位於印刷電路板之頂面內或 上，並可整個或部分被鍵盤框架覆蓋。框架之孔525對準印刷電路板中之相應孔40。
圖6以截面顯示鍵盤之一鍵的放大視圖及另一實施例中相對於該鍵如何配置感應器之電極。除了印刷電路板不同之外，此實施例可類似於圖5中之實施例。在圖5中，印刷電路板為剛性板；然而，在圖6中，印刷電路板為柔性印刷電路板，其較圖5之電路板薄。
依據一範例，柔性印刷電路板具有0.15mm之厚度。當接收器電極在此柔性板之頂面(上)時，板之較小厚度減少傳輸器電極及接收器電極間之分離距離。結果，電場檢測範圍可較圖5中之情況小。因為此較小範圍，此柔性印刷電路板實施例特別適用於智慧手機、行動終端、遊戲系統控制器、及其他較小尺寸裝置。
在其他實施例中，印刷電路板之厚度可具有不同值。例如，柔性板可具有之厚度至少實質上等於鍵盤之其下支撐板的厚度。在其他實施例中，該板可較薄或較支撐板厚預定倍數。
圖7顯示用於文中所說明之感應器之單一傳輸器電極實施例的一可能控制電路700。控制電路可包括於鍵盤之外殼內部，或可包括於將依據來自鍵盤及感應器之信號操作之主機裝置的外殼中。在一替代實施例中，鍵盤及感應器可透過包括但不侷限於藍牙、WiFi或另一無線標準之無線連接而與主機裝置之控制器通訊。
如圖7中所示，控制電路包括驅動器701，其 產生具有預定特性(例如，預定頻率、振幅、調變、及/或其他屬性)之傳輸器信號。傳輸器信號發送至傳輸器電極702以於鍵盤或傳輸器電極及接收器電極對準之其他位置之上的檢測區內產生電場。
由傳輸器電極產生之電場係由對準傳輸器電極之一或多接收器電極703接收。如電場線710描繪顯示，電場於傳輸器電極及各接收器電極之間延伸。電場線中之擾動(由檢測範圍中手或其他物件之存在或移動造成)係於來自接收器電極之接收器信號中反映，且檢測器704產生擾動製造後電場之頻譜。
頻譜用作形成接近或追蹤信號之基礎，其輸出至主機裝置之控制器。主機裝置包括記憶體用以儲存不同類型接近或追蹤信號及將於主機裝置上實施之預定資訊、作業或功能間之預定關係。
圖8顯示具相對於相同鍵盤配置之多電場檢測區之感應器的實施例。除了二傳輸器電極801及802係配置用於在鍵盤之上產生不同檢測區外，此實施例具有類似於先前所說明之許多者的部件。傳輸器電極相隔至少預定最小距離以避免電極間之短路。
依據一實施，鍵盤支撐可相應於二分離金屬板，且傳輸器電極相應於各板。在圖8之實施例中，相應於傳輸器電極之金屬支撐板以預定方位由另一支撐803支撐及耦接，另一支撐可由金屬或另一材料製成。相應於傳輸器電極之金屬板間之分離區顯示為對準鍵810。然而， 在其他實施例中，金屬傳輸器電極板間之分離區可對準鍵盤框架530或鍵盤之另一部件。
相應於傳輸器電極801及802之金屬支撐板於鍵盤之上產生不同檢測區。當板為相同尺寸及維度時，檢測區可具有相同高度或其他維屬性。當板為不同尺寸(例如，佔據相對於鍵盤之不同面積)時，檢測區之高度及/或橫向尺寸可不同。相應於各傳輸器電極之接收器電極的不同配置、數量或位置亦可導致檢測區之位置或尺寸的差異。因而，實際上不同檢測區可具有相同或不同檢測範圍。
為避免一區錯誤檢測其他區中手或其他物件的接近或移動，傳輸器電極可由不同信號驅動。不同信號例如可具有不同頻率或調變以允許依據來自配置用於該些區之接收器電極的信號而區別各區之擾動。
多檢測區可為包括鍵盤之主機電子裝置提供額外或提昇之功能。例如，一區中手接近或移動可相應於主機電子裝置之第一類功能或作業，其他區中手接近或移動可相應於主機電子裝置之第二類功能或作業。儘管在此實施例中顯示二傳輸器電極，在其他實施例中可相對於鍵盤配置二個以上傳輸器電極，以產生相同數量檢測區。
圖9顯示多傳輸器電極實施例中可產生不同檢測區之範例。在此範例中，傳輸器電極801以相應接收器電極形成電場以形成鍵盤上之第一檢測區901，及傳輸器電極802以相應接收器電極形成電場以形成鍵盤上之第 二檢測區902。所顯示之檢測區具有不同範圍，至少在其橫向尺寸方面，作為傳輸器電極之位置及尺寸的結果。在其他實施例中，該些範圍可與圖9中所示範例相同或不同。
圖10顯示具有多檢測區之感應器的一可能控制電路1000。控制電路可包括於鍵盤外殼內部，或可包括於依據來自鍵盤及感應器之信號操作之主機裝置的外殼中。在一替代實施例中，鍵盤及感應器可透過包括但不侷限於藍牙、WiFi或另一標準之無線連接而與主機裝置之控制器通訊。
依據一實施，控制電路1000包括驅動器1001，其產生用於個別傳輸器電極1002之複數傳輸器信號。傳輸器信號可具有相同或不同特性。依據一實施，每一傳輸器電極之傳輸器信號具有不同特性(例如，預定頻率、振幅、調變、及/或其他屬性)，以改進檢測能力並避免不同檢測區中之錯誤。
發送至傳輸器電極之傳輸器信號於鍵盤上之各檢測區內產生電場。每一區之電場線分別標示1010及1011。雖然此實施中相同驅動器用於傳輸器電極，在另一實施中，不同驅動器可用於每一傳輸器電極。
由每一傳輸器電極產生之電場係由對準傳輸器電極之一或多接收器電極1003接收。電場於傳輸器電極及各接收器電極之間延伸。電場線中之擾動(由檢測範圍中手或其他物件之存在或移動造成)係於來自接收器電 極之接收器信號中反映，且檢測器1004產生每一檢測區中製造擾動後電場之頻譜。
可個別分析每一區中之頻譜以映射區中物件的接近或移動。最後接近或追蹤信號接著可輸出至主機裝置之控制器1005。額外地或取代地，每一區之頻譜可處理為單一頻譜以產生整合接近或追蹤信號而輸出至主機裝置控制器。主機裝置包括記憶體以儲存不同類型接近或追蹤信號及將於主機裝置上實施之預定資訊、作業或功能間之預定關係。
圖11顯示用於追蹤相對於鍵盤之檢測區中手或其他物件之接近及/或移動之感應器的另一實施例。此實施例包括鍵1104，其往復進出鍵盤框架530中之孔。此實施例亦包括支撐板1103。然而，與先前實施例不同，係從導電塗料形成傳輸器電極1101及接收器電極1102。
依據一實施，塗料之傳輸器電極1101係形成於鍵盤框架530之底面上，且接收器電極係形成於此相同框架之頂面上。在此實施中，傳輸器電極及接收器電極間之分離距離可相應於鍵盤框架之厚度。在此實施中，支撐板1103可以金屬製成，因此鍵盤框架及支撐板之間無印刷電路板。墊、導線或其他導電連接可耦接傳輸器電極及接收器電極以驅動及檢測電路。
在此實施例之另一實施中，支撐板1103可以非導電材料製成，且相應於傳輸器電極之導電塗料可施加 於支撐板。在任一上述實施中，導電塗料可連續施加於鍵盤框架之頂面的所有或部分預定區域以形成接收器電極，或可以導電塗料塗敷鍵盤框架之頂面的分立區域以形成相應數量接收器電極。
而且，鍵盤框架之底面(或取代地，非導電支撐板之頂面)可以下列方式被覆導電塗料，連續被覆以形成具鍵盤之相應位置上之一檢測區的單一傳輸器電極，或於分立區域中被覆以形成多分離傳輸器電極而形成多檢測區。因為在該些實施例中排除印刷電路板，可配置具電場接近/追蹤感應器之較薄鍵盤。
雖然圖11中顯示感應器相應於鍵盤之一或多鍵，在替代實施中，導電塗料可施加於鍵盤、鍵盤框架、及/或甚至包括鍵盤之主機電子裝置之外殼的其他非導電表面。例如，導電塗料可施加於以非導電材料製成之鍵盤框架的角落。藉由以導電塗料被覆一或多鍵盤角落(無設鍵之處)之頂面及底面而形成傳輸器電極及接收器電極，可形成不同或額外檢測區。
額外地或取代地，筆記型電腦、墊式、艙式、或個人電腦(PC)機架之非導電框架的不同表面可被覆導電塗料以形成電場接近/追蹤感應器，用於實施PC之各式功能。
在前述實施中，導電塗料可為透明或眼睛無法看見之特定顏色，或可於鍵盤框架或機架之頂面上的導電塗料之上施加另一顏色塗料，以混入或隱藏電極。額外 地或取代地，導電塗料之上可施加一或多非導電保護被覆或結構以延長電極之有用壽命及/或避免於使用期間損壞。
而且，如文中所說明，先前討論之導電塗料可理解為包括導電塗料層、導電墨水、導電粉末、或導電膜。
本說明書中任何提及「實施例」意即結合實施例所說明之特定部件、結構、或特性係包括於本發明之至少一實施例中。在說明書中各處出現之該等用語不一定均指相同實施例。此外，當結合任何實施例說明特定部件、結構、或特性時，被主張是在熟悉本技藝之人士的能力範圍內可以影響結合其他實施例之該等部件、結構、或特性。而且，文中所說明之任一實施例的特徵可與來自額外實施例之一或多其他實施例的特徵組合。
此外，為易於理解，若干功能方塊可描繪為獨立方塊；然而，該些分別描繪之方塊不應一定解譯為依所討論或文中呈現之順序。例如，若干方塊可例如以其他順序或同時實施。
儘管文中已參照若干描繪實施例說明本發明，應理解的是熟悉本技藝之人士可設計許多其他修改及實施例，其將落入本發明之原理的精神及範圍內。更特別地，前述揭露、圖式及附加申請項之範圍內之組成部分及/或主題組合配置中可實施合理的變化及修改而未偏離本發明之精神。除了組成部分及/或配置中之變化及修改 外，對於熟悉本技藝之人士而言，其他用途亦將是顯而易見的。
10‧‧‧傳輸器電極
20‧‧‧接收器電極
25‧‧‧孔
30‧‧‧金屬支撐板
40‧‧‧印刷電路板

Claims (22)

  1. 一種設備，包含：第一電極，用以傳輸信號；以及至少一第二電極，用以接收該信號，其中：該第一電極係位於鍵盤總成之第一層級上，該第二電極係位於該鍵盤總成之第二層級上，該信號之傳輸係用以於該第一電極及該第二電極之間產生電場，該電場依據該第一電極及該第二電極間之距離而產生於該鍵盤總成之上。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一電極及該第二電極間之該電場係用以相應於第一檢測範圍以檢測該鍵盤總成上之物件的接近或移動。
  3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一層級係用以相應於該鍵盤總成之支撐板，及該第二層級係用以相應於該支撐板上之該鍵盤總成的表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一電極為該鍵盤總成之金屬支撐板，及該第二電極為該支撐板上之該鍵盤總成的印刷電路板。
  5. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一電極係在該鍵盤總成之支撐板的表面，及該第二電極係位於該支撐板之上。
  6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一電極為在該鍵盤總成之框架之第一表面的導電層，及該第二電極為在該鍵盤總成之該框架之第二表面的導電層。
  7. 如申請專利範圍第6項之設備，其中，該第一導電層或該第二導電層之至少一者為導電塗料層。
  8. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一電極及該第二電極間之該距離相應於耦接至該第二電極之印刷電路板的厚度。
  9. 如申請專利範圍第1項之設備，其中：該第二電極係位於鄰近該鍵盤總成之至少一鍵，以及該第一電極係至少部分位於該至少一鍵及該第二電極之下。
  10. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該第一電極及該第二電極間之該電場係用以於該鍵盤總成之至少一鍵之上延伸。
  11. 如申請專利範圍第1項之設備，進一步包含：第三電極，用以傳輸信號；以及至少一第四電極，用以接收該信號，其中：該第三電極及該第四電極間之該信號之傳輸係用以於該第三電極及該第四電極之間產生電場，該第一電極及該第二電極間之該電場係用以相應於第一檢測範圍以檢測該鍵盤總成上之物件的接近或移動，以及該第三電極及該第四電極間之該電場係用以相應於第二檢測範圍以檢測該鍵盤總成上之相同或另一物件的接近或移動。
  12. 如申請專利範圍第11項之設備，其中，該第一 檢測範圍與該第二檢測範圍不同。
  13. 如申請專利範圍第1項之設備，其中，該範圍係依據該第一電極之尺寸。
  14. 一種鍵盤總成，包含：至少一鍵；第一電極，用以傳輸信號；以及至少一第二電極，用以接收該信號，其中：該第一電極至少部分位於該第二電極之下，及至少部分位於該至少一鍵之下，第二電極係在該至少一鍵，以及該信號之傳輸係用以於該第一電極及該第二電極之間產生電場，該電場依據該第一電極及該第二電極間之距離而產生於該鍵盤總成之上。
  15. 如申請專利範圍第14項之鍵盤總成，其中，該第一電極及該第二電極間之該電場係用以相應於第一檢測範圍以檢測該鍵盤總成上之物件的接近或移動。
  16. 如申請專利範圍第14項之鍵盤總成，其中，該第一電極相應於該鍵盤總成之金屬支撐板，及該第二電極耦接至該支撐板上之該鍵盤總成的表面。
  17. 如申請專利範圍第16項之鍵盤總成，其中，耦接至該第二電極之該表面為該支撐板上之印刷電路板的表面。
  18. 如申請專利範圍第14項之鍵盤總成，進一步包含： 框架，其中：該第一電極為在該框架之第一表面的導電層，以及該第二電極為在該框架之第二表面的導電層。
  19. 如申請專利範圍第18項之鍵盤總成，其中，該第一導電層或該第二導電層之至少一者為導電塗料層。
  20. 如申請專利範圍第14項之鍵盤總成，其中，該第一電極及該第二電極間之該距離相應於耦接至該第二電極之印刷電路板的厚度。
  21. 如申請專利範圍第14項之鍵盤總成，其中，該第一電極及該第二電極間之該電場係用以於該鍵盤總成之該至少一鍵之上延伸。
  22. 如申請專利範圍第14項之鍵盤總成，其中：該至少一鍵延伸通過印刷電路板中之孔，該第一電極係位於該孔之下，以及該第二電極係耦接至鄰近該孔之該印刷電路板的位置。
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