TWI461974B - Three - dimensional micro - input device - Google Patents

Description

三維微型輸入裝置

本發明係關於一種三維微型輸入裝置，尤其關於一種可輸入多重訊息之觸控裝置。

習知技術中，電子資訊產品利用一人機輸入介面進行輸入，尤其是具觸控輸入功能的人機輸入介面，例如筆記型電腦的觸控板(Touch pad)，或者個人數位助理(PDA)、PDA行動電話(PDAphone)、智慧型行動電話(Smart phone)等觸控螢幕(Touch screen)。

觸控螢幕之觸控方式主要係以兩種技術達成，一種為電阻式觸控方式，另一種為電容式觸控方式。傳統上，電阻式觸控方式係可以應用於任何物體的接觸，例如觸控筆或者手指的接觸。然而，電阻式觸控方式其缺點係為一接觸點僅視為單一訊息的輸入。而利用電容式觸控方式的技術優點，在於可以同時接受兩點的輸入以組合成更多功能的應用，並且視為兩個訊息的輸入。根據兩點的輸入間作相互間的離開或靠近的功能，用以驅動人機輸入介面，例如將照片放大或縮小。然而，電阻式或電容式觸控方式，只能做一維或二維的訊息輸入，亦即除單點輸入命令，還需要額外按壓按鍵來做多重指令的下達。

此外，利用電阻式或電容式觸控方式實施之裝置其體積略顯大， 操作不易，例如於手持智慧型行動電話裝置進行指令的輸入時，當點選命令或選項之後，必須再離開畫面，再用手來按壓按鍵來做多重指令的下達，其無法以較人性化的單手操作，在使用上十分困難。隨著電子產品輕薄短小的趨勢，觸控裝置的微小化更是一重要趨勢。

再者，在電子資訊產品之構造上，習知的利用電阻或電容式觸控方式之裝置可視為二部分，一為觸控感測單元，另一部分係為觸控感測積體電路(IC)。電阻或電容式之感測單元係製作於例如玻璃基板或其他高分子基板，因此不易與IC整合製作於其上，其不利於整體成本的下降，且於組裝之後的尺寸也較大，不易進行微小化。

本發明之一目的，係提供一種三維微型輸入裝置，其可利用一物體來進行多維的輸入與控制。

本發明之另一目的，係提供一種三維微型輸入裝置，其可藉由感測模組感測物體的凹凸狀態，並且藉以辨識該物體的紋路，當手指或物體在感測模組位移時，控制器會換算出手指相對位移的距離，控制單元伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向之該第一作動狀態而產生一訊號資料。

為達上述目的，本發明係提供一種三維微型輸入裝置，其包含一基板、一感測模組、一多方控制模組與一控制單元。該感測模組係設置於該基板上，具有複數感測單元，藉由該物體於該感測模組之一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態之複數感測訊號 。該多方控制模組具有複數多方控制單元，係設置於該基板上，藉由該物體於該多方控制模組之一第二作動狀態，產生對應該第二作動狀態之複數多方控制訊號。該控制單元係電連接該感測模組與該多方控制模組，用以接收與處理該些感測訊號與該些多方控制訊號。其中，該些感測訊號係伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向之該第一作動狀態而產生，而該些多方控制訊號係伴隨著包含以一第三維運動方向之該第二作動狀態而產生。

藉此，本發明之一種三維微型輸入裝置，使得一手指壓在該感測模組上面，並且取得具有紋脊與紋谷之該指紋，並且藉由該手指於該感測模組上的移動，產生對應該指紋的位移，使得一處理單元可將該指紋紋路的位移轉換為平面位移座標，其中係利用該處理單元快速地且連續地擷取手指的紋脊與紋谷，再根據指紋之紋脊與紋谷於該感測模組的位移變化，轉換成為相對的平面位移座標。且本發明之一種三維微型輸入裝置，除了該感測模組外，更包含有一選擇控制單元，係被該些多方控制單元所環繞設置，並且以該第三維運動方向作動，用以產生一選擇控制訊號。其中，該多方控制模組與該選擇控制單元的輸入方向係與物體在該感測模組之移動方向垂直，並且藉由按壓以進行選擇性的輸入。此外，該多方控制模組、該選擇控制單元和該感測模組的輸入，其係分別可透X、Y與Z軸的方向進行輸入，用以形成三維的輸入裝置。

10、52‧‧‧三維微型輸入裝置

12、20、30‧‧‧感測模組

14‧‧‧按鍵板

16‧‧‧選擇按鍵

OBJ‧‧‧物體

22‧‧‧基板

24、32‧‧‧感測單元

26、40‧‧‧控制單元

242‧‧‧導體層

244‧‧‧支撐結構層

246‧‧‧懸浮觸控層

AG‧‧‧間隙

F‧‧‧手指

42‧‧‧放大器

44‧‧‧類比/數位轉換單元

46‧‧‧處理電路

48‧‧‧輸入/輸出單元

50‧‧‧控制邏輯單元

54‧‧‧電子裝置

第一圖係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之示意圖。

第二圖係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之一感測模組示意圖。

第三圖係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之一感測模組示意圖。

第四圖係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之控制單元方塊圖。

第五圖係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之示意圖。

配合以下之較佳實施例之敘述與圖式說明，本發明之目的、實施例、特徵、及優點將更為清楚。

本發明係揭露一種三維微型輸入裝置。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述並配合第一圖至第五圖之圖式。

參考第一圖，係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之示意圖。於本實施例中，三維微型輸入裝置10包含一感測模組12、一按鍵板14與一選擇按鍵16。感測模組12具有複數感測單元，並且設置於一基板(如第二圖所示)上，藉由一物體OBJ於該感測模組12之一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態之複數感測訊號。其中，該些感測訊號係伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向之該第一作動狀態而產生。舉例而言，該第一作動狀態係可為該物體OBJ於該感測模組12上進行該第一維運動方向與該第二維運動方向的移動。再者，藉由偵測該物體OBJ之一表面圖樣(或為凹凸變化)，再藉由該感測模組12擷取該物體OBJ之表面圖樣，而產生該些感測訊號，例如該物體OBJ係可為手指，而手指之該表面圖樣/凹凸變化係指紋之紋脊與紋谷的變化。該 按鍵板14係為一多方控制模組，具有複數多方控制單元，係設置於該基板上，藉由該物體OBJ於該多方控制模組之一第二作動狀態，產生對應該第二作動狀態之複數多方控制訊號，例如該按鍵板14係由上方、下方、左方與右方之一四方控制單元所組成，用以提供四向的方向控制。此外，該按鍵板14可朝一第三維運動方向按壓進行命令的輸入。該選擇按鍵16係為一選擇控制單元，其輸入的方向係與物體OBJ在該感測模組12之移動方向垂直，用以產生一選擇控制訊號。藉由按壓該按鍵板14與該選擇按鍵16，可以進行選擇性的輸入。上述中，該第一維運動方向、該第二維運動方向與該第三維運動方向係分別為朝向X軸、Y軸與Z軸運動之方向，亦即該物體OBJ係分別地透過X、Y與Z三軸的方向進行輸入，用以形成三維微型輸入裝置10。

參考第二圖，係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之一感測模組示意圖。於本實施例中，一感測模組20包含一基板22、複數感測單元24及一控制單元26。該些感測單元24係設置於該基板22上，用以感測一物體之不同部分接觸於該些感測單元24上時所產生之物理量變化，並且產生複數個感測訊號。該些感測單元24更包含複數個導體層242、一支撐結構層244與一懸浮觸控層246。該些導體層242係設置於該基板22上。該支撐結構層244亦同樣設置於基板22上以及各個導體層242之周圍。該懸浮觸控層246係設置於該些導體層242與支撐結構層244上，並且該懸浮觸控層246與各個導體層242之間形成一間隙AG，各個感測單元24之各個懸浮觸控層246亦可被該物體OBJ之不同部分接觸，以產生物理量變化，並進而轉變成感測訊號。舉例而言，若感測單元24為電容 式的感測單元，則藉由該物體OBJ與該些電容式感測單元的接觸，產生對應的電容值變化。此外，於本實施例中，該些感測單元24之間隙AG彼此相通。然而，於其他實施例中，此等感測單元24之間隙AG亦可以彼此不連通，端視使用的方式而定。

此外，該懸浮觸控層246於未受壓變形時係為平行於該基板的一平面。亦即，本發明的設計可使得該些感測單元24所組成之感測模組20，可以採用平面的方式形成於接觸面上。其中，每一感測單元24係可具有一獨立的該懸浮觸控層246，或所有感測單元24亦可共用一懸浮觸控層246。此外，該懸浮觸控層246係可為一導體層或一非導體層。

該控制單元26形成於該基板22上，並分別地電連接至該些感測單元24，用以接收與處理該些感測訊號。再者，該感測模組20亦更包含複數個上連接墊(圖中未示)，其係設置於該基板22之上，且電連接至該控制單元26。該感測模組20亦更包含複數個下連接墊，係與該上連接墊(圖中未示)透過至少一電連接線而與外部的一處理單元(圖中未示)電連接，用以傳送與接收外部的一控制訊號。舉例來說，係可電連接到系統主機上及按鍵板上或者系統主機，以透過電連接該感測模組20，並進而控制該感測模組20。

參考第三圖，係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之一感測模組示意圖。於本實施例中，該感測模組30係實施為平行於一基板的一平面。當使用者將手指F或其他物體置放在上三維微型輸入裝置時，該感測模組30中的一些感測單元32與手指F接觸。於此，手指F可以被視為一個導體，於此該感測模組30係為電容式。該感測模組30中的該導體層與該懸浮觸控層決定了一電容值 ，藉由偵測對應的該電容值，三維微型輸入裝置30可擷取手指F的指紋/表面圖樣。當該手指F滑動時，藉由與該些感測單元32電連接之一控制單元或者一外部的計算裝置，其可以利用該手指F滑動之作動/位移方式，運算出該手指F於兩個時間點之間的相對運動，進而產生對應的位置偏移量。此外，於本實施例中，上述兩個時間內所截取的資料，係以一陣列資料型態儲存，使得產生對應的位置偏移量可更加精準。此外，藉由上述的作動方式，三維微型輸入裝置可作為直接從手指F擷取指紋之指紋感測器，其詳述如下。

當使用者將手指F或其他物體置放在三維微型輸入裝置時，三維微型輸入裝置中感測單元32的某些感測單元與手指F中的一紋脊接觸，使得產生對應該紋脊的一第一電容值；而某些感測單元與手指F中的一紋谷接觸，使得產生對應該紋脊的一第二電容值。其中，該第一電容值係與該第二電容值不同。並且藉由擷取該第一電容值與該第二電容值，可判斷出手指F的指紋/表面圖，該些感測單元32電連接之一控制單元，手指F在裝置樣該上滑動之作動/位移方式，控制單元運算出該手指F於兩個時間點之間的相對運動，進而產生對應的位置偏移量。

參考第四圖，係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置之控制單元方塊圖。於本實施例中，一控制單元40包含一放大器42、一類比/數位轉換單元44、一處理電路46、一輸入/輸出單元48及一控制邏輯單元50。該放大器42係與上述實施例中的該些感測單元電連接，用以放大該些感測訊號。該類比/數位轉換單元44電連接至該放大器42，用以將來自該放大器42之類比的該些感測訊號 轉換為數位的該些感測訊號。該處理電路46係電連接至該類比/數位轉換器44。該輸入/輸出單元48係電連接至該處理電路46。該控制邏輯單元50係與該放大器42、該類比/數位轉換單元44、處理電路46與該輸入/輸出單元48電連接，並且用以控制其運作。此外，該控制單元40更可包含一記憶單元(圖中未示)，用以儲存該些感測訊號。

參考第五圖，係為本發明於一實施例之三維微型輸入裝置實施於電子裝置之示意圖。於本實施例中，將三維微型輸入裝置52設置於一電子裝置54上，於此電子裝置54係為一行動電話。值得注意的是，電子裝置54係可包含一數位相機、一個人助理(PDA)、一桌上型電腦、一筆記型電腦、一電視或可使用三維微型輸入裝置52之裝置上。

僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10‧‧‧三維微型輸入裝置

12‧‧‧感測模組

14‧‧‧按鍵板

16‧‧‧選擇按鍵

OBJ‧‧‧物體

Claims (14)

1. 一種三維微型輸入裝置，用以感測一物體，其包含：一基板；一感測模組，具有複數感測單元，係設置於該基板上，藉由該物體於該感測模組之一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態之複數感測訊號；一多方控制模組，具有複數多方控制單元，係設置於該基板上，藉由該物體於該多方控制模組之一第二作動狀態，產生對應該第二作動狀態之複數多方控制訊號，且該多方控制模組係由上方、下方、左方與右方之一四方控制單元所組成，也可為任一組合方式；以及一控制單元，係電連接該感測模組與該多方控制模組，用以接收與處理該些感測訊號與該些多方控制訊號；其中該些感測訊號係伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向之該第一作動狀態而產生，而該些多方控制訊號係伴隨著包含以一第三維運動方向之該第二作動狀態而產生。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，其中該些感測單元係以陣列的方式排列，用以感測該物體之一表面圖樣，並且藉由該感測模組擷取該物體之該表面圖樣，而產生該些感測訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，其中該第一維運動方向、該第二維運動方向與該第三維運動方向係分別為朝向 X軸、Y軸與Z軸運動之方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，更包含一選擇控制單元，係被該些多方控制單元所環繞設置，並且以該第三維運動方向作動，用以產生一選擇控制訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，該些感測單元更包含：一導體層，係設置於該基板上；一支撐結構層，係設置環繞該導體層與該基板之周緣；以及一懸浮觸控層，係設置於該導體層與該支撐結構層上，且該導體層與該懸浮觸控層之間具有一間隙。
6. 如申請專利範圍第5項所述之三維微型輸入裝置，其中該物體於該懸浮觸控層作動，以產生該作動狀態。
7. 如申請專利範圍第5項所述之三維微型輸入裝置，其中該懸浮觸控層係為一導體層或一非導體層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，更包含一上連接墊，係設置於該基板上，與該控制單元電連接。
9. 如申請專利範圍第8項所述之三維微型輸入裝置，更包含一下連接墊，係與該上連接墊透過至少一電連接線而與外部的一處理單元電連接，用以傳送與接收外部的一控制訊號。
10. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，其中該物體係為一手指。
11. 如申請專利範圍第10項所述之三維微型輸入裝置，其中該些感測單元係對應該手指之一紋脊與一紋谷而分別地產生不同之該些感測訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之三維微型輸入裝置，其中，該控制 單元或外部的該處理單元根據該些感測訊號以判斷該手指之該紋脊與該紋谷。
13. 如申請專利範圍第1項所述之三維微型輸入裝置，其中該控制單元更包含：一放大器，係與該些感測單元電連接，用以放大該些感測訊號；一類比/數位轉換單元，係與該放大器電連接，用以將來自該放大器之類比的該些感測訊號轉換為數位的該些感測訊號；一處理電路，係與該類比/數位轉換單元電連接；一輸入/輸出單元，係與該處理電路電連接；以及一控制邏輯單元，係與該放大器、該類比/數位轉換單元、該處理電路及該輸入/輸出單元電連接，並且用以控制其運作。
14. 如申請專利範圍第13項所述之三維微型輸入裝置，更包含一記憶單元，用以儲存該些感測訊號。