TWI687856B - 輸入裝置及電子裝置 - Google Patents

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TWI687856B TW107135812A TW107135812A TWI687856B TW I687856 B TWI687856 B TW I687856B TW 107135812 A TW107135812 A TW 107135812A TW 107135812 A TW107135812 A TW 107135812A TW I687856 B TWI687856 B TW I687856B
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許文杰
宋岳洲
蘇逸翔
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緯創資通股份有限公司
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Abstract

本發明揭露一種輸入裝置及具有該輸入裝置之電子裝置。該輸入裝置包含一結構框架、一觸控板、一壓電片及與該觸控板與該壓電片電連接之一控制器。該觸控板具有一第一側、相對該第一側之一第二側、及一觸控面。該第一側固定於該結構框架上。該觸控面包含一按鍵區，該按鍵區位於該第二側，該觸控板可彈性撓曲使得該第二側可相對該結構框架移動。該壓電片固定於該觸控板上並於該觸控板彈性撓曲時產生一電壓。當該控制器判斷一按壓位於該按鍵區且該電壓大於或等於一對應的預設值時，該控制器發出一觸發信號。

Description

輸入裝置及電子裝置
本發明關於一種輸入裝置，尤指一種觸控板。
於筆記型電腦中，其觸控板通常包含一個觸控區及二個按鍵，可用以替代滑鼠的操作。於某些筆記型電腦中，其觸控板以單一觸控板件並於其下方撘配一個實體開關實作。當使用者按壓該觸控板件以使該開關被觸發時，其控制器將判斷此時觸碰位置以決定將此使用者的操作視為左鍵或右鍵的按壓操作。然而，該開關通常是設置在該觸控板件的側邊中間處，故原則上當使用者使用相同力量按壓該觸控板件不同處時，該觸控板件對應該開關處的部分會產生不同的位移，此可能造成該開關無法有效被觸發。從另一方面而言，若使用者非正對該開關位置按壓該觸控板件，使用者需以較大的力量按壓以確保該開關被有效觸發，造成使用上的不便。
鑑於先前技術中的問題，本發明之一目的在於提供一種輸入裝置，利用一壓電片以決定是否發出代表按鍵被觸發之信號。
根據本發明之輸入裝置包含一結構框架、一觸控板、一壓電片及一控制器。該觸控板具有一第一側、一第二側及一觸控面，該第一側與該第二側相對，該第一側固定於該結構框架上，該觸控面包含一按鍵區，該按鍵區位於該第二側，該觸控板可彈性撓曲使得該第二側可相對該結構框架移動。該壓電片固定於該觸控板上，該壓電片於該觸控板彈性撓曲時產生一電壓。該控制器 與該觸控板與該壓電片電連接。其中，當該控制器判斷一按壓位於該按鍵區且該電壓大於或等於一對應的預設值時，該控制器發出一觸發信號。藉此，透過設計對應的預設值，無論使用者按壓該按鍵區的那個部分，該控制器均能有效地發出觸發信號。
本發明之另一目的在於提供一種電子裝置，其輸入裝置利用一壓電片以決定是否發出代表按鍵被觸發之信號。
根據本發明之電子裝置包含一顯示幕、一輸入裝置及一處理器。該輸入裝置包含一結構框架、一觸控板、一壓電片及一控制器。該處理器與該顯示幕及該輸入裝置之該控制器電連接。該觸控板具有一第一側、一第二側及一觸控面，該第一側與該第二側相對，該第一側固定於該結構框架上，該觸控面包含一移動區及一按鍵區，該按鍵區位於該移動區與該第二側之間，該觸控板可彈性撓曲使得該第二側可相對該結構框架移動。該壓電片固定於該觸控板上，該壓電片於該觸控板彈性撓曲時產生一電壓。該控制器與該觸控板與該壓電片電連接。其中，當該控制器判斷一按壓位於該按鍵區且該電壓大於或等於一對應的預設值時，該控制器發出一觸發信號，該處理器接收該觸發信號以控制該顯示幕顯示畫面。藉此，透過設計對應的預設值，無論使用者按壓該按鍵區的那個部分，該控制器均能有效地發出觸發信號，該處理器能正確地回應使用者之操作。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1:電子裝置
12:第一機體
120:第一殼體
122:顯示幕
14:第二機體
140:第二殼體
142:處理器
144:鍵盤
146:輸入裝置
1460:結構框架
14602:抵靠部
14604:擋止部
1462:觸控板
14622:第一側
14624:第二側
14626:觸控面
14628:移動區
14630:按鍵區
14632:左鍵區
14634:右鍵區
1464:壓電片
1466:控制器
1468:彈性支撐結構
1470:彈臂
14702:斜向段
14704:弧形段
1472:彈簧
1474:第一磁鐵
1476:第二磁鐵
1478:弧形滑槽
14782:封閉端
14784:開口端
1480:彈簧
d1、d2:彈性撓曲量
F1:局部極大值
F2:局部極小值
P1、P2、P3、P4、P5、P6:位置
S100、S120、S140、S160、S180:實施步驟
圖1為根據一實施例之一電子裝置之示意圖。
圖2為圖1中電子裝置之功能方塊圖。
圖3為圖1中電子裝置之輸入裝置之觸控板之俯視圖。
圖4為圖1中電子裝置沿線X-X之剖面示意圖。
圖5為輸入裝置回應按壓操作之流程圖。
圖6為輸入裝置之彈性支撐結構提供觸控板之回復力對觸控板的彈性撓曲量之變化曲線圖。
圖7為輸入裝置根據彈性支撐結構之一實施例之沿圖1中線Y-Y之剖面示意圖。
圖8為圖7中觸控板被向下按壓之剖面示意圖。
圖9為輸入裝置根據彈性支撐結構之另一實施例之沿圖1中線X-X之剖面示意圖。
圖10為圖9中觸控板被向下按壓之剖面示意圖。
請參閱圖1至圖2。根據一實施例之一電子裝置1(例如但不限於筆記型電腦)包含一第一機體12、與第一機體12連接之一第二機體14。第一機體12包含一第一殼體120及容置於第一殼體120之一顯示幕122(例如但不限於液晶顯示裝置)。第二機體14包含一第二殼體140及容置於第二殼體140之一處理器142、一鍵盤144及一輸入裝置146。第一機體12與第二殼體140樞接。處理器142與顯示幕122、鍵盤144及輸入裝置146電連接。處理器142能控制顯示幕122之運作，且接收來自鍵盤144及輸入裝置146之輸入並回應(例如控制顯示幕122顯示畫面)。於本實施例中，關於電子裝置1之其他說明可參照習見筆記型電腦之組成及其功能，不另贅述。例如處理器142得以一電路板模組(例如包含一印刷電路板及電性固定於印刷電路板上之處理晶片、記憶體及其他電子元件)實現。例如電子裝置1還包含儲存裝置(例如硬碟)、週邊裝置連接介面等(均未顯示於圖中)。
請併參閱圖3及圖4。輸入裝置146包含一結構框架1460、一觸控板1462、一壓電片1464及一控制器1466。為簡化說明，於本實施例中，結構框架1460為第二殼體140之一部分，故於圖中以同一剖面線表示。但於實作上，結構 框架1460可為一獨立構件，再與第二殼體140結合。觸控板1462具有一第一側14622、一第二側14624及一觸控面14626。第一側14622與第二側14624相對。觸控面14626即位於觸控板1462的上表面，用以接收使用者的觸碰、按壓操作。觸控面14626包含一移動區14628及一按鍵區14630(於圖3中以虛線框示意其範圍)，按鍵區14630位於移動區14628與第二側14624之間。相對於結構框架1460，觸控板1462以懸臂結構的方式經由第一側14622固定於結構框架1460，故觸控板1462可彈性撓曲使得第二側14624可相對結構框架1460移動；於圖4中，以虛線表現觸控板1462撓曲。壓電片1464固定於觸控板1462的下表面上(於圖1中以虛線框表示其位置)，故壓電片1464隨著觸控板1462的撓曲亦會產生形變。基於壓電效應(piezoelectric effect)，壓電片1464於觸控板1462彈性撓曲時會產生一電壓。於本實施例中，壓電片1464鄰近第一側14622，壓電片1464呈條狀且平行於第一側14622延伸，但不以此為限。控制器1466與觸控板1462與壓電片1464電連接(以粗實線表示於圖4中)，故控制器1466可接收來自觸控板1462的觸碰感測信號及來自壓電片1464的電壓信號(即感測該電壓)。控制器1466亦與處理器142電連接(以粗實線表示於圖4中)。於實作上，控制器1466可由一電路板模組(例如包含一印刷電路板及電性固定於印刷電路板上之處理晶片、記憶體及其他電子元件)實現。
當使用者按壓觸控板1462不同的地方，觸控板1462產生不同的撓曲，壓電片1464會產生不同的電壓，故可透過控制器1466預先儲存對應的預設值，以判斷控制器1466是否需對使用者的按壓回應。於本實施例中，按鍵區14630包含一左鍵區14632及一右鍵區14634(即分別對應滑鼠的左鍵及右鍵)，控制器1466原則上對使用者實施於左鍵區14632及右鍵區14634的按壓回應，故控制器1466會預先儲存對應左鍵區14632及右鍵區14634各部分的對應的預設值。例如，如圖3所示，以五個位置P1-P5(以十字標記於圖3中)為代表，進行對應按鍵區14630的預設值設定。以一定力(例如約165克重)分別按壓位置P1-P5，即可量 測到壓電片1464產生的電壓，例如分別為6伏特、3伏特、4伏特、3伏特、6伏特，即作為對應按鍵區14630的對應的預設值。前述對應的預設值設定可於出廠前實施，但不以此為限。又，於實作上，得以更多的設置位置以代表對應按鍵區14630的預設值。
於使用時，當控制器1466判斷一按壓位於按鍵區14630且壓電片1464產生的電壓大於或等於一對應的預設值時，控制器1466發出一觸發信號。如圖5之流程圖所示，觸控板1462接收一按壓，如步驟S100所示；控制器1466透過觸控板1462的觸碰感測信號可判斷出該按壓之位置，且透過壓電片1464的電壓信號可判斷出壓電片1464產生的電壓，如步驟S120所示；控制器1466判斷該按壓之位置位於按鍵區14630內且壓電片1464產生的電壓大於或等於一對應的預設值之條件是否成立，如步驟S140所示；若步驟S140判斷結果為是，則控制器1466發出一觸發信號，如步驟S160所示；若步驟S140判斷結果為否，則控制器1466不回應(即不發出信號)，如步驟S180所示。其中，於本實施例中，按鍵區14630尚區分為左鍵區14632及右鍵區14634，故於步驟S160中，該觸發信號係對應該按壓之位置。例如當該按壓之位置落於左鍵區14632內時，該觸發信號可代表左鍵觸發；當該按壓之位置落於右鍵區14634內時，該觸發信號可代表右鍵觸發。處理器142接收此觸發信號後，控制顯示幕122顯示畫面並可為其他作動。例如顯示被按壓的按鈕圖示，又或關閉視窗、開啟應用程式等。處理器142對收此觸發信號之回應原則上視應用程式設計而定，不以此為限。
例如，當使用者觸碰並按壓如圖3中位置P6時，控制器1466透過觸控板1462的觸碰感測信號可判斷出位置P6，並透過壓電片1464的電壓信號可判斷出壓電片1464產生的電壓是否大於或等於對應的預設值。其中，於實作上，因位置P6相對靠近位置P1，故可將對應位置P1的預設值(即6伏特)視為對應位置P6的對應的預設值，並判斷壓電片1464產生的電壓是否大於或等於6伏特。又或， 因位置P6位於位置P1與位置2之間，故可將對應位置P1及位置2的預設值(即6伏特及3伏特)以內插的方式(根據位置P6相對於位置P1與位置2之相對位置)得出對應位置P6的對應的預設值，並判斷壓電片1464產生的電壓是否大於或等於此對應的預設值。若判斷結果為是，控制器1466發出代表代表左鍵觸發之觸發信號(因位置P6位於左鍵區14632內)。
於本實施例中，輸入裝置146還包含一彈性支撐結構1468(以剖面方塊表示於圖4中)連接至結構框架1460及觸控板1462。當觸控板1462彈性撓曲時，彈性支撐結構1468提供觸控板1462一回復力，以驅使觸控板1462回復原位。如圖6所示，該回復力隨著觸控板1462的彈性撓曲量變化而變化，其中，觸控板1462的彈性撓曲量得以觸控板1462的第二側14624的垂直位移量表示，此垂直位移量相當於使用者按壓按鍵區14630之手指位移。該回復力具有一局部極大值F1，對應彈性撓曲量d1。該回復力還具有一局部極小值F2。局部極大值F1與局部極小值F2之差值可提供使用者按壓觸控板1462時之手感。實際上，雖然使用者實際感受的反作用力(即由彈性變形的觸控板1462對使用者手指施加之反作用力)包含彈性支撐結構1468提供觸控板1462的回復力及彈性變形的觸控板1462本身的回彈力，但此回彈力原則上呈線性變化，故使用者實際感受的手感(即按壓力量變化的感覺)主要仍是由局部極大值F1與局部極小值F2之差值決定。因此，原則上可透過設計局部極大值F1與局部極小值F2之差值可實現所需手感。
請參閱圖7及圖8。於一實施例中之彈性支撐結構1468連接至觸控板1462的第二側14624並包含二彈臂1470及一彈簧1472，彈臂1470相對設置，彈簧1472設置於該兩個彈臂1470之間。每一個彈臂1470自觸控板1462的下表面延伸並包含一斜向段14702及一弧形段14704，弧形段14704位於斜向段14702與觸控板1462之間。結構框架1460具有二抵靠部14602，分別對應該兩個彈臂1470。當觸控板1462彈性撓曲時(例如使用者向下按壓觸控板1462)，彈臂1470的斜向段 14702及弧形段14704滑動抵靠對應的抵靠部14602(或謂抵靠部14602相對滑動抵靠斜向段14702及弧形段14704)，使得彈臂1470彈性變形(或謂彈性撓曲)。如圖7所示，斜向段14702相對於弧形段14704呈現一陡坡，相對的，弧形段14704相對於斜向段14702呈現一緩坡(上述之緩坡和陡坡係由弧形段14704和鉛直線的夾角以及斜向段14702和鉛直線的夾角來看)。圖7所示之彈性支撐結構1468可提供觸控板1462相似於圖6之回復力(由彈臂1470及彈簧1472之回彈力提供)，當斜向段14702與弧形段14704連接處滑動抵靠抵靠部14602時(或謂抵靠部14602相對滑過斜向段14702與弧形段14704連接處時)，彈性支撐結構1468對觸控板1462提供之回復力達到局部極大值F1。此外，於本實施例中，抵靠部14602亦作為一擋止部，對應按鍵區14630(參閱圖3)位於觸控板1462下方。當觸控板1462繼續被使用者向下按壓至擋止於抵靠部14602時(如圖8所示)，對應觸控板1462的彈性撓曲量d2(如圖6所示)，此彈性撓曲量d2相當於使用者按壓按鍵區14630之行程。當使用者再繼續向下對觸控板1462施力時，因抵靠部14602的擋止作用，使用者自觸控板1462接收的反作用力會急劇升高。另外，於實作上，彈臂1470可利用彈性片材彎折成形。又，圖7所示之彈性支撐結構1468的彈臂1470數量不以兩個為限，例如一個或更多個均可。又，圖7所示之彈性支撐結構1468的彈簧1472亦可省略不用。
請參閱圖9及圖10。於一實施例中之彈性支撐結構1468連接至觸控板1462的第二側14624並包含一第一磁鐵1474、一第二磁鐵1476、一弧形滑槽1478及一彈簧1480。弧形滑槽1478設置於結構框架1460，第一磁鐵1474滑動設置於弧形滑槽1478內，彈簧1480設置於弧形滑槽1478內並連接至第一磁鐵1474及弧形滑槽1478。於本實施例中，弧形滑槽1478具有一封閉端14782及一開口端14784，開口端14784朝向觸控板1462，彈簧1480設置於封閉端14782與第一磁鐵1474之間。第二磁鐵1476對應第一磁鐵1474固定於觸控板1462，使得第一磁鐵 1474與第二磁鐵1476間產生一斥力。於本實施例中，弧形滑槽1478之延伸路徑(以虛線表示於圖9及圖10中)於開口端14784處之延伸方向垂直於觸控板1462。於觸控板1462尚未彈性撓曲時(例如被未使用者按壓時)，第一磁鐵1474實質上位於開口端14784，故此時該斥力驅使第一磁鐵1474與第二磁鐵1476的運動方向(以鏈線表示於圖9及圖10中)重合。當使用者向下按壓觸控板1462，第二磁鐵1476接近第一磁鐵1474，使得該斥力增加，同時該斥力亦開始推動第一磁鐵1474沿弧形滑槽1478向下滑動。當第一磁鐵1474與第二磁鐵1476的運動方向夾角越來越大(或謂運動方向不平行的程度越來越大)，該斥力減少。因此，圖9所示之彈性支撐結構1468可提供觸控板1462相似於圖6之回復力(由該斥力直接提供)。當第一磁鐵1474與第二磁鐵1476間之斥力由增加變化為減少時，彈性支撐結構1468對觸控板1462提供之回復力達到局部極大值F1。此外，於本實施例中，結構框架1460具有一擋止部14604，對應按鍵區14630(參閱圖3)位於觸控板1462下方。當觸控板1462繼續被使用者向下按壓至擋止於擋止部14604時(如圖10所示)，對應觸控板1462的彈性撓曲量d2(如圖6所示)，此彈性撓曲量d2相當於使用者按壓按鍵區14630之行程。當使用者再繼續向下對觸控板1462施力時，因擋止部14604的擋止作用，使用者自觸控板1462接收的反作用力會急劇升高。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
140:第二殼體
1460:結構框架
1462:觸控板
14622:第一側
14624:第二側
14626:觸控面
14628:移動區
14630:按鍵區
1464:壓電片
1466:控制器
1468:彈性支撐結構

Claims (11)

  1. 一種輸入裝置，包含：一結構框架；一觸控板，具有一第一側、一第二側及一觸控面，該第一側與該第二側相對，該第一側固定於該結構框架上，該觸控面包含一按鍵區，該按鍵區位於該第二側，該觸控板可彈性撓曲使得該第二側可相對該結構框架移動；一壓電片，固定於該觸控板上，該壓電片於該觸控板彈性撓曲時產生一電壓；以及一控制器，與該觸控板與該壓電片電連接；其中，當該控制器判斷一按壓位於該按鍵區且該電壓大於或等於一對應的預設值時，該控制器發出一觸發信號。
  2. 如請求項1所述之輸入裝置，更包含一彈性支撐結構，連接至該結構框架及該觸控板，其中當該觸控板彈性撓曲時，該彈性支撐結構提供該觸控板一回復力，該回復力隨著該觸控板的彈性撓曲量變化而變化且具有一局部極大值。
  3. 如請求項2所述之輸入裝置，其中該彈性支撐結構連接至該觸控板的第二側。
  4. 如請求項2所述之輸入裝置，其中該彈性支撐結構包含至少一彈臂，該彈臂自該觸控板延伸並包含一斜向段及一弧形段，該弧形段位於該斜向段與該觸控板之間，該結構框架具有一抵靠部，當該觸控板彈性撓曲時，該斜向段及該弧形段滑動抵靠該抵靠部。
  5. 如請求項4所述之輸入裝置，其中該至少一彈臂數量為二，該彈性支撐結構包含一彈簧，設置於該兩個彈臂之間。
  6. 如請求項2所述之輸入裝置，其中該彈性支撐結構包含一第一磁鐵、一第二磁鐵、一弧形滑槽及一彈簧，該弧形滑槽設置於該結構框架，該第一磁鐵滑動設置於該弧形滑槽內，該彈簧設置於該弧形滑槽內並連接至該第一磁鐵及該弧形滑槽，該第二磁鐵對應該第一磁鐵固定於該觸控板。
  7. 如請求項1所述之輸入裝置，其中該壓電片鄰近該第一側。
  8. 如請求項7所述之輸入裝置，其中該壓電片呈條狀且平行於該第一側延伸。
  9. 如請求項1所述之輸入裝置，其中該結構框架具有一擋止部，對應該按鍵區位於該觸控板下方。
  10. 如請求項1所述之輸入裝置，其中該觸控面包含一移動區，該按鍵區位於該移動區與該第二側之間。
  11. 一種電子裝置，包含：一顯示幕；如請求項1至10其中之任一請求項所述之輸入裝置；以及一處理器，與該顯示幕及該輸入裝置之該控制器電連接，該處理器接收該觸發信號以控制該顯示幕顯示畫面。
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