TWI688164B - 偵測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種偵測裝置，包括：一螺線結構、一鄰近感測器、一貫通元件、一靜電場增強元件，以及一非導體基板。該螺線結構具有一第一端和一第二端。該鄰近感測器係耦接至該第一螺線結構之該第一端。該靜電場增強元件係鄰近於該螺線結構。該螺線結構之該第一端係經由該貫通元件耦接至該靜電場增強元件，而該螺線結構之該第二端為一開路端。該第一靜電場增強元件係用於增加該偵測裝置之指向性。該非導體基板係介於該螺線結構和該靜電場增強元件之間，其中該貫通元件係穿透該非導體基板。

Description

偵測裝置
本發明係關於一種偵測裝置(Detection Device)，特別係關於一種能增加可偵測距離(Detectable Distance)之偵測裝置。
隨著行動通訊技術的發達，行動裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、行動電話、多媒體播放器以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，行動裝置通常具有無線通訊的功能。有些涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：行動電話使用2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些則涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
天線元件(Antenna Element)為具有無線通訊功能之行動裝置之必要組成。為了符合政府對於特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之規範，設計者通常會在行動裝置中加入鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)來控制關於天線元件之射頻(Radio Frequency，RF)功率。然而，鄰近感測器之感測板(Sensing Pad)之形狀往往受週遭元件所限制，此 將縮短鄰近感測器之可偵測距離(Detectable Distance)。是以，有必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之問題。
在較佳實施例中，本發明提供一種偵測裝置，包括：一第一螺線結構，具有一第一端和一第二端；一鄰近感測器，耦接至該第一螺線結構之該第一端；一第一貫通元件；一第一靜電場增強元件，鄰近於該第一螺線結構，其中該第一螺線結構之該第一端係經由該第一貫通元件耦接至該第一靜電場增強元件，該第一螺線結構之該第二端為一開路端，而該第一靜電場增強元件係用於增加該偵測裝置之指向性；以及一第一非導體基板，介於該第一螺線結構和該第一靜電場增強元件之間，其中該第一貫通元件係穿透該第一非導體基板。
在一些實施例中，該第一靜電場增強元件為一第一金屬平面。
在一些實施例中，該第一螺線結構之線寬介於0.3mm至0.5mm之間。
在一些實施例中，該第一螺線結構之任二條相鄰導線之間距係小於或等於0.3mm。
在一些實施例中，該第一螺線結構係大致平行於該第一靜電場增強元件，而該第一螺線結構和該第一靜電場增強元件之間距係小於2mm。
在一些實施例中，該第一螺線結構之垂直投影係完全位於該第一靜電場增強元件之內部。
在一些實施例中，該偵測裝置更包括：一第二螺線結構，具有一第一端和一第二端；一第二貫通元件；一第二靜電場增強元件，鄰近於該第二螺線結構，其中該第二螺線結構之該第一端係經由該第二貫通元件耦接至該第二靜電場增強元件，而該第二螺線結構之該第二端為一開路端；以及一第二非導體基板，介於該第二螺線結構和該第二靜電場增強元件之間，其中該第二貫通元件係穿透該第二非導體基板。
在一些實施例中，該第二靜電場增強元件為一第二金屬平面。
在一些實施例中，該偵測裝置更包括：一連接部，耦接於該第一螺線結構之該第一端和該第二螺線結構之該第一端之間。
在一些實施例中，該第一螺線結構、該第二螺線結構，以及該連接部界定出一非金屬缺口區域，一天線元件之垂直投影係完全位於該非金屬缺口區域之內部，使得該天線元件之輻射場型不會受到偵測裝置之負面影響。
100、200、300、600‧‧‧偵測裝置
110‧‧‧第一螺線結構
111‧‧‧第一螺線結構之第一端
112‧‧‧第一螺線結構之第二端
120‧‧‧第一貫通元件
130‧‧‧第一靜電場增強元件
240‧‧‧第一非導體基板
350‧‧‧鄰近感測器
400‧‧‧行動裝置
410‧‧‧底座外殼
420‧‧‧鍵盤框架
430‧‧‧天線元件
440‧‧‧邊緣元件
450‧‧‧量測探針
520、560‧‧‧傳統感測板
660‧‧‧第二螺線結構
661‧‧‧第二螺線結構之第一端
662‧‧‧第二螺線結構之第二端
670‧‧‧第二貫通元件
680‧‧‧第二靜電場增強元件
685‧‧‧第二非導體基板
690‧‧‧連接部
695‧‧‧非金屬缺口區域
D1、D2‧‧‧間距
DT‧‧‧可偵測距離
W1‧‧‧線寬
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之俯視圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之剖面圖。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之俯視圖。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置之側視圖。
第5A圖係顯示一傳統感測板之俯視圖。
第5B圖係顯示另一傳統感測板之俯視圖。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之俯視圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝 置(Detection Device)100之俯視圖。偵測裝置100可應用於一行動裝置(Mobile Device)，例如：一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。如第1圖所示，偵測裝置100至少包括：一第一螺線結構(Spiral Structure)110、一第一貫通元件(Via Element)120，以及一第一靜電場增強元件(Electrostatic-Field Enhancement Element)130。在一些實施例中，第一螺線結構110、第一貫通元件120，以及第一靜電場增強元件130皆以金屬材質所製成，例如：銅、銀、鋁、鐵，或是其合金。
第一靜電場增強元件130係鄰近於第一螺線結構110。在一些實施例中，第一靜電場增強元件130為一第一金屬平面(Metal Plane)。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：5mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。第一螺線結構110具有一第一端111和一第二端112，其中第一螺線結構110之第一端111係經由第一貫通元件120耦接至第一靜電場增強元件130，而第一螺線結構110之第二端112為一開路端(Open End)。詳細而言，第一螺線結構110之第一端111可以位於第一螺線結構110之最外圍處，而第一螺線結構110之第二端112可以位於第一螺線結構110之正中心處。第一螺線結構110於第一靜電場增強元件130上可具有一垂直投影(Vertical Projection)，而此垂直投影可以完全位於第一靜電場增強元件130之內部。換言之，第一螺線結構110之總面積係小於或等於第一靜電場增強元件130之總面積。
在操作原理方面，第一螺線結構110、第一貫通元件120，以及第一靜電場增強元件130三者之組合可視為一複合感測板(Compound Sensing Pad)。第一螺線結構110之設計可使其上之電流僅能流經單一路徑，以克服傳統感測板上電流發散之問題。第一靜電場增強元件130可用於增加偵測裝置100之指向性(Directivity)。另外，根據實際量測結果，若以第一貫通元件120耦接第一螺線結構110之第一端111至第一靜電場增強元件130，則可改善第一靜電場增強元件130之功效，使得偵測裝置100之可偵測距離(Detectable Distance)將能有效地增長。例如，偵測裝置100之可偵測距離可達約15mm，但亦不僅限於此。
在一些實施例中，偵測裝置100之元件尺寸和元件設定可如下列所述。第一螺線結構110之線圈匝數可以大於或等於3。第一螺線結構110之線寬W1可介於0.3mm至0.5mm之間。第一螺線結構110之任二條相鄰導線之間距D1可小於或等於0.3mm。第一靜電場增強元件130之長度可小於或等於10mm，而第一靜電場增強元件130之寬度亦可小於或等於10mm。以上參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最大化偵測裝置100之可偵測距離。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置200之剖面圖。第2圖和第1圖相似。在第2圖之實施例中，偵測裝置200更包括一第一非導體基板(Nonconductive Substrate)240。例如，第一非導體基板240可以是一FR4(Flame Retardant 4)基板或是一塑膠基板(Plastic Substrate)。第一非導 體基板240係介於第一螺線結構110和第一靜電場增強元件130之間，其中第一螺線結構110可固定於第一非導體基板240上，而第一貫通元件120可穿透第一非導體基板240並耦接於第一螺線結構110和第一靜電場增強元件130之間。第一螺線結構110、第一非導體基板240，以及第一靜電場增強元件130三者可以大致互相平行，其中第一螺線結構110和第一靜電場增強元件130之間距D2(或第一非導體基板240之厚度)可以小於2mm，以改善第一靜電場增強元件130之功效。第2圖之偵測裝置200之其餘特徵皆與第1圖之偵測裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置300之俯視圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中，偵側裝置300更包括一鄰近感測器(Proximity Sensor，P-sensor)350，其中鄰近感測器350係耦接至第一螺線結構110之第一端111和第一貫通元件120。鄰近感測器350可利用第一螺線結構110、第一貫通元件120，以及第一靜電場增強元件130所形成之複合感測板來偵測鄰近之任何導體元件。例如，複合感測板和導體元件之間可形成一等效電容器(Effective Capacitor)，而鄰近感測器350可藉由分析此等效電容器之電容值(Capacitance)來估計複合感測板和導體元件之間距。第3圖之偵測裝置300之其餘特徵皆與第1圖之偵測裝置100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之行動裝置400之側視圖。在第4圖之實施例中，行動裝置400為一筆記 型電腦，其至少包括一底座外殼(Base Housing)410、一鍵盤框架(Keyboard Frame)420、一天線元件(Antenna Element)430，以及一邊緣元件(Edge Element)440。邊緣元件440係連接於鍵盤框架420和底座外殼410之間。必須理解的是，鍵盤框架420和底座外殼410即分別指筆記型電腦中俗稱之「C件」和「D件」。天線元件430係鄰近於鍵盤框架420，而前述之偵測裝置100(或200、300)係設置於底座外殼410之內。當對行動裝置400進行特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)之檢測程序時，一量測探針(Measurement Probe)450係朝向底座外殼410發射其最大功率(Full Power)。在偵測裝置100可偵測到量測探針450之前提下，量測探針450與底座外殼410之最大間距即可視為偵測裝置100之可偵測距離DT。然而，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，可偵測距離DT亦可指偵測裝置100(或200、300)之複合感測板與任一待測導體(例如：金屬元件或人體)之間之一最大距離，而在此最大距離內，偵測裝置100皆可輕易發現到此待測導體之存在。
第5A圖係顯示一傳統感測板520之俯視圖。傳統感測板520呈現一完整矩形。根據實際量測結果，傳統感測板520通常因為其上電流發散流往不同方向，而導致對應之偵測裝置具有較短之偵測距離，例如：僅約11mm。
第5B圖係顯示另一傳統感測板560之俯視圖。傳統感測板560呈現一不完整矩形。傳統感測板560之缺口係被行動裝置中之其他元件所佔用。根據實際量測結果，傳統感測板560通常因為其上電流發散流往不同方向且總面積不足，而導致對 應之偵測裝置具有更短之偵測距離，例如：小於10mm。
第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置600之俯視圖。第6圖和第1、2、3圖相似。在第6圖之實施例中，偵測裝置600更包括一第二螺線結構660、一第二貫通元件670、第二靜電場增強元件680、一第二非導體基板685，以及一連接部(Connection Element)690，其中第二螺線結構660、第二貫通元件670、第二靜電場增強元件680，以及連接部690皆可用金屬材質製成。第二靜電場增強元件680係鄰近於第二螺線結構660。在一些實施例中，第二靜電場增強元件680為一第二金屬平面。第二螺線結構660具有一第一端661和一第二端662，其中第二螺線結構660之第一端661係經由第二貫通元件670耦接至第二靜電場增強元件680，而第二螺線結構660之第二端662為一開路端。第二螺線結構660之第一端661可以位於第二螺線結構660之最外圍處，而第一螺線結構660之第二端662可以位於第二螺線結構660之正中心處。第二螺線結構660於第二靜電場增強元件680上可具有一垂直投影，而此垂直投影可以完全位於第二靜電場增強元件680之內部。第二非導體基板685可以介於第二螺線結構660和第二靜電場增強元件680之間，其中第二螺線結構660可固定於第二非導體基板685上，而第二貫通元件670可穿透第二非導體基板685並耦接於第二螺線結構660和第二靜電場增強元件680之間。為簡化圖式，第6圖之第一非導體基板240和第二非導體基板685兩者皆以透明元件來表示。第二螺線結構660、第二非導體基板685，以及第二靜電場增強元件680三者可以大致互相平行(類似第2圖所示 者)，其中第二螺線結構660和第二靜電場增強元件680之間距(或第二非導體基板685之厚度)可以小於2mm。大致而言，第一螺線結構110與第二螺線結構660可沿偵測裝置600之一中央線而呈現對稱分佈。連接部690可以大致為一直條形。連接部690係耦接於第一螺線結構110之第一端111和第二螺線結構660之第一端661之間。亦即，連接部690係耦接於第一貫通元件120和第二貫通元件670之間，使得第一螺線結構110和第二螺線結構660皆耦接至鄰近感測器350。由於第一螺線結構110和第二螺線結構660能共用鄰近感測器350，故偵測裝置600之可偵測距離將能進一步提升。另外，第一螺線結構110、第二螺線結構660，以及連接部690可界定出一非金屬缺口區域(Non-metal Notch Region)695，而此非金屬缺口區域695可大致呈現一矩形，其中前述天線元件430之垂直投影完全可位於此非金屬缺口區域695之內部，使得天線元件430之輻射場型(Radiation Pattern)不會受到偵測裝置600之負面影響。第6圖之偵測裝置600之其餘特徵皆與第1、2、3圖之偵測裝置100、200、300類似，故這些實施例均可達成相似之操作效果。
本發明提出一種新穎之偵測裝置，根據實際量測結果，即使在設計空間被週遭元件限制之情況下，所提之偵測裝置仍能增加其可偵測距離達至少約36%(例如，由原本11mm上升至15mm)，使得對應之行動裝置能通過特定吸收率檢測之機率將大幅提高。
值得注意的是，以上所述之元件尺寸和元件參數皆非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些 設定值。本發明之偵測裝置並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之偵測裝置當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧偵測裝置
110‧‧‧第一螺線結構
111‧‧‧第一螺線結構之第一端
112‧‧‧第一螺線結構之第二端
120‧‧‧第一貫通元件
130‧‧‧第一靜電場增強元件
D1‧‧‧間距
W1‧‧‧線寬

Claims (7)

  1. 一種偵測裝置，包括：一第一螺線結構，具有一第一端和一第二端；一鄰近感測器，耦接至該第一螺線結構之該第一端；一第一貫通元件；一第一靜電場增強元件，鄰近於該第一螺線結構，其中該第一螺線結構之該第一端係經由該第一貫通元件耦接至該第一靜電場增強元件，該第一螺線結構之該第二端為一開路端，而該第一靜電場增強元件係用於增加該偵測裝置之指向性；一第一非導體基板，介於該第一螺線結構和該第一靜電場增強元件之間，其中該第一貫通元件係穿透該第一非導體基板；一第二螺線結構，具有一第一端和一第二端；一第二貫通元件；一第二靜電場增強元件，鄰近於該第二螺線結構，其中該第二螺線結構之該第一端係經由該第二貫通元件耦接至該第二靜電場增強元件，而該第二螺線結構之該第二端為一開路端；一第二非導體基板，介於該第二螺線結構和該第二靜電場增強元件之間，其中該第二貫通元件係穿透該第二非導體基板；以及一連接部，耦接於該第一螺線結構之該第一端和該第二螺線結構之該第一端之間； 其中該第一螺線結構、該第二螺線結構，以及該連接部界定出一非金屬缺口區域，一天線元件之垂直投影係完全位於該非金屬缺口區域之內部，使得該天線元件之輻射場型不會受到偵測裝置之負面影響。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該第一靜電場增強元件為一第一金屬平面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該第一螺線結構之線寬介於0.3mm至0.5mm之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該第一螺線結構之任二條相鄰導線之間距係小於或等於0.3mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該第一螺線結構係大致平行於該第一靜電場增強元件，而該第一螺線結構和該第一靜電場增強元件之間距係小於2mm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該第一螺線結構之垂直投影係完全位於該第一靜電場增強元件之內部。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該第二靜電場增強元件為一第二金屬平面。
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