具有壓電感測器件的電子輸入裝置的製作方法

2023-09-13 18:00:10 5

專利名稱：具有壓電感測器件的電子輸入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸入裝置，特別是一種具有壓電感測器件的電子輸入裝置。
背景技術：
已知膚電反應(galvanic skin response, GSR)的感測技術應用於生理情緒狀 況的量測裝置上，是在人們情緒狀態有所起伏時，量測皮膚內血管的舒張和收 縮，以及汗腺分泌的變動所引起的皮膚電阻變化。此量測裝置接觸人體的皮膚 後，通過分析皮膚阻抗的變化，人們便可因此量化生理上的壓力或情緒起伏等 狀態。
後來亦有業者將上述的量測裝置整合於電子輸入產品(如滑鼠、鍵盤及 電話等)的表面上，因此，使用者可在觸碰配置於這些產品表面的電極時，便 可測量使用者目前生理上的情緒起伏，以適時地提供相關信息，達到監控使用 者生理狀況的目的(如發出使用者需休息的信號)，或者達到指示使用者操 作電子輸入產品的目的(如感測到完成一指令後，才進行下一指令等)。
然而，由於不同使用者的操作習慣並不一致，導致於使用輸入產品時，對 膚電電極觸碰的程度大小亦有所不同。因此，當人體皮膚接觸電極的面積及壓 力不同時，其量測裝置所取得的膚電阻抗也有所差異。由此可知，電極的接觸 面積和使用的力道都必須要考慮，所取得的數據才會有效及準確，否則，依據 無效的數據所做的監控或指示的動作，便失去其真正意義。

發明內容
本發明提供一種具有壓電感測器件的電子輸入裝置，用以獲得較準確、有 用的壓電數據，以便輸入裝置可引用此準確的壓電數據，以更有意義地進行生 理狀態的監控或使用動作的指示。本發明具有壓電感測器件的電子輸入裝置中，輸入裝置的殼體表面上裝設 有一壓電感測層，壓電感測層與殼體內的一壓電控制電路電連接，壓電感測層 的上方覆蓋有一電極片，電極片分別與殼體內的一膚電控制電路電連接，當使 用者的皮膚接觸電極時，此電極量測膚電信號並傳遞至膚電控制電路上，同一 時間，壓電感測層可根據使用者通過電極片所觸壓於壓電感測層上的程度，而 傳遞對應的一壓電信號至壓電控制電路，如此，輸入裝置便可於壓電感測層被 觸壓至一預定程度時，而獲得有效數據的膚電信號。
根據本發明的一較佳實施例中，殼體表面可設置有多個壓電感測層，任一 壓電感測層皆獨立地與壓電控制電路電氣連接，並於使用者的觸壓下，令被壓 迫的各壓電感測層發出程度不一的壓電信號至壓電控制電路，待中央處理電路 接收各壓電信號後，即可存至此內存中，用以記錄使用者按壓各壓電感測層的 部位面積、形狀及施力重心分布的信息，以供後續的功能應用。
一般常用以檢測的機械式壓感技術，其在按壓時會因皮膚接觸電極的面積 及壓力不同而使電流的產生失真，而無法取得可信數據。然而，本發明可通過 壓電感測材料的高敏感度特性，通過常用的電子輸入裝置實時取得高可信度的 膚電數據。根據本發明一較佳實施例所述，本發明具有壓電感測器件的電子輸 入裝置不僅結構簡化、方便組裝，更重要的是可更有效地獲得準確的膚電信號。


為讓本發明的上述和其它目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附 圖式的詳細說明如下
圖1所示為本發明一較佳實施例滑鼠裝置的部份外觀分解圖。 圖2所示為本發明一較佳實施例輸入裝置的電路方框示意圖。 圖3所示為本發明另一較佳實施例滑鼠裝置的部份外觀分解圖。
具體實施例方式
以下將以圖示及詳細說明清楚說明本發明的精神，如熟悉此技術的人員在 了解本發明的實施例後，當可由本發明所披露的技術，加以改變及修飾，其並 不脫離本發明的精神與範圍。本發明的電子輸入裝置可為一滑鼠裝置、鍵盤裝置、搖杆裝置、軌跡球裝 置、手寫板裝置及網絡電話裝置等等，而本發明於下文中採用滑鼠裝置為例，
並請參閱圖l、 2所示，圖l所示為滑鼠裝置的部份外觀分解圖，而圖2所示 為本發明輸入裝置的電子方框示意圖，於滑鼠裝置的一殼體IO表面上配置有 一壓電感測層20。如圖1所示，滑鼠裝置1的殼體10表面上依序配置有一壓 電感測層20，一絕緣層50以及一電極片40，殼體10內更包括一控制電路30(圖 1中未示)。
於本例中，壓電感測層20包括一種壓電感測材料(piezoelectric transducer), 較佳如石英(quartz)、鈮酸鋰(LiNb03)、鉭酸鋰(LiTa03)、氮化鋁(A1N)、氧 化鋅(ZnO)、鈦酸鋇(BaTi03)、鋯鈦酸鉛(PbZrTi03)，或一高分子聚合物，例如 聚偏二氟乙烯樹脂(polyvinylidene difluoride, PVDF)等材料。
圖2所示為本發明輸入裝置的電子方框示意圖，其中壓電感測層20電連 接至殼體10內控制電路30的一壓電控制電路301，另一面則與一接地端31 相接。此時壓電感測層20與壓電控制電路301可共同被視為一壓電感測器件 (於本例中，壓電控制電路301更包括一量測電路)。當各壓電感測層20表面 受到一應力的壓迫後，各壓電感測層20就會產生機械-電子能量彼此轉換的現 象，而因此產生一壓電信號，並使壓電信號傳遞至壓電控制電路301。產生的 壓電信號，和施於其上的壓力，為一個可逆函數，在某些條件下，可以是線性 函數關係。因此，可以通過量測到的電壓值，回推出施於其上的壓力。
此外，電極片40與殼體10內控制電路30的一膚電控制電路302電連接， 當使用者的皮膚接觸電極片40時，即可通過皮膚接收膚電信號值(即GSR值)， 並傳遞此數值 至膚電控制電路302。較佳者，電極片40可由不鏽鋼或氯化銀 等導電材質所製成，且電極片40的數量亦不僅限於一個，而可有多個配置於 殼體10上的其它表面位置。於本例中，壓電感測層20與電極片40的面積相 當，而通過至少一個絕緣層50可使電極片40與壓電感測層20達到電氣隔絕 的效果，使得電極片40不致幹擾壓電感測層20。
在較佳的實施例中，除上述作為壓電量測電極的電極片40外，更可包括 一接地電極片(圖未示)。作為接地的電極片可忽略絕緣層50的使用，而可直 接和壓電感測層20接觸。另外，請參閱圖l、 2所示，殼體10內的控制電路30尚裝設有一中央處 理電路303 ，此中央處理電路303分別與壓電控制電路301及膚電控制電路302 電連接，此中央處理電路303內預先被設定一壓電信號有效範圍值(如 50mV)，當中央處理電路303同時獲得壓電信號及膚電信號後，判斷壓電信號 是否位於壓電信號有效範圍值內，若是，則進行膚電信號的校正並輸出，若否， 則忽略該膚電信號。
本例中，中央處理電路303可將壓電信號以量化的方式(如圖形或數字 等)呈現於一顯示單元60上(如外接的顯示器或殼體10上的屏幕等)，以 供使用者參考。當皮膚接觸並按壓電極片40，其下方的壓電感測層20也將因 通過電極片40被觸壓而發生一壓電信號，當中央處理電路303判斷此壓電信 號不位於所預設的壓電信號有效範圍值內，則中央處理電路303便由顯示單元 60發出一警告信號，告知使用者其觸壓的程度過小或過大。
反之，當中央處理電路303判斷出此壓電信號位於預設的壓電信號有效範 圍值內，則中央處理電路303便將上述壓電信號所對應的膚電信號，存入一內 存304內，以便後續的分析工作。如此，輸入裝置1便可於各壓電感測層20 被適當地觸壓時，而獲得有效的膚電信號，以便對使用者進行監控生理狀況
(如發出使用者需休息的信號)，或者指示操作步驟(如感測到完成一指 令後，才進行下一指令等)。
根據本發明的另一實施例中，請再參閱圖2、 3所示，圖3所示為一滑鼠 裝置的部份外觀分解圖，壓電感測層20的數量可以不只一個，而可為配置於 殼體10表面的多個壓電感測層20，並以矩陣的表現方式排列於殼體10表面， 且任一壓電感測層20皆獨立地與壓電控制電路301電氣連接。在使用者的觸 壓下，被壓迫的各壓電感測層20均會發出程度不一的壓電信號至壓電控制電 路301，待中央處理電路303接收各壓電信號後，即存至內存304中，用以記 錄使用者按壓各壓電感測層20所使用部位(如拇指或手掌等)的面積、形 狀及施力重心分布的信息，以供後續的功能應用。在此值得一提的是，被按壓 後的各壓電感測層20，其所發出的壓電信號不論是否位於上述壓電信號的有 效範圍值內，都可被存至此內存304中。
此外，如上述實施例中所說明壓電感測器件的功能應用模式，在取得使用 者按壓部位的面積、形狀及施力重心分布的信息後，可通過研發更符合人體工學的輸入裝置1的殼體10外型，以配合使用者習慣，並可因此取得更準確的 生理信息。
上述壓電感測器件的功能應用模式是以接觸使用者掌心的滑鼠裝置的殼 體表面為例說明，然而，滑鼠裝置上的左、右鍵ll、 12表面也可依序配置壓
電感測層20，絕緣層50以及電極片40，作為取得使用者生理信息的另一選擇。 當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但 這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1、一種具有壓電感測器件的電子輸入裝置，其特徵是，其至少包括一殼體；一壓電感測器件，包括至少一壓電感測層及一壓電控制電路，上述壓電感測層位於上述殼體表面上，上述壓電控制電路裝設於上述殼體內，且上述壓電感測層與上述壓電控制電路電連接；以及一電極片，位於上述壓電感測層上方，且與一膚電控制電路電連接；其中，當上述電極片接觸一皮膚部位，上述電極片傳遞一膚電信號至上述膚電控制電路，上述壓電感測層傳遞一壓電信號至上述壓電控制電路，且上述電子輸入裝置依據上述壓電信號，而對所接收的膚電信號進行處理。
2. 根據權利要求l所述的電子輸入裝置，其特徵是，其更包括一中央處 理電路，上述中央處理電路裝設於上述殼體內，分別與上述壓電控制電路及上 述膚電控制電路電連接。
3. 根據權利要求2所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中，上述中央處 理電路內設定有一壓電信號有效範圍值，並於接收上述壓電信號後判斷上述壓 電信號是否位於上述壓電信號有效範圍值內，若是，則進行上述膚電信號的校 正並輸出，若否，則忽略上述膚電信號。
4. 根據權利要求l所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中上述這些壓電 感測層呈現矩陣的排列方式。
5. 根據權利要求4所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中上述這些壓電 感測層皆獨立地與上述壓電控制電路電連接，並分別在被觸壓時發出對應的壓 電信號。
6. 根據權利要求l所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中上述壓電感測 層包含一壓電感測材料，其選自至少一由石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰、氮化鋁、 氧化鋅、鈦酸鋇、以及鋯鈦酸鉛所組成群組。
7. 根據權利要求6所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中上述壓電感測 材料為一高分子聚合物。
8. 根據權利要求7所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中上述高分子聚 合物為聚偏二氟乙烯樹脂。
9. 根據權利要求l所述的電子輸入裝置，其特徵是，其中上述電極片與 上述壓電感測層間更包括至少一絕緣層。
10. 根據權利要求l所述的電子輸入裝置，其特徵是，其為一滑鼠裝置、 鍵盤裝置、搖杆裝置、軌跡球裝置、手寫板裝置或網絡電話裝置。
全文摘要
一種具有壓電感測器件的電子輸入裝置，此電子輸入裝置具有一殼體，殼體的表面裝設有至少一壓電感測層，各壓電感測層的上方共同覆蓋一電極片。當使用者的皮膚接觸電極片時，此電極片可依序傳遞代表生理狀態的膚電信號至輸入裝置內，同時，各壓電感測層可根據使用者通過電極片而觸壓各壓電感測層的程度，而發出對應的壓電信號。故，各壓電感測層被觸壓至一合理程度時，輸入裝置便可獲得有效數據的膚電信號。
文檔編號G06F3/01GK101414214SQ200710181528
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月18日 優先權日2007年10月18日
發明者吳東格, 謝明傑 申請人:華碩電腦股份有限公司