三維微型輸入裝置的製作方法

2023-10-11 11:58:04

專利名稱：三維微型輸入裝置的製作方法
技術領域：
本發明關於一種三維微型輸入裝置，尤其關於一種可輸入多重信息的觸控裝置。
背景技術：
習知技術中，電子信息產品利用一人機輸入界面進行輸入，尤其是具觸控輸入功 能的人機輸入界面，例如筆記型電腦的觸控板(Touch pad)，或者個人數字助理(PDA)、PDA 行動電話(PDA phone)、智能型行動電話(Smart phone)等觸控熒幕(Touch screen)。觸控熒幕的觸控方式主要以兩種技術達成，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為一接觸點僅視為單一信息的輸入。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 兩個信息的輸入。根據兩點的輸入間作相互間的離開或靠近的功能，用以驅動人機輸入界 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信息輸 入，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的裝置其體積略顯大，操作不易，例如於 手持智能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，在電子信息產品的構造上，習知的利用電阻或電容式觸控方式的裝置可視 為二部分，一為觸控感測單元，另一部分為觸控感測集成電路(IC)。電阻或電容式的感測單 元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。

發明內容
本發明的目的在於，解決現有電阻式或電容式觸控熒幕只能做一維或二維的信息 輸入，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的技術問題。為達上述目的，本發明提供一種三維微型輸入裝置，其包含一基板、一感測模塊、 一多方控制模塊與一控制單元。該感測模塊設置於該基板上，具有多個感測單元，通過該物 體於該感測模塊的一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態的多個感測信號。該多方控 制模塊具有多個多方控制單元，設置於該基板上，通過該物體於該多方控制模塊的一第二 作動狀態，產生對應該第二作動狀態的多個多方控制信號。該控制單元電連接該感測模塊 與該多方控制模塊，用以接收與處理所述感測信號與所述多方控制信號。其中，所述感測信 號伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向的該第一作動狀態而產生，而所述 多方控制信號伴隨著包含以一第三維運動方向的該第二作動狀態而產生。藉此，本發明的一種三維微型輸入裝置，使得一手指壓在該感測模塊上面，並且取 得具有紋脊與紋谷的該指紋，並且通過該手指於該感測模塊上的移動，產生對應該指紋的
4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，其中利用該處理單元 快速地且連續地採集手指的紋脊與紋谷，再根據指紋的紋脊與紋谷於該感測模塊的位移變 化，轉換成為相對的平面位移座標。且本發明的一種三維微型輸入裝置，除了該感測模塊 外，更包含有一選擇控制單元，被所述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信號。其中，該多方控制模塊與該選擇控制單元的輸入方向與物 體在該感測模塊的移動方向垂直，並且通過按壓以進行選擇性的輸入。此外，該多方控制模 塊、該選擇控制單元和該感測模塊的輸入，其分別可透X、Y與Z軸的方向進行輸入，用以形 成三維的輸入裝置。本發明的有益效果在於，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；可通過感測模塊感測物體的凹凸狀態，並且藉以辨識該物體的紋路，當手 指或物體在感測模塊位移時，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的該第一作動狀態而產生一信號數據；更包含有 一選擇控制單元，以第三維運動方向作動，用以產生一選擇控制信號，從而提供三維的輸入 功能。


圖1為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的示意圖；圖2為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的一感測模塊示意圖；圖3為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的一感測模塊示意圖；圖4為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的控制單元方塊圖；圖5為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的示意圖。附圖標記說明10,52-三維微型輸入裝置；12、20、30_感測模塊；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-模擬/數字轉換單元；46-處理電路； 48-輸入/輸出單元；50-控制邏輯單元；54-電子裝置。
具體實施例方式配合以下的較佳實施例的敘述與圖式說明，本發明的目的、實施例、特徵、及優點 將更為清楚。本發明揭露一種三維微型輸入裝置。為了使本發明的敘述更加詳盡與完備，請參 照下列描述並配合圖1至圖5的圖式。參考圖1，為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的示意圖。於本實施例中，三 維微型輸入裝置10包含一感測模塊12、一按鍵板14與一選擇按鍵16。感測模塊12具有 多個感測單元，並且設置於一基板(如圖2所示)上，通過一物體OBJ於該感測模塊12的 一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態的多個感測信號。其中，所述感測信號伴隨著包 含以一第一維運動方向與一第二維運動方向的該第一作動狀態而產生。舉例而言，該第一 作動狀態可為該物體OBJ於該感測模塊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，通過檢測該物體OBJ的一表面圖樣(或為凹凸變化)，再通過該感測模塊12採集該物體OBJ的表面圖樣，而產生所述感測信號，例如該物體OBJ可為手指，而手指的該 表面圖樣/凹凸變化指紋的紋脊與紋谷的變化。該按鍵板14為一多方控制模塊，具有多個 多方控制單元，設置於該基板上，通過該物體OBJ於該多方控制模塊的一第二作動狀態，產 生對應該第二作動狀態的多個多方控制信號，例如該按鍵板14由上方、下方、左方與右方 的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為一選擇控制單元，其輸入的方向與物體OBJ 在該感測模塊12的移動方向垂直，用以產生一選擇控制信號。通過按壓該按鍵板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 第三維運動方向分別為朝向X軸、Y軸與Z軸運動的方向，亦即該物體OBJ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。參考圖2，為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的一感測模塊示意圖。於本實 施例中，一感測模塊20包含一基板22、多個感測單元24及一控制單元26。所述感測單元 24設置於該基板22上，用以感測一物體的不同部分接觸於所述感測單元24上時所產生的 物理量變化，並且產生多個個感測信號。所述感測單元24更包含多個個導體層242、一支撐 結構層244與一懸浮觸控層246。所述導體層242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的周圍。該懸浮觸控層246設置於所述導體 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的各個懸浮觸控層246亦可被該物體OBJ的不同部分接觸，以產生物理量 變化，並進而轉變成感測信號。舉例而言，若感測單元24為電容式的感測單元，則通過該物 體OBJ與所述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，所述 感測單元24的間隙AG彼此相通。然而，於其他實施例中，此等感測單元24的間隙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於未受壓變形時為平行於該基板的一平面。亦即，本發明 的設計可使得所述感測單元24所組成的感測模塊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，並分別地電連接至所述感測單元24，用以接收 與處理所述感測信號。再者，該感測模塊20亦更包含多個個上連接墊(圖中未示)，其設置 於該基板22之上，且電連接至該控制單元26。該感測模塊20亦更包含多個個下連接墊， 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信號。舉例來說，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塊20，並進而控制該感測模塊20。參考圖3，為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的一感測模塊示意圖。於本 實施例中，該感測模塊30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，該感測模塊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，於此該感測模塊30為電容式。該感測模塊30中的該導體層與 該懸浮觸控層決定了一電容值，通過檢測對應的該電容值，三維微型輸入裝置30可採集手 指F的指紋/表面圖樣。當該手指F滑動時，通過與所述感測單元32電連接的一控制單元 或者一外部的計算裝置，其可以利用該手指F滑動的作動/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 間內所截取的數據，以一陣列數據型態儲存，使得產生對應的位置偏移量可更加精準。此 外，通過上述的作動方式，三維微型輸入裝置可作為直接從手指F採集指紋的指紋感測器， 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，該第一電容值與該第二電容值不同。並且通過採集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，所述感測單元32電連接的一控制單元，手指F在裝置樣該上 滑動的作動/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。參考圖4，為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置的控制單元方塊圖。於本實 施例中，一控制單元40包含一放大器42、一模擬/數字轉換單元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與上述實施例中的所述感測單元電 連接，用以放大所述感測信號。該模擬/數字轉換單元44電連接至該放大器42，用以將來 自該放大器42的模擬的所述感測信號轉換為數字的所述感測信號。該處理電路46電連接 至該模擬/數字轉換器44。該輸入/輸出單元48電連接至該處理電路46。該控制邏輯單 元50與該放大器42、該模擬/數字轉換單元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更可包含一存儲單元(圖中未示)，用以儲 存所述感測信號。參考圖5，為本發明於一實施例的三維微型輸入裝置實施於電子裝置的示意圖。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為一移動 電話。值得注意的是，電子裝置54可包含一數字相機、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的裝置上。以上對本發明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業技術人員理解，在權利要 求限定的精神與範圍之內可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發明的 保護範圍內。
權利要求
一種三維微型輸入裝置，用以感測一物體，其特徵在於，包含一基板；一感測模塊，具有多個感測單元，設置於該基板上，通過該物體於該感測模塊的一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態的多個感測信號；一多方控制模塊，具有多個多方控制單元，設置於該基板上，通過該物體於該多方控制模塊的一第二作動狀態，產生對應該第二作動狀態的多個多方控制信號；以及一控制單元，電連接該感測模塊與該多方控制模塊，用以接收與處理所述感測信號與所述多方控制信號；所述感測信號伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向的該第一作動狀態而產生，而所述多方控制信號伴隨著包含以一第三維運動方向的該第二作動狀態而產生。
2.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，所述感測單元以陣列的方式 排列，用以感測該物體的一表面圖樣，並且通過該感測模塊採集該物體的該表面圖樣，而產 生所述感測信號。
3.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，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分別為朝向X軸、Y軸與Z軸運動的方向。
4.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，該多方控制模塊由上方、下 方、左方與右方的一四方控制單元所組成，也可為任一組合方式。
5.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，更包含一選擇控制單元，被所 述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信號。
6.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，所述感測單元更包含 一導體層，設置於該基板上；一支撐結構層，設置環繞該導體層與該基板的周緣；以及一懸浮觸控層，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。
7.如權利要求6所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，該物體於該懸浮觸控層作動， 以產生該作動狀態。
8.如權利要求6所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，該懸浮觸控層為一導體層或一非導體層。
9.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，更包含一上連接墊，設置於該 基板上，與該控制單元電連接。
10.如權利要求9所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，更包含一下連接墊，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信號。
11.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，該物體為一手指。
12.如權利要求11所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，所述感測單元對應該手指 的一紋脊與一紋谷而分別地產生不同的所述感測信號。
13.如權利要求12所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，該控制單元或外部的該處 理單元根據所述感測信號以判斷該手指的該紋脊與該紋谷。
14.如權利要求1所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，該控制單元更包含 一放大器，與所述感測單元電連接，用以放大所述感測信號；一模擬/數字轉換單元，與該放大器電連接，用以將來自該放大器的模擬的所述感測 信號轉換為數字的所述感測信號；一處理電路，與該模擬/數字轉換單元電連接； 一輸入/輸出單元，與該處理電路電連接；以及一控制邏輯單元，與該放大器、該模擬/數字轉換單元、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。
15.如權利要求14所述的三維微型輸入裝置，其特徵在於，更包含一存儲單元，用以儲 存所述感測信號。
全文摘要
本發明為一種三維微型輸入裝置，其包含一基板、一感測模塊、一多方控制模塊與一控制單元。該感測模塊設置於該基板上，具有多個感測單元，通過該物體於該感測模塊的一第一作動狀態，產生對應該第一作動狀態的多個感測信號。該多方控制模塊具有多個多方控制單元，設置於該基板上，通過該物體於該多方控制模塊的一第二作動狀態，產生對應該第二作動狀態的多個多方控制信號。該控制單元電連接該感測模塊與該多方控制模塊，用以接收與處理所述感測信號與所述多方控制信號。其中，所述感測信號伴隨著包含以一第一維運動方向與一第二維運動方向的該第一作動狀態而產生，而所述多方控制信號伴隨著包含以一第三維運動方向的該第二作動狀態而產生。
文檔編號G06F3/041GK101968692SQ20091015206
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者莊鎮豪, 邱立國 申請人:茂暉科技股份有限公司