TW202316257A - 具有存在偵測的電容式指向桿組件 - Google Patents

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李威龍
周志堅
謝琳祥
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美商賽納波狄克公司
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Abstract

一種指向桿組件，包含：一頭部，其具有組態為與一手指相接的一頂表面；一軸，其連接到該頭部，其中該軸組態為基於在該頭部向下按壓的一手指而向下移動，並基於使該頭部傾斜的一手指而傾斜；一第一感測器層，其包含一接收器電極和一發射器電極；一第二感測器層，其包含一發射器電極；以及一第三感測器層，其包含複數個接收器電極。該第一感測器層組態用於基於由該手指在該頭部的該頂表面上的存在而引起的該第一感測器層的該接收器電極和該發射器電極之間的一電容變化來偵測一手指的存在。

Description

具有存在偵測的電容式指向桿組件
本發明是有關於指向桿組件，且特別是有關於具有存在偵測的電容式指向桿組件。
包含接近感測器裝置(通常也稱為觸控板或觸控感測器裝置)和指向桿的輸入裝置廣泛用於各種電子系統中。
接近感測器裝置一般包含感測區域(其通常由表面劃分)，其中接近感測器裝置決定一個或多個輸入物件的存在、位置及/或運動。接近感測器裝置可用於為電子系統提供介面。例如，接近感測器裝置通常使用作為較大計算系統的輸入裝置(例如整合在筆記本電腦或桌上型電腦中或其外圍的不透明觸控板)。接近感測器裝置也經常用於較小的計算系統(例如整合在行動電話和平板電腦中的觸控螢幕)。這種觸控輸入裝置通常疊加在電子裝置的顯示器上、或以其他方式與電子裝置的顯示器相配合。
指向桿也整合在許多小型計算系統中，其中一些還包含接近感測器裝置。電容式的技術可用於實現指向桿，由此可基於發射器電極與一或多個接收器電極之間的電容變化來偵測施加到指向桿的向下壓力或傾斜力。電容的變化可對應於發射器電極層和接收器電極層之間的距離變化，其係由壓縮至少一部分間隔層的向下壓力及/或傾斜力所引起。通過使用多個接收器電極，還 可基於經由相應接收器電極所偵測到的電容的相應變化(或缺少電容)來決定與向下壓力及/或傾斜力相關聯的方向。
在一示例性實施例中，本發明提供一種系統，包含一種指向桿組件與一處理系統，其耦合至該指向桿組件。指向桿組件，包含：一頂表面，組態與一手指相接；一第一感測器層，其包含一接收器電極和一發射器電極；一第二感測器層，其包含一發射器電極；以及一第三感測器層，其包含複數個接收器電極。該處理系統組態為：使用多個第一感測信號來驅動該指向桿組件的該第一感測器層的該發射器電極，以進行存在偵測；基於回應於該等第一感測信號而經由該指向桿組件的該第一感測器層的該接收器電極所獲得的多個第一結果信號，決定在該指向桿組件的該頂表面上是否存在一手指；以及使用多個第二感測信號來驅動該第二感測器層的該發射器電極，以進行導航偵測。該指向桿組件的該第一感測器層比該指向桿組件的該第二感測器層和該第三感測器層更靠近該指向桿組件的該頂表面。
該處理系統可更組態為回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上存在一手指而開啟該導航偵測，以及回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上不存在一手指而關閉該導航偵測。
該處理系統可更組態為基於回應於該等第二感測信號而經由該指向桿組件的該第三感測器層的該複數個接收器電極所獲得的多個第二結果信號，來偵測一手指在該指向桿組件上執行的一按壓操作及/或一傾斜操作。
該處理系統可更組態為基於經由該指向桿組件的該第一感測器層的該接收器電極所獲得的該等第一結果信號來記錄一單擊或一雙擊手勢。
該第一感測器層的該發射器電極可連接到該第二感測器層的該發射器電極，且該處理系統可組態為將該第一感測器層的該發射器電極和該第二感測器層的該發射器電極作為一單一發射器通道一起驅動。
該第三感測器層可包含至少四個接收器電極。
該第二感測器層和該第三感測器層可為一單一可撓性印刷電路(FPC)的一部分，且其中該FPC包含在該第二感測器層和該第三感測器層之間的一第一折疊。此外，該第一感測器層也可是該FPC的一部分，且其中該FPC包含在該第一感測器層和該第二感測器層之間的一第二折疊。
該第二感測器層可設置於該第一感測器層與該第三感測器層之間。
該指向桿組件與該處理系統可為一膝上型電腦的一部分。
在另一示例性實施例中，本發明提供一種指向桿組件，包含：一頭部，其具有組態為與一手指相接的一頂表面；一軸，其連接到該頭部，其中該軸組態為基於在該頭部向下按壓的一手指而向下移動，並基於使該頭部傾斜的一手指而傾斜；一第一感測器層，其包含一接收器電極和一發射器電極；一第二感測器層，其包含一發射器電極；以及一第三感測器層，其包含複數個接收器電極。該第一感測器層組態用於基於由該手指在該頭部的該頂表面上的存在而引起的該第一感測器層的該接收器電極和該發射器電極之間的一電容變化來偵測一手指的存在。該第二感測器層和第三感測器層組態為用於基於由該第二感測器層的該發射器電極和該第三感測器層的該複數個接收器電極之間的多個相應距離變化所引起的該第二感測器層的該發射器電極和該第三感測器層的該複數個接收器電極之間的多個電容變化，來偵測在該頭部上執行的按壓和傾斜操作。
該第一感測器層的該發射器電極可連接到該第二感測器層的該發射器電極。
該第三感測器層可包含至少四個接收器電極。
該第二感測器層和該第三感測器層可為一單一可撓性印刷電路(FPC)的一部分，且其中該FPC包含在該第二感測器層和該第三感測器層之間的 一第一折疊。此外，該第一感測器層也是該FPC的一部分，且其中該FPC包含在該第一感測器層和該第二感測器層之間的一第二折疊。
該第二感測器層可設置於該第一感測器層與該第三感測器層之間。
該指向桿組件可為一膝上型電腦的一部分。
在又一示例性實施例中，本發明提供一種操作一指向桿組件的方法，包含：藉由一處理系統驅動該指向桿組件的一第一感測器層的一發射器電極；基於驅動該指向桿組件的該第一感測器層的該發射器電極，藉由該處理系統通過該指向桿組件的該第一感測器層的一接收器電極來獲得多個第一結果信號；基於該等第一結果信號，藉由該處理系統偵測一手指存在於該指向桿組件上；藉由該處理系統驅動該指向桿組件的一第二感測器層的一發射器電極；基於驅動該指向桿組件的該第二感測器層的該發射器電極，藉由該處理系統通過該指向桿組件的一第三感測器層的複數個接收器電極來獲得多個第二結果信號；以及基於該等第二結果信號，藉由該處理系統偵測該手指在該指向桿組件上執行的一按壓操作及/或一傾斜操作。
上述方法更包含：回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上存在一手指而開啟該導航偵測；以及回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上不存在一手指而關閉該導航偵測。
上述方法更包含：基於經由該指向桿組件的該第一感測器層的該接收器電極所獲得的該等第一結果信號來記錄一單擊或一雙擊手勢。
該第一感測器層的該發射器電極可連接到該第二感測器層的該發射器電極，且其中該第一感測器層的該發射器電極和該第二感測器層的該發射器電極可作為一單一發射器通道而一起驅動。
100:輸入裝置
105:積體電路
110:處理系統
120:感測區域
130:按鈕
135:電容式指向桿
136:電容式指向桿電路
140:輸入物件
150:電子裝置
200:指向桿組件
201:橡膠頭
211:外軸
212:內軸
220:可撓性印刷電路
230:間隔件
240:支撐件
301:接觸點
311:接收器電極
312:接收器電極
313:接收器電極
314:接收器電極
321:發射器電極
331:發射器電極
332:接收器電極
圖1為具有觸控感測器和指向桿的示例裝置的方塊圖。
圖2A繪示了根據本發明的示例性具體實施例的指向桿組件的側剖面圖。圖2B繪示了圖2A中所示的指向桿組件的透視剖面圖。圖2C繪示了對應於圖2A及2B中所示的指向桿組件的示例性實施方式的方塊圖。
圖3繪示了展開形式的可撓性印刷電路(FPC)的俯視圖。
圖4繪示了圖2A-2C中以部分組裝形式顯示的指向桿組件的透視圖，其中沒有頭部。
圖5A為顯示對根據本發明示例性具體實施例的指向桿組件施加傾斜力的示意圖。
圖5B為顯示存在一手指而沒有對根據本發明一示例性具體實施例的指向桿組件施力(或僅施加非常輕的力)的示意圖。
圖6繪示了說明使用根據本發明的示例性具體實施例的指向桿組件進行存在偵測和導航偵測的示例性程序的流程圖。
圖7繪示了使用根據本發明示例性具體實施例的指向桿組件來偵測敲擊手勢的示例性過程的流程圖。
以下的詳細描述在本質上僅為示例性的，並不旨在限制本發明或本發明的應用與使用。此外，無意由前述的先前技術、概要、或以下詳細說明中所提出的任何明示或暗示的理論所約束。
傳統的電容式指向桿直到使用者按下及/或傾斜指向桿之後才能夠偵測使用者的手指是否與指向桿接觸。然而，本發明的示例性具體實施例提供了一種電容式指向桿組件，即使在使用者僅將手指放在指向桿上而沒有按下或將其傾斜的情況下、或使用者僅在指向桿上施加了非常輕的力時，該組件也能夠偵測使用者的手指在指向桿頂部的存在。此外，本發明的示例性具體實施例中的電容式指向桿組件的結構和組態與傳統的電容式指向桿組件兼容，使得 不需要對指向桿結構和電子裝置結構進行複雜或昂貴的重新加工和重新設計，就能實現在本發明的示例性具體實施例中所提供的改良的功能。
偵測使用者手指在指向桿頂部的存在的能力允許實現各種優點。舉例來說，此能力可用以藉由在不存在手指時關閉與指向桿相關的導航功能來解決指向桿漂移的問題。此外，此能力可用於提供喚醒操作，以回應於指向桿因使用者手指的存在而被喚醒來開啟指向桿的導航能力。此能力還可提供其他方式來使用指向桿進行使用者輸入偵測，例如能夠偵測指向桿上的敲擊手勢，其中使用者用手指僅以少量的力輕敲指向桿一次或多次。
現在回到圖式，圖1為具有與單一積體電路耦合的輸入裝置100和電容式指向桿135的示例裝置的方塊圖。可理解到，圖1中所繪示的環境僅為示例，本發明的具體實施例並不限於此，且可在具有其他組態的其他類型的裝置中實現。例如，取代由輸入裝置100和電容式指向桿135共享的單一積體電路，輸入裝置100和電容式指向桿135中的每一個可具有其各自與之相關的的相應電路。另外，在一些具體實施例中，裝置可包含指向桿(例如，電容式指向桿135)，而不包含電容式接近感測裝置(例如，輸入裝置100)。
輸入裝置100可為電容式接近感測裝置，且電容式指向桿135可利用電容式指向桿電路136來接收使用者輸入。在此示例中，兩者共享配置在單一積體電路上的處理系統110(或者，它們可具有多個處理系統和多個積體電路)。處理系統110可用於感測來自電容式指向桿電路136和來自電容輸入裝置100的感測區域120的輸入。輸入裝置100和電容式指向桿135都可組態為向電子裝置150提供輸入。在本文件中，術語「電子裝置」(或「電子系統」)泛指能夠以電子方式處理資訊的任何裝置/系統。電子裝置/系統的一些非限制性示例包含各種尺寸和形狀的個人電腦，例如桌上型電腦、膝上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、網絡瀏覽器、電子書閱讀器、和個人數位助理(PDA)。其他示例電子裝置/系統包含複合式輸入裝置，例如實體鍵盤，其包含輸入裝置100及/或電容式指向桿135及/或單獨的操縱桿或按鍵開關。其他示例電子裝置/系統包含周 邊設備，例如資料輸入裝置(包含遙控器和滑鼠)和資料輸出裝置(包含顯示螢幕和印表機)。其他示例包含遠程終端機、資訊站、和視頻遊戲機(例如，視頻遊戲控制台、可攜式遊戲裝置等)。其他示例包含通信裝置(包含行動電話，例如智能手機)和媒體裝置(包含記錄器、編輯器、和播放器，例如電視、機上盒、音樂播放器、數位相框、和數位相機)。此外，電子裝置/系統可為輸入裝置的主機或從機。
輸入裝置100和電容式指向桿135可實現為電子裝置/系統的實體部分、或者可與電子裝置/系統實體分離。適當時，輸入裝置100和電容式指向桿135可使用以下的任一個或多個來與部分的電子裝置/系統進行通信：匯流排、網絡、和其他有線或無線互連。示例包含但不限於：內部積體電路(I2C)、串列周邊介面(SPI)、個人系統2(PS/2)、通用串列匯流排(USB)、藍牙®、射頻(RF)、和紅外線數據協會(IrDA)。
在圖1中，輸入裝置100顯示為電容式接近感測器裝置(通常也稱作「觸控板」或「觸控感測器裝置」)，其組態為感測由感測區域120中的一或多個輸入物件140所提供的輸入。示例輸入物件包含手指和觸控筆，如圖1所示。
感測區域120涵蓋輸入裝置100上方、周圍、內部、及/或附近的任何空間，其中輸入裝置100能夠偵測使用者輸入(例如，由一或多個輸入物件140所提供的使用者輸入)。特定感測區域的大小、形狀、和位置可隨具體實施例的不同而有很大的變化。在一些具體實施例中，感測區域120從輸入裝置100的表面沿一或多個方向延伸到空間中，直到信噪比阻礙了足夠準確的物體偵測。在各種具體實施例中，此感測區域120在特定方向上延伸的距離可在小於一毫米、數毫米、數厘米、或更多的量級上，且可隨所使用的感測技術的類型和期望準確度的不同而有顯著變化。因此，一些具體實施例所感測的輸入包含：不與輸入裝置100的任何表面接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如，觸控表面)接觸、與耦合至一定量的施加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面接觸、 及/或其組合。在各種具體實施例中，輸入表面可由感測器電極所在的外殼的表面提供、由施加在感測器電極或任何外殼上的面板等提供。在一些具體實施例中，感測區域120在投影到輸入裝置100的輸入表面上時具有矩形形狀。
輸入裝置100可利用感測器組件和感測技術的任何組合來偵測感測區域120中的使用者輸入。輸入裝置100包含一或多個用於偵測使用者輸入的感測元件。作為非限制性示例，輸入裝置100可使用電容式技術。
輸入裝置100的一些實施方式組態為提供跨越一維、二維、三維或更高維的空間影像。一些實施方式組態為提供沿特定軸或平面的輸入的投影。
在輸入裝置100的一些電容式實施方式中，施加電壓或電流以產生電場。附近的輸入物件引起電場的變化，並產生可偵測的電容耦合變化，該變化可被偵測為電壓、電流等的變化。
輸入裝置100的一些電容式實施方式利用電容式感測元件的陣列或其他規則或不規則圖案來產生電場。在一些電容式實施方式中，可將單獨的感測元件歐姆短路在一起，以形成更大的感測器電極。一些電容式實施方式利用電阻片，其可為均勻的電阻。
輸入裝置100的一些電容式實施方式利用「自電容」(或「絕對電容」)感測方法，其係基於感測器電極和輸入物件之間的電容耦合的變化。在各種具體實施例中，感測器電極附近的輸入物件改變感測器電極附近的電場，從而改變了所量測的電容耦合。在一實施方式中，絕對電容感測方法藉由相對於參考電壓(例如，系統接地)調節感測器電極及藉由偵測感測器電極和輸入物件之間的電容耦合來操作。
輸入裝置100的一些電容性實施方式利用「互電容」(或「跨電容」)感測方法，其基於感測器電極之間的電容耦合的變化。在各種具體實施例中，感測器電極附近的輸入物件改變感測器電極之間的電場，從而改變所量測的電容耦合。在一實施方式中，跨電容感測方法藉由偵測一或多個發射器感測 器電極(也稱作「發射器電極」或「發射器」)與一或多個接收器感測器電極(也稱作「接收器電極」或「接收器」)之間的電容耦合來操作。發射器和接收器可統稱為感測器電極或感測器元件。發射器感測器電極可相對於參考電壓(例如，系統接地)進行調節，以發射發射器信號。接收器感測器電極可相對於參考電壓保持基本恆定，以便於接收結果信號。結果信號可包含對應於一或多個發射器信號及/或一或多個環境干擾源(例如，其他電磁信號)的效果。感測器電極可為專用的發射器或接收器，或者可組態為既發射又接收。在一些具體實施例中，當沒有發射器電極正在發射時(例如，發射器被禁用)，一或多個接收器電極可操作以接收結果信號。以此方式，結果信號代表在感測區域120的操作環境中所偵測到的雜訊。
在圖1中，處理系統110顯示為輸入裝置100的一部分。處理系統110還可同時為電容式指向桿135的一部分。處理系統110組態為操作輸入裝置100的硬體，以偵測感測區域120中的輸入。處理系統110包含與輸入裝置100相關聯的各種電路組件，其係設置為單一積體電路105的一部分。例如，用於互電容式感測器裝置的處理系統110可包含組態為使用發射器感測器電極來發射信號的發射器電路、及/或組態為使用接收器感測器電極來接收信號的接收器電路。如本文所述，處理系統110的相同發射器和接收器電路特徵另外用於向電容式指向桿135的電容式元件發送信號和從其接收信號。在一些具體實施例中，處理系統110還包含電子可讀指令，例如韌體碼、軟體碼等。作為一示例，輸入裝置100和電容式指向桿135可實體地整合於一電話中，且處理系統110可包含作為電話的主處理器的一部分的電路和韌體。在一些具體實施例中，處理系統110係專用於實現輸入裝置100或電容式指向桿135，雖然其能夠並組態為實現兩者。在其他具體實施例中，處理系統110還執行其他功能，例如操作顯示螢幕、驅動觸覺致動器等。
處理系統110可實施為處理處理系統110的不同功能的一組模組。每個模組可包含作為處理系統110的一部分的電路、韌體、軟體或其組 合。在各種具體實施例中，可使用不同的模組組合。示例模組包含用於操作硬體(例如感測器電極和顯示螢幕)的硬體操作模組、用於處理資料(例如感測器信號和位置資訊)的資料處理模組、以及用於報告資訊的報告模組。其他示例模組包含組態為操作感測元件以偵測輸入的感測器操作模組、組態為識別手勢(例如模式改變手勢)的識別模組、以及用於改變操作模式的模式改變模組。
在一些具體實施例中，處理系統110藉由直接引起一或多個動作來回應輸入裝置100的感測區域120和電容式指向桿135中的使用者輸入(或缺少使用者輸入)。示例動作包含更改操作模式以及GUI動作，例如游標移動、選擇、選單導航和其他功能。在一些具體實施例中，處理系統110將關於輸入(或缺少輸入)的資訊提供給電子系統的某些部分(例如，提供給與處理系統110分開的電子系統的中央處理系統，如果存在這樣的單獨中央處理系統)。在一些具體實施例中，電子系統的某些部分處理從處理系統110接收到的資訊，以對使用者輸入採取行動，例如促進包含模式改變動作和GUI動作在內的全範圍動作。
例如，在一些具體實施例中，處理系統110操作輸入裝置100的感測元件，以產生指示感測區域120中的輸入(或沒有輸入)的電信號，及/或操作電容式指向桿135的電容式元件，以產生指示相對於電容式指向桿電路136的輸入(或沒有輸入)的電信號。處理系統110可在產生提供給電子裝置/系統的資訊時對電信號執行任何適當量的處理。舉例來說，處理系統110可對從電容式感測器的感測器電極或從電容式指向桿電路136的電容式元件獲得的類比電信號進行數位化。作為另一示例，處理系統110可執行濾波或其他信號調節。作為又一示例，處理系統110可減去或以其他方式考慮基線，使得資訊反映從輸入裝置100或電容式指向桿135接收的電信號與基線之間的差異。作為又一示例，處理系統110可決定位置資訊、將輸入識別為命令、識別手寫等。
如本文所用的關於輸入裝置100和電容式指向桿135的「位置資訊」廣泛地包含從輸入裝置100及/或電容式指向桿135所接收到的輸入的絕對位置、相對位置、速度、加速度和其他類型的空間資訊的解釋。示例性「零維」 位置資訊包含關於輸入裝置100的近/遠、或接觸/無接觸的資訊。示例性「一維」位置資訊包含關於輸入裝置100的沿一軸的位置。示例性「二維」位置資訊包含關於輸入裝置100的在一平面中的運動。示例性「三維」位置資訊包含關於輸入裝置100的在空間中的瞬時速度或平均速度。其他示例包含空間資訊的其他表示。還可決定及/或儲存關於一或多種類型的位置資訊的歷史資料，包含例如隨時間跟踪位置、運動或瞬時速度的歷史資料。
在一些具體實施例中，輸入裝置100被實施為具有由處理系統110或由一些其他處理系統操作的附加輸入部件。這些附加的輸入部件可為感測區域120中的輸入提供冗餘功能，或一些其他功能。圖1顯示了靠近感測區域120的按鈕130，其可用於幫助使用輸入裝置100選擇項目。其他類型的附加輸入部件包含滑塊、球、輪、開關等。相反地，在一些具體實施例中，輸入裝置100可在沒有其他輸入部件的情況下實現。類似地，電容式指向桿135可實施為具有或不具有其他輸入部件，例如按鈕、滑塊、球、輪、開關等。
在一些具體實施例中，輸入裝置100可為觸控螢幕，且感測區域120與顯示螢幕的有效區域的至少一部分重疊。例如，輸入裝置100可包含覆蓋在顯示螢幕上的基本為透明的感測器電極，並為相關的電子系統提供觸控螢幕介面。顯示螢幕可為能夠向使用者顯示視覺介面的任何類型的動態顯示器，並可包含任何類型的發光二極體(LED)、有機LED(OLED)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、電漿、電致發光(EL)、或其他顯示技術。輸入裝置100和顯示螢幕可共享實體元件。例如，一些具體實施例可利用一些相同的電子部件來進行顯示和感測。作為另一示例，顯示螢幕可由處理系統110的部分或全部來進行操作。
應當理解，雖然許多具體實施例是在功能齊全的裝置的上下文中描述的，但這些機制能夠作為程式產品(例如，軟體)以各種形式進行分發。例如，所描述的機制可作為軟體程式在電子處理器可讀的資訊承載介質(例如，處理系統110可讀的非瞬態電腦可讀及/或可記錄/可寫的資訊承載介質)上實現和 分發。此外，無論用於執行分發的介質的特定類型如何，具體實施例都同樣適用。非瞬態的電子可讀介質的示例包含各種磁盤、記憶棒、記憶卡、記憶體模組等。電子可讀介質可基於快閃、光學、磁性、全像、或任何其他有形的儲存技術。
圖2A繪示了根據本發明的示例性具體實施例的指向桿組件200的側剖面圖，圖2B繪示了圖2A中所示的指向桿組件的透視剖面圖。圖2C繪示了對應於圖2A及2B中所示的指向桿組件200的示例性實施方式的方塊圖。指向桿組件200包含頭部(例如橡膠頭201)、軸(例如包含外軸211和內軸212，其中內軸212具有實心圓柱部分，且外軸211具有包含中空圓柱形部分的方形，內軸212的實心圓柱形部分係設置在該中空圓柱形部分內(也參見圖4的另一視圖))、以及具有發射器和接收器電極(其設置有各自的跡線在其上)的折疊可撓性印刷電路(FPC)220，其中各個跡線將發射器電極和接收器電極連接到處理系統。外軸211可為具有凸緣(例如，由黃銅製成)的頭部(例如，由黃銅製成)，且內軸212可為具有銷座(例如，由不銹鋼製成)的銷(例如，由不銹鋼製成)，如圖2C所示。FPC 220可折疊兩次，從而在指向桿組件200內形成三層FPC，其中頂層設置在外軸211的凸緣的頂部上，FPC的中間層設置在外軸211凸緣之下以及在間隔件230(例如，彈性體，如橡膠彈性體)的頂部上，且FPC的底層設置在間隔件230之下以及在指向桿組件200的支撐件240的頂部上。支撐件240可包含底部支架、撓曲件和墊圈(為彈性變形留出空間)，其中底部支架、撓曲件和墊圈中的每一個可由不銹鋼製成，且其中撓曲件可組態為當向下的壓力及/或傾斜力施加到指向桿組件時變形。如圖2C所示，FPC 220的中間層與外軸211的凸緣之間、FPC 220的頂層與外軸211的凸緣之間、以及FPC的底層與支撐件240的底部支架之間還可設有黏著材料。
圖3繪示了展開形式的FPC(例如，圖2A-2C中描繪的FPC 220)的俯視圖。在此示例中，FPC 220的頂層包含單個接收器電極332和單個發射器電極331，FPC 220的中間層包含單個發射器電極321(其可通過跡線連接到頂層的 單個發射器電極，使得頂層和中間層的發射器電極操作為單一發射器通道)，且FPC 220的底層包含四個接收器電極311、312、313、314(每個都形成各自的接收通道，其彼此分開且與對應於頂層的接收器電極332的接收通道分開)。FPC 220的三層的各個發射器和接收器電極中的每一個係通過設置在FPC 220中的相應跡線連接到FPC 220上的複數個接觸點301，由此複數個接觸點301將FPC 220連接到處理系統，用於以感測信號驅動FPC 220的發射器電極以及用於處理經由FPC 220的接收器電極所接收的結果信號。
為了組裝指向桿組件200，FPC 220的底層中的孔裝配在內軸212的實心圓柱部分周圍。間隔件230和FPC 220的中間層也具有孔，該孔裝配在內軸212的實心圓柱部分周圍，使得在以圖2A和圖3所示的「第一折疊」折疊時，FPC 220的底層和中間層都設置在內軸212的實心圓柱部分周圍，間隔件230位於FPC 220的底層和中間層之間。FPC 220的頂層具有裝配在外軸211的方形形狀周圍的孔，使得在進一步折疊到圖2A和圖3所示的「第二次折疊」時，FPC 220的頂層設置在外軸211的方形部分周圍，外軸211的圓形凸緣將FPC 220的中間層和頂層分開。
應當理解，圖3中描繪的各個FPC層的電極組態僅是示例，且本發明的其他具體實施例可包含其他電極組態。例如，接收器電極332和發射器電極331不需要分別為頂層的內環和外環，而可互換或具有其他形狀。在另一示例中，可在中間層中設置多於一個發射器電極。在又一示例中，可在底層中設置多於或少於四個接收器電極。在又一示例中，可以交換中間層和底層。
圖4繪示了圖2A-2C中以部分組裝形式顯示的指向桿組件200的透視圖，其不具橡膠頭201。如圖4所示，FPC 220的頂層裝配在外軸211的方形輪廓周圍，且外軸211具有中空的圓柱形部分，內軸212的圓柱形部分設置在該中空圓柱形部分中。
圖5A為顯示對根據本發明示例性具體實施例的指向桿組件施加傾斜力的示意圖。如圖5A所示，使指向桿組件頭部傾斜的使用者手指的向下的 力導致彈性體的變形，且可基於由FPC底層中的各個接收器電極與FPC中間層中的發射器電極之間的距離變化所引起的電容變化，來通過FPC底層中的接收器電極偵測對應於變形的電容響應(如圖5A所示，中間「FPC Tx」層與底部「FPC Rx」層之間的距離在使用者施加力以使指向桿傾斜的位置附近減少了，且中間「FPC Tx」層和底部「FPC Rx」層之間的距離在指向桿組件的另一側增加了)。
在一示例中，如果壓力是筆直向下的(即，垂直向下按壓指向桿組件的頭部的中心)，則通過四個接收器電極311、312、313、314中的每一個所偵測到電容的相應變化可近似相等，但在另一示例中，如果按壓力對應於具有與其相關聯的方向的傾斜(例如，朝向接收器電極312傾斜)，則可在一相應電極處偵測到電容的增加(例如，接收器電極312)和可通過另一接收器電極(例如，接收器電極314)偵測到電容的減小。應當理解，這些電容響應基於中間FPC層的發射器電極和底部FPC層的接收器電極之間的相應距離，由此不同類型的傾斜或按壓動作對應於所偵測到的不同組電容響應。也可能存在使用者的手指同時向下按壓和傾斜指向桿的情況，在這種情況下，接收器電極上可能會偵測到更強的整體向下力(相對於沒有向下按壓的傾斜)，而接收器電極上的電容響應相對於彼此的相對強度仍然指示傾斜方向。因此，處理系統能夠使用通過四個接收器電極311、312、313、314所獲得的結果信號來決定使用者是否正在按下指向桿(例如，基於通過四個接收器電極311、312、313、314所獲得的結果信號中的一或多個或總和大於第一臨界值)及/或指向桿是否在特定方向上傾斜(例如，基於通過四個接收器電極311、312、313、314中的兩個或多個所獲得的結果信號的相對強度)。
應當理解，圖5A中所示的撓曲件(其可由不銹鋼製成)也可能由於使用者對橡膠頭施力而發生變形。
圖5B為顯示存在一手指而沒有對根據本發明一示例性具體實施例的指向桿組件施力(或僅施加非常輕的力)的示意圖。如圖5B所示，即使沒有 向下的力及/或傾斜或只有非常輕微的向下的力及/或傾斜，使用者的手指存在於指向桿組件的頭部上也會影響FPC 220頂層上的發射器電極331(組態為外環)和接收器電極332(組態為內環)之間的電場，從而導致電容發生變化。因此，基於經由頂層的接收器電極332而獲得的結果信號，處理系統能夠決定手指是否存在於指向桿上(例如，基於由手指的存在而導致的電容變化大於第二臨界值)。
鑑於前述，可理解到，FPC 220可被認為包含兩個不同的電容式感測器-例如，第一電容式感測器包含在中間層和底層中的發射器和接收器電極，用於偵測指向桿上的導航輸入(例如，向下按壓及/或方向性傾斜)，以及由頂層中的發射器和接收器電極組成的第二個電容式感測器，用於偵測指向桿上是否存在手指。還應理解，兩個電容式感測器具有不同的工作原理，因為第一電容式感測器偵測由於FPC 220的中間層和底層之間的距離變化引起的電容變化(因此這些電極不需要靠近手指)，而第二電容式感測器偵測由手指的存在引起的電容變化(因此第二電容式感測器的電極更靠近手指是有利的，這就是為什麼它們設置在FPC 220的頂層)。在示例性實施方式中，指向桿的頂部到FPC 220的頂層之間的距離可為約3mm，因此第二電容式感測器組態為足夠靈敏以偵測在該距離處手指的存在。
應當理解，圖2A-5B所示的具體實施例僅為本發明實施方式的說明性示例，且可在不背離本發明原理的情況下實施其他具體實施例。例如，代替具有圓柱形內軸和方形外軸的兩部分軸，可使用其他類型和形狀的軸。為了提供另一示例，也可使用除上面討論的那些之外的不同電極組態，例如具有多於或少於四個用於通過指向桿偵測導航輸入的接收器電極、或者在FPC的頂層和中間層中具有用於發射器電極的單獨發射通道、或者在頂層及/或中間層中具有多於一個發射器電極、或者在頂層中具有多於一個接收器電極、或者將中間層與底層交換使得用於偵測導航輸入的接收器電極設置在中間層且驅動用於偵測導航輸入的發射器電極設置在底層。為了提供又一示例，可使用多個FPC或 多個剛性印刷電路，而不是使用具有兩個折疊的單一FPC，其中各個印刷電路層通過導線、通孔或其他類型的連接來連接。在又一示例中，用於存在偵測的頂部印刷電路層可通過相對於用於傾斜/按壓導航偵測的底部兩個印刷電路層的一組單獨的連接來連接到處理系統。
圖6繪示了說明使用根據本發明的示例性具體實施例的指向桿組件進行存在偵測和導航偵測的示例性程序的流程圖。在階段601，將手指放在指向桿的頂部，且在階段603，通過指向桿組件的FPC頂層中的接收器電極來偵測手指的存在(例如，基於處理系統基於通過FPC頂層中的接收器電極所獲得的結果信號來偵測對應於手指存在的電容變化，其中回應於驅動到FPC的頂層中的發射器電極上的第一感測信號而獲得結果信號)。在階段607，手指接著向下按壓及/或傾斜指向桿，且在階段609，通過FPC底層中的接收器電極偵測向下按壓及/或傾斜方向(例如，基於處理系統基於經由FPC底層中的接收器電極而獲得的結果信號來偵測對應於向下按壓及/或傾斜方向的電容響應，其中回應於驅動到FPC的中間層中的發射器電極上的第二感測信號而獲得結果信號)。
在階段611，處理系統回應於所偵測的向下按壓及/或傾斜方向來執行操作。例如，對於作為膝上型電腦一部分的指向桿，向下按壓可記錄為類似於滑鼠點擊的使用者動作，使得膝上型電腦回應向下按壓類似於電腦回應滑鼠點擊。提供另一個示例，指向桿的傾斜可類似地解釋為滑鼠在傾斜方向上的移動，使得電腦可對傾斜作出類似於相應滑鼠移動的回應(例如，通過顯示滑鼠游標在螢幕上的移動)。提供又一示例，在指向桿上的組合按壓和傾斜動作可類似地解釋為電腦的點擊和拖動滑鼠的操作，使得電腦可對指向桿上的按壓和傾斜操作作出類似於點擊和拖曳滑鼠操作的反應(例如，藉由根據按下和傾斜操作來產生選擇框或突出顯示文字)。
在某些示例性具體實施例中，可選擇性地包含階段605，其中階段605提供回應於首先偵測到在指向桿上存在手指而開啟導航偵測(例如偵測在指向桿上執行的按壓及/或傾斜操作)。這樣，當手指不存在時，可有利地關閉 導航偵測，且與指向桿相關的導航偵測功能可回應於在指向桿頂部偵測到手指而被喚醒。這可有助於避免指向桿漂移的問題(因為當手指不存在時，基於桿的導航是關閉的)，且還可有助於降低功耗。
應當理解，存在偵測可由處理系統以間歇方式或以連續方式使用FPC的頂層來執行。還應當理解，存在偵測可在手指向下按壓及/或傾斜指向桿時繼續，以驗證在執行導航相關操作時手指仍然存在，並驗證偵測到的輸入不是由於偵測錯誤(例如在指向桿漂移的情況下)。
圖7繪示了使用根據本發明示例性具體實施例的指向桿組件來偵測敲擊手勢的示例性過程的流程圖。在階段701，可通過指向桿組件的FPC頂層中的接收器電極來偵測手指的存在，且在階段703，在偵測到手指的存在之後，在預定時間量內通過同一電極偵測手指的移開，其中預定時間量為對應於使用者將手指敲擊在指向桿頂部一次的短時間間隔。
在單次敲擊的情況下-亦即，當一敲擊後沒有跟隨第二次敲擊時-可執行階段711。在階段711，處理系統可基於在階段703移開手指之後的預定時間量內沒有再次偵測到手指的存在來記錄單擊手勢。
在雙擊的情況下-亦即，當在某個(通常很短的)時間量內第一次敲擊後跟著第二次敲擊時-可執行階段721、723和725。在階段721，在階段703移開手指之後的預定時間量內，頂層中的接收器電極再次偵測到手指的存在，以及在階段723，在階段721再次偵測到手指的存在之後的預定時間量內第二次偵測到手指移開。在階段725，處理系統記錄雙擊手勢，以回應在階段723偵測到第二次移開。
鑑於圖7的程序，應當理解，根據本發明的示例性具體實施例的指向桿組件相對於傳統指向桿提供了待偵測手勢的額外類型。例如，除了簡單地偵測向下按壓及/或傾斜之外，根據本發明的示例性具體實施例的指向桿組件還能夠至少偵測使用者輕觸指向桿處的指向桿上的單擊和雙擊，而無需用力按下指向桿。
藉由參照如同每個參考資料皆個別且具體指示併入作為參考並於文中完整闡述的相同程度，特此併入文中所引述的所有參考資料(包括出版品、專利申請案、及專利)。
在說明所揭示內容之示例性具體實施例之上下文中(尤其是在下列諸申請專利範圍之上下文中)使用該等用語「一」(a)和「一」(an)和「該」(the)和「至少一者」(at least one)及相似參照者，應理解為涵蓋該單數和該複數兩者，除非文中另有指示或與上下文明顯抵觸。使用該用語「至少一者」(at least one)接著係一個或多個項目之列表(例如「A和B中至少一者」(at least one of A and B))，應理解為意指從該等所列出項目(A或B)中選擇的一個項目或該等所列出項目(A和B)之兩個或多個之任何組合，除非文中另有指示或與上下文明顯抵觸。該等用語「包含」(comprising)、「具有」(having)、「包括」(including)、及「含有」(containing)應理解為開端式用語(即意指「包括但不限於」(including,but not limited to))，除非另有註明。文中詳述各值之範圍僅欲用作個別指稱落於該範圍內的每個分開值之簡寫方法，除非文中另有指示，且每個分開值皆如同其於文中個別所陳述併入本說明書中。文中所說明的所有方法皆可以任何合適次序進行，除非文中另有指示亦或與上下文明顯抵觸。使用文中所提供的任何及所有範例或示例性語言(如「例如」(such as))僅欲更好例示所揭示內容之該等示例性具體實施例，且並未對所揭示內容之範疇構成限制，除非另有主張。本說明書中的任何語言皆不應理解為指示任何非主張要素為至關重要。
文中說明此揭示內容之某些具體實施例。對此領域一般技術者而言，在閱讀前述說明後，那些具體實施例之變化例即可變得顯而易見。應可預期熟練技工可適當採用這樣的變化例，並可用與文中具體所說明不同的方式實作所揭示內容之示例性具體實施例。據此，此揭示內容設想如適用法律所許可在此所附諸申請專利範圍中所陳述主旨之所有修飾例和相等物。而且，所揭 示內容設想該等以上所說明其所有可變化例中的要素之任何組合，除非文中另有指示亦或與上下文明顯抵觸。
200:指向桿組件
201:橡膠頭
211:外軸
212:內軸
220:可撓性印刷電路
230:間隔件
240:支撐件

Claims (20)

  1. 一種系統，包含：
    一種指向桿組件，包含：
    一頂表面，組態與一手指相接；
    一第一感測器層，其包含一接收器電極和一發射器電極；
    一第二感測器層，其包含一發射器電極；以及
    一第三感測器層，其包含複數個接收器電極；
    一處理系統，其耦合至該指向桿組件，其中該處理系統組態為：
    使用多個第一感測信號來驅動該指向桿組件的該第一感測器層的該發射器電極，以進行存在偵測；
    基於回應於該等第一感測信號而經由該指向桿組件的該第一感測器層的該接收器電極所獲得的多個第一結果信號，決定在該指向桿組件的該頂表面上是否存在一手指；以及
    使用多個第二感測信號來驅動該第二感測器層的該發射器電極，以進行導航偵測；
    其中該指向桿組件的該第一感測器層比該指向桿組件的該第二感測器層和該第三感測器層更靠近該指向桿組件的該頂表面。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該處理系統更組態為回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上存在一手指而開啟該導航偵測，以及回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上不存在一手指而關閉該導航偵測。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該處理系統更組態為基於回應於該等第二感測信號而經由該指向桿組件的該第三感測器層的該複數個接收器電極所獲得的多個第二結果信號，來偵測一手指在該指向桿組件上執行的一按壓操作及/或一傾斜操作。
  4. 如請求項1所述之系統，其中該處理系統更組態為基於經由該指向桿組件的該第一感測器層的該接收器電極所獲得的該等第一結果信號來記錄一單擊或一雙擊手勢。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該第一感測器層的該發射器電極連接到該第二感測器層的該發射器電極，且該處理系統組態為將該第一感測器層的該發射器電極和該第二感測器層的該發射器電極作為一單一發射器通道一起驅動。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該第三感測器層包含至少四個接收器電極。
  7. 如請求項1所述之系統，其中該第二感測器層和該第三感測器層為一單一可撓性印刷電路(FPC)的一部分，且其中該FPC包含在該第二感測器層和該第三感測器層之間的一第一折疊。
  8. 如請求項7所述之系統，其中該第一感測器層也是該FPC的一部分，且其中該FPC包含在該第一感測器層和該第二感測器層之間的一第二折疊。
  9. 如請求項1所述之系統，其中該第二感測器層設置於該第一感測器層與該第三感測器層之間。
  10. 一種指向桿組件，包含：
    一頭部，其具有組態為與一手指相接的一頂表面；
    一軸，其連接到該頭部，其中該軸組態為基於在該頭部向下按壓的一手指而向下移動，並基於使該頭部傾斜的一手指而傾斜；
    一第一感測器層，其包含一接收器電極和一發射器電極；
    一第二感測器層，其包含一發射器電極；以及
    一第三感測器層，其包含複數個接收器電極；
    其中該第一感測器層組態用於基於由該手指在該頭部的該頂表面上的存在而引起的該第一感測器層的該接收器電極和該發射器電極之間的一電容變化來偵測一手指的存在；以及
    其中該第二感測器層和第三感測器層組態為用於基於由該第二感測器層的該發射器電極和該第三感測器層的該複數個接收器電極之間的多個相應距離變化所引起的該第二感測器層的該發射器電極和該第三感測器層的該複數個接收器電極之間的多個電容變化，來偵測在該頭部上執行的按壓和傾斜操作。
  11. 如請求項10所述之指向桿組件，其中該第一感測器層的該發射器電極連接到該第二感測器層的該發射器電極。
  12. 如請求項10所述之指向桿組件，其中該第三感測器層包含至少四個接收器電極。
  13. 如請求項10所述之指向桿組件，其中該第二感測器層和該第三感測器層為一單一可撓性印刷電路(FPC)的一部分，且其中該FPC包含在該第二感測器層和該第三感測器層之間的一第一折疊。
  14. 如請求項13所述之指向桿組件，其中該第一感測器層也是該FPC的一部分，且其中該FPC包含在該第一感測器層和該第二感測器層之間的一第二折疊。
  15. 如請求項10所述之指向桿組件，其中該第二感測器層設置於該第一感測器層與該第三感測器層之間。
  16. 如請求項10所述之指向桿組件，其中該指向桿組件為一膝上型電腦的一部分。
  17. 一種操作一指向桿組件的方法，包含：
    藉由一處理系統驅動該指向桿組件的一第一感測器層的一發射器電極；
    基於驅動該指向桿組件的該第一感測器層的該發射器電極，藉由該處理系統通過該指向桿組件的該第一感測器層的一接收器電極來獲得多個第一結果信號；
    基於該等第一結果信號，藉由該處理系統偵測一手指存在於該指向桿組件上；
    藉由該處理系統驅動該指向桿組件的一第二感測器層的一發射器電極；
    基於驅動該指向桿組件的該第二感測器層的該發射器電極，藉由該處理系統通過該指向桿組件的一第三感測器層的複數個接收器電極來獲得多個第二結果信號；以及
    基於該等第二結果信號，藉由該處理系統偵測該手指在該指向桿組件上執行的一按壓操作及/或一傾斜操作。
  18. 如請求項17所述之方法，更包含：
    回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上存在一手指而開啟該導航偵測；以及
    回應於偵測到該指向桿組件的該頂表面上不存在一手指而關閉該導航偵測。
  19. 如請求項17所述之方法，更包含
    基於經由該指向桿組件的該第一感測器層的該接收器電極所獲得的該等第一結果信號來記錄一單擊或一雙擊手勢。
  20. 如請求項17所述之方法，其中該第一感測器層的該發射器電極連接到該第二感測器層的該發射器電極，且其中該第一感測器層的該發射器電極和該第二感測器層的該發射器電極作為一單一發射器通道而一起驅動。
TW111137323A 2021-09-30 2022-09-30 具有存在偵測的電容式指向桿組件 TW202316257A (zh)

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