TWI461669B - 可變頻率訊號產生器及使用其之感壓游標控制裝置與氣墊鞋 - Google Patents

Description

可變頻率訊號產生器及使用其之感壓游標控制裝置與氣墊鞋

本發明係關於一種可變頻率訊號產生器、利用可變頻率訊號產生器的感壓游標控制裝置以及利用可變頻率訊號產生器的氣墊鞋，特別是一種可以感測氣壓變化的可變頻率訊號產生器、利用可變頻率訊號產生器的感壓游標控制裝置以及利用可變頻率訊號產生器的氣墊鞋。

在日常生活中，有許多裝置需要感測壓力才能進行運作，又或是若是加上感測壓力的功能會更方便。例如觸控面板常搭配觸控筆來控制指標，也可供使用者以手寫方式輸入文字資料或是圖形資料，但傳統的觸控筆無法辨識出使用者所施加的筆觸壓力。雖然能讓使用者進行手寫輸入，但是並無法達到如毛筆或畫筆的觸感。於繪圖應用中，也無法讓使用者藉由改變筆觸壓力而達到改變線條粗細的效果。

但是目前的壓力感測器都仍有需要改進之處。舉例而言，電容式壓力感測器已普遍應用在許多不同的領域。目前大部分的電容式壓力感測器仍是以矽微加工技術(Silicon Micromachining Technology)的方式製作。但是矽基材本身的材料特性以及結構因素，其電容變化量一般都很小，因此靈敏度不足。

又例如具有探針型的壓力感測器可能會因為探針傳遞之 力完全施加於感測器中的壓電晶體，使壓電晶體承受較大的應力而造成壓電晶體破裂，而導致壓力感測器損毀。目前的壓力感測器可能具有內部電路複雜、靈敏度不高、容易受壓力以外的外在因素影響或是使用壽命不長等缺點。

為了解決上述問題，本發明提供一種可變頻率訊號產生器、利用可變頻率訊號產生器的感壓游標控制裝置以及利用可變頻率訊號產生器的氣墊鞋。

可變頻率訊號產生器包括一彈性罩體、一振盪元件以及一固定罩體。彈性罩體具有一氣密空間，彈性罩體受力時產生形變而使得氣密空間中的一氣壓改變。振盪元件用以輸出一可變頻率訊號，可變頻率訊號的頻率隨著氣密空間中的氣壓改變。固定罩體罩覆振盪元件，且固定罩體容置該氣密空間之中。固定罩體具有一開口，使振盪元件接觸固定罩體之外的氣體。

其中振盪元件可以是一石英振盪器或一陶瓷振盪器。氣密空間中的氣壓越大，可變頻率訊號的頻率越大；氣密空間中的氣壓越小，可變頻率訊號的頻率越小。

利用可變頻率訊號產生器的感壓游標控制裝置包括一本體部以及一感壓部。感壓部從本體部的一端延伸而出，且感壓部包括前述之可變頻率訊號產生器。

根據一實施範例，本體部可包括一傳輸單元以及一控制單元。控制單元可連接於傳輸單元以及可變頻率訊號產生器。控 制單元可用以由可變頻率訊號產生器接收可變頻率訊號，並令傳輸單元發送可變頻率訊號。本體部另可包括一驅動單元。驅動單元可與控制單元以及可變頻率訊號產生器相連，並可用以驅動可變頻率訊號產生器。

利用可變頻率訊號產生器的氣墊鞋包括本體部以及一氣墊部。氣墊部從本體部的一端延伸而出，且包括前述之可變頻率訊號產生器。

根據一實施範例，本體部可包括一控制單元以及一動作單元，其中控制單元可連接於可變頻率訊號產生器。控制單元可用以由可變頻率訊號產生器接收可變頻率訊號，並輸出一控制訊號。動作單元可連接於該控制單元；動作單元可用以接收控制訊號並依據控制訊號動作。本體部另可包括驅動單元。驅動單元可與控制單元以及可變頻率訊號產生器相連，並用以驅動可變頻率訊號產生器。

綜上所述，可變頻率訊號產生器可依據彈性罩體內的氣密空間的氣壓輸出的可變頻率訊號。由於振盪元件內部電路極為簡單，因此硬體成本十分低廉。且由於固定罩體、彈性罩體以及氣密空間都能夠保護振盪元件，因此能避免外界干擾感測結果以及延長使用壽命。此外，可變頻率訊號產生器還能夠運用在各種需要感測壓力的裝置或物品上。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優 點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

本發明提供一種可變頻率訊號產生器，以及使用此可變頻率訊號產生器的一感壓游標控制裝置與一氣墊鞋。可變頻率訊號產生器可用以感測其所受之壓力的變化。

請參照「第1圖」，其係為一實施範例之可變頻率訊號產生器之示意圖。可變頻率訊號產生器20包括一彈性罩體22、一振盪元件24以及一固定罩體26。

彈性罩體22具有一氣密空間，氣密空間不會與彈性罩體22之外產生氣體交換。換句話說，氣密空間中具有的分子數是固定的。彈性罩體22的材料可以例如是橡膠或塑膠，可能因受力形變而被壓縮。當彈性罩體22受力時產生形變，使得彈性罩體22的體積縮小，進而使得氣密空間中的一氣壓改變。彈性罩體22受力越大，產生的形變越大，氣密空間的氣壓的改變也越大。然而在此並不限定彈性罩體22的形狀以及大小。

振盪元件24用以輸出一可變頻率訊號，且可變頻率訊號的頻率隨著氣密空間中的氣壓改變。舉例而言，振盪元件24可以是一石英振盪器(quartz oscillator，或是crystal oscillator)或一陶瓷振盪器(ceramic oscillator)。振盪元件24並可具有一 根或兩根接腳(pin)242以接受電力，並輸出可變頻率訊號。

固定罩體26罩覆振盪元件24，且罩覆有振盪元件24的固定罩體26容置於彈性罩體22的氣密空間之中。固定罩體26的彈性係數比彈性罩體22的彈性係數大，而材料可以是為純金屬或合金等具有剛性的物質。在此亦不限定固定罩體26的形狀以及大小；較佳的是，固定罩體26能夠保護振盪元件24使其盡量不受氣壓以外的因素干擾。

固定罩體26具有一開口262，以使振盪元件24能夠接觸固定罩體26之外的氣體。開口262可以例如是圓形或長條形，開口262的大小可以依據振盪元件24的體積或其他特性搭配設計，在此並不限定。但開口262的大小應要足以使振盪元件24夠感知氣密空間的氣壓。

一般而言，彈性罩體22的形變越大，氣密空間中的氣壓越大；彈性罩體22的形變越小，可變頻率訊號的頻率越小。 而氣密空間中的氣壓越大，可變頻率訊號的頻率越大；氣密空間中的氣壓越小，可變頻率訊號的頻率越小。

請配合參照「第2圖」，其係為一實施範例之可變頻率訊號產生器之作動示意圖。

於「第1圖」以及「第2圖」的實施範例中，罩覆有振盪元件24的固定罩體26容置於球形的彈性罩體22中，且接腳242可不斷輸出可變頻率訊號。當球形的彈性罩體22中因外力施壓時會產生形變，如「第2圖」所示。由於球體受壓體積 縮小，而使得球體內部的氣壓上升。此時振盪元件24感測到氣壓上升，因而輸出頻率較高的可變頻率訊號。換句話說，在「第2圖」狀態下輸出的可變頻率訊號的頻率，比在「第1圖」狀態下輸出的可變頻率訊號的頻率還要高。

根據不同實施範例，可以依據可變頻率訊號判斷彈性罩體22是否有受力變形，也可以據以判斷彈性罩體22的受力程度。被固定罩體26罩覆的振盪元件24可被用以作為一壓力感測器。此一壓力感測器可以被配置在各種能形成氣密空間的彈性罩體22之中，以感測彈性罩體22的受力情形。

以下提供將可變頻率訊號產生器20應用於感壓游標控制裝置與氣墊鞋的實施範例，但可變頻率訊號產生器20更可運用在各種需要感測壓力的裝置或物品上。

請參照「第3A圖」以及「第3B圖」，其分別為一實施範例之感壓游標控制裝置之示意圖以及作動示意圖。

感壓游標控制裝置30包括一本體部32以及一感壓部34。 其中感壓部34可以從部分的本體部32的一端延伸而出，且感壓部34包括前述的可變頻率訊號產生器20以及一筆尖342，其中筆尖342與彈性罩體22互相抵靠。

舉例而言，感壓游標控制裝置30可以是一數位筆或觸控筆，使用者可將感壓游標控制裝置30的筆尖342抵靠一面板，以控制一計算機的一游標。感壓游標控制裝置30的感壓部34能夠感測筆尖342的受力程度，並依據受力程度輸出可變彈性 訊號。

而本體部32可以包括一中空筆桿322、傳輸單元324以及控制單元326。中空筆桿322可用以容置感壓游標控制裝置30中包括感壓部34的各個元件。控制單元326可連接於傳輸單元324以及可變頻率訊號產生器20。控制單元326可用以由可變頻率訊號產生器20接收可變頻率訊號，並令傳輸單元324發送可變頻率訊號。其中傳輸單元324可以透過紅外線、藍芽、電磁原理、群蜂(ZigBee)或是Wi-Fi等無線的方式，將可變頻率訊號傳送給計算機。

本體部32另可包括一驅動單元328。驅動單元328可與控制單元326以及可變頻率訊號產生器20相連，並用以驅動可變頻率訊號產生器20。此外，依據不同實施範例，本體部32也可包括一電源329，以供電給振盪元件24、傳輸單元324、控制單元326或驅動單元328等需要電力的元件。而電源329可以是一電池或一充電電路。

當使用者握持感壓游標控制裝置30並向面板施力時，筆尖342會抵靠面板並相對中空筆桿322向內位移，如「第3圖」所是。筆尖342原本就抵靠於彈性罩體22，內縮的筆尖342會持續對彈性罩體22施壓使彈性罩體22產生形變。如前述，當彈性罩體22產生形變，氣密空間中的氣壓會增加，使得輸出的可變頻率訊號的頻率變大。

計算機的一作業系統從傳輸單元324收到可變頻率訊號 之後，可將可變頻率訊號傳給一應用程式，以依據應用程式對於各種指標操作的定義作出反應。舉例而言，應用程式可以是一繪圖軟體，並依據可變頻率訊號得知筆壓大小，而產生類似畫筆或毛筆的書寫效果。

請參照「第4圖」，其係為一實施範例之氣墊鞋之示意圖。

氣墊鞋40包括本體部42以及一氣墊部44，其中氣墊部44可以從部分的本體部42的一端延伸而出。氣墊部44包括前述的可變頻率訊號產生器20。可變頻率訊號產生器20的彈性罩體22可以大致呈長板狀，被包覆於氣墊部44之內；且彈性罩體22可以與本體部42的一鞋底421以及一鞋身422互相抵靠。

舉例而言，氣墊部44可以配置在鞋底421以及鞋身422之間，如「第4圖」所示。可變頻率訊號產生器20的能夠感測氣墊部44的受力程度，並依據受力程度輸出可變彈性訊號。須注意的是，彈性罩體22之中需要保持氣密性。

而本體部42可包括一動作單元424以及控制單元426。 鞋底421或是鞋身422可具有一容置空間，以容置動作單元424以及控制單元426等元件。本體部42另可包括驅動單元428，驅動單元428可與控制單元426以及可變頻率訊號產生器20相連，並可用以驅動可變頻率訊號產生器20。此外，依據實際需求，本體部42也可包括電源429，以供電給振盪元件24、動作單元424、控制單元426或驅動單元428等需要電 力的元件。而電源429可以是電池或充電電路。

當使用者穿著氣墊鞋40時，使用者的體重會對氣墊部44施加壓力。因此鞋底421以及鞋身422會擠壓配置於兩者之間的氣墊部44，使得彈性罩體22產生形變。如前述，當彈性罩體22產生形變，氣密空間中的氣壓會增加，使得輸出的可變頻率訊號的頻率變大。

控制單元426可連接於可變頻率訊號產生器20，並可由可變頻率訊號產生器20接收可變頻率訊號，再據以輸出一控制訊號。動作單元424可連接於控制單元426，可用以接收控制訊號並依據控制訊號動作。透過此一機制，當使用者運動時，可變頻率訊號產生器20感測到的受力可以表示使用者腳底所承受的壓力，並令動作單元424產生警示訊息，進而避免壓力過大的動作以免傷害腳部。又或是，控制單元426可將可變頻率訊號產生器20感測到的受力程度傳送給一電腦系統。 電腦系統可以用來監控使用者運動時的腳底壓力與運動模式之間的變化量。電腦系統可以依據可變頻率訊號或控制訊號準確的判斷出使用者體能與運動模式之間的相互關係。

動作單元424可以包括至少一發光二極體(Light-Emitted Diode，LED)。控制單元426可以依據可變頻率訊號的頻率大小改變發光二極體的亮度或是閃爍的頻率。動作單元424也可以包括一揚聲器或一蜂鳴器，控制單元426可以依據可變頻率訊號的頻率大小改變發出的聲音的音量大小、音頻高低或是發 音間隔。

綜上所述，可變頻率訊號產生器被固定罩體罩覆並保護，且可依據彈性罩體內的氣壓改變輸出的可變頻率訊號。用以產生可變頻率訊號的振盪元件內部電路極為簡單，成本低廉。且固定罩體、彈性罩體以及氣密空間都能夠保護振盪元件，使其不易受氣壓以外的外在因素影響，也能夠延長其使用壽命。

再者，可變頻率訊號產生器能夠運用在各種需要感測壓力的裝置或物品上，例如感壓游標控制裝置或是氣墊鞋，因而具有極大的產業利用性以及發展前景。

以上較佳具體實施範例之詳述，是希望藉此更加清楚描述本發明之特徵與精神，並非以上述揭露的較佳具體實施範例對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望將各種改變及具相等性的安排涵蓋於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

20‧‧‧可變頻率訊號產生器

22‧‧‧彈性罩體

24‧‧‧振盪元件

242‧‧‧接腳

26‧‧‧固定罩體

262‧‧‧開口

30‧‧‧感壓游標控制裝置

32‧‧‧本體部

322‧‧‧中空筆桿

324‧‧‧傳輸單元

326‧‧‧控制單元

328‧‧‧驅動單元

329‧‧‧電源

34‧‧‧感壓部

342‧‧‧筆尖

40‧‧‧氣墊鞋

42‧‧‧本體部

421‧‧‧鞋底

422‧‧‧鞋身

424‧‧‧動作單元

426‧‧‧控制單元

428‧‧‧驅動單元

429‧‧‧電源

44‧‧‧氣墊部

第1圖係為一實施範例之可變頻率訊號產生器之示意圖。

第2圖係為一實施範例之可變頻率訊號產生器之作動示意圖。

第3A圖係為一實施範例之感壓游標控制裝置之示意圖。

第3B圖係為一實施範例之感壓游標控制裝置之作動示意圖。

第4圖係為一實施範例之氣墊鞋之示意圖。

20‧‧‧可變頻率訊號產生器

22‧‧‧彈性罩體

24‧‧‧振盪元件

242‧‧‧接腳

26‧‧‧固定罩體

262‧‧‧開口

Claims (10)

1. 一種可變頻率訊號產生器，包括：一彈性罩體，具有一氣密空間，該彈性罩體受力時產生形變而使得該氣密空間中的一氣壓改變；一振盪元件，用以輸出一可變頻率訊號，該可變頻率訊號的頻率隨著該氣密空間中的該氣壓改變；以及一固定罩體，罩覆該振盪元件，且該固定罩體容置於該氣密空間之中，該固定罩體具有一開口，使該振盪元件接觸該固定罩體之外的氣體。
2. 如請求項1所述之可變頻率訊號產生器，其中該氣密空間中的該氣壓越大，該可變頻率訊號的頻率越大；該氣密空間中的該氣壓越小，該可變頻率訊號的頻率越小。
3. 一種感壓游標控制裝置，包括：一本體部；以及一感壓部，從該本體部的一端延伸而出，該感壓部包括如請求項1所述之該可變頻率訊號產生器。
4. 如請求項3所述之感壓游標控制裝置，其中該本體部包括：一傳輸單元；以及一控制單元，連接於該傳輸單元以及該可變頻率訊號產生器，該控制單元用以由該可變頻率訊號產生器接收該可變頻率訊號，並令該傳輸單元發送該可變頻率訊號。
5. 如請求項4所述之感壓游標控制裝置，其中該本體部另包 括：一驅動單元，與該控制單元以及該可變頻率訊號產生器相連，並用以驅動該可變頻率訊號產生器。
6. 如請求項3所述之感壓游標控制裝置，其中該氣密空間中的該氣壓越大，該可變頻率訊號的頻率越大；該氣密空間中的該氣壓越小，該可變頻率訊號的頻率越小。
7. 一種氣墊鞋，包括：一本體部；以及一氣墊部，從該本體部的一端延伸而出，該氣墊部包括如請求項1所述之該可變頻率訊號產生器。
8. 如請求項7所述之氣墊鞋，其中該本體部包括：一控制單元，連接於該可變頻率訊號產生器，該控制單元用以由該可變頻率訊號產生器接收該可變頻率訊號，並輸出一控制訊號；以及一動作單元，連接於該控制單元，用以接收該控制訊號並依據該控制訊號動作。
9. 如請求項8所述之氣墊鞋，其中該本體部另包括：一驅動單元，與該控制單元以及該可變頻率訊號產生器相連，並用以驅動該可變頻率訊號產生器。
10. 如請求項7所述之氣墊鞋，其中該氣密空間中的該氣壓越大，該可變頻率訊號的頻率越大；該氣密空間中的該氣壓越小，該可變頻率訊號的頻率越小。