TWI672617B

TWI672617B - 旋鈕裝置

Info

Publication number: TWI672617B
Application number: TW107122074A
Authority: TW
Inventors: 茹泰; 柯傑斌; 陳志強
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2019-09-21
Also published as: US11112885B2; US20200004345A1; TW202001503A

Abstract

本發明提出一種旋鈕裝置，具有底座、上蓋、中心柱、一或多個第一磁鐵、一或多個第二磁鐵、複數磁力感測器、信號處理電路。上蓋具有蓋部以及立設於蓋部的側壁。中心柱具有第一端設置用於連接該底座以及第二端設置用於連接該上蓋，且該中心柱被該側壁環繞。第一磁鐵環繞中心柱而設置於上蓋。第二磁鐵環繞第一磁鐵而設置於底座。複數磁力感測器設置於中心柱的側面。信號處理電路電性連接於複數磁力感測器。

Description

旋鈕裝置

本發明有關於一種旋鈕裝置，且特別有關於能夠接受多種操作輸入的磁力感測式旋鈕裝置。

隨著各種使用觸控面板的裝置的普遍化，也發展出觸控筆等不同種類的輔助輸入裝置，而能讓使用者有更多的操作輸入方式。例如，市場上推出了一種旋鈕裝置，當旋鈕裝置與使用者要操作的電子產品連結時，使用者可以透過按壓旋鈕裝置來對該電子產品輸入確認的指令，也可透過旋轉這個旋鈕裝置來提供選單的選項選擇的指令。因此，如何改善旋鈕裝置的機械結構與電路設計，以符合使用者的需求，也是亟待解決的問題。

本發明有鑑於上述的課題，而以提出一種能夠接受多種操作輸入方式的磁力感測旋鈕裝置。

做為第一實施態樣，本發明提出一種旋鈕裝置，包括：一底座；一上蓋，具有一蓋部以及立設於該蓋部的一側壁；一中心柱，具有一第一端設置用於連接該底座以及一第二端設置用於連接該上蓋，且該中心柱被該側壁環繞；一或多個第一磁鐵，環繞該中心柱而設置於該底座和該上蓋之一者；一或多個第二磁鐵，環繞該一或多個第一磁鐵而設置於該底座和該上蓋之另一者；多個磁力感測器，設置於該中心柱的一側面；以及一信號處理電路，電性連接於該多個磁力感測器，其中當該上蓋相對於該底座旋轉時，該一或多個第一磁鐵會相對於該中心柱及該多個磁力感測器旋轉，該多個磁力感測器會對應地感測到具有不同的數值的複數個磁力信號，該信號處理電路藉由該多個磁力感測器所感測到的該複數個磁力信號，來判斷該上蓋與該底座的一相對旋轉方向，以輸出一順時針旋轉信號或一逆時針旋轉信號；並且當該上蓋相對於該底座水平移動或傾斜移動時，該一或多個第一磁鐵中的一部分接近該中心柱，該多個磁力感測器會對應地感測一部分的該複數個磁力信號的磁力信號減少，該一或多個第一磁鐵中的另一部分遠離該中心柱，該多個磁力感測器會對應地感測另一部分的該複數個磁力信號的磁力信號增加，該信號處理電路依據該複數個磁力信號，來判斷該上蓋與該底座的一相對移動方向，以輸出一推移信號。

做為第二實施態樣，該一或多個第一磁鐵與該一或多個第二磁鐵以極性相同的磁極相對。

做為第三實施態樣，該一個或多個第一磁鐵包括螺旋狀地環繞該中心柱的單一磁鐵。

做為第四實施態樣，該一或多個第一磁鐵包含具有相同的一磁場強度的複數個磁鐵，該複數個磁鐵呈現螺旋狀地環繞該中心柱。

做為第五實施態樣，該一或多個第一磁鐵包含環繞該中心柱的複數個磁鐵，該複數個磁鐵分別與該中心柱具有相同的距離，該複數個磁鐵的複數個磁場強度呈現沿著順時針方向單調地增加或沿著順時針方向單調地減少。

做為第六實施態樣，該中心柱固定地連接於該底座並且可旋轉並且可相對移動地連接於該上蓋，該一或多個第一磁鐵環繞該中心柱而設置於該上蓋，該一或多個第二磁鐵環繞該一個或多個第一磁鐵而設置於該底座。

做為第七實施態樣，該中心柱固定地連接於該上蓋並且可旋轉並且可相對移動地連接於該底座，該一或多個第一磁鐵環繞該中心柱而設置於該底座，該一或多個第二磁鐵環繞該一個或多個第一磁鐵而設置於該上蓋。

做為第八實施態樣，該旋鈕裝置另包含一按壓開關，電性連接於該信號處理電路，並且設置於該上蓋與該中心柱之間，當該上蓋受力而靠近該底座時，該按壓開關會被觸發，該信號處理電路會判斷該按壓開關被觸發，而輸出一按壓信號。

做為第九實施態樣，該旋鈕裝置另包含一按壓開關，電性連接於該信號處理電路，並且設置於該中心柱與該底座之間，當該上蓋受力而靠近該底座時，該按壓開關會被觸發，該信號處理電路會判斷該按壓開關被觸發，而輸出一按壓信號。

做為第十實施態樣，當該上蓋受力而與該底座靠近時，該多個磁力感測器與該一或多個第一磁鐵的相對位置會錯置，該信號處理電路藉由該多個磁力感測器所感測到的該複數個磁力信號而判斷該上蓋與該底座的一相對位置較靠近，而輸出一按壓信號。

藉由上述的各實施態樣，本發明提出了能夠接受多種操作輸入以增加功能性及便利性的磁力感測式旋鈕裝置，而能提供使用者更多樣化的輸入方式。

1‧‧‧旋鈕裝置

10‧‧‧底座

11‧‧‧內壁

12‧‧‧中心柱

13A~13C、H‧‧‧磁力感測器

14A~14D、22‧‧‧側壁

15A~15D‧‧‧第二磁鐵

20‧‧‧上蓋

21‧‧‧蓋部

23、23A~23H‧‧‧第一磁鐵

30‧‧‧彈性體

M‧‧‧磁鐵

第1圖顯示根據本發明一實施例的旋鈕裝置的立體圖。

第2A圖顯示磁鐵與磁力感測器的示意圖。

第2B圖顯示磁鐵與磁力感測器之間的距離相對於磁力感測器所輸出電壓的曲線圖。

第3A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置的縱剖面圖。

第3B圖顯示第3A圖的旋鈕裝置沿A-A'線橫剖面的俯視圖。

第4A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置的縱剖面圖。

第4B圖顯示第4A圖的旋鈕裝置的沿B-B'線橫剖面的俯視圖。

第5A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置的縱剖面圖。

第5B圖顯示第5A圖的旋鈕裝置的沿C-C'線橫剖面的俯視圖。

第6A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置的縱剖面圖。

第6B圖顯示第6A圖的旋鈕裝置的沿D-D'線橫剖面的俯視圖。

第7圖顯示根據上述實施例的旋鈕裝置的動作偵測方法的流程圖。

以下之說明提供了許多不同的實施例，用來實施本發明之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡地表達本發明，而並非用以限制本發明。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。

本說明書之第一以及第二等詞彙，僅作為清楚解釋之目的，並非用以對應於以及限制專利範圍。此外，第一特徵以及第二特徵等詞彙，並非限定是相同或是不同之特徵。

於此使用之空間上相關的詞彙，例如上方或下方等，僅用以簡易描述圖式上之一元件或一特徵相對於另一元件或特徵之關係。除了圖式上描述的方位外，還包括不同之方位使用或是操作之裝置。圖式中之形狀、尺寸、以及厚度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。

第1圖顯示根據本發明一實施例的旋鈕裝置1的立體圖。如第1圖所示，本發明的旋鈕裝置1是由底座10以及套住底座10的上蓋20所構成。上蓋20可以朝向底座10的方向按壓，可以相對於底座10旋轉，也可以相對於底座10水平或傾斜移動。

當旋鈕裝置1放置於具有觸控螢幕的裝置並且建立連線後，可以藉由操作旋鈕裝置1來對觸控螢幕所顯示的畫面進行操作。例如，當此旋鈕裝置1與具有觸控螢幕的裝置透過WIFI或藍芽等方式建立連線後，觸控螢幕可顯示具有多個選項的選單，使用者藉由旋轉或像搖桿一樣操作旋鈕裝置1來標示所欲選取的選項，並且藉由按下旋鈕裝置1來確認所選定的選項。在另一實施例中，底座10的底面也可以包含預設的電極圖樣，藉由設置電極圖樣與觸控螢幕間所產生的不同形式的觸控信號，來代表不同種類的輸入信號。例如，設置電極圖樣是否與觸控螢幕接觸、設置電極圖樣產生不同的電壓信號或設置電極圖樣的導電度等方式，使旋鈕裝置1對觸控螢幕產生不同種類的輸入信號。

在下列的實施例中，採用磁力感測的技術來做為旋鈕裝置判別各種輸入動作的偵測技術。第2A圖顯示磁鐵與磁力感測器的示意圖。第2B圖顯示磁鐵與磁力感測器之間的距離相對於磁力感測器所輸出電壓的曲線圖。在第2A圖的實施例中，磁力感測器H可以採用霍爾感測器(Hall effect sensor)等方式實施，當磁鐵M距離磁力感測器H的距離不同或極性不同，磁力感測器H感測到的磁場強度也會不同，磁力感測器H所輸出的電壓也會對應地變化。如第2B圖所示，橫軸為磁鐵M相對於磁力感測器H的距離，縱軸為磁力感測器H的輸出電壓。在第2B圖中分別畫出磁鐵M的N極與磁力感測器H相隔不同距離時相對於磁力感測器H的輸出電壓的曲線、以及磁鐵M的S極與磁力感測器H相隔不同距離時相對於磁力感測器H的輸出電壓的曲線。在本實施例中，由於磁鐵M的N極相對於磁力感測器H的距離變化與輸出電壓的關係並沒有保持在一致的變化趨勢(隨著磁鐵M的N極與磁力感測器H之間的距離由近至遠，磁力感測器H所對應的輸出電壓先升後降)，可用於偵測距離的範圍較小。因此，以下的實施例選用磁鐵M 的S極來做磁力變化的感測，使說明較為簡潔明瞭。在另一實施例中，若磁力感測器H的特性不同或經過適當地設置磁鐵M的N極與磁力感測器H之間的距離，也可以採用磁鐵M的N極與磁力感測器H的搭配來完成後述的旋鈕裝置的實施例。

以下的實施例中，旋鈕裝置1另包括中心柱，設置為固定地連接於底座10及上蓋20的其中之一，並且可旋轉連接於底座10及上蓋20的另一，並且底座10及上蓋20可相對地水平移動或者傾斜移動。因此，當中心柱固定地連接於底座10，而上蓋20相對於底座10旋轉或移動時，上蓋20和中心柱也會相對地旋轉或移動。當中心柱固定地連接於上蓋20時，而上蓋20相對於底座10旋轉或移動時，底座10和中心柱也會相對地旋轉或移動。此外，藉由將磁力感測器H設置於中心柱的側面(lateral surface)，並將磁鐵M設置於底座10及上蓋20的至少其中之一，當上蓋20相對於底座10旋轉或移動時，磁鐵M會相對於中心柱及磁力感測器H旋轉或移動，磁力感測器H將感測到不同數值大小的磁力信號，藉由判斷磁力信號間的磁力變化，旋鈕裝置1可對應地輸出順時針旋轉信號、逆時針旋轉信號、或是代表底座10及上蓋20之間發生相對移動的推移信號。

第3A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置1的縱剖面圖。第3B圖顯示第3A圖的旋鈕裝置1沿A-A'線橫剖面的俯視圖。在實施例1當中，旋鈕裝置1的詳細構造如第3A和3B圖所示，旋鈕裝置1包括底座10、中心柱12、磁力感測器13A、13B、13C、第一磁鐵23、第二磁鐵15A、15B、15C、15D、上蓋20及信號處理電路(未圖示)。底部10的外表面可以設置吸附構件或磁鐵等元件(未圖示)來提供吸附的功能，而能固設於所操作的裝置上。底座10的外表面也可以設置電極圖樣(未圖示)，設置用於與能感測電極圖樣的裝置接觸並電性連接以傳收信號。在本實施例中，中心柱12的第一端固定地連接於底座10的內表面，並且中心柱12的第二端可旋轉地連接於上蓋20，並且底座10及上蓋20可相對地水平移動或者傾斜移動。磁力感測器13A、13B、13C設置中心柱12的側面以向外偵測磁力。磁力感測器13A、13B、13C可以採用霍爾感測器等方式實施，會根據感測到的磁場強度而對應地輸出電壓。信號處理電路可以採用微處理器、微控制器、數位信號處理器及特殊應用積體電路等方式實施，信號處理電路電性連接於磁力感測器13A、13B、13C，依據磁力感測器13A、13B、13C的輸出電壓的變化來判斷旋鈕裝置1所應輸出的對應信號。在本實施例中，底座10和中心柱12皆設置為圓柱形，在其他實施例中，若不妨礙上蓋20與底座10間的相對旋轉，底座10和中心柱12也可以分別設置為其他合適的形狀或尺寸，例如，三角形或方形等。此外，中心柱12的側面也可以設置孔槽以容納磁力感測器13A、13B、13C，也可將磁力感測器13A、13B、13C包覆於中心柱12的側面的表面下。

在本實施例中，上蓋20包括蓋部21及立設於蓋部21的側壁22，蓋部21的內表面可旋轉並且可相對移動地連接於中心柱12的第二端，並且中心柱12被側壁22環繞。例如，蓋部21和中心柱12可以分別具有軸心和對應的容納孔等結構(皆未圖示)，以達成可旋轉並且相對移動地連接的功能。在本實施例中，第一磁鐵23沿著圓周方向設置而呈現螺旋狀地環繞該中心柱12，並且第一磁鐵23可以採用黏著劑或者連接部件等方式與蓋部21固定連接。如第3B圖所示，第一磁鐵23沿著逆時針方向單調地(monotonically)靠近中心柱12，第一磁鐵23靠近中心柱12的一側設置為第一磁鐵23的S極，第一磁鐵23靠近側壁22的一側設置為第一磁鐵23的N極，並且第一磁鐵23靠近中心柱12的一側的磁場強度設置為均勻的分布，使磁力感測器13A、13B、13C所感測的磁場強度主要由磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23之間的距離而決定。在其他實施例中，上蓋20的蓋部21及側壁22也可以依據人體工學等設計考量，而採用不同的形狀或尺寸。例如，蓋部21的外表面及側壁22的外表面可以設置為具有至少部份凹陷區域，而便於使用者的手指按壓或握持；側壁22和蓋部21之間也可以呈現不同的角度；蓋部21及側壁22也可以不用完全地密閉。在其他實施例中，第一磁鐵23也可以沿著順時針方向單調地靠近中心柱12。

在本實施例中，底座10包括從底座10的內表面朝向上方延伸並且間隔配置的側壁14A、14B、14C、14D。中心柱12被側壁14A、14B、14C、14D環繞，而側壁14A、14B、14C、14D又被側壁22環繞。在本實施例中，第二磁鐵15A、15B、15C、15D分別設置於側壁14A、14B、14C、14D的內周面。第二磁鐵15A、15B、15C、15D與第一磁鐵23之間會以彼此相同的磁極相對，也就是說，當第一磁鐵23的S極面向中心柱12且N極面向外側時，則第二磁鐵15A、15B、15C、15D各自都會以N極面向第一磁鐵23。在其他實施例中，側壁14A、14B、14C、14D也可以改由環形的單一側壁來取代，在這個情況下，第二磁鐵15A、15B、15C、15D也可以改由環形的單一磁鐵來取代。在其他實施例中，可以將側壁14A、14B、14C、14D省略，而將第二磁鐵15A、15B、15C、15D直接與底座10連接，第二磁鐵15A、15B、15C、15D可以採用黏著劑或者連接部件等方式與底座10固定連接。在其他實施例中，也可以將側壁14A、14B、14C、14D省略，並將第二磁鐵15A、15B、15C、15D採用環形的單一磁鐵來實施。

在本實施例中，中心柱12與蓋部21之間另設置彈性體30，當上蓋20受力時，底座10與上蓋20可以透過壓縮彈性體30而彼此靠近。此外，旋鈕裝置1可以另包含有按壓開關(未圖示)，電性連接於信號處理電路，用以偵測使用者的按壓動作，以對應的輸出按壓信號。例如：按壓開關可以設置於彈性體30處，當使用者按壓上蓋20時，彈性體30會壓縮使得上蓋20與底座10的距離接近並且觸發按壓開關，信號處理電路判斷按壓開關被觸發，而對應地輸出按壓信號。當按壓旋鈕裝置1的外力消失時，底座10與上蓋20會因為彈性體30的彈力而回復至預設的距離，而使按壓開關處於未被觸發的狀態。

在旋鈕裝置1未受到外力的狀態下，也就是未被使用者操作的狀態下，如第3A圖所示，磁力感測器13A、13B、13C的感測面(即磁力感測器13A、13B、13C主要用於偵測磁力的區域)會面向第一磁鐵23。又如第3B圖所示，第一磁鐵23具有一個沿著逆時針方向而逐漸接近中心柱12的螺旋構造。磁力感測器13A、13B、13C所感測到的磁場強度，會受到磁力感測器13A、13B、13C的感測面與螺旋狀的第一磁鐵23之間的距離(例如：第3B圖中箭頭的長度)而變化。磁力感測器13A、13B、13C距離螺旋狀的第一磁鐵23越近，感測到的磁場強度越強並輸出越低的電壓，反之距離螺旋狀的第一磁鐵23越遠，感測到的磁場強度越弱並輸出越高的電壓。

在第3B圖的實施例中，當使用者以順時針方向旋轉旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10進行順時針方向旋轉，第一磁鐵23跟著上蓋20順時針旋轉，各個磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的距離逐漸減少，各個磁力感測器13A、13B、13C所感測到的磁場強度逐漸增加，而對應的磁力信號(即輸出電壓)會逐漸降低，信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號逐漸降低，而對應地輸出順時針旋轉信號至外部裝置。此外，為了提高偵測的正確性，可以設置每個磁力感測器13A、13B、13C至少連續兩次感測到增強的磁場強度，使磁力感測器13A、13B、13C至少連續兩次的磁力信號都降低，信號處理電路才判定旋鈕裝置1往順時針方向旋轉，並輸出順時針旋轉信號至外部裝置。另一方面，當使用者沿著逆時針方向旋轉光學旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10進行逆時針方向旋轉，第一磁鐵23跟著上蓋20逆時針旋轉，各個磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的距離逐漸增加，各個磁力感測器13A、13B、13C所感測到的磁場強度逐漸降低，而對應的磁力信號(即輸出電壓)會逐漸增加，信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C的磁力信號逐漸增加，而對應地輸出逆時針旋轉信號至外部裝置。此外，為了提高偵測的正確性，可以設置每個磁力感測器13A、13B、13C至少連續兩次感測到減弱的磁場強度，使磁力感測器 13A、13B、13C至少連續兩次的磁力信號都增加，信號處理電路才判定旋鈕裝置1往逆時針方向旋轉，並輸出逆時針旋轉信號至外部裝置。此外，信號處理電路也可以依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號的變化量來判斷旋鈕裝置1的旋轉角度。在第一磁鐵23距離中心柱12最遠及最近的端點T處，磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的距離變化不同於其他部分在逆時針方向呈現單調地減少，而是在距離上呈現一個突然的增加。因此，可以由信號處理電路以演算法特別處理此區域的特殊情況，以輸出正確的順時針旋轉信號或逆時針旋轉信號。例如：信號處理電路使用上述的機制，磁力感測器13A、13B、13C的兩次輸出電壓都必須是相同的增加或相同的減少，才判斷是順時針旋轉信號或逆時針旋轉信號。

在第3A及3B圖的實施例中，例如當使用者往水平方向左側推動旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10向左水平地移動或向左傾斜地移動，第一磁鐵23跟隨著上蓋20往左側移動，磁力感測器13A因為與第一磁鐵23的距離減少而感測到增加的磁場強度，磁力感測器13A輸出磁力信號降低。與此同時，磁力感測器13B、13C因為與第一磁鐵23的距離增加而感測到減少的磁場強度，磁力感測器13B、13C輸出磁力信號增加。信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號的增減量，而對應地輸出向左推移信號至外部裝置。另一方面，當使用者往水平方向下側推動旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10向下水平地移動或向下傾斜地移動，第一磁鐵23跟隨著上蓋20往下側移動，磁力感測器13B因為與第一磁鐵23的距離減少而感測到增加的磁場強度，磁力感測器13B輸出磁力信號降低。與此同時，磁力感測器13A、13C因為與第一磁鐵23的距離增加而感測到減少的磁場強度，磁力感測器13A、13C輸出磁力信號增加。信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號的增減量，而對應地輸出向下推移信號至外部裝置。也就是說，信號處理電路可以根據多個磁力感測器13A、13B、13C中一部分輸出增加的磁力信號一部分輸出減低的磁力信號，來判斷旋鈕裝置1被推移操作。更進一步地，信號處理電路可以根據輸出增加的磁力信號以及輸出減少的磁力信號分別是磁力感測器13A、13B、13C中的何者，來判斷上蓋20相對於底座10被推移的方向。例如，當磁力感測器13A及13B的磁力信號都增加，而磁力感測器13C的磁力信號降低，信號處理電路會判斷上蓋20與底座10之間的相對移動，而更詳細的相對移動方向，信號處理電路可以依據磁力感測器13A及13B所輸出的磁力信號來進一步判斷。當推移旋鈕裝置1的外力消失時，第一磁鐵23會因為與其外側的N極與第二磁鐵15A、15B、15C、15D的內側的N極之間所產生的斥力，而被推回預設的位置，而使上蓋20回到相對於底座10未被推移的狀態。

在上述的實施例中，第一磁鐵23除了使用一個磁鐵以螺旋狀的方式環繞中心柱，也可以採用多個磁鐵環繞中心柱的方式實施。例如，第4A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置1的縱剖面圖。第4B圖顯示第4A圖的旋鈕裝置的沿B-B'線橫剖面的俯視圖。在本實施例當中，旋鈕裝置1的詳細構造如第4A和4B圖所示，將前述實施例的第一磁鐵23改以多個磁場強度不同的第一磁鐵23A~23H實施，並且各個第一磁鐵23A~23H與中心柱12的距離相同，其餘的構造與第3A和3B圖的實施例相同，並且標示相同的元件符號。如第4B圖所示，8個磁場強度不同的第一磁鐵23A~23H按照磁場強度的數值大小依序等間隔地固定於上蓋20並排列於圓周方向上，第一磁鐵23A~23H均以磁鐵的S極面向中心柱12。雖然第一磁鐵23A~23H與磁力感測器13A、13B、13C之間的距離沒有改變，但因為每個第一磁鐵23A~23H本身的磁場強度不同，因此在旋轉旋鈕裝置1時，磁力感測器13A、13B、13C也可以感測到增加或減低的磁力信號。在推移旋鈕裝置1時，磁力感測器13A、13B、13C也會有部分感測到增加的磁力信號，有部分感測到減低的磁力信號。因此，可以根據與第3A和3A圖的實施例完全相同的方式，信號處理電路判定旋鈕裝置1往逆時針或順時針方向旋轉(即第4B圖中，上蓋20相對於底座10進行逆時針或順時針方向旋轉)，並輸出表示逆時針旋轉或順時針旋轉信號至外部裝置。也可以根據與第3A和3A圖的實施例相同的方式，信號處理電路判定旋鈕裝置1的上蓋20相對於底座10進行上下左右方向的水平相對移動或傾斜相對移動，並輸出推移信號至外部裝置。在另一實施例中，第一磁鐵的數目也可以依據不同的設計考量而增減，並且可以按照磁場強度大小但不等間隔地設置於上蓋20。在另一實施例中，也可以採用相同磁場強度的多個第一磁鐵，並且使各個第一磁鐵相對於中心柱的距離不同，也能達到上述實施例的技術功效。

第5A圖顯示根據本發明另一實施例的旋鈕裝置1的縱剖面圖。第5B圖顯示第5A圖的旋鈕裝置的沿C-C'線橫剖面的俯視圖。在本實施例中，旋鈕裝置1的詳細構造如第5A和5B圖所示，旋鈕裝置1包括底座10、中心柱12、磁力感測器13A、13B、13C、第一磁鐵23、第二磁鐵15A、15B、15C、15D、上蓋20及信號處理電路(未圖示)。在本實施例中，中心柱12的第一端可旋轉地連接於底座10，並且中心柱12的第二端固定地連接於上蓋20的內表面，並且底座10及上蓋20可相對地水平移動或者傾斜移動。在本實施例中，底座10和中心柱12皆設置為圓柱形，在其他實施例中，若不妨礙上蓋20與底座10間的相對旋轉，底座10和中心柱12也可以分別設置為其他合適的形狀或尺寸例如，三角形或方形等。

在本實施例中，上蓋20包括蓋部21、立設於蓋部21的側壁22，蓋部21的內表面連接於中心柱12的第二端，並且中心柱12被側壁22環繞。磁力感測器13A、13B、13C可以採用霍爾感測器等方式實施，會根據感測到的磁場強度而對應地輸出電壓。信號處理電路可以採用微處理器、微控制器、數位信號處理器及特殊應用積體電路等方式實施，信號處理電路電性連接於磁力感測器13A、13B、13C，依據磁力感測器13A、13B、13C的輸出電壓的變化來判斷旋鈕裝置1所應輸出的對應信號。

底座10和中心柱12可以分別具有軸心和對應的容納孔等結構(皆未圖示)，以達成可旋轉並且可相對移動地連接的功能。在本實施例中，第一磁鐵23沿著圓周方向設置而呈現螺旋狀地環繞該中心柱12，並且第一磁鐵23可以採用黏著劑或者連接部件等方式與底部10固定連接。如第5B圖所示，第一磁鐵23沿著逆時針方向單調地靠近中心柱12。第一磁鐵23靠近中心柱12的一側設置為第一磁鐵23的S極，第一磁鐵23靠近側壁22的一側設置為第一磁鐵23的N極，並且第一磁鐵23靠近中心柱12的一側的磁場強度設置為均勻的分布，使磁力感測器13A、13B、13C所感測的磁場強度主要由磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23之間的距離而決定。在其他實施例中，第一磁鐵23也可以沿著順時針方向單調地靠近中心柱12。

在本實施例中，第二磁鐵15A、15B、15C、15D分別間隔地設置於側壁22的內周面。第二磁鐵15A、15B、15C、15D與第一磁鐵23之間會以彼此相同的磁極相對，也就是說，當第一磁鐵23的S極面向中心柱12且N極面向外側時，則第二磁鐵15A、15B、15C、15D各自都會以N極面向第一磁鐵23。在其他實施例中，第二磁鐵15A、15B、15C、15D也可以改由環形的單一磁鐵來取代。在其他實施例中，第二磁鐵15A、15B、15C、15D可以直接與上蓋20的蓋部21連接，並且可以採用黏著劑或者連接部件等方式固定。在其他實施例中，也可以將第二磁鐵15A、15B、15C、15D採用環形的單一磁鐵來實施。

在本實施例中，中心柱12與底座10之間設置彈性體30，當上蓋20受力時，底座10與上蓋20可以透過壓縮彈性體30而彼此靠近。此外，旋鈕裝置1可以另包含有按壓開關(未圖示)，電性連接於信號處理電路，用以偵測使用者的按壓動作，以對應的輸出按壓信號。例如：按壓開關可以設置於彈性體30處，當使用者按壓上蓋20時，彈性體30會壓縮使得上蓋20與底座10的距離接近並且觸發按壓開關，信號處理電路判斷按壓開關被觸發，而對應地輸出按壓信號。當按壓旋鈕裝置1的外力消失時，底座10與上蓋20會因為彈性體30的彈力而回復至預設的距離，而使按壓開關處於未被觸發的狀態。

在旋鈕裝置1未受到外力的狀態下，也就是未被使用者操作的狀態下，如第5A圖所示，磁力感測器13A、13B、13C的感測面(即磁力感測器13A、13B、13C主要用於偵測磁力的區域)會面向第一磁鐵23。又如第5B圖所示，第一磁鐵23具有一個沿著逆時針方向而逐漸接近中心柱12的螺旋構造。磁力感測器13A、13B、13C所感測到的磁場強度，會受到磁力感測器13A、13B、13C的感測面與螺旋狀的第一磁鐵23之間的距離而變化。磁力感測器13A、13B、13C距離螺旋狀的第一磁鐵23越近，感測到的磁場強度越強並輸出越低的電壓，反之距離螺旋狀的第一磁鐵23越遠，感測到的磁場強度越弱並輸出越高的電壓。

在第5B圖的實施例中，當使用者以順時針方向旋轉旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10進行順時針方向旋轉，中心柱12跟著上蓋20順時針旋轉(與第3B圖的實施例不同)，各個磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的距離逐漸增加，各個磁力感測器13A、13B、13C所感測到的磁場強度逐漸減少，而對應的磁力信號(即輸出電壓)會逐漸增加，信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號逐漸增加，而對應地輸出順時針旋轉信號至外部裝置。此外，為了提高偵測的正確性，可以設置每個磁力感測器13A、13B、13C至少連續兩次感測到減弱的磁場強度，使磁力感測器13A、 13B、13C至少連續兩次的磁力信號都增加，信號處理電路才判定旋鈕裝置1往順時針方向旋轉，並輸出順時針旋轉信號至外部裝置。另一方面，當使用者沿著逆時針方向旋轉光學旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10進行逆時針方向旋轉，中心柱12跟著上蓋20逆時針旋轉，各個磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的距離逐漸減少，各個磁力感測器13A、13B、13C所感測到的磁場強度逐漸增加，而對應的磁力信號(即輸出電壓)會逐漸減少，信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C的磁力信號逐漸減少，而對應地輸出逆時針旋轉信號至外部裝置。此外，為了提高偵測的正確性，可以設置每個磁力感測器13A、13B、13C至少連續兩次感測到增強的磁場強度，使磁力感測器13A、13B、13C至少連續兩次的磁力信號都減低，信號處理電路才判定旋鈕裝置1往逆時針方向旋轉，並輸出逆時針旋轉信號至外部裝置。此外，信號處理電路也可以依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號的變化量來判斷旋鈕裝置1的旋轉角度。在第一磁鐵23距離中心柱12最遠及最近的端點T處，磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的距離變化不同於其他部分在逆時針方向呈現單調地減少，而是在距離上呈現一個突然的增加。因此，可以由信號處理電路以演算法特別處理此區域的特殊情況，以輸出正確的順時針旋轉信號或逆時針旋轉信號。例如：信號處理電路使用上述的機制，磁力感測器13A、13B、13C的兩次輸出電壓都必須是相同的增加或相同的減少，才判斷是順時針旋轉信號或逆時針旋轉信號。

在第5A及5B圖的實施例中，例如當使用者往水平方向左側推動旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10向左水平移動或向左傾斜地移動，中心柱12跟隨著上蓋20往左側移動(與第3B圖的實施例不同)，磁力感測器13A因為與第一磁鐵23的距離增加而感測到減少的磁場強度，磁力感測器13A輸出磁力信號增加。與此同時，磁力感測器13B、13C因為與第一磁鐵23的距離減少而感測到增加的磁場強度，磁力感測器13B、13C輸出磁力信號減少。信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號的增減量，而對應地輸出向左推移信號至外部裝置。另一方面，當使用者往水平方向下側推動旋鈕裝置1時，上蓋20相對於底座10向下水平移動或向下傾斜地移動，中心柱12跟隨著上蓋20往下側移動，磁力感測器13B因為與第一磁鐵23的距離增加而感測到減少的磁場強度，磁力感測器13B輸出磁力信號增加。與此同時，磁力感測器13A、13C因為與第一磁鐵23的距離減少而感測到增加的磁場強度，磁力感測器13A、13C輸出磁力信號減少。信號處理電路會依據各個磁力感測器13A、13B、13C所輸出的磁力信號的增減量，而對應地輸出向下推移信號至外部裝置。也就是說，信號處理電路可以根據多個磁力感測器13A、13B、13C中一部分輸出增加的磁力信號一部分輸出減低的磁力信號，來判斷旋鈕裝置1被推移操作。更進一步地，信號處理電路可以根據輸出增加的磁力信號以及輸出減少的磁力信號分別是磁力感測器13A、13B、13C中的何者，來判斷上蓋20相對於底座10被推移操作的方向。例如，當磁力感測器13A及13B的磁力信號都增加，而磁力感測器13C的磁力信號降低，信號處理電路會判斷上蓋20與底座10之間的相對移動，而更詳細的相對移動方向，信號處理電路可以依據磁力感測器13A及13B所輸出的磁力信號來進一步判斷。在本實施例中，由於磁力感測器13A、13B、13C會跟著中心柱旋轉，因此磁力感測器可進行兩次磁力感測，在第一次磁力感測(旋鈕裝置1未被推移時)，根據磁力感測器13A、13B、13C的輸出電壓來判斷磁力感測器13A、13B、13C的位置，在第二次磁力感測(旋鈕裝置1被推移時)，根據磁力感測器13A、13B、13C的各個輸出電壓的變化來判斷旋鈕裝置1被推移的方向。當推移旋鈕裝置1的外力消失時，第二磁鐵15A、15B、15C、15D會因為其內側的N極與第一磁鐵23的外側的N極之間所產生的斥力，而被推回預設的位置，而使上蓋20回到相對於底座10未被推移的狀態。

第7A圖顯示根據另一實施例的旋鈕裝置1的縱剖面圖。第7B圖顯示第7A圖的旋鈕裝置的沿E-E'線橫剖面的俯視圖。在本實施例當中，旋鈕裝置1的詳細構造如第7A和7B圖所示，將前述實施例的第一磁鐵23改以多個磁場強度不同的第一磁鐵23A~23H實施，其餘的構造與第5A和5B圖的實施例相同，並且標示相同的元件符號。如第7B圖所示，8個磁場強度不同的第一磁鐵23A~23H按照磁場強度的數值大小依序等間隔地排列於底座10的圓周方向上，並且第一磁鐵23A~23H均以磁鐵的S極面向中心柱12。雖然第一磁鐵23A~23H與磁力感測器13A、13B、13C之間的距離沒有改變，但因為每個第一磁鐵23A~23H本身的磁場強度不同，因此在旋轉旋鈕裝置1時，磁力感測器13A、13B、13C也可以感測到增強或減弱的磁力訊號。在推移旋鈕裝置1時，磁力感測器13A、13B、13C也會有部分感測到增加的磁力信號，有部分感測到減低的磁力信號。因此，可以根據與第6A和6A圖的實施例完全相同的方式，信號處理電路判定旋鈕裝置1往逆時針或順時針方向旋轉(即第7B圖中，上蓋20相對於底座10進行逆時針或順時針方向旋轉)，並輸出表示逆時針旋轉或順時針旋轉信號至外部裝置。也可以根據與第6A和6A圖的實施例完全相同的方式，信號處理電路判定旋鈕裝置1的上蓋20相對於底座10進行上下左右方向的水平相對移動或傾斜相對移動，並輸出推移信號至外部裝置。在另一實施例中，第一磁鐵的數目也可以依據不同的設計考量而增減，並且可以按照磁場強度大小但不等間隔地設置於底座10。在另一實施例中，也可以採用相同磁場強度的多個第一磁鐵，並且使各個第一磁鐵相對於中心柱的距離不同，也能達到上述實施例的技術功效。

在上述的實施例中，旋鈕裝置1也可以不設置按壓開關，藉由適當地設置磁鐵和磁力感測器間的位置，當上蓋20受力而靠近底座10時，磁力感測器13A、13B、13C與第一磁鐵23的相對位置會錯置，並且設置信號處理電路依據磁力感測器13A、13B、13C此時的輸出電壓，而判斷上蓋20與底座10的相對位置較靠近，而輸出按壓信號。例如：設置上蓋20被按壓時，磁力感測器13A、13B、13C不會感測到磁場強度；或者設置上蓋20被按壓時，磁力感測器13A、13B、13C會感測到與第一磁鐵23不同的磁場強度(例如：設置為更強於第一磁鐵23的最大磁場強度或者更弱於第一磁鐵23的最小磁場強度)。

接著說明用來偵測本發明之旋鈕裝置的動作偵測方法。第7圖顯示根據本發明上述實施例的旋鈕裝置的動作偵測方法的流程圖。如第7圖所示，在步驟S1，將旋鈕裝置放置於具有觸控螢幕的外部裝置並建立連線。在步驟S2，磁力感測器進行磁力感測並輸出電壓。接著，前進到步驟S3進行下一次的磁力感測，磁力感測器輸出電壓。然後，在步驟S4，依據步驟S3所輸出的電壓與在步驟S2所輸出的電壓，判斷輸出電壓是否有增大或減小。如果電壓沒有改變或變化量未超過預設的門檻值，則回到步驟S2。如果電壓有增大或減小，在步驟S5則進一步判斷複數電壓是不是一同增加或減少，如果輸出的複數電壓一同增加或減少，則代表旋鈕裝置被旋轉，因此在步驟S6輸出旋轉指令至外部機器，完成後回到步驟S2繼續進行磁力感測。另外，可以進一步依據輸出電壓的增大而輸出代表朝向第一方向(例如逆時針方向)旋轉的旋轉指令至外部機器，依據輸出電壓的減小而輸出代表朝向第二方向(例如順時針方向)旋轉的旋轉指令至外部機器。如果輸出的複數電壓中有的增加有的減少，則代表旋鈕裝置被推動，因此在步驟S7輸出推移指令至外部機器，完成後回到步驟S2繼續進行磁力感測。另外，可以進一步依據特定磁力感測器的輸出電壓的增大，特定磁力感測器的輸出電壓的增小，而輸出代表朝向某一方向(例如左方向)移動的推移指令至外部機器。

在上述的實施例中，僅以三個磁力感測器13A、13B及13C進行說明。在其他實施例中，旋鈕裝置1也可以採用兩個以上的磁力感測器實施，以偵測上蓋20與底座10之間的旋轉方向及相對移動方向。例如，在一實施例中，旋鈕裝置1設置兩個磁力感測器，藉由將兩個磁力感測器設置在中心柱12的柱面，使兩個磁力感測器在柱面的距離小於半個圓周，而能使兩個磁力感測器偵測上蓋20與底座10在二維方向上的水平相對移動或傾斜相對移動。

根據上述的旋鈕裝置及其動作偵測方法，本發明增加了旋鈕裝置的操作方式，大大地提昇旋鈕裝置的功能性及便利性。

上述已揭露之特徵能以任何適當方式與一或多個已揭露之實施例相互組合、修飾、置換或轉用，並不限定於特定之實施例。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而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。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，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。

Claims

一種旋鈕裝置，包括：一底座；一上蓋，具有一蓋部以及立設於該蓋部的一側壁；一中心柱，具有一第一端設置用於連接該底座以及一第二端設置用於連接該上蓋，且該中心柱被該側壁環繞；一或多個第一磁鐵，環繞該中心柱而設置於該底座和該上蓋之一者；一或多個第二磁鐵，環繞該一或多個第一磁鐵而設置於該底座和該上蓋之另一者；多個磁力感測器，設置於該中心柱的一側面；以及一信號處理電路，電性連接於該多個磁力感測器；其中當該上蓋相對於該底座旋轉時，該一或多個第一磁鐵會相對於該中心柱及該多個磁力感測器旋轉，該多個磁力感測器會對應地感測到具有不同的數值的複數個磁力信號，該信號處理電路藉由該多個磁力感測器所感測到的該複數個磁力信號，來判斷該上蓋與該底座的一相對旋轉方向，以輸出一順時針旋轉信號或一逆時針旋轉信號；並且當該上蓋相對於該底座水平移動或傾斜移動時，該一或多個第一磁鐵中的一部分接近該中心柱，該多個磁力感測器會對應地感測一部分的該複數個磁力信號的磁力信號減少，該一或多個第一磁鐵中的另一部分遠離該中心柱，該多個磁力感測器會對應地感測另一部分的該複數個磁力信號的磁力信號增加，該信號處理電路依據該複數個磁力信號，來判斷該上蓋與該底座的一相對移動方向，以輸出一推移信號。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中該一或多個第一磁鐵與該一或多個第二磁鐵以極性相同的磁極相對。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中該一個或多個第一磁鐵包括螺旋狀地環繞該中心柱的單一磁鐵。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中該一或多個第一磁鐵包含具有相同的一磁場強度的複數個磁鐵，該複數個磁鐵呈現螺旋狀地環繞該中心柱。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中該一或多個第一磁鐵包含環繞該中心柱的複數個磁鐵，該複數個磁鐵分別與該中心柱具有相同的距離，該複數個磁鐵的複數個磁場強度呈現沿著順時針方向單調地增加或沿著順時針方向單調地減少。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中該中心柱固定地連接於該底座並且可旋轉並且可相對移動地連接於該上蓋，該一或多個第一磁鐵環繞該中心柱而設置於該上蓋，該一或多個第二磁鐵環繞該一個或多個第一磁鐵而設置於該底座。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中該中心柱固定地連接於該上蓋並且可旋轉並且可相對移動地連接於該底座，該一或多個第一磁鐵環繞該中心柱而設置於該底座，該一或多個第二磁鐵環繞該一個或多個第一磁鐵而設置於該上蓋。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，另包含一按壓開關，電性連接於該信號處理電路，並且設置於該上蓋與該中心柱之間，當該上蓋受力而靠近該底座時，該按壓開關會被觸發，該信號處理電路會判斷該按壓開關被觸發，而輸出一按壓信號。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，另包含一按壓開關，電性連接於該信號處理電路，並且設置於該中心柱與該底座之間，當該上蓋受力而靠近該底座時，該按壓開關會被觸發，該信號處理電路會判斷該按壓開關被觸發，而輸出一按壓信號。
如申請專利範圍第1項所述之旋鈕裝置，其中當該上蓋受力而與該底座靠近時，該多個磁力感測器與該一或多個第一磁鐵的相對位置會錯置，該信號處理電路藉由該多個磁力感測器所感測到的該複數個磁力信號而判斷該上蓋與該底座的一相對位置較靠近，而輸出一按壓信號。