TWI762992B

TWI762992B - 旋鈕輸入裝置

Info

Publication number: TWI762992B
Application number: TW109126663A
Authority: TW
Inventors: 林家宇; 陳志強
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-05-01
Also published as: TW202206989A

Abstract

一種旋鈕輸入裝置。多個壓力感測電極配置於基底框架的上表面。承載框架具有穿孔，且其下表面具有環繞穿孔的卡合面。旋轉機構包括蓋件、支撐桿、卡合件、滑動件以及多個彈性構件。蓋件置放於承載框架上的彈性支撐件上，使用者操作施於蓋件上。支撐桿連接蓋件並穿過穿孔。卡合件設置於支撐桿上且用以與卡合面卡合。滑動件連接支撐桿。旋轉機構回應於使用者操作而下降並旋轉或傾斜，使彈性構件向部份壓力感測電極施加壓力。控制器依據壓力感測電極輸出的感測訊號決定旋轉機構的旋轉量或傾斜方向，以依據旋轉量或傾斜方向操控電子裝置。

Description

旋鈕輸入裝置

本發明是有關於一種輸入裝置，且特別是有關於一種旋鈕輸入裝置。

傳統的電腦系統輸入裝置，包括鍵盤、滑鼠、觸控板等。鍵盤的輸入方式是靠使用者按下鍵盤上的按鍵以進行輸入。滑鼠和觸控板則是依據使用者在二維平面上的操控動作來操作電腦系統。然而，在一些特殊的情況下，例如進行電腦繪圖時，傳統的輸入裝置並無法提供使用者者較便利的輸入方式。因此，市面上開出現特殊的輸入裝置，像是設置於鍵盤上的旋鈕或獨立的外接式旋鈕，以提供使用者一種更便利的輸入方式。舉例而言，微軟的Surface Dial即為一種的外接式旋鈕裝置，讓使用者可藉由控制旋鈕裝置的旋轉狀態來操控與旋鈕裝置相互連接的電子裝置。然而，現有的旋鈕裝置僅能依據其旋轉狀態來產生輸入指令，無法提供更多樣的控制功能，應用範圍有所侷限。

有鑑於此，本發明提出一種旋鈕輸入裝置，其可回應於使用者操作而產生具有方向性的輸入指令，從而提供一種更便利且應用範圍更廣的輸入方式。

本發明實施例提供一種旋鈕輸入裝置，其包括基底框架、承載框架、多個彈性支撐件、旋轉機構、連接裝置，以及控制器。多個壓力感測電極配置於基底框架的上表面。承載框架固定設置於基底框架上方並具有穿孔，且承載框架的下表面具有環繞穿孔的卡合面。多個彈性支撐件設置於承載框架的上表面。旋轉機構設置於基底框架上方，且包括蓋件、支撐桿、卡合件、滑動件，以及多個彈性構件。蓋件置放於彈性支撐件上，且使用者操作施於蓋件上。一支撐桿連接蓋件並穿過穿孔。卡合件設置於支撐桿上，且用以與卡合面卡合。滑動件的上表面連接支撐桿。多個彈性構件設置於滑動件的表面上。旋轉機構回應於使用者操作而旋轉並往靠近基底框架的方向下降，使這些彈性構件向部份的壓力感測電極施加壓力。連接裝置用以連接電子裝置。控制器耦接連接裝置以及壓力感測電極。控制器依據這些壓力感測電極輸出的感測訊號決定旋轉機構的旋轉量與傾斜方向，以依據旋轉量與傾斜方向操控電子裝置。

基於上述，於本發明的實施例中，當使用者操作施於旋鈕輸入裝置時，旋鈕輸入裝置的旋轉機構會下降並接著旋轉或傾斜，使旋轉機構的多個彈性構件會向部份的壓力感測電極施加壓力。基於多個壓力感測電極輸出的感測訊號，控制器可決定旋轉機構的旋轉量與傾斜方向，以依據旋轉量與傾斜方向操控電子裝置。藉此，使用者除了可以旋轉旋鈕輸入裝置對電子裝置輸入指令之外，還可透過對旋鈕輸入裝置的使用者接觸面上的相異位置施加不同壓力而對電子裝置輸入具有方向性的指令。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的裝置的範例。

圖1是依照本發明一實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。請參照圖1，旋鈕輸入裝置10適於連接電子裝置200，並用以接收使用者操作而提供使用者指令給電子裝置200。旋鈕輸入裝置10可為獨立的外接輸入裝置，或者，旋鈕輸入裝置10可整合於鍵盤或其他工作平台上。電子裝置200例如是筆記型電腦、平板電腦、桌上電腦、智慧型手機、或遊戲機等等，本發明對此不限制。

旋鈕輸入裝置10包括旋轉機構140、連接裝置150、控制器160，以及多個壓力感測電極PE_1～PE_N。連接裝置150可以是支援有線或無線傳輸標準的傳輸介面裝置，其用以連接至電子裝置200。上述有線傳輸標準例如是通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB）標準或雷電（Thunderbolt）介面標準等等，而上述無線傳輸標準例如是藍芽（Bluetooth，BT）標準或無線保真（wireless fidelity，WiFi）標準等等，本發明對此不限制。

旋轉機構140具有使用者接觸面S1，使用者操作會施於使用者接觸面S1上，使旋轉機構140回應於使用者所施加的壓力而旋轉或傾斜。壓力感測電極PE_1～PE_N可用以感測旋轉機構140的於立體三軸空間中的運動姿態。壓力感測電極PE_1～PE_N之材料可包括例如氧化銦錫（indium tin oxide，ITO）、氧化銦鋅（indium zinc oxide，IZO）或其它具有良好導電性之導電材料。

控制器160可包括可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（microprocessor）、數位訊號處理器（digital signal processor，DSP）、特殊應用積體電路（application specific integrated circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（programmable logic device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合。控制器160連接至連接裝置150以及壓力感測電極PE_1～PE_N，控制器160可依據壓力感測電極PE_1～PE_N所輸出的感測訊號來偵測旋轉機構140的於立體三軸空間中的運動姿態（即旋轉狀態以及傾斜狀態），並透過連接裝置150傳送對應於使用者操作的輸入指令給電子裝置200。於一實施例中，控制器160可依據壓力感測電極PE_1～PE_N所輸出的感測訊號的訊號凖位進行查表，從而判定旋轉機構140的旋轉量或傾斜方向，並輸出對應的指令碼給電子裝置200。

更詳細而言，圖2A與圖2B是依照本發明一實施例的旋鈕輸入裝置的操作示意圖。請參照圖2A，使用者可接觸使用者接觸面S1並沿順時鐘方向D1或逆時鐘方向D2旋轉旋轉機構140。因此，旋轉機構140可以三軸空間裡的上下方向為旋轉軸心而旋轉，而控制器160可依據旋轉機構140沿順時鐘方向D1或逆時鐘方向D2進行旋轉的旋轉量來操控電子裝置200。亦即，控制器160可估計旋轉機構140於立體三軸空間中的偏擺角（yaw）變化量而獲取上述旋轉量。另外，請參照圖2B，使用者可接觸使用者接觸面S1並對使用者接觸面S1上的不同位置施加不同壓力大小，使旋轉機構140以三軸空間裡的左右方向與/或前後方向為旋轉軸心而轉動，從而呈現為傾斜狀態。亦即，於一實施例中，控制器160可估計旋轉機構140於立體三軸空間中的翻滾角（roll）與俯仰角（pitch）而決定旋轉機構140的傾斜方向。

由此可見，使用者可透過控制旋鈕輸入裝置10中旋轉機構140的旋轉量來輸入使用者指令至電子裝置200，或者，使用者也可透過控制旋鈕輸入裝置10中旋轉機構140的傾斜方向來輸入具有方向性的使用者指令至電子裝置200。舉例而言，使用者可透過操控旋轉機構140的傾斜方向來控制螢幕上的物件（例如游標或鼠標）於螢幕畫面內沿預期方向移動。也就是說，於本發明的實施例中，使用者除了控制旋轉機構140的旋轉量輸入第一類指令至電子裝置200，使用者還可控制旋轉機構140的傾斜方向輸入第二類指令至電子裝置200，從而提昇旋鈕輸入裝置10的功能性。

於一實施例中，壓電材料可介於壓力感測電極PE_1～PE_N與公共電極之間，使得壓力感測電極PE_1～PE_N可反應於受力大小而輸出對應的感測訊號。此外，於一實施例中，利用壓電材料輸入電壓會產生變形的材料特性，控制器160可透過對壓力感測電極PE_1～PE_N與公共電極施加特定電壓而使壓電材料產生機械振動，從而提供觸覺回饋給使用者。更詳細而言，在控制器160輸出使用者操作所對應的指令碼給電子裝置200後，電子裝置200可命令控制器160透過施加特定電壓至壓力感測電極PE_1～PE_N與公共電極而產生觸覺回饋。

以下將就旋鈕輸入裝置10的各種實施態樣進行說明。

[第一實施例]

圖3A是依照本發明之第一實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖3B是依照本發明之第一實施例的基底框架與壓力感測電極的示意圖。請參照圖3A與圖3B，旋鈕輸入裝置20為圖1所示的旋鈕輸入裝置10的一種實施態樣。除了連接裝置150以及控制器160，旋鈕輸入裝置20包括基底框架110_1、承載框架120、多個彈性支撐件130、旋轉機構140。壓力感測電極PE_1～PE_N可配置於基底框架110_1的上表面。具體而言，於一實施例中，共用電極層CL、介電層IL以及感測電極層PL可依序堆疊於基底框架110_1的上表面上。共用電極層CL可包括一或多個共用電極，感測電極層PL可包括壓力感測電極PE_1～PE_N。須說明的是，圖3B僅標示壓力感測電極PE_1，但本領域技術人員可於圖3B輕易理解其他未標示的壓力感測電極。上述共用電極與壓力感測電極PE_1～PE_N電性連接控制器160。當有壓力施加於壓力感測電極PE_1～PE_N時，壓力感測電極PE_1～PE_N與共用電極層CL上的共用電極之間的距離變化會造成電容變化，因而壓力感測電極PE_1～PE_N輸出的感測訊號（例如電壓值）可代表施加於壓力感測電極PE_1～PE_N上的壓力大小。

承載框架120固定設置於基底框架110_1上方並具有穿孔，且承載框架120的下表面具有環繞穿孔的卡合面S2。於本實施例中，卡合面S2可為傾斜卡合表面，但本發明不限制於此。多個彈性支撐件130設置於承載框架120的上表面。於本實施例中，彈性支撐件130可分別為多個滾珠彈簧。然而，於其他實施例中，彈性支撐件130可為滾珠與其他彈性元件（例如彈性樹脂或彈片結構）的結合。

旋轉機構140設置於基底框架110_1上方，且包括蓋件141、支撐桿142、卡合件143、滑動件144，以及多個彈性構件145。蓋件141具有使用者接觸面S1且置放於彈性支撐件130上。於本實施例中，彈性支撐件130分別為多個滾珠彈簧，上述滾珠彈簧的滾珠接觸蓋件141。彈性支撐件130可在使用者旋轉使用者接觸面S1時提供支撐，蓋件141可反應於使用者操作而於彈性支撐件130的滾珠上無阻礙地旋轉。使用者執行的使用者操作施於蓋件141上。支撐桿142的一端連接蓋件141並穿過承載框架120的穿孔。卡合件143設置於支撐桿142的桿體上，且用以與卡合面S2卡合。卡合件143例如為傘齒輪，但本發明不限制於此。當旋轉機構140未被使用者按壓（即彈性支撐件130未被使用者施予的外力擠壓）而位於初始位置，卡合件143卡合於卡合面S2。當旋轉機構140被使用者按壓而下降（即彈性支撐件130被使用者施予的外力擠壓），卡合件143未卡合於卡合面S2，即脫離卡合面S2。

滑動件144的上表面連接支撐桿142的另一端，且配置於基底框架110_1與承載框架120之間。多個彈性構件145設置於滑動件144的表面上。於本實施例中，彈性構件145分別為多個滾珠彈簧。然而，於其他實施例中，彈性構件145可為滾珠與其他彈性元件（例如彈性樹脂或彈片結構）的結合。旋轉機構140可回應於使用者操作而往靠近基底框架110_1的方向下降並旋轉或傾斜，使這些彈性構件145向部份的壓力感測電極PE_1～PE_N施加壓力。控制器160依據這些壓力感測電極PE_1～PE_N輸出的感測訊號決定旋轉機構140的旋轉量與傾斜方向，以依據旋轉量與傾斜方向操控電子裝置200。須說明的是，於本實施例中，滑動件144為轉盤，且這些彈性構件145配置於轉盤的側面。如圖3A所示，四個彈性構件145分別位於轉盤的側面。

如圖3A與圖3B所示，基底框架110_1呈現為圓錐筒狀，多個壓力感測電極PE_1～PE_N可配置於基底框架110_1的內筒面S3上。彈性構件145為滾珠彈簧，彈性構件145的滾珠適於沿內筒面S3滾動。須說明的是，圖3B僅標示壓力感測電極PE_1，但本領域技術人員可於圖3B輕易理解其他未標示的壓力感測電極。於本實施例中，壓力感測電極PE_1～PE_N包括對應至第一層級L1之感測通道CH1～CH12的12個壓力感測電極，像是對應至第一層級L1之感測通道CH2的壓力感測電極PE_1。壓力感測電極PE_1～PE_N還包括對應至第二層級L2之感測通道CH1～CH12的12個壓力感測電極，以及對應至第三層級L3之感測通道CH1～CH12的12個壓力感測電極。對應至第一層級L1的多個壓力感測電極分佈於對應至第二層級L2的多個壓力感測電極的上方，且對應至第二層級L2的多個壓力感測電極分佈於對應至第三層級L3的多個壓力感測電極的上方。

於本實施例中，當旋轉機構140未被按壓，彈性構件145不會接觸到任何壓力感測電極。當旋轉機構140被按壓而下降，彈性構件145將對部分的壓力感測電極施加壓力。於本實施例中，彈性構件145分別為滾珠彈簧，上述滾珠彈簧的滾珠接觸部份的壓力感測電極而對其施加壓力。

圖4A至圖4F是依照本發明之第一實施例的旋鈕輸入裝置接收使用者操作的示意圖。須說明的是，圖4A至圖4F所示之感測訊號的準位僅為示範性說明。

請合併參照圖3A、圖3B與圖4A，當未有使用者操作施於旋鈕輸入裝置20時，旋轉機構140未被按壓而位於初始位置，卡合件143卡合於承載框架120上。當卡合件143卡合於承載框架120上時，使用者無法改變旋轉機構140於三軸空間中的運動姿態。此時，基於彈性支撐件130的支撐，彈性構件145不會接觸到任何壓力感測電極。因此，所有壓力感測電極的感測訊號皆為準位0。對應的，旋鈕輸入裝置20不產生使用者指令給電子裝置200。

請合併參照圖3A、圖3B與圖4B，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置20且手Ｆ1平均地對使用者接觸面S1施力下壓時，旋轉機構140被按壓而下降，卡合件143脫離承載框架120。當卡合件143卡合脫離承載框架120時，使用者才可改變旋轉機構140於三軸空間中的運動姿態。此時，由於手Ｆ1平均地對使用者接觸面S1施力下壓，彈性構件145朝對應於第一層級L1之感測通道CH2、CH5、CH8、CH11的四個壓力感測電極平均地施壓。因此，如圖所示，第一層級L1之感測通道CH2、CH5、CH8、CH11的感測訊號皆為準位0.2。控制器160因而可判斷旋轉機構140沒有傾斜，而不會輸出有關於傾斜方向的使用者指令給電子裝置200。可推知地，當手Ｆ1平均地對使用者接觸面S1更大力下壓時，滑動件144可繼續下降，彈性構件145朝對應於第二層級L2或第三層級L3之感測通道CH2、CH5、CH8、CH11的四個壓力感測電極平均地施壓。

請合併參照圖3A、圖3B與圖4C，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置20且手Ｆ1非平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜。當旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜，彈性構件145向對應於第一層級L1的部分壓力感測電極以及對應於第二層級L2的壓力感測電極其中之一施加壓力，使控制器160依據對應於第二層級L2的壓力感測電極其中之一的分佈位置決定旋轉機構140的傾斜方向。於此，三個彈性構件145向對應於第一層級L1之感測通道CH5、CH8、CH11的三個壓力感測電極施加壓力，其餘一個彈性構件145向對應於第二層級L2之感測通道CH2的ㄧ個壓力感測電極施加壓力。基於彈性構件145之壓縮程度不同，第一層級L1之感測通道CH5、CH8、CH11的感測訊號的訊號準位以及第二層級L2之感測通道CH2的感測訊號的訊號準位會有所差異。因此，如圖所示，第一層級L1之感測通道CH5、CH8、CH11的感測訊號分別約為準位0.2、0.1、0.2，而第二層級L2之感測通道CH2的感測訊號約為準位0.4。基於感測通道CH8的感測訊號的訊號準位為最小值且感測通道CH2的感測訊號的訊號準位為最大值，控制器160因而可判斷旋轉機構140往感測通道CH2對應的方位傾倒，而輸出有關於傾斜方向的使用者指令給電子裝置200。

請合併參照圖3A、圖3B與圖4D，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置20且手Ｆ1非平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜。相似於圖4C的操作原理，彈性構件145向對應於第一層級L1的部分壓力感測電極以及對應於第二層級L2的壓力感測電極其中之一施加壓力，使控制器160依據對應於第二層級L2的壓力感測電極其中之一的分佈位置決定旋轉機構140的傾斜方向。如圖所示，第一層級L1之感測通道CH2、CH5、CH11的感測訊號分別約為準位0.1、0.2、0.2，而第二層級L2之感測通道CH8的感測訊號約為準位0.4。基於感測通道CH2的感測訊號的訊號準位為最小值且感測通道CH8的感測訊號的訊號準位為最大值，控制器160因而可判斷旋轉機構140往感測通道CH8對應的方位傾倒，而輸出有關於傾斜方向的使用者指令給電子裝置200。

請合併參照圖3A、圖3B與圖4E，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置20且手Ｆ1非平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜。相似於圖4C與圖4D的操作原理，第一層級L1之感測通道CH2、CH5、CH8的感測訊號分別約為準位0.2、0.1、0.2，而第二層級L2之感測通道CH11的感測訊號約為準位0.4。基於感測通道CH5的感測訊號的訊號準位為最小值且感測通道CH11的感測訊號的訊號準位為最大值，控制器160因而可判斷旋轉機構140往感測通道CH11對應的方位傾倒，而輸出有關於傾斜方向的使用者指令給電子裝置200。

請合併參照圖3A、圖3B與圖4F，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置20且手Ｆ1按壓且旋轉對使用者接觸面S1時，旋轉機構140回應於使用者操作而下降並旋轉。於旋轉機構140回應於使用者操作而旋轉的期間，彈性構件145於不同時間點依據先後順序向部份的壓力感測電極施加壓力，使控制器160可據以決定旋轉機構140的旋轉量。如圖所示，於使用者按壓旋轉機構140至釋放旋轉機構140的期間，若感測通道CH2、CH3、CH4分別於連續時間點t1、t2、t3分別輸出為高準位的感測訊號V1、V2、V3，控制器160可判斷旋轉機構140的旋轉量為90度。因此，控制器160可輸出有關於旋轉量的使用者指令給電子裝置200。

[第二實施例]

圖5A是依照本發明之第二實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖5B是依照本發明之第二實施例的基底框架與壓力感測電極的示意圖。請參照圖5A與圖5B，旋鈕輸入裝置30為圖1所示的旋鈕輸入裝置10的一種實施態樣。除了連接裝置150以及控制器160，旋鈕輸入裝置30包括基底框架110_2、承載框架120、多個彈性支撐件130、旋轉機構140。壓力感測電極PE_1～PE_N可配置於基底框架110_2的上表面。具體而言，於一實施例中，共用電極層CL、介電層IL以及感測電極層PL可依序堆疊於基底框架110_2的上表面上。共用電極層CL可包括一或多個共用電極，感測電極層PL可包括分別對應至感測通道CH1～CH16的壓力感測電極PE_1～PE_N。須說明的是，圖5B僅標示壓力感測電極PE_1，但本領域技術人員可於圖5B輕易理解其他未標示的壓力感測電極。上述共用電極與壓力感測電極PE_1～PE_N電性連接控制器160。壓力感測電極PE_1～PE_N感測壓力大小的原理相似於第一實施例的說明。此外，使用者同樣可控制旋轉機構140的旋轉量與傾斜方向，從而提供對應的使用者指令至電子裝置200而操控子裝置200。

須說明的是，與第一實施例不同的是，於本實施例中，這些彈性構件145包括提供支撐功能的彈性構件145a以及用以偵測旋轉機構140之旋轉量與傾斜方向的彈性構件145b。滑動件144為轉盤，且彈性構件145a、145b是配置於轉盤的下表面。如5A所示，彈性構件145a配置於轉盤下表面的圓心處與靠近表面邊緣處。彈性構件145b分別位於轉盤下表面的特定位置。然而，圖示的彈性構件145a、145b的配置分佈僅為一種示範說明，並非用以限定本發明。

此外，如圖5A與圖5B所示，基底框架110_2呈現為圓盤狀，多個壓力感測電極PE_1～PE_N可配置於基底框架110_2的盤底面S4上。須說明的是，圖5B僅標示壓力感測電極PE_1，但本領域技術人員可於圖5B輕易理解其他未標示的壓力感測電極。於本實施例中，壓力感測電極PE_1～PE_N位於同一平面上且包括對應至感測通道CH9～CH16的多個壓力感測電極以及對應至感測通道CH1～CH8的多個壓力感測電極。其中，對應至感測通道CH9～CH16的多個壓力感測電極於盤底面S4上分佈排列為內圈，對應至感測通道CH1～CH8的多個壓力感測電極於盤底面S4上分佈排列為外圈。像是，對應至感測通道CH1的壓力感測電極PE_1位於外圈。

於本實施例中，當旋轉機構140未被按壓，彈性構件145b不會接觸到任何壓力感測電極。當旋轉機構140被按壓而下降，彈性構件145b將對部分壓力感測電極施加壓力。於本實施例中，彈性構件145a、145b同樣分別為滾珠彈簧，彈性構件145a、145b的滾珠適於沿盤底面S4滾動。相似於第一實施例，控制器160可依據對應至感測通道CH1～CH16的多壓力感測電極PE_1～PE_N輸出的感測訊號來判斷旋轉機構140的傾斜方向與旋轉量。

圖6A至圖6C是依照本發明之第二實施例的判定旋轉量與傾斜方向的示意圖。

請合併參照圖5A、圖5B與圖6A，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置30且手平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140被按壓而下降，卡合件143脫離承載框架120。當卡合件143卡合脫離承載框架120時，使用者才可改變旋轉機構140於三軸空間中的運動姿態。由於手平均地對使用者接觸面S1下壓，彈性構件145b朝對應於感測通道CH1、CH3、CH7、CH13、CH15的壓力感測電極平均地施壓。因此，如圖所示，感測通道CH1、CH3、CH7、CH13、CH15的感測訊號皆約為準位0.5。控制器160因而可判斷旋轉機構140沒有傾斜，而不會輸出有關於傾斜方向的使用者指令給電子裝置200。接著，當使用者控制旋轉機構140旋轉45度，基於手平均地對使用者接觸面S1下壓，彈性構件145b改變為朝對應於感測通道CH2、CH4、CH8、CH14、CH16的壓力感測電極平均地施壓。因此，如圖所示，感測通道CH2、CH4、CH8、CH14、CH16的感測訊號皆約為準位0.5，而控制器160可依據連續時間點上感測通道CH1、CH3、CH7、CH13、CH15輸出的訊號準位以及感測通道CH2、CH4、CH8、CH14、CH16的輸出的訊號準位而獲取旋轉量為45度。依此類推，請合併參照圖5A、圖5B與圖6B，當使用者控制旋轉機構140旋轉90度或135度，控制器160可依據連續時間點上感測通道CH1～CH16所輸出之感測訊號的訊號準位決定旋轉機構140的旋轉量。

須說明的是，相似於第一實施例偵測傾斜方向的原理，於本實施例中，當旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜，彈性構件145b其中之兩者向壓力感測電極PE_1～PE_N其中之兩者施加不同壓力，使控制器160依據壓力感測電極PE_1～PE_N其中之兩者的分佈位置決定旋轉機構的傾斜方向。如圖6C所示，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置30且手非平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜。當旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜，彈性構件145b對感測通道CH2、CH4、CH10的壓力感測電極施加較大的壓力，並對對感測通道CH6、CH16的壓力感測電極施加較小的壓力。如圖所示，感測通道CH2、CH4、CH10的感測訊號皆約為準位0.8，而感測通道CH6、CH16的感測訊號皆約為準位0.5。基此，控制器160可依據感測通道CH2、CH6、CH4、CH10、CH16的感測訊號判斷旋轉機構140向一特定方位（例如使用者右方）傾倒，從而輸出有關於傾斜方向的輸出指令給電子裝置200。

[第三實施例]

圖7A是依照本發明之第二實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖7B是依照本發明之第二實施例的基底框架與壓力感測電極的示意圖。請參照圖7A與圖7B，旋鈕輸入裝置40為圖1所示的旋鈕輸入裝置10的一種實施態樣。除了連接裝置150以及控制器160，旋鈕輸入裝置40包括基底框架110_3、承載框架120、多個彈性支撐件130、旋轉機構140。壓力感測電極PE_1～PE_N可配置於基底框架110_3的上表面。具體而言，於一實施例中，共用電極層CL、介電層IL以及感測電極層PL可依序堆疊於基底框架110_3的上表面上。共用電極層CL可包括一或多個共用電極，感測電極層PL可包括分別對應至感測通道CH1～CH8的壓力感測電極PE_1～PE_N。須說明的是，圖7B僅標示壓力感測電極PE_1，但本領域技術人員可於圖7B輕易理解其他未標示的壓力感測電極。上述共用電極與壓力感測電極PE_1～PE_N電性連接控制器160。壓力感測電極PE_1～PE_N感測壓力大小的原理相似於第一實施例的說明。此外，使用者同樣可控制旋轉機構140的旋轉量與傾斜方向，從而提供對應的使用者指令至電子裝置200而操控子裝置200。

須說明的是，相似於第二實施例，於本實施例中，這些彈性構件145包括提供支撐功能的彈性構件145a以及用以偵測旋轉機構140之旋轉量與傾斜方向的彈性構件145b。相異於第一實施例與第二實施例，於本實施例中，基底框架110_3呈現為一圓碗狀，壓力感測電極感測電極PE_1～PE_N配置於基底框架110_3的碗底面S5上。對應的，滑動件144為一半球體，滑動件144的上表面為平面且連接支撐桿142，彈性構件145配置於半球體的球面上。然而，圖示的彈性構件145a、145b的配置僅為一種示範說明，並非用以限定本發明。彈性構件145a、145b為滾珠彈簧，彈性構件145a、145b的滾珠適於沿碗底面S5滾動。

圖8是依照本發明之第三實施例的旋鈕輸入裝置接收使用者操作的示意圖。請同時參照圖7A、圖7B與圖8，當有使用者操作施於旋鈕輸入裝置40且手F2平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140被按壓而下降，卡合件143脫離承載框架120。當卡合件143卡合脫離承載框架120時，使用者才可改變旋轉機構140於三軸空間中的運動姿態。由於手平均地對使用者接觸面S1下壓，彈性構件145b朝對應於感測通道CH1～CH8其中四者的四個壓力感測電極平均地施壓。接著，當使用者的手F2非平均地對使用者接觸面S1下壓時，旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜。當旋轉機構140回應於使用者操作而下降並傾斜，彈性構件145b其中之兩者的壓縮程度不同，因此彈性構件145b其中之兩者向壓力感測電極其中之兩者施加不同壓力，使控制器160依據壓力感測電極其中之兩者的分佈位置決定旋轉機構140的傾斜方向。

綜上所述，於本發明實施例中，當使用者操作施於旋鈕輸入裝置的旋轉機構上時，旋鈕輸入裝置的控制器可基於壓力感測電極所輸出的感測訊號而得知旋轉機構的傾斜方向或旋轉量。藉此，使用者可透過控制旋轉機構的旋轉量與傾斜方向來輸入使用者指令以操控電子裝置。本發明的旋鈕輸入裝置還可作為指向性輸入裝置，使用者可透過更多樣化的操作方是來操作旋鈕輸入裝置。如此一來，本發明不僅可擴展旋鈕輸入裝置的應用範圍，更可提昇旋鈕輸入裝置的操作便利性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30、40:旋鈕輸入裝置 S1:使用者接觸面 110_1、110_2、110_3:底座框架 120:支撐框架 130:彈性支撐件 140:旋轉機構 141:蓋件 142:支撐桿 143:卡合件 144:滑動件 145、145a、145b:彈性構件 PL:感測電極層 IL:介電層 CL:共用電極層 150:連接裝置 160:控制器 200:電子裝置 PE_1～PE_N:壓力感測電極 D1:順時鐘方向 D2:逆時鐘方向 S3:內筒面 S4:盤底面 S5:碗底面 F1、F2:手 V1～V3:感測訊號

圖1是依照本發明一實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖2A與圖2B是依照本發明一實施例的旋鈕輸入裝置的操作示意圖。圖3A是依照本發明之第一實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖3B是依照本發明之第一實施例的基底框架與壓力感測電極的示意圖。圖4A至圖4F是依照本發明之第一實施例的旋鈕輸入裝置接收使用者操作的示意圖。圖5A是依照本發明之第二實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖5B是依照本發明之第二實施例的基底框架與壓力感測電極的示意圖。圖6A至圖6C是依照本發明之第二實施例的判定旋轉量與傾斜方向的示意圖。圖7A是依照本發明之第三實施例的旋鈕輸入裝置的示意圖。圖7B是依照本發明之第三實施例的基底框架與壓力感測電極的示意圖。圖8是依照本發明之第三實施例的旋鈕輸入裝置接收使用者操作的示意圖。

10:旋鈕輸入裝置 S1:使用者接觸面 140:旋轉機構 150:連接裝置 160:控制器 200:電子裝置 PE_1～PE_N: 壓力感測電極

Claims

一種旋鈕輸入裝置，包括：一基底框架，多個壓力感測電極配置於該基底框架的上表面；一承載框架，固定設置於該基底框架上方並具有一穿孔，且該承載框架的下表面具有環繞該穿孔的卡合面；多個彈性支撐件，設置於該承載框架的上表面；一旋轉機構，設置於該基底框架上方，其包括；一蓋件，置放於該些彈性支撐件上，且一使用者操作施於該蓋件；一支撐桿，連接該蓋件並穿過該穿孔；一卡合件，設置於該支撐桿上，且用以與該卡合面卡合；一滑動件，其上表面連接該支撐桿；以及多個彈性構件，設置於該滑動件的表面上，其中該旋轉機構回應於該使用者操作而往該基底框架的方向下降並旋轉或傾斜，使該些彈性構件向部份的該些壓力感測電極施加壓力，其中部份的該些壓力感測電極為與該些彈性構件相接觸的該些壓力感測電極；一連接裝置，用以連接一電子裝置；以及一控制器，耦接該連接裝置以及該些壓力感測電極，依據該些壓力感測電極輸出的感測訊號決定該旋轉機構的旋轉量或傾斜方向，以依據該旋轉量或該傾斜方向操控該電子裝置。
如請求項1所述的旋鈕輸入裝置，其該些彈性支撐件分別為多個第一滾珠彈簧，且該些第一滾珠彈簧的滾珠接觸該蓋件；且該些彈性構件分別為多個第二滾珠彈簧，當該旋轉機構被按壓而下降，該些第二滾珠彈簧的滾珠接觸部份的該些壓力感測電極，其中部份的該些壓力感測電極為與該些第二滾珠彈簧相接觸的該些壓力感測電極。
如請求項1所述的旋鈕輸入裝置，其中當該旋轉機構未被按壓而位於初始位置，該卡合件卡合於該卡合面；當該旋轉機構被按壓而下降，該卡合件未卡合於該卡合面。
如請求項1所述的旋鈕輸入裝置，其中當該旋轉機構回應於該使用者操作而下降並旋轉，該些彈性構件於不同時間點依據一先後順序向部份的該些壓力感測電極施加壓力，使該控制器決定該旋轉機構的該旋轉量。
如請求項1所述的旋鈕輸入裝置，其中該基底框架呈現為一圓錐筒狀，該些壓力感測電極配置於該基底框架的內筒面上，該滑動件為一轉盤，該些彈性構件配置於該轉盤的側面。
如請求項5所述的旋鈕輸入裝置，其中該些壓力感測電極包括多個第一壓力感測電極以及多個第二壓力感測電極，該些第一壓力感測電極分佈於該些第二壓力感測電極的上方。
如請求項6所述的旋鈕輸入裝置，其中當該旋轉機構回應於該使用者操作而下降並傾斜，該些彈性構件向部份的該些第一壓力感測電極以及該些第二壓力感測電極其中之一施加壓力，使該控制器依據該些第二壓力感測電極其中之一的分佈位置決定該旋轉機構的該傾斜方向，其中部份的該些第一壓力感測電極以及該些第二壓力感測電極為與該些彈性構件相接觸的該些第一壓力感測電極以及該些第二壓力感測電極。
如請求項1所述的旋鈕輸入裝置，其中該基底框架呈現為一圓盤狀，該些壓力感測電極配置於該基底框架的盤底面上，該滑動件為一轉盤，該些彈性構件配置於該轉盤的下表面；當該旋轉機構回應於該使用者操作而下降並傾斜，該些彈性構件其中之兩者向該些壓力感測電極其中之兩者施加不同壓力，使該控制器依據該些壓力感測電極其中之兩者的分佈位置決定該旋轉機構的該傾斜方向。
如請求項8所述的旋鈕輸入裝置，其中該些壓力感測電極包括多個第一壓力感測電極以及多個第二壓力感測電極，該些第一壓力感測電極分佈排列為內圈，該些第二壓力感測電極分佈排列為外圈。
如請求項1所述的旋鈕輸入裝置，其中該基底框架呈現為一圓碗狀，該些壓力感測電極配置於該基底框架的碗底面上，該滑動件為一半球體，該些彈性構件配置於該半球體的球面上；當該旋轉機構回應於該使用者操作而下降並傾斜，該些彈性構件其中之兩者向該些壓力感測電極其中之兩者施加不同壓力，使該控制器依據該些壓力感測電極其中之兩者的分佈位置決定該旋轉機構的該傾斜方向。