CN102591485A - 移动方向感测装置及指标控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的移动方向感测装置，包括一电路板及一操作件，电路板上设有至少二个相隔且围成一环状的第一导电体，操作件具有一相间隔地设于上述第一导电体上方的第二导电体，该第二导电体相对上述第一导电体平移，会改变该第二导电体与各该第一导电体的重叠面积，使得该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量相对改变，而反应出该第二导电体的移动方向。本发明的指标控制装置包含上述移动方向感测装置及一感测器，该感测器提供一电信号给各该第一导电体，以感测该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量，并根据上述电容量判断该第二导电体的移动方向，以对应产生一指标控制信号。借此，达到感测操作件的移动方向并控制指标相对移动的功效和目的。

Description

移动方向感测装置及指标控制装置

技术领域

本发明涉及一种指向装置，特别是涉及一种借由移动一操作键控制电容量的变化，以根据电容量变化判断操作键移动方向及位移量的移动方向感测装置及应用该移动方向感测装置的指标控制装置。

背景技术

方向控制装置被普遍应用于计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)等电子产品中，做为控制荧幕上游标或选单的输入操作界面。这类方向控制装置一般的产品型态通常是鼠标、轨迹球或电子装置上的方向键，且其是通过许多机械构造达到方向的选择与控制，以至于此类方向控制装置体积较大，不符合现今电子产品追求可携性及轻薄短小的需求。

另外，以往摇杆(point stick)式的方向控制装置，是以一摇杆倾斜的角度来控制一位于多个金属电极上方的金属板与上述金属电极之间的垂直距离，以借由电容量的改变来判断摇杆倾斜的方向。但此种装置的整体高度较高，并非适用于所有电子产品，且当摇杆中心偏移时，并无法判断金属板与上述金属电极之间的电容量是因为金属板与上述金属电极之间的重叠面积还是高度所造成，而容易产生误判问题。

此外，一种使用霍尔感应元件的方向选择装置，则是利用磁力感测原理感测方向输入机构的位移方向及位移量，但此类技术在工艺上较为复杂，需要以特殊的工艺制作霍尔感应元件，且需额外设置磁铁，组装上也较为复杂。

有鉴于上述现有的方向控制及选择装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的移动方向感测装置及指标控制装置，能够改进一般现有的方向控制及选择装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的方向控制及选择装置存在的缺点，而提供一种移动方向感测装置及指标控制装置，所要解决的技术问题是，利用电容感测原理来感测操作移动方向以对应输出一方向控制信号，构造简单且可降低整体构件高度。

为达到上述目的，本发明的移动方向感测装置，包括一电路板及一操作件。该电路板的一面上设有至少两个相隔且围成一环状的导电体；该操作件具有一相间隔地设于上述第一导电体上方的第二导电体，该第二导电体相对上述第一导电体平移，会改变该第二导电体与各该第一导电体的重叠面积，使得该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量相对改变，而反应出该第二导电体的移动方向。

再者，本发明的指标控制装置包括上述移动方向感测装置及一感测器，该感测器与上述第一导电体电连接，以提供一电压给各该第一导电体，使得该第二导电体与各该第一导电体之间形成一电容效应时，该感测器取得该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量，并根据上述电容量判断该第二导电体的移动方向，以对应产生一指标控制信号。

本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳地，该移动方向感测装置更包括一设在该第二导电体与上述第一导电体之间的绝缘层，其用以阻隔第二导电体，使不致与上述第一导电体电性接触。

较佳地，该移动方向感测装置更包括一罩设在该电路板及该第二导电体上方的外壳，该外壳具有一位于第二导电体上方的开口，且该操作件更包含一由该第二导电体的顶面朝该开口外凸伸的操作部，其方便使用者推动该第二导电体。

较佳地，该移动方向感测装置更包括一套设在该操作部上，位于该外壳与该第二导电体之间且直径大于该第二导电体的弹性体，其用以将该操作部固定在上述第一导电体之间的一中心位置。

较佳地，该电路板更包含一设在上述第一导电体所围成的环形中央的接地面，且该操作件更包含一用以使该第二导电体与该接地面电性接触的接地导体，使该第二导电体恒处于接地状态。

较佳地，该按地导体是一弹性导体，其一端连接该接地面，另一端连接该第二导电体。

较佳地，该操作件上形成有一从该操作部内延伸到该第二导电体外的凹槽，且该接地导体包含一设在该凹槽中的一弹性导体，及一设置在该弹性导体末端，用以与该接地面电性抵接的导电滚珠。

较佳地，该移动方向感测装置更包括一套设在该操作部上并位于该弹性体与该外壳之间的辅助移动片，其用以固定该弹性体并提供弹性体与外壳之间的润滑作用。

本发明的功效包括：电路板上设置多个围成一环形的第一导电体，以及一设于上述第一导电体上方的可相对上述第一导电体水平移动的第二导电体，借由推动第二导电体改变第二导电体与各该第一导电体之间重叠的面积，使与上述第一导电体电性连接的一感测器可测得第二导电体与各该第一导电体之间电容量的变化，并判断出第二导电体移动的方向，以产生对应该移动方向的一指标控制信号控制电子产品的荧幕上的一指标的移动方向，不但机械结构简单，容易制造，并使指标控制装置的整体高度降低，而更适用于诉求轻薄短小的电子产品中。

综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明指标控制装置的第一较佳实施例的移动方向感测装置的构造侧视示意图。

图2是第一实施例的操作件与上述金属片的相对位置关系的俯视示意图。

图3是第一实施例的感测器和该金属板与各该金属片所形成的电容的连接关系示意图。

图4是第一实施例的操作件相对上述金属片往右移动的侧视示意图。

图5是第一实施例的操作件相对上述金属片往右移动的俯视示意图。

图6本发明指标控制装置的第二较佳实施例的移动方向感测装置的构造侧视示意图。

图7是第二实施例的操作件与上述金属片的相对位置关系的俯视示意图。

图8是第二实施例的感测器和该金属板与各该金属片所形成的电容的连接关系示意图。

图9是第二实施例的操作件相对上述金属片往右移动的侧视示意图。

图10是第二实施例的操作件相对上述金属片往右移动的俯视示意图。

图11本发明指标控制装置的第三较佳实施例的移动方向感测装置的构造侧视示意图。

图12是第三实施例的操作件与上述金属片的相对位置关系的俯视示意图。

图13是第三实施例的感测器和该金属板与各该金属片所形成的电容的连接关系示意图。

图14是第三实施例的操作件相对上述金属片往右移动的侧视示意图。

图15是第三实施例的操作件相对上述金属片往右移动的俯视示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的移动方向感测装置及指标控制装置其具体实施方式、结构、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

参见图1至图3所示，是本发明指标控制装置的第一较佳实施例，该指标控制装置1可设置在电子产品，例如笔记型计算机、移动电话或个人数字助理(PDA)上，用以根据使用者的操作，控制其荧幕上的指标，例如一游标或选单的一选取视窗的移动方向。指标控制装置1主要包括一电路板11、一操作件12及一感测器13。其中电路板11和操作件12共同构成一移动方向感测装置的机械结构。

电路板11上设有两个(本发明的第一导电体至少两个，也可以是2的倍数或2以上的奇数)相隔但围成一环状的第一导电体14、15，在本实施例中，第一导电体14、15是一金属片，例如铜箔(下称金属片14、15)。

操作件12具有一相间隔地设于上述金属片14、15上方的第二导电体16及一由第二导电体16向上延伸的操作部17。本实施例的第二导电体16是一金属板(下称金属板16)，且操作部17是与金属板16一体成型的金属，也可以是另外连接在金属板16上的一导体，此外，操作部17的设置是为了方便使用者推动金属板16，因此若使用者手指可以直接推动金属板16，亦可省略操作部17。

感测器13与上述金属片14、15电连接并提供一电信号，例如提供电压给各该金属片14、15，以在金属板16与各该金属片14、15之间形成一电容效应时，感测并取得金属板16与各该金属片14、15之间的电容量。

如图2所示，在初始状态(未被操作状态)，金属板16位于上述金属片14、15之间的中心位置，并与上述金属片14、15之间具有相同的重叠面积，此时使用者手指接触操作部17且尚未推移操作部17时，金属板16通过操作部17及使用者的手指接地，而在金属板16与各该金属片14、15之间形成一电容效应，这时感测器13借由公式：Q(电荷)＝C(电容)×V(电压)＝I(电流)×T(时间)，可感测到在金属板16与各该金属片14、15之间形成的一参考电容。

而如图4、5所示，当使用者手指向右，例如金属片14的方向(例如向右)拨动操作部17，而使金属板16朝金属片14的方向移动时，将使金属板16与金属片14的重叠面积变大，并使金属板16与金属片15的重叠面积变小，这时根据上述公式，感测器13将测得金属板16与金属片14、15之间的电容，并将其与参考电容相较后，发现金属板16与金属片14之间的电容大于参考电容，而金属板16与金属片15之间的电容小于参考电容，借此，反应出使用者手指移动的方向，且感测器13可根据金属板16与金属片14、15之间的电容量变化，判断使用者手指移动方向并对应输出一指标信号给电子产品内部的控制电路，使控制荧幕上的指标对应使用者手指移动方向移动，而达到输入控制的目的。

参见图6至图8所示，是本发明指标控制装置的第二较佳实施例，该指标控制装置2可设置在电子产品，例如笔记型计算机、移动电话或个人数字助理(PDA)上，用以根据使用者的操作，控制其荧幕上的指标，例如一游标或选单的一选取视窗的移动方向。指标控制装置2包括一电路板21、一操作件22、一感测器23、一绝缘层24、一外壳25及一弹性体26。

如图7所示，电路板21上设有四个围成环状的金属片211-214，且如同第一实施例，操作件22具有一相间隔地设于上述金属片211-214上方的金属板221及一由金属板221中心位置向上延伸的操作部222。

如图8所示，感测器23与上述金属片211-214电连接，并提供一电压给各该金属片211-214，以感测金属板221与各该金属片211-214之间的电容量。

绝缘层24是一环状片体，例如一麦拉片，其设在上述金属片211-214上用以阻隔金属板221，使不致与上述金属片211-214电性接触。

外壳25罩设在电路板21及金属板221上方，且外壳25具有一位于金属板221上方的开口251，使由金属板221中心位置向上延伸的一操作部222可朝开口251外凸伸，并借由开口251限制金属板221的移动距离。

弹性体26是一绝缘的环状片体，其套设在操作部222上并位于外壳25与金属板211之间，用以将操作部222固定在上述金属片211-214之间的一中心位置。弹性体26的材质可采用ABS塑胶，但不以此为限。

如图7所示，在初始状态(未被操作状态)，金属板221位于上述金属片211-214之间，并与上述金属片211-214重叠的面积相同，此时当使用者手指接触操作部222且尚未推移操作部222时，如图8所示，金属板221经由操作部222及使用者手指接地，使得感测器23感测到金属板221与各该金属片211-214之间的一参考电容，而当使用者手指朝一方向，例如图10的朝向金属片211、212之间的方向，向右拨动操作部222而使金属板221朝右移动时，将使金属板221与金属片211、212的重叠面积变大，并使金属板221与金属片213、214的重叠面积变小，使得金属板221与金属片213、214之间的电容大于参考电容，而金属板221与金属片213、214之间的电容小于参考电容，借此反应出使用者手指移动的方向，因此，感测器23借由上述公式：Q(电荷)＝C(电容)×V(电压)＝I(电流)×T(时间)，可求得金属板221与各金属片211-214之间的电容量，并与参考电容比较，即可判断使用者手指往右移动，并对应输出一指标控制信号给电子产品内部的控制电路，使控制荧幕上的指标对应使用者手指移动方向移动，而达到输入控制的目的。

同理，当使用者手指推动金属板221朝金属片212、213之间的方向移动，感测器23可判断使用者手指往下移动，当使用者手指推动金属板221朝金属片213、214之间的方向移动，感测器23可判断使用者手指往左移动，而当使用者手指推动金属板221朝金属片214、211之间的方向移动，感测器23可判断使用者手指往上移动。又或者，当使用者手指推动金属板221分别朝金属片211、212、213、214的方向移动时，感测器23将可判断使用者手指分别往右上、右下、左下、或左上方向移动的状态，而达到至少可以控制电子产品的荧幕上的指标朝八个方向移动的功效。

且当操作部222被往某一方向推移时，会朝该方向压缩弹性体26使储存弹性恢复力，一旦使用者手指离开操作部222，弹性体26即借由弹性恢复力将操作部222推回至初始位置。

再参见图11至图13所示，是本发明指标控制装置的第三较佳实施例，该指标控制装置3可设置在电子产品，例如笔记型计算机、移动电话或个人数字助理(PDA)上，用以根据使用者的操作，控制其荧幕上的指标，例如一游标或选单的一选取视窗的移动方向。

如同第二实施例，指标控制装置3包括一电路板31、一操作件32、一感测器33、一绝缘层34、一外壳35及一弹性体36。其中感测器33、绝缘层34、外壳35及弹性体36与第二实施例相同，在此不再赘述。本实施例与第二实施例不同处在于，如图12所示，本实施例的电路板31上设有八个围成环状的金属片311-318，且感测器33与上述金属片311-318电连接，并提供一电压给各该金属片311-318，以感测金属板321与各该金属片311-318之间的电容量。

此外，在电路板31上更设有一置于上述金属片311-318所围成的环形中央的接地面310，且操作件32上更设有一用以使金属板321与接地面310电性接触的接地导体，该接地导体可以是一弹性导体，其一端连接接地面310，另一端连接金属板321，以将操作件32接地。较佳地，在本实施例中，操作件32上形成有一从操作部322内延伸到金属板321外的凹槽323，且该接地导体包含一设在凹槽323中的一弹性导体，例如一弹簧324，以及一设置在弹簧324末端，周以与电路板31上的接地面310电性抵接的导电滚珠325，从而将操作件32接地。借此，不论使用者是以手指或其它绝缘的物体推动操作部322，操作件32恒处于接地状态。当然除了上述的弹簧324和导电滚珠325外，也可以使用导电胶或导线做为操作件32与接地面310之间的接地导体。

再者，如图11所示，本实施例在弹性体36和外壳35之间更设有一套设在操作部322上的辅助移动片37，例如一环形铁片，它可向下压制并固定弹性体36，并且提供弹性体36与外壳35之间的润滑作用，减少弹性体36移动时的磨擦力。

同样地，如图14及图15所示，当使用者手指朝某一方向，例如金属片316、317之间的方向拨动操作件32，感测器33根据金属板321与各该金属片311-318之间不同的电容量，可以感测到操作件32朝右边移动。同理，当操作件32朝金属片311、318之间、金属片318、317之间、金属片316、315之间、金属片315、314之间、金属片314、313之间、金属片313、312之间或金属片312、311之间移动时，感测器33可根据测得的电容量判断操作件32朝上、右上、右下、下、左下、左或左上方向移动。当然，当操作件32朝金属片311至318其中之一移动时，感测器33亦可根据测得的电容值判断操作件32朝金属片311至318其中之一所在的方向移动。

此外，在上述各指标控制装置1、2或3的电路板11、21或31下方可以再设置一按压开关4，当操作件12、22或32被向下按压而连带向下推动电路板11、21或31时将触动按压开关4，使输出一触发信号控制该电子产品执行对应的动作或功能。

综上所述，上述实施例借由在电路板上设置多个围成一环形的金属片，以及一设于上述金属片上方的可相对上述金属片水平移动的金属板，而借由推动金属板改变金属板与各该金属片之间重叠的面积，使与上述金属片电性连接的一感测器可测得金属板与各该金属片之间电容量的变化，并判断出金属板移动的方向，以产生对应该移动方向的一指标控制信号控制电子产品的荧幕上的一指标的移动方向，达到本发明的目的。

此外，由于上述实施例只需借由简单的机械结构即可根据操作件水平位移所产生的电容量变化，侦测操作件的移动方向，不但容易制造，并使指标控制装置的整体高度降低，而更适用于诉求轻薄短小的电子产品中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种移动方向感测装置，其特征在于：

该移动方向感测装置，包括：

一电路板，其上设有至少两个相隔且围成一环状的第一导电体；以及

一操作件，具有一相间隔地设于上述导电体上方的第二导电体，该第二导电体相对上述第一导电体平移，会改变该第二导电体与各该第一导电体的重叠面积，使得该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量相对改变，而反应出该第二导电体的移动方向。

2.如权利要求1所述的移动方向感测装置，其特征在于：该移动方向感测装置更包括一设在该第二导电体与上述第一导电体之间的绝缘层。

3.如权利要求1所述的移动方向感测装置，其特征在于：该移动方向感测装置更包括一罩设在该电路板及该第二导电体上方的外壳，该外壳具有一位于第二导电体上方的开口，且该操作件更包含一由该第二导电体的顶面朝该开口外凸伸的操作部。

4.如权利要求3所述的移动方向感测装置，其特征在于：该移动方向感测装置更包括一套设在该操作部上，位于该外壳与该第二导电体之间且直径大于该第二导电体的弹性体。

5.如权利要求3所述的移动方向感测装置，其特征在于：该电路板更包含一设在上述第一导电体所围成的环形中央的接地面，且该操作件更包含一用以使该第二导电体与该接地面电性接触的接地导体。

6.如权利要求5所述的移动方向感测装置，其特征在于：该接地导体是一弹性导体，其一端连接该接地面，另一端连接该第二导电体。

7.如权利要求5所述的移动方向感测装置，其特征在于：该操作件上形成有一从该操作部内延伸到该第二导电体外的凹槽，且该接地导体包含一设在该凹槽中的一弹性导体，及一设置在该弹性导体末端，用以与该接地面电性抵接的导电滚珠。

8.如权利要求4所述的移动方向感测装置，其特征在于：该移动方向感测装置更包括一套设在该操作部上并位于该弹性体与该外壳之间的辅助移动片。

9.一种指标控制装置，其特征在于：

该指标控制装置包括：

一电路板，其上设有至少两个相隔但围成一环状的第一导电体；

一操作件，具有一相间隔地设于上述第一导电体上方的第二导电体，该第二导电体相对上述第一导电体平移，会改变该第二导电体与各该第一导电体的重叠面积，使得该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量相对改变，而反应出该第二导电体的移动方向；以及

一感测器，与上述第一导电体电连接，并提供一电信号给各该第一导电体，使得该第二导电体与各该第一导电体之间形成一电容效应时，该感测器取得该第二导电体与各该第一导电体之间的电容量，并根据上述电容量判断该第二导电体的移动方向，以对应产生一指标控制信号。

10.如权利要求9所述的指标控制装置，其特征在于：该指标控制装置更包括一设在该第二导电体与上述第一导电体之间的绝缘层。

11.如权利要求9所述的指标控制装置，其特征在于：该指标控制装置更包括一罩设在该电路板及该第二导电体上方的外壳，该外壳具有一位于第二导电体上方的开口，且该操作件更包含一由该第二导电体的顶面朝该开口外凸伸的操作部。

12.如权利要求11所述的指标控制装置，其特征在于：该指标控制装置更包括一套设在该操作部上，位于该外壳与该第二导电体之间且直径大于该第二导电体的弹性体。

13.如权利要求12所述的指标控制装置，其特征在于：该电路板更包含一设在上述第一导电体所围成的环形中央的接地面，且该操作件更包含一用以使该第二导电体与该接地面电性接触的接地导体。

14.如权利要求11所述的指标控制装置，其特征在于：该指标控制装置更包括一套设在该操作部上并位于该弹性体与该外壳之间的辅助移动片。

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