TWI897601B

TWI897601B - 偵測裝置和偵測方法

Info

Publication number: TWI897601B
Application number: TW113132563A
Authority: TW
Inventors: 吳俊熠; 浦大鈞; 郭彥良
Original assignee: 宏達國際電子股份有限公司
Priority date: 2024-08-29
Filing date: 2024-08-29
Publication date: 2025-09-11
Also published as: US12591323B2; US20260064212A1

Abstract

一種偵測裝置，用於偵測一人體部份，並包括：一塑膠元件、一基板、複數個金屬片、一接地面、一多工器，以及一人體通訊收發模組。基板具有相對之一第一表面和一第二表面。前述之金屬片係設置於基板之第一表面，其中前述之金屬片係彼此相互鄰近。接地面係設置於基板之第二表面。塑膠元件可覆蓋住前述之金屬片，其中前述之金屬片更可透過塑膠元件電容耦合至複數個電場信號。多工器可根據前述之電場信號來產生一選擇信號。人體通訊收發模組可接收選擇信號。

Description

偵測裝置和偵測方法

本發明係關於一種偵測裝置，特別係關於一種偵測裝置和偵測方法。

當應用於虛擬實境(Virtual Reality，VR)或是擴增實境(Augmented Reality，AR)之領域時，傳統感測元件之應用通常相對侷限，此將會降低整體之偵測準確度。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之困境。

在較佳實施例中，本發明提出一種偵測裝置，用於偵測一人體部份，並包括：一基板，具有相對之一第一表面和一第二表面；複數個金屬片，設置於該基板之該第一表面，其中該等金屬片係彼此相鄰近；一接地面，設置於該基板之該第二表面；一塑膠元件，覆蓋住該等金屬片，其中該等金屬片更透過該塑膠元件電容耦合至複數個電場信號；一多工器，根據該等電場信號來產生一選擇信號；以及一人體通訊(Human Body Communication，HBC)收發模組，接收該選擇信號。

在一些實施例中，該等金屬片之每一者之長度係介於1mm至5mm之間。

在一些實施例中，該等金屬片之任相鄰二者之間距係介於1mm至10mm之間。

在一些實施例中，該基板之厚度係小於或等於1mm。

在一些實施例中，該塑膠元件係由一導電塑膠材質所製成。

在一些實施例中，該塑膠元件之介電常數係大於或等於2。

在一些實施例中，該塑膠元件可用於調整該等電場信號之場型分佈。

在一些實施例中，該塑膠元件係呈現一平面式形狀。

在一些實施例中，該塑膠元件具有彼此相鄰之複數個開孔。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等開孔係進行週期性之排列。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等開孔係與該等金屬片大致互相對齊。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等開孔係與該等金屬片彼此交錯排列。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等開孔之每一者之長度係介於1mm至5mm之間。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等開孔之每一者之寬度係介於1mm至5mm之間。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等開孔之任相鄰二者之間距係介於1mm至5mm之間。

在一些實施例中，該塑膠元件之厚度係小於或等於1mm。

在一些實施例中，該塑膠元件包括彼此相鄰之複數個柱體部份。

在一些實施例中，該塑膠元件之該等柱體部份係進行週期性之排列。

在一些實施例中，該塑膠元件係呈現一球面式形狀。

在另一較佳實施例中，本發明提出一種偵測方法，包括下列步驟：提供一基板、複數個金屬片、一接地面，以及一塑膠元件，其中該基板具有相對之一第一表面和一第二表面，該等金屬片係設置於該基板之該第一表面並彼此互相鄰近，該接地面係設置於該基板之該第二表面，而該塑膠元件係覆蓋住該等金屬片；藉由該等金屬片，透過該塑膠元件電容耦合至複數個電場信號；藉由一多工器，根據該等電場信號來產生一選擇信號；以及藉由一人體通訊收發模組，接收該選擇信號。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置100之示意圖。例如，偵測裝置100可應用於虛擬實境(Virtual Reality，VR)或是擴增實境(Augmented Reality，AR)之領域當中，但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中，偵測裝置100包括：一塑膠元件(Plastic Element)110、一基板(Substrate)120、複數個金屬片(Metal Piece)130-1、130-2、…、130-N、一接地面(Ground Plane)140、一多工器(Multiplexer)150，以及一人體通訊(Human Body Communication，HBC)收發模組(Transceiver)160，其中「N」可為大於或等於2之任一正整數。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，但偵測裝置100更可包括其他元件，例如：一電池(Battery)、一外殼(Housing)、一揚聲器(Speaker)，或(且)一供電模組(Power Supply Module)。

在一些實施例中，偵測裝置100可用於偵測一人體部份(Human Body Portion)HB。舉例而言，人體部份HB可為一使用者之一手指或一手掌，但亦不僅限於此。

基板120具有相對之一第一表面E1和一第二表面E2。例如，基板120可藉由一軟性電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)、一FR4(Flame Retardant 4)基板，或是一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)來實施，但亦不僅限於此。

該等金屬片130-1、130-2、…、130-N係設置於基板120之第一表面E1，其中該等金屬片130-1、130-2、…、130-N係彼此相鄰近。例如，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N之每一者可大致呈現一矩形、一正方形、一圓形，或一橢圓形。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，但通常不包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。

接地面140係由金屬材質所製成，其可設置於基板120之第二表面E2。必須理解的是，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N和接地面140之形狀於本發明中皆不特別作限制。

塑膠元件110可用於覆蓋住該等金屬片130-1、130-2、…、130-N。例如，塑膠元件110可與該等金屬片130-1、130-2、…、130-N作直接接觸。抑或，塑膠元件110亦可僅鄰近於該等金屬片130-1、130-2、…、130-N，但未與之作直接接觸。另外，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N更可透過塑膠元件110電容耦合至複數個電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M，其中「M」可為大於或等於2之任一正整數。在一些實施例中，該等電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M可由人體部份HB所自然產生，其可包括人體部份HB之任何相關資訊，但亦不僅限於此。

多工器150可分別耦接至該等金屬片130-1、130-2、…、130-N，而其間之連接線可不與接地面140互相接觸。多工器150可根據該等電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M來產生一選擇信號SS。例如，選擇信號SS可包括該等電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M之任何一或複數者之資訊，但亦不僅限於此。接著，人體通訊收發模組160可再接收選擇信號SS。在一些實施例中，基於選擇信號SS，人體通訊收發模組160或與其相耦接之一處理器(Processor)(未顯示)可針對人體部份HB執行一定位程序(Positioning Process)，或可收集人體部份HB之各種生理資訊。例如，人體通訊收發模組160之操作頻率可介於10MHz至100MHz之間。

在本發明之設計下，塑膠元件110可用於調整該等電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M之場型分佈(Pattern Distribution)，從而改善整體之偵測功效。根據實際量測結果，本發明所提之偵測裝置100無論是偵測靈敏度或是偵測正確率均能夠大幅度提升。

在一些實施例中，偵測裝置100之元件尺寸可如下列所述。基板120之厚度H1可小於或等於1mm。該等金屬片130-1、130-2、…、130-N之每一者之長度L1可介於1mm至5mm之間。該等金屬片130-1、130-2、…、130-N之任相鄰二者之間距D1可介於1mm至10mm之間。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其有助於最佳化偵測裝置100之偵測靈敏度和偵測正確率。

以下實施例將介紹偵測裝置100各種不同組態及細部結構特徵。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。

第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件210之立體圖。必須注意的是，塑膠元件210亦可套用於第1圖之偵測裝置100當中。在第2A圖之實施例中，塑膠元件210可由一導電塑膠材質(Conductive Plastic Material)所製成，其中塑膠元件210之介電常數(Dielectric Substrate)可大於或等於2。根據實際量測結果，導電塑膠材質之應用可進一步修正該等電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M之場型分佈。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，塑膠元件210亦可改由一非導電塑膠材質(Nonconductive Plastic Material)所製成。

塑膠元件210可大致呈現一平面式形狀，例如：一矩形平板。詳細而言，塑膠元件210具有彼此相鄰之複數個開孔(Opening)215-1、215-2、…、215-R，其中「R」可為大於或等於2之任一正整數。例如，塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R之每一者可大致呈現一矩形、一正方形、一圓形，或一橢圓形，但亦不僅限於此。在一些實施例中，塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R可進行週期性之排列。

第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件210之部份剖面圖。根據第2B圖之量測結果，若電場信號SE-1鄰近於塑膠元件210之開孔215-1，則電場信號SE-1之場型分佈(如第2B圖中之複數個箭號所示)將會明顯被改變，從而能提升對應之偵測靈敏度。其餘之電場信號SE-2、…、SE-M亦以相似之方式受到塑膠元件210及其對應之開孔所影響，故在此不再重複說明。

第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件210之俯視圖。在第2C圖之實施例中，塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R可與偵測裝置100之該等金屬片130-1、130-2、…、130-N大致互相對齊。換言之，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N於塑膠元件210上具有多個垂直投影(Vertical Projection)，其中這些垂直投影可分別位於塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R之內部。在另一些實施例中，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N之總數量亦可小於該等開孔215-1、215-2、…、215-R之總數量(亦即，N＜R)。

第2D圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件210之俯視圖。在第2D圖之實施例中，塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R可與該等金屬片130-1、130-2、…、130-N彼此交錯排列。換言之，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N於塑膠元件210上具有多個垂直投影，其中這些垂直投影可與塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R完全不重疊。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，該等金屬片130-1、130-2、…、130-N之垂直投影還可與塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R僅有部份互相重疊。

在一些實施例中，塑膠元件210之元件尺寸可如下列所述。塑膠元件210之厚度H2可小於或等於1mm。塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R之每一者之長度L2可介於1mm至5mm之間。塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R之每一者之寬度W2可介於1mm至5mm之間。塑膠元件210之該等開孔215-1、215-2、…、215-R之任相鄰二者之間距D2可介於1mm至5mm之間。以上尺寸範圍係根據多次實驗結果而求出，其亦有助於最佳化偵測裝置100之偵測靈敏度和偵測正確率。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件310之立體圖。必須注意的是，塑膠元件310亦可套用於第1圖之偵測裝置100當中。在第3圖之實施例中，塑膠元件310包括彼此相鄰之複數個柱體部份(Cylindrical Portion)316-1、316-2、…、316-K，其中「K」可為大於或等於10之任一正整數。詳細而言，塑膠元件310之該等柱體部份316-1、316-2、…、316-K亦可進行週期性之排列。例如，塑膠元件310之該等柱體部份316-1、316-2、…、316-K之每一者之直徑DE可介於1mm至3mm之間，而塑膠元件310之該等柱體部份316-1、316-2、…、316-K之任相鄰二者之間距D3可介於1mm至5mm之間。根據實際量測結果，塑膠元件310之該等柱體部份316-1、316-2、…、316-K及其間隙(Gap)亦可用於修正該等電場信號SE-1、SE-2、…、SE-M之場型分佈。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件410之剖面圖。必須注意的是，塑膠元件410亦可套用於第1圖之偵測裝置100當中。在第4圖之實施例中，塑膠元件410可以大致呈現一球面式形狀，其亦可發揮類似之功效。

第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之遊戲控制器(Gaming Controller)550之示意圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之遊戲手把(Gaming Joystick)560之示意圖。在第5A、5B圖之實施例中，前述之偵測裝置100可應用於遊戲控制器550或遊戲手把560當中，以與一目標人體部份藉由使用一人體通訊機制來進行溝通。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測方法之流程圖。首先，在步驟S610，提供一基板、複數個金屬片、一接地面，以及一塑膠元件，其中基板具有相對之一第一表面和一第二表面，前述之金屬片係設置於基板之第一表面並彼此互相鄰近，接地面係設置於基板之第二表面，而塑膠元件係覆蓋住前述之金屬片。在步驟S620，藉由前述之金屬片，透過塑膠元件電容耦合至複數個電場信號。在步驟S630，藉由一多工器，根據前述之電場信號來產生一選擇信號。最後，在步驟S640，藉由一人體通訊收發模組，接收選擇信號。必須理解的是，以上步驟無須依次序執行，而第1-5圖之實施例之每一特徵均可套用至第6圖之偵測方法當中。

本發明提出一種新穎之偵測裝置和偵測方法。與傳統設計相比，本發明至少享有可改善整體之偵測靈敏度和整體之偵測正確率等雙重優勢，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。

值得注意的是，以上所述之元件參數並非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之偵測裝置和偵測方法並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之偵測裝置和偵測方法當中。

本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可以透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並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。

100:偵測裝置 110,210,310,410:塑膠元件 120:基板 130-1,130-2,130-N:金屬片 140:接地面 150:多工器 160:人體通訊收發模組 215-1,215-2,215-R:塑膠元件之開孔 316-1,316-2,316-K:塑膠元件之柱體部份 550:遊戲控制器 560:遊戲手把 D1,D2,D3:間距 DE:直徑 E1:第一表面 E2:第二表面 H1,H2:厚度 HB:人體部份 L1,L2:長度 S610,S620,S630,S640:步驟 SE-1,SE-2,SE-M:電場信號 SS:選擇信號 W2:寬度

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之示意圖。第2A圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件之立體圖。第2B圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件之部份剖面圖。第2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件之俯視圖。第2D圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件之俯視圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件之立體圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之塑膠元件之剖面圖。第5A圖係顯示根據本發明一實施例所述之遊戲控制器之示意圖。第5B圖係顯示根據本發明一實施例所述之遊戲手把之示意圖。第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測方法之流程圖。

100:偵測裝置

110:塑膠元件

120:基板

130-1,130-2,130-N:金屬片

140:接地面

150:多工器

160:人體通訊收發模組

D1:間距

E1:第一表面

E2:第二表面

H1:厚度

HB:人體部份

L1:長度

SE-1,SE-2,SE-M:電場信號

SS:選擇信號

Claims

一種偵測裝置，用於偵測一人體部份，並包括：一基板，具有相對之一第一表面和一第二表面；複數個金屬片，設置於該基板之該第一表面，其中該等金屬片係彼此相鄰近；一接地面，設置於該基板之該第二表面；一塑膠元件，覆蓋住該等金屬片，其中該等金屬片更透過該塑膠元件從該人體部份處取得複數個電場信號；一多工器，根據該等電場信號來產生一選擇信號；以及一人體通訊(Human Body Communication，HBC)收發模組，接收該選擇信號。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該等金屬片之每一者之長度係介於1mm至5mm之間。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該等金屬片之任相鄰二者之間距係介於1mm至10mm之間。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該基板之厚度係小於或等於1mm。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件係由一導電塑膠材質所製成。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之介電常數係大於或等於2。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件可用於調整該等電場信號之場型分佈。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件係呈現一平面式形狀。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件具有彼此相鄰之複數個開孔。
如請求項9所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等開孔係進行週期性之排列。
如請求項9所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等開孔係與該等金屬片大致互相對齊。
如請求項9所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等開孔係與該等金屬片彼此交錯排列。
如請求項9所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等開孔之每一者之長度係介於1mm至5mm之間。
如請求項9所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等開孔之每一者之寬度係介於1mm至5mm之間。
如請求項9所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等開孔之任相鄰二者之間距係介於1mm至5mm之間。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之厚度係小於或等於1mm。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件包括彼此相鄰之複數個柱體部份。
如請求項17所述之偵測裝置，其中該塑膠元件之該等柱體部份係進行週期性之排列。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該塑膠元件係呈現一球面式形狀。
一種偵測方法，包括下列步驟：提供一基板、複數個金屬片、一接地面，以及一塑膠元件，其中該基板具有相對之一第一表面和一第二表面，該等金屬片係設置於該基板之該第一表面並彼此互相鄰近，該接地面係設置於該基板之該第二表面，而該塑膠元件係覆蓋住該等金屬片；藉由該等金屬片，透過該塑膠元件從一人體部份處取得複數個電場信號；藉由一多工器，根據該等電場信號來產生一選擇信號；以及藉由一人體通訊收發模組，接收該選擇信號。