CN102339179A - 三维触控感应器及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维触控感应器及其应用方法。该三维触控感应器是利用二维电容式触控感应器搭配导电层与弹性绝缘物或绝缘层与弹性导电物建构而成。当该三维触控感应器受碰触时，该二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置，该弹性绝缘物或弹性导电物因应压力而产生形变，因而产生电容量变化，从该电容量变化获得垂直方向上的感应值，其与该压力的大小相关。

Description

三维触控感应器及其应用方法

技术领域

本发明是有关一种触控感应器，特别是关于一种三维触控感应器其应用方法。

背景技术

电容式触控板是藉物件(例如手指或其他导体)的接触使其触控感应器产生电容值变化，从该电容值变化定位出接触点的位置。传统的电容式触控板只能提供一维或二维的定位，如果配合检测手势，例如单击、双击、拖曳和划圈等等，则可增加更多输入功能。另一种扩充输入功能的方法是检测接触面积的大小，用来判断对电容式触控板施压的大小，不过不同的使用者或不同的手指产生的接触面积不同，因此这种间接检测压力的方法无法提供广泛的应用。还有一种方案是增加额外的按键，不过会增加实体装置的体积和成本，而且造成使用操作更复杂。

因此，一种能直接检测压力的三维触控感应器，乃为所冀。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种三维触控感应器。

本发明的目的之一，在于提出一种三维触控感应器的应用。

根据本发明，一种三维触控感应器包括二维电容式触控感应器、位于该二维电容式触控感应器的下方的第一导电层及第二导电层、以及位于该第一和第二导电层之间的弹性绝缘物。该第一和第二导电层及其间的弹性绝缘物形成可变电容器，当该三维触控感应器受碰触时，该弹性绝缘物因为受压而形变，使得该第一和第二导电层之间的距离缩小，因而产生电容量变化，从该电容量变化可取得与压力大小相关的感应值。

根据本发明，一种三维触控感应器包括二维电容式触控感应器、位于该二维电容式触控感应器的下方的导电层、位于该导电层的下方的绝缘层、以及位于该绝缘层的下方的弹性导电物。该导电层、绝缘层及弹性导电物形成可变电容器，当该三维触控感应器受碰触时，该弹性导电物因为受压而形变，使得其与该绝缘层的接触面积变大，因而产生电容量变化，从该电容量变化可取得与压力大小相关的感应值。

根据本发明，一种三维触控感应器包括二维电容式触控感应器、位于该二维电容式触控感应器的下方的绝缘层、以及位于该绝缘层的下方的弹性导电物。该二维电容式触控感应器、绝缘层及弹性导电物形成可变电容器，当该三维触控感应器受碰触时，该弹性导电物因为受压而形变，使得其与该绝缘层的接触面积变大，因而产生电容量变化，从该电容量变化可取得与压力大小相关的感应值。

根据本发明，一种三维触控感应器包括二维电容式触控感应器、位于该二维电容式触控感应器的上方的绝缘层、以及位于该绝缘层的上方的弹性导电物。该二维电容式触控感应器、绝缘层及弹性导电物形成可变电容器，当该三维触控感应器受碰触时，该弹性导电物因为受压而形变，使得其与该绝缘层的接触面积变大，因而产生电容量变化，从该电容量变化可取得与压力大小相关的感应值。

根据本发明，一种三维触控感应器是利用二维电容式触控感应器搭配导电层与弹性绝缘物或绝缘层与弹性导电物建构而成，其应用方法包括在该二维电容式触控感应器上定义一区域，藉(通过)该二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置，藉该弹性绝缘物或弹性导电物因应压力而产生形变，因而产生电容量变化，从该电容量变化获得垂直方向上的感应值，其与该压力的大小相关，当该接触点位置在该区域且该感应值大于门槛值时，产生相对应的指令。

根据本发明，一种三维触控感应器是利用二维电容式触控感应器搭配导电层与弹性绝缘物或绝缘层与弹性导电物建构而成，其应用方法包括在该二维电容式触控感应器上定义原点，藉该二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置，藉该弹性绝缘物或弹性导电物因应压力而产生形变，因而产生电容量变化，从该电容量变化获得垂直方向上的感应值，其与该压力的大小相关，以该原点到该接触点位置的指向定义受控物的移动方向，以该感应值定义该受控物的移动量。

附图说明

图1是三维触控感应器的第一实施例；

图2是三维触控感应器的第二实施例；

图3是三维触控感应器的第三实施例；

图4是三维触控感应器的第四实施例；

图5是二维电容式触控感应器的感应平面；

图6A及图6B是三维触控感应器的第一应用例的示意图；以及

图7是三维触控感应器的第二应用例的示意图。

附图标号

10保护层

12二维电容式触控感应器

14导体

16导电层

18导电层

20弹性绝缘物

22绝缘层

24弹性导电物

26物件

30物件

32三维触控感应器

34物件

36代表X+的电极

38代表X-的电极

40代表Y+的电极

42代表Y-的电极

具体实施方式

图1是本发明的第一实施例，此三维触控感应器包括保护层10、二维电容式触控感应器12、导电层16和18、以及弹性绝缘物20。保护层10位于二维电容式触控感应器12的上方。如同已广为熟知的，二维电容式触控感应器12具有多条感应电极，当导体14(例如手指)接触保护层10，在接触点位置的感应电极会产生电容量变化，由此电容量变化可定位出导体14在感应平面上的位置。本文中所称感应平面，是指二维电容式触控感应器12的感应电极构成的平面，例如在图1中，二维电容式触控感应器12的上表面(与纸张垂直的平面)为感应平面。在习知技术中，有些电容式触控板在其触控感应器的下方有导电层用来屏蔽下方电路所产生的杂讯，使其不干扰上方的触控感应器。在本实施例中，可以该屏蔽杂讯用的导电层当作导电层16，在其下方增加导电层18及弹性绝缘物20，且弹性绝缘物20位于导电层16与18之间使其间隔距离d，因而形成可变电容器C1，其中：

$C1\∝\frac{A}{d}$ 公式1

其中A为两导电层16与18彼此重叠的面积。施加压力会使弹性绝缘物20产生形变，改变导电层16与18之间的距离d，且压力越大距离d越小。根据公式1，可变电容器C1的电容量随着距离d变小而变大，因此感测可变电容器C1的电容量变化将得到与压力大小相关的感应值，即为垂直方向上的感应值。本文中所称垂直方向，是指垂直前述的感应平面的方向，例如在图1中，垂直方向是平行距离d的方向。较佳者，弹性绝缘物20包括可形变的球状体接触导电层16。

图2是本发明的第二实施例，在此三维触控感应器中，是在导电层16的下方增加绝缘层22及弹性导电物24，且绝缘层22位于导电层16及弹性导电物24之间使其间隔固定的距离d。较佳者，弹性导电物24具有球状体与绝缘层22有面积A的接触，使得导电层16与弹性导电物24形成可变电容器C2。导体14的下压会使弹性导电物24产生形变，因而改变弹性导电物24与绝缘层22之间的接触面积A，且压力越大接触面积A越大。根据公式1，可变电容器C2的电容量随着接触面积A的改变而变化，因此感测可变电容器C2的电容量变化将得到与压力大小相关的感应值，即为垂直方向上的感应值。弹性导电物24的数量、形状以及分布可以视需求(例如准确度)来决定，在一实施例中，弹性导电物24包括可形变的球状体接触导电层22。

图3所示的第三实施例是将图2中的导电层16移除，直接利用二维电容式触控感应器12的感应电极作为可变电容器C3的电极板。同样地，绝缘层22位于二维电容式触控感应器12及弹性导电物24之间使其间隔固定的距离d，弹性导电物24具有球状体与绝缘层22有面积A的接触，于是弹性导电物24与二维电容式触控感应器12的感应电极形成可变电容器C3。接触面积A随着物件26施加的压力改变，且压大越大接触面积A越大。根据公式1，可变电容器C3的电容量会随着接触面积A的改变而变化，因此，从二维电容式触控感应器12的感应电极感应到的电容量变化除了用来定位以外，可变电容器C3的电容量变化更可用来作为垂直方向上的感应值。在此实施例中，即使物件26为非导体，依然能造成接触面积A的改变，进而从二维电容式触控感应器12得到的感应值达到定位的目的。在一实施例中，保护层10具有一定的厚度，使物件26为导体时对可变电容器C3的影响降到最低。

将图3的元件配置上下颠倒如图4的第四实施例，弹性导电物24置于保护层10的下方，二维电容式触控感应器12置于底层，同样利用绝缘层22将弹性导电物24与二维电容式触控感应器12隔开，弹性导电物24具有球状体与绝缘层22有面积A的接触，于是弹性导电物24与二维电容式触控感应器12的感应电极形成可变电容器C4。在此实施例中，距离d是固定的，接触面积A随着物件26施加的压力改变，且压大越大接触面积A越大。根据公式1，可变电容器C4的电容量会随着接触面积A的改变而变化，因此感测可变电容器C4的电容量变化可得到与压力大小相关的感应值，即为垂直方向上的感应值。如同图3的实施例，在此实施例中，即使物件26为非导体，依然能造成接触面积A的改变，进而从二维电容式触控感应器12得到的感应值达到定位的目的。

二维电容式触控感应器12的感应电极可以使用各种形状及布局，例如图5的右侧是一种常见的图样，其是由多条X方向及Y方向的感应电极构成感应平面，当有单点或多点的物件30碰触时，造成相对应的感应电极产生电容量变化，从其定位出该接触点30的位置。在不同实施例中，通过检测X方向或Y方向的感应电极的自体电容量(Self-Capacitance)变化，或是X方向及Y方向的感应电极之間的互感电容量(Mutual-Capacitance)变化，即可从其定位出接触点的位置。另外配合感测到的垂直方向上的感应量可提供不用的应用，例如在二维电容式触控感应器12上定义一或多个区域，当垂直方向上的感应量超过门槛值时，依据接触点30的位置所在的区域，产生相对应的指令。以图6A为例，当物件32于三维触控感应器32的左侧区域施加压力大于门槛值时，产生代表“选择”的指令；若物件32于三维触控感应器32的右侧区域施加压力大于门槛值时，产生代表“选单”的指令。再以图6B为例，在浏览画面时，当物件32于三维触控感应器32的上侧区域施加压力大于门槛值时，产生代表“往上卷动”的指令；当物件32于三维触控感应器32的下侧区域施加压力大于门槛值时，产生代表“往下卷动”的指令。不同区域的门槛值可以相同或不相同。

亦可利用本发明的三维触控感应器控制受控物，例如屏幕中的指标或游戏中的角色。在一应用中，是在二维电容式触控感应器12上定义一原点，二维电容式触控感应器12定位接触点的位置，以该原点到该位置的指向定义受控物的移动方向，以垂直方向上的感应量定义受控物的移动量，例如移动距离或移动速度等。在不同实施例中，通过检测X方向或Y方向的感应电极的自体电容量(Self-Capacitance)变化，或是X方向及Y方向的感应电极之間的互感电容量(Mutual-Capacitance)变化，即可从其定位出接触点的位置。例如参照图7，二维电容式触控感应器12只使用四片独立电极36、38、40、42，将其中心定义为原点Z，而各电极36、38、40、42代表在感应平面上不同的移动方向X+、X-、Y+、Y-，如图7右侧的坐标系统所示。当物件30位于电极36及40之间，可经由演算法计算二维电容式触控感应器12的感应量得到物件30的位置P1，另外感测物件30施加于三维触控感应器的压力得到垂直方向上的感应量，以原点Z到位置P1的指向为移动方向，垂直方向上的感应量为移动量，控制屏幕中的指标或游戏中的角色移动。此应用方法具有缩小触控装置面积的优点。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例为解说本发明的原理以及让本领域的技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求的范围及其均等来决定。

Claims (21)

1.一种三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器包括：

二维电容式触控感应器；

第一导电层及第二导电层，位于所述二维电容式触控感应器的下方；以及

弹性绝缘物，位于所述第一和第二导电层之间，因而形成可变电容器；

其中，所述弹性绝缘物在受压时产生形变，因而改变所述第一和第二导电层之间的距离，使得所述可变电容器的电容量发生变化。

2.如权利要求1所述的三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器更包括保护层位于所述二维电容式触控感应器的上方。

3.如权利要求1所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性绝缘物包括可形变的球状体接触所述第一导电层。

4.一种三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器包括：

二维电容式触控感应器；

导电层，位于所述二维电容式触控感应器的下方；

绝缘层，位于所述导电层的下方；以及

弹性导电物，位于所述绝缘层的下方，因而形成可变电容器；

其中，所述弹性导电物在受压时产生形变，因而改变其与所述绝缘层的接触面积，使得所述可变电容器的电容量发生变化。

5.如权利要求4所述的三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器更包括保护层位于所述二维电容式触控感应器的上方。

6.如权利要求4所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性导电物可以是任意形状。

7.如权利要求6所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性导电物包括可形变的球状体接触所述绝缘层。

8.一种三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器包括：

二维电容式触控感应器；

绝缘层，位于所述二维电容式触控感应器的下方；以及

弹性导电物，位于所述绝缘层的下方，因而形成可变电容器；

其中，所述弹性导电物在受压时产生形变，因而改变其与所述绝缘层的接触面积，使得所述可变电容器的电容量发生变化。

9.如权利要求8所述的三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器更包括保护层位于所述二维电容式触控感应器的上方。

10.如权利要求8所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性导电物可以是任意形状。

11.如权利要求10所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性导电物包括可形变的球状体接触所述绝缘层。

12.一种三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器包括：

二维电容式触控感应器；

绝缘层，位于所述二维电容式触控感应器的上方；以及

弹性导电物，位于所述绝缘层的上方，因而形成可变电容器；

其中，所述弹性导电物在受压时产生形变，因而改变其与所述绝缘层的接触面积，使得所述可变电容器的电容量发生变化。

13.如权利要求12所述的三维触控感应器，其特征在于，所述三维触控感应器更包括保护层位于所述弹性导电物的上方。

14.如权利要求12所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性导电物可以是任意形状。

15.如权利要求14所述的三维触控感应器，其特征在于，所述弹性导电物包括可形变的球状体接触所述绝缘层。

16.一种三维触控感应器的应用方法，其特征在于，所述三维触控感应器是利用二维电容式触控感应器搭配导电层与弹性绝缘物或绝缘层与弹性导电物建构而成，所述应用方法包括：

在所述二维电容式触控感应器上定义一区域；

藉所述二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置；

藉所述弹性绝缘物或弹性导电物因应压力而产生形变，因而产生电容量变化，从所述电容量变化获得垂直方向上的感应值，其与所述压力的大小相关；以及

当所述接触点位置在所述区域且所述感应值大于门槛值时，产生相对应的指令。

17.如权利要求16所述的三维触控感应器的应用方法，其特征在于，所述藉所述二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置的步骤包括通过检测所述二维电容式触控感应器的自体电容量变化或是互感电容量变化，定位出所述接触点位置。

18.一种三维触控感应器的应用方法，其特征在于，所述三维触控感应器是利用二维电容式触控感应器搭配导电层与弹性绝缘物或绝缘层与弹性导电物建构而成，所述应用方法包括：

在所述二维电容式触控感应器上定义原点；

藉所述二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置；

藉所述弹性绝缘物或弹性导电物因应压力而产生形变，因而产生电容量变化，从所述电容量变化获得垂直方向上的感应值，其与所述压力的大小相关；以及

以所述原点到所述接触点位置的指向定义受控物的移动方向，以所述感应值定义所述受控物的移动量。

19.如权利要求18所述的三维触控感应器的应用方法，其特征在于，所述移动量为移动距离。

20.如权利要求18所述的三维触控感应器的应用方法，其特征在于，所述移动量为移动速度。

21.如权利要求18所述的三维触控感应器的应用方法，其特征在于，所述藉所述二维电容式触控感应器定位出感应平面上的接触点位置的步骤包括通过检测所述二维电容式触控感应器的自体电容量变化或是互感电容量变化，定位出所述接触点位置。

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