CN102467306B - 侦测感应电场的电容式触控装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：一差动放大器、一阻抗、及一信号判断电路。差动放大器是电性连接至一接触元件，阻抗是电性连接至差动放大器的第一输入端及第二输入端，信号判断电路是电性连接至差动放大器的输出端。当该接触元件接收有一感应电场信号时，差动放大器是将感应电场信号放大，并由信号判断电路判别放大后的感应电场信号是否为一触控输入。

Description

侦测感应电场的电容式触控装置

技术领域

本发明是关于一种电容式触控装置，尤指一种侦测感应电场的电容式触控装置。

背景技术

在电容式触控装置的研发技术中，影响自电容的主要因素是人体的电场，而人体的电场又受大地的电场所影响。由于电场有正负的分，对自电容会产生增加电容量与减少电容量的差别，如此，将造成量测上的不稳定，而常被误认为噪声处理。

此外，触控装置上接触点的面积与距离会影响自电容的增加，也会影响感应电场的大小。已知技术多半采用电容增加的特性来量测接触与否，而电容量增加的比例主要取决于电路设计，其变化量约为1-2％。然而，这样的变化量是远小于电场的变化量，因此，若把人体的电场与大地的电场当噪声处理，将大幅影响电容式触控装置的准确度与稳定性。

有鉴于此，发明人尝试提供一种可侦测感应电场的电容式触控装置，以解决此一课题。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种侦测感应电场的电容式触控装置，以便能通过电场变化量的量测，判定是否有触控输入。

为达成上述目的，本发明侦测感应电场的电容式触控装置包括：一差动放大器，其包含有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；一阻抗，其是电性连接至该差动放大器的该第一输入端及该第二输入端；以及一信号判断电路，其是电性连接至该差动放大器的该输出端；其中，该差动放大器的第一输入端是电性连接至一接触元件，该差动放大器的第二输入端是接地，当该接触元件接收有一感应电场信号时，该差动放大器是将该感应电场信号放大，并由该信号判断电路判别该放大后的感应电场信号。

本发明可另包含有一电容，其是电性连接至该差动放大器的该第一输入端及该第二输入端，以过滤噪声。其次，本发明的阻抗较佳地为一高阻抗电阻，差动放大器较佳有高输入阻抗，接触元件是为触控按键、滑条、飞梭，ITO导线，ITO导体面，或其它等效的接触装置。

接着，本发明的另一目的是在提供一种侦测感应电场的电容式触控装置，以进行二维的平面触控侦测。底下，本发明试举三种电容式触控装置以说明之。

其一，本发明的侦测感应电场的电容式触控装置可包括：一多工处理器；沿第一方向排列的多条第一导电线，每一第一导电线是电性连接至该多工处理器；沿第二方向排列的多条第二导电线，每一第二导电线是电性连接至该多工处理器；以及一信号判断电路，其是电性连接至该多工处理器；其中，所述第一导电线、及第二导电线是分别电性连接至一配接有阻抗的差动放大器，并通过该多工处理器电性连接至该信号判断电路，当所述第一导电线的其中之一、以及所述第二导电线的其中之一接收有一感应电场信号时，与其相连的该多工处理器是将该感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该放大后的感应电场信号。较佳地，该第一方向与该第二方向为正交。

其二，本发明的侦测感应电场的电容式触控装置可包括：一多工处理器；沿第一方向排列的多条第一导电线，每一第一导电线是电性连接至该多工处理器；沿第二方向排列的多条第二导电线，每一第二导电线是电性连接至该多工处理器；以及一信号判断电路，其是电性连接至该多工处理器；其中，所述第一导电线、及第二导电线是分别电性连接至一阻抗，并通过该多工处理器电性连接至该信号判断电路，当所述第一导电线的其中之一、以及所述第二导电线的其中之一接收有一感应电场信号时，与其相连的该多工处理器是将该感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该感应电场信号。较佳地，该第一方向与该第二方向为正交。

其三，本发明的侦测感应电场的电容式触控装置可包括：一多工处理器；沿第一方向、及第二方向排列的多条导电点，每一导电点是电性连接至该多工处理器；以及一信号判断电路，其是电性连接至该多工处理器；其中，所述导电点是分别电性连接至一阻抗，当所述导电点的其中之一接收有一感应电场信号时，与其相连的该多工处理器是将该感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该感应电场信号。

由于本发明所提供的电容式触控装置是根据感应电场量测触控位置，因此，使用者即便是戴手套，亦可准确地量测出触控位置。

附图说明

为能更清楚地说明本发明，以下列举较佳实施例并配合附图详细说明如后，其中：

图1是本发明一较佳实施例的第一电路架构图。

图2是本发明一较佳实施例的第二电路架构图。

图3(a)是本发明一较佳实施例的第三电路架构图。

图3(b)是本发明一较佳实施例的第一实体电路实现图。

图4(a)是本发明一较佳实施例的第四电路架构图。

图4(b)是本发明一较佳实施例的第二实体电路实现图。

图5(a)是本发明一较佳实施例的第五电路架构图。

图5(b)是本发明一较佳实施例的第三实体电路实现图。

图6(a)是本发明一较佳实施例的第一波形图。

图6(b)是本发明一较佳实施例的第二波形图。

图7(a)是本发明一较佳实施例的第三波形图。

图7(b)是本发明一较佳实施例的第四波形图。

图8(a)是本发明一较佳实施例的第五波形图。

图8(b)是本发明一较佳实施例的第六波形图。

图9(a)是本发明一较佳实施例的第七波形图。

图9(b)是本发明一较佳实施例的第八波形图。

图10(a)是本发明另一较佳实施例的第一电路架构图。

图10(b)是本发明另一较佳实施例的第二电路架构图。

图10(c)是本发明另一较佳实施例的第三电路架构图。

具体实施方式

请先参考图1，其是本发明一较佳实施例的第一电路架构图，包括：一差动放大器1、一阻抗2、及一信号判断电路3。其中，差动放大器1包含有一第一输入端11、一第二输入端12、及一输出端13。第一输入端11是电性连接至一接触元件10，第二输入端12是连接至接地。于本实施例中，第一输入端11为正输入端、第二输入端12为负输入端。较佳地，接触元件10可为一触控按键、滑条、飞梭、或触控面板。阻抗2是电性连接至差动放大器1的第一输入端11及第二输入端12，较佳地，阻抗2可为一高阻抗电阻、或一高阻抗电容，或一电阻与电容并联所构成的阻抗。信号判断电路3是电性连接至差动放大器1的输出端13。当接触元件10接收有一感应电场信号时，差动放大器1是将感应电场信号放大，并由信号判断电路3判别放大后的感应电场信号。另外，请参考图2，本发明亦可增加一电容4以过滤感应电场信号的噪声，使信号判断电路3输出的触控信号波形更为完整。

信号判断电路3的实现方式有多种选择，本发明试举三种实现信号判断电路3的方式说明之。

首先，请参考图3(a)，该信号判断电路3包括：一峰值取样电路31、及一比较器32。峰值取样电路31是电性连接至差动放大器1的输出端13，以将放大后的感应电场信号进行峰值取样。比较器32是电性连接至峰值取样电路31，以将峰值取样后的放大感应电场信号与一参考信号比较，若大于该参考信号，则输出一输出信号。该信号判断电路3的峰值取样电路31、及比较器32的实体电路实现图，可如图3(b)所示。

其次，请参考图4(a)，该信号判断电路3包括：一零电位触发电路33、一延迟电路34、及一比较器32。零电位触发电路33是电性连接至差动放大器1的输出端13，当放大后的感应电场信号为零电位时，该零电位触发电路33是触发一触发信号。延迟电路34是电性连接至零电位触发电路33，以对应接收触发信号，而将其延迟一时间后输出至比较器32。当比较器32接收来至延迟电路34所传来的延迟后的触发信号时，其是将取样后的放大感应电场信号与一参考信号比较，若大于该参考信号，则输出一输出信号。该信号判断电路3的零电位触发电路33、一延迟电路34、及一比较器32的实体电路实现图，可如图4(b)所示。

接着，请参考图5(a)，该信号判断电路3包括：一零电位触发电路33、一模拟数字转换器35、及一微控制器36。零电位触发电路33是电性连接至差动放大器1的输出端13，当放大后的感应电场信号为零电位时，零电位触发电路33是产生一触发信号。微控制器36是电性连接至零电位触发电路33以接收该触发信号，而对应输出一延迟后的触发信号。模拟数字转换器35是电性连接至差动放大器1的输出端13及微控制器36，当模拟数字转换器35接收来至微控制器36所传来的延迟后的触发信号时，其是对应传送转换后感应电场数值至微控制器36，微控制器36于接收到取样后的感应电场数值后，其是将取样后的放大感应电场数值与一参考信号数值，若大于该参考信号，则输出一输出信号。该信号判断电路3的零电位触发电路33、模拟数字转换器35、及微控制器36的实体电路实现图，可如图5(b)所示。

底下，本发明提供实验后的波形图来说明本发明的实际功效。请先参考图6(a)、图6(b)，图6(a)是接触元件10为触控按键而未接收任何触控信号的感应电场波形图，图6(b)其是接触元件10为触控按键时，使用者以手指触碰接触元件10的感应电场波形图。由图中可以清楚地看出，当接触元件10接收有一触控输入后，其峰值信号增加幅度达三倍以上，因此，信号判断电路3可轻易地判别接触元件10是否有触控输入。信号判断电路3判别触控输入的方式例如：信号判断电路3可将峰值取样后的放大感应电场信号与一参考信号比较，若大于参考信号，则表示接触元件10接收有触控输入，故信号判断电路3输出一输出信号。若要过滤信号的噪声，则加装电容4，以使信号判断电路3输出的触控信号波形更为完整，其波形图如图7(a)、图7(b)所示。

除此之外，使用其它接触元件10亦有相同的功效。请参考图8(a)、图8(b)，图8(a)是接触元件10为滑条时，且未接收任何触控信号的感应电场波形图，图8(b)是接触元件10为滑条时，使用者以手指触碰接触元件10的感应电场波形图。由图中可以很清楚的看出，当接触元件10接收有一触控输入后，其峰值信号增加幅度同样达三倍以上，因此，信号判断电路3可轻易地判别接触元件10是否有触控输入。同样地，若要过滤信号的噪声，可加装电容4以使信号判断电路3输出的触控信号波形更为完整，其波形图如图9(a)、图9(b)所示。

由上述说明可知，经由本发明所提供的电容式触控装置，可轻易地通过电场变化量的量测，以判定接触元件10是否有触控输入，由此，本发明所提供的电容式触控装置可做为触控开关使用。另外，由于本发明所提供的电容式触控装置是根据感应电场量测触控位置，因此，使用者即便是戴手套，亦可准确地量测出触控位置。

其次，本发明的电容式触控装置亦可由单点的触控侦测扩充为二维的平面触控侦测。请先参考图10(a)，其包含有多组导电线10X、10Y分别沿着X、Y轴方向并排设置。X、Y轴是为正交。多个差动放大器1X各包含有一第一输入端11X、一第二输入端12X、及一输出端13X；多个差动放大器1Y亦各包含有一第一输入端11Y、一第二输入端12Y、及一输出端13Y。其中，多个阻抗2X是分别电性连接至多个差动放大器1X的第一输入端11X、及第二输入端12X，同样地，多个阻抗2Y亦分别电性连接至多个差动放大器1Y的第一输入端11Y、及第二输入端12Y。所述第一输入端11X、11Y是分别电性连接至所述导电线10X、10Y，所述第二输入端12X、12Y是分别连接至地，阻抗2X，2Y可以是一电阻或一电阻并联一电容，所述输出端13X、13Y是电性连接至该多工处理器4，该多工处理器4是再连接至信号判断电路3。当沿着X方向排列的所述多条导电线10X的其中之一、以及沿着Y方向排列的所述多条导电线10Y的其中之一接收有一感应电场信号时，通过对应的差动放大器1X、2Y、及多工处理器4，该感应电场信号放大后是传送至信号判断电路3，以判别放大后的感应电场信号，进而判定接触位置。

另外，如图10(b)所示，本发明亦可取消差动放大器1X、1Y的设置，所述导电线10X、10Y的终端仅分别连接阻抗2X、2Y即可。

再次，除了使用导电线做为接触元件接收感应电场信号之外，本发明亦可采用点状式的二维平面触控侦测，其示意图如图10(c)所示。如图所示，X方向设置有十二列(column)、Y方向设置有九排(row)的导电点101，每一导电点101皆连接至一阻抗2，阻抗2可以是一电阻或一电阻并联一电容，或可分别由配接有阻抗的差动放大器取代。而后，所述阻抗2是电性连接至多工处理器4，多工处理器4再电性连接至信号判断电路3。

为方便说明，图10(c)是由X＝0标至X＝11及Y＝0标至Y＝8表示上述排列的导电点101。当其中一导电点，如位于X＝0、Y＝2的导电点101接收有触控输入时，通过多工处理器4，信号判断电路3可判别位于X＝0、Y＝2的导电点101接收有较强的感应电场信号，因此，可以判定接触位置是在X＝0、Y＝2的导电点101的位置上。

然而，上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (16)

1.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一差动放大器，其包含有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；

一阻抗，其电性连接至该差动放大器的该第一输入端及该第二输入端；以及

一信号判断电路，其电性连接至该差动放大器的该输出端，其中，该信号判断电路包括：

一峰值取样电路，其电性连接至该差动放大器的该输出端，以将该放大后的感应电场信号进行峰值取样；以及

一比较器，其电性连接至该峰值取样电路，以将该峰值取样后的放大感应电场信号与一参考信号比较，若该峰值取样后的放大感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号；

其中，该差动放大器的第一输入端电性连接至一接触元件，该差动放大器的第二输入端接地，当该接触元件接收有一感应电场信号时，该差动放大器将该感应电场信号放大，并由该信号判断电路判别该放大后的感应电场信号。

2.如权利要求1所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其还包含有一电容，其电性连接至该差动放大器的该第一输入端及该第二输入端。

3.如权利要求1所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其中，该阻抗为一高阻抗电阻、或一高阻抗电容，或一电阻与电容并联的阻抗。

4.如权利要求1所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其中，该接触元件为触控按键、滑条、飞梭、或触控面板。

5.如权利要求1所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其中，该第一输入端为正输入端、该第二输入端为负输入端。

6.如权利要求1所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其中，该第一输入端为负输入端、该第二输入端为正输入端。

7.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一多工处理器；

沿第一方向排列的多条第一导电线；

沿第二方向排列的多条第二导电线；以及

一信号判断电路，其电性连接至该多工处理器；

其中，所述第一导电线、及第二导电线分别电性连接至一配接有阻抗的差动放大器，并通过该多工处理器电性连接至该信号判断电路，当所述第一导电线的其中之一、以及所述第二导电线的其中之一接收有一感应电场信号时，该多工处理器将经由差动放大器放大后的感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该放大后的感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一峰值取样电路、及一比较器，该峰值取样电路电性连接至该多工处理器，以将该放大后的感应电场信号进行峰值取样，该比较器电性连接至该峰值取样电路，以将峰值取样后的该放大后的感应电场信号与一参考信号比较，若峰值取样后的该放大后的感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号。

8.如权利要求7所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其中，该第一方向与该第二方向为正交。

9.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一多工处理器；

沿第一方向排列的多条第一导电线，每一第一导电线电性连接至该多工处理器；

沿第二方向排列的多条第二导电线，每一第二导电线电性连接至该多工处理器；以及

一信号判断电路，其电性连接至该多工处理器；

其中，所述第一导电线、及第二导电线分别电性连接至一阻抗，并通过该多工处理器电性连接至该信号判断电路，当所述第一导电线的其中之一、以及所述第二导电线的其中之一接收有一感应电场信号时，与其相连的该多工处理器将该感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一峰值取样电路、及一比较器，该峰值取样电路电性连接至该多工处理器，以将该感应电场信号进行峰值取样，该比较器电性连接至该峰值取样电路，以将峰值取样后的该感应电场信号与一参考信号比较，若峰值取样后的该感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号。

10.如权利要求9所述的侦测感应电场的电容式触控装置，其中，该第一方向与该第二方向为正交。

11.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一多工处理器；

沿第一方向、及第二方向排列的多条导电点，每一导电点电性连接至该多工处理器；以及

一信号判断电路，其电性连接至该多工处理器；

其中，所述导电点分别电性连接至一阻抗，当所述导电点的其中之一接收有一感应电场信号时，与其相连的该多工处理器将该感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一峰值取样电路、及一比较器，该峰值取样电路电性连接至该多工处理器，以将该感应电场信号进行峰值取样，该比较器电性连接至该峰值取样电路，以将峰值取样后的该感应电场信号与一参考信号比较，若峰值取样后的该感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号。

12.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一多工处理器；

沿第一方向、及第二方向排列的多条导电点；以及

一信号判断电路，其电性连接至该多工处理器；

其中，所述导电点分别电性连接至一配接有阻抗的差动放大器，当所述导电点的其中之一接收有一感应电场信号时，该多工处理器将经由该差动放大器放大后的感应电场信号传送至该信号判断电路以判别放大后的该感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一峰值取样电路、及一比较器，该峰值取样电路电性连接至该差动放大器，以将该放大后的感应电场信号进行峰值取样，该比较器电性连接至该峰值取样电路，以将峰值取样后的该放大后的感应电场信号与一参考信号比较，若峰值取样后的该放大后的感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号。

13.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一差动放大器，其包含有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；

一阻抗，其电性连接至该差动放大器的该第一输入端及该第二输入端；以及

一信号判断电路，其电性连接至该差动放大器的该输出端；

其中，该差动放大器的第一输入端电性连接至一接触元件，该差动放大器的该第二输入端接地，当该接触元件接收有一感应电场信号时，该差动放大器将该感应电场信号放大，并由该信号判断电路判别该放大后的感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一零电位触发电路、一延迟电路、及一比较器，该零电位触发电路电性连接至该差动放大器的该输出端，以接收该差动放大器输出之该放大后的感应电场信号，当该放大后的感应电场信号为零电位时，该零电位触发电路产生一触发信号，该延迟电路电性连接至该零电位触发电路，以对应接收该触发信号，而将该触发信号延迟一时间后输出，该比较器电性连接至该差动放大器，该比较器将该放大后的感应电场信号与一参考信号比较，若该放大后的感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号。

14.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一差动放大器，其包含有一第一输入端、一第二输入端及一输出端；

一阻抗，其电性连接至该差动放大器的该第一输入端及该第二输入端；以及

一信号判断电路，其电性连接至该差动放大器的该输出端；

其中，该差动放大器的第一输入端电性连接至一接触元件，该差动放大器的第二输入端接地，当该接触元件接收有一感应电场信号时，该差动放大器将该感应电场信号放大，并由该信号判断电路判别该放大后的感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一零电位触发电路、一微控制器、及一模拟数字转换器，该零电位触发电路电性连接至该差动放大器的该输出端，当该放大后的感应电场信号为零电位时，该零电位触发电路产生一触发信号，该微控制器电性连接至该零电位触发电路以对应接收该触发信号，而对应输出一延迟后的触发信号，该模拟数字转换器电性连接至该差动放大器的该输出端及该微控制器，当该模拟数字转换器接收来至该微控制器所传来的该延迟后的触发信号，其对该放大后的感应电场信号进行取样，并将取样后的该放大后的感应电场信号值数输出至该微控制器以供输出一输出信号。

15.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一多工处理器；

沿第一方向排列的多条第一导电线；

沿第二方向排列的多条第二导电线；以及

一信号判断电路，其电性连接至该多工处理器；

其中，所述第一导电线、及第二导电线分别电性连接至一配接有阻抗的差动放大器，并通过该多工处理器电性连接至该信号判断电路，当所述第一导电线的其中之一、以及所述第二导电线的其中之一接收有一感应电场信号时，该多工处理器将经由该差动放大器放大后的感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一零电位触发电路、一延迟电路、及一比较器，该零电位触发电路电性连接至该多工处理器，当该放大后的感应电场信号为零电位时，该零电位触发电路产生一触发信号，该延迟电路电性连接至该零电位触发电路，以对应接收该触发信号，而将该触发信号延迟一时间后输出，该比较器电性连接至该多工处理器，该比较器将该放大后的感应电场信号与一参考信号比较，若该放大后的感应电场信号大于该参考信号，则输出一输出信号。

16.一种侦测感应电场的电容式触控装置，包括：

一多工处理器；

沿第一方向排列的多条第一导电线；

沿第二方向排列的多条第二导电线；以及

一信号判断电路，其电性连接至该多工处理器；

其中，所述第一导电线、及第二导电线分别电性连接至一配接有阻抗的差动放大器，并通过该多工处理器电性连接至该信号判断电路，当所述第一导电线的其中之一、以及所述第二导电线的其中之一接收有一感应电场信号时，该多工处理器将经由该差动放大器放大后的感应电场信号传送至该信号判断电路以判别该放大后的感应电场信号；

其中，该信号判断电路包括一零电位触发电路、一微控制器、及一模拟数字转换器，该零电位触发电路电性连接至该多工处理器，当该放大后的感应电场信号为零电位时，该零电位触发电路产生一触发信号，该微控制器电性连接至该零电位触发电路以对应接收该触发信号，而对应输出一延迟后的触发信号，该模拟数字转换器电性连接至该多工处理器及该微控制器，当该模拟数字转换器接收来至该微控制器所传来的该延迟后的触发信号，其对该放大后的感应电场信号进行取样，并将取样后的该放大后的感应电场信号值数输出至该微控制器以供输出一输出信号。