CN103414456B

CN103414456B - 具近接感测的侦测电路

Info

Publication number: CN103414456B
Application number: CN201310301739.1A
Authority: CN
Inventors: 王锦源; 忻斌煌
Original assignee: Sitronix Technology Corp
Current assignee: Sensorteknik Technology Corp
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-07-16
Also published as: TW201416925A; TWI488080B; CN103414456A

Abstract

本发明是有关于一种具近接感测的侦测电路，其包含一第一感测电极、一第二感测电极及一处理电路。第一感测电极用于侦测一物体与第一感测电极间的距离及一环境温度，以产生一第一感测讯号；第二感测电极用于侦测环境温度，以产生一第二感测讯号；及处理电路处理第一感测讯号及第二感测讯号，以判断物体与第一感测电极间的距离。如此，藉由处理电路判断第一感测讯号及第二感测讯号间的差异，以避免误判物体与第一感测电极间的距离。

Description

具近接感测的侦测电路

技术领域

本发明是有关于一种具近接感测的侦测电路，尤其是指一种可以避免因环境温度影响而误判一物体近接与否的具近接感测的侦测电路。

背景技术

由于传统式按键的电子装置越来越普及且功能越来越强大，所以在传统式按键的空间局限下，传统式按键逐渐无法满足用户需求，因此，传统式按键的电子装置逐渐的被电容式触控的电子装置取代。举例来说，电容式触控的电子装置可以为手机、提款机或平板计算机等等。以手机而言，由于没有实体按键所以屏幕的尺寸可以较大，并具有可以被触碰显示画面上任意位置的优点，以提供使用者与手机间更好的互动。但是对于手机在通话期间，因脸颊会碰触到触控面板，所以手机会误判脸颊所触碰的功能为用户欲操作的功能，例如手机因脸颊误触“结束通话键”而结束手机的通话功能，或手机因脸颊误触而执行其他通话期间不须要的功能。

因此，为解决此问题手机一般都使用红外线感测方式做为判断脸颊是否靠近手机。红外线感测方式一般来说需要两个部份的组件来达成，一个是红外线发射器及一个光传感器。当手机开启时，红外线发射器会发射红外线，若有一物体靠近手机红外线会经物体反射至光传感器，光传感器即产生讯号，此讯号即由手机内部的一处理器进行处理并判断物体是否靠近手机，若处理器判断物体靠近手机则处理器控制手机关闭部分功能，以避免脸颊误触通话期间不需要的功能。

然而，手机利用红外线感测方式来避免使用者误触的现象，将会增加手机整体的成本及复杂度。若手机改利用电容式传感器来避免使用者误触的情形，则会面临因温度变化而产生误判的问题。

因温度改变产生热涨冷缩效应，导致电容式传感器体积改变，感测的数值也改变，进而产生误判的问题。例如：在低温环境中，使用者的脸颊靠近手机一段时间后，会使电容式传感器感测到触控面板的温度上升，尔后，用户的脸颊离开手机后，电容式传感器感测到触控面板的温度呈递减变化，即手机的触控面板仍残留脸颊的余温，所以电容式传感器依然会感测到触控面板的温度变化，而误判使用者的脸颊仍然未离开手机的触控面板，如此，处理器仍然关闭手机的部分功能，而导致用户无法操作手机所有功能。

因此，本发明即针对上述问题而提出一种具近接感测的侦测电路，不仅可以改善上述增加电子装置的整体成本及复杂度的缺点，又可以避免侦测电路因环境温度的影响而产生误判的问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种具近接感测的侦测电路，其藉由一第一感测电极及一第二感测电极的设置，而正确判断一物体近接侦测电路与否。

为达以上目的，本发明的具近接感测的侦测电路包含第一感测电极、第二感测电极及一处理电路。第一感测电极用于侦测一物体与第一感测电极间的距离及一环境温度，以产生一第一感测讯号；第二感测电极用于侦测环境温度，以产生一第二感测讯号；及处理电路处理第一感测讯号及第二感测讯号，以判断物体与第一感测电极间的距离。如此，藉由处理电路判断第一感测讯号及第二感测讯号间的差异，以避免误判物体与侦测电路的距离。

附图说明

图1为本发明的具近接感测的侦测电路的一实施例的方块图；

图2为本发明的第一感测电极及第二感测电极的ZZ’剖面图；

图3为本发明的第一感测电极及第二感测电极的另一实施例的剖面图；

图4为本发明的第二感测电极的设置方式的另一实施例的剖面图；

图5为本发明的模拟数字转换电路的一实施例的电路图；及

图6为本发明的控制电路的算法的一实施例的流程图。

【图号对照说明】

1 侦测电路 10 第一感测电极

12 第二感测电极 14 处理电路

140 模拟数字转换电路 142 控制电路

144 模拟数字转换单元 1440 第一比较器

1442 第二比较器 1444 正反器

1446 电阻 16 物体

18 第一感测电极 20 漏电流

Delt 差异值 Delt P 第一比较值

Delt T 第二比较值 E1 触控电极

E2 触控电极 EN 触控电极

Q 第一输出端 QB 第二输出端

R 第二输入端 S 第一输入端

S2 第一步骤 S4 第二步骤

S6 第三步骤 V_10-B 第一初始讯号

V_10-C 补偿值 V_10-OBJ 讯号

V_10-TEMP 讯号 V_12-B 第二初始讯号

V_12-LEAK 讯号 V_12-TEMP 讯号

V_E1 触控讯号 V_E2 触控讯号

V_EN 触控讯号 V_REFP 第一参考讯号

V_REFN 第二参考讯号 V_TH 门槛讯号

ZZ’ 剖面线 δ₁₀ 第一感测讯号

δ_10-DIG 第一数字感测讯号 δ₁₂ 第二感测讯号

δ_12-DIG 第二数字感测讯号

具体实施方式

为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：

请参阅图1，其为本发明的具近接感测的侦测电路的一实施例的方块图。如图所示，本发明的具近接感测的侦测电路1可以应用于任何手持装置，例如平板电路、行动电路或是智能型行动电路。本发明的侦测电路1包含一第一感测电极10、一第二感测电极12及一处理电路14。第一感测电极10耦接处理电路14，并用于侦测一物体16(例如手指或触控笔)与第一感测电极10间的距离及一环境温度，以产生一第一感测讯号δ₁₀。第二感测电极12耦接处理电路14，并用于侦测环境温度，以产生一第二感测讯号δ₁₂。处理电路14接收第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂，并处理第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂，以判断物体16与第一感测电极间10的距离。如此，藉由处理电路14判断第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂间的差异，以避免误判物体16与第一感测电极10间的距离。

承接上述，第一感测讯号δ₁₀的大小代表第一感测电极10在不同环境温度下以及物体16近接第一感测电极10与否的电容量，而第二感测讯号δ₁₂代表第二感测电极12在不同环境温度下的电容量。例如：不同环境温度即为常温、低温或高温下等等。故，本发明的实施例不论第一感测电极10及第二感测电极12处于何种环境温度或/及物体16近接第一感测电极10与否皆以第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂代表第一感测电极10及第二感测电极12的电容量，且本发明的实施例的说明是以常温做为一初始环境温度。若电容量大，则第一感测电极10或第二感测电极12即产生较大的讯号强度至处理电路14，反的亦然。如此，第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂的大小即代表第一感测电极10及第二感测电极12所产生的讯号强度。

因此，在常温(例如25℃)下，若物体16未触碰本发明的侦测电路1时，第一感测电极10及第二感测电极12所感测周遭的环境温度代表为常温下环境的温度，物体16可以为手指、脸颊或其他导电物体，本实施例是以手指为一例子，第一感测电极10未感测任何物体16触碰侦测电路1，但是第一感测电极10因常温的影响而产生一第一初始讯号V_10-B。第二感测电极12设于第一感测电极10的一侧，且如第一感测电极10因常温的影响而产生一第二初始讯号V_12-B。换言的，第一感测电极10的第一感测讯号δ₁₀于常温下的初始值为第一初始讯号V_10-B，第二感测电极12的第二感测讯号δ₁₂于常温下的初始值为第二初始讯号V_12-B及一补偿值V_10-C。上述若以方程式表示，即如下所示：

δ₁₀＝V_10-B-------------------(1)

δ₁₂＝V_12-B+V_10-C-------------------(2)

其中，V_10-B为第一感测电极10因常温而产生的讯号强度，即第一初始讯号；V_12-B为第二感测电极12因常温而产生的讯号强度，即第二初始讯号；V_10-C为一补偿值。因此，透过初始化的设定可达成如下：

V_10-B＝V_12-B+V_10-C-------------------(3)

δ₁₀＝δ₁₂-------------------(4)

由上述方程式可知，第二感测讯号δ₁₂经过补偿值V_10-C补偿过后，而初始化设定第一感测讯号δ₁₀等于第二感测讯号δ₁₂。

当物体16接近侦测电路1的第一感测电极10与第二感测电极12，但未导致环境温度产生变化，而且手机本身运作所产生的温度还不足以改变手机的环境温度，第一感测讯号δ₁₀与第二感测讯号δ₁₂改变为：

δ₁₀＝V_10-B+V_10-OBJ-------------------(5)

δ₁₂＝V_12-B+V_10-C+V_12-LEAK-------------------(6)

其中，δ₁₀为第一感测电极10的讯号强度，即第一感测讯号，V_10-B为第一感测电极10因常温而产生的讯号强度，即第一初始讯号，V_10-OBJ为物体16近接第一感测电极10所导致的讯号强度；δ₁₂为第二感测电极12的讯号强度，即第二感测讯号，V_12-B为第二感测电极12因常温而产生的讯号强度，即第二初始讯号，V_10-C为补常值。V_12-LEAK为第二感测电极12的漏电流20(如图2所示)导致的讯号强度，其与第一感测电极10对于第二感测电极12的遮蔽效果有关，由于第二感测电极12位于第一感测电极10的下方，因此对于导电物16可产生良好的遮蔽效果，故讯号V_12-LEAK很小，其趋近于零。

此外，此时物体16未导致环境温度产生变化，所以方程式(5)及(6)未显示环境温度导致的讯号。尔后，因第一初始讯号V_10-B等于第二初始讯号V_12-B加上补常值V_10-C且讯号V_12-LEAK趋近于0，所以方程式(5)比较方程式(6)后获得讯号V_10-OBJ，即代表第一感测电极10确实因物体16近接第一感测电极10而增加讯号强度，即如方程式(7)所示：

承接上述并参阅图1，若物体16已触碰手机，且物体16本身的温度与手机运作所产生的温度已导致侦测电路1的温度上升，则第一感测电极10及第二感测电极12也会感测到环境温度已产生变化。如此，第一感测电极10及第二感测电极12分别产生被环境温度及物体16影响的第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂。所以，第一感测讯号δ₁₀包含第一初始讯号V_10-B、讯号V_10-OBJ及一讯号V_10-TEMP，第二感测讯号δ₁₂包含第二初始讯号V_12-B、补偿值V_10-C、讯号V_12-LEAK及一讯号V_12-TEMP。同样地，第一初始讯号V_10-B及第二初始讯号V_12-B透过补偿值V_10-C的补偿的后已经相等，讯号V_10-TEMP及讯号V_12-TEMP皆是由物体16的温度影响所致。且第一感测电极10与第二感测电极12的距离相差不大，故温度也相当的接近，所以，讯号V_10-TEMP及讯号V_12-TEMP的强度也无显著的差异。因此，第一感测讯号δ₁₀比较第二感测讯号δ₁₂后可以获得讯号V_10-OBJ。上述若以方程式表示，即如下所示：

δ₁₀＝V_10-B+V_10-OBJ+V_10-TEMP----------------(8)

δ₁₂＝V_12-B+V_10-C+V_12-LEAK+V_12-TEMP----(9)

其中，V_10-TEMP代表第一感测电极10因环境温度(包含物体16及手机本身运作产生的温度)变化而产生的讯号强度；V_12-TEMP代表第二感测电极12因环境温度(包含物体16及手机本身运作产生的温度)变化而产生的讯号强度。如此，由方程式(8)至(10)可以获得第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂的差异，此差异即代表物体16确实近接第一感测电极10。

再者，若手机从处于室内常温的环境移至室外较高温或较低温的环境，且物体16尚未近接第一感测电极10或物体16已远离第一感测电极10，此处所指的物体16远离第一感测电极10为第一感测电极10以无法感测到物体16的存在，则第一感测电极10及第二感测电极12会感测到环境温度已产生变化，即从常温变化为高温的环境。所以，第一感测电极10产生的第一感测讯号δ₁₀及第二感测电极12产生的第二感测讯号δ₁₂会因高温的环境而改变，如此，第一感测讯号δ₁₀包含第一初始讯号V_10-B及讯号V_10-TEMP，且第二感测讯号δ₁₂包含第一初始讯号V_12-B、补偿值V_10-C及讯号V_12-TEMP。此外，第一初始讯号V_10-B及第二初始讯号V_12-B透过补偿值V_10-C的补偿的后已经相等，且讯号V_10-TEMP及讯号V_12-TEMP也由同一温度(高温或低温)影响所致而无显著差异，故，第一感测讯号δ₁₀比较第二感测讯号δ₁₂后可以明显得知两者并无显著差异。上述若以方程式表示，即如下所示：

δ₁₀＝V_10-B+V_10-TEMP-------------------------(11)

δ₁₂＝V_12-B+V_10-C+V_12-TEMP-------(12)

因此，由方程式(11)至方程式(13)可以得知物体16确实未近接第一感测电极10，而是因环境温度的影响造成第一感测电极10的第一感测讯号δ₁₀及第二感测电极12的第二感测讯号δ₁₂改变讯号强度。如此，藉由第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂间并无差异，可以得知物体16并未近接第一感测电极10，如此，本发明即并避免因环境温度的影响而误判物体16已近接第一感测电极10。

请参阅图2，其为本发明的第一感测电极及第二感测电极的ZZ’剖面图。如图所示，第一感测电极10与第二感测电极12的尺寸为同样大小，所以第一感测电极10遮蔽第二感测电极12会有遮蔽不完全的现象。即当物体16近接第一感测电极10但环境温度未产生变化时，第二感测电极12也会感测到物体16已近接第一感测电极10而产生漏电流20。所以若为使第二感测电极12降低漏电流20的现象，则将第一感测电极10的尺寸大于第二感测电极12，即如图3所示，其为本发明的第一感测电极及第二感测电极的另一实施例的剖面图。如图所示，第一感测电极10就可以完全遮蔽第二感测电极12，而使物体16近接第一感测电极10时，第二感测电极12不会感测到物体16已近接第一感测电极10，即第二感测电极12仅因物体的温度或环境温度的改变而产生不同的讯号强度。然而，此设计需求因产品而异，但其不会影响本发明提升感测物体16近接第一感测电极10与否的可靠性。

请参阅图4，其为本发明的第二感测电极的设置方式的另一实施例的剖面图。如图所示，本发明更可以将第二感测电极12设置于触控电极E1…或EN的丨侧，本实施例是将第二感测电极设置于触控电极E1的下方。所以，本发明更未限定第二感测电极12仅能设置于第一感测电极10的一侧，即本发明并未限定第二感测电极12仅能利用第一感测电极10达到遮蔽的功效，也就是说，第二感测电极12可以设置于其他电极(例如图1所示的触控电极E1)的一侧，以达到遮蔽的功效。如此，上述仅为本发明的实施例而非限定本发明的设计范畴。

复参阅图1，处理电路14用于处理第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂，以判断物体16与第一感测电极10间的距离。如此，由上述的例子处理电路14按照第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂的强度变化，而正确判断物体16近接第一感测电极10与否，并不因环境温度而影响判断结果。本发明的处理电路14包含一模拟数字转换电路140及一控制电路142。

模拟数字转换电路140耦接第一感测电极10及第二感测电极12，并接收及转换第一感测讯号δ₁₀及第二感测讯号δ₁₂，分别产生一第一数字感测讯号δ_10-DIG及一第二数字感测讯号δ_12-DIG，如此，处理电路14可以比较第一数字感测讯号δ_10-DIG及第二数字感测讯号δ_12-DIG之间的变化，而判断物体16是否近接第一感测电极10。

请参阅图5，其为本发明的模拟数字转换电路的一实施例的电路图。如图所示，本发明的模拟数字转换电路140包含一模拟数字转换单元144。模拟数字转换单元144用以转换第一感测讯号δ₁₀和第二感测讯号δ₁₂为第一数字感测讯号δ_10-DIG和第二数字感测讯号δ_12-DIG。

接上所述，模拟数字转换单元144包含一第一比较器1440、一第二比较器1442、一正反器1444与一电阻1446。第一比较器1440具有一正输入端(+)、一负输入端(-)、一输出端。第一比较器1440的正输入端(+)接收一第一参考讯号V_REFP，第一比较器1440的负输入端(-)耦接第一感测电极10(如图5所示的电容10)与电阻1446的一第一端，第二比较器1442具有一正输入端(+)、一负输入端(-)与一输出端。第二比较器1442的正输入端(+)接收一第二参考讯号V_REFN，第二比较器1442的负输入端(-)耦接第一感测电极10与电阻1446的第一端，正反器1444具有一第一输入端S、一第二输入端R、一第一输出端Q与一第二输出端QB。正反器1444的第一输入端S耦接第一比较器的输出端，正反器1444的第二输入端R耦接第二比较器1442的输出端，正反器1444的第二输出端QB耦接电阻1446的一第二端，如此，本实施例藉由第一比较器1440、第二比较器1442、正反器1444与电阻1446而分别转换第一感测电极10的第一感测讯号δ₁₀为第一数字感测讯号δ_10-DIG。

同样地，模拟数字转换单元144转换第一感测电极10的第一感测讯号δ₁₀为第一数字感测讯号δ_10-DIG后，则可以切换耦接第二感测电极12，以转换第二感测电极12的第二感测讯号δ₁₂为第二数字感测讯号δ_12-DIG。如此，处理电路14可以比较第一数字感测讯号δ_10-DIG及第二数字感测讯号δ_12-DIG，而判断物体16是否近接第一感测电极10。

请参阅图6，图6为本发明的控制电路的算法的一实施例的流程图。如图6所示，处理电路14是经由一演算流程而判断物体16是否触碰侦测电路1，首先，执行步骤S2，处理电路14分别读取第一感测电极10所侦测到的第一感测讯号δ₁₀为第一比较值Delt P，并且接收第二感测电极12所侦测到的第二感测讯号δ₁₂加上补偿值V_10-C为第二比较值Delt T，其中，补偿值V_10-C系用以补偿第二感测讯号δ₁₂，使第二感测讯号δ₁₂的初始状态的讯号大小等于第一感测讯号δ₁₀的初始状态的讯号大小。的后，执行步骤S4，比较第一比较值Delt P与第二比较值Delt T，而得知一差异值Delt，即处理电路14将第一比较值Delt P减去第二比较值Delt T而得知差异值Delt。

接着，执行步骤S6，依据一门槛讯号V_TH而判断物体16是否触碰侦测电路1，即当差异值Delt大于门槛讯号V_TH则表示有物体16触碰到侦测电路1(即Proximity)；当差异值Delt小于门槛讯号V_TH则表示没有物体16触碰到侦测电路1(即Non-Proximity)。其中，上述每一步骤的原理已经于图1中的实施例说明过，于此将不再加以赘述。

此外，本发明的具近接感测的侦测电路1更可以应用于显示触控装置(例如智能型移动电话)，侦测电路1更包含复数触控电极E1、E2…EN，其设于第一感测电极10及第二感测电极12的一侧，并用于侦测显示触控装置被触控的一触控位置。同样地，处理电路14的模拟数字转换电路140耦接该些触控电极E1、E2…EN并接收触控讯号V_E1、V_E2…V_EN，以转换触控讯号V_E1、V_E2…V_EN。处理电路14的控制电路142即依据转换后的触控讯号V_E1、V_E2…V_EN，而侦测显示触控装置被触控的位置。然而，本发明于此将不详述其侦测技术。

综上所述，本发明的具近接感测的侦测电路包含第一感测电极、第二感测电极及一处理电路。第一感测电极用于侦测一物体与第一感测电极间的距离及一环境温度，以产生一第一感测讯号；第二感测电极用于侦测环境温度，以产生一第二感测讯号；及处理电路处理第一感测讯号及第二感测讯号，以判断物体与第一感测电极间的距离。如此，藉由处理电路判断第一感测讯号及第二感测讯号间的差异，以避免误判物体与第一感测电极间的距离。

上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种具近接感测的侦测电路，其特征在于，其包含：

一第一感测电极，其用于侦测一物体与该第一感测电极间的距离及一环境温度，以产生一第一感测讯号，该第一感测讯号至少包含一第一初始讯号，且在该物体靠近该第一感测电极时，该第一感测讯号还包含一讯号；

一第二感测电极，其用于侦测该环境温度，以产生一第二感测讯号，该第二感测讯号至少包含一第二初始讯号及一补偿值，且该第二初始讯号及该补偿值的总和等于该第一初始讯号；及

一处理电路，耦接该第一感测电极及该第二感测电极，该处理电路依据该第一感测讯号減去该第二感测讯号所得的结果来判断该物体与该第一感测电极的距离。

2.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其中该第二感测电极设于该第一感测电极的一侧。

3.如权利要求2所述的侦测电路，其特征在于，其中该第一感测电极遮蔽该第二感测电极。

4.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其中该第二感测电极设置于一触控电极的下方，并该触控电极遮蔽该第二感测电极。

5.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其中该第一感测讯号及该第二感测讯号分别包含一第一初始讯号及一第二初始讯号，其中该第二初始讯号加上一补偿值，使初始状态的该第二感测讯号等于初始状态的该第一感测讯号。

6.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其中该处理电路包含：

一模拟数字转换电路，分别转换该第一感测讯号与该第二感测讯号，以产生一第一数字感测讯号与一第二数字感测讯号；及

一控制电路，依据该第一数字感测讯号与该第二数字感测讯号，而判断该物体与该第一感测电极间的距离。

7.如权利要求6所述的侦测电路，其特征在于，其中该控制电路依据该第一数字感测讯号及该第二数字感测讯号，以产生一差异值，且依据一门槛讯号与该差异值而判断该物体与该第一感测电极间的距离。

8.如权利要求7所述的侦测电路，其特征在于，其中当该差异值大于一门槛讯号，则该控制电路判断该物体靠近该第一感测电极，并执行对应的功能，当该差异值小于该门槛讯号，则该控制电路判断该物体未靠近该第一感测电极。

9.如权利要求7所述的侦测电路，其特征在于，其中当该差异值小于一门槛讯号，则该控制电路判断该物体靠近该第一感测电极，并执行对应的功能，当该差异值大于该门槛讯号，则该控制电路判断该物体未靠近该第一感测电极。

10.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其更包含：

至少一触控电极，其设于该第一感测电极及该第二感测电极的一侧，并用于侦测一触控位置。

11.如权利要求10所述的侦测电路，其特征在于，其中该处理电路依据该触控位置，执行对应的事件。