TW201903638A - 觸控人機介面裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種觸控人機介面裝置及其操作方法，其觸控辨識元件係應用於觸控系統之電容式觸控面板及控制單元，並於觸控辨識元件包含一絕緣載體、一位於該絕緣載體上表面之上電極、至少四個位於該絕緣載體下表面之下電極，以及複數條用於將該上電極分別電性連接至該些下電極之導線，當使用者以手部按壓於上電極時，可將觸控辨識元件下壓使該些下電極接觸於電容式觸控面板上表面，並由控制單元偵測電容式觸控面板辨識出該些下電極的位置，便可將其中三個下電極位置界定出一XY座標系，再判斷另一下電極在該XY座標系的座標，且因使用者持有的觸控辨識元件之下電極佈設位置皆不相同，便可藉由該座標來定義該觸控辨識元件使用者的身分。

Description

觸控人機介面裝置及其操作方法
本發明係提供一種觸控人機介面裝置及其操作方法，尤指可按壓觸控辨識元件之上電極，並使下電極接觸於電容式觸控面板，便可偵測三個下電極的位置界定出一XY座標系，再判斷另一下電極在該XY座標系的座標，以定義該觸控辨識元件使用者的身分。
按，觸控面板或觸控螢幕等觸控感應的電子系統是相當重要的人機介面之一，並廣泛地應用在許多電子裝置上，例如智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦等現代人所不可或缺的消費性電子產品，就大量的使用觸控面板作為主要的人機介面，而目前觸控感應系統有電組式、電容式、光學式與表面聲波式等，其中電容式觸控技術大多是使用在中小型尺寸的觸控螢幕，並成為市場上應用量最大的主流技術。
再者，現有應用電容式觸控技術的觸控螢幕上通常包含一疊加在螢幕上之觸控面板，以供使用者以手指或觸控筆等物體來接近或觸碰於觸控面板，並利用物體接近或觸碰時產生的物理量的變化，例如電容值的變化量來偵測出物體接近或觸碰的位置，便可針對該位置來對應點選顯示螢幕上之圖示，以產生不同的訊號提供給主機執行對應的操作功能，且可取代傳統鍵盤的按壓輸入，使用上也更為直覺與簡便。
此外，市面上應用觸控感應系統之電子裝置為了提高用戶資料的保密性，亦會配合特定的認證機制來驗證使用者的身分，最常見的作法是要求使用者輸入一組正確的預設密碼，若密碼正確方可允許使用者執行進一步的操作功能，但此種使用密碼來作為認證機制，使用者必須要逐一對應輸入密碼的各個字元，便會造成操作上較不方便，如果使用者記憶力不好或密碼太多不小心忘記時，常會發生密碼連續輸入錯誤導致主機鎖定或出現已遭到停用的訊息，造成使用上相當大的困擾，且密碼亦有可能會遭到有心者的破解，甚至是盜用等，因此在安全性方面也有待提升，而難以充分發揮觸控感應系統實際應用上之效果，即為有待從事於此行業者所亟欲研究改善之關鍵所在。
故，發明人有鑑於上述習用之問題與缺失，乃搜集相關資料經由多方的評估及考量，並利用從事於此行業之多年研發經驗不斷的試作與修改，始有此種觸控人機介面裝置及其操作方法發明專利誕生。
本發明之主要目的乃在於觸控辨識元件係應用於觸控系統之電容式觸控面板及控制單元，當使用者以手部按壓接觸於控辨識元件之上電極時，可將觸控辨識元件下壓在電容式觸控面板上使上電極經由複數條導線分別電性連接至該些下電極，並由該些下電極接觸於電容式觸控面板上表面，使控制單元可偵測電容式觸控面板與該些下電極之間產生的電容耦合量變化辨識出該些下電極的位置，便可藉由其中三個下電極位置界定出一XY座標系，再判斷出另一或其他下電極在該XY座標系的座標，且因使用者持有的觸控辨識元件之全部或部分下電極佈設位置皆不相同， 該另一或其他下電極的座標便可用來定義該觸控辨識元件使用者的身分，並增加被破解的複雜度，更能提升其使用上之安全性。
本發明之次要目的乃在於觸控辨識元件之絕緣載體包含一基板，並於基板上下二側處分別結合有覆蓋於上電極與下電極表面上之絕緣保護層，便可藉由絕緣保護層保護上電極與下電極，不致外露於絕緣載體外部造成之磨損、污染或裂痕等，以確保其偵測之準確性；此外，當手指按壓於絕緣載體上表面之絕緣保護層時，可使手指與上電極之間形成電容性耦合，並由控制單元偵測電容式觸控面板與觸控辨識元件之間產生的電容耦合量的變化，亦可達成辨識該些下電極的位置，進而辨識出該觸控辨識元件使用者的身分。
本發明之另一目的乃在於該觸控辨識元件更包含一往復式電極，其絕緣載體表面上設有一貫穿孔，並於往復式電極包含一穿入於貫穿孔中之本體，以及位於貫穿孔與本體間提供往復式電極相對於貫穿孔上下位移之彈性元件，當使用者以二個手指分別按壓接觸於觸控辨識元件之上電極與往復式電極時可下壓觸控辨識元件，並使該些下電極、該往復式電極接觸於電容式觸控面板上表面，控制單元才可透過偵測電容式觸控面板辨識出該些下電極與該往復式電極的位置，使往復式電極可作為一觸發開關機制，便可藉由其中三個下電極位置界定出一XY座標系，再判斷出往復式電極在該XY座標系的座標來定義該觸控辨識元件使用者的身分，並具有觸控辨識元件不易被複製之效用。
100‧‧‧觸控辨識元件
110‧‧‧絕緣載體
1101‧‧‧基板
1102‧‧‧絕緣保護層
111‧‧‧貫穿孔
1111‧‧‧容置槽
120‧‧‧上電極
130‧‧‧下電極
130A‧‧‧下電極
130B‧‧‧下電極
130C‧‧‧下電極
140‧‧‧導線
150‧‧‧往復式電極
151‧‧‧本體
1511‧‧‧按壓部
1512‧‧‧接觸部
152‧‧‧彈性元件
200‧‧‧觸控系統
210‧‧‧電容式觸控面板
211‧‧‧第一電極層
2111‧‧‧驅動線
212‧‧‧第二電極層
2121‧‧‧感測線
220‧‧‧控制單元
221‧‧‧驅動及偵測單元
222‧‧‧處理器
223‧‧‧記憶體
300‧‧‧手部
301‧‧‧第一手指
302‧‧‧第二手指
第一圖 係為本發明第一實施例觸控辨識元件之立體外觀圖。
第二圖 係為本發明第一實施例觸控辨識元件之側視圖。
第三圖 係為本發明第一實施例觸控系統之簡易方塊圖。
第四圖 係為本發明第一實施例觸控系統之架構示意圖。
第五圖 係為本發明第一實施例操作方法之流程圖。
第六圖 係為本發明第一實施例於操作時之側視示意圖。
第七圖 係為本發明第一實施例辨識下電極座標位置之示意圖。
第八圖 係為本發明第二實施例觸控辨識元件之側視圖。
第九圖 係為本發明第三實施例辨識下電極座標位置之示意圖。
第十圖 係為本發明第四實施例觸控辨識元件之側視圖。
第十一圖 係為本發明第四實施例操作方法之流程圖。
第十二圖 係為本發明第四實施例於操作時之側視示意圖。
第十三圖 係為本發明第四實施例於操作後之側視示意圖。
第十四圖 係為本發明第四實施例辨識往復式電極座標位置之示意圖。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其構造與功能如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二、三、四圖所示，係分別為本發明第一實施例觸控辨識元件之立體外觀圖、觸控辨識元件之側視圖、觸控系統之簡易方塊圖及架構示意圖，由圖中可清楚看出，本發明為一種觸控人機介面裝置及其操作方法，該觸控人機介面裝置包括有一觸控辨識元件100及一 觸控系統200，該操作方法係應用於觸控人機介面裝置之一觸控辨識元件100及一觸控系統200，其中：該觸控辨識元件100包含一非導電材質所製成之絕緣載體110、一位於絕緣載體110上表面之上電極120、至少四個位於絕緣載體110下表面之下電極130，以及複數條用於將上電極120分別電性連接至各下電極130上之導線140，在本實施例中該上電極120為一矩形狀，該些下電極130皆為一圓點狀，但於實際應用時，並不以此為限，亦可依結構設計變更為一橢圓形、平行四邊形或其他各種幾何形狀，而該些導線140可由上電極120向下彎折延伸穿過絕緣載體110中間分別連接至下電極130，或者是可將該些導線140由上電極12沿著絕緣載體110外部(如上表面、側面、下表面)彎折延伸分別連接至下電極130。
該觸控系統200包含一電容式觸控面板210及一控制單元220，其電容式觸控面板210包含一第一電極層211及一第二電極層212，並於第一電極層211具有複數條沿著第一方向(如縱軸方向)平行排列之驅動線2111，且第二電極層212具有複數條沿著第二方向(如橫軸方向)平行排列而分別與驅動線2111形成交叉之感測線2121，再於驅動線2111與感測線2121上下交越處分別形成有複數個感測點，而控制單元220包含一驅動及偵測單元221及一處理器222，並由驅動及偵測單元221電性連接於第一電極層211與第二電極層212上，以操作性耦合電容式觸控面板210，便可藉由處理器222電性連接於驅動及偵測單元221，並控制其來對第一電極 層211發出驅動訊號，以及接收第二電極層212所傳回的感測訊號，即可偵測出感測點之電容耦合量，以產生一感測資訊。
在本實施例中，控制單元220之處理器222亦可電性連接有一記憶體223，使感測資訊可儲存在記憶體223中，以供處理器222進行存取，惟此部分有關觸控系統200的應用，控制單元220如何根據電容式觸控面板210產生的感測資訊來偵測出外部物體的觸碰位置係為現有技術之範疇，且該細部之構成並非本案之創設要點，故在本案以下之說明書內容中皆一起進行說明，合予陳明。
請搭配參閱第五、六、七、八、九圖所示，係分別為本發明第一實施例操作方法之流程圖、於操作時之側視示意圖、辨識下電極座標位置之示意圖、第二實施例觸控辨識元件之側視圖及第三實施例辨識下電極座標位置之示意圖，由圖中可清楚看出，本發明之觸控人機介面裝置為可應用於門禁自動化架構，並由自動辨識系統處理使用者的特徵訊息，例如觸控系統200偵測觸控辨識元件100的觸控辨識資訊、數位卡片資訊或生物特徵資訊等，即可判別使用者的身分，允許進出者即刻啟動迴路驅動電控鎖開門，而不允許進出者則不做任何動作，或者是經過幾次嘗試後啟動警報迴路，也可進行鎖定停機一段時間，但於實際應用時，並不以此為限，亦可將門禁系統與監視系統整合，或者是可將門禁系統或觸控人機介面裝置進一步應用於考勤薪資、貨幣儲值、紀錄資訊或其他功能，藉此可提升本發明之實用性。
再者，當本發明之觸控人機介面裝置的操作方法應用於觸控辨識元件100及觸控系統200時，該操作方法包含： (401)使用者以手部300按壓於上電極120，並將觸控辨識元件100下壓使該些下電極130接觸於電容式觸控面板210上表面；(402)控制單元220偵測電容式觸控面板210與該些下電極130之間所產生的電容耦合量變化辨識出下電極130的位置，並由其中三個下電極130位置界定出一XY座標系；以及(403)判斷出另一或其他下電極在該XY座標系的座標，並由該座標來定義該觸控辨識元件使用者的身分。
由上述實施步驟可清楚得知，當使用者將觸控辨識元件100置放於觸控系統200上表面，並由手部300之手指或手掌等其他人體導電部位(以下係以手指為說明)接觸於上電極120時，可將觸控辨識元件100下壓在電容式觸控面板210上不會產生移動，且該些下電極130接觸於電容式觸控面板210上表面，由於手指接觸於上電極120可經由複數條導線140電性連接至該些下電極130，並使電容式觸控面板210與該些下電極130之間透過人體形成電性迴路所產生電容耦合量的變化，且控制單元220可透過偵測電容式觸控面板210所引發相對的誘導電流，便可辨識出該些下電極130的位置，再由其中三個下電極130位置界定出一XY座標系，以及判斷出另一或其他下電極130在該XY座標系的座標後，便可將該座標相關的觸控辨識資訊用來定義該觸控辨識元件100使用者的身分。
如第六、七圖所示，在本實施例中之觸控系統200可辨識出觸控辨識元件100接觸於電容式觸控面板210上表面之四個下電極 130位置，並由其中三個指定的下電極130A、130B位置構成了一個XY座標系，更詳細的來說，第一個下電極130A位置係作為此XY座標系的原點，第一個下電極130A與第二個下電極130B(如正X軸上的點)位置的連線會與第一個下電極130A與第三個下電極130B(如正Y軸上的點)位置的連線形成垂直，而第四個下電極130C則作為一待測座標位置的點，並由控制單元220計算出其與XY座標系原點的相對位置來加以確定，便可判斷第四個下電極130C在該XY座標系的座標(x，y)，且因每位使用者所持有的觸控辨識元件100之全部或部分下電極130C佈設位置皆不相同，便可藉由該座標(x，y)來定義該觸控辨識元件100使用者的身分。
如第八圖所示，上述觸控辨識元件100之絕緣載體110包含一基板1101，並於基板1101上下二側處分別結合有一覆蓋於上電極120與下電極130表面上之絕緣保護層1102，便可藉由絕緣保護層1102來保護上電極120與下電極130，不致外露於絕緣載體110外部所造成之磨損、污染或裂痕等，並降低其導電率而影響偵測之準確性；此外，當手指按壓於絕緣載體110上表面之絕緣保護層1102上時，可使手指與上電極120之間形成電容性耦合，並由控制單元220偵測電容式觸控面板210與觸控辨識元件100之間產生的電容耦合量的變化，亦可達成辨識出該些下電極130的位置，以進一步辨識出該觸控辨識元件100使用者的身分。
如第九圖所示，在本實施例中之觸控辨識元件100與上述之第一實施例差異之處在於下電極130C佈設的位置與數量並不以此為 限，該觸控辨識元件100更包含有二個或二個以上之下電極130C作為待測座標位置的點，若以採用二個下電極130C為例時，觸控系統200可辨識得出第四、五個下電極130C在該XY座標系的二個座標(x1，y1)及(x2，y2)，並由該二個座標(x1，y1)及(x2，y2)來共同定義該觸控辨識元件100使用者的身分，可增加被破解的複雜度，更能提升其使用上之安全性。
請同時參閱第十、十一、十二、十三、十四圖所示，係分別為本發明第四實施例觸控辨識元件之側視圖、操作方法之流程圖、於操作時之側視示意圖、操作後之側視示意圖及辨識往復式電極座標位置之示意圖，由圖中可清楚看出，在本實施例中之觸控辨識元件100除了包含一絕緣載體110、一位於絕緣載體110上表面之上電極120、至少三個位於絕緣載體110下表面之下電極130，以及複數條用於將上電極120分別電性連接至各下電極130上之導線140，該觸控辨識元件100更包含一往復式電極150，並於絕緣載體110表面上設有一貫穿孔111，且貫穿孔111上下二側開口處分別形成有孔徑變大之容置槽1111，該往復式電極150包含一導電材質所製成並穿入於貫穿孔111中之本體151，以及位於貫穿孔111與本體151間呈一彈性變形之彈性元件152，且本體151上下二側處分別形成有外徑變大而可伸出或位於容置槽1111內之按壓部1511及接觸部1512，便可將彈性元件152套設於本體151上，並使彈性元件152其中一端抵持於貫穿孔111上方之容置槽1111底面處，且彈性元件152之另一端彈性撐抵於按壓部1511底面處，當本體151之按壓部151 1受到手部的按壓時，便會下壓於彈性元件152，用以提供往復式電極150相對於貫穿孔111作上下位移之動作。
再者，當本發明之觸控人機介面裝置的操作方法應用於觸控辨識元件100及觸控系統200時，該操作方法包含：(501)使用者以手部300按壓於上電極120與往復式電極150，並將觸控辨識元件100下壓使該些下電極130與該往復式電極150接觸於電容式觸控面板210上表面；(502)控制單元220偵測電容式觸控面板210與該些下電極130、往復式電極150之間所產生的電容耦合量變化辨識出下電極130與往復式電極150的位置，並由其中三個下電極130位置界定出一XY座標系；以及(503)判斷出往復式電極150在該XY座標系的座標，並由該座標來定義該觸控辨識元件使用者的身分。
由上述實施步驟可清楚得知，當使用者為由手部300之第一手指301與第二手指302或手掌等部位分別接觸於觸控辨識元件100之上電極120，以及往復式電極150之本體151表面上時，可下壓其按壓部1511使彈性元件152呈一彈性變形，並由接觸部1512接觸於電容式觸控面板210上表面，由於第一手指301接觸於上電極120，或者是透過基板1101之絕緣保護層1102(如第八圖所示)與上電極120之間形成電容性耦合時，上電極120便會經由複數條導線140電性連接至該些下電極130，並由第二手指302接觸下壓往復式電極150之本體151使其接觸部1512接觸於電容式觸 控面板210上表面，控制單元220才可透過偵測電容式觸控面板210辨識出三個下電極130與往復式電極150的位置，使往復式電極150可作為一防止誤動作之觸發開關機制。
然而，上述之觸控辨識元件100除了可包含三個用以界定出一XY座標系之下電極130A、130B，更包含有一個或一個以上之下電極130C作為待測座標位置的點，並判斷出往復式電極150及其他全部或部分佈設位置不相同的下電極130C在該XY座標系的座標(x，y)，再由該座標(x，y)來定義該觸控辨識元件100使用者的身分，並具有觸控辨識元件100不易被複製之效用。
上述詳細說明為針對本發明一種較佳之可行實施例說明而已，惟該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其他未脫離本發明所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本發明所涵蓋之專利範圍中。
綜上所述，本發明上述之觸控人機介面裝置及其操作方法使用時為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，實符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若 鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

Claims (6)

  1. 一種觸控人機介面裝置，係應用於觸控系統之一電容式觸控面板及其電性連接之一控制單元，該觸控人機介面裝置包括有置放於該電容式觸控面板上表面之觸控辨識元件，該觸控辨識元件包含一絕緣載體、一位於該絕緣載體上表面以供手部按壓之上電極、至少四個位於該絕緣載體下表面用以接觸該電容式觸控面板上表面之下電極，以及複數條將該上電極分別電性連接至該些下電極之導線，該控制單元係用於偵測該電容式觸控面板辨識出該些下電極的位置，並由其中三個下電極位置界定出一XY座標系，再判斷另一或其他下電極在該XY座標系的座標，該座標用於定義該觸控辨識元件使用者的身分，而該絕緣載體包含一基板，並於該基板上下二側處分別結合有覆蓋於該上電極與該下電極表面上之絕緣保護層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控人機介面裝置，其中該觸控辨識元件之第一個下電極位置係作為XY座標系的原點，第一個下電極與第二個正X軸上的下電極位置的連線會與第一個下電極與第三個正Y軸上的下電極位置的連線形成垂直，並由另一下電極或其他全部或部分佈設位置不相同的下電極作為待測座標位置的點，該座標係由該控制單元計算出其與XY座標系原點的相對位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控人機介面裝置，其中該觸控辨識元件除了具有三個下電極用以界定出一XY座標系，更包含有二個或二個以上之下電極作為待測座標位置的點。
  4. 一種觸控人機介面裝置的操作方法，係應用於觸控人機介面裝置之一 觸控辨識元件及一觸控系統，該觸控系統包含一電容式觸控面板及其電性連接之一控制單元，該觸控辨識元件包含一絕緣載體、一位於該絕緣載體上表面之上電極、至少四個位於該絕緣載體下表面之下電極，以及複數條將該上電極分別電性連接至該些下電極之導線，該操作方法包含：使用者以手部按壓於該上電極，並將該觸控辨識元件下壓使該些下電極接觸於該電容式觸控面板上表面；該控制單元偵測該電容式觸控面板與該些下電極之間所產生的電容耦合量變化辨識出下電極的位置，並由其中三個下電極位置界定出一XY座標系；以及判斷出另一或其他下電極在該XY座標系的座標，並由該座標來定義該觸控辨識元件使用者的身分。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控人機介面裝置操作方法，其中該控制單元係將第一個下電極位置作為XY座標系的原點，第一個下電極與第二個正X軸上的下電極位置的連線會與第一個下電極與第三個正Y軸上的下電極位置的連線形成垂直，以界定出一XY座標系，並由另一下電極或其他全部或部分佈設位置不相同的下電極作為待測座標位置的點。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之觸控人機介面裝置操作方法，其中該觸控辨識元件除了具有三個下電極用以界定出一XY座標系，更包含有二個或二個以上之下電極作為待測座標位置的點。
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