TWI448946B - 位置偵測裝置及位置偵測方法 - Google Patents

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Description

位置偵測裝置及位置偵測方法
本發明根據2008年2月13日向日本特許廳提出申請之日本特願2008-031857號主張優先權，在此併提其全文俾供參考。
本發明係有關於改良例如靜電容型位置偵測裝置之掃瞄速度。
有各種用來將位置資訊供至電腦的輸入裝置。此種裝置之一係可偵測平坦偵測表面之觸式面板，手指或專用指示筆接觸該平坦偵測表面。觸式面板將對應所偵測位置之指示輸出至電腦，作為輸入資訊。觸式面板廣泛地用在PDA(個人數位助理)、ATM(自動提款機)、火車售票機等。
觸式面板可使用各種位置資訊偵測技術。例如，有一種電阻膜型位置偵測裝置，其根據壓力變化偵測位置，一種靜電容型位置偵測裝置，其根據電容變化偵測位置。
以下將說明靜電容型位置偵測裝置。第8圖係顯示根據習知技術，靜電容型位置偵測裝置801之方塊圖。
如於第8圖所示，位置偵測裝置801包含驅動電路802、第一開關電路103、第二開關電路105、矩陣電極104、接收電路803、位置計算電路124以及同步時脈產生 電路807。
驅動電路802產生一交流(alternating current，AC)電壓，該交流電壓具有最容易為人體所吸收之200kHz頻率。透過第一開關電路103，將驅動電路802所產生之交流電壓選擇性施加至沿矩陣電極104之X軸方向配置之複數個電極。
矩陣電極104係配置在平坦偵測表面(未圖示)上的感測器，並用來偵測諸如手指或專用指示筆等指向裝置(未圖示)之位置。矩陣電極104由縱向及橫向配置之複數個長形導電電極形成，且諸電極之各交點有效地形成小電容電容器。將具有200kHz頻率之交流電壓施加於小電容電容器。
第二開關電路105係用來從沿矩陣電極104之Y軸方向配置之複數個電極選擇一個電極之開關。
接收電路803係用來將人體手指等接近矩陣電極104所造成輕微信號變化轉換成數位資料的裝置。接收電路803將自第二開關電路105所選電極獲得之信號放大，並進行預定信號處理。
包含微電腦之位置計算電路124判定矩陣電極104上是否有手指。位置計算電路124進一步根據自同步時脈產生電路807獲得的位址資訊及對應自接收電路803獲得之輕微信號變化的資料，計算手指之位置資訊。
於以下矩陣電極104之說明中，連接於第一開關電路103之複數個電極所形成之電極群稱為X軸電極104a，且連 接於第二開關電路105之複數個電極所形成之電極群稱為Y軸電極104b。
其次將說明驅動電路802之內部構造。
驅動電路802包含時脈產生器109、讀出部804、正弦波ROM 107、D/A轉換器110、LPE 111及驅動器112。
時脈產生器109係用來產生供至讀出部804之時脈的振盪器。正弦波ROM 107內儲存有8位元×256樣本數的偽正弦波。根據時脈產生器109所供應之時脈，讀出部804指出正弦波ROM 107之位址，並讀出資料。
藉D/A轉換器110，將讀出部804自正弦波ROM 107所讀出之資料D/A轉換，並藉LPE 111使之平滑，以轉換成類比正弦波信號。此後，放大類比正弦波信號藉驅動器112放大，作為交流電壓，輸出至X軸電極104a。
其次，以下將說明接收電路803之內部構造。
接收電路803包含電流電壓轉換器113、同步偵測電路114、A/D轉換器116、預放大器117及積分器805。
屬於運算放大器之反相放大器之電流電壓轉換器113連接於第二開關電路105。由於流經形成於X軸電極104a與Y軸電極104b之各電極交點的小電容電容器之電流極小且因而須放大而轉換成電壓，因此，需要電流電壓轉換器113。
自電流電壓轉換器113輸出之信號進一步藉屬於運算放大器之反相放大器之預放大器117放大，並輸入至同步偵測電路114。
同步偵測電路114配置有反相放大器118及轉換開關119。將自驅動電路802之讀出部804輸出之第二矩形波輸入至轉換開關119，並控制轉換開關119。
當交流電壓施加於小電容電容器時，流經電容器之電流之相位相較於施加於電容器之交流電壓之相位前進90°。如此，為同步偵出流經電容器並經由第二開關電路105流入同步偵測電路114之電流，自第一開關電路103輸入矩陣電極104之交流電壓須位移90°。為此，自驅動電路802之讀出部804輸出之第二矩形波相對於自驅動電路802輸出之200kHz頻率位移90°。
同步偵測電路114執行與周知之微弱信號之二極體偵測相同的功能。將自同步偵測電路114輸出之信號輸入至積分器805，該積分器805配置有電阻R120、電容器C122及運算放大器121。將自積分器805輸出之信號輸入至A/D轉換器116。A/D轉換器116將輸入之類比電壓轉換成輸出之數位值。
位置計算電路124發揮微電腦的功能。根據自A/D轉換器116獲得的資料，位置計算電路124計算流經形成於矩陣電極104之電極交點的多數小電容電容器之每一者的電流。根據所計算電流值，偵出手指之位置，並輸出此結果作為位置資料。
藉根據習知技術實施之位置偵測裝置801，透過控制第一開關電路103及第二開關電路105，以轉換施加有交流電壓之X軸電極104a及Y軸電極104b之電極，可於矩陣電極 104之多數交點之每一者偵測手指。
第9圖之圖表(a)、(b)、(c)、(d)、(e)及(f)顯示指出習知位置偵測裝置801所產生信號之變化的波形圖以及指出預定電路部之操作時序之時序圖。
第9圖之圖表(a)係顯示驅動電路802所產生具有200kHz頻率之正弦波之電壓的波形圖。於第8圖所示點P821偵測正弦波之電壓的波形。
第9圖之圖表(b)係於矩陣電極104之多數交點之每一者產生之電流的波形圖。於第8圖所示點P822偵測電流波形。
請注意，當交流電壓施加於小電容電容器時，圖表(b)之波形之相位相較於第9圖中圖表(a)之波形的相位，前進90度。這是因為流經電容器之電流的相位相較於施加於電容器之交流電壓的相位前進90度。
第9圖之圖表(c)係在第9圖之圖表(b)所示信號上進行同步偵測後所得信號之波形圖。於第8圖所示點P823偵測第9圖之圖表(c)所示波形。如於第9圖之圖表(c)所示，藉由進行同步偵測，將交流電壓轉換成DC脈動電流。
第9圖之圖表(d)係藉由以積分器805，自時刻t20至時刻t21將第9圖之圖表(c)的信號積分所得信號之波形圖。於第8圖所示點P824偵測第9圖之圖表(d)所示波形。
第9圖之圖表(e)顯示A/D轉換器116之操作時序。 A/D轉換器116自時刻t21至時刻t22將積分器805之類比電壓轉換成數位值。
第9圖之圖表(f)顯示放電開關806之操作時序。放電開關806被控制成於時刻t22與時刻t23間關閉。藉由控制放電開關806，予以關閉，使電容器C122放電，並將積分器805之輸出電壓歸零。
可由日本早期公開特願10-020992號獲知某些習知技術。
於上述靜電容型位置偵測裝置801中，在X軸電極104a與Y軸電極104b之多數交點的每一者上進行積分處理及A/D轉換處理。進行各交點之積分處理及A/D轉換處理所需時間為30μsec。
於相對較小位置偵測裝置上進行各交點之積分處理及A/D轉換處理情況下，並無嚴重問題發生。於相對較大位置偵測裝置上，問題隨著各交點之積分處理及A/D轉換處理發生。
為製造大型位置偵測裝置801，可藉由增加矩陣電極104之X軸電極104a及Y軸電極104b之電極數，將平坦偵測表面作成大型。然而，若X軸電極104a及Y軸電極104b之電極數增加，交點數目亦增加。交點數目越大，掃描平坦偵測表面所需時間即越長。
一般說來，諸如滑鼠等之位置偵測裝置之印刷裝置的 解析度約為10msec。因此，在位置偵測裝置之每一交點的處理係30μsec之限制下，可形成於平坦偵測表面之交點數目約為333。
本發明之各種實施例關於提供靜電容型位置偵測裝置，其具有大型平坦位置偵測表面。位置偵測裝置之平坦偵測表面之目標交點數目為15,000。因此，若使用習知技術所揭示技術製造位置偵測裝置，即無法實現理想解析度。
若位置偵測裝置係電磁感應型位置偵測裝置，即可藉由增加施加於平坦偵測表面之交流(alternating current，AC)電壓之頻率，增加位置掃描速度。然而，若位置偵測裝置係靜電容型位置偵測裝置，所施加交流電壓之頻率即無法增加，此乃因為有須使用最容易被人體吸收之頻率(例如200kHz之頻率)的固有限制。
位置偵測之其他方式包含將交點分成複數個交點群，並提供複數個位置偵測電路至個別交點群。然而，若提供複數個位置偵測電路，不僅裝置變大及昂貴，且裝置亦更難以設計。
有鑑於上述問題，本發明之一目的在於提供可藉較簡單電路配置進行高速掃描的位置偵測裝置及位置偵測方法。
根據本發明之一實施例實施之位置偵測裝置包括：X軸電極，由複數個實質上相互平行配置之導體形成；Y軸電極，由複數個實質上相互平行配置且垂直於該等X軸電 極延伸之導體形成；驅動電路，用來將交流信號供至該等X軸電極；同步時脈產生電路，用來於交流信號通過零交點時產生同步時脈；第一轉換開關，用來響應同步時脈，選擇性將自該驅動電路輸出之交流信號供至X軸電極間的預定電極；第二轉換開關，用來響應同步時脈，於該等Y軸電極間選擇預定電極；同步偵測電路，用來根據同步時脈，透過第二轉換開關，同步偵測該等Y軸電極所輸出之信號；以及位置計算電路，用來根據自該同步偵測電路輸出之信號，計算在位置偵測裝置上該指示器所指示之位置，該位置對應於該等X軸電極與該等Y軸電極之一個或更多交點。
較佳係上述位置偵測裝置進一步包含過濾部，其用來從輸出自同步偵測電路之信號濾掉(或去除)預定頻率成分，並輸出過濾之信號(無預定頻率成分)。
更佳者係於上述位置偵測裝置，驅動電路所供應之交流信號係矩形波。
根據本發明另一態樣實施之位置偵測方法係用來計算一指示器所指示位置之方法。該位置對應多數X軸電極與多數Y軸電極之一或更多交點，該等X軸電極由複數個實質上相互平行配置之導體形成，該等Y軸電極由複數個實質上相互平行配置且垂直於該等X軸電極而延伸之導體形成。該方法包括：當供至該等X軸電極之交流信號通過零交點時，產生同步時脈；響應同步時脈，選擇性將交流信號供至該等X軸電極；響應同步時脈，選擇該等Y軸電極 之一；根據同步時脈，偵測所選擇該等Y軸電極之一輸出的信號；以及根據所偵測信號計算，計算指示器所指示位置。
根據本發明各種實施例，可提供能藉較簡單電路配置進行高速掃描之靜電容型位置偵測裝置及位置偵測方法。
以下將參考第1至7圖說明本發明之實施例。
參考第1圖，說明根據本發明實施之位置偵測裝置101之配置。位置偵測裝置101包含驅動電路102、第一開關電路103、矩陣電極104、第二開關電路105、接收電路106及位置計算電路124。
驅動電路102產生交流(alternating current，AC)信號，其包含具有波形(例如正弦波形)或具有脈波波形之信號，此等信號各具有最容易被人體所吸收之200kHz之頻率。將驅動電路102所產生交流電壓施加於矩陣電極104。
矩陣電極104由縱向及橫向配置之複數個長形導電電極形成。具體而言，矩陣電極104由X軸電極104a及Y軸電極104b構成，X軸電極104a由平行配置之複數個電極形成，Y軸電極104b由平行配置之複數個電極形成。X軸電極104a與Y軸電極104b相互垂直。薄電介質(稍後將說明)介裝於X軸電極104a與Y軸電極104b之間。
由於此種配置，因此，小電容電容器形成於X軸電極 104a與Y軸電極104b間的多數交點之每一者(後文稱為“電極交點”)。如此，當交流電壓施加於選自X軸電極104a之電極及選自Y軸電極104b之電極時，電流流經形成於所選X軸電極與所選Y軸電極之電極交點之小電容電容器。
X軸電極104a之表面覆蓋薄絕緣層(未圖示)，使人體等不會直接接觸X軸電極104a。當手指例如接近X軸電極104a及Y軸電極104b之電極時，小電容電容器之電容(形成於各電極交點)會因被朝手指拉的電極所產生電場線而略微增加。該變化強烈取決於施加在小電容電容器之交流電壓的頻率。因此，於本實施例中，供至X軸電極104a之交流電壓之頻率被設定為200kHz。
當驅動電路102所產生交流電壓施加於矩陣電極104時，接收電路106偵測出電流的輕微變化。當手指例如接近被施加交流電壓之矩陣電極104的電極交點時，電極交點附近之電場線被朝手指側拉。相較於形成在其他電極交點之小電容電容器之電容，形成於手指附近之電極交點的小電容電容器的電容略微減少。換言之，流經此等小電容電容器之電流略微減少。接收電路106偵出電流的輕微變化。
其次，將說明驅動電路102之內部構造。驅動電路102包含時脈產生器109、正弦波ROM 107、讀出部108、D/A轉換器110、LPE 111及驅動器112。時脈產生器109係用來產生供至讀出部108之時脈的振盪器。
正弦波ROM 107內儲存有8位元×256樣本數的偽正弦波。根據時脈產生器109所供應之時脈，讀出部108指出正弦波ROM 107之位址，並讀出資料。
藉D/A轉換器110，將讀出部108自正弦波ROM 107所讀出之資料D/A轉換，並藉LPE 111使之平滑，以轉換成類比正弦波信號。此後，放大類比正弦波信號藉驅動器112放大成具有200kHz頻率之交流電壓。交流電壓透過第一開關電路103(稍後將說明)施加至X軸電極104a之電極之一。
讀出部108產生第一矩形波，並將所產生第一矩形波供至同步時脈產生電路125。第一矩形波具有與交流電壓相同的相位，並具有等於交流電壓之周期之整數倍的周期。又，讀出部108產生第二矩形波，並將所產生第二矩形波供至同步偵測電路114之轉換開關119，第一矩形波具有與交流電壓相同的頻率。讀出部108所輸出之第一矩形波與第二矩形波相互垂直。
其次，將說明第一開關電路103及第二開關電路105。第一開關電路103係用來從X軸電極104a選擇至少一個電極之開關。第一開關電路103配置在驅動電路102與矩陣電極104之間。
第二開關電路105係用來從Y軸電極104b選擇至少一個電極之開關。第二開關電路105配置在矩陣電極104與接收電路106之間。藉稍後將說明之同步時脈產生電路125控制開關電路103及105之轉換操作之時序。
其次，將說明接收電路106之內部構造。接收電路106包含電流電壓轉換器113、預放大器117、同步偵測電路114、LPF(低通濾波器)115及A/D轉換器116等。
屬於運算放大器之反相放大器之電流電壓轉換器113連接於第二開關電路105。由於流經形成於X軸電極104a與Y軸電極104b之電極交點之每一者的小電容電容器之電流極小且因而須放大而轉換成電壓，因此，需要電流電壓轉換器113。自電流電壓轉換器113輸出之信號進一步藉預放大器117放大而輸入至同步偵測電路114。
同步偵測電路114配置有反相放大器118及轉換開關119，並執行與周知之微弱信號之二極體偵測相同之功能。轉換開關119具有三個端子，分別連接於反相放大器118、預放大器117及LPF 115。將自驅動電路102之讀出部108輸出之第二矩形波輸入至轉換開關119以控制轉換開關119。
當輸入至轉換開關119之第二矩形波為正時，轉換開關119直接連接於預放大器117以選擇輸出信號。當輸入至轉換開關119之第二矩形波為負時，轉換開關119直接連接於反相放大器118以選擇輸出信號。
輸入至轉換開關119之第二矩形波係具有與驅動電路102所輸出200kHz之交流電壓之相位相差90°之相位的矩形波(亦即，第二矩形波與200kHz之交流電壓相互垂直)。
當交流電壓施加於小電容電容器時，流經小電容電容 器之電流之相位相較於施加於小電容電容器之交流電壓之相位前進90°。如此，當同步偵出流經小電容電容器之電流時，須在流經小電容電容器及流入同步偵測電路114之電流之相位相對於施加至矩形電極104之交流電壓位移90°的時刻，進行轉換開關119之轉換操作。
將自同步偵測電路114輸出之信號輸入至LPF 115，該LPF 115配置有電阻R120、電阻R123、運算放大器121及電容器C122。將LPF 115之截止頻率設定為50kHz，俾自輸出去除(濾掉)50kHz或更高的頻率成分。
藉A/D轉換器116將自LPF 115輸出之信號轉換成數位資料，並將數位資料輸入至位置計算電路124，接受預定算術處理。
位置計算電路124發揮微電腦的功能。根據自A/D轉換器116獲得的資料，位置計算電路124計算流經形成於矩陣電極104之電極交點之每一者的小電容電容器的電流值。根據所計算電流值，位置計算電路124偵出手指接觸矩陣電極104之位置，並輸出此結果作為位置資料。
同步時脈產生電路125亦發揮微電腦之功能。同步時脈產生電路125於自讀出部108輸出之第一矩形波之上升緣及下降緣控制第一開關電路103及第二開關電路105之轉換操作。如上所述，第一矩形波具有等於施加在矩陣電極104之交流電壓之周期之整數倍的周期。換言之，同步時脈產生電路125按預定順序，在交流電壓通過零交點的時刻控制第一開關電路103及第二開關電路105。稍後將說明 為何第一開關電路103及第二開關電路105之轉換操作應在零交點時刻進行的原因。
其次，將參考第2圖說明驅動電路102所產生交流電壓與讀出部108所產生第一矩形波間的關係。第2圖之圖表(a)顯示驅動電路102所產生交流電壓之波形；第2圖之圖表(b)顯示具有與第2圖之圖表(a)所示交流電壓相同的相位及周期之第一矩形波之波形；且第2圖之圖表(c)顯示具有與圖表(a)所示交流電壓相同的相位及等於交流電壓之兩倍周期的周期。第2圖之圖表(b)所示第一矩形波係讀出部108所產生第一矩形波之一例子，且第2圖之圖表(c)所示第一矩形波係讀出部108所產生第一矩形波之另一例子。
如上所述，由於圖表(b)之第一矩形波及交流電壓產生於相同相位，因此，第一矩形波之上升緣及下降緣恆與交流電壓通過零交點的時刻一致。又由於具有等於交流電壓之兩倍周期的周期之圖表(c)之第一矩形波亦產生於與交流電壓相同的相位，因此，第一矩形波之上升緣及下降緣每隔交流電壓之每一周期發生，並與交流電壓通過零交點的時刻一致。
其次，以下將參考第1及第4至6圖說明根據本實施例實施之位置偵測裝置101之操作。於以下說明中，使用第3圖所示矩陣電極104由八個X軸電極104a及八個Y軸電極104b形成之例子來說明位置偵測裝置101之操作；如第1圖所示，第一開關電路103之端子Xs1連接於驅動電路102； 首先藉第二開關電路105選擇Y軸電極Y4；且手指302接觸覆蓋電極交點a34 、a44 及a54 之區域303。
又，於第3圖所示矩陣電極104中，X軸電極104a及Y軸電極104b之交點數目為64。於以下說明中，多數電極交點之每一者的位置以X軸電極104a及Y軸電極104b之行及列界定。例如，X軸電極X1與Y軸電極Y2之電極交點被界定為電極交點a12 ，且X軸電極X8與Y軸電極Y8之電極交點被界定為電極交點a88 。
如於第4圖之(a)所示，手指302所接觸之矩陣電極104之表面為薄絕緣層412所覆蓋。又，將電介質413介裝於X軸電極104a與Y軸電極104b之間。結果，八個小電容電容器藉X軸電極X1至X8與Y軸電極Y4及電介質413形成於電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 。
第4圖之圖表(b)係驅動電路102所產生200kHz之交流電壓之波形圖。於第1圖所示點P131偵測第4圖之圖表(b)所示波形。交流電壓透過第一開關電路103施加於X軸電極X1至X8之任一者。換言之，交流電壓選擇性施加於形成在電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 之八個小電容電容器之任一者。
如上所述，由於交流電壓及第一矩形波具有如第2圖所示關係，因此，若第一矩形波具有與交流電壓相同之相位並具有等於交流電壓之周期四倍之周期，第一矩形波之上升及下降緣即每隔交流電壓之二周期發生，並與交流電壓越過零交點之時刻一致。於本實施例中，藉由使用此一 關係，於矩形波通過零交點之時刻(亦即，每隔交流電壓之二周期)，進行第一開關電路103及第二開關電路105之轉換操作。換言之，在同步時脈產生電路125之控制下，於交流電壓通過上升之零交點時，第一開關電路103依序將連接於驅動電路102之端子轉換成Xs1、Xs2、Xs3…Xs8。
於時刻t0，同步時脈產生電路125控制第二開關電路105，以如第1圖所示，選擇連接於接收電路106之端子Ys4，並接著控制第一開關電路103，以選擇連接於驅動電路102之端子Xs1。結果，驅動電路102所產生交流電壓(參考第4圖之圖表(b))施加於形成在電極交點a14 (參考第4圖之圖表(c)，其中圖表代表於電極X1 與Y4 之交點之電壓與時間比)。
又，在自時刻t0起歷經二周期(亦即，於時刻t1)後，同步時脈產生電路125控制第一開關電路103，以從端子Xs1轉換至Xs2。換言之，端子Xs2連接於驅動電路102。結果，交流電壓施加於形成在電極交點a24 之小電容電容器(參考第4圖之圖表(d))。
以相同方式，同步時脈產生電路125控制第一開關電路103以每隔交流電壓之二周期進行轉換操作，俾依序選擇端子Xs3、Xs4…Xs8。結果，交流電壓依序施加於形成在電極交點a34 、a44 、…、a84 之小電容電容器。在選擇第一開關電路103之端子Xs8之時刻，結束第一開關電路103相對於Y軸電極Y4之掃描。
又，在自同步時脈產生電路125控制第一開關電路103以將連接於驅動電路102之端子轉換成端子Xs7(亦即於時刻t8)起歷經二周期後，同步時脈產生電路125控制第二開關電路105，以轉換成端子Ys5，並控制第一開關電路103，以轉換成端子Xs1。結果，交流電壓施加於形成在電極交點a15 之小電容電容器。
以相同方式，同步時脈產生電路125控制第一開關電路103以每隔交流電壓之二周期進行轉換操作，俾依序選擇端子Xs2、Xs3、…Xs8。結果，交流電壓依序施加於形成在電極交點a15 、a25 、…、a85 之小電容電容器。在選擇第二開關電路105之端子Ys5及第一開關電路103之端子Xs8之時刻，結束第一開關電路103相對於Y軸電極Y5之掃描。
每隔用於其他端子Ys1、Ys2、Ys3、Ys6、Ys7及Ys8之交流電壓之二周期依序進行用以選擇第一開關電路103之端子Xs1、Xs2…Xs8之轉換操作。結果，交流電壓依序施加於形成在矩陣電極104之所有電極交點之電容器。
如上所述，於根據本實施例實施之位置偵測裝置101中，當驅動電路102所產生交流信號通過零交點時，進行第一開關電路103及第二開關電路105之轉換操作。
應於此時序進行轉換操作，俾對應通過LPF 115之多數電極交點之每一者之信號位準均一(稍後將參考第6圖之圖表(i)說明)，以減少各電極交點之敏感度變化。藉由以上述方式控制開關電路之轉換時序，可在多數電極 交點之每一者以相同敏感度偵測使用者的手指。
當第5圖之圖表(a)所示交流電壓施加於小電容電容器時，第5圖之圖表(b)所示電流流經小電容電容器。第5圖之圖表(b)所示電流之相位相較於第5圖之圖表(a)所示交流電壓之相位，前進90度。
換言之，當第4圖之圖表(c)至(e)所示交流電壓施加在形成於電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 之小電容電容器時，具有前進90度之相位之電流(亦即對應施加於小電容電容器之交流電壓之周期的周期)歷經二周期流經小電容電容器。
其次，將參考第4及6圖，說明流經個別電極交點之電流以及當驅動電路102所產生交流電壓施加於個別電極時預定電路部之信號。
當交流電壓施加於電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 時，第6圖之(a)至(f)所示電流流經形成於電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 之個別小電容電容器。以下說明將集中於如第6圖之(c)至(e)所示流經形成在電極交點a34 、a44 及a54 之小電容電容器。
流經形成於電極交點a34 、a44 及a54 之小電容電容器之電流較流經形成於其他電極(亦即電極交點a14 、a24 等)交點之小電容電容器之電流弱。這是因為當如第4圖之圖表(a)所示，手指302接近電極交點a34 、a44 及a54 時，電極所產生電場之一部分被拉向手指側。惟，相較於局部被 手指302所覆蓋之電極交點a34 、a54 ，完全被手指302覆蓋之電極交點a44 具有更多被朝手指側拉的電場線。因此，第6圖之圖表(d)所示電流較第6圖之圖表(c)及(e)所示電流更弱。
流經形成於多數電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 之個別小電容電容器的電流藉由透過第一開關電路103之掃描，施加驅動電路102所產生交流電壓於X軸電極造成。由於第一開關電路103之轉換操作每隔交流電壓之二周期進行，因此，自第二開關電路105輸入接收電路106之電流具有藉由添加流經形成於多數電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 之個別小電容電容器的電流獲得的波形。此種電流又自Y軸電極Y4經由第二開關電路105之Y軸電極Ys4輸入電流電壓轉換器113。
藉電流電壓轉換器113將流經形成於多數電極交點a14 、a24 、a34 、a44 、a54 、a64 、a74 及a84 之個別小電容電容器的電流轉換成電壓，並藉預放大器117放大。業已被預放大器117放大之信號之波形顯示於第6圖之圖表(g)中，並可於第1圖之點P132偵測。將第6圖之圖表(g)所示信號輸入同步偵測電路114。
第6圖之圖表(g)所示信號藉同步偵測電路114同步偵測，並輸出結果。第6圖之圖表(g)所示信號藉同步偵測電路114同步偵測，在該同步偵測電路114，信號被轉換成脈動電壓信號。第6圖之圖表(h)顯示可於第1圖之點P133偵測之脈動電壓信號的波形。將業已接受同步偵測電 路114同步偵測之信號輸入至LPF 115。
於LPF 115中，去除第6圖之圖表(h)所示信號之50kHz或更高頻率成分。業已接受LPE 115處理之電壓信號之波形顯示於第6圖之圖表(i)，並可於第1圖之點P134偵測。
例如，LPE 115之截止頻率設定為50kHz。由於施加在矩陣電極104之各小電容電容器之交流電壓的頻率為200kHz，因此，第6圖之圖表(h)所示電壓信號之主要頻率成分為200kHz。因此，LPE 115之截止頻率設定為50kHz，俾自第6圖之圖表(h)所示電壓信號去除200kHz頻率成分，同時獲得用偵測手指302之理想包絡(envelope)。
進一步藉A/D轉換器116將自LPF 115輸出之信號轉換成數位資料，並將數位資料輸入位置計算電路124。根據自A/D轉換器116獲得之數位資料，位置計算電路124計算流經形成於矩陣電極104之各電極交點之小電容電容器之電流的值。根據所計算電流值，位置計算電路124偵測手指之位置，作為位置資料，予以輸出。
位置計算電路124之處理結果可以第7圖所示三維圖表顯示。藉由A/D轉換器116之輸出按預定比例，規格化對應於矩陣電極104之所有電極交點之A/D轉換器116的輸出，獲得三維圖表。於第7圖之三維圖表中，X軸代表X軸電極104a之數目，且Y軸代表Y軸電極104b之數目。於此例子中，X軸電極104a之數目及Y軸電極104b之數目均為八個。 又，三維圖表之Z軸代表電壓值。
於第7圖之三維圖表中，電壓值低於其他部分者之部分701對應流經形成於矩陣電極104之各電極交點之小電容電容器之電流的位置，亦即，部分701對應手指302接觸位置。
如此，藉由連續偵測流經形成於矩陣電極104之所有電極交點之小電容電容器之電流並輸出結果，可用電腦等偵測接觸矩陣電極104之手指302之位置及形狀。
雖然於以上說明中，每隔交流電壓施加於矩陣電極104之二周期，進行第一開關電路103及第二開關電路105之轉換操作，開關電路103及105之轉換時序卻不限於每隔交流電壓之二周期。例如，於每隔交流電壓之各二分之一周期依序進行開關電路之轉換操作情況下，可自讀出部108將具有與交流電壓相同之周期的第一矩形波供至同步時脈產生電路125。
其次，以下將說明掃描位置偵測裝置101之矩陣電極104之所有電極交點所需之時間。
如上所述，例如可用等於交流電壓之一半周期之時間來偵測各電極交點。換言之，掃描各電極交點所需之時間為1/2(周期)÷200(kHz)=2.5(μsec)。如此，掃描所有電極交點所需之時間：2.5(μsec)×電極交點數目。
若本實施例之位置偵測裝置101應用於例如21英寸之液晶顯示器觸式面板，電極交點數目即約為15,000。在此一觸式面板中，藉位置偵測裝置101掃描所有電極交點所 需之時間：15,000×2.5μsec=0.0375。
於本實施例中，當交流電壓通過零交點時，進行施加交流電壓於矩陣電極104之各電極交點的轉換切換。如此，流經形成於所有電極交點之小電容電容器的電流可連續偵測，無須每當偵測流經形成於一電極交點之小電容電容器的電流，重設積分電路。結果，可減少偵測接觸觸式面板之手指所需時間。
雖然使用以具有50kHz之截止頻率之低通濾波器(LPF)去除200kHz(交流電壓之主要頻率成分)之例子來說明本實施例，卻可使用其他分量來替代低通濾波器，只要能藉此等分量來去除交流電壓之主要頻率成分即可。例如，可使用能截止200kHz頻率成分之任何濾波器(諸如帶阻濾波器、帶通濾波器等)來替代低通濾波器。
又，雖然使用施加於矩陣電極104之交流電壓為正弦波電壓之例子來說明本實施例，交流電壓卻卻不限於正弦波電壓。例如，若施加第一矩形波於矩陣電極104，即亦可實現本實施例之優點。
又，雖然使用當手指接觸矩陣電極時，藉位置偵測裝置101偵測手指302位置之例子來說明本實施例，惟若複數根手指接觸矩陣電極，亦可偵測複數根手指之位置。
又，雖然使用施加於矩陣電極104之交流電壓之頻率為200kHz之例子來說明本實施例，惟交流電壓之頻率可為異於200kHz之任何頻率，只要該頻率能為人體吸收即可。
須知本發明不限於上述實施例，而是在不悖離本發明之精神及範疇下，包含各種更改及應用。
101‧‧‧位置偵測裝置
102‧‧‧驅動電路
103‧‧‧第一開關電路
104‧‧‧矩陣電極
104a‧‧‧X軸電極
104b‧‧‧Y軸電極
105‧‧‧第二開關電路
106‧‧‧接收電路
110‧‧‧D/A轉換器
111‧‧‧LPE
112‧‧‧驅動器
113‧‧‧電流電壓轉換器
114‧‧‧同步偵測電路
115‧‧‧LPF
116‧‧‧A/D轉換器
117‧‧‧預放大器
118‧‧‧反相放大器
119‧‧‧轉換開關
124‧‧‧位置計算電路
125‧‧‧同步時脈產生電路
302‧‧‧手指
第1圖係顯示根據本發明之一實施例實施之位置偵測裝置之配置的方塊圖；第2圖顯示施加於矩陣電極之交流電壓與用來控制根據前述實施例實施之轉換開關之第一矩形波間的關係；第3圖係顯示根據前述實施例實施之矩陣電極之視圖；第4圖顯示沿矩陣電極之Y軸電極所取橫剖視圖、來自驅動電路之交流電壓及各電極之電壓之波形圖，以及指出預定電路部之操作時序之時序圖；第5圖顯示形成於矩陣電極之電極交點之電容器之電壓與電流間的關係；第6圖顯示當施加交流電壓時，流經形成於矩陣電極之複數個電極交點之多數電容器之電流的波形圖；第7圖係顯示根據位置偵測裝置，在三維圖表上手指之偵測位置之圖式；第8圖係根據習知技術實施之位置偵測裝置之配置之方塊圖；以及第9圖顯示指出根據習知技術實施之位置偵測裝置所產生信號之變化的波形圖，以及顯示預定電路部之操作時序之時序圖。
101‧‧‧位置偵測裝置
102‧‧‧驅動電路
103‧‧‧第一開關電路
104‧‧‧矩陣電極
104a‧‧‧X軸電極
104b‧‧‧Y軸電極
105‧‧‧第二開關電路
106‧‧‧接收電路
107‧‧‧正弦波ROM
108‧‧‧讀出部
109‧‧‧時脈產生器
110‧‧‧D/A轉換器
111‧‧‧LPE
112‧‧‧驅動器
113‧‧‧電流電壓轉換器
114‧‧‧同步偵測電路
115‧‧‧LPF(低通濾波器)
116‧‧‧A/D轉換器
117‧‧‧預放大器
118‧‧‧反相放大器
119‧‧‧轉換開關
121‧‧‧運算放大器
124‧‧‧位置計算電路
125‧‧‧同步時脈產生電路
R120‧‧‧電阻
R123‧‧‧電阻
P133‧‧‧點
P134‧‧‧點
C122‧‧‧電容器
P132‧‧‧點
P131‧‧‧點

Claims (6)

  1. 一種位置偵測裝置，包含：感測器，由以第一方向並排之複數個電極與以第二方向並排之複數個電極形成，該第二方向係與該第一方向相父；驅動電路，用於產生交流信號以供應給該感測器以及在該交流信號之零交叉時序轉換以該第一方向並排之複數個電極，以針對每一預定周期數目供應該交流信號；接收電路，用於萃取被以該第二方向並排之複數個電極各別接收之信號的包絡；以及位置計算電路，用於根據該包絡之波形偵測在該感測器上之指示位置。
  2. 根據申請專利範圍第1項之位置偵測裝置，其中該驅動電路進一步產生信號以供應給該接收電路，以及該接收電路包含同步偵測電路，用於根據從該驅動電路供應給該接收電路之信號同步地偵測被以該第二方向並排之複數個電極各別接收之信號。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之位置偵測裝置，進一步包含：第一開關電路，用於選擇以該第一方向並排之複數個電極其中之一，以供應該交流信號；及第二開關電路，用於選擇以該第二方向並排之複數個電極其中之一，以接收來自以該第二方向並排之複數個電極之信號；該位置偵測裝置進一步包含同步時脈產生電路，用於供應一信號以轉換控制該第一開關電路，以針對每一預定 周期數目供應該交流信號給以該第一方向並排之所有複數個電極，該第一方向與由該第二開關電路所選擇之以該第二方向並排之複數個電極其中之一個電極相交，該同步時脈產生電路並用於供應另一信號以控制該第二開關電路，以使每當針對每一預定周期數目供應該交流信號給以該第一方向並排之所有複數個電極時，由該第二開關電路所選擇之該一個電極被轉換至該複數個電極其中之另一個電極。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項之位置偵測裝置，其中該接收電路進一步包含濾波器電路，用於去除該交流信號之頻率成分以及從被同步地偵測之該信號萃取包絡。
  5. 根據申請專利範圍第4項之位置偵測裝置，其中該接收電路之該濾波器電路係低通濾波器，其設定有截止頻率，該截止頻率低於供應給該感測器之信號之頻率。
  6. 一種位置偵測方法，包含：產生交流信號以供應給感測器，該感測器係由以第一方向並排之複數個電極與以第二方向並排之複數個電極形成，該第二方向係與該第一方向相交；在該交流信號之零交叉時序轉換以該第一方向並排之複數個電極，以針對每一預定周期數目供應該交流信號；萃取被以該第二方向並排之複數個電極各別接收之信號的包絡；以及根據該包絡之波形，偵測在該感測器上之指示位置。
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