TWI497366B

TWI497366B - 利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統及方法

Info

Publication number: TWI497366B
Application number: TW102102624A
Authority: TW
Inventors: Chih Hao Liang; Cheng Chiang Liu
Original assignee: Generalplus Technology Inc
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2015-08-21
Also published as: US20140204052A1; TW201430641A

Description

利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統及方法

本發明係關於面板之技術領域，尤指一種利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統及方法。

現代消費性電子裝置多配備觸控板做為其輸入裝置之一，為符合輕、薄、短、小之趨勢，觸控板亦多與面板整合成為觸控面板，用以方便使用者輸入。

觸控板根據感測原理的不同可分為電阻式、電容式、音波式、及光學式等四種。觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅外線等，以此測出觸壓點的座標位置。例如電阻式即為利用上、下電極間的電位差，計算施壓點位置檢測出觸控點所在。電容式觸控面板是利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之電流或電壓來檢測其座標。

圖1係習知電容式觸控面板的驅動之示意圖。如圖1所示，其係用以驅動一n×m觸控面板120，其中，n,m為大於1之整數。一控制器110依序在一個方向的導體線X1,X2,X3,...上產生一驅動訊號Vin，經由導體線X1,X2,X3,...及另一個方向之導體線Y1,Y2,Y3,...之間的互感電容(mutual capacitance)，耦合電荷進入導體線Y1,Y2,Y3,...。控制器110藉由m個感測電路(圖未示)以量測電荷，進而產生電壓訊號。

圖2係習知電容式觸控面板的結構示意圖，如圖1及圖2所示，該導體線X1,X2,X3,...及Y1,Y2,Y3,...係由菱形的感應導體所組成(121,122,123,124)，該菱形的感應導體121,122,123,124之間分別具有互感電容201,202,203,204，其中，該互感電容201,202,203,204並非是實體電容，而是該菱形的感應導體121,122,123,124之間的互感電容。

圖3及圖4係習知電容式觸控面板手指靠近觸控面板時示意圖，當沒有接地導體或手指靠近觸控面板120時，互感電容C_(x,y) 的大小為Cm0。當有接地導體或手指靠近觸控面板時，會干擾導體線X1,X2,X3,...及導體線Y1,Y2,Y3,...之間的電力線，而使導體線X1,X2,X3,...及導體線Y1,Y2,Y3,...之間的電力線減少，進而會影響互感電容的大小(假設接觸時大小為Cm1)，感測電路透過互感電容變化而去量測電荷，進而產生電壓訊號。

請再參考圖1、圖3及圖4，當手指靠近觸控面板的感應導體(121,122,123,124)所組成區域附近時，當該控制器110在導體線X2上產生一驅動訊號Vin，於時間T1時，由於導體線X2與導體線Y1交接處沒有手指或接地導體，該控制器110會偵測到一高電位。由於導體線X2與導體線Y2交接處因有手指或接地導體，而使得導體線X2與導體線Y2交接處有一虛擬接地，而使該處的電力線減少，該控制器110會偵測到一低電位，亦即該控制器110會偵測到有一觸控點，且其位置在導體線X2與導體線Y2交接處。需注意的是，該手指或接地導體並未直接接觸導體線，而是經由一保護玻璃(cover of lens)。同樣地，由於導體線X2與導體線Y3交接處沒有手指或接地導體，該控制器110會偵測到一高電位，據此即可偵測於觸控面板上之多個碰觸點。

隨著智慧型手機及平板電腦的普及，智慧型手機及平板電腦常裝置有多點觸控的觸控螢幕。同時，智慧型手機及平板電腦則常藉由USB、SD、藍牙等介面與周邊裝置連接。在這些具有觸控螢幕的手持式裝置中，並沒有利用觸控螢幕的特性以進行資料的傳送，同時習知的液晶顯示面板及映像管螢幕中，亦均沒有利用螢幕的特性以進行資料傳送的相關技術。因此，習知具有觸控螢幕的手持式裝置的周邊傳輸技術實仍有改善的空間。

本發明之目的主要係在提供一種利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統及方法，以利用一面板進行資料傳輸。

依據本發明之一特色，本發明提出一種利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統，包含一面板、至少一個可感測訊號偵測單元、及一控制單元。該面板具有一表面以顯示一影像，該表面的至少一區域可顯示一可感測訊號的變化。該至少一個可感測訊號偵測單元耦合至該至少一區域，以偵測該至少一區域的可感測訊號的變化，並產生對應的偵測訊號。該控制單元連接至該至少一個可感測訊號偵測單元。其中，藉由偵測該至少一區域的可感測訊號的變化所產生的偵測訊號係代表對應之資料狀態，據以獲得該至少一區域所傳送的資料狀態。

依據本發明之另一特色，本發明提出一種利用面板上的可感測訊號以進行通訊之方法，其係應用於一面板，該面板的具有一表面以顯示一影像、至少一個可感測訊號偵測單元耦合至該表面的至少一區域、及一控制單元連接至該至少一個可感測訊號偵測單元，該方法包含下列步驟：(A)於該表面的至少一區域顯示一可感測訊號的變化；(B)該至少一個可感測訊號偵測單元偵測該至少一區域的可感測訊號的變化，並產生對應的偵測訊號；以及(C)該控制單元接收該偵測訊號，該偵測訊號用以代表對應之資料狀態，以獲得該至少一區域所傳送的資料狀態。

110‧‧‧控制器

120‧‧‧觸控面板

121,122,123,124‧‧‧感應導體

201,202,203,204‧‧‧互感電容

500‧‧‧利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統

510‧‧‧面板

520‧‧‧可感測訊號偵測單元

530‧‧‧控制單元

511‧‧‧表面

513‧‧‧區域

540‧‧‧至少二個導電片

550‧‧‧控制器

541、542、543、544‧‧‧導電片

531、532、533‧‧‧接腳

560‧‧‧三角形

521、522、523、524、525‧‧‧光偵測或顏色偵測電路

步驟(A)~步驟(C)

步驟(C1)~步驟(C5)

圖1係習知電容式觸控面板的驅動之示意圖。

圖2係習知電容式觸控面板的結構示意圖。

圖3及圖4係習知電容式觸控面板手指靠近觸控面板時示意圖。

圖5係本發明之利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統的示意圖。

圖6係本發明另一實施例的示意圖。

圖7係本發明觸控通訊系統另一實施例的示意圖。

圖8係本發明觸控通訊系統又一實施例的示意圖。

圖9係本發明一種利用面板上的可感測訊號以進行通訊之方法之流程圖。

圖10係本發明步驟(C)的詳細流程圖。

圖11及圖12係本發明封包之示意圖。

本發明的一種利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統及方法主要係利用於面板上的可感測訊號以進行通訊。面板可為一液晶顯示面板、一映像管螢幕、或是一觸控螢幕。

圖5係本發明之利用面板上的可感測訊號以進行通訊之系統500的示意圖，該系統500包含一面板510、至少一個可感測訊號偵測單元520、一控制單元530。

該面板510具有一表面511以顯示一影像，該表面的至少一區域513可顯示一可感測訊號的變化。

至少一個可感測訊號偵測單元520耦合至該至少一區域513，以偵測該至少一區域520的可感測訊號的變化，並產生對應的偵測訊號。

該控制單元530連接至該至少一個可感測訊號偵測單元520。其中，藉由偵測該至少一區域513的可感測訊號的變化所產生的偵測訊號係代表對應之資料狀態，據以獲得該至少一區域所傳送的資料狀態。

該可感測訊號為亮度訊號時，該至少一個可感測訊號偵測單元520為下列其中之一：光二極體、光敏電阻、及光開關。

當該至少一區域513所顯示的可感測訊號可為該至少一區域513的亮度，而至少一個可感測訊號偵測單元520可為一光偵測電路(例如：光二極體、光敏電阻、光開關等)。至少一個可感測訊號偵測單元520可偵測該至少一區域513的亮度，例如該至少一區域513顯示黑色/白色圖案，可代表邏輯的0/1。

當該可感測訊號為灰階訊號時，該至少一個可感測訊號偵測單元520為下列其中之一：光二極體、光敏電阻、及光開關。該至少一區域513可顯示不同的灰階，可代表不同的邏輯組合，例如四階灰階，可代表邏輯值00/01/10/11，八階灰階可代表邏輯值000/001/010/011/100/101/110/111，可依此類推。

至少一個可感測訊號偵測單元520可使用硫化镉(CdS)的光敏電阻，其電阻值範圍約在2KΩ~20KΩ之間。則當其感應到該至少一區域513顯示白色圖案時，光敏電阻的電阻值為接近2KΩ，而當該至少一區域513顯示黑色圖案時，光敏電阻的電阻值為接近20KΩ。利用此特性，即可實作出一個光感開關，並連接至該控制單元530的GPIO接腳，以接收對應的邏輯0/1值，而達成資料傳輸的目的。

當該可感測訊號為顏色訊號時，該至少一個可感測訊號偵測單元520為顏色感測器。該至少一區域513所顯示的可感測訊號可為該至少一區域513的顏色，而至少一個可感測訊號偵測單元520可為一顏色偵測電路，例如顏色感測器。至少一個可感測訊號偵測單元520可判讀出不同的顏色，再由該控制單元530解讀不同顏色所代表的邏輯值，進而達成資料傳輸目的。例如顯示器顯示黑色/白色圖案可代表邏輯的0/1，又或如紅/綠/藍/白可分別代表邏輯值00/01/10/11，依此類推。

以傳輸介面為I2C的顏色感測器為例，當感應到顯示器的不同顏色時，該控制單元530可由I2C介面讀取該顏色感測器內部R/G/B暫存器所儲存的三原色之轉換值，該控制單元530可依此來判斷該至少一區域513的顏色所代表的邏輯值，而達成資料傳輸的目的。

由前述說明可知，本發明技術可利用於面板510上的可感測訊號以進行通訊。本發明技術亦可運用於觸控面板。如圖6所示，圖6係本發明另一實施例的示意圖。亦即當該面板510為一觸控面板，且該系統500更包含至少二個導電片540。該至少二個導電片540電氣連接至該控制單元530，並貼附於該觸控面510板的該表面511上，以定位該至少一區域513。

該觸控面板510具有一控制器550，前述觸控面板510的表面511係用以接收多數個使用者以手指或其他物件來碰觸之觸控點。該控制器550係電連接至該觸控面板510，以接收該觸控面板510上的多數個觸控點的資料。亦即，該控制器550連接至該觸控面板510，用以計算貼附於該觸控面510板上的該至少二個導電片540的座標，並依據該至少二個導電片540的座標計算該至少一區域513的位置。

該控制器550依據該至少一區域513的位置，以讓該至少一區域513產生該可感測訊號的變化。

該控制單元530元藉由切換該至少二個導電片540兩兩之間為電氣連接或非電氣連接，使得該控制器550偵測對應該至少二個導電片540的座標。

而藉由該控制單元530切換該至少二個導電片540兩兩之間為電氣連接或非電氣連接，使該觸控面板510偵測到對應該至少二個導電片540之不同數目的觸控點，用以代表多數個資料狀態，據此將該多數個資料狀態傳送至該控制器550。

如圖6所示，當該至少二個導電片540為二個導電片540,541、540,542，且藉由該控制單元530切換該二個導電片540,541、540,542之間為前述電氣連接，使得該觸控面板510偵測兩個觸控點的座標，且該至少一區域513位於該兩個觸控點的中心。

如圖6所示，該至少二個導電片540為兩個導電片541、542。該導電片541係置放於該表面511的導體線 X_i+1 與導體線Y_j 交接處，該導電片542則置放於該表面511的導體線X_i+3 與導體線Y_j 交接處。藉由該控制單元530切換該二個導電片541、542之間為非電氣連接，使該觸控面板510偵測到零個觸控點，以代表一第一資料狀態Sa，藉由該控制單元530切換該二個導電片541、542之間為電氣連接，使該觸控面板偵測到兩個觸控點，以代表一第二資料狀態Sb。

當該二個導電片541、542之間為非電氣連接，該二個導電片541、542係浮接(floating)，故不會使該觸控面板510上導體線X_i+1 與導體線Y_j 交接處的電力線減少。

當該二個導電片541、542之間為電氣連接，以及當該控制器550在導體線X_i+1 上產生一驅動訊號Vin，由於導體線Xi+3為低電位，如圖4所示的原理，該導電片542因導體線X_i+3 而虛擬接地，同時該二個導電片541、542係電氣連接，故該導電片541虛擬接地，進而會使該觸控面板510上導體線X_i+1 與導體線Y_j 交接處的電力線大量減少。該控制器550會偵測到一低電位，亦即該控制器550會偵測到有一觸控點，且其位置在導體線X_i+1 與導體線Y_j 交接處。

當該控制器550在導體線X_i+3 上產生一驅動訊號Vin，由於且導體線X_i+1 為低電位，因此該導電片541虛擬接地，同時該二個導電片541、542係電氣連接，故該導電片542亦虛擬接地，此會使該觸控面板510上導體線X_i+3 與導體線Y_j 交接處的電力線減少。該控制器550會偵測到一低電位，亦即該控制器550會偵測到有另一觸控點，且其位置在導體線X_i+3 與導體線Y_j 交接處。

該控制單元530較佳為一微控制單元(Micro Control Unit、MCU)，該微控制單元具有兩支一般目的輸出輸入(general purpose input/output、GPIO)接腳531、532。該兩支一般目的輸出輸入接腳531、532分別連接至該二個導電片541、542，當該兩支一般目的輸出輸入接腳531、532為輸出低電位時，該控制單元530導通，使該二個導電片541、542之間為電氣連接，當該兩支一般目的輸出輸入接腳531、532非為輸出低電位時，該控制單元530不導通，該二個導電片541、542之間為非電氣連接。

圖7係本發明觸控通訊系統另一實施例的示意圖。該至少二個導電片540為三個導電片541、542、543,且藉由該控制單元530切換該三個導電片541、542、543之間為前述電氣連接，使得該觸控面板偵510測三個觸控點的座標，且該至少一區域513位於該三個觸控點的中心。

如圖7所示，該至少二個導電片540為三個導電片541、542、543，藉由該控制單元530切換該三個導電片541、542、543兩兩之間皆為非電氣連接，使該觸控面板510偵測到零個觸控點，用以代表一起始狀態(S)，藉由該控制單元530切換該三個導電片541、542、543中之僅兩個導電片為電氣連接，使該觸控面板偵測到兩個觸控點，用以代表一第一資料狀態(Sa)，藉由該控制單元540切換該三個導電片541、542、543彼此之間皆為電氣連接，使該觸控面板偵測到三個觸控點，用以代表一第二資料狀態(Sb)。其中，該三個導電片541、542、543係於該觸控面板510之表面511形成一三角形560。

該控制單元530較佳為一微控制單元(Micro Control Unit、MCU)，該微控制單元530具有三支一般目的輸出輸入(general purpose input/output、GPIO)接腳531、532、533，用以分別連接至該三個導電片541、542、543。於其他實施例中，亦可使用該微控制單元530的共地點(ground)接腳亦可。

當該三支一般目的輸出輸入接腳531、532、533為浮接(floating)時，該三個導電片541、542、543兩兩之間皆為非電氣連接，該觸控面板510偵測到零個觸控點。當三支一般目的輸出輸入接腳531、532、533僅任意兩支接腳為輸出低電位時，對應之兩個導電片電氣連接，該觸控面板510偵測到兩個觸控點。當三支一般目的輸出輸入接腳531、532、533均為輸出低電位時，對應之三個導電片541、542、543彼此之間皆為電氣連接，該觸控面板510偵測到三個觸控點。

再請參照圖7所示，該至少一區域513係設置於該三角形560之內。該控制器550藉由對應於該至少一區域513顯示不同之亮度或顏色，以傳送資料至該控制單元530。該控制器550可藉由偵測到的該三個導電片541、542、543的位置，而判定該三角形560的位置，進而決定該至少一區域513。

由於觸控面板510一般安置於一顯示面板(圖未示)之上，該控制器550可在該至少一區域513的位置驅動該顯示面板產生不同亮度或顏色，使觸控面板表面511顯示不同之亮度或顏色，至少一個可感測訊號偵測單元520偵測該觸控面板表面511所顯示不同之亮度或顏色，以分別產生對應的資料狀態，例如邏輯0及邏輯1，藉此，該控制器550可傳送資料至該切換控制單元530。

圖8係本發明觸控通訊系統又一實施例的示意圖。該至少二個導電片540為四個導電片541、542、543、544，且藉由該控制單元530切換該四個導電片541、542、543、544之間為前述電氣連接，使得該觸控面板510偵測四個觸控點的座標，且該至少一區域513位於該四個觸控點的中心及兩兩之間為電氣連接的兩個觸控點的中心。如圖8所示，該至少一區域513共有五處，分別位於該四個觸控點的中心及兩兩之間為電氣連接的兩個觸控點的中心541、542、543、544。此時，該至少一個可感測訊號偵測單元520則為五個光偵測或是顏色偵測電路521、522、523、524、525。

當該控制器550偵測到該至少一個可感測訊號偵測單元520的位置時，該控制器550可以透過控制A/B/C/D/E五區塊的亮度或(與)顏色變化來傳遞資料，而該至少一個可感測訊號偵測單元520則由亮度及/或色彩偵測元件進行接收，可事先協議A區塊的亮度及/或顏色變化所產生的訊號作為同步訊號，而B/C/D/E區塊的亮度及/或顏色變化可做為資料訊號，如此可實現同步平行傳輸。

圖9係本發明利用面板上的可感測訊號以進行通訊之方法之流程圖，一併參照圖5所示，其係應用於一面板510，該面板510的具有一表面511以顯示一影像，至少一個可感測訊號偵測單元520耦合至該表面511的至少一區域513，一控制單元530連接至該至少一個可感測訊號偵測單元520。首先於步驟(A)中，於該表面511的至少一區域513顯示一可感測訊號的變化。在於步驟(B)中，該至少一個可感測訊號偵測單元520偵測該至少一區域513的可感測訊號的變化，並產生對應的偵測訊號。最後於步驟(C)中，該控制單元530接收該偵測訊號，該偵測訊號用以代表對應之資料狀態，以獲得該至少一區域所傳送的資料狀態。

圖10係本發明步驟(C)的詳細流程圖，首先於步驟(C1)中，該控制單元530執行一初始狀態的初始化，並接收該偵測訊號。於步驟(C2)中，該控制單元530判斷在該偵測訊號中是否有一同步訊號。

於步驟(C3)中，若判定有收到該同步訊號，該控制單元530接收該偵測訊號中的資料。於步驟(C2)中，該控制單元530若判定在該偵測訊號中沒有該同步訊號，則執行步驟(C1)。

於步驟(C4)中，該控制單元530判斷該資料是否符合格式。於步驟(C5)中，若該控制單元530判定該資料符合格式，對該資料執行解碼。於步驟(C4)中，若該控制單元530判定該資料不符合格式，則執行步驟(C1)。

在本發明圖6、圖7中，該至少一個可感測訊號偵測單元520只有一個可感測訊號偵測單元，因此可使用非同步傳輸，此時封包格式如圖11所示，前面4位元為封包檔頭1310(packet header)，以標示該封包的開始，其可為1010b。之後的8位元為資料欄位1320，接在資料欄位1320之後則為檢查欄位1330，該檢查欄位1330可為循環多餘檢查碼(Cycle Redundancy Check,CRC)，或是資料欄位1320的補數(DATA')。若傳輸的資料為0x55且該檢查欄位1330為資料欄位1320的補數時，則一個完整封包的內容為：1010_b (sync)+01010101_b (Data)+10101010_b (Data')。

在本發明圖8中，該至少一個可感測訊號偵測單元520則為五個光偵測或是顏色偵測電路521、522、523、524、525，當協議以A區塊的亮度及/或顏色變化所產生的訊號作為同步訊號時，亦即以光偵測電路或是顏色偵測電路525所接收的訊號作為時序訊號(clock)，如此可使用同步傳輸。光偵測或是顏色偵測電路521、522、523、524所接收的訊號則直接形成一資料封包，此時封包格式如圖12所示，前面8位元為資料欄位1410，接在資料欄位1410之後則為檢查欄位1420，該檢查欄位1420可為循環多餘檢查碼(Cycle Redundancy Check,CRC)，或是資料欄位1410的補數(DATA')。若傳輸的資料為0x55且該檢查欄位1420為資料欄位1410的補數時，則一個完整封包的內容為：01010101_b (Data)+10101010_b (Data')。

由前述說明可知，習知技術中，面板被運用於產生一顯示影像，而觸控面板均被運用於產生一個或多個觸控點。而本發明藉由該控制單元530切換該至少二個導電片 540兩兩之間為電氣連接或非電氣連接，進而使該觸控面板510偵測到對應該至少二個導電片540之不同數目的觸控點，該控制器550偵測到該至少一個可感測訊號偵測單元520的位置時，該控制器550可以透過控制該至少一區域513的亮度及/或顏色變化來傳遞資料，而該控制單元530則藉由該至少一個可感測訊號偵測單元520偵測該至少一區域513的亮度及/或顏色變化對應的訊號。亦即，本發明係利用面板510當通訊媒介，其可讓不具有USB、SD、藍芽的觸控手持式裝置容易與周邊裝置傳送資料。同時，該控制單元530可為一具有GPIO接腳的微控制器，例如習知的8051，如此可大幅地降低傳送資料的硬體需求及成本。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。