TWI533172B - 觸控電極結構及控制裝置 - Google Patents

Description

觸控電極結構及控制裝置

本發明係為一種觸控電極結構，尤指應用於可攜式裝置或穿戴式裝置上的觸控電極結構。

隨著智慧型手機與平板電腦成為主流的資訊商品後，利用觸控手勢來進行指令輸入的觸控面板(touch panel)也就成為使用者愛用的人機介面控制裝置。目前主流的具觸控功能的可攜式電子裝置，大多設置以矩形為主體的觸控面板，但是未來在穿戴式裝置逐漸普及的時候，圓形或橢圓形等非矩形觸控區域的應用將越來越多，例如手錶類型的穿戴式裝置。

傳統以矩形觸控區域為出發點所發展出來的觸控電極佈局，大多以二維矩形分佈來完成。但是將此種配置轉移到圓形或橢圓形的觸控區域時，傳統設計將無法有效處理邊緣區域的形狀變化，造成邊緣區域的觸控點感應產生問題。因此，如何發展一種可以設置到穿戴式裝置的觸控電極佈局以及觸控板裝置，實為目前迫切需要解決之問題。

為解決前述傳統觸控電極結構無法應用於圓弧型觸控區域的問題，本案之主要目的在於提供一種觸控電極結構，包含：第一組感應電極對，包含第一感應電極以及第二感應電極，兩者隔第一間隙相鄰並構成第一扇面；以及第一組信號線，包含第一信號線以及第二信號線，兩者分別電性連接至該第一感應電極以及該第二感應電極。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該第一間隙由該扇面邊緣之第一點延伸至第二點並呈單一弧線。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該第一間隙由多條弧線所組成。

根據上述構想，本案觸控電極結構中更包含有：第二組感應電極對，包含第三感應電極以及第四感應電極，兩者隔第二間隙相鄰並構成第二扇面，該第二扇面與該第一扇面相鄰；以及第二組信號線，包含一第三信號線以及一第四信號線，兩者分別電性連接至該第三感應電極以及該第四感應電極。

根據上述構想，本案觸控電極結構中更包含有一圓型電極，設置至於一圓形區域之圓心處。

本案之另一目的在於提供一種觸控電極結構，包含：複數組感應電極對，其中每一組感應電極對包含一第一感應電極以及一第二感應電極，兩者隔一第一間隙相鄰而分別構成一扇面，該等扇面組合成一圓形；以及複數組信號線，其中每一組信號線包含一第一信號線以及一第二信號線，兩者分別電性連接至相對應組感應電極中之該第一感應電極以及該第二感應電極。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該等感應電極對中包含有一第一感應電極對與一第二感應電極對，其係分別位於一第一扇面與一第二扇面，而該第一扇面的圓弧角度大於該第二扇面的圓弧角度，而該第一扇面距離圓心的距離小於該第二扇面距離圓心的距離。

本案之再一目的在於提供一種控制裝置，包含：一控制器，電性連接至一觸控電極結構，用以對該觸控電極結構發出一驅動信號並自該觸控電極結構量測多個感應電容值；以及，一位置運算模組，電性連接至該控制器，並根據該等感應電容值來計算出一觸碰點的座標位置。其中，該觸控電極結構包含多組感應電極對，每組感應電極對包含一第一感應電 極及一第二感應電極，而該第一感應電極及該第二感應電極分別由至少一弧型電極所構成。

本案之再一目的在於提供一種觸控電極結構，包含：複數組感應電極對，每組感應電極對包含相鄰之一第一感應電極及一第二感應電極；其中該第一感應電極及該第二感應電極皆具有至少一弧型爪狀電極。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該些組感應電極對包含一第一感應電極對及一第二感應電極對，該第一感應電極對包含於一第一扇面，該第二感應電極對包含於一第二扇面，而該第一扇面的圓弧角大於該第二扇面的圓弧角。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該些組感應電極對係設置於一圓形基底上。

根據上述構想，本案觸控電極結構中更包含一圓形電極，設置於該圓形基底之圓心。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該圓形電極對應一特定座標或一按鍵。

根據上述構想，本案觸控電極結構中更包含複數組信號線，每組信號線電性連接到該些組感應電極對中之一對應的感應電極對。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該些組信號線中每組信號線係包含一第一信號線及一第二信號線，分別連接其對應的第一感應電極及第二感應電極。

根據上述構想，本案觸控電極結構中該每第一信號線連接到其對應的第一感應電極的一基部，而該每第二信號線連接到其對應的第二感應電極的一尖端。

10‧‧‧基底

11‧‧‧第一組感應電極對

111‧‧‧第一感應電極

112‧‧‧第二感應電極

110‧‧‧第一間隙

119‧‧‧第一扇面

1101~1107‧‧‧弧線

12‧‧‧信號線組

121‧‧‧第一信號線

122‧‧‧第二信號線

3‧‧‧扇面

31‧‧‧第一點

32‧‧‧第二點

33‧‧‧弧線

41、42‧‧‧梯形電極

51‧‧‧內環區扇面

52‧‧‧外環區扇面

59‧‧‧單一圓型電極

60‧‧‧觸控感應電極

61‧‧‧信號線

62‧‧‧控制器

63‧‧‧位置運算模組

64‧‧‧可攜式/穿戴式裝置

圖1，其係為本案所發展出來關於觸控電極結構的第一實施例 示意圖。

圖2，其係為本案第一實施例的部份放大示意圖。

圖3，其係為本案關於扇面中形成觸控電極及間隙的示意圖。

圖4，其係為於矩形中形成觸控電極及間隙的矩形示意圖。

圖5，其係為本案所發展出來關於觸控電極結構的第二實施例示意圖。

圖6，其係將本案應用到觸控裝置的功能方塊示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱圖1，其係為本案為改善習知技術缺失所發展出來關於觸控電極結構的第一實施例示意圖，主要是以單一導電層的形式來完成於基底10表面上，該基底10可以是可攜式裝置或穿戴式裝置的顯示器面板。而本實施例係以基底10為圓形來進行說明，但不以此為限。由圖1可看出，本案之觸控電極結構可由多組感應電極對來構成，佈滿該基底10的圓形區域。其中每一組感應電極對的組成皆為類似，以第一組感應電極對11為例來進行說明，其係包含有外型由四個弧型爪狀所組成的第一感應電極111以及第二感應電極112，且兩者隔著第一間隙110交錯相鄰而構成第一扇面119。以圖1為例，圓形區域被分成四等份，每個四分之一等份的配置皆相同，圖1中電極內不同形狀的線條僅為清楚區別不同電極的分布，並不代表該等電極間有任何材料上的不同。所以圖2係放大此四分之一圓來進行更清楚的說明。

圖2中的第一扇面119係由第一間隙110將第一感應電極111以及第二感應電極112隔開，第一間隙110主要是由多條弧線(本例中有七 條，1101~1107)所組成如此將可將第一扇面119的面積分成兩部份，且兩部份面積中分別設有由四個弧型爪狀電極所組成的第一感應電極111以及第二感應電極112。第一感應電極111中的四個弧型爪狀電極皆連接到信號線組12中的第一信號線121，而第二感應電極112中的四個弧型爪狀電極皆連接到信號線組12中的第二信號線122。在此實施例中，第一信號線121係連接到第一感應電極111中每個弧型爪狀電極的基部，但不以此為限。實施上，第一感應電極111中所有弧型爪狀電極的基部亦可電性連接在一起，而第一信號線121可僅連接到第一感應電極111中該些弧型爪狀電極其中之一的尖端，如此也同樣可達到藉由第一信號線121控制第一感應電極111的目的。第二感應電極112中的弧型爪狀電極與第二信號線122的連接方式可相同或相似於第一感應電極111與第一信號線121的連接方式。在一實施例中，信號線組12可僅設置於該些感應電極對的一側，此時，第一信號線121可連接到第一感應電極111中每個弧型爪狀電極的基部，而第二感應電極112中所有弧型爪狀電極的基部係電性連接在一起，而第二信號線122可僅連接到第二感應電極112中該些弧型爪狀電極其中之一的尖端。藉由前述感應電極對與第一組信號線間彈性的連接方式，讓本案的觸控電極結構適用於各種應用場合。

在圖2所示的實施例中，當使用者的手指或其它觸控物件置放在第一扇面119中時，將會造成第一感應電極111以及第二感應電極112上感測到的自電容值分別產生改變，而透過信號線組12中第一信號線121以及第二信號線122之電性連接，便可以利用與信號線電性連接之控制器(本圖未示出)來感測出相對應之電容值。對於兩電容值的大小比較，便可估計出手指位置位於弧形扇面上的相對角度值，例如目前扇面的總角度是90度(π/2)，透過對於第一感應電極111以及第二感應電極112上所測得的電容值比值，便可以推估出一個小於90度(π/2)的角度值，進而得到一個極座標中的角度。此處的細節可參考下面的詳細說明。

而上述的多條弧線1101~1107所構成的間隙，主要的目的是增加判讀出角度的解析度，所以在解析度可以接受的情況下或是在扇面的圓心角縮小時，也可以選擇將弧線的數量減少，甚至縮減至每個扇面上僅有一條，例如圖3中所示的例子，可以僅用由扇面3邊緣之第一點31延伸至該第二點32的單一弧線33來完成。也就是說，該些感應電極對中的每個感應電極中的弧型爪狀電極的數目可因應所應用的場合而有不同的設計，每個感應電極可具有一個或多個弧型爪狀電極。而從此圖形來觀察，該圖形係為將圖四所示，將兩個梯形電極41、42所組合成的矩形彎曲後所形成的形狀。而利用圖四的電極配置來運算出位置資訊已是習知技藝，故不再贅述。而簡化的推導過程如下：主要是利用兩個梯形電極的幾何關係與感應電容值的比例，進而列出下列三個聯立方程式：(x-a)/(b-a)=(Y-y)/Y，其中(x、y)代表觸碰點的二維座標，a與b分別代表梯形的上下底，X與Y則是矩形的長與寬；x/(a+b)=L/(U+L)，其中L代表感測到的關於梯形電極41的電容感應量，U代表測到的關於梯形電極42的電容感應量；R=(b/a)，其中R代表a與b的比值；而當矩形轉換成扇面後，Y將可用(π r)/n來取代，所以(x-a)/(b-a)=((π r)/n-y)/(π r)/n，其中n為圓被等分的份數，r則是該扇面外環圓直徑與內環圓直徑的平均值。而由上述式子可以簡化出y=((RU-L)/(R-1)(U+L))((π r)/n)，x也可利用相類似的方法推估，因此利用圖3中的x、y值，將推得本案所需極座標中的角度θ。

再請參見圖5，其係本案所發展出來關於觸控電極結構之第二實施例示意圖，其與第一實施例間的差異在於圓被等分的份數有些不同，由於內環區扇面51的面積較小，因此僅將內環區分成四等份(n=4)，但是當到面積較大的外環區時，為能維持住解析度，本案便將其等分成八份外環區扇面52，也就是n=8，如此一來，每個電極的弧線長度將不會過長 而導致定位不準確的情況發生。由此類推，假如大面積的觸控圓形區域需要實現，也可以將外環的扇面再等分成更多塊，因此當而該第一扇面距離圓心的距離小於該第二扇面距離圓心的距離，可以將第二扇面等分成較多份，使得該第一扇面的圓弧角度大於該第二扇面的圓弧角度。此類變化相當多元，但皆不離上述原則，故在此不予贅述。至於圓心處將設有一單一圓型電極59，其可定義成一按鍵或是一個特定座標，可扮演觸控板中確認鍵的角色，或者是辨識該特定座標是否被觸摸。

圖6，其係將本案應用到觸控裝置的功能方塊示意圖，首先，本案手段所完成的複數個觸控感應電極60可佈建於任何圓型、橢圓或是扇形等形狀中，而與複數個觸控感應電極60所分別延伸出之複數條信號線61所電性連接之控制器62係每隔一小段時間便對該等觸控感應電極60發出驅動信號並測量每個感應電極60的感應電容值，並將該等感應電容值傳送到後端的位置運算模組63，進而進行類似上述方程式的運算來推估出手指觸碰點的極座標位置資料，然後再將得到的極座標位置資料或是轉換後的二維座標傳到可攜式/穿戴式裝置64來運用。

綜上所述，本案可解決習知觸控感應電極無法有效轉用到圓形、橢圓或扇型等非矩形觸控面積的缺失，因此可以廣泛應用於造型多變的穿戴式裝置或可攜式裝置，而且還可以維持相當好的定位解析度。另外，本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

111‧‧‧第一感應電極

112‧‧‧第二感應電極

110‧‧‧第一間隙

119‧‧‧第一扇面

1101~1107‧‧‧弧線

12‧‧‧信號線組

121‧‧‧第一信號線

122‧‧‧第二信號線

Claims (12)

1. 一種觸控電極結構，包含：複數組感應電極對，其中每一組感應電極對包含一第一感應電極以及一第二感應電極，兩者間隔一間隙相鄰而分別構成一扇面，該等扇面組合成一圓形；以及複數組信號線，其中每一組信號線包含一第一信號線以及一第二信號線，兩者分別電性連接至相對應感應電極對中之該第一感應電極以及該第二感應電極，其中該等感應電極對中包含有一第一感應電極對與一第二感應電極對，其係分別位於一第一扇面與一第二扇面，其中該第一扇面的圓弧角度大於該第二扇面的圓弧角度，且該第一扇面距離圓心的距離小於該第二扇面距離圓心的距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極結構，其中該間隙由該扇面邊緣之一第一點延伸至該一第二點並呈單一弧線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極結構，其中該間隙由多條弧線所組成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控電極結構，其中更包含有一圓型電極，設置至於該圓形之圓心處。
5. 一種控制裝置，包含：一控制器，電性連接至一觸控電極結構，用以對該觸控電極結構發出一驅動信號並自該觸控電極結構量測多個感應電容值；以及一位置運算模組，電性連接至該控制器，並根據該等感應電容值來計算出一觸碰點的座標位置；其中，該觸控電極結構包含多組感應電極對，每組感應電極對包含一第一感應電極及一第二感應電極，而該第一感應電極及該第二感應電極分別由至少一弧型電極所構成，其中該第一感應電極對包含於一第一扇面， 該第二感應電極對包含於一第二扇面，而該第一扇面的圓弧角大於該第二扇面的圓弧角。
6. 一種觸控電極結構，包含：複數組感應電極對，每組感應電極對包含相鄰之一第一感應電極及一第二感應電極；其中該第一感應電極及該第二感應電極皆具有至少一弧型爪狀電極，其中該些組感應電極對包含一第一感應電極對及一第二感應電極對，該第一感應電極對包含於一第一扇面，該第二感應電極對包含於一第二扇面，而該第一扇面的圓弧角大於該第二扇面的圓弧角。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控電極結構，其中該些組感應電極對係設置於一圓形基底上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控電極結構，更包含：一圓形電極，設置於該圓形基底之圓心。
9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控電極結構，其中該圓形電極對應一特定座標或一按鍵。
10. 如申請專利範圍第6項所述之觸控電極結構，更包含：複數組信號線，每組信號線電性連接到該些組感應電極對中之一對應的感應電極對。
11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控電極結構，其中該些組信號線中每組信號線係包含一第一信號線及一第二信號線，分別連接其對應的第一感應電極及第二感應電極。
12. 如申請專利範圍第11項所述之觸控電極結構，其中該每第一信號線連接到其對應的第一感應電極的一基部，而該每第二信號線連接到其對應的第二感應電極的一尖端。