TWI575414B - 操作模式判斷方法、觸碰點位置判斷方法以及觸控控制電路 - Google Patents

Description

操作模式判斷方法、觸碰點位置判斷方法以及觸控控制電路

本發明係為一種操作模式判斷方法、觸碰點位置判斷方法以及觸控控制電路，尤指可應用於水下操作的操作模式判斷方法、觸碰點位置判斷方法以及觸控控制電路。

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板(touch pad)也就成為使用者愛用的人機介面控制裝置。

請參閱圖1a，其係為習知電容式觸控板的剖面結構示意圖，如圖所示，例如可以是保護玻璃(Cover lens)的基板1下方完成有複數個感應電極11~14，而當手指19觸碰基板1上方時，便可造成複數個感應電極11~14中某些電極耦合至手指19而產生電容值的變化，例如圖中自感電容CS1~CS4中的自感電容CS3因手指19的觸碰將產生電容值的變化，而利用觸控控制電路(圖未示出)來對感應電極11~14進行掃描，以偵測出感應電極11~14間的互感電容CM1~CM3及/或上述自感電容CS1~CS4的變化，進而推估出手指19的位置。

目前具有防水功能的可攜式裝置越來越多，但是，當具有前述電容式觸控板的可攜式裝置於水下操作時，因為水18覆蓋至基板1上方(如圖1b)，將會造成類似整個手掌按壓到電容式觸控板的效果，導致觸控位置無法有效判斷的問題，因此，如何發展一種可以具有水下操作能力的電容式觸控板裝置，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種操作模式判斷方法，應用於電容式觸控裝置，包含下列步驟：獲取該電容式觸控裝置中之自感電容值與互感電容值；當該自感電容值變動未超過第一門檻值且該互感電容值的上升幅度大於第二門檻值時便進入第一操作模式；以及當該互感電容值的上升幅度未大於該第二門檻值時便進入一第二操作模式。

根據上述構想，其中更包含下列步驟：該自感電容值變動未超過該第一門檻值時便進入該第二操作模式。

根據上述構想，其中該第一操作模式為一水下模式，該第二操作模式為一正常模式。

本案之又一目的在於提供一種觸碰點位置判斷方法，應用於一電容式觸控裝置上，該電容式觸控裝置包含有複數個感應電極及一共同電極，其包含下列步驟：當該電容式觸控裝置操作於一正常模式時，提供一觸控感測訊號至該等感應電極，而當該電容式觸控裝置操作於一水下模式時，提供該觸控感測訊號至該共同電極；因應該觸控感測訊號，分別自該等感應電極感測出複數個電容值；以及根據該等電容值判斷出一觸碰點的位置。

根據上述構想，其中更包含下列步驟：當該電容式觸控裝置操作於該水下模式且輸入該觸控感測訊號至該共同電極時，提供一固定電壓至該等感應電極。

根據上述構想，其中當該電容式觸控裝置操作於一水下模式時，該等電容值為該等感應電極與該共同電極間的電容值。

根據上述構想，其中更包含下列步驟：使用一位置修正對應表來修正該觸碰點的位置。

根據上述構想，其中該電容式觸控裝置更包括一基板，該等感應電極設置於該基板上，該觸碰點造成該基板產生形變而改變該共同電極與該等感應電極中至少一感應電極之距離。

根據上述構想，其中該電容式觸控裝置更包括一基板，該等感應電極設置於該基板上，該等電容值係相關於該觸碰點造成該基板之形變。

本案之再一目的在於提供一種觸控控制電路，用以控制電容式觸控板，該電容式觸控板包括複數個感應電極及共同電極，該觸控控制電路包含：電容感測單元，當操作於正常模式時，輸出觸控感測訊號至該等感應電極，並自該等感應電極偵測複數電容值，以據以產生感測結果；當操作於水下模式時，輸出該觸控感測訊號至該共同電極，並自該等感應電極偵測複數電容值，以據以產生該感測結果；以及計算單元，依據該感測結果，計算出一觸碰點的位置。

根據上述構想，其中當操作於該水下模式時，該電容感測單元係自該等感應電極偵測該等感應電極與該共同電極間的複數電容值。

根據上述構想，其中該電容式觸控板更包括一基板，該等感應電極設置於該基板上，當操作於該水下模式時，該等電容值係相關於該觸碰點造成該基板之形變。

根據上述構想，其中當操作於該正常模式時，該電容感測單元更輸出一固定電壓至該共同電極。

本案之再一目的在於提供一種觸控控制電路，用以控制一電容式觸控裝置之操作模式，該電容式觸控裝置包含複數個感應電極，該觸控控制電路包含：一電容感測單元，用以自該等感應電極偵測出一自感電容值與一互感電容值；以及一操作模式判斷單元，用以依據該自感電容值及該互感電容值，決定該電容式觸控裝置之操作模式；其中當該自感電容值變動未超過一第一門檻值且該互感電容值的上升幅度大於一第二門檻值時，該操作模式判斷單元決定該電容式觸控裝置操作於一第一操作模式；而當該互感電容值的上升幅度未大於該第二門檻值時，該操作模式判斷單元決定該電容式觸控裝置操作一第二操作模式。

根據上述構想，其中當該自感電容值變動超過該第一門檻值時，該操作模式判斷單元決定該電容式觸控裝置操作於該第二操作模式。

根據上述構想，其中該第一操作模式為一水下模式，該第二操作模式為一正常模式。

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，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱圖2，其係為本案為改善習知技術缺失所發展出來的電容式觸控裝置的示意圖，如圖所示，電容式觸控裝置包含有一電容式觸控板20及一觸控控制電路27，而電容式觸控板20包含有基板2、複數個感應電極21~24、以及共同電極25。實施上，共同電極25可以是額外設置給本案技術來專用，當然也可以是選用設有此電容式觸控板之一電子裝置內部現成的導電板所構成的電極來與其它電路一起共用，舉例來說，當電容式觸控板設置於一液晶顯示面板上時，共同電極25可為控制液晶轉向之電極。

請參閱圖3a，其係本案之電容式觸控裝置操作於一正常模式之示意圖。當電容式觸控裝置操作於正常模式時，例如當電容式觸控裝置正常地於空氣中進行操作時，觸控控制電路27係輸出一觸控感測訊號(圖中以方波為例，但不限於此例)至感應電極21-24，而當手指29置放到基板2上方時，便可造成感應電極21~24中某些電極耦合至手指29而產生電容值的變化，而觸控控制電路27利用觸控感測訊號來對感應電極21~24進行偵測，可偵測出感應電極21~24間的互感電容CM1~CM3及/或自感電容CS1~CS4的變化，進而推估出手指29的位置。當電容式觸控裝置操作於正常模式時，觸控控制電路27更可提供一固定電壓至共同電極25，此固定電壓例如為接地電壓，以避免共同電極25影響觸控感測。

請參閱圖3b，其係本案之電容式觸控裝置操作於一水下模式之示意圖。當電容式觸控裝置位於水28中時，電容式觸控裝置改操作於水下模式，此時，觸控控制電路27係將觸控感測訊號輸出至共同電極25，並提供一固定電壓至感應電極21-24。藉由共同電極25的設置且提供觸控感測訊號至共同電極25，共同電極25與感應電極21~24間將形成感應電容CSC1~CSC4。當裝置如圖所示地於水中進行操作時，由於使用者手指29按壓至基板2上將造成基板2產生形變，可導致共同電極25與感應電極21~24中某一個電極間的距離由一預定距離d變成小於該預定距離d，使得相對應按壓處的CSC1~CSC4中某一個電容值變得與其它的電容值不一樣(此例是變大)，如此一來，觸控控制電路27可自感應電極21~24感測出感應電極21~24與共同電極25間的感應電容CSC1~CSC4的電容值，便可據此判斷出手指的按壓位置。實施上，除了使用玻璃這類常用的材料來完成基板2之外，為能讓基板2的形變更加明顯，還可以選用可撓性較大的材料來製作基板2，例如是俗稱壓克力(Acrylic)的聚酸甲酯（Polymethylmethacrylate，簡稱PMMA），而基板2與共同電極25間可以是填充空氣或是其它具有可撓性的介電材料層或介電膠(本圖未示出)。至於觸控控制電路27的內部細節及如何判斷出在水中或是空氣中進行操作之方法則留在後面段落進行描述。

接著再請參見圖4，其係本案為改善習知技術缺失所發展出來，關於電容式觸控板的第二較佳實施例的功能方塊示意圖，其中可以看出本實施例係將複數個感應電極41~44自基板4的表面上改設置於另一承載基板5之表面上，而當水(本圖未示出)覆蓋至基板4上方，導致無法利用傳統掃描方式來進行觸控位置的判斷時，觸控控制電路47可以判斷出為水下模式，但本案還是可以感測使用者手指49按壓至基板4上所造成的形變，在此例中，雖然複數個感應電極41~44間的相對位置並不會改變，但是由於使用者手指49按壓至基板4上所造成的形變，將造成基板4中被按壓的部份更靠近感應電極41~44中之某兩個相鄰感應電極，進而造成感應電極41~44間的介電材料的分布發生改變，因此可造成感應電極41~44間的互感電容CM1~CM3產生差異，在本例中，當基板4為玻璃時，玻璃的介電係數約為空氣的四倍，當基板4因手指49按壓而靠近感應電極41~44時，會使感應電極41~44間相對應的互感電容變大，而感應電極41~44中最靠近基板4之手指49按壓處的一對感應電極則具有最大的互感電容值變化。如此一來，在此例中，只要利用觸控控制電路47來對複數個感應電極41~44進行掃描，用以偵測出複數個感應電極41~44間的互感電容CM1~CM3，找出電容值變大的相對應位置，便可推估出手指49的位置。

另外，由於上述實施例皆是利用基板的彎曲變形量來造成電容值的改變，但是如圖5a與圖5b所示，即使手指按壓力道相同，在不同位置上，例如位於基板2的周邊與中央地帶的形變也會有差異，造成所感應到的電容變化最大值不一定是手指按壓的正確觸碰點位置，造成判讀上可能會有誤差出現，因此可以在進行觸碰點位置判讀時利用如圖5c所示的位置修正對應表的示意圖來進行相對應的修正，主要是將量測到的觸碰點根據不同位置所對應的偏移向量(圖中所示的箭頭)而反推至正確位置，而讓觸碰點位置判讀更準確。實作上，可預先針對電容式觸控板上各個位置進行觸碰實驗，再根據實際觸碰的位置與偵測出來的觸碰點位置兩者的關係來產生位置修正對應表。

再者，為能正確地判斷出電容式觸控裝置是否是置於水中進行操作，本案之觸控控制電路27係可執行如圖6所示的方法流程圖，圖7為本案之電容式觸控裝置之一實施例之示意圖，如圖所示，電容式觸控裝置包含有電容式觸控板71及一觸控控制電路27，而觸控控制電路27包含電容感測單元及處理器73。此例中電容式觸控板71係以圖2~圖3b所示之電容式觸控板來做說明。於步驟61中，電容感測單元72自電容式觸控板71之感應電極21~24偵測出至少一自感電容及至少一互感電容。而經發明人實驗後發現，如下列表1之所示之現象列表可知，不管是圖2所示之實施例(俗稱面板外觸控板，Out-Cell)或是圖4所示之實施例(俗稱面板上觸控板，On-Cell)，電容式觸控裝置置於水中後，可以明顯測量到互感電容值的上升趨勢，而自感電容值則是持平。推論應是置於水中後會讓相鄰電極間的互感電容器因高介電係數的水的影響而產生變化，因此造成整體互感電容值的上升，但是自感電容值仍維持不變。實作上，觸控控制電路27可藉由比較感應電極21~24在前後兩個不同時間點所偵測到的互感電容值來判斷互感電容的改變趨勢。同樣地，觸控控制電路27可藉由比較感應電極21~24在前後兩個不同時間點所偵測到的自感電容值來判斷自感電容的改變趨勢。

於步驟62中，處理器73係針對電容感測單元72所偵到的自感電容值與互感電容值進行判斷，以決定電容式觸控裝置之操作模式。當自感電容值變動未超過第一門檻值且互感電容值的上升幅度大於第二門檻值時，處理器73便判斷為電容式觸控裝置是置於水中而決定使電容式觸控裝置操作於水下模式(步驟63)。而當自感電容值變動超過第一門檻值或互感電容值的上升幅度小於第二門檻值時，處理器73則判斷為電容式觸控裝置並未置於水中而決定電容式觸控裝置操作於正常模式(步驟64)。觸控控制電路27每隔一段特定時間會進行一次操作的判斷，例如每隔半秒進行一次，用以判斷出操作環境是否改變。

表1

再請參見圖7，當電容式觸控裝置操作於正常模式時，電容感測單元72係提供固定電壓至電容式觸控板71中的共同電極25，並輸出觸控感測訊號至電容式觸控板71中的感應電極21~24，以據以自感應電極21~24偵測互感電容CM1~CM3及/或自感電容CS1~CS4的電容值，並將感測結果輸出至處理器73，處理器73係依據電容感測單元72所產生的感測結果，計算出觸碰點的位置。而當電容式觸控裝置操作於水下模式時，電容感測單元72係改提供固定電壓至感應電極21~24，並輸出觸控感測訊號至共同電極25，以據以自感應電極21~24偵測共同電極25與感應電極21~24間的感應電容CSC1~CSC4的電容值，並將感測結果輸出至處理器73，處理器73係依據電容感測單元72所產生的感測結果，計算出觸碰點的位置。

綜上所述，本案之裝置與方法可解決習知電容式觸控板技術中無法於水下進行觸控偵測的缺失，因此可以廣泛應用於水下攝影機或是防水智慧型手機的觸控板或按鍵。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。

1‧‧‧基板
11~14‧‧‧感應電極
19‧‧‧手指
CS1~CS4‧‧‧自感電容
CM1~CM3‧‧‧互感電容
18‧‧‧水
2‧‧‧基板
20‧‧‧電容式觸控板
21~24‧‧‧感應電極
29‧‧‧手指
27‧‧‧觸控控制電路
28‧‧‧水
25‧‧‧共同電極
d‧‧‧預定距離
41~44‧‧‧感應電極
4‧‧‧基板
5‧‧‧承載基板
49‧‧‧手指
47‧‧‧觸控控制電路
71‧‧‧電容式觸控板
72‧‧‧電容感測單元
73‧‧‧處理器
CSC1~CSC4‧‧‧感應電容

圖1a、1b，其係為習知電容式觸控板的剖面結構示意圖。 圖2，其係為本案為改善習知技術缺失所發展出來的電容式觸控裝置的功能方塊示意圖。 圖3a、3b，其係利用圖2的裝置來進行的觸控位置掃描技術手段的示意圖。 圖4，其係本案為改善習知技術缺失所發展出來，關於電容式觸控板的第二較佳實施例的功能方塊示意圖。 圖5a與圖5b，其係位於基板的周邊與中央地帶的形變差異示意圖。 圖5c，其係本案發展出一位置修正對應表的示意圖。 圖6，其係本案發展出之操作模式判斷方法的方法流程圖。 圖7，其係本案之電容式觸控裝置之一實施例之示意圖。

2‧‧‧基板

20‧‧‧電容式觸控板

21~24‧‧‧感應電極

25‧‧‧共同電極

d‧‧‧預定距離

27‧‧‧觸控控制電路

Claims (14)

1. 一種操作模式判斷方法，應用於一電容式觸控裝置，包含下列步驟：獲取該電容式觸控裝置中之一自感電容值與一互感電容值；當該自感電容值變動未超過一第一門檻值且該互感電容值的上升幅度大於一第二門檻值時便進入一水下模式；以及當該互感電容值的上升幅度未大於該第二門檻值時便進入一正常模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之操作模式判斷方法，更包含下列步驟：當該自感電容值變動超過該第一門檻值時，便進入該正常模式。
3. 一種觸碰點位置判斷方法，應用於一電容式觸控裝置上，該電容式觸控裝置包含有複數個感應電極及一共同電極，其包含下列步驟：當該電容式觸控裝置操作於一正常模式時，提供一觸控感測訊號至該等感應電極，而當該電容式觸控裝置操作於一水下模式時，提供該觸控感測訊號至該共同電極；因應該觸控感測訊號，分別自該等感應電極感測出複數個電容值；以及根據該等電容值判斷出一觸碰點的位置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之觸碰點位置判斷方法，更包含下列步驟： 當該電容式觸控裝置操作於該水下模式且輸入該觸控感測訊號至該共同電極時，提供一固定電壓至該等感應電極。
5. 如申請專利範圍第3項所述之觸碰點位置判斷方法，其中當該電容式觸控裝置操作於一水下模式時，該等電容值為該等感應電極與該共同電極間的電容值。
6. 如申請專利範圍第3項所述之觸碰點位置判斷方法，更包含下列步驟：使用一位置修正對應表來修正該觸碰點的位置。
7. 如申請專利範圍第3項所述之觸碰點位置判斷方法，其中該電容式觸控裝置更包括一基板，該等感應電極設置於該基板上，該觸碰點造成該基板產生形變而改變該共同電極與該等感應電極中至少一感應電極之距離。
8. 如申請專利範圍第3項所述之觸碰點位置判斷方法，其中該電容式觸控裝置更包括一基板，該等感應電極設置於該基板上，該等電容值係相關於該觸碰點造成該基板之形變。
9. 一種觸控控制電路，用以控制一電容式觸控板，該電容式觸控板包括複數個感應電極及一共同電極，該觸控控制電路包含：一電容感測單元，當操作於一正常模式時，輸出一觸控感測訊號至該等感應電極，並自該等感應電極偵測複數電容值，以據以產生一感測結果；當操作於一水下模式時，輸出該觸控感測訊號至該共同電極，並自該等感應電極偵測複數電容值，以據以產生該感測結果；以及 一計算單元，依據該感測結果，計算出一觸碰點的位置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控控制電路，其中當操作於該水下模式時，該電容感測單元係自該等感應電極偵測該等感應電極與該共同電極間的複數電容值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控控制電路，其中該電容式觸控板更包括一基板，該等感應電極設置於該基板上，當操作於該水下模式時，該等電容值係相關於該觸碰點造成該基板之形變。
12. 如申請專利範圍第9項所述之觸控控制電路，其中當操作於該正常模式時，該電容感測單元更輸出一固定電壓至該共同電極。
13. 一種觸控控制電路，用以控制一電容式觸控裝置之操作模式，該電容式觸控裝置包含複數個感應電極，該觸控控制電路包含：一電容感測單元，用以自該等感應電極偵測出一自感電容值與一互感電容值；以及一操作模式判斷單元，用以依據該自感電容值及該互感電容值，決定該電容式觸控裝置之操作模式；其中當該自感電容值變動未超過一第一門檻值且該互感電容值的上升幅度大於一第二門檻值時，該操作模式判斷單元決定該電容式觸控裝置操作於一水下模式；而當該互感電容值的上升幅度未大於該第二門檻值時，該操作模式判斷單元決定該電容式觸控裝置操作於一正常模式。
14. 如申請專利範圍第13項所述之觸控控制電路，其中當該自感電容值變動超過該第一門檻值時，該操作模式判斷單元決定該電容式觸控裝置操作於該正常模式。