TWI598794B - 用於防水之觸控系統 - Google Patents

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Description

用於防水之觸控系統
本發明係有關於一種用於防水之觸控系統，尤其是指一種透過同電位消除電容效應或是利用分壓電壓判斷觸控是否有效之用於防水之觸控系統。
隨著科技日新月異的進步，網路的發達已使各種電子裝置充斥著人們的生活，而如洗衣機、微波爐或戶外觸控密碼鎖等電子裝置現今都改以觸控式按鍵為主，而一般來說，觸控式按鍵的設計中，係於印刷電路板(Printed circuit board；PCB)設置複數個觸控墊，且該些觸控墊即設計為對應於電子裝置各功能的按鍵，以供使用者觸碰而執行對應之功能。
其中，現有的觸控墊的設計中，普遍並無防水之機制，舉例來說，若洗衣機設置於陽台而因下雨而使得水滴落於該些觸控墊時，會導致一設置於印刷電路板並電性連接於該些觸控墊之積體電路(Integrated Circuit；IC)晶片判斷為有觸控，從而導致誤判而執行洗衣機之功能，致使在實務上會造成耗電以及誤觸動而操控性不佳之 問題，因此，現有技術仍具備改善之空間。
有鑒於現有技術中，在水滴落在觸控墊時，積體電路晶片無法判斷為手觸控於觸控墊或水落在觸控墊，因此現有技術普遍存在電子裝置易有耗電及操控性不佳之問題。緣此，本發明主要係提供一種用於防水之觸控系統，其係透過同電位消除電容效應或是利用分壓電壓，結合印刷電路板(Print Circuit board；PCB)結構而可容易地判斷觸控是否有效，以消除含離子液體所造成之電容效應。
基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種用於防水之觸控系統，包含一電路板、複數個觸控墊一控制晶片以及一絕緣板。電路板係設有一導通板體，導通板體沿一排列方向開設有複數個配置區域。該些觸控墊係位於電路板而分別設置於該些配置區域，並與導通板體相隔絕，各觸控墊係包含有至少一觸控部。控制晶片係設置於該電路板，並包含一多工模組以及一振盪控制模組，多工模組係電性連接於該些觸控墊。振盪控制模組係電性連接於多工模組與導通板體，用以依據一掃描時序輪流性地導通多工模組與該些觸控墊中之每一者之觸控部，藉以利用一工作電壓產生每一對應於所輪到導通之觸控部之電壓振盪波形，並將電壓振盪波形傳送至導通板體。絕緣板係至少局部覆蓋於導通板體。其中，當一含離 子液體位於該絕緣板上，並透過絕緣板而至少局部覆蓋導通板體與上述該些觸控墊中之一者之觸控部，係使導通板體與上述該些觸控墊中之一者利用工作電壓產生一電容效應，電壓振盪波形係消除電容效應。
在上述必要技術手段的基礎下，上述用於防水之觸控系統還包含以下所述的較佳附屬技術手段。各觸控墊係包含有複數個該至少一觸控部時，各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係經由一電性連接線而彼此電性連接，並電性連接於多工模組。此外，上述各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係呈對角線分佈，該至少一觸控部呈一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者，該些配置區域為一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者。
基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種用於防水之觸控系統，包含一電路板、複數個觸控墊、一控制晶片以及一絕緣板。電路板係設有一導通板體，導通板體沿一排列方向開設有複數個配置區域，該些觸控墊係位於電路板而分別設置於該些配置區域，與導通板體相隔絕，並在導通板體接收一工作電壓後與導通板體之間形成一觸控墊電容，各觸控墊係包含有至少一觸控部。控制晶片係設置於電路板，並包含一工作電壓供應模組、一多工模組、一電容以及一控制模組。工作電壓供應模組係電性連接於導通板體，用以將工作電壓供應至導通板體。多工模組係電性連接於該些觸控墊，電容係具有一第一端與一第二端，第一端係電性連接於多工模 組，第二端係接地。控制模組係電性連接於多工模組與電容之第一端，設有一電壓差判斷值，用以依據一掃描時序輪流性地導通該多工模組與該些觸控墊中之每一者之觸控部，藉以使工作電壓經觸控墊電容與電容而使該第一端具有一分壓電壓值。絕緣板係至少局部覆蓋於導通板體。其中，當一含離子液體位於該絕緣板上，並透過絕緣板而至少局部覆蓋導通板體與上述該些觸控墊中之一者之觸控部時，係使導通板體與上述該些觸控墊中之一者之間產生一並聯於觸控墊電容之液體跨接電容而將分壓電壓值放大為一放大分壓電壓值，控制模組判斷出放大分壓電壓值大於電壓差判斷值時，控制模組輸出一無效觸控信號。
在上述必要技術手段的基礎下，上述用於防水之觸控系統還包含以下所述的較佳附屬技術手段。控制模組設有一比例判斷值，控制模組進一步依據放大分壓電壓值與電壓差判斷值運算出一變化比例值，在變化比例值達比例判斷值時，控制模組輸出一無效觸控信號。各觸控墊係包含有複數個該至少一觸控部時，各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係經由一電性連接線而彼此電性連接，並電性連接於多工模組。此外，上述各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係呈對角線分佈，該至少一觸控部呈一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者，該些配置區域為一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者。
在採用本發明所提供之用於防水之觸控系統之主要技術手段後，由於在水落於觸控墊時可透過同電 位的方式消除水所造成之電容，也可透過判斷分壓電壓值的方式來確認是水所造成的觸控還是手所造成的觸控，因此可確實判斷出是水或是手所造成的觸控，因此可有效防止積體電路晶片誤觸動而增加操控性。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
1、1a‧‧‧用於防水之觸控系統
11、11a‧‧‧電路板
111、111a‧‧‧導通板體
1111、1111a‧‧‧配置區域
12、12a、12b‧‧‧觸控墊
121、121a、121a’‧‧‧觸控部
121a”、121a'''‧‧‧觸控部
121b、121b’‧‧‧觸控部
121b”、121b'''‧‧‧觸控部
13、13a‧‧‧控制晶片
131、132a‧‧‧多工模組
131a‧‧‧工作電壓供應模組
132‧‧‧振盪控制模組
133a‧‧‧電容
1331a‧‧‧第一端
1332a‧‧‧第二端
134a‧‧‧控制模組
14、14a‧‧‧絕緣板
2、2a‧‧‧含離子液體
3a-3e‧‧‧電性連接線
100、200‧‧‧電壓振盪波形
300‧‧‧波形
C1‧‧‧觸控墊電容
C2‧‧‧液體跨接電容
C3‧‧‧電容
L1、L2‧‧‧排列方向
Vcom‧‧‧工作電壓
第一圖係顯示本發明第一較佳實施例之用於防水之觸控系統之示意圖。
第二圖係顯示本發明第一較佳實施例之電壓振盪波形之示意圖。
第三圖係顯示本發明第二較佳實施例之用於防水之觸控系統之示意圖。
第四圖係顯示本發明第二較佳實施例之用於防水之觸控系統之電路示意圖。
由於本發明所提供之用於防水之觸控系統中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉三個較佳實施例加以具體說明。
請一併參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本發明第一較佳實施例之用於防水之觸控系統之示意 圖，第二圖係顯示本發明第一較佳實施例之電壓振盪波形之示意圖。
如圖所示，本發明第一較佳實施例之用於防水之觸控系統1包含一電路板11、複數個觸控墊12、一控制晶片13以及一絕緣板14。電路板11係設有一導通板體111，導通板體111沿一排列方向L1與另一排列方向L2開設有複數個配置區域1111，該些配置區域1111為一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者，但其他實施例中不限於此。
此外，需要一提的是，本發明第一較佳實施例中僅以電路板11僅設有一個導通板體111，但其他實施例中，電路板11可設有多個導通板體111，並將該些導通板體111連結在一起。另外，本發明第一較佳實施例中僅以排列方向L1設有該些配置區域1111(即僅設有一列的配置區域1111)，但其他實施例中，不限於此，其係視實務上之設計而定。
該些觸控墊12係位於電路板11而分別設置於該些配置區域1111，並與導通板體111相隔絕，各觸控墊12係包含有至少一觸控部121，該至少一觸控部121呈一圓形、一橢圓形、一扇形(如四分之一圓或八分之一圓等)與一多邊形(如三角形或矩形等)中之一者，但其他實施例中不限於此。需要一提的是，本發明第一較佳實施例中，各觸控墊12僅包含有一個觸控部121，但其他實施例中可設有兩個以上的觸控部121(如第三圖所示)，而在設有兩個 以上的觸控部121的配置中，將於第二較佳實施例中說明。
控制晶片13係設置於電路板11，並包含一多工模組131以及一振盪控制模組132，多工模組131係電性連接於該些觸控墊12之觸控部121，並可為現有之多工器。
振盪控制模組132係電性連接於多工模組131與導通板體111，並可為現有之採用弛張振盪控制之振盪器以及微處理單元所構成之電路，其中振盪器一般係由電壓源、開關與比較器等元件所組成，其係為現有技術，不再贅述。
振盪控制模組132用以依據一掃描時序(為現有技術，不再贅述，可由上述之微處理單元所控制)輪流性地導通多工模組131與該些觸控墊12中之每一者之觸控部121，舉例來說，振盪控制模組132在使多工模組131與圖中所標示的觸控墊12之觸控部121導通時，振盪控制模組132內的電壓源所產生的一工作電壓會使觸控墊12之觸控部121的電容充電，並透過開關等元件進行放電，因此，振盪控制模組132係利用工作電壓產生每一對應於所輪到導通之觸控部121之電壓振盪波形(例如第二圖中繪示之波形100與200)，並將電壓振盪波形100與200傳送至導通板體111。需要說明的是，波形300係結合電壓振盪波形100與200所產生的，表示每個掃描時序輸出對應的電壓振盪波形100與200。
絕緣板14係至少局部覆蓋導通板體111，較佳者，係覆蓋於所有的觸控墊12上，並且可為一壓克力板 與一玻璃板中之一者，但不限於此。
其中，當一含離子液體2位於絕緣板14上，並透過絕緣板14而至少局部覆蓋導通板體111與上述該些觸控墊12中之一者之觸控部121時，係使導通板體111與上述該些觸控墊12中之一者利用工作電壓產生一電容效應，電壓振盪波形係消除電容效應。
具體來說，含離子液體2例如可為水，且工作電壓會使導通板體111與觸控部121之間產生一觸控墊電容，而當含離子液體2跨接導通板體111與觸控部121時，會產生一液體跨接電容，此液體跨接電容會與上述之觸控墊電容並聯，進而導致誤判有觸控，而電壓振盪波形即可消除上述液體跨接電容的電容效應，其原理為液體跨接電容的兩端(即導通板體111與觸控部121)的電壓來源都是電壓振盪波形，因此可透過同電位的方式消除電容效應。
此外，需要說明的是，由於本發明第一較佳實施例是採電容式觸控，因此，上述含離子液體2位於絕緣板14上之對應於導通板體111與上述該些觸控墊12中之一者之觸控部121所在的位置時，即會導致導通板體111與上述該些觸控墊12中之一者之觸控部121有電容效應，特此敘明。
請一併參閱第三圖與第四圖，第三圖係顯示本發明第二較佳實施例之用於防水之觸控系統之示意圖，第四圖係顯示本發明第二較佳實施例之用於防水之觸控系統之電路示意圖。如圖所示，本發明第二較佳實施例 之用於防水之觸控系統1a包含一電路板11a、複數個觸控墊12a與12b、一控制晶片13a以及一絕緣板14a。其中，電路板11a與第一較佳實施例相同，因此不再贅述。
該些觸控墊12a與12b係位於電路板11a而分別設置於該些配置區域1111a，與導通板體111a相隔絕，並在導通板體111a接收一工作電壓後與導通板體111a之間形成一觸控墊電容C1，觸控墊12a係包含有至少一觸控部121a、121a’、121a”與121a'''而為陣列型配置，觸控墊12b係包含有至少一觸控部121b、121b’、121b”與121b'''而為陣列型配置。
其中，觸控部121a與121a’是呈對角線分佈，且觸控部121a”與121a'''也是呈對角線分佈，亦即觸控部121a與121a’為一對，透過一電性連接線3a彼此電性連接，並且透過另一電性連接線(圖未標示)電性連接於下方之觸控墊中左上角的觸控墊。觸控部121a”與121a'''為另一對，並透過另一電性連接線3b彼此電性連接(需要說明的是，第三圖中，電性連接線3b是跨越過電性連接線3a而未與電性連接線3a彼此相連接)。
另外，觸控部121b與121b’是呈對角線分佈，且觸控部121b”與121b'''也是呈對角線分佈，亦即觸控部121b與121b’為一對，並透過一電性連接線3c彼此電性連接而為縱向之電性連接方式。
觸控部121b”與121b'''為另一對，並透過另一電性連接線3d彼此電性連接，並透過電性連接線3e電性 連接於觸控部121a”而為橫向之電性連接方式，其餘的連接方式均相同，不再贅述。
控制晶片13a係設置於電路板11a，並包含一工作電壓供應模組131a、一多工模組132a、一電容133a以及一控制模組134a。
工作電壓供應模組131a係電性連接於導通板體111a，並可為現有之電壓源，用以將工作電壓供應至導通板體111a，也就是說，與第一較佳實施例不同的地方在於工作電壓供應模組131a是直接將工作電壓供應至導通板體111a，而非在產生電壓振盪波形後才輸出至導通板體111a。需要說明的是，工作電壓供應模組131a所提供的工作電壓例如可為一個低準位至高準位(Vdd)的波形。
多工模組132a係電性連接於該些觸控墊12a與12b，並可為現有之多工器。電容133a係具有一第一端1331a與一第二端1332a，第一端1331a係電性連接於多工模組132a，第二端1332a係接地。多工模組132a係還電性連接於工作電壓供應模組131a，以利用工作電壓運作。
控制模組134a係電性連接於多工模組132a與電容133a之第一端1331a，設有一電壓差判斷值與一比例判斷值，並可為現有之微處理單元，因此，第二較佳實施例並不透過振盪器將電壓振盪波形輸出至導通板體111a以透過同電位消除電容效應，而是採用電荷分配的方式來判斷。
絕緣板14a同樣至少局部覆蓋於導通板體 111a，並可為一壓克力板與一玻璃板中之一者，但其他實施例中不限於此。
具體來說，控制模組134a依據一掃描時序輪流性地導通多工模組132a與該些觸控墊12a與12b中之每一者之觸控部121a、121a’、121a”與121a'''及121b、121b’、121b”與121b'''，藉以使工作電壓經觸控墊電容C1與電容133a而使第一端1331a具有一分壓電壓值。
舉例來說，控制模組134a是在第一秒導通多工模組132a與該些觸控墊12a與12b中之每一者之觸控部121a”、121a'''、121b'''與121b”(因觸控部121a”、121a'''、121b'''與121b”是彼此電性連接，因此會一併導通)，此時係產生第四圖中所繪示出之觸控墊電容C1(即觸控墊電容C1是由觸控部121a”、121a'''、121b'''與121b”及另外四個未標示之觸控部所形成)，在第二秒導通多工模組132a與觸控墊12a之觸控部121a與121a’及觸控墊12a下方之該觸控墊的左上及右下之觸控部，其他實施例中不限於此。
其中，當一含離子液體2a位於絕緣板14a上，並透過絕緣板14a而至少局部覆蓋導通板體111a與上述該些觸控墊12a與12b中之一者之觸控部121a、121a’、121b、121b’、121a”、121a'''、121b”與121b'''時(本發明第二較佳實施例係以跨接於觸控墊12a之觸控部121a與導通板體111a之間)，係使導通板體111a與上述該些觸控墊12a與12b中之一者之間產生一並聯於觸控墊電容C1之液體跨接電容C2而將分壓電壓值放大為一放大分壓電壓 值，控制模組134a判斷出放大分壓電壓值大於電壓差判斷值時，控制模組134a輸出一無效觸控信號。
具體來說，在未產生液體跨接電容C2時，第一端1331a的分壓電壓值為工作電壓(以下定義為Vcom)乘上觸控墊電容C1之電容值(以下定義為a)後，再除觸控墊電容C1之電容值與電容133a之電容值(以下定義為b)的和，即Vcom×(a/a+b)。
當產生液體跨接電容C2時，由於液體跨接電容C2(其電容值定義為c)與觸控墊電容C1並聯，因此第一端1331a的分壓電壓值會變為Vcom×((a+c)/(a+b+c)而放大為放大分壓電壓值(例如為1.8V，即增加電壓值)，且控制模組134a判斷出放大分壓電壓值大於電壓差判斷值(例如為1.6V)時，輸出無效觸控信號。
另外，若是使用者之手觸碰於觸控墊12a或12b時，其所造成的另一電容C3係接地而與電容133a並聯，進而減少電壓值。也就是說，本發明較佳實施例中，電壓差判斷值即為分壓電壓值(其他實施例中不限於此設定)，只要透過此分壓電壓值的增加與減少，可很容易可以分辨是有含離子液體2a(水)，更特別的是可以分辨手觸控與有水時的手觸控(有水時的分壓電壓值是增加，僅有手時的分壓電壓值是減少)。
其中，在手觸碰於含離子液體2a所在位置時，為了判斷是否為手與含離子液體2a一起觸控，可透過比例值的方式來判斷。例如，控制模組134a依據放大分壓 電壓值與電壓差判斷值運算出一變化比例值，在變化比例值達比例判斷值。
其中，依據放大分壓電壓值與電壓差判斷值運算出變化比例值的過程中，舉例來說，若電壓差判斷值為2V，則變化比例值為(2-1.8)/2為0.1，即表示變化比例值為10%，在變化比例值達比例判斷值(例如為10%)時，控制模組134a輸出一有效觸控信號表示為手與含離子液體2a所造成的觸控。
此外，雖然本發明第一較佳實施例中的用於防水之觸控系統是以電壓振盪波形消除上述液體跨接電容的電容效應(以判斷是否為無效觸控)，而第二較佳實施例中的用於防水之觸控系統，除了可以簡單分辯是否有水，更可以用變化比例值判斷是否為有手與水時的觸控，但實務中，第一較佳實施例所述之用於防水之觸控系統也可透過變化比例值判斷是否為無效觸控，第二較佳實施例所述之用於防水之觸控系統也可透過電壓振盪波形消除上述液體跨接電容的電容效應。因此，不管是第一較佳實施例或是第二較佳實施例，僅需視實務上之設計而決定採用何種方式來判斷是否為無效觸控。
綜合以上所述，在採用本發明所提供之用於防水之觸控系統後，由於在水落於觸控墊時可透過同電位的方式消除水所造成之電容，也可透過判斷分壓電壓值的方式來確認是水所造成的觸控還是手所造成的觸控，因此可確實判斷出是水或是手所造成的觸控，因此可有效防 止積體電路晶片誤觸動執行功能，進而增加操作上的方便性。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1‧‧‧用於防水之觸控系統
11‧‧‧電路板
111‧‧‧導通板體
1111‧‧‧配置區域
12‧‧‧觸控墊
121‧‧‧觸控部
13‧‧‧控制晶片
131‧‧‧多工模組
132‧‧‧振盪控制模組
14‧‧‧絕緣板
2‧‧‧含離子液體
L1、L2‧‧‧排列方向

Claims (10)

  1. 一種用於防水之觸控系統，包含：一電路板，係設有一導通板體，該導通板體沿一排列方向開設有複數個配置區域；複數個觸控墊(touch pad)，係位於該電路板而分別設置於該些配置區域，並與該導通板體相隔絕，各觸控墊係包含有至少一觸控部；一控制晶片，係設置於該電路板，並包含：一多工模組，係電性連接於該些觸控墊；以及一振盪控制模組，係電性連接於該多工模組與該導通板體，用以依據一掃描時序輪流性地導通該多工模組與該些觸控墊中之每一者之該觸控部，藉以利用一工作電壓產生每一對應於所輪到導通之該觸控部之電壓振盪波形，並將該電壓振盪波形傳送至該導通板體；以及一絕緣板，係至少局部覆蓋於該導通板體；其中，當一含離子液體位於該絕緣板上，並透過該絕緣板而至少局部覆蓋該導通板體與上述該些觸控墊中之一者之該觸控部時，係使該導通板體與上述該些觸控墊中之一者利用該工作電壓產生一電容效應，該電壓振盪波形係消除該電容效應。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於防水之觸控系統，其中，各觸控墊係包含有複數個該至少一觸控部 時，各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係經由一電性連接線而彼此電性連接，並電性連接於該多工模組。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之用於防水之觸控系統，其中，上述各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係呈對角線分佈。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於防水之觸控系統，其中，該至少一觸控部呈一圓形、一扇形與一多邊形中之一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於防水之觸控系統，其中，該些配置區域為一圓形、一扇形與一多邊形中之一者。
  6. 一種用於防水之觸控系統，包含：一電路板，係設有一導通板體，該導通板體沿一排列方向開設有複數個配置區域；複數個觸控墊(touch pad)，係位於該電路板而分別設置於該些配置區域，與該導通板體相隔絕，並在該導通板體接收一工作電壓後與該導通板體之間形成一觸控墊電容，各觸控墊係包含有至少一觸控部；一控制晶片，係設置於該電路板，並包含：一工作電壓供應模組，係電性連接於該導通板體，用 以將該工作電壓供應至該導通板體；一多工模組，係電性連接於該些觸控墊；一電容，係具有一第一端與一第二端，該第一端係電性連接於該多工模組，該第二端係接地；以及一控制模組，係電性連接於該多工模組與該電容之該第一端，設有一電壓差判斷值，用以依據一掃描時序輪流性地導通該多工模組與該些觸控墊中之每一者之該觸控部，藉以使該工作電壓經該觸控墊電容與該電容而使該第一端具有一分壓電壓值；以及一絕緣板，係至少局部覆蓋於該導通板體；其中，當一含離子液體位於該絕緣板上，並透過該絕緣板而至少局部覆蓋該導通板體與上述該些觸控墊中之一者之該觸控部時，係使該導通板體與上述該些觸控墊中之一者之間產生一並聯於該觸控墊電容之液體跨接電容而將該分壓電壓值放大為一放大分壓電壓值，該控制模組判斷出該放大分壓電壓值大於該電壓差判斷值時，該控制模組輸出一無效觸控信號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於防水之觸控系統，其中，各觸控墊係包含有複數個該至少一觸控部時，各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係經由一電性連接線而彼此電性連接，並電性連接於該多工模組。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於防水之觸 控系統，其中，上述各觸控墊之該些觸控部中之至少二者係呈對角線分佈。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之用於防水之觸控系統，其中，該至少一觸控部呈一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之用於防水之觸控系統，其中，該些配置區域為一圓形、一橢圓形、一扇形與一多邊形中之一者。
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