TWI680389B - 手持式電子裝置、觸控偵測器及其觸控偵測方法 - Google Patents

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Abstract

手持式電子裝置、觸控偵測器及其觸控偵測方法。觸控偵測器包括基板、應變偵測器、多數個壓電偵測器與觸控層。基板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。應變偵測器配置在基板的第一表面上。多數個壓電偵測器配置於第二表面上。觸控層覆蓋多數個壓電偵測器以及應變偵測器。

Description

手持式電子裝置、觸控偵測器及其觸控偵測方法
本發明是有關於一種手持式電子裝置、觸控偵測器及其觸控偵測方法。
在現今的行動裝置中，觸控技術已普遍使用於各種手持式電子裝置如行動電話、數位相機、平板電腦等。近年來，邊緣感應(Edge Sense)的概念已於消費電子產品中應用。使用者可運用各種手勢，透過邊緣感測器(Edge Sensor)直接啟動手持式電子裝置的各種功能，如拍照、多媒體播放等。
然而，在透過邊緣感測器進行偵測的同時，由於邊緣感測器持續掃描，將會提高耗電量，降低手持式電子裝置的電池續航力。
本發明提供一種手持式電子裝置、觸控偵測器及其觸控 偵測方法，此手持式電子裝置及其觸控偵測器具有低功率模式，以降低手持式電子裝置的功率消耗。
本發明提供的觸控偵測器，包括基板、應變偵測器、壓電偵測器與觸控層。基板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。應變偵測器配置在基板的第一表面上。多數個壓電偵測器配置在基板的第二表面上。觸控層覆蓋多數個壓電偵測器以及應變偵測器。
本發明提供的手持式電子裝置，包括機殼以及多數個觸控偵測器。多數個觸控偵測器配置在機殼的至少一側邊。
本發明提供的觸控偵測方法包括：提供基板，基板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面；提供應變偵測器，應變偵測器配置在基板的第一表面上。提供多數個壓電偵測器，多數個壓電偵測器配置在基板的第二表面上；以及提供觸控層，觸控層覆蓋多數個壓電偵測器以及應變偵測器。
基於上述，本發明提出的觸控偵測器具有應變偵測器以及多個壓電偵測器。其中應變偵測器以及壓電偵測器分別用以偵測不同方向的觸控壓力，有效產生觸控偵測結果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、20‧‧‧觸控偵測器
100‧‧‧基板
110‧‧‧應變偵測器
120‧‧‧壓電偵測器
130‧‧‧觸控層
200‧‧‧手持式電子裝置
210‧‧‧機殼
220‧‧‧顯示器
410‧‧‧控制裝置
420‧‧‧放大器
430‧‧‧比較器
440‧‧‧控制器
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
S3、S4‧‧‧側邊
VIN1‧‧‧應變偵測訊號
VIN2、VIN3‧‧‧壓電偵測訊號
VAMP‧‧‧放大電壓
VSW‧‧‧觸發電壓
VTH‧‧‧閾值電壓
S310~S340、S510~S540‧‧‧步驟
圖1繪示本發明的一實施例中的觸控偵測器的示意圖。
圖2繪示本發明的一實施例中的手持式電子裝置的示意圖。
圖3繪示本發明的一實施例中的觸控偵測器於省電模式下執行觸控偵測的流程圖。
圖4A繪示本發明的另一實施例中的觸控偵測器的示意圖。
圖4B繪示本發明的另一實施例中的控制裝置的電路圖。
圖5繪示本發明的一實施例中的觸控偵測方法的流程圖。
請參照圖1，圖1繪示本發明的一實施例中的觸控偵測器示意圖。觸控偵測器10可被設置在任意的電子裝置的任意位置上，例如觸控偵測器10可被設置在手持式電子裝置的側邊。觸控偵測器10包括基板100、應變偵測器110、多數個壓電偵測器120、觸控層130。
在本發明一實施例中，基板100可具有第一表面S1以及與第一表面S1相對的第二表面S2。基板100可以是電路基板，例如是印刷電路板，或其他種本領域具通常知識者所熟知的電路基板，沒有特別的限制。
應變偵測器110被設置在基板100的第一表面S1上，壓電偵測器120則可配置在基板100的第二表面S2上。並且，壓電偵測器120上可覆蓋觸控層130。在本實施例中，觸控層130用以接收外界透過物理方式所施加的壓力，透過壓力傳導的過程，壓 電偵測器120以及應變偵測器110可接收到施加在觸控層130上的壓力。壓電偵測器120以及應變偵測器110則依據所接收到的壓力，分別產生壓電偵測信號以及應變偵測訊號。
關於上述，應變偵測器110可依據所接收到的壓力而產生形變，並依據所產生的形變而改變其所可產生的電阻值。如此一來，應變偵測器110可依據其所提供的電阻值的變化，來提供對應的應變偵測訊號(即第一偵測結果)。
在另一方面，壓電偵測器120用以偵測沿特定方向透過物理方式所施加於觸控層130上的壓力。壓電偵測器120並可以依據所接收的壓力而產生動能，並透過轉換上述的動能以產生壓電偵測訊號(即第二偵測結果)。
關於上述，第二偵測結果用以表示觸控偵測器100所獲得的第一方向及第二方向上的觸控狀態，第一偵測結果用以表示觸控偵測器100所獲得的第三方向觸控狀態，以一座標軸為範例，第一方向、第二方向以及第三方向可以分別為座標軸的X軸、Y軸以及Z軸。也就是說，第一方向、第二方向以及第三方向其中之任二相互正交。
值得一提的，上述的基板100可以是電路基板，且第一偵測結果以及第二偵測結果可以分別透過基板100的第一表面S1以及第二表面S2上分別設置的多個導線L1、L2與L3來進行傳輸。在本發明實施例中，用以傳輸偵測結果的導線可耦接至控制裝置(未繪示)，控制裝置並可針對所接收到的第一偵測結果以及 第二偵測結果進行計算分析，並執行對應的動作。
必須注意的是，參照圖1，在一實施例中，在基板100的第二表面即上表面上，多數個壓電偵測器120彼此之間不相接觸並相隔一預設距離，這個預設距離沒有固定的限制，可以由設計者依據實際的需求進行設置及調整。此外，壓電偵測器120和應變偵測器110彼此之間可不相重疊或者可部分重疊，壓電偵測器120和應變偵測器110的相對位置關係同樣沒有固定的限制，可以由設計者依據實際的需求進行設置及調整。
在本發明實施例中，觸控層130例如可以是任意金屬材質的金屬板，沒有特定的限制。
請參照圖2，圖2繪示本發明的一實施例的手持式電子裝置的示意圖。手持式電子裝置200具有一機殼210、多數個觸控偵測器10以及顯示器220。機殼210為手持式電子裝置200的外殼部分，本發明不限制機殼210的材質與結構。在此實施例中，可以將多數個觸控偵測器10配置於機殼210的側邊S3與側邊S4。其中側邊S3與側邊S4相對。然而，本發明並未限制多個觸控偵測器10的數量與位置。在其他實施例中，多數個觸控偵測器10可配置在手持式電子裝置200的任何側邊上。顯示器220具有顯示功能，配置於手持式電子裝置200的表面。
必須說明的是，在一實施例中，手持式電子裝置200具有省電模式。省電模式例如是可以提供較低的工作頻率以及較少的工作元件以降低手持式電子裝置200的功率消耗。省電模式的 適用情境例如是使用者於一段預設時間內並未對手持式電子裝置200進行觸控動作，也未運作應用程式如多媒體播放。
在省電模式下，觸控偵測器10中的應變偵測器110可以維持在開啟狀態以產生應變偵測值，用以偵測周圍環境。並且，壓電偵測器120可以維持在關閉狀態以節省功率消耗。
在省電模式下，當應變偵測器110偵測到來自環境或使用者的動作時，例如是可以在一個固定的時間區間中，透過判讀應變偵測器110所傳送的應變偵測訊號是否大於預設閾值來判斷應變偵測訊號是否為有效的應變偵測訊號。並可依據有效的觸控偵測值來發送命令，驅使手持式電子裝置200執行對應的動作。其中預設閾值可由設計者依據實際應用來設定，沒有特別的限制。
在一實施例中，當應變偵測值為有效值，可以判斷手持式電子裝置200正被使用，因此將手持式電子裝置200從省電模式切換為正常模式。在正常模式下，多數個壓電偵測器120被啟動以產生壓電偵測值，用以偵測使用者手勢並報告使用者手指按壓的位置。
必須注意的是，在進入正常模式時，觸控偵測器10中多數個壓電偵測器120可以是同時啟動、依序啟動、全部啟動或部分啟動，本發明並未限制其啟動的數量和順序。
參照圖3，圖3繪示本發明的一實施例中的觸控偵測器於省電模式下執行觸控偵測的流程圖。在步驟S310中，在省電模式下，將應變偵測器110維持在開啟狀態，將壓電偵測器120維持 在關閉狀態。在步驟S320中，判定應變偵測器110產生的觸控偵測值是否大於預設閾值。若否，則回到步驟S310。若是，則進行步驟S330。在步驟S330中，開啟壓電偵測器120。在步驟S340中，報告被觸控的位置。
參照圖4A，圖4A繪示本發明的另一實施例中的觸控偵測器的示意圖。在另一實施例中，觸控偵測器20包括基板100、應變偵測器110、多數個壓電偵測器120、觸控層130與控制裝置410。其中基板100、應變偵測器110、多數個壓電偵測器120、觸控層130已於前述說明，不再贅述。在另一實施例中，控制裝置410接收應變偵測器110所產生的應變偵測訊號VIN1，以及接收壓電偵測器120所產生的壓電偵測訊號VIN2和VIN3，並依據應變偵測訊號VIN1、壓電偵測訊號VIN2與VIN3的值來判斷使用者的觸控動作。
關於上述，應變偵測訊號可以透過配置在基板100上的導線L1傳送給控制裝置410，提供控制裝置410判斷使用者施加在機殼側邊的z方向的施力大小，並輔助控制裝置410判斷使用者的精確施力點。其中z方向為與第一平面垂直的方向。
關於上述，壓電偵測訊號可以透過配置在基板100上的導線L2與L3傳送給控制裝置410，提供控制裝置410判斷使用者施加在機殼側邊的x-y方向的施力位置。其中x-y方向為與第二表面平行的方向。
參照圖4B，圖4B繪示本發明的另一實施例中的控制裝 置的電路圖。在另一實施例中，控制裝置410包括放大器420、比較器430與控制器440。並且，控制裝置410可以配置在基板100上，也可以配置在其他電路板上。
同時參照圖4A與4B，在另一實施例中，放大器420耦接應變偵測器110和壓電偵測器120以接收應變偵測訊號VIN1、壓電偵測訊號VIN2與壓電偵測訊號VIN3，並放大應變偵測訊號VIN1、壓電偵測訊號VIN2與VIN3以產生放大電壓VAMP。放大器例如是運算放大器，本發明並不限制放大器的種類。
比較器430耦接至放大器420以接收放大電壓VAMP與閾值電壓VTH，用以比較放大電壓VAMP與閾值電壓VTH，並依據比較結果產生觸發電壓VSW。本發明亦不限制比較器的種類。
控制器440耦接比較器430以接收觸發電壓VSW，運用觸發電壓VSW以實現觸控動作。控制器440可以是中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、微處理器(Microcontroller，MCU)、特殊應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)、現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或類似元件或上述元件的組合。其中控制器440被編程為執行以下將描述的功能或步驟。
在另一實施例中，觸控偵測器20也可以用來取代電源鍵或音量鍵。參照圖4A與圖4B，使用者對觸控層130施加一壓力，使應變偵測器110形變而產生應變偵測訊號VIN1。應變偵測訊號VIN1被放大器420放大而產生放大電壓VAMP。比較器430接收 放大電壓VAMP並將其與閾值電壓VTH進行比較。其中閾值電壓VTH可以被預設電路(未繪示)所設計，或者將閾值電壓VTH的值預先儲存於記憶體(未繪示)中。當比較器430判斷放大電壓VAMP大於閾值電壓VTH時，比較器430產生觸發電壓VSW。控制器440接收觸發電壓VSW以將手持式電子裝置200的電源開啟或關閉，使觸控偵測器20可用來取代電源鍵。在其他實施例中，控制器440也可以用來接收觸發電壓以開關聲音或調整音量。本發明並不限制控制器440可用來執行的功能。
值得一提的是，在手持式電子裝置200的不同側邊中，應變偵測器110與壓電偵測器120可以具有不同的啟動順序，本發明並未限制當手持式電子裝置200從省電模式切換至正常模式時，應變偵測器110與壓電偵測器120的啟動順序。此外，在不同側邊上的應變偵測器110與壓電偵測器120的啟動順序也可以不同。
舉例來說，在省電模式下，在手持式電子裝置200的右側，壓電偵測器120為開啟狀態而應變偵測器110為關閉狀態。而在手持式電子裝置200的左側，應變偵測器110為開啟狀態而壓電偵測器120為關閉狀態。當右側的壓電偵測器120偵測到使用者和手持式電子裝置200的互動並且左側應變偵測器110偵測到使用者和手持式電子裝置200的互動後，手持式電子裝置200切換為正常模式，右側的應變偵測器120被啟動並且左側的壓電偵測器110也被啟動。
值得一提的是，應變偵測器110與壓電偵測器120的結合設計還可幫助控制裝置410執行自我校正，控制裝置410可通過不同偵測器的報告以校正不同偵測器各自的錯誤。
舉例來說，在正常模式下，應變偵測器110偵測z方向的施力大小而壓電偵測器120偵測x-y方向的施力位置。然而，當壓電偵測器120所偵測到的施力位置有誤差時，可以運用多數個應變偵測器110中所偵測的最大施力點來校正施力點。同樣的，當應變偵測器110所偵測施力大小有誤差時，可以運用偵測到有效施力的壓電偵測器120的數量來校正施力大小。
參照圖5，圖5繪示本發明的一實施例中的觸控偵測方法的流程圖。在步驟S510中，提供基板，基板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。在步驟S520中，提供應變偵測器，應變偵測器配置在基板的第一表面上。在步驟S530中，提供多數個壓電偵測器，多數個壓電偵測器配置在基板的第二表面上。在步驟S540中，提供觸控層，觸控層覆蓋多數個壓電偵測器以及應變偵測器。
關於圖5各步驟的實施細節在前述的多個實施例及實施方式都有詳盡的說明，以下恕不多贅述。
綜上所述，在本發明中，觸控偵測器具有應變偵測器以及多個壓電偵測器。其中應變偵測器以及壓電偵測器分別用以偵測不同方向的觸控壓力，提供有效的觸控偵測結果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (13)

  1. 一種觸控偵測器，包括：一基板，具有一第一表面以及與該第一表面相對的一第二表面；一應變偵測器，配置在該基板的該第一表面上；多數個壓電偵測器，配置在該基板的第二表面上；以及一觸控層，覆蓋該些壓電偵測器以及該應變偵測器，其中各該壓電偵測器與該應變偵測器不相重疊或部分重疊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測器，其中該基板為一電路基板，該電路基板上具有至少一第一導線與至少一第二導線，該至少一第一導線配置在該基板的該第一表面上並耦接至該應變偵測器，該至少一第二導線配置在該基板的該第二表面上並耦接至該些壓電偵測器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控偵測器，其中該至少一第一導線用以傳送該應變偵測器所產生的一第一偵測結果，該至少一第二導線用以傳送該些壓電偵測器所產生的一第二偵測結果。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控偵測器，其中該些壓電偵測器彼此間不相接觸。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的觸控偵測器，更包括：一控制裝置，耦接該至少一第一導線以及該至少一第二導線，依據該第二偵測結果獲得在一第一方向與一第二方向上的觸控狀態，依據該第一偵測結果獲得在一第三方向的觸控狀態，其中該第一方向、該第二方向以及該第三方向其中之任二相互正交。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控偵測器，其中該控制裝置在一省電模式下，關閉該些壓電偵測器，並啟動該應變偵測器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的觸控偵測器，其中該控制裝置在該省電模式下依據該應變偵測器的該第一偵測結果以進入一正常模式並啟動該些壓電偵測器。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的觸控偵測器，其中該控制裝置包括：一放大器，耦接該應變偵測器以接收一偵測電壓，並放大該偵測電壓以產生一放大電壓；一比較器，耦接該放大器以接收該放大電壓，比較該放大電壓與一閾值電壓；以及一控制器，耦接該比較器；其中當判定該放大電壓大於該閾值電壓時，該比較器產生一觸發電壓。
  9. 一種手持式電子裝置，包括：一機殼；以及多數個如請求項第1項所述的觸控偵測器，配置在該機殼的至少一側邊，其中各該壓電偵測器與該應變偵測器不相重疊或部分重疊。
  10. 一種觸控偵測方法，包括：提供一基板，該基板具有一第一表面以及與該第一表面相對的一第二表面；提供一應變偵測器，該應變偵測器配置在該基板的該第一表面上；提供多數個壓電偵測器，該些壓電偵測器配置在該基板的該第二表面上；以及提供一觸控層，該觸控層覆蓋該些壓電偵測器以及該應變偵測器，其中各該壓電偵測器與該應變偵測器不相重疊或部分重疊。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的觸控偵測方法，更包括：在一省電模式下關閉多數個壓電偵測器，並啟動該應變偵測器以進行一觸控偵測動作，並產生一第一偵測結果。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的觸控偵測方法，更包括：在該省電模式下，依據該應變偵測器產生的該第一偵測結果以進入一正常模式，並啟動該些壓電偵測器。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的觸控偵測方法，更包括：依據該些壓電偵測器產生的一第二偵測結果獲得在一第一方向與一第二方向上的觸控狀態；以及依據該應變偵測器產生的一第一偵測結果獲得在一第三方向的觸控狀態，其中該第一方向、該第二方向以及該第三方向其中之任二相互正交。
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