TWI691888B

TWI691888B - 觸控式輸入裝置

Info

Publication number: TWI691888B
Application number: TW108112783A
Authority: TW
Inventors: 林家宇; 陳志強
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-04-21
Also published as: TW202038075A

Abstract

本發明提供一種觸控式輸入裝置。表面層的表面上具有第一觸碰區域。透明電極層配置在表面層下方並且提供第一電位。發光感應層配置在表面層與透明電極層之間，且第一觸碰區域覆蓋發光感應層與透明電極層。導電元件提供第二電位給導電觸控物件，其中導電元件的至少部分暴露在外以形成第二觸碰區域。當導電觸控物件同時觸碰第一觸碰區域與第二觸碰區域以進行觸控操作時，發光感應層因為第一電位與第二電位之間的電位差而發光。影像擷取裝置拍攝至少一發光影像。控制裝置根據發光影像判斷導電觸控物件的手勢並執行對應的操作指令。

Description

觸控式輸入裝置

本發明是有關於一種輸入裝置，且特別是有關於一種觸控式輸入裝置。

隨著科技的進步，使用者常常需要對電子裝置輸入各種指令，尤其是使用者操作電玩時，十分依賴鍵盤、滑鼠等傳統式的輸入裝置。但現有的輸入裝置在使用上不夠直觀或是容易造成誤觸，因此提供一種操作方便、簡單、更為直觀化並且準確率高的輸入裝置成為目前積極研究的課題之一。

本發明提供一種觸控式輸入裝置，具有操作簡單、直觀化、高精密度以及高準確率的優點。

本發明的觸控式輸入裝置，包括表面層、透明電極層、發光感應層、導電元件、影像擷取裝置以及控制裝置。表面層的表面上具有第一觸碰區域。透明電極層配置在表面層下方並且提供第一電位。發光感應層配置在表面層與透明電極層之間，且第一觸碰區域覆蓋發光感應層與透明電極層。導電元件用以提供第二電位給導電觸控物件，其中導電元件的至少部分暴露在外以形成第二觸碰區域。當導電觸控物件同時觸碰第一觸碰區域與第二觸碰區域以進行觸控操作時，發光感應層被導電觸控物件覆蓋的區域因為第一電位與第二電位之間的電位差而發光。影像擷取裝置用以拍攝發光感應層以取得至少一發光影像。控制裝置電性連接影像擷取裝置以接收至少一發光影像，控制裝置根據發光影像判斷導電觸控物件的手勢並執行對應的操作指令。

基於上述，本發明的觸控式輸入裝置是藉由導電觸控物件接觸第一觸碰區域時所產生的電位差使得發光感應層發光，影像擷取裝置拍攝發光感應層以取得發光影像，控制裝置分析發光影像以判斷導電觸控物件的手勢。藉此，本發明的觸控式輸入裝置可以準確地辨識導電觸控物件的手勢，並且具有高精密度可以判斷手勢的細微動作，以達到直觀化的輸入操作。

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。

圖1是依照本發明的一實施例的一種觸控式輸入裝置的側視示意圖，圖2是依照本發明的圖1的觸控式輸入裝置的俯瞰示意圖。請一併參照圖1與圖2，在本實施例中，使用者可以通過導電觸控物件對觸控式輸入裝置100進行直觀的觸控輸入，例如往前滑動、往後滑動或旋轉等等動作。本發明並不具體限制導電觸控物件的種類，只要導電觸控物件是一種導體即可，在以下的實施例中，導電觸控物件是以使用者的手掌H為例。

在圖1中，觸控式輸入裝置100包括表面層110、發光感應層120、透明電極層130、導電元件140、影像擷取裝置150以及控制裝置160。表面層110的外側表面S1上具有第一觸碰區域A1，如圖2所顯示的標記區域。透明電極層130配置在表面層110的下方（相對於圖中的Z方向）並且提供第一電位。發光感應層120配置在表面層110與透明電極層130之間，且第一觸碰區域A1會覆蓋發光感應層120與透明電極層130。導電元件140用以提供第二電位給使用者的手掌H，其中導電元件140至少有部分是暴露在外以形成第二觸碰區域A2。在本實施例中，導電元件140是一個金屬圓柱體並且穿透透明電極層130、發光感應層120與表面層110。導電元件140暴露在表面層110的表面S1上的區域是第二觸碰區域A2，如圖2所顯示的圓形非標記區域。第二觸碰區域A2被第一觸碰區域A1包圍。另外，第一觸碰區域A1的面積會大於第二觸碰區域A2的面積。但本發明不限制第二觸碰區域A2的形狀與位置。

當使用者的手掌H同時觸碰第一觸碰區域A1與第二觸碰區域A2以進行觸控操作時，由於手掌H具有導電性，所以手掌H會因為接觸導電元件140而攜帶第二電位。發光感應層120被手掌H覆蓋的區域則因為第一電位與第二電位之間的電位差而發光。影像擷取裝置150拍攝發光感應層120以取得至少一發光影像，例如圖3的發光影像200。控制裝置160電性連接影像擷取裝置150以接收至少一發光影像。控制裝置160根據接收的發光影像判斷手掌H的手勢並執行對應的操作指令。

在本實施例中，控制裝置160還電性連接透明電極層130與導電元件140以分別供應第一電位與第二電位。透明電極層130的材料例如是銦錫氧化物（ITO）。導電元件140可以是由任何導電材料構成，例如銅。影像擷取裝置150例如配置有電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）、互補性氧化金屬半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）元件或其他感光元件。控制裝置160可以包括中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、微控制器（Microcontroller，MCU）、微處理器（Microprocessor）、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他具備運算能力的硬體裝置。在其他實施例中，觸控式輸入裝置100也可以包括多個影像擷取裝置150，以分別拍攝第二觸碰區域A2的不同區域，由控制裝置160進行影像拼接處理來得到完整的發光影像。

圖3是依照本發明的一實施例的一種觸控式輸入裝置的發光影像示意圖。詳言之，由於發光感應層120下面是具有第一電位的透明電極層130，當手掌H放在發光感應層120上方時，手掌H通過接觸第二觸碰區域A2而帶有第二電位，被手掌H覆蓋的區域會感受到上下兩邊的電位差，而發光感應層120內部包括多個發光粒子，例如是螢光粒子（Phosphor Particles）。這些發光粒子會受到第一電位與第二電位之間的電位差而受激發光，形成發光影像200中的發光區域EA。發光感應層120未被手掌H覆蓋的區域則不會發光，如圖3的第一觸碰區域A1中的標記區域。發光區域EA會反應手掌H接觸第一觸碰區域A1的地方。發光影像200可以直接反應使用者的觸控操作，因此控制裝置160可以分析發光影像200以準確判斷手掌H的手勢，能夠辨識手勢的細微動作並執行對應的操作。

圖4是依照本發明的一實施例的一種觸控式輸入裝置的多種觸控操作示意圖。圖4顯示使用者的手掌H對觸控式輸入裝置100的多種觸控操作以及對應的發光影像。上排是影像擷取裝置150所拍攝的發光影像的發光區域EA，下排是手掌H對應的動作示意圖，由左到右分別是手掌H置於第一觸碰區域A1的中間、向前滑動、向後滑動、向左旋轉與向右旋轉的手勢。

在本實施例中，觸控式輸入裝置100可以應用在情境裝置或是電玩裝置上。觸控式輸入裝置100電性連接顯示裝置（在此未顯示）。顯示裝置用以播放場景畫面，並且控制裝置160可以對應使用者的手勢而調整場景畫面的視野。例如當手掌H向前或往後滑動的時候，顯示裝置的場景畫面也跟著往前或往後移動，或是放大或縮小，又或者是遊戲中的物體也相對應移動；當手掌H旋轉時，顯示裝置的場景的視角跟著改變。

當使用者對觸控式輸入裝置100進行觸控操作時，影像擷取裝置150會在不同的時間點上拍攝發光影像以產生多張發光影像。控制裝置160可以比較前一個發光影像的發光區域EA1與下一個發光影像的發光區域EA2以判斷手掌H的手勢。在手掌H向前滑動的例子中，控制裝置160可以判斷下一個發光影像中的發光區域EA2相較於前一個發光影像中的發光區域EA1的位置往前移動，因此控制裝置160辨識手掌H所進行的觸控輸入手勢是向前。在手掌H向左旋轉的例子中，控制裝置160可以判斷下一個發光影像中的發光區域EA2相較於前一個發光影像中的發光區域EA1的位置往左旋轉，因此控制裝置160辨識手掌H所進行的觸控輸入手勢是向左旋轉。以此類推，其他觸控操作在此不再加以贅述。

在另一實施例中，發光感應層120可以被分為多個子區域，控制裝置160判斷發光影像的發光區域是屬於哪些子區域，且根據有發光的子區域來判斷手勢。控制裝置160可以根據發光的子區域來辨識手掌H的移動路徑。特別說明的是，本發明不限制如何根據發光影像來辨識手勢的實施方式。

請再次參照圖1，透明電極層130與發光感應層120共形貼附在表面層110的內側表面S2。在本實施例中，表面層110的形狀是殼狀，表面層110的外側表面S1為彎曲凸面，且表面層110的內側表面S2為彎曲凹面。更具體來說，圖1中的表面層110是半球殼形狀，透明電極層130與發光感應層120也是以半球殼形狀貼附在表面層110的內側表面S2。導電元件140位在表面層110的中間且貫穿表面層110、透明電極層130與發光感應層120，因此在X-Y平面上，第二觸碰區域A2位在第一觸碰區域A1的中心。

在其他實施例中，表面層110也可以是平面狀或是其他曲面形狀，本發明並不限制觸控式輸入裝置100的外型。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種觸控式輸入裝置的俯瞰示意圖。觸控式輸入裝置300的結構與實施方式與觸控式輸入裝置100類似，但觸控式輸入裝置300還包括多個電極片E1～E8。這些電極片E1～E8以第二觸碰區域A2為中心呈對稱配置，但本發明不限制電極片的數量。

控制裝置160電性連接這些電極片E1～E8。電極片E1～E8配置在第一觸碰區域A1內，且位於第二觸碰區域A2的周圍，其中當手掌H覆蓋第二觸碰區域A2時且同時觸碰這些電極片E1～E8的至少其中之二時，例如電極片E1與電極片E2，被觸碰的其中一個電極片E1通過手掌H電性連接被觸碰的另一個電極片E2。如果沒有手掌H作為導電媒介的話，電極片E1與電極片E2之間可以是斷路的狀況。

在本實施例中，電極片E1通過手掌H電性連接另一個電極片E2時會產生啟動信號，觸控式輸入裝置300根據啟動信號開始檢測手掌H的手勢。

當觸控式輸入裝置300開始檢測手掌H的手勢後，手掌H觸碰電極片E1～E8的至少其中之二以產生生理信號。控制裝置160根據生理信號獲得使用者的生理信息。在本實施例中，用於產生生理信號的至少二個電極片以最靠近彼此的兩個電極片為一組為佳，例如是電極片E1與電極片E3、電極片E2與電極片E4、電極片E5與電極片E7或電極片E6與電極片E8。

具體來說，當手掌H進行觸控操作時會觸碰到部份的電極片E1～E8，而電極片E1～E8中被觸碰的電極片可以測量手掌H的膚電反應（Galvanic Skin Response，GSR），控制裝置160分析測量膚電反應所得到的生理信號來追蹤使用者的生理信息，例如情緒變化或是冒汗程度等等。當控制裝置160判斷使用者的狀態不正常時可以強制停止以避免使用者繼續受刺激或過度疲勞。或者，控制裝置160判斷使用者的狀態穩定因此可以繼續提升遊戲的刺激度之類的。本發明對此並不限制。

在另一實施例中，電極片E1～E8中被觸碰的電極片可以測量手掌H的肌電訊號以獲得使用者的肌電圖（Electromyography，EMG）。肌電訊號可以更細微地反應手掌H的動作。舉例來說，控制裝置160可以通過手掌H的食指位置附近的電極片來判斷手掌H的食指的肌肉狀態是收縮，在遊戲中所對應的操作指令例如是扣手槍板機的動作或其他觸發動作。觸控式輸入裝置300可以利用手掌H的肌肉收縮狀態來實現觸控輸入操作。

在現有的技術中，使用者如果要通過鍵盤操作電玩遊戲可能需要記憶指令對應的快捷鍵以及快捷鍵的位置，操作較為不便，而現有的電容式觸控面板或是壓力式觸控面板能提供的手勢動作有限，精準度也較低。相較之下，本發明的觸控式輸入裝置100以及觸控式輸入裝置300可以實現高精度的觸控輸入，並且操作上十分方便。

圖6是依照本發明的另一實施例的一種觸控式輸入裝置的側視示意圖，圖7是依照本發明的圖6的觸控式輸入裝置的俯瞰示意圖。請參照圖6與圖7，觸控式輸入裝置400的結構與實施方式與觸控式輸入裝置100或觸控式輸入裝置300類似，但觸控式輸入裝置400還包括至少一振動馬達，用以讓表面層110發生振動。在圖6中，觸控式輸入裝置400包括3個振動馬達410、420、430，分別配置在第二觸碰區域A2的周圍並且電性連接控制裝置160。振動馬達410、420、430位於基板440下方並且在水平方位角上以導電元件140為中心分別配置在0度～120度、120度～240度以及240度～360度的區域內，表面層110也對應地被區分成三個區域。控制裝置160可以根據手掌H的位置啟動對應的振動馬達來產生振動感。例如當手掌H往上滑動時，振動馬達410讓表面層110在120度～240度的區域有強烈的振動感；當手掌H向左偏移時，振動馬達420讓表面層110在240度～360度的區域有強烈的振動感；當手掌H向右偏移時，振動馬達430讓表面層110在0度～120度的區域有強烈的振動感。如此一來可以提供使用者更好的回饋感與操作體驗。

綜上所述，本發明的觸控式輸入裝置是通過發光感應層感應導電觸控物件在第一觸碰區域的輸入。當導電觸控物件進行觸控操作時，發光感應層反應導電觸控物件的接觸位置而發光，影像擷取裝置拍攝發光影像，控制裝置分析發光影像以辨識導電觸控物件的手勢並執行對應的操作指令。因此，本發明的觸控式輸入裝置能夠提供直觀的觸控操作並且具有高精度與高準確率的觸控辨識能力。

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。

100、300、400:觸控式輸入裝置 110:表面層 120:發光感應層 130:透明電極層 140:導電元件 150:影像擷取裝置 160:控制裝置 200:發光影像 410、420、430:振動馬達 440:基板 A1:第一觸碰區域 A2:第二觸碰區域 EA、EA1、EA2:發光區域 E1～E8:電極片 H:手掌 S1:外側表面 S2:內側表面 X、Y、Z:方向

圖1是依照本發明的一實施例的一種觸控式輸入裝置的側視示意圖。圖2是依照本發明的圖1的觸控式輸入裝置的俯瞰示意圖。圖3是依照本發明的一實施例的一種觸控式輸入裝置的發光影像示意圖。圖4是依照本發明的一實施例的一種觸控式輸入裝置的多種觸控操作示意圖。圖5是依照本發明的另一實施例的一種觸控式輸入裝置的俯瞰示意圖。圖6是依照本發明的另一實施例的一種觸控式輸入裝置的側視示意圖。圖7是依照本發明的圖6的觸控式輸入裝置的俯瞰示意圖。

100:觸控式輸入裝置

110:表面層

120:發光感應層

130:透明電極層

140:導電元件

150:影像擷取裝置

160:控制裝置

A1:第一觸碰區域

A2:第二觸碰區域

H:手掌

S1:外側表面

S2:內側表面

X、Y、Z:方向

Claims

一種觸控式輸入裝置，包括：表面層，其表面上具有第一觸碰區域；透明電極層，配置在所述表面層下方並且提供第一電位；發光感應層，配置在所述表面層與所述透明電極層之間，且所述第一觸碰區域覆蓋所述發光感應層與所述透明電極層；導電元件，用以提供第二電位給導電觸控物件，其中所述導電元件的至少部分暴露在外以形成第二觸碰區域，其中，當所述導電觸控物件同時觸碰所述第一觸碰區域與所述第二觸碰區域以進行觸控操作時，所述發光感應層被所述導電觸控物件覆蓋的區域因為所述第一電位與所述第二電位之間的電位差而發光；影像擷取裝置，用以拍攝所述發光感應層以取得至少一發光影像；以及控制裝置，電性連接所述影像擷取裝置以接收所述至少一發光影像，所述控制裝置根據所述至少一發光影像判斷所述導電觸控物件的手勢並執行對應的操作指令。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中所述導電元件穿透所述發光感應層、所述透明電極層與所述表面層以暴露在所述表面層的表面，且所述第二觸碰區域被所述第一觸碰區域包圍。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中，所述第一觸碰區域的面積大於所述第二觸碰區域的面積。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中發光感應層內部包括多個發光粒子，所述多個發光粒子受到所述第一電位與所述第二電位之間的電位差而發光。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中所述觸控式輸入裝置電性連接顯示裝置，所述顯示裝置用以播放場景畫面，並且所述控制裝置對應所述手勢而調整所述場景畫面的視野。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中，所述至少一發光影像為在不同時間點上的多個發光影像，所述控制裝置比較前一個所述發光影像與下一個所述發光影像的發光區域以判斷所述手勢。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中，所述發光感應層被分為多個子區域，所述控制裝置判斷所述至少一發光影像的發光區域是屬於哪些所述子區域，且根據有發光的所述子區域來判斷所述手勢。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，其中，所述透明電極層與所述發光感應層共形貼附在所述表面層的內側表面。
如申請專利範圍第8項所述的觸控式輸入裝置，其中，所述表面層為殼狀，所述表面層的外側表面為彎曲凸面，且所述表面層的內側表面為彎曲凹面，或者所述表面層為平面狀。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，所述觸控式輸入裝置還包括：多個電極片，配置在所述第一觸碰區域內，且位於所述第二觸碰區域的周圍，其中當所述導電觸控物件覆蓋所述第二觸碰區域且同時觸碰所述多個電極片的至少其中之二時，被觸碰的其中一個所述電極片通過所述所述導電觸控物件電性連接被觸碰的另一個所述電極片。
如申請專利範圍第10項所述的觸控式輸入裝置，其中被觸碰的其中一個所述電極片通過所述所述導電觸控物件電性連接被觸碰的另一個所述電極片以產生一啟動信號，所述觸控式輸入裝置根據所述啟動信號開始檢測所述導電觸控物件的手勢。
如申請專利範圍第10項所述的觸控式輸入裝置，其中當所述觸控式輸入裝置開始檢測所述導電觸控物件的手勢後且所述導電觸控物件是使用者的手掌時，所述手掌觸碰所述多個電極片的至少其中之二以產生生理信號，所述控制裝置根據所述生理信號獲得所述使用者的生理信息。
如申請專利範圍第10項所述的觸控式輸入裝置，其中所述多個電極片以所述第二觸碰區域為中心呈對稱配置。
如申請專利範圍第1項所述的觸控式輸入裝置，還包括：至少一振動馬達，電性連接所述控制裝置，用以讓所述表面層發生振動。
如申請專利範圍第14項所述的觸控式輸入裝置，所述至少一振動馬達為多個振動馬達，且所述多個振動馬達分別配置在所述第二觸碰區域的周圍，所述控制裝置根據所述導電觸控物件的位置啟動對應的振動馬達。