TWI699686B - 電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法 - Google Patents

電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法 Download PDF

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陳建維
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Abstract

本發明包含一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統，包含：天線電路、電容式觸控電路、電磁感測訊號處理電路、電容感測訊號處理電路、偵測電路及處理電路。天線電路在待測物件產生外部諧振刺激行為時產生電磁感測訊號。電容式觸控電路在待測物件產生電性接觸行為時產生電容感測訊號。偵測電路在偵測到電磁感測訊號時傳送電磁感測訊號至電磁感測訊號處理電路進行處理，在偵測到電容感測訊號時傳送電容感測訊號至電容感測訊號處理電路進行處理。處理電路根據電磁感測訊號及/或電容感測訊號進行計算，以決定待測物件之位置。

Description

電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法
本發明是關於觸控技術，尤其是關於一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法。
傳統上，電子裝置是採用滑鼠、實體鍵盤以及實體按鍵做為使用者進行操作與互動的介面。然而，隨著許多行動裝置如智慧型手機或是平板電腦的問世，觸控技術漸漸成為主流，而減少實體輸入介面的使用。
常見的觸控技術包含電阻式、電容式、表面聲波、紅外線等。然而，電阻式技術需要輕敲面板，久而久之容易故障，靈敏度也較差。電容式技術則只能用可以導電的物體，且當環境溫度、濕度改變時，電場也改變，可能造成電容式螢幕控制不準確。表面聲波技術怕髒，灰塵、油汙甚至液體都會干擾波動傳遞，或造成錯誤判讀。紅外線技術對外界光照比較敏感，在光影變化大時，會受干擾或誤判。因此，單一個別的觸控技術均有各自的限制。
鑑於先前技術的問題，本發明之一目的在於提供一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法，以改善先前技術。
本發明之一目的在於提供一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法，以藉由可進行電磁感測的天線電路與可進行電容感測的電容式觸控電路進行觸控的定位。
本發明包含一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統，其一實施例包含：天線電路、電容式觸控電路、電磁感測訊號處理電路、電容感測訊號處理電路、偵測電路以及處理電路。天線電路配置以在待測物件產生外部諧振刺激行為時進行感測，以產生電磁感測訊號。電容式觸控電路配置以在待測物件產生電性接觸行為時進行感測，以產生電容感測訊號。偵測電路配置以電性耦接於天線電路以及電容式觸控電路，以在偵測到天線電路產生電磁感測訊號時傳送電磁感測訊號至電磁感測訊號處理電路進行處理，以及在偵測到電容式觸控電路產生電容感測訊號時傳送電容感測訊號至電容感測訊號處理電路進行處理。處理電路電性耦接於電磁感測訊號處理電路以及電容感測訊號處理電路，以根據電磁感測訊號及/或電容感測訊號進行計算，以決定待測物件之位置。
本發明另包含一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控方法，其一實施例包含下列步驟：使天線電路在待測物件產生外部諧振刺激行為時進行感測，以產生電磁感測訊號；使電容式觸控電路在待測物件產生電性接觸行為時進行感測，以產生電容感測訊號；使偵測電路在偵測到天線電路產生電磁感測訊號時傳送電磁感測訊號至電磁感測訊號處理電路進行處理；使偵測電路在偵測到電容式觸控電路產生電容感測訊號時傳送電容感測訊號至電容感測訊號處理電路進行處理；以及使電性耦接於天線電路以及電容式觸控電路之處理電路根據產生的電磁感測訊號及/或電容式觸控電路產生的電容感測訊號進行計算，以決定待測物件之位置。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
本發明之一目的在於提供一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統及方法，以藉由電磁感測的天線電路與電容感測的電容式觸控電路進行可切換或並存的兩種模式的觸控定位。
請參照圖1。圖1為本發明之一實施例中，一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統100的方塊圖。其中，觸控系統100包含：天線電路110、電容式觸控電路120、電磁感測訊號處理電路130、電容感測訊號處理電路140、偵測電路150以及處理電路160。
於一實施例中，天線電路110包含排列成一陣列之複數個線狀天線。於一實施例中，線狀天線包含複數個第一軸向天線ANX 1-ANX M以及複數個第二軸向天線ANY 1-ANY N。第一軸向天線ANX 1-ANX M平行排列於第一軸向X上，而第二軸向天線ANY 1-ANY N平行排列於第二軸向Y上。其中，第二軸向Y與第一軸向X互不平行。於一範例中，第一軸向X以及第二軸向Y可如圖1所示，以大致上為垂直的結構排列。然而於其他範例中，第一軸向X以及第二軸向Y間亦可形成任意不為0度或180度的角度，以使第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N排列形成陣列。
於一實施例中，第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N形成不同且互不接觸的兩層平面結構，以達到電性隔離且分別進行感測的功效。第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N的數目分別為M個及N個。於不同的實施例中，數目M與N可依實際需求而為相同或是不同。
第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N配置以感測由待測物件105產生之外部諧振刺激行為，以產生各具有諧振強度之複數個電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N。
於一範例中，待測物件105可包含用以產生外部諧振刺激行為的諧振刺激電路115。於一實施例中，諧振刺激電路115可為無線訊號發射元件，並可藉由此無線訊號發射元件主動發射具有狀態變化且帶有頻率之無線訊號WS。第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N配置以偵測無線訊號WS來產生電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N。
於另一範例中，待測物件105所包含用以產生外部諧振刺激行為的諧振刺激電路115可為外部諧振電路，並至少包含例如，但不限於容感電路。當待測物件105與天線電路110的實體位置接近時，將可使諧振刺激電路115與第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N產生諧振並因而具有感應電動勢，進一步使第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N產生電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N。
依據待測物件105與不同的第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N間的距離遠近，電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N可具有不同的諧振強度。於一實施例中，諧振強度是由電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N的能量強度及/或頻率大小決定。
電容式觸控電路120包含排列成一陣列之複數個感測電容，並可由例如，但不限於採用導電玻璃（ITO glass）和導電薄膜（ITO film）的結構實現。於一實施例中，感測電容包含複數行第一感測電容SCX 1-SCX P以及複數列第二感測電容SCY 1-SCY Q。各行第一感測電容SCX 1-SCX P平行排列於第一軸向X上，且每行第一感測電容SCX 1-SCX P包含Q個感測電容，在圖1中以空白區塊繪示。而各列第二感測電容SCY 1-SCY Q平行排列於第二軸向Y上，且每列第一感測電容SCX 1-SCX P包含P個感測電容，在圖1中以斜線區塊繪示。其中，第二軸向Y與第一軸向X互不平行。
於一範例中，第一軸向X以及第二軸向Y可如圖1所示，以大致上為垂直的結構排列。然而於其他範例中，第一軸向X以及第二軸向Y間亦可形成任意不為0度或180度的角度，以使第一感測電容SCX 1-SCX P以及第二感測電容SCY 1-SCY Q排列形成陣列。
在上述的實施例中，第一感測電容SCX 1-SCX P以及第二感測電容SCY 1-SCY Q所分別據以排列的第一軸向X以及第二軸向Y，是與天線電路110包含的第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N所分別據以排列的軸向相同。然而於其他實施例中，第一感測電容SCX 1-SCX P以及第二感測電容SCY 1-SCY Q所分別據以排列的軸向，可與第一軸向天線ANX 1-ANX M以及第二軸向天線ANY 1-ANY N所分別據以排列的軸向不同。
於一實施例中，第一感測電容SCX 1-SCX P以及第二感測電容SCY 1-SCY Q形成不同、互不接觸且交錯而互不為對方遮蔽的兩層平面結構，以達到電性隔離且分別進行感測的功效。第一感測電容SCX 1-SCX P以及第二感測電容SCY 1-SCY Q的行數與列數分別為P個及Q個。於不同的實施例中，數目P與Q可依實際需求而為相同或是不同。
於一範例中，待測物件105例如，但不限於手指、具有導電材質的被動式觸控筆或具有吸收電流能力的主動式觸控筆，可對第一感測電容以及第二感測電容進行電性接觸行為，使第一感測電容以及第二感測電容產生電流變化，進一步使該電容式觸控電路產生電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P。
需注意的是，在圖1中，天線電路110以及電容式觸控電路120是分別以兩個獨立的方塊示意。然而在實體配置上，天線電路110的平面結構以及電容式觸控電路120的平面結構彼此間可平行上下對應設置。舉例而言，在一範例中，當天線電路110以及電容式觸控電路120均配置於智慧型手機或是平板電腦中時，電容式觸控電路120可平行設置於天線電路110之上，以由使用者直接進行電性接觸行為進行電容感測，而天線電路110則設置於電容式觸控電路120之下，透過外部諧振刺激行為進行電磁感測。
電磁感測訊號處理電路130以及電容感測訊號處理電路140分別為阻感容（RLC）電路，且可具有不同的結構，配置以分別對電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N以及電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P進行相對應的濾波。其中，電磁感測訊號處理電路130的結構可設計以對電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N的功率以及頻率變化進行對應的濾波。電容感測訊號處理電路140的結構可設計以對電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P的電流變化進行對應的濾波。
偵測電路150配置以電性耦接於天線電路110以及電容式觸控電路120，以在偵測到天線電路110產生電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N時，傳送電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N至電磁感測訊號處理電路130進行例如，但不限於上述的濾波處理。並且，在濾波處理後，電磁感測訊號處理電路130將傳送電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N至處理電路160。其中，電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N經由偵測電路150以及電磁感測訊號處理電路130傳送至處理電路160的路徑，在圖1中是以粗線繪示。
並且，偵測電路150在偵測到電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P時，傳送電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P至電容感測訊號處理電路140進行例如，但不限於上述的濾波處理。並且，在濾波處理後，電容感測訊號處理電路140將傳送電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P至處理電路160。其中，電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P經由偵測電路150以及電容感測訊號處理電路140傳送至處理電路160的路徑，在圖1中是以細線繪示。
於一實施例中，偵測電路150可包含例如，但不限於切換元件，以依據訊號來源的偵測結果進行切換，傳送訊號至對應的處理電路。
處理電路160根據電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N及/或電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P進行計算，以決定待測物件105之位置。
於一實施例中，處理電路160可選擇性地包含例如，但不限於放大器170、類比與數位轉換器180（於圖1中標示為ADC）以及處理器190。因此，就處理電路160的處理程序而言，電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N與電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P可在電磁感測訊號處理電路130以及電容感測訊號處理電路140處理完後，至放大器170接收並進行放大，再由類比與數位轉換器180進行類比至數位的轉換，再傳送至處理器190。
處理器190可例如，但不限於根據電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N的交集計算出待測物件105相對天線電路110所形成的平面之位置。並且，處理電路160可例如，但不限於根據電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P的交集，以及電容式觸控電路120所形成的平面之位置。
於不同實施例中，處理電路160可選擇性地僅依據天線電路110進行電磁感測，選擇性地僅依據電容式觸控電路120進行電容感測，或是同時依據天線電路110以及電容式觸控電路120進行電磁以及電容感測。
由於處理電路160可藉由天線電路110進行非直接接觸或是直接接觸的感測，亦可藉由電容式觸控電路120進行直接接觸的感測，因此觸控系統100可具有更多元的感測方式來互補彼此的不足，同時兼具不同感測方式的優點。並且，在經過電磁感測訊號處理電路130以及電容感測訊號處理電路140分別進行對應的處理後，處理電路160僅需以單一電路模組即可處理電磁感測以及電容感測的訊號，不需針對不同的感測方式設置不同的處理電路，大幅地節省硬體成本。
綜合上述，本發明的觸控系統可藉由天線電路及/或電容式觸控電路進行感測，對於觸控定位將有更彈性的設計與應用。
請參照圖2。圖2為本發明一實施例中，一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控方法200的流程圖。
除前述裝置外，本發明另揭露一種觸控方法200，應用於例如，但不限於圖1的觸控系統100中。觸控方法200之一實施例如圖2所示，包含下列步驟：
S210：使天線電路110在待測物件105產生外部諧振刺激行為時進行感測，以產生電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N。
S220：使電容式觸控電路120在待測物件105產生電性接觸行為時進行感測，以產生電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P。
S230：使偵測電路150在偵測到天線電路110產生電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N時，傳送電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N至電磁感測訊號處理電路130進行處理。
S240：使偵測電路150在偵測到電容式觸控電路120產生電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P時，傳送電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P至電容感測訊號處理電路140進行處理。
S250：使處理電路160根據產生的電磁感測訊號SX 1-SX M以及SY 1-SY N及/或電容式觸控電路120產生的電容感測訊號CX 1-CX Q以及CY 1-CY P進行計算，以決定待測物件105之位置。
需注意的是，上述的實施方式僅為一範例。於其他實施例中，本領域的通常知識者當可在不違背本發明的精神下進行更動。
綜合上述，本發明中電容式與電磁式雙模感測機制之的觸控系統及方法可整合電磁感測的天線電路與電容感測的電容式觸控電路，對於觸控定位將有更彈性的設計與應用。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100:觸控系統
105:待測物件
110:天線電路
115:諧振刺激電路
120:電容式觸控電路
130:電磁感測訊號處理電路
140:電容感測訊號處理電路
150:偵測電路
160:處理電路
170:放大器
180:類比與數位轉換器
190:處理器
200:觸控方法
ANX1-ANXM:第一軸向天線
ANY1-ANYN:第二軸向天線
CX1-CXQ、CY1-CYP:電容感測訊號
SCX1-SCXP:複數行第一感測電容
SCY1-SCYQ:複數列第二感測電容
SX1-SXM、SY1-SYN:電磁感測訊號
S210~S230:步驟
［圖1］顯示本發明之一實施例中，一種觸控系統的方塊圖； ［圖2］顯示本發明之一實施例中，一種觸控方法的流程圖。
100:觸控系統
105:待測物件
110:天線電路
115:諧振刺激電路
120:電容式觸控電路
130:電磁感測訊號處理電路
140:電容感測訊號處理電路
150:偵測電路
160:處理電路
170:放大器
180:類比與數位轉換器
190:處理器
ANX1-ANXM:第一軸向天線
ANY1-ANYN:第二軸向天線
CX1-CXQ、CY1-CYP:電容感測訊號
SCX1-SCXP:複數行第一感測電容
SCY1-SCYQ:複數列第二感測電容
SX1-SXM、SY1-SYN:電磁感測訊號

Claims (10)

  1. 一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控系統，包含：一天線電路，配置以在一待測物件產生一外部諧振刺激行為時進行感測，以產生一電磁感測訊號；一電容式觸控電路，配置以在該待測物件產生一電性接觸行為時進行感測，以產生一電容感測訊號；一電磁感測訊號處理電路；一電容感測訊號處理電路，其中該電磁感測訊號處理電路以及該電容感測訊號處理電路分別為一阻感容(RLC)電路，配置以分別對該電磁感測訊號以及該電容感測訊號進行相對應的濾波；一偵測電路，配置以電性耦接於該天線電路以及該電容式觸控電路，以在偵測到該天線電路產生該電磁感測訊號時傳送該電磁感測訊號至該電磁感測訊號處理電路進行處理，以及在偵測到該電容式觸控電路產生該電容感測訊號時傳送該電容感測訊號至該電容感測訊號處理電路進行處理；以及一處理電路，電性耦接於該電磁感測訊號處理電路以及該電容感測訊號處理電路，以根據該電磁感測訊號及/或該電容感測訊號進行計算，以決定該待測物件之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該天線電路包含排列成一陣列之複數個線狀天線，該電容式觸控電路包含排列成一陣列之複數個感測電容。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該外部諧振刺激行為是由該待測物件之一諧振刺激電路主動發射具有一狀態變化且帶有頻率之一無線訊號產生，其中該諧振刺激電路為一無線訊號發射元件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該外部諧振刺激行為是由該待測物件之一諧振刺激電路接近該天線電路產生之一感應電動勢，其中該諧振刺激電路為一外部諧振電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控系統，其中該電性接觸行為使該電容式觸控電路包含之複數個感測電容產生一電流變化，進一步使該電容式觸控電路產生一電容感測訊號。
  6. 一種電容式與電磁式雙模感測機制之觸控方法，包含：使一天線電路在一待測物件產生一外部諧振刺激行為時進行感測，以產生一電磁感測訊號；使一電容式觸控電路在該待測物件產生一電性接觸行為時進行感測，以產生一電容感測訊號；使一偵測電路在偵測到該天線電路產生該電磁感測訊號時傳送該電磁感測訊號至一電磁感測訊號處理電路進行處理；使該偵測電路在偵測到該電容式觸控電路產生該電容感測訊號時傳送該電容感測訊號至一電容感測訊號處理電路進行處理；使該電磁感測訊號處理電路以及該電容感測訊號處理電路分別對該電磁感測訊號以及該電容感測訊號進行相對應的濾波，其中該電磁感測訊號處理電路以及該電容感測訊號處理電路分別為一阻感容電路；以及 使一處理電路根據該電磁感測訊號及/或該電容感測訊號進行計算，以決定該待測物件之位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中該天線電路包含排列成一陣列之複數個線狀天線，該電容式觸控電路包含排列成一陣列之複數個感測電容。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中該外部諧振刺激行為是由該待測物件之一諧振刺激電路主動發射具有一狀態變化且帶有頻率之一無線訊號產生，其中該諧振刺激電路為一無線訊號發射元件。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中該外部諧振刺激行為是由該待測物件之一諧振刺激電路接近該天線電路產生之一感應電動勢，其中該諧振刺激電路為一外部諧振電路。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中該電性接觸行為使該電容式觸控電路包含之複數個感測電容產生一電流變化，進一步使該電容式觸控電路產生一電容感測訊號。
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