TWI817937B - 介質觸碰感測功能的電子書 - Google Patents

Abstract

一種介質觸碰感測功能電子書，在觸碰感測技術上是利用電容感應原理，包含板體、片體、導電體及處理單元等元件，板體與片體類似介電層，且導電體帶電，因此當手指等外部帶電體隔著板體與片體而能使帶導電體的電位改變時，處理單元則進行適當處理，當片體上有圖案或文字等，更能透過喇叭發出聲音，本發明的電子書也具有頁碼檢測功能，主要透過片體的側緣形狀使多個開關切換成不同組合，當結合觸碰感測功能及頁碼檢測功能時，更能根據不同頁面而發出頁面所載各內容的語音訊息。

Description

介質觸碰感測功能電子書

一種電子書，尤其是一種介質觸碰感測功能電子書。

對於幼童和視障者而言，有聲書的開發係提供幼童和視障者閱讀書籍上極大的樂趣性與便利性。

參閱台灣新型專利公告號M491889「智慧型電子語音書」及台灣發明專利公告號I550501「可有效偵測頁碼之智慧型電子語音書」，這兩篇專利是由本發明案的發明人所申請，以上兩件皆揭露頁碼感測與感測書頁上的內容的技術手段。

首先，在頁碼感測的部分，M491889案的表現還不算非常理想，因頁碼感應片的帶電量接近於環境空間中的雜訊，造成電容式感應器無法有效感測其為雜訊或頁碼感應片，因此為了改善此缺失，在I550501中揭露了一種提高頁碼感應片帶電量的方式，此外也提出在將磁鐵埋入於書頁之內，並透過霍爾IC感測的方式，而達成每次都能確實檢測的頁碼功能，然而霍爾IC的成本高，因此書頁的數量越多，霍爾IC的數量就必須越高，造成製作成本增加。

而且，將磁鐵埋入於書頁之內，就必須在兩紙張之間設置磁鐵，這樣加工方式只能透過人工的方式來將磁鐵的定位在適當位置後，再紙張黏合，加工上非常耗時耗力，因此為上述電子語音書的實體書必須另外加以製作，而無法給一般書本所用。

而在書頁內容的感測部分，主要感測元件是電容式感應器，比如導電薄膜感應器(ITO Sensor)、投射電容式觸控感應器、可撓式導電薄膜感應器或、可撓式投射電容式觸控感應器，上述的電容式感應器都能確實感測感測電容變化，不過電容式感應器的成本較高，因此通常使用在感測靈敏度需求高的電子產品上，而使用在電子書上，卻使得製作成本無法控制合理範圍中，因此必須提供一種專門供電子書用的觸碰感測技術手段，讓製作成本合理，同時使感測能力同樣有效。

本發明的主要目的在於提供一種具觸碰感測功能的電子書，其中除了微處理器、電位感知晶片及/或快閃記憶體之外，並未使用高單價的電容式感應器，其中在感測書頁內容的部分，雖然也是利用電容感應原理，但不同的地方在於，一般的高感應靈敏度的電容式感應器是以玻璃基板作為介電質，然後透過半導體製程製作出電容式感應器，但在本發明中完全不需要透過半導體製程，而是將多個導電體直接設置於絕緣性的板體，片體則設置於板體上也具絕緣性，多個導電體並接上電源，因此當手指移動到任一導電體上的上方，且隔著板體與片體相對於該任一導電體時，該任一導電體的電位因電容充放電效應而改變，電位感知晶片透過持續掃描偵測，而將檢測訊號傳給微處理器處理。

本發明的另一目的在於提供一種具有頁碼檢測功能的電子書，在頁碼檢測功能則是透過數個開關及片體的特定結構互相配合而成，也就是讓每一片體的側邊的形狀皆不相同，而且片體原則上是以可拆卸式的安裝固定於板體上，其中如果開關數量為兩個，則有4種不同的開關組合，如果開關數量 為4個，則有16種不同的開關組合，因此當不同片體的被安裝至板體上時，能分別使該等開關形成不同的組合，微處理器係根據不同的開關組合而判別出其所代表的頁碼。

本發明的另一目的在於提供一種具有頁碼檢測功能的電子書，其中片體可以是空白頁面，使用者自行在空白頁面上畫上圖案或貼上貼紙標示觸碰位置，並自行錄製對應圖案的聲音或音效，當設定完成後，並觸碰圖案或貼紙時，處理單元根據先前設定而播放對應圖案的聲音或音效。

本發明的另一目的在於提供本發明的頁碼檢知功能更能與圖1~圖4的感測片體上技術手段能相互結合使用，實際應用情形為，使用者先安裝一片體於板體上，該片體安裝完成時，透過前述的頁碼檢測手段去判別出該片體的頁碼，微處理器則產生與頁碼相對應的設定，因此當外部帶電體接觸到片體的圖像時，依前文所提到的資訊內容感測手段，則使喇叭產生對應的聲音；如果換另一片體安裝於板體上，微處理器則產生與另一片體的頁碼相對應的設定，當外部帶電體接觸到另一片體的任一資訊內容，微處理器則控制喇叭產生對應的聲音。

本發明除了微處理器、電位感知晶片及/或快閃記憶體之外，其他構件成本低廉，其中，板體可以是塑膠板，導電體可以使用銅箔片，導電體與外部帶電體之間的絕緣層就是板體及書頁，而不需要另外設置絕緣層，再以導線電連接銅箔片與電位感知晶片；上述的構件的成本非常低而且也容易被加工製造，因此達成整體製造成本得以下降且具良好觸控感測功能的電子書；在頁碼感測方式，只需要對片體或現有書本的書頁做簡單加工使其側緣形狀不同即可，在開關選擇上，更是選擇單價極低的指撥開關、按鈕開關、光電開關或 機構開關即可，並透過適當運算處理如二進制運算，而能有效偵測頁碼，藉以達成使整體製造成本得以下降且具良好頁碼感測功能的電子書。

10:板體

20:片體

20a、20b:圖像

30:導電體

30a、30b:銅箔片

40:處理單元

41:電位感知晶片

43:微處理器

45:快閃記憶體

47:導線

50:喇叭

60a~60d:開關

100:外部帶電體

110:隔空感應區

120:手指

10a:凸部

P1:第一頁

P2:第二面

圖1本發明介質觸碰感測功能電子書的第一實施例示意圖。

圖2為本發明第一較佳實施例的電路功能方塊示意圖。

圖3為本發明片體的圖像與導電體之間的第一種配置關係示意圖。

圖4為本發明片體的圖像與導電體之間的第二種配置關係示意圖。

圖5為本發明手指作為外部帶電體時，手指接觸處與手指接觸的周圍區域所引起的電容感應範圍的示意圖。

圖6為本發明外部帶電體同時對應於兩導電體的示意圖。

圖7為本發明具有頁碼檢測功能的電子書的片體的側邊結構與開關的配置示意圖。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

參閱圖1，圖1為本發明介質觸碰感測功能電子書的第一實施例示意圖。如圖1所示，在第一實施例中，板體10是使用塑膠板或其他具絕緣性的板體，片體20則是卡片或書頁形式，其中片體20上已具有圖像，如蘋果20a及葡萄20b的圖像，其中在板體10的底面上佈設一個或多個導電體30(導電體30設置於板體的底面，因此以虛線示意)，較佳的，導電體30為薄片狀的導電體，比如金屬片、導電碳膜或其他具導電性的材質，金屬片的材質是銅、金、 銀、鋁或其他適合金屬材質；在本實施例中，導電體30是使用9個的銅箔片並且與電源(圖面未顯示)的正極或負極構成電性連接，藉此，使正電荷或負電荷傳到導電體30。

多個銅箔片30透過電性連接而與處理單元40連接；其中蘋果20a及葡萄20b的圖像係大致對應於銅箔片30a與銅箔片30b，原則上銅箔片30a與蘋果圖20a要相互對應，對應程度不需要完全重疊，只要大致上能彼此對應即可。

而在本實施例中，導電體30不限於圖中的圓形，因此四邊形、多邊形或不規則圖形等各種幾何圖形都適用，雖然圖1的導電體30是矩陣排列分布，但只是用以方便說明的較佳實施例而已，並不是用以限定本發明的範圍，因此並不限制於是規則狀或不規則狀的排列，其中只要多個導電體30彼此之間係相距一適當間隔，且圖像(或其他各種訊息態樣)大致對應到導電體即可，重要的是當外部帶電體靠近與圖像對應的銅箔片時，能造成與圖像對應的導電體的電位發生變化(詳細內容請見後文所述)。

片體20也具有絕緣性，當片體20被置放於板體10的頂面上，片體20與板體10能作為介電層，因此當外部的帶電體如手指或筆尖帶電的筆靠近或接觸到片體20時，則形成類似電容器結構，因手指與銅箔片形成兩電極的作用，兩電極之間並具有絕緣層(即片體20與板體10)。

因此當手指靠近或接觸片體20上的蘋果20a的圖像時，對應蘋果20a的銅箔片30a則因產生電容充放電效應而使銅箔片30a的電位改變，處理單元40透過偵測到銅箔片30a的電位變化，比如電位上升或下降到一預定電壓，處理單元40則產生相對應的控制訊號或聲音訊號。

綜上所述，只要接觸到片體20的圖像等訊息內容，就能使處理單元40偵測到與圖像相對應的導電體的電位改變，進而使處理單元40產生控制訊號或控制命令，但要注意的是，本發明的觸碰感測方式的實施並不是透過具有透明感應電極的電容式感應器，也不是直接接觸於感應電極，而是透過帶電的銅箔片與外部帶電體，以及設置於帶電的銅箔片與外部帶電體之間片體與板體而達成觸控感測的目的。

板體10為塑膠材質或任何其他具有絕緣特性的材質，片體20為卡片、書頁、畫板及其他各種形式的片狀體；而為了使外部帶電體100能有效使其所對應的導電體30的電位有效改變，比如能使電位更快速升降至預定電壓，因此板體10與片體20的總厚度範圍可介於1~15mm之間；較佳的總厚度範圍在1.2~8mm之間；最佳的厚度範圍在1.6~2mm之間；該外部帶電體100為人體如手指或筆尖帶電的筆，比如手指或觸控筆等。

參閱圖2，圖2為本發明第一較佳實施例的電路功能方塊示意圖，其中，該處理單元40更包含一電位感知晶片41，甚至更進一步包含快閃記憶體45；多個導電體30是與電位感知晶片41構成電性連接，比如透過導線47連接上述兩者；電位感知晶片41係感測導電體30的電位是否發生變化，當導電體30的電位有變化時，電位感知晶片41則產生感測訊號給微處理器43處理，經微處理器43處理後，微處理器43則產生對應該感測訊號的控制訊號並傳送給快閃記憶體45。

快閃記憶體45接收該控制訊號後則產生對應該控制訊號的聲音訊息並經由喇叭50播放，其中快閃記憶體45內已預先儲存多種聲音訊息，且已預先對微處理器43與快閃記憶體45作相關設定處理，因此微處理器43能根據不 同的感測訊號而產生相對應的控制訊號，快閃記憶體45也能根據不同控制訊號而產生相對應；以本實施例而言，快閃記憶體45是存放的聲音訊息至少有兩筆，兩筆分別是對應蘋果圖像20a與葡萄圖像20b的聲音訊息，比如「apple」及「grape」的聲音訊號；上述的電位感知晶片41可以是觸控晶片。

參閱圖3，圖3為本發明片體的圖像與導電體之間的第一種配置關係示意圖，圖3中的小圓圈是外部帶電體100接觸片體20的面積，大圓圈則是片體上所載圖像(資訊內容)的輪廓20c，外部帶電體100接觸於圖像20c時，外部帶電體100所指的位置也對應於圖像下方的導電體30，其中外部帶電體100是在能使導電體發生電位改變的範圍中；藉此，使導電體30的電位發生變化，電位感知晶片41則傳送代表導電體的感測訊號給微處理器，微處理器經判別後則產生對應控制訊號，而控制喇叭產生聲音；因此當有多個導電體對應於多個資訊內容時，微處理器能依不同導電體傳來的感測訊號而產生的不同控制訊號，進而控制喇叭播放不同的語音及音樂訊息，如此，本發明的電子書得以提供語音播放功能，能作為電子語音書使用。

參閱圖4，圖4為本發明片體的圖像與導電體之間的第二種配置關係示意圖，如果圖像20c的面積較大，就會對應到多個導電體30，比如在圖4中，4個導電體30同時對應到圖像20c，雖然外部帶電體100指到4個導電體30時，電位感知晶片41是感測不同導電體30的電位發生變化，但是只要經事先對微處理器做設定，微處理器只會產生同樣的控制訊號，而控制喇叭播放同樣的聲音，也就是當外部導電體100指在右上角的導電體或左下角的導電體，微處理器只會產生同樣的控制訊號，而控制喇叭播放同樣的聲音。

參閱圖5，本發明手指作為外部帶電體時，手指接觸處與手指接觸的周圍區域所引起的電容感應範圍的示意圖，在本發明中，若以手指作為外部帶電體，導電體發生電容感應的區域會略大於被手指接觸的部分，因為手指的皮膚上帶有靜電，因此手指雖然未實質接觸圖像但剛好在能使導電體發生電位變化的距離時，也會引發電容感應，也就圖5中以虛線的圓圈是表示隔空感應區110，也就是手指非接觸於片體但所引起的電容感應區塊；因此，當手指接觸於片體時，手指不僅在接觸片體的位置能引起電容感應，也能在接觸片體的周圍區域引起隔空感應，基於此特性，因此當手指不是指在圖像20c，但非常靠近於圖像20c的邊緣或者指在圖像20c的邊緣處時，也能使對應圖像的導電體的電位發生變化，而使微處理器介入處理；然而現有技術則必須透過對準接觸圖像才能引發特定效果，因此相比於現有技術，本發明只要手指指在圖像的邊緣或非常靠近圖像的邊緣，都能有效感測處理並控制喇叭播放對應的聲音。

參閱圖6，圖6為本發明外部帶電體同時對應於兩導電體的示意圖前述的相鄰的導電體間的間隔是屬於等同於或略大於手指寬度的情形，因此在上述的示例中，不會發生手指會同時引起兩導電體的電位改變，而圖6則是當兩導電體之間的距離小於手指寬度小的情形，比如當以手指120(圓圈是示意手指接觸到片體的面積)觸碰葡萄的圖像20b時，手指120會對應到銅箔片30b及對應蘋果圖像20a下方的銅箔片30a，從圖6能明顯看出，蘋果圖20a被手指120對應到面積明顯少於葡萄圖20b被手指對應到的面積，基於電容量和電極的面積成正比的關係，因此與蘋果圖20a對應的銅箔片30a的電位變化程度必定明顯較小，但是對應葡萄圖20b的金屬片的電容量變化快或電位變化量比較多，因此微處理器43會先感測到銅箔片30b的電位變化，而不處理後續收到的感測 訊號，而控制喇叭50發出葡萄的語音；如果手指120剛好同時對應到兩金銅箔片，且觸碰面積差不多，造成電位變化量非常接近，而使微處理器幾乎同時感測到電位變化或兩者電位變化幾乎一致，則微處理器也能被預設成不產生控制訊號，或者也能產生出預設控制訊號，藉該預設控制訊號而使喇叭發出適當的語音訊息，比如播放出「請重新觸碰」或「請觸碰正確位置」聲音，也可播放出適當音效。

因此根據上述，當兩個或兩個以上的導電體都產生電位的改變，只要其中一導電體的電位改變量明顯較高或電位變化速度明顯較快，則能被電位檢知晶片有效感測，而被微處理器加以處理，而播放出對應導電體的聲音，反之相鄰導電體的電位改變量或改變速度是幾乎相同或電位升降不明顯，則微處理器則不處理或根據預設方式另做處理，比如播放出「重新觸碰」的聲音。

以上所述的是，微處理器能夠根據導電體的間隔不同，而做相對應的設定，以上舉例的微處理器多種設定方式及播放出的語音訊息，只是方便說明用的實施例而已，並非用以限定本發明的範圍，因此只要使用上述結構及電子元件而檢測導電體的電位變化並使微處理器做出對應處理的手段，皆落在本發明的所欲保護範圍內。

以上所述的實施例為該片體上已具有一或多個的資訊內容，雖然上述的蘋果圖與葡萄圖是屬於圖像內容，但不限於此，也能顯示出文字或其他類型等訊息內容；或者，也能提供空白的卡片供使用者自行定義出文字類及/或圖像類等多個訊息內容，比如在空白的卡片或書頁上寫上文字、畫上圖案或貼上貼紙，然後透過按下錄音鍵，自行錄製要播放的聲音、音樂或音效，同時 使用者透過接觸或其他方式使對應自行定義的內容的導電體發生電容感應，以使微處理器能記憶導電體與錄製訊息之間的對應關係，因此當使用者完成相關設定後，使用者一去接觸手繪或貼紙的訊息內容時而能隨即播放出自行定義的聲音、音樂或音效。

為了達成上述功能，本發明提供一種方式是，透過錄音鍵(圖未示)的使用並配合處理單元40的快閃記憶體45，當按下該錄音鍵且當一個以上導電體的電位改變時，該快閃記憶體45則開始執行錄音功能以記錄使用者說出的一聲音訊息，同時該電位感知晶片41會產生一電位檢測訊號，同時該微處理器43並自行定義該電位檢測訊號對應產生的一控制訊號，該快閃記憶體亦自行定義該控制訊號與該聲音訊息為對應產生的關係；其中，快閃記憶體45可以是可插拔的記憶卡的形式。

另一種方式是該處理單元不使用快閃記憶體，而是使用具有錄放功能的微處理器並配合錄音鍵，也就是當按下該錄音鍵且當一個以上導電體的電位改變時，是由該微處理器去執行錄音功能以記錄一聲音訊息，同時該電位感知晶片會產生一電位檢測訊號，同時該微處理器並自行定義該電位檢測訊號對應產生的一控制訊號，且自行定義該控制訊號與該聲音訊息為對應產生的關係。上述的快閃記憶體或具有錄放功能的微處理器，當在執行錄音程序前，可以被初始化，而清空原本已儲存於內部的資料，或者原本已儲存於內部的資料被最新設定的資料直接覆寫。

參閱圖7，圖7為本發明具有頁碼檢測功能的電子書之片體的側邊結構與開關的配置示意圖。如圖7所示，使用四個開關60a~60d，由於一片體具有正反面，因此如果使用6片的片體，比如書頁，總共能被辨識的頁面為12 頁；較佳的四個開關60a~60d係設置於該板體10的同一側且彼此相距一間隔，當然也可將該開關設置於不同側，視實際需求而定；開關的形式不限，只要是具開關功能的電子零件或機構開關都可以被使用，在此實施例中，則以撥動開關為例；而片體10的側邊結構主要在片體靠近四個開關的一側設置出數量不同的凸部，且凸部的設置位置原則上對應於開關的位置。

因此，4個開關可以被視為4個位元，當開關被觸動時則被微處理器視為高電位，未被觸動的開關則被微處理器視為低電位，透過微處理器的運算處理即能判別目前被安裝於絕緣體的片體的頁碼，也就是能判別目前被安裝的片體是在正面或背面；比如將片體10的一側設置出一個凸部10a並使凸部10a對應於最上側的開關，當片體10以正面朝上方式設置於板體上時凸部10a僅會觸動最上側的開關，而當同樣的書卡以反面朝上方式設置於板體上時凸部會僅觸動最下側的開關，因此分別產生「1000」與「0001」兩組對稱頁碼，其中「1」表高電位，「0」表示低電位，因此經由事先對微處理器作設定處理，微處理器就能依據「1000」與「0001」而判斷出當前的頁碼，比如第一頁P1及第二面P2。

因此，不同書卡可設置出不同數量的凸部或凹部，當片體被安裝於板體時，該等開關會根據實際被觸動情形而產生4位元的數位訊號，然而必須要注意的是，開關的數量與書卡頁碼視實際需要而定，以上所述僅是說明用的實例而已，並非用以限制本發明的範圍，因此如果書卡的實際設置數量遠超過本實施例，則可增加開關數量與凸部或凹部的設置數目，一樣透過對微處理器作適當設定處理後，微處理器就能產生判別當前的頁碼，而輸出與該頁碼有關的控制訊號。

承上，本發明的頁碼檢知功能更能與圖1~圖6的感測片體上內容的技術手段能相互結合使用，實際應用情形為，使用者先安裝一片體於板體上，該片體安裝完成時，透過前述的頁碼檢測手段去判別出該片體的頁碼，微處理器則產生與頁碼相對應的設定，因此當外部帶電體接觸到片體的圖像時，依前文所提到的資訊內容感測手段，則使喇叭產生對應的聲音；如果換另一片體安裝於板體上，微處理器則產生與另一片體的頁碼相對應的設定，而使喇叭產生對應的聲音。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10:板體

20:片體

20a、20b:圖像

30:導電體

30a、30b:銅箔片

40:處理單元

Claims (7)

1. 一種介質觸碰感測功能電子書，包含：一板體，具絕緣性；一片體，具絕緣性，係位於該板體之上；複數導電體，係固定於該板體並與該片體相隔一適當間距；以及一處理單元，係位於該板體上並與該等導電體構成電性連接；其中，當一外部帶電體隔著該板體與該片體而對應於任一導電體，且該外部帶電體處於一適當距離靠近且非接觸該片體，使該外部帶電體對應的導電體的電位因電容感應而發生電位變化時，該處理單元係偵測該等導電體的電位變化，並依該等導電體的電位變化產生相對應的控制訊號。
2. 如請求項1所述之一種介質觸碰感測功能電子書，其中，該片體為卡片、書頁或畫板。
3. 如請求項1或2所述之介質觸碰感測功能電子書，其中，該片體的表面上顯示出一資訊內容或複數資訊內容，該資訊內容係大致對應於任一導電體。
4. 如請求項1所述之介質觸碰感測功能電子書，其中，該導電體的材質為金屬片或導電碳膜，該外部帶電體為人體或筆尖帶電的筆，該金屬片的材質是銅、金、銀或鋁之至少其中之一。
5. 如請求項1所述之介質觸碰感測功能電子書，其中，該處理單元包含一微處理器與一電位感知晶片，該電位感知晶片係電性連接於該等導電體與該微處理器之間，該電位感知晶片係檢測該等導電體 的電位是否發生改變，該微處理器則根據該電位感知晶片傳出的訊號而產生相對應的控制訊號。
6. 如請求項5所述之介質觸碰感測功能電子書，其中，該處理單元更包含一快閃記憶體，係電連接該微處理器，係根據該微處理器傳來的訊號而對應產生一聲音訊號，該聲音訊號並經由一喇叭播放出去。
7. 如請求項5所述之介質觸碰感測功能電子書，其中，該處理單元更包含一快閃記憶體與一錄音鍵，當按下該錄音鍵且當一個以上導電體的電位改變時，該快閃記憶體則開始執行錄音功能以記錄一聲音訊息，同時該電位感知晶片會產生一電位檢測訊號，同時該微處理器並自行定義與該電位檢測訊號對應產生的控制訊號，及自行定義與上述控制訊號對應產生的該聲音訊息。