TWI819695B - 電容式浮空感測模組及方法 - Google Patents

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Abstract

一電容式浮空感測模組，包含：一電容式觸控面板、一觸控驅動晶片 其與該電容式觸控面板電連接並驅動該電容式觸控面板、一處理器其與該觸控驅動晶片電連接並接收該觸控驅動晶片輸出之感測資訊，該處理器根據該感測資訊，除了產生該導電物體在該電容式觸控面板上的一投影位置外，還產生相關於該導電物體與該電容式觸控面板之間的垂直距離的感測模態及懸浮值，以在該顯示裝置上據以顯示該導電物體在該電容式觸控面板上的該投影位置以及對應於該投影位置的定位回饋圖形，其中該定位回饋圖形的大小由該導電物體之該懸浮值所決定。

Description

電容式浮空感測模組及方法
一種浮空感測模組，尤指一種電容式浮空感測模組及方法。
在全球疫情蔓延的影響下，個人電腦、平板、顯示器等硬體設備及軟體服務的需求發展被進一步帶動了。由於物品表面可能沾染病毒，使人們不敢去直接觸碰，這種情況讓非接觸式觸控產品的需求增長，如圖4所示的電容式浮空感測裝置40就是基於一種非接觸式觸控的技術，使用者的手指41在該電容式浮空感測裝置40上方預設的一高度dt的範圍內操作該電容式浮空感測裝置40。當使用者的手指41未進入該電容式浮空感測裝置40上方高度dt的範圍內時，使用者的手指41是無法操作該電容式浮空感測裝置40，這是因為使用者的手指41雖然已在該電容式浮空感測裝置40的上方，但是當使用者的手指41距離該電容式浮空感測裝置40較遠時(即大於該預設的高度dt時)，該電容式浮空感測裝置40因感測到的該使用者的手指信號較小而難以處理所述手指信號所致。但是事實上，即便使用者的手指41未進入高度dt的範圍內時，該電容式浮空感測裝置40仍然能夠感測到該使用者相對較小的手指信號，所以如何充分應用上述感測到的該使用者相對較小的手指信號來增進電容式浮空感測的功效，實有迫切的需求。
為了解決上述問題，本發明提出一種電容式浮空感測模組，其包含：一電容式觸控面板，用以感應該電容式觸控面板所面對的空間中的一導電物體在該電容式觸控面板上的一自電容投影位置； 一觸控驅動晶片，與該電容式觸控面板電連接並驅動該電容式觸控面板，以量測該導電物體所產生之感應資訊，並據以產生及輸出一感測資訊；一處理器，與該觸控驅動晶片電連接並接收該觸控驅動晶片輸出之該感測資訊；該處理器根據該感測資訊，除了產生該導電物體浮空於該電容式觸控面板時，該導電物體在該電容式觸控面板上的該自電容投影位置外，還產生該導電物體浮空於該電容式觸控面板時，相關於該導電物體與該電容式觸控面板之間的垂直距離的一懸浮值；其中該電容式浮空感測模組將所述該自電容投影位置及該懸浮值傳送至具有一顯示裝置的一系統端，以在該顯示裝置上顯示該導電物體在該電容式觸控面板上的該自電容投影位置以及相對應該自電容投影位置的一定位回饋圖形；其中該定位回饋圖形的大小由該導電物體之該懸浮值所決定。
較佳的，該電容式浮空感測模組量測該電容式觸控面板的表面垂直方向的一自電容量測值，當該自電容量測值係介於一第三閥值與一第二閥值時，該顯示裝置顯示一第三定位回饋圖形，該第三定位回饋圖形的大小由一第三懸浮值所決定；當該自電容量測值係介於一第二閥值與一第一閥值時，該顯示裝置顯示一第二定位回饋圖形，該第二定位回饋圖形的大小由一第二懸浮值所決定；當該自電容量測值係介於該第一閥值與一接觸閥值時，該顯示裝置顯示一第一定位回饋圖形，該第一定位回饋圖形的大小由一第一懸浮值所決定；其中 該第三閥值係小於該第二閥值，該第二閥值係小於該第一閥值，該第一閥值係小於該接觸閥值；該第三懸浮值係大於該第二懸浮值，該第二懸浮值係大於該第一懸浮值。
本發明還提出一種電容式浮空感測方法，包含：量測懸浮在一電容式觸控面板上的一導電物體所感應的一自電容量測值；在一最小閥值及一最大閥值之間定義出端點相連的N個閥值區域，N係為大於等於2之整數；當該自電容量測值介於該最小閥值及該最大閥值之間時，判斷該自電容量測值落在該N個閥值區域中的一第k個閥值區域中，將該導電物體的懸浮值設為一第k懸浮值，其中k為大於等於1且小於等於N的一整數；根據該自電容量測值，計算輸出一自電容投影位置並於一顯示裝置據以顯示一第k定位回饋圖形，其中該第k定位回饋圖形的大小係由該導電物體之該第k懸浮值所決定。
如上所述，本發明一種電容式浮空感測模組，其係搭配一顯示裝置及一圖形化使用者介面，以經由該圖形化使用者介面產生定位回饋圖形並在該顯示裝置上顯示所述定位回饋圖形，並以該定位回饋圖形來輔助使用者的視覺，使得使用者在看到該定位回饋圖形後，除了可據以讓使用者確認其手指在一電容式觸控面板上的一投影位置外，還可以進一步以改變該定位回饋圖形之大小的方式提示使用者其手指目前在該電容式觸控面板上方的高度，以增進電容式浮空感測功效並提供有助益的使用者經驗，故本發明已充分應用手指浮空時所感測到的信號，可達成本發明增進電容式浮空感測功效並提供有助益的使用者經驗之目的。
1:電容式浮空感測模組
11:電容式觸控面板
12:觸控驅動晶片
10:處理器
2:系統端
21:顯示裝置
22:圖形化使用者介面
31:第一感應空間
32:第二感應空間
33:第三感應空間
34:第四感應空間
35:第一定位回饋圖形
36:第二定位回饋圖形
37:第三定位回饋圖形
4:手指
40:電容式浮空感測裝置
41:手指
b:垂直周面
dt:高度
h:z-軸方向的一高度變數
h1:第一高度
h2:第二高度
h3:第三高度
h4:第四高度
M:感測模態
v:懸浮值
v1:第一懸浮值
v2:第二懸浮值
v3:第三懸浮值
RX:感應訊號
TX:類比驅動信號
圖4係本發明電容式浮空感測模組搭配一系統端的示意圖。
圖2係本發明之各模態與各懸浮值所分別對應之感應空間示意圖。
圖3A-3C係本發明之各懸浮值所分別對應之定位回饋圖形的示意圖。
圖4係本發明電容式浮空感測方法之流程圖。
圖5係習知之電容式浮空感測裝置之應用示意圖。
請參閱圖1所示，圖1除了顯示本發明的電容式浮空感測模組1外，還顯示與本發明的電容式浮空感測模組1搭配的一系統端2。本發明的電容式浮空感測模組1包含一電容式觸控面板11、一觸控驅動晶片12及一處理器10。該系統端2係包含一顯示裝置21及一圖形化使用者介面22。
該電容式觸控面板11包含有一二維電極陣列，該二維電極陣列係由彼此間絕緣的多個橫向電極與多個縱向電極所構成的，該電容式觸控面板11主要功用是用來感應該電容式觸控面板11所面對的空間中的一導電物體如一手指，以確認該導電物體在該電容式觸控面板11的二維電極陣列上的一投影位置的，如一二維座標點(X,Y)或一區域，在此，所述「投影位置」可以是該導電物體直接接觸該電容式觸控面板11所產生之感應位置(可稱為接觸感應位置)也可以是該導電物體浮空於該電容式觸控面板11所產生之感應位置(可稱為浮空感應位置)；該觸控驅動晶片12具有一驅動電路，能輸出類比驅動信號TX驅動該電容式觸控面板11上的該二維電極陣列，並接收該導電物體與該二維電極陣列對應於該類比驅動信號TX所共同響應所得之感應訊號RX，以據以產生並輸出一感測資訊給該處理器10，該處理器10便可依據該感測資訊計算以得到該導電物體在該電容式觸控面板11上的投影位置如二維座標點(X,Y)或區域。該處理器10可為一般的控制器晶片如MCU、MPU、CPU，並具有嵌入式的記憶體或亦可外接記憶體。
該系統端2指的是使用該電容式浮空感測模組1的一應用裝置，例如一平板電腦、一手機或一個人電腦。在該系統端2中，該顯示裝置21依該圖形化使用者介面22的指示來進行顯示，該圖形化使用者介面22可接收由該電容式浮空感測模組1傳來該導電物體的一投影位置如二維座標點(X,Y)或區域，以產生對應於該導電物體位置的相關影像，並將所述對應於該導電物體位置的相關影像在該顯示裝置21上顯示。
該處理器10在接收該觸控驅動晶片12所傳來的感測訊號後，依據該感測訊號的數值決定該導電物體相對於該電容式觸控面板11的一感測模態M及一懸浮值v，其中該感測模態M及該懸浮值v係皆相關於該電容式觸控面板11與該導電物體之間的距離範圍。請參閱圖2所示，圖2顯示z-軸方向的一高度變數h，其中h0係代表該電容式觸控面板11的一表面，h1係代表該電容式觸控面板11的表面上方一第一高度h1所對應的一水平面，h2係代表該電容式觸控面板11的表面上方一第二高度h2所對應的一水平面，h3係代表該電容式觸控面板11的表面上方一第三高度h3所對應的一水平面，h4係代表該電容式觸控面板11的表面上方一第四高度h4所對應的一水平面，其中0<h1<h2<h3<h4，例如：h1=15mm、h2=35mm、h3=50mm、h4=100mm。圖2還顯示該電容式觸控面板11的感測邊界在z-軸方向的延伸所形成的一垂直周面b。
該第一高度h1所對應的水平面、該電容式觸控面板11的表面及該垂直周面b三者共同形成一第一感應空間31；該第二高度h2所對應的水平面、該第一高度h1所對應的水平面及該垂直周面b三者共同形成一第二感應空間32；該第三高度h3所對應的水平面、該第二高度h2所對應的水平面及該垂直周面b三者共同形成一第三感應空間33；該第四高度h4所對應的水平面、該第三高度h3所對應的水平面及該垂直周面b三者共同形成一第四感應空間34。
當一導電物體與該電容式觸控面板11的表面接觸時，該導電物體的感測模態M被設定為3，此時該導電物體是直接接觸(contact)該電容式觸控面板11的表面；當一導電物體係位於該第一感應空間31時，該導電物體的感測模態M被設定為2且其懸浮值v係被設為一第一懸浮值v1(如5mm)，此時該導電物體是懸浮(hover)於該電容式觸控面板11的表面；當一導電物體係位於該第二感應空間32時，該導電物體的感測模態M被設定為2且其懸浮值v係被設為一第二懸浮值v2(如10mm)，此時該導電物體也是懸浮(hover)於該電容式觸控面板11的表面；當一導電物體係位於該第三感應空間33時，該導電物體的感測模態M被設定為2且其懸浮值v係被設為一第三懸浮值v3(如15mm)，此時該導電物體亦是懸浮(hover)於該電容式觸控面板11的表面；當一導電物體係位於該第四感應空間34時，該導電物體的感測模態M被設定為1，此時該導電物體是鄰近於該電容式觸控面板11的表面；當一導電物體係位於該第四感應空間34之上時，該導電物體的感測模態M被設定為0。
請參閱圖3A-3C所示，圖3A顯示一手指4係介於該第三高度h3所對應的水平面與該第二高度h2所對應的水平面之間(即該第三感應空間33)，該手指4的感測模態M被設定為2且其懸浮值v為該第三懸浮值v3，此時該顯示裝置21依該圖形化使用者介面22的指示來顯示一第三定位回饋圖形37，該第三定位回饋圖形37係為一直徑為該第三懸浮值v3(如15mm)的圓形。類似的，圖3B顯示一手指4係介於該第二高度h2所對應的水平面與該第一高度h1所對應的水平面之間(即第二感應空間32)，該手指4的感測模態M被設定為2且其懸浮值v為該第二懸浮值v2，此時該顯示裝置21依該圖形化使用者介面22的指示來顯示一第二定位回饋圖形36，該第二定位回饋圖形36係為一直徑為該第二懸浮值v2(如10mm)的圓形。類似的，圖3C顯示一手指4係介於該第一高度h1所對應的水平面與該電容式觸控面板11的表面之間(即該第一感應空間31)，該手指4的感測模 態M被設定為1且其懸浮值v為該第一懸浮值v1，此時該顯示裝置21依該圖形化使用者介面22的指示來顯示一第一定位回饋圖形35，該第一定位回饋圖形35係為一直徑為該第一懸浮值v1(如5mm)的圓形。其中0<h1<h2<h3，且v3>v2>v1，所以使用者可以依據定位回饋圖形的大小，判斷目前該手指4與該電容式觸控面板11的表面在Z-軸方向之間的距離。
承上所述，更精確的說，當該手指4離該電容式觸控面板11的表面愈遠時，該電容式浮空感測模組1感應該手指4所得的座標的偏差量就愈大，所以相對應的定位回饋圖形就會愈大。所以當使用者的手指在該電容式觸控面板11的表面上方，由遠至近的向該電容式觸控面板11的表面移動時，相對應的定位回饋圖形就會由大變小，當該使用者觀察到定位回饋圖形隨著手指向該電容式觸控面板11的表面移動接近而由大變小時，該使用者就會知道該電容式浮空感測模組1所感測到的該手指4的座標係隨著手指4向該電容式觸控面板11的表面移動接近而愈來愈準確，這使得該使用者能更準確更便利的掌握其手指浮空於該電容式觸控面板11的表面上方時，該電容式浮空感測模組1所感測到該手指4的位置，故而上述該定位回饋圖形隨著該手指4與該電容式觸控面板11表面之間的距離變化所產生的大小變化係能提供該使用者一種新的且有助益的使用者經驗。
請參閱圖4所示，圖4顯示本發明電容式浮空感測方法，係主要用來確認在該電容式觸控面板11的表面上方的一導電物體目前的一感測模態M與一懸浮值v。
本發明電容式浮空感測方法包含以下步驟：
步驟0：該電容式浮空感測模組1進行初始化；
步驟1：該電容式浮空感測模組1更新一自電容感測基準值；
步驟2：基於該自電容感測基準值，該電容式浮空感測模組1量測該電容式觸控面板11的表面垂直方向(參見圖2所示的Z軸方向)最新的一自電容量測值；
步驟3：當該自電容量測值大於等於一第四閥值(例如100)，流程跳至步驟5；
步驟4：將該導電物體的感測模態M設為0，流程跳至步驟1；在本步驟，該自電容量測值係小於該第四閥值，表示該導電物體在該電容式觸控面板11的表面上方的高度係大於該第四高度h4，已完全超出了該電容式浮空感測模組1的自電容量測範圍。
步驟5：當該自電容量測值小於一第三閥值(例如900)，流程跳至步驟8；
步驟6：當該自電容量測值小於一接觸閥值(例如26000)，流程跳至步驟9；
步驟7：將該導電物體的感測模態M設為3，流程跳至步驟1；在本步驟，該導電物體已直接接觸(contact)該電容式觸控面板11的表面，且該電容式浮空感測模組1係以多點互電容的方式偵測該導電物體，可輸出該導電物體的互電容多指座標。
步驟8：將該導電物體的感測模態M設為1，流程跳至步驟1；在本步驟，該自電容量測值係介於該第三閥值與該第四閥值之間，亦即該導電物體在該電容式觸控面板11的表面上方的高度係介於該第三高度h3該第四高度h4之間(參見圖2所示，該導電物體係在該第四感應空間34中)，此時該電容式浮空感測模組1的自電容量測已偵測到該導電物體，故該導電物體係被視為鄰近於該電容式觸控面板11的表面，但是該電容式浮空感測模組1的自電容量測尚不足以對該導電物體進行準確的空間座標定位，僅能用來確認該導電物體的存在，所以該電容式浮空感測模組1將該導電物體的二維座標設定為在螢幕的正中央例如(32768,32768)來表示該導電物體係鄰近於(proximity)該電容式觸控面板11。
步驟9：將該導電物體的感測模態M設為2；在本步驟，該自電容量測值係介於該第三閥值與該接觸閥值之間，亦即該導電物體在該電容式觸控面板11的表面上方的高度係介於該第三高度h3與該電容式觸控面板11的表面之間(參見圖2所示，該導電物體係在該第三感應空間33、該第二感應空間32或該第一感應空間31中)，此時該導電物體係被視為懸浮(hover)於該電容式觸控面板11的表面上，該電容式浮空感測模組1的自電容量測已可對該導電物體進行具有一定程度準確的空間座標定位。
步驟10：當該自電容量測值大於等於一第二閥值(例如8000)，流程跳至步驟12；
步驟11；將該導電物體的懸浮值v設為該第三懸浮值v3，該電容式浮空感測模組1根據該自電容量測值，計算輸出一自電容投影位置至該圖形化使用者介面22並於該顯示裝置21據以顯示直徑為該第三懸浮值v3(如15mm)的該第三定位回饋圖形37，流程跳至步驟1；
步驟12：當該自電容量測值大於等於一第一閥值(例如16000)，流程跳至步驟14；
步驟13：將該導電物體的懸浮值v設為該第二懸浮值v2，該電容式浮空感測模組1根據該自電容量測值，計算輸出一自電容投影位置至該圖形化使用者介面22並於該顯示裝置21據以顯示直徑為該第二懸浮值v2(如10mm)的該第二定位回饋圖形36，流程跳至步驟1；
步驟14：將該導電物體的懸浮值v設為該第一懸浮值v1，該電容式浮空感測模組1根據該自電容量測值，計算輸出一自電容投影位置至該圖形化使用者介面22並於該顯示裝置21據以顯示直徑為該第一懸浮值v1(如5mm)的該第一定位回饋圖形35，流程跳至步驟1。
由本發明的電容式浮空感測模組之上述步驟及實施例可知：所述定位回饋圖形除了可據以讓使用者確認其手指在一電容式觸控面板上的投影位置(如座標點或區域)外，還可以進一步以改變該定位回饋圖形之大小的方式提示使用者其手指目前在該電容式觸控面板上方的高度，故本發明已充分應用手指浮空時所感測到的信號，可達成本發明增進電容式浮空感測功效並提供有助益的使用者經驗之目的。
1:電容式浮空感測模組
11:電容式觸控面板
12:觸控驅動晶片
10:處理器
2:系統端
21:顯示裝置
22:圖形化使用者介面
RX:感應訊號
TX:類比驅動信號

Claims (9)

  1. 一種電容式浮空感測模組，包含：一電容式觸控面板，用以感應該電容式觸控面板所面對的空間中的一導電物體在該電容式觸控面板上的一自電容投影位置；一觸控驅動晶片，與該電容式觸控面板電連接並驅動該電容式觸控面板，以量測該導電物體所產生之感應資訊，並據以產生及輸出一感測資訊；一處理器，與該觸控驅動晶片電連接並接收該觸控驅動晶片輸出之該感測資訊；該處理器根據該感測資訊，除了產生該導電物體浮空於該電容式觸控面板時，該導電物體在該電容式觸控面板上的該自電容投影位置外，還產生該導電物體浮空於該電容式觸控面板時，相關於該導電物體與該電容式觸控面板之間的垂直距離的一懸浮值；其中該電容式浮空感測模組將該自電容投影位置及該懸浮值傳送至具有一顯示裝置的一系統端，以在該顯示裝置上據以顯示該導電物體在該電容式觸控面板上的該自電容投影位置以及相對應該自電容投影位置的一定位回饋圖形；其中該定位回饋圖形的大小由該導電物體之該懸浮值所決定。
  2. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中該電容式浮空感測模組量測該電容式觸控面板的表面垂直方向的一自電容量測值，當該自電容量測值係介於一第三閥值與一第二閥值時，該顯示裝置顯示一第三定位回饋圖形，該第三定位回饋圖形的大小由一第三懸浮值所決定；當該自電容量測值係介於一第二閥值與一第一閥值時，該顯示裝置顯示一第二定位回饋圖形，該第二定位回饋圖形的大小由一第二懸浮值所決定；當該自電容量測值係介於該第一閥值與一接觸閥值時，該顯示裝置顯示一第一定位回饋圖形，該第一定位回饋圖形的大小由一第一懸浮值所決定；其中 該第三閥值係小於該第二閥值，該第二閥值係小於該第一閥值，該第一閥值係小於該接觸閥值；該第三懸浮值係大於該第二懸浮值，該第二懸浮值係大於該第一懸浮值。
  3. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中該電容式浮空感測模組量測該電容式觸控面板的表面垂直方向的一自電容量測值，當該自電容量測值係介於一第四閥值與一第三閥值時，該導電物體的該自電容投影位置被設定為在顯示裝置的正中央，其中該第四閥值小於該第三閥值。
  4. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中該電容式浮空感測模組量測該電容式觸控面板的表面垂直方向的一自電容量測值，當該自電容量測值係大於一第四閥值時，該電容式浮空感測模組的自電容量測無法偵測到該導電物體。
  5. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中該第一、二、三定位回饋圖形係為圓形。
  6. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中當該導電物體與該電容式觸控面板之間的距離係介於一第三高度與一第二高度時，該顯示裝置顯示一第三定位回饋圖形，該第三定位回饋圖形的大小由一第三懸浮值所決定；當該導電物體與該電容式觸控面板之間的距離係介於一第二高度與一第一高度時，該顯示裝置顯示一第二定位回饋圖形，該第二定位回饋圖形的大小由一第二懸浮值所決定；當該導電物體與該電容式觸控面板之間的距離係小於一第一高度時，該顯示裝置顯示一第一定位回饋圖形，該第一定位回饋圖形的大小由一第一懸浮值所決定；其中 該第三高度係大於該第二高度，該第二高度係大於該第一高度；該第三懸浮值係大於該第二懸浮值，該第二懸浮值係大於該第一懸浮值。
  7. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中當該導電物體與該電容式觸控面板之間的距離係介於一第四高度與一第三高度時，該電容式浮空感測模組的自電容量測可偵測到該導電物體，該導電物體的該自電容投影位置被設定為在顯示裝置的正中央，其中該第四高度大於該第三高度。
  8. 如請求項1所述之電容式浮空感測模組，其中當該導電物體與該電容式觸控面板之間的距離係大於一第四高度時，該電容式浮空感測模組的自電容量測無法偵測到該導電物體。
  9. 一種電容式浮空感測方法，包含：量測懸浮在一電容式觸控面板上方的一高度的一導電物體所感應的一自電容量測值，並產生一懸浮值，該懸浮值係相關於該導電物體與該電容式觸控面板之間的垂直距離；在一最小閥值及一最大閥值之間定義出端點相連的N個閥值區域，N係為大於等於2之整數；當該自電容量測值介於該最小閥值及該最大閥值之間時，判斷該自電容量測值落在該N個閥值區域中的一第k個閥值區域中，將該導電物體的該懸浮值設為一第k懸浮值，其中k為大於等於1且小於等於N的一整數；根據該自電容量測值，計算輸出一自電容投影位置並於一顯示裝置據以顯示一第k定位回饋圖形；其中該第k定位回饋圖形的大小係由該導電物體之該第k懸浮值所決定。
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