TWM500930U - 懸浮感應之自電容式輸入裝置 - Google Patents

Description

懸浮感應之自電容式輸入裝置

本創作係關於觸控板之技術領域，尤指一種懸浮感應之自電容式輸入裝置。

隨著智慧型手機與平板電腦的快速普及，繼觸控輸入與多指手勢操作之後，懸浮手勢操作之需求逐漸浮現。懸浮偵測裝置已被大量運用在不同的智慧型手機上，以增加智慧型手機的附加價值。懸浮偵測裝置在物件未觸碰狀態下，能於特定距離內偵知物件之接近、遠離、位置與運動方向。然而已商業化的懸浮手勢偵測裝置多為光學攝影或紅外線掃描方式，常有手影問題、環境光干擾與耗能之故慮，此等皆不利於行動裝置之應用。

投射電容式觸控具有節能、長壽、機構簡潔易於產品設計等優點，特別適宜行動電子裝置之應用。在投射電容式觸控面板的電容偵測方法上，一般分為自容式與互容式。圖1中的習知自電容(self capacitance)感測方法係在同一條導體線上同時連接有驅動及感測電路110、120，先 對導體線驅動後，再對同一導體線感測其訊號的變化量，以決定自感應電容大小。

另一電容式觸控面板驅動的方法係為感測互感應電容(mutual capacitance,Cm)的大小變化，用以判斷是否有物體靠近觸控面板，同樣地，互感應電容(Cm)並非實體電容，其係第一方向的導體線與第二方向的導體線之間互感應電容(Cm)。圖2係習知互感應電容(Cm)感測之示意圖，如圖2所示，驅動器210係配置於第一方向(Y)上，感測器220係配置於第二方向(X)上，於第一時間週期T1前半週期時，由驅動器210對第一方向的導體線230驅動，其使用電壓Vy_1對互感應電容(Cm)250充電，於第一時間週期T1後半週期時，所有感測器220感測所有第二方向的導體線240上的電壓(Vo_1,Vo_2,...,Vo_n)，用以獲得n個資料，經過m個驅動週期後，即可獲得mxn個資料。

習知的投射電容式觸控面板技術上僅針對觸控面板上多點觸碰的偵測進行著墨，其無法執行懸浮感應。因此，習知投射電容式觸控面板仍有予以改善的空間。

本創作之目的主要係在提供一懸浮感應之自電容式輸入裝置，其可將懸浮感應偵測技術實現於投射電容式觸控輸入裝置。

依據本創作之一特色，本創作提出一種懸浮感應之自電容式輸入裝置，包括一感應電極層、一反射偏向 電極層、一絕緣層、及至少一個增益大於零之放大器。該感應電極層具有複數個感應電極，以感應一外部物件之觸碰或近接。該反射偏向電極層位於該感應電極層的感應方向之另一側，該反射偏向電極層具有至少一個反射偏向電極。該絕緣層位於該感應電極層與該反射偏向電極層之間。該至少一個增益大於零之放大器的輸出交連至該反射偏向電極層。

依據本創作之另一特色，本創作提出一種懸浮感應之自電容式輸入裝置，包括一感應/偏向電極層、至少一個增益大於零之放大器、一感應控制電路、及複數個選擇開關電路。該感應/偏向電極層具有複數個感應/偏向電極。該感應控制電路具有一觸控感應訊號源。該複數個選擇開關電路的每一個選擇開關電路係對應至該複數個感應/偏向電極的一個感應/偏向電極，該複數個選擇開關電路依序將該觸控感應訊號源所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該感應/偏向電極，並將此感應作動中之感應/偏向電極之觸控訊號經該等增益大於零之放大器與該等選擇開關交連至該選定感應電極週遭之感應/偏向電極，以進行觸控偵測或懸浮偵測。

依據本創作之又一特色，本創作提出一種懸浮感應之自電容式輸入裝置，包括一感應/偏向電極層、複數個增益大於零之放大器、一感應控制電路、及複數個選擇開關電路。該感應/偏向電極層具有複數個電極。該複數個增益大於零之放大器的每一個增益大於零之放大器的增益 係可由程式所調整。該感應控制電路具有一觸控感應訊號源。該複數個選擇開關電路的每一個選擇開關電路係對應至該複數個電極的一個電極，該複數個選擇開關電路依序將該觸控感應訊號源所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該電極，並將此感應作動中之感應電極的觸控感應訊號經該等可程式調控增益放大器與該等開關電路交連至該選定感應電極週遭之感應/偏向電極，以進行觸控偵測或懸浮偵測。

110、120‧‧‧驅動及感測電路

210‧‧‧驅動器

220‧‧‧感測器

230‧‧‧導體線

240‧‧‧導體線

250‧‧‧互感應電容

300‧‧‧懸浮感應之自電容式輸入裝置

310‧‧‧感應電極層

320‧‧‧反射偏向電極層

330‧‧‧絕緣層

340‧‧‧放大器

350‧‧‧感應控制電路

360‧‧‧選擇開關電路

311‧‧‧感應電極

321‧‧‧反射偏向電極

351‧‧‧觸控感應訊號源

700、800、900‧‧‧懸浮感應之自電容式輸入裝置

810‧‧‧感應/偏向電極層

820‧‧‧放大器

830‧‧‧一感應控制電路

840‧‧‧選擇開關電路

811‧‧‧感應/偏向電極

831‧‧‧觸控感應訊號源

910‧‧‧感應/偏向電極層

920,920-1,920-2,920-3‧‧‧放大器

930‧‧‧感應控制電路

940‧‧‧選擇開關電路

320‧‧‧反射偏向電極層

330‧‧‧絕緣層

911‧‧‧感應/偏向電極

931‧‧‧觸控感應訊號源

圖1中的習知自感應電容感測之示意圖。

圖2係習知互感應電容感測之示意圖。

圖3A係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置之示意圖。

圖3B係示意地顯示本創作懸浮感應之自電容式輸入裝置之反射偏向電極層與感應電極層之位置關係。

圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖5A、圖5B、圖5C、圖6係本創作懸浮感應之自電容式輸入裝置之工作原理之示意圖。

圖7係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置之另一示意圖。

圖8係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置之又一示意圖。

圖9係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置之再一示意圖。

圖10係本創作懸浮感應之自電容式輸入裝置的電力線向特定方向偏轉聚集之另一示意圖。

圖3A係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置300之示意圖。該自電容式輸入裝置300包括一感應電極層310、一反射偏向電極層320、一絕緣層330、至少一個增益大於零之放大器340、一感應控制電路350、及複數個選擇開關電路360。

該感應電極層310具有複數個感應電極311，以感應一外部物件之觸碰或近接。該複數個感應電極311之每一個感應電極的形狀為下列其中之一：多邊形、圓形、三角形、矩形、菱形、星形、五角形、六角形、八角形、楔形、幅射形及方形。

該反射偏向電極層320位於該感應電極層310的感應方向之另一側，該反射偏向電極層320具有至少一個反射偏向電極321。該至少一個反射偏向電極321之面積大於或等於該複數個感應電極311所涵蓋之面積，如圖3B所示，其中，該反射偏向電極層320係位於感應電極層310之下方，故以虛線表示。該複數個感應電極311及該至少一個反射偏向電極321係為導電材料所製造。該導電材料為下 列其中之一：鉻、鋇、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鋅、錫、鉭、鈷、鎢、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉀(K)、鋰(Li)、銦(In)、鉬、合金、銦錫氧化物(ITO)、IZO、ZnO、GZO、MG(OH)2、導電高分子、奈米炭管、石墨烯、奈米銀絲、氟化鋰(LiF)、氟化鎂(MgF2)、及氧化鋰(Li2O)。

該絕緣層330位於該感應電極層310與該反射偏向電極層320之間。

該至少一個增益大於零之放大器340的輸出交連至該反射偏向電極層320之該反射偏向電極321。該至少一個增益大於零之放大器340的增益為可調整。

該感應控制電路350具有一觸控感應訊號源351。

該複數個選擇開關電路360的每一個選擇開關電路360係對應至該複數個感應電極311的一個感應電極311。該複數個選擇開關電路360依序將該觸控感應訊號源351所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該感應電極311，以進行觸控偵測或懸浮偵測。

其中，該複數個選擇開關電路360同時將該觸控感應訊號經過該至少一個增益大於零之放大器340處理後，傳送至該反射偏向電極層330。如圖3A所示，一選擇開關電路360的一端連接至一符號i表示該端點連接至感應電極i。

圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖5A、圖5B、圖5C、圖6係本創作懸浮感應之自電容式輸入裝置300之工作原理之示意圖。如圖4A所示，當感應電極S上有觸控感應訊號、感應電極D1、D2沒有觸控感應訊號時，電力線由感應電極S射向感應電極D1、D2。如圖4B所示，當感應電極S上有觸控感應訊號、感應電極D1、D2有與S感應電極同極性之觸控感應訊號時，基於同性相斥之原理，感應電極S發出之電力線受D1、D2發出之電力線排斥而向更遠處延伸。如圖4C所示，當感應電極S上有觸控感應訊號、感應電極D1、D2有較大觸控感應訊號時，電力線由感應電極D1、D2射向感應電極S。如圖4D所示，當感應電極S上有觸控感應訊號、感應電極D1、D2有同極性之較小觸控感應訊號且感應電極D1的觸控感應訊號小於感應電極D2的觸控感應訊號時，電力線由感應電極S、D1、D2往外射出，且電力線被感應電極D2的觸控感應訊號推擠而向感應電極D1方向偏過去，因此感應電極S發出之電力線受到偏轉而向D1上方延伸。

如圖5A所示，當感應電極S上有正極性之觸控感應訊號、感應電極D1、D2沒有觸控感應訊號時，可視為感應電極S有正電荷、感應電極D1、D2相對應地有負電荷，電力線由感應電極S射向感應電極D1、D2。如圖5B所示，當感應電極S及反射偏向電極R上有正極性之觸控感應訊號、感應電極D1、D2沒有觸控感應訊號時，可視為 感應電極S及反射偏向電極R上有正電荷、感應電極D1、D2相對應地有負電荷，電力線由感應電極S及反射偏向電極R射向感應電極D1、D2。同時，由感應電極S射向感應電極D1、D2的電力線受反射偏向電極之同極性電場排斥而全部由上方發出並被推高，如此其感應的範圍可以變大。如圖5C所示，當感應電極S、反射偏向電極R、感應電極D1、D2上有正極性之觸控感應訊號時，可視為感應電極S、反射偏向電極R、感應電極D1、D2上有正電荷，電力線由感應電極S、反射偏向電極R、感應電極D1、D2向上射出。此時，感應電極S發出之電力線受排斥推擠而比圖5B中的電力線延伸得更高，如此其感應的範圍可以變得更大。同理當觸控感應訊號為負極性時亦同，只是電力線之方向相反。

如圖6所示，其中位置O1、O2、O3與感應電極Sa等距離，即d1=d2=d3。當物體為於位於位置O1、O2、O3時，感應電極Sa所感應之感應訊號大小相同，因此從感應電極S的感應訊號無從判斷該物體的位置。然而配合圖4D可知，在感應電極Sa鄰近的感應電極Sb、Sc施加同極性不同強度的觸控感應訊號時，其電力線偏向分佈不相同，因此可從感應電極S的感應訊號判斷該物體的位置。

請參考圖3A及圖5B，當該複數個選擇開關電路360同時將該觸控感應訊號經過該至少一個增益大於零之放大器340處理後，傳送至該反射偏向電極層330時，感 應電極e其上的電力線會被向上提昇，因此其感測範圍變大，而可執行懸浮感應。

圖7係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置700之另一示意圖。其與圖3A主要差別在於：該複數個選擇開關電路360同時將該觸控感應訊號經過該至少一個增益大於零340之放大器處理後，傳送至進行偵測之一感應電極e的周遭感應電極a、b、c、d、f、g、h、i。其工作原理則如圖5C所示，感應電極e其上的電力線再次被向上提昇，因此其感測範圍變得更大，而可執行懸浮感應。於本實施例中該增益大於零之放大器340的增益較佳為一。

圖8係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置800之又一示意圖。該自電容式輸入裝置800包括一感應/偏向電極層810、至少一個增益大於零之放大器820、一感應控制電路830、及複數個選擇開關電路840。

該感應/偏向電極層810具有複數個感應/偏向電極811。該感應控制電路830具有一觸控感應訊號源831。該複數個選擇開關電路840每一個選擇開關電路840係對應至該複數個感應/偏向電極的一個感應/偏向電極811。該複數個選擇開關電路840依序將該觸控感應訊號源831所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該感應/偏向電極811，以進行觸控偵測或懸浮偵測。

圖8與圖7主要差別在於移除該反射偏向電極 層320及該絕緣層330。請參考圖8及圖4B，當該複數個選擇開關電路840同時將該觸控感應訊號經過該至少一個增益大於零之放大器820處理後，傳送至進行偵測之一感應/偏向電極840的周遭感應/偏向電極a、b、c、d、f、g、h、i，感應電極e其上的電力線可被向上提昇，因此其感測範圍變大，而可執行懸浮感應。

圖9係本創作一種懸浮感應之自電容式輸入裝置900之再一示意圖。該自電容式輸入裝置900包含一感應/偏向電極層910、複數個增益大於零之放大器920、一感應控制電路930、複數個選擇開關電路940、一反射偏向電極層320、及一絕緣層330。

該感應/偏向電極層910具有複數個電極911。該複數個增益大於零之放大器920的每一放大器的增益係可由程式所調整。該感應控制電路930具有一觸控感應訊號源931。該複數個選擇開關電路940的每一個選擇開關電路係對應至該複數個電極的一個電極911，該複數個選擇開關電路940依序將該觸控感應訊號源931所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該電極911，以進行觸控偵測或懸浮偵測。

其中，該複數個選擇開關電路940同時將該觸控感應訊號經過複數個增益大於零之放大器920處理後，傳送至進行偵測之一電極e之周遭電極，使該等周遭電極a、b、c、d、f、g、h、i、s01、s02、...、s16成為該電極e之 偏向電極。

並依序改變與該等電極a、b、c、d、f、g、h、i、s01、s02、...、s16對應之增益大於零之放大器920之相對增益值，使該電極e上方之電力線向特定方向偏轉聚集，及依序讀入該電極e之感應值，比較該等感應值以判別一懸浮近接物體的相對位置與方向。

如圖9所示，該複數個選擇開關電路940與第一至第五連接線L1、L2、...、L5的連接方式係如電極a的對應選擇開關電路940與第一至第五連接線L1、L2、...、L5的連接方式，為了圖9版面乾淨，其他電極的對應選擇開關電路940與第一至第五連接線L1、L2、...、L5的連接方式僅繪示與其相連的第一至第五連接線L1、L2、...、L5連接點。

如圖9及圖4D所示，當放大器920-1的增益G1大於放大器920-2的增益G2、且放大器920-2的增益G2大於放大器920-3的增益G3，與第二連接線L2連接的電極a、d、g、h、i上的電力線會向電極c的方向偏過去，因而電極c的電力線密度較大。圖10係本創作懸浮感應之自電容式輸入裝置900的電力線向特定方向偏轉聚集之另一示意圖。如圖10所示，電極a連接至該第四連接線L4、電極b、d連接至該第三連接線L3、電極a連接至該第四連接線L4、電極g、h、i、f、c連接至該第二連接線L2。當放大器920-1的增益G1大於放大器920-2的增益G2、且放大器920-2 的增益G2大於放大器920-3的增益G3時，電極g、h、i、f、c上的電力線會向電極a的方向偏過去，因而電極a的電力線密度較大。再依序改變複數個增益大於零之放大器920之增益及該複數個選擇開關電路940，可使該電極e上方之電力線依序向特定方向偏轉聚集，並依序讀入該電極e之感應值，比較該等感應值，以判別一懸浮近接物體的相對位置與方向。

於其他實施例中，該自電容式輸入裝置900亦可省略該反射偏向電極層320及該絕緣層330，仍可使該電極e上方之電力線依序向特定方向偏轉聚集，判別一懸浮近接物體的相對位置與方向。

由前述說明可知，本創作使用反射偏向電極層320上的反射偏向電極321，使一個感應電極e上的電力線聚集於偵測方向並沿此方向延遠提昇，因此其感測範圍變大，可執行懸浮感應。或是增加一個感應電極e的周遭感應電極上的電荷，而使感應電極e上的電力線再次被向上提昇，因此其感測範圍變得更大，可執行懸浮感應。藉此，可將投射電容式觸控面板技術應用於懸浮感應。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限于上述實施例。

300‧‧‧懸浮感應之自電容式輸入裝置

310‧‧‧感應電極層

320‧‧‧反射偏向電極層

330‧‧‧絕緣層

340‧‧‧放大器

350‧‧‧感應控制電路

360‧‧‧選擇開關電路

311‧‧‧感應電極

321‧‧‧反射偏向電極

351‧‧‧觸控感應訊號源

Claims (21)

1. 一種懸浮感應之自電容式輸入裝置，包括：一感應電極層，其具有複數個感應電極，以感應一外部物件之觸碰或近接；一反射偏向電極層，其位於該感應電極層的感應方向之另一側，該反射偏向電極層具有至少一個反射偏向電極；一絕緣層，其位於該感應電極層與該反射偏向電極層之間；以及至少一個增益大於零之放大器，其輸出交連至該反射偏向電極層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該至少一個反射偏向電極之面積大於或等於該複數個感應電極所涵蓋之面積。
3. 如申請專利範圍第2項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其更包含：一感應控制電路，其具有一觸控感應訊號源；以及複數個選擇開關電路，每一個選擇開關電路係對應至該複數個感應電極的一個感應電極，該複數個選擇開關電路依序將該觸控感應訊號源所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該感應電極，以進行觸控偵測或近接偵測。
4. 如申請專利範圍第3項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個選擇開關電路同時將該觸控感應訊號經過該至少一個增益大於零之放大器處理後，傳送至該反射偏向電極層之該反射偏向電極。
5. 如申請專利範圍第4項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個選擇開關電路同時將該觸控感應訊號 經過該至少一個增益大於零之放大器處理後，傳送至當時正進行偵測之一感應電極的周遭感應電極。
6. 如申請專利範圍第5項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個感應電極之每一個感應電極的形狀為下列其中之一：多邊形、圓形、三角形、矩形、菱形、星形、五角形、六角形、八角形、楔形、幅射形及方形。
7. 如申請專利範圍第1項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個感應電極及該至少一個反射偏向電極係為導電材料所製造。
8. 如申請專利範圍第7項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該導電材料為下列其中之一：鉻、鋇、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鋅、錫、鉭、鈷、鎢、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉀(K)、鋰(Li)、銦(In)、鉬、合金、銦錫氧化物(ITO)、IZO、ZnO、GZO、MG(OH)2、導電高分子、奈米炭管、石墨烯、奈米銀絲、氟化鋰(LiF)、氟化鎂(MgF2)、及氧化鋰(Li2O)。
9. 如申請專利範圍第1項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該至少一個增益大於零之放大器的增益為可調整。
10. 一種懸浮感應之自電容式輸入裝置，包括：一感應/偏向電極層，其具有複數個感應/偏向電極；至少一個增益大於零之放大器；一感應控制電路，其具有一觸控感應訊號源；以及複數個選擇開關電路，每一個選擇開關電路係對應至該複數個感應/偏向電極的一個感應/偏向電極，該複數個選擇開關電路依序將該觸控感應訊號源所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該感應/偏向電極，並將此感應作動中之感應/偏向電極之觸控訊號經該等增益大於零之放大器與該等選擇開關交 連至該選定感應電極週遭之感應/偏向電極，以進行觸控偵測或懸浮偵測。
11. 如申請專利範圍第10項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個選擇開關電路同時將該觸控感應訊號經過該至少一個增益大於零之放大器處理後，傳送至當時正進行偵測之一感應/偏向電極的周遭感應/偏向電極。
12. 如申請專利範圍第11項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個感應/偏向電極之每一個感應/偏向電極的形狀為下列其中之一：多邊形、圓形、三角形、矩形、菱形、星形、五角形、六角形、八角形、楔形、幅射形及方形。
13. 如申請專利範圍第12項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個感應/偏向電極係為導電材料所製造。
14. 如申請專利範圍第13項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該導電材料為下列其中之一：鉻、鋇、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鋅、錫、鉭、鈷、鎢、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉀(K)、鋰(Li)、銦(In)、鉬、合金、銦錫氧化物(ITO)、IZO、ZnO、GZO、MG(OH)2、導電高分子、奈米炭管、石墨烯、奈米銀絲、氟化鋰(LiF)、氟化鎂(MgF2)、及氧化鋰(Li2O)。
15. 如申請專利範圍第10項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該至少一個增益大於零之放大器的增益為可調整。
16. 一種懸浮感應之自電容式輸入裝置，包括：一感應/偏向電極層，其具有複數個電極；複數個增益大於零之放大器，每一個增益大於零之放大器的增益係可由程式所調整；一感應控制電路，其具有一觸控感應訊號源；以及 複數個選擇開關電路，每一個選擇開關電路係對應至該複數個電極的一個電極，該複數個選擇開關電路依序將該觸控感應訊號源所產生之一觸控感應訊號傳送至對應的該電極，並將此感應作動中之感應電極的觸控感應訊號經該等可程式調控增益放大器與該等開關電路交連至該選定感應電極週遭之感應/偏向電極，以進行觸控偵測或懸浮偵測。
17. 如申請專利範圍第16項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個選擇開關電路同時將該觸控感應訊號經過該複數個增益大於零之放大器理後，傳送至當時正進行偵測之一電極之周遭電極，使該等周遭電極成為該電極之偏向電極。
18. 如申請專利範圍第17項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，依序改變與該等偏向電極對應之增益大於零之放大器之相對增益值，使該電極上方之電力線向特定方向偏轉聚集，並依序讀入該電極之感應值，比較該等感應值以判別一懸浮近接物體的相對位置與方向。
19. 如申請專利範圍第18項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個電極之每一個電極的形狀為下列其中之一：多邊形、圓形、三角形、矩形、菱形、星形、五角形、六角形、八角形、楔形、幅射形及方形。
20. 如申請專利範圍第19項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該複數個電極係為導電材料所製造。
21. 如申請專利範圍第20項所述之懸浮感應之自電容式輸入裝置，其中，該導電材料為下列其中之一：鉻、鋇、鋁、銀、銅、鈦、鎳、鋅、錫、鉭、鈷、鎢、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉀(K)、鋰(Li)、銦(In)、鉬、合金、銦錫氧化物(ITO)、IZO、ZnO、 GZO、MG(OH)2、導電高分子、奈米炭管、石墨烯、奈米銀絲、氟化鋰(LiF)、氟化鎂(MgF2)、及氧化鋰(Li2O)。