TWM537259U - 三維觸控裝置 - Google Patents

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馬明青
莊睿筌
彭元知
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奕力科技股份有限公司
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Description

三維觸控裝置
本新型創作是有關於一種三維觸控裝置，且特別是有關於一種可準確判斷觸控壓力的三維觸控裝置。
隨著電子科技的進步，電子產品成為人們生活中不可或缺的必要工具。在現今的電子產品中，為了提升操作介面的便利性，精準且靈敏的操作介面於是被提出，例如，觸控面板。
觸控面板常利用電容式觸控板來構成。其中，當觸控媒介碰觸到觸控面板時，透過偵測觸控面板上的電容感應量，可以獲知觸控的資訊。在現今的應用中，觸控媒介施與觸控面板的壓力也可成為一種有效的操控資訊。通常而言，透過觸控媒介施加在觸控面板上的壓力大小，與觸控面板上所產生的電容感應量可以成正比。
請參照圖1，圖1繪示習知技術中觸控面板上的觸控位置、觸控壓力以及電容感應量的關係圖。其中，曲線101~105分別對應觸控面板上施加不同大小的觸控壓力（曲線101對應最大觸控壓力，曲線105則對應最小觸控壓力），且曲線101~105分別表示觸控位置以及電容感應量的關係圖。在圖1中可以發現，電容感應量TV可能對應到曲線104以及105的多個位置。也就是說，若僅依據電容感應量TV來判斷觸控壓力，可能會產生誤判斷的現象。
本新型創作提供一種三維觸控裝置，可更準確偵測出觸控動作的壓力大小。
本新型創作的三維觸控裝置包括觸控面板以及控制器。觸控面板在初始化時期接收分別依據多數個觸控壓力所進行的多數個初始化觸控動作，其中，各初始化觸控動作使觸控媒介依據各觸控壓力沿移動方向接觸觸控面板。控制器耦接該觸控面板，並用以：在初始化時期中，偵測並接收對應各初始化觸控動作在移動方向上的多數個位置上分別產生的多數個電容感應量；在初始化時期中，依據對應各觸控壓力的各位置以及對應各位置的各電容感應量以進行多元非線性回歸運算以獲得多數個回歸參數；以及，在實際偵測時期中，偵測觸控面板接收實際觸控動作並獲得偵測電容感應量，依據回歸參數調整該偵測電容感應量並獲得補償後偵測電容感應量，並依據補償後偵測電容感應量獲得實際觸控動作產生的觸控面積信號。
在本新型創作的一實施例中，上述的控制器依據對應各觸控壓力的各位置以及對應各位置的各該電容感應量以建立非線性多項函式，其中，回歸參數分別為非線性多項函式中多個子項次中的增益參數。
在本新型創作的一實施例中，上述的非線性多項函式為E’ = f(x, E) = a 0+ a 1x + a 2E + a 3xE + a 4x 2+ a 5E 2，E’為該補償後偵測電容感應量，a 0-a 5為該些回歸參數，x為各該位置，E為各該電容感應量。
在本新型創作的一實施例中，上述的控制器計算各位置的區域範圍中的電容變化量的和以獲得對應各位置的各電容感應量。
在本新型創作的一實施例中，三維觸控裝置更包括濾波器。濾波器耦接該控制器，針對觸控面積信號進行濾波以產生報點結果。
在本新型創作的一實施例中，上述的觸控媒介為具有可撓式筆頭的觸控筆。
在本新型創作的一實施例中，三維觸控裝置更包括記憶體。記憶體耦接控制器，用以儲存回歸參數。
在本新型創作的一實施例中，上述的控制器包括運算電路以及類比數位轉換電路。運算電路用以進行多元非線性回歸運算以獲得回歸參數。類比數位轉換電路耦接觸控面板，依據觸控面板上的電容變化以產生電容感應量。
在本新型創作的一實施例中，上述的各電容感應量與對應的各觸控壓力的大小成正比。
在本新型創作的一實施例中，上述的控制器更用以計算電容感應量的飽和值，並針對電容感應量依據飽和值進行正規化運算。
基於上述，本新型創作提出一種三維觸控裝置，可藉由控制器以依據不同的觸控壓力在不同的多個位置上所產生的多個電容感應值進行處理。透過多元非線性回歸的運算，觸控面板上產生的多個電容感應值可以清楚的被判別，正確的偵測出實際觸控動作所產生的觸控面積信號。
為讓本新型創作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。
請參照圖2，圖2繪示本新型創作一實施例的三維觸控裝置的示意圖。三維觸控裝置200包括控制器210以及觸控面板220。觸控面板220在一初始化時期可接收分別依據多數個觸控壓力所進行的多數個初始化觸控動作。其中，各初始化觸控動作使觸控媒介TP依據各觸控壓力沿移動方向D1接觸觸控面板220。具體來說明，在初始化時期中，觸控媒介（例如觸控筆）TP可分別依據多數個不同的壓力來對觸控面板220分別執行多個觸控動作。其中，當具有相對大的觸控壓力所進行的初始化觸控動作可在觸控面板220上形成具有較大觸控面積的觸控軌跡（例如觸控軌跡M2、M3），而當具有相對小的觸控壓力所進行的初始化觸控動作可在觸控面板220上形成具有較小觸控面積的觸控軌跡（例如觸控軌跡M1）。
在另一方面，在初始化時期中，控制器210可偵測並接收對應各初始化觸控動作在該移動方向上的多數個位置上分別產生的多數個電容感應量，並且，依據對應各觸控壓力的各位置以及對應各位置的各電容感應量以進行一多元非線性回歸運算以獲得多數個回歸參數。以下將針對多元非線性回歸運算的執行細節以及回歸參數的獲得方式進行具體的描述。
以下請同時參照圖1以及圖3，其中，圖3繪示本新型創作的實施例的觸控面積變化示意圖。在圖3中，觸控媒介TP為一具彈性的可撓式觸控筆。觸控媒介TP可透過改變與觸控面板220的相對位置關係DIS1來對觸控面板220施加不同的觸控壓力。在圖3中，透過改變觸控媒介TP可透過改變與觸控面板220的相對位置關係DIS1，並使觸控面板220的位置改變至位置P1可使觸控媒介TP在觸控面板220上產生觸控面積A1。而透過增加觸控壓力，使觸控面板220的位置改變至位置P5，則可使觸控媒介TP在觸控面板220上產生觸控面積A5，其中，觸控面積A1小於觸控面積A5。
接著則請同時參照圖1以及圖4，其中，圖4繪示本新型創作實施例的電容感應量的獲得方式的示意圖。其中，當觸控媒介TP碰觸到觸控面板220的位置CP時，控制器210可計算被觸碰位置CP的一區域範圍中的電容變化量（CV11~CV33）的和以獲得對應各位置CP的電容感應量。在此，區域範圍的大小可以依據觸控媒介TP以及觸控面板220的規格，以及對應電子產品的需求來設置，圖4中所繪示的區域範圍僅只是說明範例，不用以限縮本發明的範疇。
請重新參照圖2，控制器210可建立一非線性多項函式，此非線性多項函式可以用來計算出補償後偵測電容感應量。且此非線性多項函式包括觸控面板220的位置以及電容感應量等變數。此非線性多項函式可以表示為函式(1)：
E’ = f(x, E) = a 0+ a 1x + a 2E + a 3xE + a 4x 2+ a 5E 2(1)
其中，E’為該補償後偵測電容感應量，a 0-a 5為非線性多項函式中的回歸參數，x為位置，E為對應的電容感應量。
值得注意的，上述的函式(1)僅只示範例，設計者可以變更函式(1)為二元三次或二元四次等不同型式的函數，並藉以獲得更精確的計算結果。
控制器210在初始化時期中，獲得初始化觸控動作在觸控面板220的多數個位置上分別產生的多數個電容感應量後，可以依據所獲得的多個電容感應量來透過函式(1)以進行多元非線性回歸運算，並藉以計算出非線性多項函式中的回歸參數a 0-a 5。並完成初始化時期中所執行的初始化動作。
在獲得回歸參數a 0-a 5後，三維觸控裝置200可執行實際的觸控偵測動作。並且，在實際偵測時期，控制器210可偵測觸控面板220所接收的實際觸控動作並獲得一偵測電容感應量。並且，控制器210可依據函式(1)以及所獲得的偵測電容感應量以及觸控點的位置來計算出補償後偵測電容感應量。
以下請參照圖5及圖6，其中，圖5繪示本新型創作實施例的補償後偵測電容感應量、位置以及觸控壓力的關係圖，而圖6繪示本新型創作實施例的電容感應量、補償後電容感應量以及位置的三維關係圖。而由圖5、6可以發現，單一的補償後電容感應量會發生在兩條曲線上的狀況可以有效的被降低，也就是說，透過補償後偵測電容感應量進行的觸控壓力的判斷，其誤判可能性將可以大幅的被降低。
以下請參照圖7，圖7繪示本新型創作實施例計算電容感應量的飽和值的示意圖。其中，控制器210可計算電容感應量隨觸控壓力的變化狀態來計算出電容感應量的飽和值。在圖7中，當觸控壓力小於臨界壓力值THP時，電容感應量隨觸控壓力的變化幾乎呈線性變化。在當觸控壓力大於臨界壓力值THP後，電容感應量的變化程度開減慢，並趨近於飽和值SV。在此，控制器210可以在觸控壓力大於臨界壓力值THP後，透過計算每次觸控壓力變化所產生的對應的電容感應量的變化dV來飽和值SV。其中，控制器210可以在電容感應量的變化dV小於一個預設值時，記錄當時的電容感應量以做為飽和值SV。
在計算出飽和值SV後，控制器210可以依據飽和值SV使函式(1)進行正規化調整，並藉以產生函式(2)：
E’ = f(x, E) = a 0+ a 1x + a 2E/SV + a 3xE/SV + a 4x 2+ a 5(E/SV) 2(2)。
透過上述正規化的動作，控制器210所要進行的多元非線性回歸運算的計算量可以被簡化。
以下請參照圖8，圖8繪示本發明另一實施例的三維觸控裝置的示意圖。三維觸控裝置800包括控制器810、觸控面板820以及記憶體813。控制器810則包括運算電路811以及類比轉換數位電路812。類比轉換數位電路812可接收觸控面板820上的電容變化狀態，並將類比型式的電容變化狀態轉換成數位型式的電容感應量。運算電路811則可在實際偵測時期依據電容感應量進行補償後電容感應量的計算，或在初始化時期依據電容感應量來進行回歸參數的計算。另外，控制器810可將計算出的回歸參數儲存在記憶體811中。
值得一提的，控制器810可在必要的時後啟動初始化動作的進行。例如，在新型式觸控面板被導入產品中時，或者，當觸控面板820因長期的工作或者環境的變化而產生觸控壓力判斷上的誤差時，控制器810可依據外部指令來重新啟動初始化動作的進行。
此外，同類型的觸控面板820可應用相同的回歸參數。如此一來，回歸參數可預先被儲存至記憶體813中，而控制器810可不需要重新執行初始化動作，並透過直接讀取記憶體813中的回歸參數，並執行實際量測動作，就可以獲得補償後電容感應量。
綜上所述，本新型創作透過非線性多次回歸運算來算出回歸參數，再透過回歸參數以及回歸函式來計算出補償後電容感應量。如此一來，透過補償後電容感應量所判斷出的觸控壓力的誤判現象可以被降低，可提高觸控偵測的準確度。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
101~105、501~505‧‧‧曲線
TV‧‧‧電容感應量
200、800‧‧‧三維觸控裝置
210、810‧‧‧控制器
220、820‧‧‧觸控面板
D1‧‧‧移動方向
TP‧‧‧觸控媒介
M1、M2、M3‧‧‧觸控軌跡
DIS1‧‧‧相對位置關係
P1、P5、CP‧‧‧位置
A1、A5‧‧‧觸控面積
CV11~CV33‧‧‧電容變化量
THP‧‧‧臨界壓力值
SV‧‧‧飽和值
811‧‧‧運算電路
812‧‧‧類比轉換數位電路
813‧‧‧記憶體
圖1繪示習知技術中觸控面板上的觸控位置、觸控壓力以及電容感應量的關係圖。 圖2繪示本新型創作一實施例的三維觸控裝置的示意圖。 圖3繪示本新型創作的實施例的觸控面積變化示意圖。 圖4繪示本新型創作實施例的電容感應量的獲得方式的示意圖。 圖5繪示本新型創作實施例的補償後偵測電容感應量、位置以及觸控壓力的關係圖。 圖6繪示本新型創作實施例的電容感應量、補償後電容感應量以及位置的三維關係圖。 圖7繪示本新型創作實施例計算電容感應量的飽和值的示意圖。 圖8繪示本發明另一實施例的三維觸控裝置的示意圖。
200‧‧‧三維觸控裝置
210‧‧‧控制器
220‧‧‧觸控面板
D1‧‧‧移動方向
TP‧‧‧觸控媒介
M1、M2、M3‧‧‧觸控軌跡

Claims (10)

  1. 一種三維觸控裝置，包括： 一觸控面板，在一初始化時期接收分別依據多數個觸控壓力所進行的多數個初始化觸控動作，其中各該初始化觸控動作使一觸控媒介依據各該觸控壓力沿一移動方向接觸該觸控面板；以及 一控制器，耦接該觸控面板，該控制器用以：     在該初始化時期中，偵測並接收對應各該初始化觸控動作在該移動方向上的多數個位置上分別產生的多數個電容感應量；     在該初始化時期中，依據對應各該觸控壓力的各該位置以及對應各該位置的各該電容感應量以進行一多元非線性回歸運算以獲得多數個回歸參數；以及     在一實際偵測時期中，偵測該觸控面板接收一實際觸控動作並獲得一偵測電容感應量，依據該些回歸參數調整該偵測電容感應量並獲得一補償後偵測電容感應量，並依據該補償後偵測電容感應量獲得該實際觸控動作產生的一觸控面積信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中該控制器依據對應各該觸控壓力的各該位置以及對應各該位置的各該電容感應量以建立一非線性多項函式，其中該些回歸參數分別為該非線性多項函式中多個子項次中的增益參數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的三維觸控裝置，其中該非線性多項函式為：     E’ = f(x, E) = a 0+ a 1x + a 2E + a 3xE + a 4x 2+ a 5E 2，     其中，E’為該補償後偵測電容感應量，a 0-a 5為該些回歸參數，x為各該位置，E為各該電容感應量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中該控制器計算各該位置的一區域範圍中的電容變化量的和以獲得對應各該位置的各該電容感應量。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中更包括： 一濾波器，耦接該控制器，針對該觸控面積信號進行濾波以產生一報點結果。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中該觸控媒介為具有可撓式筆頭的觸控筆。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中更包括：     一記憶體，耦接該控制器，儲存該些回歸參數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中該控制器包括：     一運算電路，用以進行該多元非線性回歸運算以獲得該些回歸參數；以及     一類比數位轉換電路，耦接該觸控面板，依據該觸控面板上的電容變化以產生該些電容感應量。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中各該電容感應量與對應的各該觸控壓力的大小成正比。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的三維觸控裝置，其中該控制器更用以：     計算該些電容感應量的一飽和值，並針對該些電容感應量依據該飽和值進行正規化運算。
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