TWI486855B - 具有電容感應與電磁感應的輸入裝置與訊號偵測、切換方法 - Google Patents

Description

具有電容感應與電磁感應的輸入裝置與訊號偵測、切換方法

一種具有雙模式的輸入裝置與其訊號偵測、切換方法，特別有關於一種具有電容感應與電磁感應的輸入裝置與訊號偵測、切換方法。

隨著科技的快速發展，使得人機介面的輸入種類也隨之增加。除了過去的鍵盤與滑鼠的輸入裝置外，另有觸控輸入的方式被提出。一般而言，觸控輸入的種類還可以劃分為電磁式觸控、電阻式觸控與電容式觸控等方式。

電磁式觸控是由觸控板與數位筆之間的互動進而得到相應的輸入訊號。通常感應天線會以二維陣列的方式舖設於觸控板中。電磁式觸控的運作原理是由觸控板與數位筆之間的距離變化，使得感應天線與數位筆兩者間的磁力也會隨之改變。觸控板可以根據感應天線的磁力變化，進一步得到數位筆在觸控板上的位置。

而電容式觸控與電阻式觸控的運作方式是藉由手指上的靜電或按壓，使得觸控板上手指位置的電位會產生改變。觸控板中也會設置二維的感應線圈。當觸控板上的某一電位發生變化時，可以透過感應線圈判斷出手指對應的位置。

電磁式觸控與電容式觸控所採用的感應天線與感應線圈是分屬不同架構。因此習知技術中為將這兩種觸控方式結合在一起，則在觸控板上分別舖設感應天線與感應線圈。由於感應天線與感 應線圈分屬於兩層，所以觸控板的體積難以被減縮，而且製作成本也會連帶的增加。

鑒於以上的問題，本發明在於提供一種具有電容感應與電磁感應的輸入裝置，可以透過同一組天線陣列進而實現電容觸控與電磁觸控的輸入裝置。

本發明所揭露之具有電容感應與電磁感應的輸入裝置包括：多組第一天線串列、多組第二天線串列、第一切換開關、第二切換開關與處理模組。每一第一天線串列係由多個天線單元所串接，每一第一天線串列均具有第一端與第二端；每一第二天線串列係由多個天線單元所串接，每一第二天線串列均具有第三端與第四端；第一切換開關具有多個第一接腳，每一第一接腳連接於第一天線串列的第一端；第二切換開關具有多個第二接腳，每一第二接腳連接於第二天線串列的第三端；處理模組具有多個接收接腳、多個傳輸接腳，根據第一端的順序並將每一接收接腳依序連接於每一第一天線串列的第二端，根據第三端的順序並每一傳輸接腳依序連接於每一第二天線串列的第四端。處理模組執行電容觸控模式時，處理模組驅動第一切換開關與第二切換開關將第一天線串列與第二天線串列設為開路；處理模組執行電磁掃描模式時，處理模組從第一切換開關中選擇至少一組兩個第一端，並將每一組的兩個第一端進行連接，使得對應的第一天線串列形成迴路狀態，處理模組從第二切換開關中選擇至少一組兩個第三 端，並將每一組的兩個第三端進行連接，使得對應的第二天線串列形成迴路狀態。

本發明另提出一種具有電容感應與電磁感應的輸入裝置的訊號偵測與切換方法，其係包括以下步驟：將輸入裝置切換成電容觸控模式，並偵測是否接收觸控輸入訊號；在電容觸控模式中且每經過第一期間後，輸入裝置切換電磁快速掃描模式，並在電磁快速掃描模式運作的第二期間中偵測是否有電磁觸控訊號輸入；若在第二期間中未收到電磁觸控訊號，將電磁快速掃描模式切換為電容觸控模式；若在第二期間中接收到電磁觸控訊號，將電磁快速掃描模式切換為電磁精確掃描模式；在電磁精確掃描模式中且經過第三期間後未接收到電磁觸控訊號時，則從電磁精確掃描模式切換為電容觸控模式。

本發明所提出的具有電容感應與電磁感應的輸入裝置與訊號偵測、切換方法可以透過同一組天線陣列實現電磁觸控與電容觸控的輸入，因此本發明除了可以降低觸控板的體積，同時也實現兩種觸控輸入的即時切換。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

請參考第1圖所示，其係為本發明之輸入裝置的架構示意圖。輸入裝置100包括天線陣列110、第一切換開關120、第二切換開關130與處理模組140。處理模組140連接於天線陣列110、第一 切換開關120與第二切換開關130。處理模組140具有微控制器141、多個傳輸接腳142與多個接收接腳143。在第1圖中的處理模組140係以黑色虛線進行框選。微控制器141連接於傳輸接腳142與接收接腳143。在第1圖中的傳輸接腳142係以匯流排的方繪製示意(而所述的匯流排可以是但不限定為杜邦接頭的方式)。同理，接收腳位143也是可以透過前述的方式實現。而除了前述的實現方式外，也可以透過多支腳位的方式實現傳輸接腳142與接收腳位143。

第一切換開關120具有多個第一接腳122。第一切換開關120可將所選的兩個第一接腳122進行連接。第二切換開關130具有多個第二接腳132。第二切換開關130亦可將所選的兩個第二接腳132進行連接或斷開。前述的將所選接腳進行連接的判斷將於後文詳述。

本發明的天線陣列110是由多組第一天線串列111與多組第二天線串列112以二維陣列排列的方式所構成。在第1圖中的菱形結構視為天線單元。每一組橫向排列的天線單元(實線框)則構成第一天線串列111。每一組縱向排列的天線單元(虛線框)則構成第二天線串列112。第一天線串列111具有第一端(未標號)與第二端(未標號)，第二天線串列112具有第三端(未標號)與第四端(未標號)。第1圖中第一天線串列111與第二天線串列112雖屬於同一層，但兩天線串列的接線是不相互干涉。

在第1圖中的第一天線串列111與第二天線串列112的數量 僅本說明書中的示意說明，並非僅局限於此。為方便說明第一天線串列111的數量在此將其定義為第一數量，而第二天線串列112的數量係為第二數量。天線陣列110分別連接於第一切換開關120與第二切換開關130。

第一天線串列111的第一端連接於第一切換開關120的第一接腳122，第一天線串列111的第二端連接於處理模組140的接收接腳143。其中，第一接腳122與接收接腳143的數量均等於第一數量。換句話說，每一個第一天線串列111連接各自的第一接腳122與接收接腳143。第二天線串列112的第三端連接於第二切換開關130的第二接腳132，第二天線串列112的第四端連接於處理模組140的傳輸接腳142。其中，第二接腳132與傳輸接腳142的數量均等於第二數量。每一個第二天線串列112連接各自的第二接腳132與傳輸接腳142。

本發明的輸入裝置100具有電容觸控模式與電磁掃描模式的運作模式，而電磁掃描模式又可以劃分為電磁快速掃描模式與電磁精確掃描模式。在電容觸控模式下，處理模組140選擇接收接腳143，並且驅動第一切換開關120將所對應的第一接腳122切換成浮接(floating)的狀態。選擇接腳的方式可以是選擇兩相鄰接腳，也可以是選擇一定間隔的兩接腳。請參考第2A圖所示，其係為本發明的所選的第一接腳122切換為浮接的示意圖。在第2A圖中接收接腳143係分別為RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6、RX7與RX8。並且接收接腳RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6、 RX7與RX8對應第一接腳α、β、γ、δ、ε、ζ、η與θ。假設微控制器141選擇接收接腳RX1、RX3、RX5與RX7，則微控制器141向第一切換開關120的第一接腳α、γ、ε與η發出浮接的命令。第一切換開關120接獲浮接的命令後，第一切換開關120將所選的第一天線串列111的第二端與第一接腳α、γ、ε與η進行浮接(在第2A圖中係以黑色粗線代表所選出的第一天線串列111來進行浮接)。

同理，處理模組140也可以選擇傳輸接腳142並對相應的第二接腳132進行浮接的處理。請參考第2B圖所示，其係為本發明的第二接腳的浮接示意圖。在第2B圖中傳輸接腳142係分別為TX1、TX2、TX3、TX4、TX5、TX6、TX7與TX8。而每一傳輸腳位所對應的第二腳位132分別為A、B、C、D、E、F、G與H。假設微控制器141選擇傳輸接腳TX1、TX3、TX5與TX7，則微控制器141向第二切換開關130的第二接腳A、C、E與G發出浮接的命令。微控制器141可以根據前述浮接的第一天線串列111與第二天線串列112，用以偵測觸控輸入訊號的所在位置。其中，觸控輸入訊號係為使用者透過手指按壓或相關工具在輸入裝置100上碰觸時所產生的位置訊號。

除了前述的浮接方式，本發明的處理模組140在電磁掃描模式下對所選的兩隻第一接腳122(或兩隻第二接腳132)進行連通。請參考第2C圖與第2D圖所示，其係分別為本發明對第一接腳與第二接腳的連接示意圖。在第2C圖中微控制器141選擇接收接腳 RX1、RX3、RX5與RX7，則微控制器141向第一切換開關120的第一接腳α、γ、ε與η發出連接的命令。而第一切換開關120在接獲連接的命令後，第一切換開關120會將所選的兩隻第一接腳122進行連接，使得微控制器141、兩第一天線串列111與第一切換開關120形成一個迴路(loop)。在第2C圖中係將RX1與RX3相接，而RX5與RX7相互連接。

第2D圖中微控制器141選擇傳輸接腳TX1、TX3、TX5與TX7，則微控制器141向第二切換開關130的第二接腳A、C、E與G發出連接的命令。第二切換開關130將TX1與TX3相互連接，而TX5與TX7相互連接。微控制器141可以根據所述迴路的第一天線串列111與第二天線串列112，用以接收電磁觸控訊號。其中，電磁觸控訊號的產生係由數位筆在輸入裝置100上點選(或碰觸)時所產生的位置訊號。

而電磁快速掃描模式與電磁精確掃描模式的區別在於，兩隻第一接腳122(與兩隻第二接腳132)的選擇方式。由於第一接腳122(與第二接腳132)的數量過於龐大，因此若以兩相鄰的第一接腳122的方式逐次掃描，這樣的運作時間將會造成掃描時間過長。因此在電磁快速掃描模式下，微控制器141可以按照一定間隔N隻接腳的方式選擇兩第一接腳122(或是兩隻第二接腳132)，其中N大於或等於2。

以前文所舉例子進一步說明，微控制器141可以從傳輸腳位RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6、RX7與RX8中選擇RX1 與RX4為一組，RX4與RX7為一組的方式作為電磁快速掃描模式的選擇依據。

相對於電磁快速掃描模式而言，電磁精確掃描模式為能準確的偵測數位筆在輸入裝置100上的位置。因此微控制器141就會選擇相鄰間距小的第一接腳122(第二接腳132)的方式進行偵測。而相鄰間距則可以根據輸入裝置100的第一接腳122(第二接腳132)的整體數量所決定。

請同時參考第3圖與第4圖所示，其係分別為本發明之運作流程示意圖與狀態切換示意圖。本發明的運作流程包括以下步驟：步驟S310：將輸入裝置切換成電容觸控模式，並偵測是否接收觸控輸入訊號；步驟S320：在電容觸控模式中且每經過第一期間後，輸入裝置切換電磁快速掃描模式，並在電磁快速掃描模式運作的第二期間中偵測是否有電磁觸控訊號輸入；步驟S330：若在第二期間中未收到電磁觸控訊號，將電磁快速掃描模式切換為電容觸控模式；步驟S340：若在第二期間中接收到電磁觸控訊號，將電磁快速掃描模式切換為電磁精確掃描模式；以及步驟S350：在電磁精確掃描模式中且經過第三期間後未接收到電磁觸控訊號時，則從電磁精確掃描模式切換為電容觸控模式。

本發明的輸入裝置100在啟動後可以執行電容觸控模式或電磁掃描模式。在此一實施態樣中係以電容觸控模式作為開機時預設的觸控模式，對於本領域者是可以改變其運作的順序。

首先，微控制器141切換為電容觸控模式，微控制器141將選擇欲浮接的第一接腳122與第二接腳132。選擇接腳的方式可以是選擇兩相鄰接腳，也可以是選擇一定間隔的兩接腳。當微控制器141選出第一接腳122與第二接腳132後，微控制器141會根據所選的第一接腳122與第二接腳132將對應的第一天線串列111與第二天線串列112進行浮接的處理(請參考前文浮接的定義)。

在電容觸控模式中且在經過第一期間後，微控制器141不管是否有接收到觸控輸入訊號都會從電容觸控模式切換為電磁快速掃描模式。微控制器141切換成電磁快速掃描模式，微控制器141會持續的執行電磁快速掃描模式至經過第二期間。若是在第二期間中，有數位筆移近輸入裝置100或碰觸輸入裝置100，則微控制器141會從電磁快速掃描模式切換為電磁精確掃描模式。

在運行電磁精確掃描模式下，若有電磁觸控訊號輸入的話則微控制器141會持續的進行接收的處理。當微控制器141沒有接收到電磁觸控訊號的輸入時，微控制器141會開始進行第三期間的計數。若在第三期間中有新的電磁觸控訊號輸入，則微控制器141將會重新計數第三期間。若是經過第三期間後，仍無電磁觸控訊號輸入則微控制器141會從電磁精確掃描模式切換為電容觸控模式。

本發明所提出的具有電容觸控感應與電磁感應的輸入裝置100與訊號偵測、切換方法可以透過同一組天線陣列110實現電磁觸控與電容觸控的輸入，因此本發明除了可以降低觸控板的體積，同時也實現兩種觸控輸入的即時切換。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧輸入裝置

110‧‧‧天線陣列

111‧‧‧第一天線串列

112‧‧‧第二天線串列

120‧‧‧第一切換開關

122、α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ‧‧‧第一接腳

130‧‧‧第二切換開關

132、A、B、C、D、E、F、G與H‧‧‧第二接腳

140‧‧‧處理模組

141‧‧‧處理模組

142、TX1、TX2、TX3、TX4、TX5、TX6、TX7、TX8‧‧‧傳輸接腳

143、RX1、RX2、RX3、RX4、RX5、RX6、RX7、RX8‧‧‧接收接腳

第1圖係為本發明之輸入裝置的架構示意圖。

第2A圖係為本發明的所選的第一接腳切換為浮接的示意圖。

第2B圖係為本發明的所選的第二接腳切換為的浮接示意圖。

第2C圖係為本發明對第一接腳的連接示意圖。

第2D圖係為本發明對第二接腳的連接示意圖。

第3圖係為本發明之運作流程示意圖。

第4圖係為本發明之狀態切換示意圖。

Claims (4)

1. 一種具有電容感應與電磁感應的輸入裝置，其係包括：多組第一天線串列，每一該第一天線串列係由多個天線單元所串接，每一該第一天線串列均具有一第一端與一第二端；多組第二天線串列，每一該第二天線串列係由該些天線單元所串接，每一該第二天線串列均具有一第三端與一第四端；一第一切換開關，具有多個第一接腳，每一該第一接腳連接於每一該第一天線串列的該第一端；一第二切換開關，具有多個第二接腳，每一該第二接腳連接於每一該第二天線串列的該第三端；以及一處理模組，具有一微控制器、多個接收接腳、多個傳輸接腳，該微控制器連接於該些接收接腳與該些傳輸接腳，該處理模組根據該第一端的順序並將每一該接收接腳依序連接於每一該第一天線串列的該第二端，根據該第三端的順序並每一該傳輸接腳依序連接於每一該第二天線串列的該第四端；其中，該處理模組執行一電容觸控模式時，該處理模組驅動該第一切換開關與該第二切換開關將該些第一天線串列與該些第二天線串列設為開路；該處理模組執行一電磁掃描模式時，該處理模組選擇至少二該第一天線串列，該微控制器驅動該第一切換開關，使該第一切換開關將已選擇的該些第一天線串列中，至少二該第一天線串列的至少二該第一端連接，該微控制器將該些第一端已連 接的該些第一天線串列的該些第二端其中之一接地，該處理模組選擇至少二該第二天線串列，並將已選擇的該些第二天線串列中，至少二該第二天線串列的至少二該第三端連接。
2. 如請求項1所述之具有電容感應與電磁感應的輸入裝置，其中該處理模組在執行該電磁掃描模式時，該微控制器驅動該第二切換開關，使該第二切換開關將已選擇的該些第二天線串列中，至少二該第二天線串列的至少二該第三端連接，該微控制器並將該些第三端已連接的該些第二天線串列的該些第四端其中之一接地。
3. 一種應用請求項1的訊號偵測與切換方法，其係包括以下步驟：將該輸入裝置切換成該電容觸控模式，並偵測是否接收一觸控輸入訊號；在該電容觸控模式中且每經過一第一期間後，該輸入裝置切換一電磁快速掃描模式，並在該電磁快速掃描模式運作的一第二期間中偵測是否有一電磁觸控訊號輸入；若在該第二期間中未收到該電磁觸控訊號，將該電磁快速掃描模式切換為該電容觸控模式；若在該第二期間中接收到該電磁觸控訊號，將該電磁快速掃描模式切換為一電磁精確掃描模式；以及在該電磁精確掃描模式中且經過一第三期間後未接收到該電磁觸控訊號時，則從該電磁精確掃描模式切換為該電容觸控模式。
4. 如請求項3所述之訊號偵測與切換方法，其中在該第三期間中接收到該電磁觸控訊號則重新計數該第三期間。