TWI528256B - 觸控模擬輸入裝置 - Google Patents

Description

觸控模擬輸入裝置

本發明是有關於一種模擬輸入裝置，且特別是有關於一種可適用在電容式觸控面板上且可模擬手指或觸控筆之點觸輸入之觸控模擬輸入裝置。

現代的小型消費電子裝置，例如智慧型手機或平板電腦，通常不是用實體按鍵來操作，而是用觸控面板或觸控顯示器來操作。觸控顯示器其實就是相疊的顯示器與觸控面板。因此觸控面板已經成為消費電子裝置的重要組件。觸控面板有許多種類，其中廣受採用的一種是電容式觸控面板。而一般電容式觸控面板之操作多使用手指或是具有導電性之觸控筆來進行點觸輸入，最常使用的是單次單點的點擊操作，即使有多處需要點擊時亦是。而一般具有多點觸控功能之電容式觸控面板，通常其使用介面上允許的多點觸控的位置是不需要精確知道的而是只依手勢來判斷，例如對於照片的旋轉或移動只需要二隻手指是同時位於照片的尺寸範圍內即可反應操作，又例如在對於應用程式的切換上只需同時用多根手指碰觸到觸控面板上即可進行操作。因此在 現行觸控面板的多點操作應用上不是使用單點但需分時的觸碰方式，就是使用只使用手勢判別而非精確的位置定位與輸入，因此限制了電容觸控面板的應用性。

本發明提供一種觸控模擬輸入裝置，可產生至少一個電容效應來模擬手指或觸控筆等工具在電容式觸控面板上的觸控輸入。

本發明的觸控模擬輸入裝置包括一基板，複數個導體、複數個開關、複數個電容、以及一控制單元。上述導體配置於基板上。每一上述開關分別耦接一上述導體。每一上述電容的一端分別耦接一上述開關，另一端接地。控制單元耦接每一上述開關，控制上述複數個開關根據一控制時序而在導通與截止之間切換，據以產生預定分佈型態的多點觸控輸入操作。

本發明的另一種觸控模擬輸入裝置包括一基板、複數個導體、複數個電容、以及一控制單元。上述導體配置於基板上。每一上述電容的一端分別耦接一上述導體，另一端接地。控制單元耦接每一上述電容，控制至少一上述電容的電容值根據一控制時序而變化，據以產生預定分佈型態的多點觸控輸入操作。

上述的觸控模擬輸入裝置可包括一個電容或多個電容以模擬手指或觸控筆等輸入工具的電容，可用於門禁管理或權限管理的辨識系統，也可用於觸控面板的自動測試，而可進行多點位 置之精確感應輸入，甚至可一次同時或極短時間內依序快速感應輸入完成而提高輸入與辨識作業之效率。

為讓本發明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。

100‧‧‧觸控模擬輸入裝置

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧電源

130‧‧‧輸入埠

141‧‧‧導體

141a‧‧‧導體的連接部分

141b‧‧‧導體的感應部分

141c‧‧‧導體的感應點

142‧‧‧開關

143‧‧‧電容

151‧‧‧基板

152、153‧‧‧絕緣層

161‧‧‧上表面

162‧‧‧下表面

310、320、330‧‧‧流程步驟

圖1是依照本發明的一實施例的一種觸控模擬輸入裝置的示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種絕緣層與導體的示意圖。

圖3是依照本發明的一實施例的一種觸控模擬輸入裝置的操作流程示意圖。

圖4是依照本發明的另一實施例的一種觸控模擬輸入裝置的示意圖。

圖5是依照本發明的另一實施例的一種觸控模擬輸入裝置的示意圖。

圖1是依照本發明的一實施例的一種觸控模擬輸入裝置100的示意圖。觸控模擬輸入裝置100包括一絕緣基板151與二個絕緣層152與153、三個導體141、三個開關142、三個電容143、 控制單元110、電源120、以及輸入埠130。每一個電容143都是可變電容。每一個開關142耦接一個導體141。每一個電容143的一端耦接一個開關142，另一端接地。控制單元110耦接每一個開關142與每一個電容143。控制單元110也耦接電源120與輸入埠130。

如圖1所示，每一個導體141包括相連接之一個連接部分141a與一個感應部分141b，其中連接部分141a耦接一個開關142並配置於基板151的上表面161，感應部分141b自基板151的上表面161穿入至基板151的下表面162而外露其感應點141c或是穿入基板151內埋藏其感應點141c。絕緣層152與153分別配置於基板151的上方與下方。圖1是為了展現導體141與基板151的配置關係而將基板151與二個絕緣層152、153分開繪示，實際上基板151與二個絕緣層152、153係緊密結合而構成一個卡片或平板，可放在一個電容式觸控面板上進行感應輸入操作。絕緣層152與153可保護導體141不外露或防止磨擦刮傷。如果在某些應用環境中不需要保護導體141，則可省略絕緣層152與153之其一或二者。

圖1右邊的開關142、電容143、控制單元110、電源120、以及輸入埠130也可以配置在基板151上或甚至配置在絕緣層152或絕緣層153，如此整個觸控模擬輸入裝置100可製造成一個卡片或平板，便於攜帶。或者，也可將開關142、電容143、控制單元110、電源120、以及輸入埠130製造成獨立的機體，如此觸控模 擬輸入裝置100的外型就是一個機體連接一個卡片或平板。

電源120可提供控制單元110的操作所需的電力。控制單元110可透過輸入埠130接收一個控制時序。或者，控制時序可直接儲存在控制單元110內部，如此可以省略輸入埠130。控制單元110可控制至少一個開關142根據此控制時序而在導通與截止之間切換。控制單元110也可控制至少一個電容143的電容值根據此控制時序而變化。每當一個開關142導通，其對應的導體141和電容143的組合對於電容式觸控面板就相當於一個輸入工具，例如手指或觸控筆。不同的電容值可讓觸控面板感應到類似手指碰觸面積大小變化所對應產生的不同的觸摸壓力。因此觸控模擬輸入裝置100可產生不同位置與不同壓力的觸控輸入，以供上述卡片或平板所接觸的電容式觸控面板辨識。

如果上述的電容式觸控面板是觸控顯示器的一部分，則每一個導體141、基板151、以及二個絕緣層152、153可全部採用透明材質，以供使用者觀看觸控顯示器的顯示畫面。例如每一個導體141可以是透明或是具高透視度材質，例如氧化銦錫(indium tin oxide)、奈米銀導線(silver nanowire)、奈米碳管(carbon nanotube)、或石墨烯(grapheme)等材質之導線；基板151與二個絕緣層152、153可以是一般的絕緣透明玻璃或塑膠板。如果導體141、基板151與二個絕緣層152、153不需要是透明的，則每一個導體141可以是一般的導電材質，例如銅線或銀線；而基板151與二個絕緣層152、153可以是一般的絕緣材質，例如壓克力或塑 膠。

電源120可以是感應線圈，感應線圈可藉由接近電容式觸控面板提供的磁場以誘導感應產生控制單元110的操作所需的電力。如此可將整個觸控模擬輸入裝置100製作成卡片或平板之類的可攜帶裝置，不需要內建電池。或者，亦可將感應線圈改為電池，如此一來，不需要利用接近外部電容式觸控面板提供磁場，控制單元110亦可正常運作。上述電池可內建於觸控模擬輸入裝置100，或是外接電池，並可為可充電電池或是一次性電池。或者，可以省略內建電源120，而電性連接外部電源以供應控制單元110的操作所需的電力。

本發明不限定觸控模擬輸入裝置必須包括三個導體、三個開關、以及三個電容。在其他實施例中，觸控模擬輸入裝置可包括N個導體、N個開關、以及N個電容，N可以是任意的正整數。例如圖2繪示一個實施例中，當N=45時，在基板151的下表面162可呈現具有45個感應點141c的分布。圖2的每一個圓點就是一個導體141的感應點141c，為了圖式簡潔，圖2僅標示一個感應點141c之符號。

如上所述，控制單元110可根據控制時序而控制每一個開關142的導通與截止以及每一個電容143的電容值。每當一個開關142導通，就可使電容式觸控面板感應到一個觸碰點出現；每當一個開關142截止，就可使電容式觸控面板感應到一個觸碰點消失。控制單元110可以先控制一個導體所對應的開關導通， 然後控制該開關截止，然後控制相鄰或其它的一個導體所對應的開關導通，重複此過程，這樣可使觸控面板感應到一個移動的接觸點。在其它實施例中，控制單元110亦可控制多個不同位置的導體所對應的開關同時導通，再將所有開關予以同時截止後，再另外重新控制多個不同位置的導體所對應的開關同時導通，而因此對電容式觸控面板而言形成有連續多次的多個不同觸控點型態分佈的感應輸入。控制單元110也可以改變一個電容143的電容值，使電容式觸控面板感應到觸摸壓力的變化。所以觸控模擬輸入裝置100可使觸控面板感應到手指或觸控筆等輸入工具的移動筆觸。控制單元110還可以同時進行多組開關與電容的控制，使觸控面板同時感應到多個接觸點的位置變化或壓力變化，或兩者兼具。觸控模擬輸入裝置100可產生預設的模擬手指或觸控筆的觸控操作模式，以供門禁管理系統或權限管理系統來辨識。觸控模擬輸入裝置100產生的觸控操作也可用於觸控面板的自動化測試，包括壓力測試與一般的操作測試。舉例而言，以圖2中具有45點感應點141c的觸控模擬輸入裝置100為例，左上感應點予以編號為01，號碼先朝右遞增再至下一排由左到右遞增，直至右下角予以編號為45。此時可以預設正確的觸控操作模式包括有08、23、29、31、36、39、40共7個感應點，並且更可進一步藉由上述手段設定與控制其觸控操作順序為36→08→40→31→39→23→29，而形成一連串跳躍式的觸控點的輸入，以產生類似密碼般的輸入或是測試點的輸入。電容式觸控面 板接收到相同座標位置與順序之觸控輸入後才能進行預設的特定功能。或是藉由上述手段設定與控制該7個感應點同時產生感應作用，以產生類似一次性密碼般的輸入或是測試點的輸入，電容式觸控面板必須同時接收到所有預設座標位置之觸控輸入後才能進行預設的特定功能。

圖3是依照本發明的一實施例的觸控模擬輸入裝置100的操作流程示意圖。在步驟310，設定控制時序。控制單元110可以透過輸入埠130從外部接收開關142與電容143的控制時序而進行設定與儲存，或是控制單元110內部已預先設定與儲存有該控制時序。在步驟320，控制單元110可藉由電源120其中的感應線圈被電磁感應誘導所輸出的電力，或藉由至少一個電容143自電容式觸控面板獲得的電流，而偵測到有電容式觸控面板靠近。然後，在步驟330，控制單元110啟動控制時序。控制時序可包括至少一個開關142的導通時間和/或截止時間，也可以包括至少一個時間函數。每一個時間函數規定一個電容143的電容值應該如何隨時間而變化。因此控制單元110可根據上述控制時序而控制開關142與電容143。在另一實施例中，也可以不需要步驟320之設計，而是設計有一手動開關，以供手動操作啟動或關閉控制時序之進行。

圖4是依照本發明的另一實施例的觸控模擬輸入裝置100的示意圖。在此實施例中，每一個電容143都是一般電容，而非可變電容，其電容值固定不變。所以電容143不受控制單元110 控制。控制單元110可控制至少一個開關142根據控制時序而在導通與截止之間切換。

圖5是依照本發明的另一實施例的觸控模擬輸入裝置100的示意圖。此實施例的觸控模擬輸入裝置100不包括開關142。每一個電容143直接連接對應的導體141。控制單元110可控制至少一個電容143的電容值根據控制時序而變化。

綜上所述，本發明可模擬手指或觸控筆等工具對電容式觸控面板的輸入，也可模擬觸摸的位置與壓力的變化。本發明可用於門禁管理或權限管理的辨識系統，也可用於觸控面板的壓力測試與一般操作測試，可取代機械式的觸控面板壓力測試機具。本發明的觸控模擬輸入裝置可以不直接碰觸電容式觸控面板，可減少電容式觸控面板的磨耗。再者，因為是電子化控制，本發明可以用遠高於機械式測試機具的速度來對觸控面板做輸入測試，以提高測試效率。此外，前述各實施例中均以應用於電容式觸控面板為例作說明，惟事實上亦可適用於例如電磁式觸控面板。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧觸控模擬輸入裝置

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧電源

130‧‧‧輸入埠

141‧‧‧導體

141a‧‧‧導體的連接部分

141b‧‧‧導體的感應部分

141c‧‧‧導體的感應點

142‧‧‧開關

143‧‧‧電容

151‧‧‧基板

152、153‧‧‧絕緣層

161‧‧‧上表面

162‧‧‧下表面

Claims (27)

1. 一種觸控模擬輸入裝置，包括：一基板；複數個導體，配置於該基板上；複數個開關，每一上述開關分別耦接一上述導體；複數個電容，每一上述電容的一端分別耦接一上述開關，另一端接地；以及一控制單元，耦接每一上述開關，控制上述複數個開關根據一控制時序而在導通與截止之間切換，據以產生一預定分佈型態的多點觸控輸入操作，其中該觸控模擬輸入裝置係用於接近一觸控面板而對該觸控面板產生該多點觸控輸入操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中每一上述電容皆為可變電容，該控制單元更耦接每一上述電容，並控制至少一上述電容的電容值根據該控制時序而變化。
3. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，更包括：一輸入埠，耦接該控制單元，其中該控制單元透過該輸入埠自一外部接收該控制時序。
4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制時序係儲存於該控制單元中。
5. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中每一上述導體包括一連接部分與一感應部分，該連接部分耦接一上 述開關並配置於該基板的一第一表面，該感應部分則穿入該基板而使該感應部分的一感應點至少接近該基板相對應於該第一表面之一第二表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該感應部分係穿出於該第二表面而露出該感應點於該第二表面外。
7. 如申請專利範圍第5項所述的觸控模擬輸入裝置，更包括：一第一絕緣層，配置於該基板之該第一表面；以及一第二絕緣層，配置於該基板之該第二表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控模擬輸入裝置，其中每一上述導體、該基板、該第一絕緣層、以及該第二絕緣層皆為高透視度材質。
9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，更包括：一感應線圈，耦接該控制單元，藉由一外部磁場誘導以產生該控制單元的操作所需的電力。
10. 如申請專利範圍第9項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制單元藉由該感應線圈誘導輸出的電力，或藉由至少一上述電容感應獲得的電流，而偵測一觸控面板的靠近，並啟動該控制時序。
11. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制時序藉由一手動開關啟動或關閉。
12. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制單元的操作所需的電力來自一內部電池或一外部電源。
13. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制時序係用以選擇並依一預定順序依序控制上述複數個開關之其中一些開關的導通與截止來產生該多點觸控輸入操作。
14. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制時序係用以選擇並同時控制上述複數個開關之其中一些開關的導通與截止來產生該多點觸控輸入操作。
15. 如申請專利範圍第1項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該觸控面板為一電容式觸控面板。
16. 一種觸控模擬輸入裝置，包括：一基板；複數個導體，配置於該基板上；複數個電容，每一上述電容的一端分別耦接一上述導體，另一端接地；以及一控制單元，耦接每一上述電容，控制至少一上述電容的電容值根據一控制時序而變化，據以產生一預定分佈型態的多點觸控輸入操作，其中該觸控模擬輸入裝置係用於接近一觸控面板而對該觸控面板產生該多點觸控輸入操作。
17. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，更包括：一輸入埠，耦接該控制單元，其中該控制單元透過該輸入埠自一外部接收該控制時序。
18. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制時序係儲存於該控制單元中。
19. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，其中每一上述導體包括一連接部分與一感應部分，該連接部分耦接一上述電容並配置於該基板的一第一表面，該感應部分則穿入該基板而使該感應部分的一感應點至少接近該基板相對應於該第一表面之一第二表面。
20. 如申請專利範圍第19項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該感應部分係穿出於該第二表面而露出該感應點於該第二表面外。
21. 如申請專利範圍第19項所述的觸控模擬輸入裝置，更包括：一第一絕緣層，配置於該基板之該第一表面；以及一第二絕緣層，配置於該基板之該第二表面。
22. 如申請專利範圍第21項所述的觸控模擬輸入裝置，其中每一上述導體、該基板、該第一絕緣層、以及該第二絕緣層皆為高透視度材質。
23. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，更包括：一感應線圈，耦接該控制單元，藉由一外部磁場誘導以產生該控制單元的操作所需的電力。
24. 如申請專利範圍第23項所述的觸控模擬輸入裝置，其中 該控制單元藉由該感應線圈誘導輸出的電力，或藉由至少一上述電容感應獲得的電流，而偵測一觸控面板的靠近，並啟動該控制時序。
25. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制時序藉由一手動開關啟動或關閉。
26. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該控制單元的操作所需的電力來自一內部電池或一外部電源。
27. 如申請專利範圍第16項所述的觸控模擬輸入裝置，其中該觸控面板為一電容式觸控面板。