TWI472971B - 電子裝置及偵測方法 - Google Patents

Description

電子裝置及偵測方法

本發明係有關於觸控裝置，特別是有關於具有多工器電路之近接感測器(proximity sensor)的觸控面板及近接感測方法(proximity sensing method)。

現今市面上的手機或平板電腦均具備有近接感測裝置(proximity sensing device)，且近接感測之應用係依據觸控面板的尺寸進行區分，例如手機的尺寸較小，平板電腦的尺寸較大。在小尺寸的手機上，近接感測之應用係為開啟或關閉顯示面板、以及關閉觸控功能等以避免使用者進行誤動作。

第1A圖係顯示傳統手機使用紅外線感應器及接收器(Infrared Ray Sensor/Receiver)之近接感測裝置介面的示意圖。第1B圖係顯示傳統手機之使用電容式感應器(capacitive sensor)之近接感測裝置介面的示意圖。傳統手機偵測物體之接近度一般有兩種方式，一為紅外線感應器/接收器，另一種為電容式近接感測器。舉例來說，如第1A圖所示，紅外線感應器110係發射出紅外光，紅外線接收器120係接收物體反射回來的光線，藉以偵測物體與發射源之間的距離。第1A圖中之紅外線接收器120係透過I2C介面與手機的基頻模組(base band module)進行溝通，且當紅外線接收器120進行傳輸時，控制器需要中斷(interrupt) 來自觸控面板130的I2C信號，此時會造成基頻模組的傳輸及處理速度變慢，且有可能產生信號堵塞的情況。如第1B圖所示，電容式感應器140係利用導電物體的感應電容增加量以判斷物體與電容式感應器140的相對距離。第1B圖中的電容式感應器140及觸控面板150係共用同一個I2C通道，因此不會產生信號中斷及堵塞的問題。電容式近接感測器的感應距離係與導電物體的整體電容有關，且電容式近接感測器通常置於手機中的觸控面板上方的一小塊區域，因此其感應距離相當有限。

有鑑於此，本發明係提供一種電子裝置，包括：一觸控面板，包括複數個感應電極，用以感測觸控面板上之一觸控動作以輸出對應的一觸控信號或感測接近觸控面板的一物體移動動作以輸出對應的一感應信號；一多工電路，耦接至感應電極，用以輸出一驅動信號至感應電極；以及一控制電路，用以依據一模式切換信號將電子裝置切換為一觸控感測模式或一近接感測模式，並根據電子裝置所切換的模式以發出對應的一控制信號至多工電路，用以控制多工電路耦接輸出至該等感應電極的方式。

本發明更提供一種偵測方法，用於一電子裝置，該電子裝置包含具有複數個感應電極的一觸控面板。該方法包括下列步驟：依據一模式切換信號，將該電子裝置切換為一觸控感測模式或一近接感測模式；根據該電子裝置所切 換的模式發出對應的一控制信號以控制耦接輸出一驅動信號至該等感應電極的方式。

第2圖係顯示依據本發明一實施例之近接感測裝置的方塊圖。近接感測裝置200係用於一手持裝置(例如智慧型手機、平板電腦或其他類似的電子裝置)。在一實施例中，近接感測裝置200係包括觸控面板210、多工電路220以及控制電路230。觸控面板210係具有複數個感應電極211~213，用以感測觸控面板210上之一觸控動作以輸出對應的一觸控信號或感測接近該觸控面板的一物體移動動作以輸出對應的一感應信號，其中各感應電極211~213可分別係一導電通道，以可係由複數個感應器串聯組成。在此實施例中，觸控面板210係可為一電容式觸控面板，感應電極211~213中之各子電極係可為一電容式感應器(capacitive sensor)，但本發明並不限於此。一般手持裝置的觸控面板尺寸均相當有限，故使用電容式觸控面板以偵測物體之相對距離及動作亦侷限在相當靠近觸控面板的距離(約為3公分)，此距離對使用者來說係難以使用手勢(gesture)以控制手機。多工電路220係耦接於觸控面板210中的感應電極(例如感應電極211~213)及控制電路230(例如在觸控面板的玻璃上、液晶面板的薄膜電晶體基板上或電子裝置的電路板等)，接收來自控制電路230之控制信號(在此實施例中為2位元)，用以輸出一驅動信號221至觸 控面板210中的感應電極(例如感應電極211~213)。控制電路230係根據電子裝置所切換的模式以發出對應的一控制信號231至多工電路220，用以控制多工電路220耦接輸出至觸控面板中之感應電極的方式。在另一實施例中，控制電路230係可用一處理器或是一數位電路來實現。需注意的是，多工電路220所輸出之驅動信號221係可來自一參考電壓或是來自控制電路230。

在一實施例中，近接感測裝置200係選擇性地包括一切換單元240，用以接收一模式切換信號，將近接感測裝置200切換為一觸控感測模式或一近接感測模式，並輸入一模式信號241至控制電路230，其中模式切換信號係可來自軟體(例如應用程式)或硬體(例如手機按鍵)。在另一實施例中，切換單元240係可整合於控制電路230中，但本發明不限於此。

第3A圖係顯示依據本發明一實施例之觸控面板感應距離的模擬圖。第3B、3C圖係顯示依據本發明一實施例之活動區域的示意圖。舉例來說，若感應距離為3公分，在4.3吋的觸控面板上約需要300mm²的面積，在觸控面板上面的小區域即可達成，如第3B圖之感應區域310。若需要更遠的感應距離(例如5公分或以上)，則觸控面板的感應區域之面積需至少達到500mm²才能達成，因此近接感測裝置200需要使用觸控面板210中的活動區域(active area)以做為感應區域，如第3C圖中之感應區域320。

更詳細而言，控制電路230係可將近接感測裝置200在兩種模式中進行切換，一是觸控感測模式(touch sensing mode)，另一種是近接感測模式(proximity sensing mode)。當近接感測裝置200切換至觸控感測模式時，控制電路230係發出對應於觸控感測模式的一控制信號231至多工電路220，用以讓多工電路220分時輸出驅動信號221至對應的各感應電極以進行掃描偵測的動作。當近接感測裝置200切換至近接感測模式，控制電路係發出對應於近接感測模式的控制信號至多工電路220，用以讓多工電路220將觸控面板210中的至少三個感應電極(例如感應電極211~213)並聯，並輸出驅動信號221至並聯的感應電極。舉例來說，如表1所示，控制電路230所發出的控制信號231係為2位元。當觸控面板210處於觸控感測模式，控制電路230依序所發出的控制信號231係為01、00、10，此時多工電路220係分別輸出驅動信號221至感應電極211、212及213以進行掃描偵測的動作。當觸控面板210係處於近接感測模式，控制電路230所輸出的控制信號231係為11，此時多工電路220係將感應電極211~213並聯，並輸出驅動信號221至並聯的感應電極211~213。對4.3吋的觸控面板來說，一個感應電極係具有11個感應器，且每個感應器的面積約為11.13mm²，故將三個感應電極並聯後的總面積可達到15.13×11×3=500mm²。對照第4圖之模擬結果，當近接感測裝置的感應面積達到500mm²，表示其感應能力可達到50mm的高度，更便於使用者利用手勢對手持裝置進行操作。值得注意的是，上述實施例係以4.3吋之觸控面板為例，且觸控面板至少具有3個感應電極，但本發明並不限於此。若以具有7吋觸控面板之平 板電腦為例，則3個感應電極之總面積可大幅增加，意即其感應距離可大幅增加。本發明係可使用3個以上的感應電極，僅需在控制電路230中增加額外的控制信號位元，例如4個感應電極需要3位元的控制信號。

第4A圖係顯示依據本發明一實施例之多工電路的邏輯方塊圖。第4B圖係顯示依據本發明一實施例之多工電路的電路圖。如第4A圖所示，多工電路220係可為一多工器(multiplexer)，控制電路230所發出的控制信號231係可控制多工電路220分時輸出驅動信號221至感應電極211~231(觸控感測模式)或是輸出驅動信號221至並聯的感應電極211~213(近接感測模式)。更詳細而言，多工電路220係可由第4B圖中的電路所實現，其真值表係如表1所示。如第4B圖所示，多工電路220係包括電晶體T1~T6，且觸控面板係包括感應電極1~3，其中電晶體T1之第一端係耦接至參考電壓V_ref，其控制端係耦接至控制信號的位元0(第一位元)；電晶體T2之第一端係耦接至電晶體 T1之第二端，其控制端係耦接至控制信號的位元1(第二位元)，其第二端係耦接至感應電極2；電晶體T3之第一端係耦接至參考電壓V_ref，其控制端係耦接至控制信號的位元1，其第二端係耦接至感應電極3；電晶體T4之第一端係耦接至參考電壓V_ref，其控制端係耦接至控制信號的位元1；電晶體T5之第一端係耦接至電晶體T4之第二端，其控制端係耦接至控制信號的位元0，其第二端係耦接至感應電極2；電晶體T6之第一端係耦接至參考電壓V_ref，其控制端係耦接至控制信號的位元0，其第二端係耦接至感應電極1。在此實施例中，電晶體T1、T2、T3及T6係為N型電晶體，電晶體T4及T5係為P型電晶體，但本發明不限於此。

當觸控面板210處於觸控感測模式，控制電路230係循環依序發出控制信號01、00、10，此時多工電路220係分別依序將驅動信號221輸出至感應電極211、212及213以進行掃描偵測的動作。當觸控面板210係處於近接感測模式，控制電路230所輸出的控制信號231係為11，此時多工電路220係將感應電極211~213並聯，並輸出驅動信號221至並聯的感應電極211~213。熟習本領域此技藝者當了解，本發明係可將觸控面板中的感應電極分組(例如三個感應電極一組，但非限定)以配置一對應的多工電路220。當使用者在觸控感測模式利用觸控面板210進行接觸動作時，控制電路230可控制多工電路220分時依序輸出驅動信號221至各感應電極。當使用者在近接感測模式利用手勢進行操作時，控制電路230控制多工電路220將觸 控面板210中的至少三個感應電極並聯，並將驅動信號221輸出至並聯的感應電極。需注意的是，觸控面板210中之感應電極所產生的觸控信號或感應信號均可輸出至一後端電路(第2圖未繪示)以進行後續處理，意即後端電路係可將觸控信號及感應信號以轉換為對應的控制指令。

更詳細而言，觸控面板210之使用模式係可由切換單元240所控制，且觸控感測模式及近接感測模式亦可同時進行。在此實施例中係以整合切換單元240之控制電路230為例。舉例來說，某人撥打電話至近接感測裝置200所在的手持裝置，當使用者尚未接聽電話前，控制電路230係讓觸控面板處理觸控感測模式。當使用者接聽此通電話但臉部尚未靠近觸控面板210前，控制電路230係控制觸控面板210中之感應電極同時處於觸控感測模式及近接感測模式，使用者此時可在觸控面板210上進行操作，觸控面板210亦持續偵測使用者是否將臉部靠近觸控面板210。當使用者之臉部靠近觸控面板210，控制電路230係將觸控面板210切換至近接感測模式，以防使用者誤觸。當觸控面板210係同時處於觸控感測模式及近接感測模式時，控制電路230所發出的控制信號係依序為01、00、10及11，意即感應電極211~213可同時偵測觸控面板上的接觸動作及手勢動作。以另一實施例而言，使用者想將近接感測裝置200由觸控感測模式切換到近接感測模式以進行遠距離的感測操作時，可以藉由操作近接感測裝置200上的軟體或按鍵來輸入一模式切換信號給控制電路230以進行對應模式的切換。

第5A圖係顯示依據本發明一實施例中觸控面板上的感應按鍵(touch key)的示意圖。第5B圖係顯示依據本發明另一實施例之多工電路之邏輯方塊圖。。在另一實施例中，在4.3吋的觸控面板210上，一個感應按鍵的大小為7mm x 7mm，意即一個感應器的面積為49mm²，如第5A圖所示。在此實施例中之觸控面板210係具有4個感應按鍵610~640，故此4個感應按鍵610~640所分別對應的各感應電極a~d並聯在一起後的總面積為約為200mm²，且其感應距離可達到20mm的高度。更詳細而言，在此實施例中之多工電路220係可為一多工器，但其具有3位元的控制信號，如第5B圖所示。

本發明之多工電路220可同樣將4個感應按鍵所對應的各感應電極a~d進行並聯，藉以增加近接感測區域的面積，並提昇感應距離。除此之外，請參考表2，感應按鍵的感應電極a~d的處理方式係類似前述實施例，意即當觸控面板210處於觸控感測模式時，控制電路230係循環依序發出一控制信號001、010、000及100至多工電路220，此時多工電路220係依序輸出驅動信號221至對應於感應按鍵610~640之感應電極a~d。當觸控面板210處於近接感測模式，控制電路230所發出的控制信號231係為111，此時多工電路220係將感應按鍵610~640所對應的感應電極a~d進行並聯，並將驅動信號輸出至並聯的感應電極a~d。需注意的是，此實施例係以4個感應按鍵為例，熟習本領域之技藝者當了解本發明同樣可應用於不同數量的感應按鍵。

第6圖係顯示依據本發明一實施例之偵測方法的流程圖。在步驟S710，控制電路230係依據一模式切換信號將近接感測裝置200切換為一觸控感測模式或一近接感測模式。在步驟S720，控制電路230係依據近接感測裝置200所切換的模式發出對應的一控制信號231，用以控制多工電路220耦接輸出一驅動信號221至觸控面板210中之感應電極的方式。

第7圖係顯示依據本發明另一實施例之偵測方法的流程圖。在步驟S810，控制電路230係依據一模式切換信號將近接感測裝置200切換為一觸控感測模式或一近接感測模式。在步驟S820，控制電路230係依據近接感測裝置200所切換的模式發出對應的一控制信號231至多工電路220。在步驟S830，當近接感測裝置200係為觸控感測模式，控制電路230係發出控制信號231至多工電路220，以讓多工電路220分時輸出驅動信號221至觸控面板210中對應的各感應電極(例如感應電極211~213)。在步驟 S840，當近接感測裝置200為近接感測模式，控制電路230係發出控制信號231至多工電路220以將觸控面板210中的至少三個感應電極並聯，並使多工電路220輸出驅動信號221至並聯的感應電極(例如感應電極211~213)。第6、7圖中之實施細節請參考前述實施例，於此不再贄述。

惟以上所述者，僅為本發明之各項實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用以輔助專利文件搜尋之用，並非用以限制本發明之權利範圍。

110‧‧‧紅外線感應器

120‧‧‧紅外線接收器

140‧‧‧感應器

200‧‧‧近接感測裝置

130、150、210‧‧‧觸控面板

211-213、a-d‧‧‧感應電極

220‧‧‧多工電路

221‧‧‧驅動信號

230‧‧‧控制電路

231‧‧‧控制信號

240‧‧‧切換單元

241‧‧‧模式信號

310-320‧‧‧感應區域

610-640‧‧‧感應按鍵

T1-T6、T61-T70‧‧‧電晶體

N1‧‧‧節點

第1A圖係顯示傳統手機使用紅外線感應器及接收器之近接感測裝置的介面示意圖。

第1B圖係顯示傳統手機之使用電容式感應器之近接感測裝置的介面示意圖。

第2圖係顯示依據本發明一實施例之近接感測裝置的方塊圖。

第3A圖係顯示依據本發明一實施例之觸控面板感應距離的模擬圖。

第3B~3C圖係顯示依據本發明一實施例之活動區域的示意圖。

第4A圖係顯示依據本發明一實施例之多工電路的邏輯方塊圖。

第4B圖係顯示依據本發明一實施例之多工電路的電路圖。

第5A圖係顯示依據本發明一實施例中觸控面板上的感應按鍵(touch key)的示意圖。

第5B圖係顯示依據本發明另一實施例之多工電路之邏輯方塊圖。

第6圖係顯示依據本發明一實施例之偵測方法的流程圖。

第7圖係顯示依據本發明另一實施例之偵測方法的流程圖。

200‧‧‧近接感測裝置

210‧‧‧觸控面板

211-213‧‧‧感應電極

220‧‧‧多工電路

221‧‧‧驅動信號

230‧‧‧控制電路

231‧‧‧控制信號

240‧‧‧切換單元

241‧‧‧模式信號

Claims (11)

1. 一種電子裝置，包括：一觸控面板，包括複數個感應電極，用以感測該觸控面板上之一觸控動作以輸出對應的一觸控信號或感測接近該觸控面板的一物體移動動作以輸出對應的一感應信號；一多工電路，耦接至該等感應電極，用以輸出一驅動信號至該等感應電極；以及一控制電路，用以依據一模式切換信號將該電子裝置切換為一觸控感測模式或一近接感測模式，並根據該電子裝置所切換的模式以發出對應的一控制信號至該多工電路，用以控制該多工電路耦接輸出至該等感應電極的方式，其中該多工電路包括：一第一電晶體，其第一端係耦接於一參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之一第一位元；一第二電晶體，其第一端係耦接於該第一電晶體之一第二端，其控制端係耦接於該控制信號之一第二位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第二感應電極；一第三電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第二位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第三感應電極；一第四電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第二位元；一第五電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第一位元，其第二端係耦接 於該等感應電極中之一第二感應電極；以及一第六電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第一位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第一感應電極，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第六電晶體係為N型電晶體，且該第四電晶體及該第五電晶體係為P型電晶體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中當該電子裝置為該觸控感測模式，則該多工電路分時輸出該驅動信號至對應的各感應電極。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中當該電子裝置為該近接感測模式，則該多工電路使至少三個該感應電極並聯，並輸出該驅動信號至並聯的該等感應電極。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中當該電子裝置係為該近接感測模式，該等感應電極更判斷一物體與該觸控面板之一相對距離，藉以產生該感應信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該等感應電極係為複數個感應按鍵。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中各該感應電極由複數個感應器串聯組成。
7. 一種偵測方法，用於一電子裝置，該電子裝置包含具有複數個感應電極的一觸控面板，包括：依據一模式切換信號，將該電子裝置切換為一觸控感測模式或一近接感測模式；根據該電子裝置所切換的模式發出對應的一控制信號 以控制該電子裝置之一多工電路耦接輸出一驅動信號至該等感應電極的方式，其中該多工電路包括：一第一電晶體，其第一端係耦接於一參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之一第一位元；一第二電晶體，其第一端係耦接於該第一電晶體之一第二端，其控制端係耦接於該控制信號之一第二位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第二感應電極；一第三電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第二位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第三感應電極；一第四電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第二位元；一第五電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第一位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第二感應電極；以及一第六電晶體，其第一端係耦接於該參考電壓，其控制端係耦接於該控制信號之該第一位元，其第二端係耦接於該等感應電極中之一第一感應電極，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第六電晶體係為N型電晶體，且該第四電晶體及該第五電晶體係為P型電晶體。
8. 如申請專利範圍第7項所述之偵測方法，其中該根據該電子裝置所切換的模式發出對應的該控制信號以控制輸出該驅動信號至該等感應電極的方式包括： 當該電子裝置為該觸控感測模式，利用一控制電路發出該控制信號至一多工電路以讓該多工電路分時輸出該驅動信號至對應的各感應電極；以及當該電子裝置為該近接感測模式，利用該控制電路發出該控制信號至該多工電路以將至少三個該感應電極並聯，並使該多工電路輸出該驅動信號至並聯的該等感應電極。
9. 如申請專利範圍第7項所述之偵測方法，更包括：當該電子裝置為該觸控感測模式，該等感測電極感測該觸控面板上之一觸控動作以輸出對應的一觸控信號；以及當該電子裝置為該近接感測模式，該等感測電極感測接近該觸控面板的一物體移動動作以輸出對應的一感應信號。
10. 如申請專利範圍第7項所述之偵測方法，其中該等感應電極係為複數個感應按鍵。
11. 如申請專利範圍第7項所述之偵測方法，其中各該感應電極由複數個感應器串聯組成。