專利名稱：導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種觸碰傳感器(touch sensor)相關(guān)的技術(shù)，且特別是 有關(guān)于一種導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于科技的進(jìn)步，許多控制按鈕，例如電梯的按鈕或是電子游 樂器材的按鈕，也從以往的彈簧機(jī)械式按鈕，改采用觸碰式傳感器。圖1是 現(xiàn)有技術(shù)電容式傳感器的電路圖。請參考圖l，此電路包括感應(yīng)電極101、電 阻102以及感測-控制端103。感測電極101在此電路中，相當(dāng)于一個接地的 電容。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)電容式傳感器在上述感應(yīng)電極101與電阻102的耦接節(jié) 點(diǎn)A的操作波形。請同時參考圖1與圖2，感測-控制端103 —開始會對節(jié)點(diǎn) A充電到一第一額定電壓V20，并且使節(jié)點(diǎn)A處在高阻抗?fàn)顟B(tài)。接下來，由 于感應(yīng)電極101相當(dāng)于一個接地的電容，因此感應(yīng)電極101會開始通過電阻 102進(jìn)行放電。感測-控制端103會持續(xù)檢測節(jié)點(diǎn)A的電壓。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A的電壓 放電到一第二額定電壓V21時，感測-控制端103會根據(jù)節(jié)點(diǎn)A由第一額定電 壓V20放電到第二額定電壓V21的時間，來判斷是否有手指接觸到感應(yīng)電極 101，并且再次對節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行充電。
請再參考圖2，波形201是手指未碰觸感應(yīng)電極101時，節(jié)點(diǎn)A的波形； 波形202是手指碰觸感應(yīng)電極101后，節(jié)點(diǎn)A的波形。由此波形圖可以看出， 當(dāng)手指碰觸到感應(yīng)電極101時，感應(yīng)電極101的等效電容增加，故波形202 的放電時間T2會大于波形201的放電時間T1。因此，感測-控制端103只要
判斷出節(jié)點(diǎn)A放電到第二額定電壓V21的時間大于Tl，便可以判定感應(yīng)電極 101已經(jīng)被碰觸。
在某一些特定應(yīng)用上，例如游樂器的應(yīng)用，可能會需要感應(yīng)導(dǎo)體滑過電 容式傳感器的速度。圖3是現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)體滑過電容式傳感器的感應(yīng)電極101 時，感應(yīng)電極101的等效電容變化波形。請參考圖3， 一般測量導(dǎo)體(例如手 指)在感應(yīng)電極101上移動速度的方法是判斷導(dǎo)體接觸感應(yīng)電極101到導(dǎo)體 離開感應(yīng)電極101的時間。而上述時間是由測量感應(yīng)電極101上的等效電容 Cx對吋間的變化來判斷導(dǎo)體接觸感應(yīng)電極101到導(dǎo)體離開感應(yīng)電極101的時 間。 一般來說，等效電容Cx可以通過上述電壓對時間的變化來得到。以往的 作法會包括以下幾個步驟
第一步驟先預(yù)設(shè)好一第一臨界電容值CT1 (較高臨界電容值)與第二 臨界電容值CT2 (較低臨界電容值)；
第二步驟判斷所估測的電容值是否超過第一臨界電容值CT1;
第三步驟當(dāng)?shù)刃щ娙葜党^第一臨界電容值CT1時，開始計時；以及
第四步驟當(dāng)?shù)刃щ娙葜档陀诘诙R界電容值CT2時，停止計時并以總
時間AT來判斷導(dǎo)體滑過感應(yīng)電極101的時間。
然而，若以人的手指為例，每個人的手指情況不同，手指壓力的輕重也 可能不同，導(dǎo)致感應(yīng)電極101接觸到手指的面積也大不相同。圖4是現(xiàn)有技 術(shù)手指以較輕力道滑過電容式傳感器的感應(yīng)電極101時，感應(yīng)電極101的等 效電容變化波形。請先參考圖4，當(dāng)手指輕輕滑過電容式傳感器時，手指與感 應(yīng)電極101因并未緊密接觸，故等效電容Cx的變化量較小。若Cx恰好小于 第一臨界電容值CT1，則無法觸發(fā)上述第三步驟。另外，即使Cx恰好大于第 一臨界電容值CT1，也可能因為等效電容Cx太小使得測量時間失準(zhǔn)。
另外，感應(yīng)電極101的表面材質(zhì)一般是以聚乙烯，聚丙烯等等塑料所構(gòu) 成。此種電容式傳感器的感應(yīng)電極101較容易受到表面材質(zhì)上所帶靜電的影 響。而上述這類的塑料材質(zhì)，例如說聚乙烯、聚丙烯等等，具有靜電荷累積
后不易消除的特性。圖5是當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)電容式傳感器的感應(yīng)電極101受到靜
電影響后，感應(yīng)電極101的等效電容變化波形。請參考與圖5，當(dāng)手指在上述 塑料上面操作時，逐漸的會將靜電荷以及電場導(dǎo)入或帶離塑料，使感應(yīng)電極 101的表面材質(zhì)的電場效應(yīng)改變。隨著帶的靜電的不同，等效電容便有可能如 同波形51或52的變動。故所測量到的時間Tn也可能受到電荷的影響，變?yōu)?Ts或Tl。
因此，僅用簡單的設(shè)定第一臨界電容值CT1以及第二臨界電容值CT2顯 然的會失去準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的一目的就是在提供一種導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速 度的測量方法，用以感測導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度，并增加感測準(zhǔn)確度。
為達(dá)上述或其他目的，本發(fā)明提出一種導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的 測量方法。此方法包括下列步驟每一預(yù)定時間，取樣一感應(yīng)電極的一電容 值；當(dāng)電容值到達(dá)一峰值時，根據(jù)此峰值，決定第一臨界值(threshold value) 以及第二臨界值；以及利用第一期間與第二期間，決定導(dǎo)體通過電容式傳感 器的速度，其中，電容值在第一臨界值的時間到電容值在峰值的時間為第一 期間，電容值在峰值的時間到電容值在第二臨界值的時間為第二期間。
依照本發(fā)明的較佳實施例所述的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方 法，上述方法還包括提供放電元件、感測-控制端以及輸入-輸出控制端，其 中放電元件耦接于感測-控制端以及輸入-輸出控制端之間，且感應(yīng)電極耦接感 測-控制端；當(dāng)感測-控制端對感應(yīng)電極充電到一第一電壓時，輸入-輸出控制 端設(shè)為第一共接電壓且感測-控制端設(shè)為高阻抗；當(dāng)感測-控制端的電壓由第一 電壓放電至第二電壓時，感測-控制端設(shè)為第一共接電壓一預(yù)定時間后，設(shè)為 高阻抗，且輸入-輸出控制端設(shè)為一第二共接電壓；當(dāng)感測-控制端的電壓由第 一共接電壓充電至一第三電壓時，感測-控制端對感應(yīng)電極充電到第一電壓之
后，輸入-輸出控制端設(shè)為第一共接電壓且感測-控制端設(shè)為高阻抗；以及根據(jù) 感應(yīng)電極由第一電壓放電到第二電壓的時間加上感應(yīng)電極由第一共接電壓充 電到第三電壓的時間，判斷電容值。如此，更能防止靜電荷對速度感測所造 成的影響。
本發(fā)明的精神是在于持續(xù)取樣感應(yīng)電極的電容值，并做紀(jì)錄，當(dāng)上述電 容值產(chǎn)生峰值時，依照比例提供第一臨界值以及第二臨界值，并且以電容值 通過第一臨界值的時間以及電容值從峰值下降到第二臨界值的時間來估測導(dǎo) 體滑過電容式傳感器的速度。因此，無論導(dǎo)體是否與感應(yīng)電極緊密接觸，都 可以達(dá)到準(zhǔn)確的估測導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)電容式傳感器的電路圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)電容式傳感器在上述感應(yīng)電極101與電阻102的耦接節(jié) 點(diǎn)A的操作波形。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)體滑過電容式傳感器的感應(yīng)電極101時，感應(yīng)電極101 的等效電容變化波形。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)手指以較輕力道滑過電容式傳感器的感應(yīng)電極101時， 感應(yīng)電極101的等效電容變化波形。
圖5是當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)電容式傳感器的感應(yīng)電極101受到靜電影響后，感應(yīng) 電極101的等效電容變化波形。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量 方法流程圖。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的電容式傳感器的結(jié)構(gòu)圖。 圖7B是根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的電容式傳感器的操作波形。 圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例圖7A所繪示的操作方法流程圖。 圖9A是根據(jù)本發(fā)明實施例的感應(yīng)電極70不帶電時的操作波形。
圖9B是根據(jù)本發(fā)明實施例的感應(yīng)電極70帶正電荷時的操作波形。 圖9C是根據(jù)本發(fā)明實施例的感應(yīng)電極70帶負(fù)電荷時的操作波形。 圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的手指滑過電容式傳感器的感應(yīng)電極70時， 感應(yīng)電極70的等效電容變化波形。 附圖標(biāo)號-
101、 70:感應(yīng)電極
102:電阻
103、 71:感測-控制端
73:放電元件
72:輸入-輸出控制端
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較 佳實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量 方法流程圖。電路圖的部份請參考現(xiàn)有技術(shù)圖1。如圖6所示，此導(dǎo)體滑過電 容式傳感器的速度的測量方法包含有下列步驟
步驟S600:開始。
步驟S60h每一預(yù)定時間，取樣感應(yīng)電極101的等效電容值Cx。在此，
被取樣的電容值以及取樣的時間將會依照順序被記錄起來。
步驟S602:判斷感應(yīng)電極101的電容值Cx是否發(fā)生一峰值。簡單的說，
峰值就是電容值從上升到開始下降時的期間中的最高值。當(dāng)判斷峰值尚未發(fā)
生時，回到第一步驟S601。
步驟S603:當(dāng)被取樣的感應(yīng)電極的等效電容值Cx發(fā)生一峰值時，根據(jù) 此峰值的大小，依照比例決定一第一臨界值以及一第二臨界值。 一般來說， 達(dá)到峰值時，通常是導(dǎo)體與感應(yīng)電極接觸面積最大的時候。另外，此步驟的
實施條件通常是在電容式傳感器的韌體內(nèi)部儲存有峰值、第一臨界值以及第 二臨界值的比例關(guān)系。當(dāng)擷取到峰值時，便可以對應(yīng)產(chǎn)生上述第一臨界值以 及上述第二臨界值。
步驟S604:定義第一期間為電容值Cx在第一臨界值的時間到電容值Cx
在峰值的時間。
步驟S605:定義第二期間為電容值Cx在峰值的時間到電容值Cx在第二
臨界值的時間。
步驟S606:利用上述第一期間與上述第二期間，決定導(dǎo)體通過電容式傳
感器的速度。
步驟S607:結(jié)束。
由上述實施例便可以看出，由于在本實施例中，有取樣電容值以及記錄 其取樣值以及取樣時間。因此，只要得到峰值，便可以獲知電容值達(dá)到第一 臨界值的時間點(diǎn)，也可以被認(rèn)定為導(dǎo)體開始接觸感應(yīng)電極的時間。因此，只 要取樣到電容值通過第二臨界值的時間點(diǎn)，便可以由電容值達(dá)到第一臨界值 的時間點(diǎn)與電容值通過第二臨界值的時間點(diǎn)來判斷導(dǎo)體滑過電容式傳感器的 速度。并且，此方法可以避免因為手指或?qū)w與感應(yīng)電極的接觸面積的大小 不同，使感應(yīng)出的速度有所差異。
上述實施例已經(jīng)提出了一種測量導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的方法。 但是，由于感應(yīng)電極與導(dǎo)體接觸的部分的材質(zhì)大部分是由塑料構(gòu)成，其容易 受到靜電的影響。以下另外提出一種電容式傳感器的電路結(jié)構(gòu)，以及其操作 方法的實施例以防止靜電影響導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量結(jié)果。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的電容式傳感器的結(jié)構(gòu)圖。請參考圖 7A，其包括感應(yīng)電極70、感測-控制端71、輸入-輸出控制端72、放電元件73。 其耦接關(guān)系如圖所示。圖7B是根據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的電容式傳感器的操 作波形。請參考圖7B， 701是感測-控制端71的電壓波形。702是輸入-輸出 控制端72的波形。圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例圖7A所繪示的操作方法流程圖。
請同時參考圖7A、圖7B與圖8: 步驟S800:開始
步驟S801:提供如圖7A中的電容式傳感器。
步驟S802:由感測-控制端71對感應(yīng)電極70充電。
步驟S803:判斷感測-控制端71的電壓是否到達(dá)第一電壓V1。當(dāng)判斷為 否時，回到步驟S802繼續(xù)對感應(yīng)電極70充電。
步驟S804:當(dāng)感測-控制端71的電壓到達(dá)第一電壓VI時，輸入-輸出控 制端72設(shè)為第一共接電壓Vss且感測-控制端71設(shè)為高阻抗。
步驟S805:感應(yīng)電極70通過放電元件73對輸入-輸出控制端72放電。
步驟S806:判斷感測-控制端71的電壓是否被放電到一特定電壓V2。當(dāng) 判斷為否時，回到步驟S805繼續(xù)對輸入-輸出控制端72放電。
步驟S807:當(dāng)感測-控制端71的電壓放電到特定電壓V2時，感測-控制 端71會被設(shè)為第一共同電壓Vss將感應(yīng)電極70放電到共同電壓Vss之后， 感測-控制端71會被設(shè)為高阻抗?fàn)顟B(tài)。另外，輸入-輸出控制端72會被設(shè)為第 二共同電壓Vdd。
步驟S808:輸入-輸出控制端72通過放電元件73來對感應(yīng)電極70進(jìn)行 充電。
步驟S809:判斷感測-控制端71的電壓是被否充電到電壓V2。當(dāng)感測-控制端71的電壓由共接電壓Vss充電至電壓V2時，便回到上述步驟S802。
由于感應(yīng)電極70在沒有導(dǎo)體觸碰的情況下，其等效電容是不會改變的， 故在感測-控制端71所測量到的電壓波形將會是一個周期性的波形。當(dāng)有導(dǎo)體 觸碰到感應(yīng)電極70時，其等效電容將會變大，在感測-控制端403所測量到的 電壓波形的周期也會變大。因此，只要根據(jù)步驟S802 步驟S809的時間以及 在此期間的電壓變化，便可以判斷感應(yīng)電極70的等效電容Cx的變化。
雖然上述實施例僅以圖7A、圖7B、圖8的實施態(tài)樣作舉例，但是本領(lǐng)域 具有通常知識者應(yīng)知道，上述的電壓V1、 V2、 Vss以及Vdd是可以依照不同
情況而改變的， 一般的情況下，Vdd通常是電源電壓，VSS通常是接地。另外，
上述對感應(yīng)電極70的充電目標(biāo)也并不一定要選擇與放電目標(biāo)V2相同的電壓。 故本發(fā)明不應(yīng)以上述電壓為限。另外，放電元件73—般是以電阻或與其等效 的其他元件來實施。
圖9A、圖9B以及圖9C分別是根據(jù)本發(fā)明實施例的感應(yīng)電極70不帶電、 帶正電荷與帶負(fù)電荷時的操作波形。請先參考圖9A與圖9B，當(dāng)感應(yīng)電極70 的表面帶有正電荷時，感應(yīng)電極70由電壓VI放電到電壓V2的時間會增加， 但是感應(yīng)電極70由共接電壓Vss充電到電壓V2的時間相對的會減少。接下 來，請參考圖9A與圖9C，當(dāng)感應(yīng)電極70的表面帶有負(fù)電荷時，感應(yīng)電極70 由電壓VI放電到電壓V2的時間會減少，但是感應(yīng)電極70由共接電壓Vss 充電到電壓V2的時間相對的會增加。因此，不論是感應(yīng)電極70帶正電荷或 是負(fù)電荷，此時會有相對應(yīng)時期的充放電時間增加，相對的另一時期的充放 電時間則會縮短。換句話說，無論感應(yīng)電極70帶正電荷或帶負(fù)電荷，其充電 時間與放電時間的總和與感應(yīng)電極70未帶電荷的充放電時間的總和將會大致 相伺。故此結(jié)構(gòu)以及此操作可減低靜電對于電容估測的誤差。使電容估測更 加準(zhǔn)確。
圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的手指滑過電容式傳感器的感應(yīng)電極70時， 感應(yīng)電極70的等效電容變化波形。請同時參考圖10與圖3，在圖10的電容 變化波形顯然的比圖3要來的對稱。也就是說，現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)所估測出的 電容值受到了靜電以及手指電場的影響，造成了所估測的等效電容Cx的波形 不對稱，因為電容式傳感器的結(jié)構(gòu)改為圖7，使上述的影響得以消失。因此， 此結(jié)構(gòu)使得電容的估測更加準(zhǔn)確。相對的，估測導(dǎo)體滑過電容式傳感器的準(zhǔn) 確度也會大為提升。若配合上述圖6的方法，根據(jù)波形最大值來依據(jù)百分比 訂定臨界值，更可以避免因不同操作方式，所估測的電容值波形強(qiáng)弱不一致， 造成的估測不準(zhǔn)確，甚至無法估測的問題。
綜上所述，本發(fā)明的精神是在于持續(xù)取樣感應(yīng)電極的電容值，并做紀(jì)錄，
當(dāng)上述電容值產(chǎn)生峰值時，依照比例提供第一臨界值以及第二臨界值，并且 以電容值通過第一臨界值的時間以及電容值從峰值下降到第二臨界值的時間 來估測導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度。因此，無論導(dǎo)體是否與感應(yīng)電極緊密 接觸，都可以達(dá)到準(zhǔn)確的估測導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度。
另一方面，本發(fā)明的較佳實施例還可以避免靜電的影響，使得估測導(dǎo)體 滑過電容式傳感器的速度更加的準(zhǔn)確。
在較佳實施例的詳細(xì)說明中所提出的具體實施例僅用以方便說明本發(fā)明 的技術(shù)內(nèi)容，而非將本發(fā)明狹義地限制于上述實施例，在不超出本發(fā)明的精 神及權(quán)利要求情況，所做的種種變化實施，皆屬于本發(fā)明的范圍。因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法，其特征在于，該測量方法包括每一預(yù)定時間，取樣一感應(yīng)電極的一電容值；當(dāng)所述的電容值到達(dá)一峰值時，根據(jù)該峰值，決定一第一臨界值以及一第二臨界值；以及利用一第一期間與一第二期間，決定所述的導(dǎo)體通過電容式傳感器的速度，其中，所述的電容值在所述的第一臨界值的時間到所述的電容值在所述的峰值的時間為所述的第一期間，所述的電容值在所述的峰值的時間到所述的電容值在所述的第二臨界值的時間為所述的第二期間。
2. 如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法，其特 征在于，該測量方法包括提供一放電元件、 一感測-控制端以及一輸入-輸出控制端，其中該放電元 件耦接于該感測-控制端以及該輸入-輸出控制端之間，且所述的感應(yīng)電極耦接該感測-控制端；當(dāng)所述的感測-控制端對所述的感應(yīng)電極充電到一第一電壓時，該輸入-輸出控制端設(shè)為一第一共接電壓且感測-控制端設(shè)為高阻抗；當(dāng)所述的第一放電元件的第一端的電壓由所述的第一電壓放電至一第二 電壓時，所述的感測-控制端設(shè)為所述的第一共接電壓一預(yù)定時間后，設(shè)為高 阻抗，且所述的輸入-輸出控制端設(shè)為一第二共接電壓；當(dāng)所述的放電元件的第一端的電壓由所述的第一共接電壓充電至一第三 電壓時，所述的感測-控制端對所述的感應(yīng)電極充電到一第一電壓之后，所述 的輸入-輸出控制端設(shè)為一第一共接電壓且感測-控制端設(shè)為高阻抗；以及根據(jù)所述的感應(yīng)電極由所述的第一電壓放電到第二電壓的時間加上該感應(yīng)電極由所述的第一共接電壓充電到第三電壓的時間，判斷所述的電容值。
3. 如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法，其特征在于，所述的第一共接電壓為接地電壓。
4. 如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法，其特 征在于，所述的第二電壓與所述的第三電壓介于所述的第一電壓與所述的第 一共接電壓之間。
5. 如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法，其特 征在于，所述的放電元件為一電阻。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度的測量方法。此方法包括每一預(yù)定時間，取樣感應(yīng)電極的電容值；當(dāng)電容值到達(dá)峰值時，根據(jù)峰值，決定第一臨界值以及第二臨界值；定義電容值在第一臨界值的時間到電容值在峰值的時間為第一期間；定義電容值在峰值的時間到電容值在第二臨界值的時間為第二期間；利用第一期間與第二期間，決定導(dǎo)體滑過電容式傳感器的速度。
文檔編號G01P3/42GK101368977SQ20071014183
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者廖棟才, 羅立聲 申請人:凌通科技股份有限公司