專利名稱：線圈式觸控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種觸控裝置，特別是涉及一種利用線圈磁場感應原理作用的觸控裝置。
背景技術(shù)：
在信息發(fā)達的現(xiàn)在社會，大量的數(shù)據(jù)知識得以藉由數(shù)字數(shù)據(jù)的形式交流、整理及儲存；而用來閱讀、存取數(shù)字數(shù)據(jù)的計算機，也就成為現(xiàn)代信息社會中最重要的工具之一。尤其是各種可攜式計算機(如筆記型計算機及個人數(shù)字助理器等)，其體積小、重量輕又方便攜帶，讓使用者能隨時隨地查閱、瀏覽及儲存各種數(shù)字數(shù)據(jù)，是最佳的數(shù)字數(shù)據(jù)平臺之一，也是信息業(yè)者致力研發(fā)的重點。
可攜式計算機一方面強調(diào)體積輕薄，一方面又要有人性化的輸入接口，所以常以觸控式面板來當作使用者與可攜式計算機間的人機接口。而當使用者接觸施壓于電阻式觸控面板或靠近感應于電容式觸控面板時，觸控面板能感應使用者動作的位置，藉此控制計算機。更進一步地，由于現(xiàn)在手寫辨識技術(shù)的進步，當使用者欲將數(shù)據(jù)輸入可攜式計算機時，使用者能直接在觸控面板上施壓書寫這些數(shù)據(jù)，可攜式計算機即根據(jù)觸控面板感應到的使用者書寫痕跡，就能辨識使用者要輸入的數(shù)據(jù)，進而將數(shù)據(jù)輸入儲存至可攜式計算機中。手寫輸入不僅能減少可攜式計算機占用的空間，使可攜式計算機不需采用體積較大的鍵盤；另一方面也能提供更友善的接口，讓使用者能更方便地以直覺的方式藉由觸控面板控制可攜式計算機。
然而現(xiàn)今所發(fā)展出的觸控面板技術(shù)眾多，例如電阻式、電容式、超音波式以及紅外線感測式等觸控面板，且由于技術(shù)層面與成本有所差異，因此這諸多種類的觸控面板便運用在各種不同領(lǐng)域，例如電阻式面板為運用壓力感應電壓變化，其有成本低的優(yōu)點，因此便適用于PDA、手機、導航系統(tǒng)、電子書或信息家電等消費性產(chǎn)品，而電容式面板為運用人體靜電變化感應電容變化，其應用于ATM、公共查詢機(KIOSK)或工業(yè)用設(shè)備等，音波式面板則利用檢測聲波的原理，其觸控準確度佳但易受噪聲干擾，可應用于公共查詢機、自動售票機、以及醫(yī)療器材等，而紅外線式面板則利用訊號遮斷的原理，其體積大且精密度不高，但可達100％的透光度，可適用于ATM、OA事務機、電子白板、工業(yè)用設(shè)備等。而上述的觸控面板皆有其應用上的限制且構(gòu)造較為復雜，此外由于大多采用多數(shù)個傳感器的結(jié)構(gòu)，故對于其成本及可靠度的考慮便大打折扣。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種應用線圈磁場感應原理作用的觸控裝置，以解決上述的問題。
本實用新型揭露一種觸控裝置，其包含有一線圈層，其包含有一第一線圈，一第二線圈，以平行于該第一線圈的方式與該第一線圈交錯排列，一第三線圈，以垂直于該第一線圈與該第二線圈的方式纏繞于該第一線圈與該第二線圈，以及一第四線圈，以平行于該第三線圈的方式與該第三線圈交錯排列。該觸控裝置還包含一第一放大器，連接于該第一線圈的兩端，用來放大該第一線圈兩端因一磁性物體所感應出的訊號差，一第二放大器，連接于該第二線圈的兩端，用來放大該第二線圈兩端因該磁性物體所感應出的訊號差，一第三放大器，連接于該第三線圈的兩端，用來放大該第三線圈兩端因該磁性物體所感應出的訊號差，一第四放大器，連接于該第四線圈的兩端，用來放大該第四線圈兩端因該磁性物體所感應出的訊號差，一第一比較器，連接于該第一放大器與該第二放大器，用來比較該第一放大器與該第二放大器訊號的相位，一第二比較器，連接于該第三放大器與該第四放大器，用來比較該第三放大器與該第四放大器訊號的相位，以及一控制單元，用來依據(jù)該第一比較器及該第二比較器的輸出訊號控制該觸控裝置的操作。


圖1為本實用新型觸控裝置安裝于筆記型計算機上的示意圖。
圖2為使用者于觸控裝置上手寫輸入數(shù)據(jù)至筆記型計算機的示意圖。
圖3為筆記型計算機與觸控裝置的功能方塊示意圖。
圖4為本實用新型觸控裝置沿圖14-4’的剖面圖，。
圖5為觸控裝置內(nèi)線圈層的示意圖。
圖6為磁性物體于觸控裝置的X方向向右平移所感應電動勢變化。
圖7為磁性物體于觸控裝置的X方向向左平移所感應電動勢變化。
圖8為第一線圈兩端訊號差隨磁性物體于觸控裝置上的X方向移動的變化圖。
圖9與圖10為線圈兩端訊號差因磁性物體于觸控裝置上點擊的變化圖。
圖11為磁性觸控筆的示意圖。
圖12為磁性觸控筆于觸控裝置上書寫軌跡的示意圖。
圖13為第一線圈與第三線圈兩端訊號差于磁性觸控筆在觸控裝置上書寫時的變化圖。
附圖符號說明2處理單元3存儲模塊4顯示屏幕4s視訊訊號5控制單元5s控制訊號6操作模塊10觸控裝置10s位置訊號 12筆記型計算機14磁性物體 16感應處18保護層 20線圈層21防泄磁層 22第一線圈24第二線圈 26第三線圈28第四線圈 30第一放大器32第二放大器 34第三放大器36第四放大器 38第一比較器40第二比較器 42磁性觸控筆44磁鐵 46緩沖墊具體實施方式
請參閱圖1，圖1為本實用新型觸控裝置10安裝于一筆記型計算機12上的示意圖，觸控裝置10亦可安裝于個人數(shù)字助理或平板計算機等裝置上，于此僅介紹實用新型的最佳實施例。使用者可利用觸控裝置10將數(shù)據(jù)以手寫方式輸入至筆記型計算機12，或以觸控裝置10取代鼠標進行游標滑移的動作。而圖2為使用者于觸控裝置10上手寫輸入數(shù)據(jù)至筆記型計算機12的示意圖，使用者藉由一磁性物體14于觸控裝置10上書寫時，觸控裝置10得以感測磁性物體14所接近的感應處16，并藉由感應處16隨筆跡運行的位置變化，辨識使用者要輸入筆記型計算機12的數(shù)據(jù)或指令，而磁性物體14可為一具有磁性的觸控筆。
請參考圖3，圖3為筆記型計算機12與觸控裝置10的功能方塊示意圖，觸控裝置10能感應觸控筆14所運筆的位置，并產(chǎn)生對應的位置訊號10s。筆記型計算機12中設(shè)有一處理單元2、一存儲模塊3以及一顯示屏幕4，用來顯示文字圖形等數(shù)據(jù)。處理單元2處理筆記型計算機12的整體運作。當處理單元2運作時，會根據(jù)存儲模塊3中所加載的程序來做對應的運算及數(shù)據(jù)處理，而存儲模塊3可以是一隨機存取內(nèi)存(Random Access Memory，RAM)。
存儲模塊3中加載的控制單元5及操作模塊6來處理控制本實用新型觸控輸入的過程。操作模塊6可以是筆記型計算機12的操作系統(tǒng)(OperationSystem，OS)或是手寫辨識軟件，而控制單元5則是用來處理觸控輸入，并將其轉(zhuǎn)換為操作模塊6可接受的控制訊號5s。觸控裝置10產(chǎn)生的位置訊號10s會經(jīng)由處理單元2以適當?shù)臄?shù)據(jù)格式傳輸給控制單元5，而控制單元5則根據(jù)位置訊號10s可產(chǎn)生對應的控制訊號5s至操作模塊6，而操作模塊6接收控制訊號5s后，就能經(jīng)由處理單元2控制筆記型計算機12做出對應的運作。舉例來說當使用者欲進行手寫辨識動作時，于觸控裝置10手寫輸入一文字后，觸控裝置10便會輸出與該文字相關(guān)的位置訊號10s至處理單元2，再經(jīng)由處理單元2轉(zhuǎn)換成適當?shù)臄?shù)據(jù)格式傳輸至控制單元5，而控制單元5則產(chǎn)生對應的控制訊號5s至操作模塊6，此時操作模塊6為一手寫辨識軟件，再經(jīng)由手寫辨識軟件將控制訊號5s辨識成相關(guān)的文字訊號以輸出至處理單元2，處理單元2再輸出視訊訊號4s控制顯示屏幕4顯示辨識出的文字內(nèi)容，而進行辨識動作與手寫輸入動作乃為同步進行。
請參閱圖4，圖4為本實用新型觸控裝置10沿圖14-4’的剖面圖，觸控裝置10包含一保護層18位于觸控裝置10的最上層，用來保護觸控裝置10免于受到外界的刮傷或污損，以及提供磁性物體14于保護層18上進行接觸書寫的動作，而保護層14可為防磨的材質(zhì)，如塑料材質(zhì)等，觸控裝置10還包含一線圈層20安裝于保護層18的下方，本實用新型觸控裝置10接受磁性物體14感應而產(chǎn)生訊號等動作的主要運作機制，于其后會詳細介紹其構(gòu)造及作用原理，而線圈層的制程技術(shù)可為一印刷電路板、一軟式印刷電路板(flexible print circuit，F(xiàn)PC)、一軟式扁平連接片(flexible flatcable，F(xiàn)FC)或使用積層陶瓷技術(shù)所制成，以及一防泄磁層21，安裝于線圈層20的下方，用來防止線圈層20的磁力線泄漏至防泄磁層21的下方。
請參閱圖5，圖5為觸控裝置10線圈層20的示意圖，觸控裝置10的線圈層20包含有一第一線圈22，一第二線圈24，以平行于第一線圈22的方式與第一線圈22交錯排列，一第三線圈26，以垂直于第一線圈22與第二線圈24的方式纏繞于第一線圈22與第二線圈24，以及一第四線圈28，以平行于第三線圈26的方式與第三線圈26交錯排列。而觸控裝置10還包含一第一放大器30，連接于第一線圈22的兩端，用來放大第一線圈22兩端因磁性物體14所感應出的訊號差，一第二放大器32，連接于第二線圈24的兩端，用來放大第二線圈24兩端因磁性物體14所感應出的訊號差，一第三放大器34，連接于第三線圈26的兩端，用來放大第三線圈26兩端因磁性物體14所感應出的訊號差，一第四放大器36，連接于第四線圈28的兩端，用來放大第四線圈28兩端因磁性物體14所感應出的訊號差，一第一比較器38，連接于第一放大器30與第二放大器32，用來比較第一放大器30與第二放大器32訊號的相位，一第二比較器40，連接于第三放大器34與第四放大器36，用來比較第三放大器34與第四放大器36訊號的相位，而控制單元5便可依據(jù)第一比較器38及第二比較器40的輸出訊號控制觸控裝置10的操作。
于此介紹本實用新型觸控裝置10的操作原理，請參閱圖6，圖6為磁性物體14于觸控裝置10的X方向向右平移所感應電動勢變化。當使用者將磁性物體14于觸控裝置10上做X方向向右平移動作時，第一線圈22與第二線圈24便會因一連串的磁通量變化而誘導出相對應的感應電動勢，于圖6中，當磁性物體14一開始接近第一線圈22兩線段的中央也就是第二線圈24的線段上A處時，由于第一線圈此時會受到一相對最大的磁通量變化，因此此時第一線圈22兩端因磁性物體14所感應出的訊號差(可為感應電動勢或感應電流)的絕對值即為相對相對最小值0，但第二線圈24此時則為相對最小的磁通量變化，故第二線圈24兩端因磁性物體14所感應出的訊號差的絕對值此時則為相對最大值，同理當磁性物體14移動到第二線圈22兩線段的中央亦為第二線圈24的線段上B處時，第一線圈22與第二線圈24兩端因磁性物體14所感應出的訊號差則與上述介紹相同。因此由圖6中可看出當磁性物體14于觸控裝置10上的X方向由A處向右平移至B處時，第二線圈22兩端因磁性物體14所感應出的訊號差會落后第一線圈22兩端因磁性物體14所感應出的訊號差九十度。
請參閱圖7，圖7為磁性物體14于觸控裝置10的X方向向左平移所感應電動勢變化。相反地，若當磁性物體14于觸控裝置10上的X方向由B處向左平移至A處時，第二線圈22兩端因磁性物體14所感應出的訊號差則會領(lǐng)先第一線圈22兩端因磁性物體14所感應出的訊號差九十度。
請參閱圖8，圖8為第一線圈22兩端訊號差隨磁性物體14于觸控裝置10上的X方向移動的變化圖，可視第一線圈22兩端因磁性物體14移動所感應出的訊號差取一訊號閾值(threshold)，而將該模擬訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號，而藉由該數(shù)字訊號的變化而得知磁性物體14于觸控裝置10上移動的間隔數(shù)，以達到計數(shù)的功用。
因此通過第一放大器30與第二放大器32放大第一線圈22以及第二線圈24兩端因磁性物體14所感應出的訊號差，再經(jīng)由第一比較器38比較第一放大器30與第二放大器32訊號的相位，便可得知磁性物體14于觸控裝置10的X方向上往右或往左平移；而藉由上述數(shù)字訊號的變化而得知磁性物體14于觸控裝置10上移動的間隔數(shù)以達到計數(shù)的功用，便可計算磁性物體14于觸控裝置10上移動了多少距離，如此一來便可計算出磁性物體14于觸控裝置10的X方向上往右或往左平移多少距離。
同理磁性物體14于觸控裝置10的Y方向向上或向下平移的方向判斷以及平移多少距離，亦可利用上述相同原理進行，也就是通過第三放大器34與第四放大器36放大第三線圈26以及第四線圈28兩端因磁性物體14所感應出的訊號差，再經(jīng)由第二比較器40比較第三放大器34與第四放大器36訊號的相位，便可得知磁性物體14于觸控裝置10的Y方向上往上或往下平移；而藉由數(shù)字訊號的變化可得知磁性物體14于觸控裝置10上移動的間隔數(shù)以達到計數(shù)的功用，便可計算磁性物體14于觸控裝置10上移動了多少距離，如此一來便可計算出磁性物體14于觸控裝置10的Y方向上往上或往下平移多少距離。
請參閱圖9與圖10，圖9與圖10為線圈兩端訊號差因磁性物體14于觸控裝置10上點擊的變化圖，若使用者使用磁性物體14雙擊(double click)或單擊(click)觸控裝置10時，則線圈兩端訊號差便會產(chǎn)生出脈沖訊號(pulse)的形式，而有別于磁性物體14于觸控裝置10上移動的形式。
因此整合上述磁性物體14于觸控裝置10的X與Y方向上移動以及于觸控裝置10上點擊的位置訊號10s，控制單元5便可得出磁性物體14于觸控裝置10上進行輸入與移動的軌跡，而產(chǎn)生對應的控制訊號5s至操作模塊6做出相對應的運作。而控制單元5可包含一邏輯電路，用來依據(jù)第一比較器38與第二比較器40的輸出訊號計算磁性物體14于觸控裝置10上運動的軌跡，或可包含一內(nèi)存，其內(nèi)儲存有程序代碼，可用來依據(jù)第一比較器38與第二比較器40的輸出訊號計算磁性物體14于觸控裝置10上運動的軌跡。
而本實用新型的觸控裝置10可應用于其它衍生用途，例如可作為一手寫筆跡辨識面板，請參閱圖11，圖11為一磁性觸控筆42的示意圖，磁性觸控筆42包含一磁鐵44，以及一緩沖墊46，其為可變形的材料所構(gòu)成，可讓磁性觸控筆42施加更大書寫壓力于觸控裝置10上，而磁性觸控筆42的筆尖為可耐磨的材質(zhì)，以防止磁性觸控筆42于長期書寫操作后磨損嚴重。當使用者使用磁性觸控筆44于觸控裝置10進行手寫辨識筆跡時，觸控裝置10的線圈會產(chǎn)生如先前所述的感應變化，請參閱圖12，圖12為磁性觸控筆42于觸控裝置10上書寫軌跡的示意圖，使用者使用磁性觸控筆42于觸控裝置10上書寫兩線段CD、EF，而虛線段DE則為移動的軌跡，并非欲書寫輸入的軌跡，請參閱圖13，圖13為第一線圈22與第三線圈24兩端訊號差于磁性觸控筆42在觸控裝置10上書寫時的變化圖，當磁性觸控筆42于觸控裝置10上書寫兩線段CD、EF時，第一線圈22兩端所感應出的訊號差會較線段DE所感應出訊號差來的大，這是因為當使用者進行書寫時會較移動時施加較大壓力于觸控裝置10上，因此緩沖墊46壓縮的幅度也會較移動時來的大，而磁性感應筆的磁鐵44便會更接近觸控裝置10的線圈層20，而產(chǎn)生較大的感應訊號差，如此一來便可利用此特性設(shè)定一特定的感應訊號閾值，而判斷使用者現(xiàn)行運筆是為書寫輸入模式還是為移動模式。而第三線圈24兩端訊號差僅于線段DE有值，而于兩線段CD、EF時由于磁性觸控筆42乃為在觸控裝置10的X方向上移動，故于Y方向并無感應訊號出現(xiàn)。
因此于每次進行手寫輸入筆跡時，線圈皆會產(chǎn)生若干組感應訊號差的變化圖形，若使用者先儲存一組個人專用簽名筆跡的線圈感應訊號差圖形于計算機系統(tǒng)的存儲裝置中，而當每次進行手寫簽名辨識時，便將當下的線圈感應訊號差圖形與預先儲存的線圈感應訊號差圖形做一比較，而比較內(nèi)容可為使用者運筆的速度及韻律，即利用線圈感應訊號差的頻率比對，與使用者運筆力度、筆畫輕重或提筆及連筆習慣，即利用線圈感應訊號差的強度大小做一比對，以及字型軌跡與筆畫順序的比對。
而筆跡辨識的執(zhí)行動作可利用控制單元5包含的邏輯電路，用來計算該感應訊號的能量強度及頻率響應分布并與先前儲存筆跡的數(shù)據(jù)相比對，以辨識是否有相同的筆跡，或可包含一內(nèi)存，其內(nèi)儲存有程序代碼，用來計算該感應訊號的能量強度及頻率響應分布并與先前儲存筆跡的數(shù)據(jù)相比對，以辨識是否有相同的筆跡。
相較于已知的影像擷取裝置，本實用新型的裝置可提供另一種觸控面板的結(jié)構(gòu)，而此結(jié)構(gòu)僅包含X、Y兩方向各兩線圈，因此大大地降低了以往觸控裝置結(jié)構(gòu)復雜的缺點，也因此降低使用成本與產(chǎn)品可靠性，而本實用新型觸控裝置10可衍生應用于手寫筆跡辨識面板，相較于傳統(tǒng)手寫筆跡比對采用目視辨識比對，本實用新型觸控裝置10可提供科學的鑒識比對，且能針對使用者各種不同筆跡特性，如運筆的速度及韻律、運筆力度、筆畫輕重、提筆及連筆習慣，以及字型軌跡與筆畫順序等分別逐一比對，可使得筆跡辨識比對更為準確。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型的權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求1.一種觸控裝置，其特征是包含有一線圈層，其包含有一第一線圈；一第二線圈，以平行于該第一線圈的方式與該第一線圈交錯排列；一第三線圈，以垂直于該第一線圈與該第二線圈的方式纏繞于該第一線圈與該第二線圈；以及一第四線圈，以平行于該第三線圈的方式與該第三線圈交錯排列；以及一第一放大器，連接于該第一線圈的兩端，用來放大該第一線圈兩端因一磁性物體所感應出的訊號差；一第二放大器，連接于該第二線圈的兩端，用來放大該第二線圈兩端因該磁性物體所感應出的訊號差；一第三放大器，連接于該第三線圈的兩端，用來放大該第三線圈兩端因該磁性物體所感應出的訊號差；一第四放大器，連接于該第四線圈的兩端，用來放大該第四線圈兩端因該磁性物體所感應出的訊號差；一第一比較器，連接于該第一放大器與該第二放大器，用來比較該第一放大器與該第二放大器訊號的相位；一第二比較器，連接于該第三放大器與該第四放大器，用來比較該第三放大器與該第四放大器訊號的相位；以及一控制單元，用來依據(jù)該第一比較器及該第二比較器的輸出訊號控制該觸控裝置的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其中該控制單元包含一邏輯電路，用來依據(jù)該第一比較器與該第二比較器的輸出訊號計算該磁性物體于該觸控裝置上運動的軌跡。
3.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其還包含一內(nèi)存，其內(nèi)儲存有程序代碼，用來依據(jù)該第一比較器與該第二比較器的輸出訊號計算該磁性物體于該觸控裝置上運動的軌跡。
4.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其中該控制單元包含一邏輯電路，用來計算該感應訊號的能量強度及頻率響應分布并與先前儲存筆跡的數(shù)據(jù)相比對，以辨識是否有相同的筆跡。
5.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其還包含一內(nèi)存，其內(nèi)儲存有程序代碼，用來計算該感應訊號的能量強度及頻率響應分布并與先前儲存筆跡的數(shù)據(jù)相比對，以辨識是否有相同的筆跡。
6.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其中該磁性物體為一具有磁性的觸控筆。
7.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其還包含一保護層，安裝于該線圈層的上方。
8.如權(quán)利要求3所述的觸控裝置，其中該保護層為塑料材質(zhì)。
9.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其還包含一防泄磁層，安裝于該線圈層的下方，用來防止磁力線泄漏至該防泄磁層的下方。
10.如權(quán)利要求1所述的觸控裝置，其中該線圈層為一印刷電路板。
專利摘要一種觸控裝置，其包含有一線圈層，其包含有一第一線圈，一第二線圈，以平行于該第一線圈的方式與其交錯排列，一第三線圈，以垂直于該第一、第二線圈的方式纏繞于該第一、第二線圈，以及一第四線圈，以平行于該第三線圈的方式與其交錯排列。該觸控裝置還包含一第一、第二、第三、以及一第四放大器，用來放大該第一、第二、第三、以及該第四線圈兩端因一磁性物體所感應出的訊號差，一第一與一第二比較器，用來比較該第一、第二以及該第三、第四放大器訊號的相位，以及一控制單元，用來依據(jù)該第一、第二比較器輸出訊號控制該觸控裝置的操作。
文檔編號G06F3/046GK2779483SQ20042005733
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者王國仁 申請人:明基電通股份有限公司