TW201028900A - Touch sensing device and method - Google Patents

Description

201028900 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於觸控面板(t〇uch panel)，尤指一種用 於觸控面板之觸碰感測裝置(t〇uch sensing device)及方法。 【先前技術】 近幾年來，觸控面板作為一種輸入裝置，已逐漸應用 至多種電子裝置中，如手機、個人數位助理(pDA)、平板 β 電腦⑽letPC)等等。在利用觸控面板進行輸入時，有多 種操作方式’以指示f;子裝置執行不_動作。例如，在 觸控面板上滑動代表移動(moving)，點一下代表按滑鼠的 左鍵’點兩下代表按滑鼠右鍵，點一下加上滑動代表拖复 (drag)…等等。然而’要使前述各種操作方式能順利運作， 必須精確偵測到觸控面板在各個時間點被觸碰的位置，才 能決定要執行何翻制的動作。例如，在_面板上滑 動時，可依據前後時間點所觸碰的位置，來判斷移動的方 ® 向及距離。 另外，由於觸控面板多應用於可攜式的電子裝置，因 此馳面板之耗電轉錢影響電子裝置效能的重要因 素。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之一目的，在於提供-種觸碰感測 裝置及方法，以精確偵測觸控面板上被觸碰的位置。 本發明之另一目的，在於提供一種觸碰感測裝置及方 4 201028900 法’以達到省電的功效。 本發明揭露一種觸碰感測裝置，包含：一觸控面板， 具有複數條水平感應線及複數條垂直感應線，用以在對該 觸控面板進行一觸碰動作時，分別感應產生對應之複數個 水平感應訊號及複數個垂直感應訊號；一轉換單元，耦接 至該觸控面板，用以依據該些水平感應訊號及該些垂直感 應訊號’產生複數個二維感應訊號，其中每一二維感應訊 號係依據該些水平感應訊號其中之一與該些垂直感應訊 ❿ 號其中之一兩者之乘積而決定；以及一計算單元，耦接至 該轉換單元，用以依據該些二維感應訊號，計算出該觸碰 動作在該觸控面板上之觸碰位置。 本發明另揭露一種觸碰感測方法，包含：感應觸控面 板上之觸碰動作，以產生複數個水平感應訊號及複數個垂 直感應訊號’其中每一水平感應訊號對應一垂直座標，每 一垂直感應訊號對應水平座標；依據該些水平感應訊號 及該些垂直感應訊號，產生複數個二維感應訊號，其中每 © 一二維感應訊號係依據該些水平感應訊號其中之一與該 些垂直感應訊號其中之一兩者之乘積而決定；以及依據 該些二維感應訊號，決定該觸碰動作在該觸控面板上之觸 碰位置。 【實施方式】 第1圖係本發明之觸碰感測裝置之一實施例的方塊 圖，其中，觸碰感測裝置10包含一觸控面板11、一轉換 單元12及一計算單元13。觸控面板11具有複數條垂直 5 201028900 感應線及複數條水平感應線’每一垂直感應線對應一水平 座標，每一水平感應線對應一垂直座標，換言之，這些水 平感應線及垂直感應線交錯分布於觸控面板11上，形成 一個二維之座標系。當使用者對觸控面板U進行一觸碰 動作時，各條垂直感應線及水平感應線即分別進行感應， 以產生相對應之垂直感應訊號及水平感應訊號❶其中，垂 直感應訊號代表觸控面板11上對應水平座標所感應到的 觸碰強度’水平感應訊號則代表對應垂直座標所感應到的 ❹ 觸碰強度。轉換單元12耦接至觸控面板11，可將觸控面 板11所產生之垂直感應訊號及水平感應訊號兩兩相乘， 以產生複數個二維感應訊號，亦即，每個二維感應訊號代 表某一垂直感應訊號與某一水平感應訊號兩者之乘積。藉 此，轉換單元12可將原本一維之垂直感應訊號及水平感 應訊號，轉換為二維的感應訊號，而每個二維感應訊號即 代表觸控面板11上某一組水平座標與垂直座標的位置所 感應到觸碰強度。此外，藉由將垂直感應訊號及水平感應 G 訊號兩兩相乘，亦可使垂直感應訊號及水平感應訊號所包 含的雜訊變小，達到濾除雜訊的效果，使所得到的二維感 應訊號更能精確反映感應的結果。 計算單元13耦接至轉換單元12,可依據轉換單元12 所產生之二維感應訊號’計算出使用者之觸碰動作在觸控 面板11上之觸碰位置，其中，該觸碰位置之水平座標係 依據該些二維感應訊號及其所對應之水平座標而決定，而 該觸碰位置之垂直座標則依據該些二維感應訊號及其所 對應之垂直座標而決定。於此實施例中，該觸碰位置之水 6 201028900 平座標為每個二喊應賴及频韻之水平鋪之乘 積之和除以該些二維感應訊號之和所獲得之商，而該觸碰 位置之垂直座標為每個二轉應減及其所對應之垂直 座標之乘積之和除以該些二維感應訊號之和所獲得之 商’以計算精確之觸碰位置。計算單元13在計算出觸碰 位置之水平麟及垂直座標後，便將這些資訊傳給電子裝 置之微控制器(圖未顯示)，以解讀這些資訊代表的意義(如 移動或拖曳等等），據以執行對應的動作。 © 舉例而言，假設觸控面板u有三條垂直感應線及兩 條水平感應線，分別對應XI、X2、χ3之水平座標及γι、 Y2之垂直座標。再假設其所感應產生之垂直感應訊號及 水平感應訊號分別為al、a2、a3及bl、b2，則轉換單元 12可產生六個二維感應訊號al*bl、al*b2、a2*bl、a2*b2、 a3*bl及a3*b2。計算單元13所得之觸碰位置之水平座標 X與垂直座標Y分別為： X=(al*bl*Xl+al*b2*Xl+a2*bl*X2+a2*b2*X2+a3*bl*X3 +a3*b2*X3) φ /(al*bl+al*b2+a2*bl+a2*b2+a3*bl+a3*b2) 式⑴ Y=(al*bl*Yl+al*b2*Y2+a2*bl*Yl+a2*b2*Y2+a3*bl*Yl +a3*b2*Y2) /(al*bl+al*b2+a2*bl+a2*b2+a3*bl+a3*b2) 式(2) 於此實施例中，轉換單元12將每個水平感應訊號與 一水平臨界值作比較，只選取其中一部份的水平感應訊 號，例如選取大於水平臨界值者’排除未選取者。同樣地， 轉換單元12也將每個垂直感應訊號與一垂直臨界值作比 較，只選取其中一部份的垂直感應訊號’例如選取大於垂 201028900 直臨界值者，排除未選取者；轉換單元12依據所選取之 水平感應訊號與垂直感應訊號，來產生二維感應訊號。在 另一實施例中，計算單元13將每個二維感應訊號與二維 臨界值作比較，只選取其中一部份的二維感應訊號 ，例如 選取大於二維臨界值者，來進行該觸碰位置之計算，未選 取者則不列入考慮。剛述水平臨界值、垂直臨界值及二維 臨界值皆為經驗值’可用來過濾掉較小或不具代表性的感 應訊號，以簡化计算。在另一實施例中，轉換單元12分 ❹ 別依據水平臨界值與垂直臨界值來選取水平感應訊號與 垂直感應訊號，而计算單元13則依據二維臨界值來選取 二維感應訊號’以更大幅度地簡化計算。 於此實施例中，觸控面板11係一電容式觸控面板 (capacitive touch panel)14 ’ 如第 2A 圖所示。其中，電容 式觸控面板14具有Μ條垂直感應線及N條水平感應線 (第2A圖係以M=N=5為例）’分別對應至χι~χ5水平座 標及Υ1〜Υ5垂直座標。在電容式觸控面板14中，每條垂 ❹ 直感應線及水平感應線具有一等效電容，當使用者觸碰面 板14時，會造成這些等效電容值的改變，而垂直感應線 及水平感應線所感應產生之垂直感應訊號及水平感應訊 號，即代表等效電容值的改變量。垂直(或水平)感應線^ 等效電容值改變量越大，即代表其對應的水平(或垂直)座 標越接近觸碰位置。 第2Β圖係電容式觸控面板14内部之感應電路的示 意圖，其中，每一垂直感應線及水平感應線之等效電容皆 耦接至多工器25，由一控制訊號來切換，多工器乃之輸 201028900 出端輕接至一遲滯比較器(hysteresis comparator)26之輸入 端’遲滯比較器26之另一輸入端則轉接至一參考電壓源 Vref。當多工器25切換至某一等效電容時，開關23導通、 開關24不導通，使定電流源21對該等效電容充電，此時 該等效電容之電位低於遲滯比較器26之遲滞帶物如比咖 band)的上限，因此遲滯比較器26之輸出訊號為高電位。 當該等效電容充電至遲滯帶之上限時，遲滞比較器26之 輸出訊號即轉為低電位’並且開關24導通、開關23不導 ❹ 通，使該等效電容經由定電流源22放電。待該等效電容 放電至遲滯帶的下限時，遲滞比較器26之輸出訊號再恢 復為高電位。舉例而言，電容式觸控面板14可利用一較 快的時脈訊號及計數電路(圖未顯示)來計數該等效電容 充放電一次所經歷之時脈週期數；或者，該計數電路亦可 设定為計算該等效電容充放電複數次所經歷之時脈週期 數’以代表該等效電容所產生的觸控感應頻率。 當使用者觸碰電容式觸控面板14時，會使觸碰位置 ❿及其附近之垂直感應線與水平感應線之等效電容值變 大，造成等效電容之充放電時間變長，所經歷之時脈週期 數也變大。因此，可利用時脈週期數的改變量來代表等效 電容值的改變，亦即’垂直感應線與水平感應線所感應產 生之垂直感應訊號及水平感應訊號即代表時脈週期數的 改變量’作為後續轉換單元12產生二維感應訊號及計算 單元13計算觸碰位置之用。當電容式觸控面板14上有觸 碰動作時，經由多X器25快物換至每—垂直感應線與 每-水平感應線對應之等效電容，第2B圖之感應電路即 201028900 :刀別4算每-等效電容充放電—賴經歷之時脈週期 數。將所狀時脈週練減去未有觸碰動作時等效電容充 放電-次所經歷之時脈聊數’即為時脈週期數的改變 量。 由於轉換單元12可將-維感應訊號轉換為二維感應 訊號’電容式觸控面板14僅需切換至每個一維的等效電 容進行時脈週期數之計算(以第2A圖為例，僅需5+5=1〇 次的計算量），而不需就每個二維位置分別計算⑼5*片5 次的計算量由於執行時脈週期數之計算相當耗電，因 此上述實施例可以達到省電的效果。 第3圖係顯示在使用電容式觸控面板14時觸碰感 測裝置1G如何計算觸碰位置之實例。在觸碰動作進行 時，電容式觸控面板14利用如第2B圖所示之感應電路， 分別计舁對應於XI〜X5及Y1〜Y5之等效電容充放電一u 所經歷之時脈週期數。接著，將這些時脈週期數分別減去 未觸碰時之時脈週期數(假設料_，即為時脈週期數 之變化量’其中’對應於X1〜X5之時脈週期數變化量， 即為垂直感應訊號；對應於Y1〜Y5之時脈週期數變化 量，即為水平感應訊號。轉換單元12將任一對應於χι〜χ5 之時脈週期數變化量與任一對應於Υ1〜Υ5之時脈週期數 變化量兩兩相乘，得到25個二維乘積，即為二維感應訊 號。如前文所述’計算單元13可將每個二維感應訊號與 二維臨界值作比較，以排除某些較小的二維感應訊號，簡 少運算量並排除雜訊之影響。第3圖中，若二維臨界值為 2〇，則計算單元U選取(Χ2，Υ2)、（Χ2，Υ3)、阳抑)及 201028900 (Χ3，Υ2)所對應之二維乘積，依據前述式(1)與式(2)的方 式’來計算觸碰位置之水平座標X與垂直座標γ : X = (100*Χ2+50*Χ2+30*Χ2+30*Χ3) / (100+50+30+30) Y = (100*Y2+50*Y3+30*Y4+30*Y2) / (100+50+30+30) β月/主意，轉換單元12亦可依據上述實施例所揭露之 利用垂直或水平臨界值，排除某些較小之時脈週期數變化 量，即垂直或水平感應訊號，以簡化運算量並排除雜訊之 影響。 © 第4圖係本發明之觸碰感測方法之一較佳實施例的 流程圖，包含下列步驟：步驟40 :感應一觸控面板上之 觸碰動作，以產生複數個水平感應訊號及複數個垂直感應 訊號’其中母一水平感應訊號對應一垂直座標，每一垂直 感應訊號對應一水平座標。步驟41 :依據該些水平感應 訊號及該些垂直感應訊號，產生複數個二維感應訊號，其 中每個一維感應§凡號係依據該些水平感應訊號其中之一 與該些垂直感應訊號其中之一兩者之乘積而決定，較佳 ® 地’可比較該些水平感應訊號與一水平臨界值，以選取該 些水平感應訊號至少其中之一，來產生該些二維感應訊 號；亦可比較該些垂直感應訊號與一垂直臨界值，以選取 該些垂直感應訊號至少其中之一，來產生該些二維感應訊 號，以簡化運算量並排除雜訊之影響。步驟42 :依據該 些一維感應訊號’计算出該觸碰動作在該觸控面板上之觸 碰位置’觸碰位置之水平座標係為每個二維感應訊號及其 所對應之水平座標之乘積之和除以該些二維感應訊號之 和所獲得之商’觸碰位置之垂直座標係為每個二維感應訊 11 201028900 號，其所對應之垂直座標之乘積之和除以該些二維感應 :號之和所船于之商，較佳地’亦可先比較該些二維感應 訊號與一維臨界值，崎賴些二減應峨至少其中之 :’再進行觸樹立置之計算，以簡化運算量並排除雜訊之 影響。 綜上所述，本發明揭露一種觸碰感測裝置，包含：觸 控面板’具錢數條水平感絲及複絲垂錢應線，用 以在對觸控面板進行觸碰動作時，分別感應產生對應之複 © 數個水平感應訊號及複數個垂直感應訊號；轉換單元，轉 接至觸控面板’用以依據水平感應訊號及垂直感應訊號， 產生複數個二維感應訊號，其中每—二維感應訊號係依據 水平感應訊號其中之一與垂直感應訊號其中之一兩者之 乘積而決定；以及計算單元，耦接至轉換單元，用以依據 二維感應訊號’決定觸碰動作在觸控面板上之觸碰位置。 以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限 制本發明之範圍。凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，可根據 &以上實施例之揭示而做出諸多可能變化，仍不脫離本發明 之精神和範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之觸碰感測裝置之一實施例的方塊 圖。 第2A圖係一電容式觸控面板之示意圖。 第2B圖係第2A圖之電容式觸控面板内部之感應電 路的示意圖。 12 201028900 第3圖係顯示在使用第2A圖之電容式觸控面板時， 第1圖之觸碰感測裝置如何計算觸碰位置之實例。 第4圖係本發明較佳實施例之觸碰感測方法流程圖。 【主要元件符號說明】 11 :觸控面板 13 :計算單元 23、24 :開關 26 :遲滯比較器 10 :觸碰感測裝置 12 :轉換單元 21、22 :定電流源 25 :多工器 40〜42 :觸碰感測方法之一較佳實施例的流程

13

Claims (1)

1. 201028900 七、申請專利範圍： L 一種觸碰感測裝置，包含： 觸控面板’具有複數條水平感應線及複數條垂直感 應線’用以在對該觸控面板進行一觸碰動作時，分 別感應產生對應之複數個水平感應訊號及複數個垂 直感應訊號； 一轉換單元，耦接至該觸控面板，用以依據該些水平 感應訊號及該些垂直感應訊號，產生複數個二維感 ❹ 應訊號，其中每-二維感應訊號係依據該些水平感 應訊號其中之一與該些垂直感應訊號其中之一兩者 之乘積而決定；以及 "十算單元，耦接至該轉換單元，用以依據該些二維 感應訊號，決定該觸碰動作在該觸控面板上之一觸 碰位置。 2·如申請專利範圍第1項所述之觸碰感測裝置，其中該 轉換單元比較該些水平感應訊號與一水平臨界值，以 〇 選取該些水平感應訊號至少其中之一，用以產生該些 二維感應訊號。 3. 如申請專利範圍第1項所述之觸碰感測裝置，其中該 轉換單元比較該些垂直感應訊號與一垂直臨界值，以 選取該些垂直感應訊號至少其中之一，用以產生該些 二維感應訊號。 4. 如申請專利範圍第1項所述之觸碰感測裝置，其中該 計算單元比較該些二維感應訊號與一二維臨界值，以 選取該些二維感應訊號至少其中之一，決定該觸碰位 201028900 置。 5. 6. 參 7. 8. 9. 10. 如申請專利範圍第1項所述之觸碰感測裝置，其中該 觸碰位置之水平鋪係依據該些二械觀號及= 對應之水平座標而決定。 如申請專利制第5項所述之觸碰_裝置，其中該 觸碰位置之水平絲储由將每—二械應訊號及其: 所對應之水平座標之乘積之和除以婦二維感應訊號 之和而獲得。 如申請專利範圍第1項所述之觸碰感測裝置，其中該 觸碰位置之垂直座標係依據該些二械應訊號及其= 對應之垂直座標而決定。 、 如申請專利範圍第7項所述之觸碰感測裝置，其中該 f碰位置之垂直座標係藉由將每-二維感應訊號及^ 直座標之乘積之和除以該些二維感應1^號 如申請專利範圍第1項所述之觸碰感測裝置，其中該 觸控面板係為—電料馳φ板。 ^ 一種觸碰感測方法，包含： 感應-觸控面板上之—觸碰動作，以產生複數個水平 感應訊號及複數個垂直感應訊號，其中每-水平感 ，訊號對應冑4座標，每_垂絲應訊號對應一 水平座標； 依f該些水平感應喊及_垂直感應職，產生複 今應訊號’其中每一二維感應訊號係依據 〜水平感應崎其中之—與該些垂直錢訊號其 15 201028900 中之一兩者之乘積而決定；以及 依據該些二維感應訊號，決定該觸碰動作在該觸控面 板上之一觸碰位置。 11. 如申請專利範圍第1〇項所述之觸碰感測方法，其中該 產生該些二維感應訊號之步驟將該些水平感應訊號與 一水平臨界值進行比較，以選取該些水平感應訊號至 少其中之一，用以產生該些二維感應訊號。 12. 如申請專利範圍第10項所述之觸碰感測方法，其中該 〇 產生該些二維感應訊號之步驟將該些垂直感應訊號與 一垂直臨界值進行比較，以選取該些垂直感應訊號至 少其中之一’用以產生該些二維感應訊號。 13·如申請專利範圍第1〇項所述之觸碰感測方法，其中該 決定步驟比較該些二維感應訊號與一二維臨界值，以 選取該些二維感應訊號至少其中之一，依據所選取之 二維感應訊號決定該觸碰位置。 14·如申請專利範圍第10項所述之觸碰感測方法，其中該 ©_位置之-水平座標餘據該些二維絲訊號及其 所對應之水平座標而決定。 ' 15. 如申請專利細第14項所述之觸碰感測方法，其中該 觸碰位置之水平座標係藉由將每一二維感應訊號及= 所對應之水平座標之乘積之和除以該些二維感應訊號 之和而獲得。 16. 如申請專利範圍第1〇項所述之觸碰感測方法，其中該 觸碰位置之-垂直座標係依據該些二維感應訊號及其: 所對應之垂直座標而決定。 201028900

   17. 如申請專利範圍第16項所述之觸碰感測方法，其中該 觸碰位置之垂直座標係藉由將每一二維感應訊號及其 所對應之垂直座標之乘積之和與該些二維感應訊號之 和而獲得。 18. 如申請專利範圍第10項所述之觸碰感測方法，其中該 觸控面板係一電容式觸控面板。 17