TWI381296B - 觸碰感測裝置及方法 - Google Patents

Description

觸碰感測裝置及方法

本發明係有關於觸控面板(touch panel)，尤指一種用於觸控面板之觸碰感測裝置(touch sensing device)及方法。

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)、平板電腦(Tablet PC)等等。在利用觸控面板進行輸入時，有多種操作方式，以指示電子裝置執行不同的動作。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曳(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，才能決定要執行何種相對應的動作。例如，在觸控面板上滑動時，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，因此觸控面板之耗電多寡亦是影響電子裝置效能的重要因素。

有鑑於此，本發明之一目的，在於提供一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。

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11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。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，該觸碰位置之水平座標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，而該觸碰位置之垂直座標為每個二維感應訊號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座標及垂直座標後，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11有三條垂直感應線及兩條水平感應線，分別對應X1、X2、X3之水平座標及Y1、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a1、a2、a3及b1、b2，則轉換單元12可產生六個二維感應訊號a1*b1、a1*b2、a2*b1、a2*b2、a3*b1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=(a1*b1*X1+a1*b2*X1+a2*b1*X2+a2*b2*X2+a3*b1*X3+a3*b2*X3)/(a1*b1+a1*b2+a2*b1+a2*b2+a3*b1+a3*b2)　式(1)

Y=(a1*b1*Y1+a1*b2*Y2+a2*b1*Y1+a2*b2*Y2+a3*b1*Y1+a3*b2*Y2)/(a1*b1+a1*b2+a2*b1+a2*b2+a3*b1+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。前述水平臨界值、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，以簡化計算。在另一實施例中，轉換單元12分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，而計算單元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M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X1~X5水平座標及Y1~Y5垂直座標。在電容式觸控面板14中，每條垂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)感應線之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2B圖係電容式觸控面板14內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25之輸出端耦接至一遲滯比較器(hysteresis comparator)26之輸入端，遲滯比較器26之另一輸入端則耦接至一參考電壓源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之遲滯帶(hysteresis 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，遲滯比較器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，遲滯比較器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，該計數電路亦可設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，經由多工器25快速切換至每一垂直感應線與每一水平感應線對應之等效電容，第2B圖之感應電路即可分別計算每一等效電容充放電一次所經歷之時脈週期數。將所得之時脈週期數減去未有觸碰動作時等效電容充放電一次所經歷之時脈週期數，即為時脈週期數的改變量。

由於轉換單元12可將一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=10次的計算量)，而不需就每個二維位置分別計算(需5*5=25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10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，分別計算對應於X1~X5及Y1~Y5之等效電容充放電一次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(假設皆為100)，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X1~X5之時脈週期數變化量與任一對應於Y1~Y5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20，則計算單元13選取(X2,Y2)、(X2,Y3)、(X2,Y4)及(X3,Y2)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Y：

X=(100*X2+50*X2+30*X2+30*X3)/(100+50+30+30)

Y=(100*Y2+50*Y3+30*Y4+30*Y2)/(100+50+30+30)

請注意，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，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，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

綜上所述，本發明揭露一種觸碰感測裝置，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，耦接至觸控面板，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，其中每一二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。

10．．．觸碰感測裝置

11．．．觸控面板

12．．．轉換單元

13．．．計算單元

21、22．．．定電流源

23、24．．．開關

25．．．多工器

26．．．遲滯比較器

40~42．．．觸碰感測方法之一較佳實施例的流程

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內部之感應電路的示意圖。

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。

10．．．觸碰感測裝置

11．．．觸控面板

12．．．轉換單元

13．．．計算單元

Claims (14)

1. 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，決定該觸碰動作在該觸控面板上之一觸碰位置；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；並且，該觸碰位置之水平座標係藉由將每一二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而獲得。
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，決定該觸碰位置。
5. 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維感應訊號及其所對應之垂直座標而決定。
6. 如申請專利範圍第5項所述之觸碰感測裝置，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除以該些二維感應訊號之和而獲得。
7. 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一電容式觸控面板。
8. 一種觸碰感測方法，包含：感應一觸控面板上之一觸碰動作，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一水平座標；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 板上之一觸碰位置；其中，該觸碰位置之一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；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。
9. 如申請專利範圍第8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。
10. 如申請專利範圍第8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。
11. 如申請專利範圍第8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。
12. 如申請專利範圍第8項所述之觸碰感測方法，其中該觸碰位置之一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。
13. 如申請專利範圍第12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而獲得。
14. 如申請專利範圍第8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。