TWI459275B

TWI459275B - 投射式電容觸摸面板及其座標檢測方法

Info

Publication number: TWI459275B
Application number: TW101149064A
Authority: TW
Inventors: Yawara Inoue
Original assignee: Futaba Denshi Kogyo Kk
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-11-01
Also published as: JP2013131079A; PH12012000398A1; CN103176673A; DE102012025097A1; TW201342174A; US20130162593A1

Description

投射式電容觸摸面板及其座標檢測方法

技術領域

本發明涉及投射式電容觸摸面板及其座標檢測方法。

背景技術

投射式電容觸摸面板被配置為使得對顯示器的顯示表面透明的多個X電極與多個Y電極彼此交叉排列(例如，彼此垂直)，並且在手指觸摸該觸摸面板的透明蓋體時，通過檢測在手指與X和Y電極之間產生的電容變化量來檢測導體(例如人的手指)觸摸的位置的座標。

將參照圖4A到4C來說明傳統上通常使用的投射式電容觸摸面板。

圖4A是示出投射式電容觸摸面板的結構的方框圖，圖4B是示出電極的結構(形狀)的圖示，圖4C是X電極X3到X7與Y電極Y3和Y4彼此交叉的部分的放大圖。

在圖4A中，觸摸面板包括觸摸感測器單元1和控制器2。

觸摸感測器單元1包括多個X電極X1到Xn(n等於或大於2)，以及多個Y電極Y1到Ym(m等於或大於2)。X電極X1到Xn與Y電極Y1到Ym佈置為彼此交叉(彼此垂直)。X電極和Y電極可以分別形成於一個透明玻璃或塑膠板的正面或背面上，可以在一個透明板的同一面上並排形成，或者可以分別形成於兩個透明板上。

每一個X電極X1到Xn均包括多個矩形觸摸回應單元Xs和連接部Xc，如圖4B的X電極Xj所示的。每一個Y電極Y1到Ym均包括多個矩形觸摸回應單元Ys與連接部Yc，如圖4B的Y電極Yi所示的。觸摸回應單元的形狀不限於矩形。

在圖4C中，X電極的觸摸回應單元由Y電極的四個觸摸回應單元圍繞，Y電極的觸摸回應單元由X電極的四個觸摸回應單元圍繞。當如圖4C所示地佈置X電極和Y電極時，由於X電極的觸摸回應單元與Y電極的觸摸回應單元在顯示器的顯示表面的方向上(未示出)未彼此重疊，因此觸摸感測器單元1的透光率增大，並且提高了觸摸面板對顯示器的顯示表面的可見性。

控制器2包括X電極控制單元21X、Y電極控制單元21Y、X電極電容變化量檢測單元22X、Y電極電容變化量檢測單元22Y、以及中心座標計算單元23。

X電極控制單元21X通過以預定週期掃描X電極X1到Xn來順序地選擇X電極X1到Xn。Y電極控制單元21Y通過以預定週期掃描Y電極Y1到Ym來順序地選擇Y電極Y1到Ym。

在手指觸摸該觸摸感測器單元1時X電極電容變化量檢測單元22X通過測量X電極X1到Xn的電容量來檢測電容變化量。由於即使在手指不觸摸該觸摸感測器單元1時(在無觸摸期間)，在X電極X1到Xn中也產生預定的電容量(寄生電容量)，X電極電容變化量檢測單元22X將所測量的電容量與在無觸摸期間的電容量相比較，並檢測該變化量作為與手指的觸摸相應的回應值。

可以通過重複經由觸摸感測器單元1的寄生電容(電容器)在積體電路中充入電荷，並通過使用例如數位σ調製器在超過特定閾值電壓時釋放電荷的操作，並對每單位時間的充電與放電計數以獲得充電與放電的重複頻率，來獲得電容變化量的檢測。當手指觸摸該觸摸感測器單元1時，重複頻率改變。通常，將重複頻率的變化量稱為Diff計數值。Y電極電容變化量檢測單元22Y與X電極電容變化量檢測單元22X類似地檢測每一個Y電極的電容變化量。

中心座標計算單元23基於由X電極電容變化量檢測單元22X和Y電極電容變化量檢測單元22Y檢測的X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym的電容變化量來計算手指在觸摸感測器單元1上觸摸的位置的中心座標，以檢測該位置的座標，並產生輸出座標24。

在圖4A的觸摸感測器單元1中，由於X電極的觸摸回應單元和Y電極的觸摸回應單元未彼此重疊，提高了可見性。另一方面，當手指觸摸該觸摸感測器單元1時，或者當手指類似觸摸地接近觸摸感測器單元1時，X電極或Y電極可能不對觸摸做出回應。例如，當手指輕輕觸摸時，或者當小孩的手指觸摸時，由於手指與觸摸感測器單元1的接觸的面積(觸摸面積)較小，X電極或Y電極會不對觸摸做出回應。此外，甚至在X電極和Y電極的觸摸回應單元的面積與觸摸面積相比太大時，X電極或Y電極也不會對觸摸做出回應。當X電極或Y電極不對手指的觸摸做出回應時，無法檢測手指觸摸的位置的座標，由此發生所謂的座標遺漏。

為了避免座標遺漏，可以通過減小X電極和Y電極的尺寸來增加X電極和Y電極的數量。然而，如果X電極和Y電極的數量增加，控制器2的成本變高。

因此，如圖5所示，已經提出具有如下結構的電極，其中X電極和Y電極的觸摸回應單元被細分以形成梳狀，使得X電極和Y電極的梳狀部佈置為彼此接合(參見例如日本專利申請公開No.2010-198586)。

在圖5的情況下，每一個X電極X1到X4均被配置為包括橫向突出的多個梳狀部。每一個Y電極Y1到Y3均被配置為包括在水準方向上串聯連接並且具有在左和右方向上形成的六個梳狀部的三個構件，以及佈置在兩側並具有在一個方向上形成的三個梳狀部的兩個構件。

在圖5的X電極X1到X4和Y電極Y1到Y3中，形成彼此接合的大量梳狀部，以實質上減小X電極和Y電極的觸摸回應單元，從而使觸摸回應單元的尺寸相對地小於手指的觸摸面積。然而，電極的結構變得複雜，並且難以形成電極。

發明概要

鑒於以上問題，本發明提供一種投射式電容觸摸面板及其座標檢測方法，其中無需細分X電極和Y電極的觸摸回應單元也不會發生座標的遺漏。

根據本發明的一個方面，提供了一種投射式電容觸摸面板，包括觸摸感測器單元和控制器，在該觸摸感測器單元中，X電極X1到Xn(n等於或大於2)和Y電極Y1到Ym(m等於或大於2)佈置為彼此交叉。控制器具有X電極和Y電極暫存單元，分別存儲通過N次(N等於或大於2)掃描X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym而檢測的X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym的電容變化量；X電極和Y電極電容變化量相加單元，分別將X電極和Y電極暫存單元的電容變化量相加；以及中心座標計算單元，通過使用由X電極和Y電極電容變化量相加單元相加的電容變化量來計算導體觸摸該觸摸感測器單元處的位置的中心座標，並檢測所述位置的座標。

X電極X1到Xn的觸摸回應單元和Y電極Y1到Ym的觸摸回應單元可以佈置為使得觸摸回應單元在顯示器的顯示表面的方向上彼此不重疊。

根據本發明的另一方面，提供了一種投射式電容觸摸面板的座標檢測方法，所述投射式電容觸摸面板包括：觸摸感測器單元和控制器，在該觸摸感測器單元中，X電極X1到Xn(n等於或大於2)和Y電極Y1到Ym(m等於或大於2)佈置為彼此交叉。所述方法包括：在X電極和Y電極暫存單元中分別存儲通過N次(N等於或大於2)掃描X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym而檢測的X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym的電容變化量；分別由X電極和Y電極電容變化量相加單元將X電極和Y電極暫存單元的電容變化量相加；以及由中心座標計算單元通過使用由X電極和Y電極電容變化量相加單元相加的電容變化量來計算導體觸摸該觸摸感測器單元處的位置的中心座標，並檢測所述位置的座標。

X電極X1到Xn的觸摸回應單元和Y電極Y1到Ym的觸摸回應單元佈置為使得觸摸回應單元在顯示器的顯示表面的方向上彼此不重疊。

1‧‧‧觸摸感測器單元

2、3‧‧‧控制器

21X、31X‧‧‧X電極控制單元

21Y、31Y‧‧‧Y電極控制單元

22X、32X‧‧‧X電極電容變化量檢測單元

22Y、32Y‧‧‧Y電極電容變化量檢測單元

23、33‧‧‧中心座標計算單元

24、34‧‧‧輸出座標

35X‧‧‧X電極暫存(記憶體)單元

35Y‧‧‧Y電極暫存(記憶體)單元

36X‧‧‧X電極電容變化量相加單元

36Y‧‧‧Y電極電容變化量相加單元

F1、F2、F3‧‧‧手指

X1-Xn‧‧‧X電極

Xs、Ys‧‧‧觸摸回應單元

Y1-Ym‧‧‧Y電極

Xc、Yc‧‧‧連接部

依據以下結合附圖給出的實施例的說明，本發明的目的和特點會變得明顯，在附圖中：圖1是示出根據本發明實施例的投射式電容觸摸面板的結構的框圖；圖2A到2C和圖3A到3E示出圖1的觸摸感測器單元的電極中產生的電容變化量；圖4A到4C示出傳統投射式電容觸摸面板的結構；以及圖5是示出傳統投射式電容觸摸面板的電極的結構(形狀)的圖示。

具體實施方式

在根據本發明實施例的投射式電容觸摸面板中，將無論何時掃描X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym而檢測到的X電極X1到Xn(n等於或大於2)和Y電極Y1到Ym(m等於或大於2)的電容變化量存儲在暫存(記憶體)單元中。將N次(N等於或大於2，例如3)掃描檢測到的電容變化量相加。基於N次掃描的相加的電容變化量來計算手指觸摸該觸摸感測器單元處的位置的中心座標，並檢測該位置的座標。就是說，在本發明的實施例中，通過將由N次掃描檢測到的電容變化量相加，並將相加的變化量視為由一次掃描檢測到的變化量來計算中心座標。

將參照圖1來說明根據本發明實施例的投射式電容觸摸面板。

觸摸面板包括觸摸感測器單元1和控制器3。

由於觸摸感測器單元1和形成觸摸感測器單元1的X電極和Y電極的結構(形狀)與圖4中所示的相同，將省略其說明。

控制器3包括X電極控制單元31X、Y電極控制單元31Y、X電極電容變化量檢測單元32X、Y電極電容變化量檢測單元32Y、X電極暫存(記憶體)單元35X、Y電極暫存(記憶體)35Y、X電極電容變化量相加單元36X、Y電極電容變化量相加單元36Y和中心座標計算單元33。

由於控制器3的X電極控制單元31X、Y電極控制單元31Y、X電極電容變化量檢測單元32X和Y電極電容變化量檢測單元32Y與圖4的X電極控制單元21X、Y電極控制單元21Y、X電極電容變化量檢測單元22X和Y電極電容變化量檢測單元22Y相同，將省略其說明。

X電極暫存單元35X包括三個記憶體，其暫時存儲N次(在該實施例中N=3)掃描X電極X1到Xn時X電極X1到Xn的電容變化量。就是說，X電極暫存單元35X可以存儲三次掃描的電容變化量。在三個記憶體中存儲電容變化量，以使得隨著掃描進行擦除舊的電容變化量，並存儲新的電容變化量。因此，將由當前掃描、在前掃描和在前掃描之前的掃描檢測到的電容變化量存儲在三個記憶體中。Y電極暫存單元35Y包括三個記憶體，其類似於X電極暫存單元35X地暫時存儲通過三次掃描Y電極Y1到Ym所檢測的Y電極Y1到Ym的電容變化量。

X電極電容變化量相加單元36X將存儲在X電極暫存單元35X的三個記憶體中的電容變化量相加，並將相加的電容變化量視為一次掃描中所檢測的電容變化量。類似地，Y電極電容變化量相加單元36Y將存儲在Y電極暫存單元35Y的三個記憶體中的電容變化量相加，並將相加的電容變化量視為一次掃描中所獲得的電容變化量。

中心座標計算單元33通過使用由X電極電容變化量相加單元36X獲得的電容變化量和由Y電極電容變化量相加單元36Y獲得的電容變化量來計算手指在觸摸感測器單元1上觸摸的位置的中心座標，以產生輸出座標34。

將參照圖2A到3E來說明圖1的觸摸感測器單元1的每一個電極中產生的電容變化量。

首先，將說明圖2A到2C。

圖2A表示X電極X3到X7的佈置，圖2B和2C表示在手指觸摸X電極X4時發生的電極的電容變化量。在圖2B和2C中，橫軸表示X電極X3到X7，縱軸表示電容變化量的檢測值。此外，省略Y電極。

手指觸摸該觸摸感測器單元1時的觸摸面積在手指以正常力量觸摸的情況下與手指輕輕觸摸或手指較小的情況下是不同的。觸摸面積在前一情況下較大，在後一情況下較小(在每一個電極(觸摸回應單元)的面積大於手指的觸摸面積時)。

將說明圖2A中手指F以正常力量觸摸X電極X4時和手指F輕輕觸摸X電極X4時X電極X3到X7的電容變化量。

首先，在圖2A中，當手指F以正常力量觸摸X電極X4時，X電極X4和在其兩側的X電極X3和X5對觸摸做出回應，每一個X電極X3、X4和X5的電容量改變如圖2B中所示。當手指F觸摸X電極X4時，X電極X4回應最強，並表現出最大的電容變化量，X電極X3和X5的電容變化量比X電極X4的電容變化量小。此外，在此情況下，相鄰於手指F的觸摸位置的Y電極(未示出)也對觸摸做出回應，並改變它們的電容量。因此，當手指F以正常力量觸摸時，可以通過使用電容變化量來計算手指F觸摸的位置的中心座標，從而檢測該位置的座標。

同時，在圖2A中，當手指F輕輕觸摸X電極X4時，發生如圖2C中的僅X電極X4做出回應而X電極X3和X5不回應的情況。在此情況下，相鄰於手指F的觸摸位置的Y電極(未示出)也會不回應。因此，在此情況下，不可能準確地檢測手指觸摸的位置的座標。

接下來，將說明圖3A到3E。

圖3A示出手指沿箭頭P的方向移動的實例。當手指移動時，手指順序地觸摸X電極X4、X5和X6和Y電極(未示出)。

在圖3A中，當手指以正常力量觸摸X電極X4、X5和X6時，手指觸摸處的X電極和在其兩側的X電極以與圖2B相同的方式對觸摸做出回應。然而，當手指輕輕觸摸X電極X4、X5和X6時，僅有手指觸摸處的X電極以與圖2C相同的方式做出回應，並且每一個電極的電容量如圖3B到3D中的改變。此外，相鄰於手指F1、F2和F3的位置的Y電極(未示出)以與已經在圖2A中說明的Y電極的回應相同的方式做出回應。

因此，在圖3A中，當手指輕輕觸摸X電極X4、X5和X6時，不可能準確檢測到如圖2C中的手指觸摸的位置的座標。

因此，在這一實施例中，關注以下事實：在將圖3B到3D的電容變化量相加時，可以與類似於圖2B中的電容變化量來獲得圖3E，通過三次掃描觸摸感測器單元1的X電極X1到Xn所檢測的電容變化量相加，並將三次掃描的相加的電容變化量視為一次掃描中所檢測的電容變化量來計算中心座標。類似地，關於Y電極Y1到Ym，通過將三次掃描Y電極Y1到Ym所檢測的電容變化量相加，並將三次掃描的相加電容變化量視為一次掃描中所檢測的電容變化量來計算中心座標。

在本實施例中，通過將三次掃描觸摸感測器單元1的X電極X1到Xn和Y電極Y1到Ym所檢測的電容變化量相加，並將三次掃描的相加電容變化量視為一次掃描中檢測的X電極的電容變化量和Y電極的電容變化量。隨後，通過使用兩側的電極的相加的電容變化量來檢測手指觸摸的位置的座標。因此，即使當手指輕輕觸摸該觸摸感測器單元1時，也可以類似於手指以正常力量觸摸時的情況來檢測座標，減小了遺漏座標的頻率。

此外，在該實施例中，即使當手指輕輕觸摸該觸摸感測器單元1時，變得等效於在手指以正常力量觸摸時手指觸摸處的電極兩側的電極也對觸摸做出回應的狀態。因此，可以準確地檢測手指實際觸摸的位置的座標，增大了座標檢測的解析度。

此外，在本實施例中，由於將三次掃描的電容變化量相加，並視為一次掃描的電容變化量，在手指沿箭頭P的方向移動並位於電極X6上(手指F3的位置)時所檢測的座標是對應於電極X5(手指F2的位置)的座標，其是早於手指F3的位置的一次掃描的座標。就是說，所檢測的座標是對應於與手指觸摸的電極X6相鄰的電極X5的座標。這一座標檢測的延遲幾乎不會使觸摸面板的操作者感覺不舒服。

在以上實施例中說明了通過將三次掃描X電極和Y電極而檢測的電容變化量相加的示例，但掃描的次數不限於三次，可以是N(N等於或大於2)。同時，隨著掃描次數增大，將電容變化量相加或計算中心座標所需的時間變長。因此，當考慮到手指以正常力量觸摸該觸摸感測器單元時，手指觸摸處的電極和其兩側的電極均對觸摸做出回應，可以檢測到觸摸位置的精確座標的事實，掃描次數可以為三次是優選的。

儘管在以上實施例中作為示例說明了矩形觸摸回應單元，但觸摸回應單元的形狀不限於矩形。然而，如果觸摸回應單元的形狀是矩形，由於可以減小X電極與Y電極之間的空隙空間，手指觸摸的檢測靈敏度變得更高。

儘管在以上實施例中舉例說明了觸摸該觸摸感測器單元的導體是人的手指的情況，但其可以是除了手指以外的其他導體。

儘管在以上實施例中說明了投射式電容觸摸面板，其包括觸摸感測器單元，配置為使得和X電極和Y電極的觸摸回應單元在顯示器的顯示表面的方向上彼此不重疊，但本發明也可以應用於包括將X電極和Y電極佈置為彼此重疊的觸摸感測器單元的投射式電容觸摸面板。在將X電極和Y電極佈置為彼此重疊的觸摸感測器單元的情況下，不會頻繁發生座標遺漏。然而，當將本發明應用於此時，增大了檢測手指的觸摸位置的座標的解析度。

在本發明中，將通過N次掃描X電極和Y電極而檢測的電容變化量相加。將N次掃描的相加的電容變化量視為由一次掃描所檢測的兩側上的電極的電容變化量。通過使用兩側上的電極的相加的電容變化量，檢測到手指觸摸該觸摸感測器單元的位置的座標。因此，即使當觸摸面積較小，例如當手指輕輕觸摸該觸摸感測器單元時以及手指較小時，也可以如手指以正常力量觸摸時一樣檢測到座標。因此，可以避免座標的遺漏。特別地，其在手指移動時的座標檢測是優選的。

此外，在本發明中，即使觸摸面積較小，例如當手指輕輕觸摸該觸摸感測器單元時，也可以在與手指以正常力量觸摸時手指觸摸處的電極和其兩側的電極均對觸摸做出回應的狀態等效狀態下檢測座標。因此，可以準確檢測手指實際觸摸的位置的座標，增大了座標檢測的解析度。

尤其在電極佈置為X電極和Y電極的觸摸回應單元彼此不重疊時，本發明的效果(避免座標的遺漏或高解析度)更大。

儘管相對於實施例示出並說明了本發明，但本領域技術人員應理解可以在不脫離如所附申請專利範圍限定的本發明的範圍的情況下做出多種改變和修改。

1‧‧‧觸摸感測器單元

3‧‧‧控制器

31X‧‧‧X電極控制單元

31Y‧‧‧Y電極控制單元

32X‧‧‧X電極電容變化量檢測單元

32Y‧‧‧Y電極電容變化量檢測單元

33‧‧‧中心座標計算單元

34‧‧‧輸出座標