TWI597639B

TWI597639B - 觸摸點偵測裝置及其偵測方法

Info

Publication number: TWI597639B
Application number: TW100127205A
Authority: TW
Inventors: 劉勇
Original assignee: 宸鴻科技（廈門）有限公司
Priority date: 2011-05-28
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2017-09-01
Also published as: EP2546727A2; CN102799300B; KR20120132611A; EP2546727A3; TW201248480A; KR101380122B1; US9256313B2; CN102799300A; US20120299842A1; JP5697103B2; TWM422113U; JP2012248180A

Description

觸摸點偵測裝置及其偵測方法

本發明係關於觸摸點偵測技術，特別是關於一種觸摸點偵測裝置及其偵測方法。

目前，通過手指之類觸控物件的觸摸，直接對電子設備進行操作的技術已經普遍應用於日常工作和生活中。這些電子設備一般採用觸摸點偵測裝置來感應觸摸動作並產生相應電信號以供後續操作。該觸摸點偵測裝置於實際生產或使用中常表現為觸控板、觸控屏等形式。

按照觸控原理的不同，觸摸點偵測裝置主要分為電阻式、電容式、光學式、電磁式、聲波式等。其中電容式觸摸點偵測裝置的工作原理為：由使用者以手指或感應筆等可導電的觸控物件觸摸裝置表面，導致裝置表面被觸摸的位置產生電容變化；微處理器根據此電容變化偵測出觸摸點的座標，以達到觸控操作的目的。

為了配合不同的電子設備，業者研發出各種不同的電容式觸摸點偵測裝置，投射電容式觸摸點偵測裝置就是其中一種。投射電容式觸控觸摸點偵測裝置的觸控電極包括網格狀電極和單軸向電極。對單軸向電極來說，由於每個電極都有阻抗，因此當激勵信號通過電極時，激勵信號便會產生衰減，同時電極上產生的輸出值也相應變化。如圖1所示，每個被掃描的電極上的輸出值和觸摸點距激勵信號提供端的距離之間具有一定變化關係，因此，可利用此變化關係通過掃描確定出觸摸點在電極上的位置。

然而，如果只從電極的一端提供激勵信號，即單邊出線，則由於觸摸物體與電極直接接觸的觸摸面積不同，會造成相同觸摸點位置產生不同的輸出值，或者不同的觸摸點位置產生相同的輸出值，進而導致觸摸點位置偵測出錯。因此，為了減小觸摸面積對觸摸點位置偵測造成的影響，從電極兩端分別提供激勵信號，即雙邊出線。如圖2所示，具有傳統雙邊出線的單軸向電極的觸摸點偵測裝置1，包括電極2，導線3、4，處理器5。其中電極2具有兩端A、B，導線3連接電極2的A端至處理器5，導線4連接電極2的B端至處理器5。如圖3所示，當對A端進行掃描時，信號的輸出值和觸摸點距A端的距離之間的變化關係曲線為La；當對B端進行掃描時，信號的輸出值和觸摸點距A端的距離之間的變化關係曲線為Lb。因此，利用兩個變化曲線La、Lb之間的關係，對同一觸摸點位置T可以得到兩個輸出值Dt1、Dt2，依據此兩個輸出值Dt1、Dt2可以計算出觸摸點T位置。

鑒於雙邊出線結構，每條電極都需要有兩條導線，因此在電極的周邊就需要較大的邊緣區域佈設連接電極的導線，同時，當具有此種電極的觸摸點偵測裝置結合小型設備時，例如可擕式電子設備，便會受到限制。另外，對處理器而言，導線越多，就需要提供越多的輸入/輸出埠(I/O pin)，因此處理器需要一個較大的積體電路塊(Integrated Circuit Package)。

有鑑於此，有必要提供一種觸摸點偵測裝置，在不降低觸摸點偵測的精準度的情況下，能夠減小電極的邊緣區域，同時減小處理器的積體電路塊。

還提供一種觸摸點偵測方法。

一種觸摸點偵測裝置，包括電極以及連接於該電極的處理器，其特徵在於，該觸摸點偵測裝置還包括連接於該電極且以至少兩個頻率的激勵信號掃描該電極的掃描單元。

本發明另提供的一種觸摸點偵測方法，包括以下步驟：a)分別以至少兩個頻率的激勵信號掃描該電極，該觸摸點對應的該電極產生各自相應的輸出值；b)計算該各自相應的輸出值之差，以得到該觸摸點在該電極上的位置。

採用上述觸摸點偵測裝置和偵測方法，在具有較高的觸摸點偵測精準度的同時，可以提供較小的電極的邊緣區域和較小的積體電路塊，以較好地實現和小型設備的整合，降低生產原料和其他生產成本的消耗。

為使熟習本發明所屬技術領域之通常知識者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

如圖4所示，本發明第一實施方式的觸摸點偵測裝置100包括多個具有第一端A和第二端B的電極110、導線120和處理器130。其中，電極110沿相同方向分佈，即第一方向X，則電極110之間相互平行，沿第二方向Y排列。導線120連接電極110的第一端A至處理器130。偵測裝置100還包括連接至電極110的第一端A的掃描單元140，用於給電極110提供至少兩個頻率的激勵信號，以對電極110進行掃描。依據不同的電路設計需要，掃描單元140可以設置於處理器130內部，形成一個整體部件，也可以單獨設計成一個與處理器130分開的獨立元件，即掃描單元140設置於處理器130外部，兩者之間用導線或其他電性連接方式連接(圖未示)。

電極110的形狀不局限於圖4所示的條狀，還可以是多邊形等其他不規則的幾何形狀。例如圖5所示的本發明第二實施方式的偵測裝置200的電極210為梯形。

如圖6所示，本發明的第三實施方式的觸摸點偵測裝置300，與第一實施方式的偵測裝置100類似，包括多個具有第一端A和第二端B的電極310、導線320、處理器330和掃描單元340。不同之處在於，每個電極310包括多個導電單元311和多個導線312，導電單元311之間彼此隔開，由導線312連接。第三實施方式的偵測裝置300中其他元件的位置設置同第一實施方式。

如圖7所示，本發明的第四實施方式的觸摸點偵測裝置400。與第一實施方式的偵測裝置100的不同之處在於，電極分為沿第一方向X分佈的第一電極410a和沿第二方向Y分佈的第二電極410b。其中，第一導線420a連接第一電極410a至處理器430，第二導線420b連接第二電極410b至處理器430。

本發明提供的觸摸點偵測裝置中的電極，依據實際需要不同，可以由透明材料製成，例如氧化銦錫(ITO)等，也可以由不透明材料製成，例如金屬等。例如，當電極為不透明時，可應用於筆記型電腦等設備的觸控操作面板；當電極為透明時，可應用于顯示器等發光顯示裝置的表面做成觸控操作螢幕。

本發明提供的觸摸點偵測裝置中電極數目為至少兩條，其中電極數目由所應用的偵測裝置的解析度和尺寸大小而定。一般解析度要求越高，即像素要求越小，電極數目越多；尺寸越大，電極數目也越多。另，電極延伸的第一方向X和電極排列的方向Y不一定要垂直，只要交叉即可。

以本發明的第一實施方式的偵測裝置為例，如圖4所示，觸摸點偵測裝置100進行偵測前，要先對其進行校準，對電極110的第一端A和第二端B在不同頻率的激勵信號掃描時，產生的輸出值進行定義和記錄，作為偵測觸摸點位置的基準。先將觸摸物體與任意一個電極110的第一端A接觸，即觸摸點在第一端A，掃描單元140以第一頻率f1的激勵信號對該電極110進行掃描，處理器130測出基準輸出值Da1；再以第二頻率f2(f2<f1)的激勵信號對該電極110進行掃描，處理器130測出基準輸出值Da2；處理器130依據兩個基準輸出值Da1、Da2計算出第一端A的基準輸出值差Da=Da1-Da2。同理，經觸摸物體與同一電極110的第二端B接觸，分別以第一頻率f1和第二頻率f2的激勵信號對該電極110進行掃描，處理器130分別得出基準輸出值Db1、Db2，進而計算出第二端B的基準輸出值差Db=Db1-Db2。依據測出的該電極110的第一端A和第二端B在頻率f1、f2的激勵信號掃描時的基準輸出值Da1、Da2、Db1、Db2，繪製出該電極上輸出值與觸摸點距第一端A的距離的變化關係曲線L1、L2，如圖8所示。

當如圖4所示的本發明提供的偵測裝置的表面產生觸摸點C時，可以由圖9所示的觸摸點偵測方法的第一實施方式的流程偵測出觸摸點C的位置。進入起始步驟10之後，執行步驟11，掃描單元140以第一頻率f1的激勵信號掃描所有電極110，其中，掃描單元140可以依次掃描每個電極(也可以按其他不同順序掃描)，也可以同時掃描所有的電極。進入判斷步驟12，處理器130判斷是否產生輸出值，若判斷結果為否，則返回步驟11；若判斷結果為是，則進入步驟13，處理器130測出產生輸出值的電極110，測出產生的輸出值Dx1。

進入步驟14，掃描單元140以第二頻率f2的激勵信號掃描步驟13中測出的產生輸出值的電極110。進入步驟15，處理器130測出該電極110產生的輸出值Dx2。進入步驟16，處理器130通過插值法，計算出觸摸點C在第二方向Y上的位置Yc。

進入計算步驟17，處理器130依據步驟13中測出的輸出值Dx1和步驟15中測出的輸出值Dx2計算出輸出值差Dx=Dx1-Dx2；如圖8所示，基準輸出值差Da、Db、觸摸點C的輸出值差Dx和觸摸點C距第一端A的距離成比例關係，其中若第一端A所在的位置Xa定義為原點，即Xa=0，第二端B距第一端A的距離為Xb，因此依據處理器預先存儲的該電極110的基準輸出值差Da、Db，通過計算式：

計算出觸摸點C在該電極110上距第一端A的距離Xc，即觸摸點C在第一方向X上的位置。進入步驟18，處理器130輸出觸摸點C在第一方向X和第二方向Y上的位置Xc、Yc。

依據不同掃描方式的設計需要，本發明提供的偵測裝置的表面產生的觸摸點，亦可以由圖10所示的觸摸點偵測方法的第二實施方式的流程偵測得到。與偵測方法的第一實施方式基本相同，不同之處在於步驟23中不需測出產生輸出值的電極110，因此，執行步驟24時，掃描單元140以第二頻率f2的激勵信號掃描所有電極110。

上述兩個激勵信號的頻率可以任意搭配，例如f1=1.2MHz,f2=380KHz。為配合不同的觸摸點偵測精準度的要求，可以採用兩個以上頻率的激勵信號，分別對電極110進行掃描，計算出Xc的平均值。

上述處理器包括存儲單元、接收單元、計算單元和輸出單元。其中，存儲單元用於存儲每個電極的第一端A和第二端B的基準輸出值差Da、Db以及輸出值與觸摸點距第一端A的距離的變化關係曲線L1、L2；接收單元接收掃描單元以不同頻率的激勵信號對被觸摸的電極掃描後產生的輸出值；計算單元執行對觸摸點C在第一方向X和第二方向Y上的位置、所有電極的基準輸出值差和觸摸點C所在電極的輸出值差的計算；輸出單元則是將計算得出的觸摸點C在第一方向X和第二方向Y上的位置Xc、Yc輸出至執行下一步操作的單元。

對本發明提供的觸摸點偵測裝置之第四實施方式而言，可視為兩層第一實施方式的電極相互交叉疊加。因此，其中第一電極410a亦可以通過上述觸摸點偵測方法，計算出觸摸點在第一電極410a上的位置，即觸摸點在第一方向X上的位置Xc；第二方向Y上的位置，通過對第二電極410b實施上述觸摸點偵測方法，計算出觸摸點在第二電極410b上的位置Yc。

上述觸摸點偵測方法中，由於可以對每個電極上產生的觸摸點分別進行計算，因此當本發明提供的偵測裝置表面同時出現兩個或者兩個以上的觸摸點，且兩個觸摸點不在同一個電極上時，運用上述偵測方法亦可以偵測每個出觸摸點的位置。

以上所述，僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1．．．傳統觸摸點偵測裝置

2．．．電極

3、4．．．導線

5．．．處理器

100．．．觸摸點偵測裝置

110．．．電極

120．．．導線

130．．．處理器

140．．．掃描單元

200．．．觸摸點偵測裝置

210．．．電極

220．．．導線

230．．．處理器

240．．．掃描單元

300．．．觸摸點偵測裝置

310．．．電極

311．．．導電單元

312．．．導線

320．．．導線

330．．．處理器

340．．．掃描單元

400．．．觸摸點偵測裝置

410a．．．第一電極

410b．．．第二電極

420a．．．第一導線

420b．．．第二導線

430．．．處理器

440．．．掃描單元

圖1繪示了被掃描的電極上的輸出值和觸摸點距激勵信號提供端的距離之間的變化關係曲線的示意圖。

圖2繪示了具有傳統雙邊出線的觸摸點偵測裝置的結構示意圖。

圖3繪示了第2圖所示的偵測裝置的電極上輸出值和觸摸點距A端的距離之間的變化關係曲線的示意圖。

圖4繪示了本發明提供的觸摸點偵測裝置的第一實施方式的平面結構示意圖。

圖5繪示了本發明提供的觸摸點偵測裝置的第二實施方式的平面結構示意圖。

圖6繪示了本發明提供的觸摸點偵測裝置的第三實施方式的平面結構示意圖。

圖7繪示了本發明提供的觸摸點偵測裝置的第四實施方式的平面結構示意圖。

圖8繪示了當以兩個不同頻率的激勵信號掃描同一電極時，輸出值與觸摸點距A端的距離之間的變化關係曲線的示意圖。

圖9繪示了本發明提供的觸摸點偵測方法的第一實施方式的流程圖。

圖10繪示了本發明提供的觸摸點偵測方法的第二實施方式的流程圖。

Claims

一種觸摸點偵測裝置，包含：多個電極；以及連接於該多個電極的處理器；其中，該觸摸點偵測裝置還包括一掃描單元，該掃描單元以導線分別連接該多個電極之一端，且以至少兩個頻率的激勵信號先後掃描該多個電極中的每一電極，處理器測出先後掃描每一電極產生的輸出值之差，進而計算出觸摸點的位置。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該多個電極分別沿同一方向分佈。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該多個電極包括沿第一方向分佈的第一電極和沿第二方向分佈的第二電極。
如申請專利範圍第3項所述之觸摸點偵測裝置，其中該第一方向和該第二方向相互交叉。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該多個電極分別為多邊形。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該多個電極包括多個彼此分開導電單元和多條連接該導電單元的導線。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該掃描單元設置於該處理器內部。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該掃描單元設置於該處理器外部。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該多個電極為透明導電材料。
如申請專利範圍第1項所述之觸摸點偵測裝置，其中該多個電極皆為金屬。
一種應用於申請專利範圍第1項所述觸摸點偵測裝置的觸摸點偵測方法，用於偵測觸摸點偵測裝置上產生的觸摸點，該偵測方法包括以下步驟：a)分別以所述至少兩個頻率的激勵信號先後掃描該多個電極的狀態下，由該觸摸點所對應的該電極產生各自相應的輸出值；b)計算該各自相應的輸出值之差，以得到該觸摸點在該多個電極上的位置。
如申請專利範圍第11項所述之觸摸點偵測方法，還包括校準步驟，該校準步驟包括：a)將該觸摸點置於該多個電極的第一端，分別以該至少兩個頻率的激勵信號先後掃描每一電極；計算該至少兩個頻率的激勵信號先後掃描該每一電極產生的各自對應的輸出值之差，並記錄為第一基準輸出值差；b)將該觸摸點置於該多個電極的第二端，分別以該至少兩個頻率的激勵信號先後掃描每一電極；計算該至少兩個頻率的激勵信號先後掃描該每一電極產生的各自對應的輸出值之差，並記錄為第二基準輸出值差。
如申請專利範圍第12項所述之觸摸點偵測方法，其中該多個電極分別沿同一方向分佈，該步驟a)還包括以下步驟：a1)以該至少兩個頻率的激勵信號中的第一頻率的激勵信號，掃描每個電極，該觸摸點對應的該電極產生第一輸出值；a2)偵測產生該第一輸出值的該電極；a3)以該至少兩個頻率的激勵信號中的第二頻率的激勵信號，掃描產生該第一輸出值的該電極，產生第二輸出值。
如申請專利範圍第12項所述之觸摸點偵測方法，其中該多個電極分別沿同一方向分佈，該步驟a)還包括以下步驟：a1)以該至少兩個頻率的激勵信號中的第一頻率的激勵信號，掃描每個電極，該觸摸點對應的該電極產生第一輸出值；a2)以該至少兩個頻率的激勵信號中的第二頻率的激勵信號，掃描每個電極，該觸摸點對應的該電極產生第二輸出值；a3)偵測產生該第一輸出值和該第二輸出值的該電極。
如申請專利範圍第13項或第14項所述之觸摸點偵測方法，其中該步驟b)還包括：b1)計算該第一輸出值和該第二輸出值之差，記錄為輸出值差；b2)依據該輸出值差、該第一基準輸出值差和該第二基準輸出值差，計算該觸摸點在該電極上的位置。
如申請專利範圍第13項或第14項所述之觸摸點偵測方法，其中該步驟a)中，該掃描單元依次掃描每個電極。
如申請專利範圍第13項或第14項所述之觸摸點偵測方法，其中該步驟a)中，該掃描單元同時掃描每個電極。
一種應用於申請專利範圍第3項所述觸摸點偵測裝置的觸摸點偵測方法，用於偵測觸摸點偵測裝置上產生的觸摸點，該偵測方法包括以下步驟：a)以所述至少兩個頻率的激勵信號先後掃描該第一電極，由該觸摸點所對應的該第一電極產生各自相應的輸出值；b)計算該各自相應的輸出值之差，以得到該觸摸點在該第一電極上的位置；c)以所述至少兩個頻率的激勵信號先後掃描該第二電極，該觸摸點對應的該第二電極產生各自相應的輸出值；d)計算該各自相應的輸出值之差，以得到該觸摸點在該第二電極上的位置。