TWI875489B - 觸控感測裝置及檢測水的方法 - Google Patents

Abstract

一種觸控感測裝置及檢測水的方法。觸控感測裝置包括傳輸端、感測端、放大器電路、第一及第二信號源及信號源產生器。傳輸端耦接觸控感測器的傳輸電極。感測端耦接觸控感測器的感測電極。放大器電路的第一輸入端耦接感測端。第一信號源提供第一感測信號至傳輸電極。第二信號源提供第二感測信號。第二感測信號經由放大器電路耦合至感測電極。在自容偵測中的水檢測模式時，由信號源產生器產生的第一感測信號與第二感測信號不同，且從所述放大器電路中所述輸出端的結果判斷所述觸控感測器上是否有水。

Description

觸控感測裝置及檢測水的方法

本發明是有關於一種自容式觸控感測技術，且特別是有關於一種觸控感測裝置及檢測水的方法。

觸控面板上的感測器可通過各通道自身的傳輸電極與感測電極之間感測電容的變化量、或通過傳輸電極與接地端之間的感測電容變化量進行觸控檢測。因此，就算是觸控面板上有水滴或液體，也不會讓觸控面板造成誤判，或是讓手指觸控的靈敏度受到影響。

然而，由於觸控面板的製程差異性，對應於傳輸電極的阻抗將會影響到傳輸電極上的信號強弱，從而導致在觸控面板上有水滴或液體時，使得前述感測電容的變化量會具備偏移量，從而讓觸控感測技術造成誤判，從而降低觸控靈敏度。

本發明提供一種觸控感測裝置及檢測水的方法，其可檢測觸控面板上的感測器是否存在水，從而以信號後處理來降低水對於觸控靈敏度的影響。

本發明實施例的觸控感測裝置包括傳輸端、感測端、放大器電路、第一信號源、第二信號源以及信號源產生器。傳輸端耦接觸控感測器的傳輸電極。感測端耦接所述觸控感測器的感測電極。感測端耦接所述觸控感測器的感測電極。放大器電路包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端。所述第一輸入端耦接所述感測端。第一信號源耦接所述傳輸端以提供第一感測信號至所述傳輸電極。第二信號源耦接所述放大器電路的所述第二輸入端提供第二感測信號。所述第二感測信號經由所述放大器電路耦合至所述感測電極。信號源產生器耦接所述第一信號源以及所述第二信號源產生所述第一感測信號及所述第二感測信號。在自容偵測中的水檢測模式時，由所述信號源產生器產生的所述第一感測信號與所述第二感測信號不同，且從所述放大器電路的中所述輸出端的結果判斷所述觸控感測器上是否有水。

本發明實施例的檢測水的方法適用於包括傳輸電極與感測電極的觸控感測器。所述方法包括：回應於自容偵測中的水檢測模式，提供第一感測信號至觸控感測器的傳輸電極；將第二感測信號通過放大器電路耦合至觸控感測器的感測電極，其中所述第一感測信號與所述第二感測信號不同，所述感測電極耦接所述放大器電路的第一輸入端且所述放大器電路的第二輸入端接收所述第二感測信號；以及，依據所述第一感測信號及所述第二感測信號，從放大器電路中所述輸出端的結果以判斷所述觸控感測器上是否有水。

基於上述，本發明實施例的觸控感測裝置及檢測水的方法可在自容偵測的水檢測模式下通過對觸控感測器中的傳輸電極與感測電極兩者提供不同的感測信號，並通過放大器電路的感測結果來判斷觸控感測器是否存在水，從而以對觸控信號進行數位觸控信號後處理程序的方式來降低水對於觸控靈敏度的影響。

圖1是本發明一實施例的觸控面板130、觸控感測器100-1及100-2的示意圖。圖1所述觸控面板及觸控感測器的對應結構及操作作為應用本實施者的參考，本發明實施例並不受限於此。圖1包括觸控面板130，觸控面板130上包括多個觸控感測器，例如，觸控感測器100-1及100-2。觸控感測器100-1及100-2分別包括傳輸電極TX及感測電極RX。傳輸電極TX及感測電極RX之間包括耦合電容Cu。傳輸電極TX與接地端之間具備電容Ctx，且感測電極RX與接地端之間具備電容Crx。

觸控感測器100-1可通過傳輸電極TX與感測電極RX之間耦合電容Cu的變化量或通過電容Ctx及Crx的變化量進行觸控檢測。例如，當使用者以手指105接觸或靠近觸控面板130時，手指105與傳輸電極TX之間具備感測電容Cft，手指105與感測電極RX之間具備感測電容Cfr，從而影響到傳輸電極TX與感測電極RX之間耦合電容Cu的變化量或通過電容Ctx及Crx的變化量進行觸控檢測。例如，當使用者以手指105接觸或靠近觸控面板，觸控感測器100按照電容的變化量來獲知觸控感測信號，並處理成觸控結果。

相對地，水107被放置於觸控感測器100-2上的時候，雖然水107與感測電極RX之間仍會具備感測電容Cwt且水107與感測電極RX之間仍會具備感測電容Cwr，但會因傳輸電極TX與感測電極RX兩側具備相同的變化而使耦合電容Cu不會因為水造成的信號偏移造成其自身的變化。以自容式觸控感測來說，觸控感測方法包括傳輸電極TX的感測及感測電極RX的感測兩個階段。當觸控感測器100-2有水107，在進行傳輸電極TX及感測電極RX的感測時，這兩個電極TX、RX也會同時具備相同的信號偏移，也會讓耦合電容Cu兩端維持相同的電壓差。換句話說，在理想情形下，水107不容易影響到觸控感測器100-1及100-2對於手指105的觸控靈敏度。

然則，由於在進行觸控感測時，觸控感測裝置會向傳輸電極TX提供感測信號，但因觸控面板的製程差異性或其他因素可能導致每個觸控面板上傳輸電極具備對應的阻抗（如圖2所示阻抗Rtx），使得傳輸電極TX上的信號相較於感測電極RX的信號而具備信號偏移量。此信號偏移量可能影響觸控感測器100-1及100-2對於手指105與水107的判斷，進而降低手指105的觸控靈敏度。

圖2是本發明一實施例的觸控感測器100及觸控感測裝置200的示意圖。參考圖2，觸控感測器100簡略地繪示相應於傳輸電極的電容Ctx、相應於感測電極的電容Crx及傳輸電極及感測電極之間的耦合電容Cu。

觸控感測裝置200可以是用於自容式觸控面板的觸控電路或觸控晶片。觸控感測裝置200可應用於於相應顯示技術的顯示面板上，如，液晶顯示面板、有機發光二極體顯示面板…等。

本實施例的觸控感測裝置200包括傳輸端、感測端、放大器電路210、第一信號源220、第二信號源230及信號源產生器240。傳輸端耦接觸控感測器100的傳輸電極。感測端耦接觸控感測器100的感測電極。放大器電路210包括第一輸入端（在此以反相輸入端Vin-為舉例）、第二輸入端（在此以非反相輸入端Vin+為舉例）及輸出端OUT。第一輸入端（反相輸入端Vin-）可透過電阻Rp1耦接感測端。第一信號源220及第二信號源230可為電壓產生器、方波信號產生器及弦波信號產生器。觸控感測裝置200還可包括處理器或是相應裝置。處理器可依據本實施例的一或多個檢測結果來判斷觸控感測器100上是否有水。

放大器電路210還包括運算放大器OP2、兩個電阻Rp2及兩個電容Cp1。一電阻Rp2及一電容Cp1的一端耦接在運算放大器OP2的兩個輸入端（反相輸入端Vin-與非反相輸入端Vin+）其中一者，另一電阻Rp2及另一電容Cp1的另一端則耦接在運算放大器OP2的兩個輸出端其中一者。運算放大器OP2的兩個輸出端之間的電壓差即為放大器電路210的輸出電壓Vocm。運算放大器OP2的兩個輸入端（反相輸入端Vin-與非反相輸入端Vin+）互為虛短路，因此可將第二感測信號Vdac2通過感測電極耦合到至觸控感測器100的感測電極RX。

第一信號源220提供第一感測信號Vdac1並耦接傳輸端提供至觸控感測器100的傳輸電極。第二信號源230提供第二感測信號Vdac2並耦接放大器電路210的第二輸入端（非反相輸入端Vin+）。圖2的第二信號源230是通過運算放大器OP1耦接放大器電路210的非反相輸入端Vin+。詳細來說，運算放大器OP1的非反相輸入端接收第二感測信號Vdac2，運算放大器OP1的反相輸入端耦接其輸出端，且運算放大器OP1的輸出端耦接放大器電路210的非反相輸入端Vin+。第二感測信號Vdac2經由放大器電路210耦合至觸控感測器100的感測電極。

在觸控感測裝置200進行觸控感測時（本實施例稱為是自容觸控感測模式），此時放大器電路210的輸出電壓Vocm如方程式（1）所述。方程式（1）中的『s』為一係數。 … (1)

為簡化方程式(1)，假設圖2中電阻Rtx及Rp1為0。並且，假設信號源產生器240產生第一信號源220及第二信號源230以使第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2為相同。此處信號的相同指的是信號波形、振福及頻率皆為相同。基於方程式（1），在理想狀態下，由於第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2相同而讓方程式（1）後半部分的數值皆為0，可以得知輸出電壓Vocm的變化量（表示為ΔVocm）正比於對應感測電極RX的電容Crx的電容變化量（表示為ΔCrx）。

當手指觸碰或接近圖2觸控感測器100時，便會使電容Crx改變其電容值（即，具備電容變化量ΔCrx），而耦合電容Cu的電容變化量（表示為ΔCu）將小於0，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm將大於0。另一方面，當水觸碰圖2觸控感測器100時，電容Crx不會改變其電容值（即，電容變化量ΔCrx=0），耦合電容Cu的電容變化量（表示為ΔCu）將大於0，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm將等於0。換句話說，在理想狀況下，在自容觸控感測模式時的第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2為相同，不需考慮耦合電容Cu的電容變化量，圖2觸控感測裝置200僅透過輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm即可區分手指與水觸碰圖2觸控感測器100的情形。

然則，在實際狀況中，圖2觸控感測器100中觸控電極及感測電極兩端感受到的阻抗值與寄生電容值經常不一致，從而使得圖2觸控感測器100中觸控電極及感測電極分別獲得的第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2不一致，使得前述方程式（1）後半部分的數值會影響到輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm。

例如，當第一感測信號Vdac1大於第二感測信號Vdac2且當水觸碰觸控感測器100使耦合電容Cu的電容變化量ΔCu大於0的情況下，按照前述實施例的說明，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm小於0，圖2觸控感測裝置200還是能夠區分是手指還是水觸碰到圖2觸控感測器100。但是，當第一感測信號Vdac1小於第二感測信號Vdac2（例如，阻抗Rtx數值較大）且當水觸碰觸控感測器100使耦合電容Cu的電容變化量ΔCu大於0的情況下，按照前述實施例的說明，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm大於0，圖2觸控感測裝置200無法區分是由手指還是水觸碰到圖2觸控感測器100。

本實施例可在自容偵測的水檢測模式下通過對觸控感測器中的傳輸電極與感測電極兩者提供不同的感測信號，並通過放大器電路的感測結果來判斷觸控感測器是否存在水，從而通過對觸控信號進行數位觸控信號後處理程序的方式來降低水對於觸控靈敏度的影響。

圖3是本發明一實施例的檢測水的方法300的流程圖。圖3方法300可適用於圖2觸控感測器100及觸控感測裝置200。同時參考圖2與圖3，於步驟S310，信號源產生器240經控制以進入自容偵測中的水檢測模式。於步驟S320，信號源產生器240產生第一信號源220以提供第一感測信號Vdac1至觸控感測器100的傳輸電極。於步驟S330，信號源產生器240產生第二信號源230以將第二感測信號Vdac2通過放大器電路210耦合至觸控感測器100的感測電極。在自容偵測中的水檢測模式中，會經由圖2信號源產生器240的控制以使第一感測信號Vdac1與第二感測信號Vdac2不同，例如，第一感測信號Vdac1中振幅與頻率至少其中一者會與第二感測信號Vdac2不同。感測電極耦接放大器電路210的第一輸入端（反相輸入端Vin-）且放大器電路210的第二輸入端（非反相輸入端Vin+）接收第二感測信號Vdac2。

於步驟S340，根據第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2從放大器電路210中輸出端OUT的結果以判斷觸控感測器上是否有水。步驟S340可由觸控感應裝置200中的處理器或是相應裝置，經由放大器電路210中輸出端OUT所偵測得到的結果來進行前述判斷。

於步驟S350中，進入自容偵測中的自容觸控偵測模式，其中第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2為相同。步驟S350可由觸控感應裝置200中的處理器或是相應裝置，經由放大器電路210中輸出端OUT所偵測得到的結果來進行自容觸控的偵測。

圖4是圖3中步驟S340另一實施例的流程圖。於步驟S341，在自容偵測中進入第一水檢測模式，且在第一水檢測子模式中，信號源產生器240將對應於感測電極的感測端設定為第一感測信號模式。於步驟S342，觸控感測裝置200依據前述第一感測信號模式所產生的偵測結果判斷觸控感測器上是否有水。於步驟S343，在自容偵測中進入第一水檢測模式，且在第二水檢測子模式中，信號源產生器240將對應於感測電極的感測端設定為第二感測信號模式。於步驟S344，觸控感測裝置200依據前述第二感測信號模式所產生的偵測結果判斷觸控感測器上是否有水。

換句話說，另一實施例的自容式觸控感測器及觸控感測裝置在進行觸控感測時，先進入第一水檢測模式後，於步驟S341先將第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2中振幅或頻率調整為不同，並利用對應於感測電極RX的感測端進行電容感測而獲得第一水檢測子結果，並將感測到的類比感測結果（第一水檢測子結果）於步驟S342中以數位水檢測程序判讀，從而判斷觸控感測器上是否有水。接著，在自容偵測中進入第一水檢測模式，且在進入第二水檢測模式中，於步驟S343將第一感測信號Vdac1及第二感測信號Vdac2中的振幅或頻率調整為不同且與第一水檢測模式中的條件不同，並利用對應於傳輸電極的傳輸端進行電容感測而獲得第二水檢測子結果，並將感測到的類比感測結果（第二水檢測子結果）於步驟S344中以數位水檢測程序判讀，從而判斷觸控感測器上是否有水。

信號源產生器240選擇調整第一感測信號Vdac1中的振幅將第一感測信號Vdac1中的振幅經調整大於第二感測信號Vdac2中的振幅。可基於前述方程式（1）而整理為方程式（2）。 … (2)

基於前述方程式（2），由於第一感測信號Vdac1中的振幅經調整大於第二感測信號Vdac2中的振幅，第一感測信號Vdac1減去第二感測信號Vdac2的值大於0（Vdac1-Vdac2＞0），因此，當手指觸碰或接近圖2觸控感測器100時，電容變化量ΔCrx大於0且電容變化量ΔCu小於0，從而使輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm增加，連帶地增加觸控感測的感測量。相對地，當水觸碰圖2觸控感測器100時，電容變化量ΔCu大於0，從而使輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm低於0。換句話說，因變化量ΔVocm的變化不同，圖2觸控感測裝置200可區分手指與水觸碰圖2觸控感測器100的情形。

信號源產生器240選擇調整第一感測信號Vdac1中的頻率將第一感測信號Vdac1中的頻率經調整不同於第二感測信號Vdac2中的頻率。可基於前述方程式（1）而整理為方程式（3）及方程式（4）。 … (3) … (4)

基於前述方程式（3），第二感測信號Vdac2在信號頻率為第二頻率f2（第二頻率不同於第一頻率f1）的情況下，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm(Vdac2(f2))正比於電容Crx的電容變化量ΔCrx，且還正比於耦合電容Cu的電容變化量ΔCu。第一感測信號Vdac1在信號頻率為第一頻率f1的情況下，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm(Vdac1(f1))正比於負值的耦合電容Cu的電容變化量（-ΔCu）。

第二感測信號Vdac2在信號頻率為第二頻率f2的情況下，當手指觸碰或接近圖2觸控感測器100時，因電容變化量ΔCrx大於0且電容變化量ΔCu小於0，從而使輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm(Vdac2(f2))大於0。第二感測信號Vdac2在信號頻率為第二頻率f2的情況下，當水觸碰圖2觸控感測器100時，因電容變化量ΔCu大於0，從而使輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm(Vdac2(f2))大於0。換言之，第二感測信號Vdac2在信號頻率為第二頻率f2的情況下，輸出電壓Vocm的變化量ΔVocm皆為大於0，圖2觸控感測裝置200無法區分手指或水。

另一方面，第一感測信號Vdac1在信號頻率為第一頻率f1的情況下，當手指觸碰或接近圖2觸控感測器100時，因電容變化量ΔCu小於0，變化量ΔVocm(Vdac1(f1))為增加。第一感測信號Vdac1在信號頻率為第一頻率f1的情況下，當水觸碰圖2觸控感測器100時，因電容變化量ΔCu大於0，變化量ΔVocm(Vdac1(f1))為小於0。換言之，第一感測信號Vdac1在信號頻率為第一頻率f1的情況下，因變化量ΔVocm(Vdac1(f1))的變化不同，圖2觸控感測裝置200可區分手指與水觸碰圖2觸控感測器100的情形。

在第二感測信號Vdac2的信號頻率被調整為第二頻率f2的情況下，根據方程式計算結果觸控感應量會下降，另外還需將第一感測信號Vdac1在信號頻率為第一頻率f1的觸控感應量補償第二感測信號Vdac2在信號頻率為第二頻率f2的觸控感應量。

綜上所述，本發明實施例的觸控感測裝置及檢測水的方法可在自容偵測的水檢測模式下通過對觸控感測器中的傳輸電極與感測電極兩者提供不同的感測信號，並通過放大器電路的感測結果來判斷觸控感測器是否存在水，從而以對觸控信號進行數位觸控信號後處理程序的方式來降低水對於觸控靈敏度的影響。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100, 100-1, 100-2:觸控感測器 105:手指 107:水 130:觸控面板 200:觸控感測裝置 210:放大器電路 220:第一信號源 230:第二信號源 240:信號源產生器 300:檢測水的方法 OP1, OP2:運算放大器 Cu:耦合電容 Ctx, Crx:電容 Cft, Cfr, Cwt, Cwr:感應電容 Vdac1:第一感測信號 Vdac2:第二感測信號 Rtx:阻抗 Rp1, Rp2:可變電阻 Cp1:可變電容 Vin-:第一輸入端 Vin+:第二輸入端 OUT:放大器裝置的輸出端 Vocm:輸出電壓 SW:開關 S310~S340、S341~S344、S510~S590:檢測水的方法的各步驟

圖1是本發明一實施例的觸控面板及觸控感測器的示意圖。 圖2是本發明一實施例的觸控感測器及觸控感測裝置的示意圖。 圖3是本發明一實施例的檢測水的方法300的流程圖。 圖4是圖3中步驟S340另一實施例的流程圖。

300:檢測水的方法

S310~S340:檢測水的方法的各步驟

Claims (8)

1. 一種觸控感測裝置，包括：傳輸端，耦接觸控感測器的傳輸電極；感測端，耦接所述觸控感測器的感測電極；放大器電路，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，其中所述第一輸入端耦接所述感測端；第一信號源，耦接所述傳輸端以提供第一感測信號至所述傳輸電極；第二信號源，耦接所述放大器電路的所述第二輸入端以產生第二感測信號，其中所述第二感測信號經由所述放大器電路耦合至所述感測電極，信號源產生器，耦接所述第一信號源以及所述第二信號源以產生所述第一感測信號及所述第二感測信號，在自容偵測中的水檢測模式時，由所述信號源產生器產生的所述第一感測信號與所述第二感測信號不同，且從所述放大器電路中所述輸出端的結果判斷所述觸控感測器上是否有水，其中在自容觸控感測模式時，由所述信號源產生器產生的所述第一感測信號與所述第二感測信號相同，其中在所述水檢測模式中，所述第一感測信號中振幅與頻率至少其中一者與所述第二感測信號不同。
2. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中在所述水檢測模式中所述第一感測信號振幅大於所述第二感測信號振幅。
3. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述水檢測模式包含第一水檢測子模式及第二水檢測子模式，所述觸控感測裝置還包括處理器，在所述第一水檢測子模式中，所述信號源產生器調整所述第一感測信號中所述振幅與所述頻率的所選一者，使其不同於所述第二感測信號中所述振幅與所述頻率的所述所選一者，且從所述放大器電路的所述輸出端獲得第一水檢測子結果，在所述第二水檢測子模式中，所述信號源產生器調整所述第一感測信號中所述振幅與所述頻率的所述所選一者，使其不同於所述第二感測信號中所述振幅與所述頻率的所述所選一者且不同於所述第一水檢測子模式，且從所述放大器電路的所述輸出端獲得第二水檢測子結果，所述處理器依據所述第一水檢測子結果及所述第二水檢測子結果判斷所述觸控感測器上是否有水。
4. 如請求項1所述的觸控感測裝置，其中所述第一感測信號中所述頻率與所述第二感測信號不同，其中將所述第一感測信號得到的觸控感應量補償至所述第二感測信號的觸控感應量。
5. 一種檢測水的方法，適用於包括傳輸電極與感測電極的觸控感測器，所述方法包括：回應於自容偵測中的水檢測模式，提供第一感測信號至觸控感測器的傳輸電極； 將第二感測信號通過放大器電路耦合至觸控感測器的感測電極，其中所述第一感測信號與所述第二感測信號不同，所述感測電極耦接所述放大器電路的第一輸入端且所述放大器電路的第二輸入端接收所述第二感測信號；以及依據所述第一感測信號及所述第二感測信號，從放大器電路中所述輸出端的結果以判斷所述觸控感測器上是否有水，其中，在自容觸控感測模式時，所述第一感測信號與所述第二感測信號相同，在所述水檢測模式中，所述第一感測信號中振幅與頻率至少其中一者與所述第二感測信號不同。
6. 如請求項5所述的方法，其中所述水檢測模式包含第一水檢測子模式及第二水檢測子模式，其中，從放大器電路中所述輸出端的所述結果以判斷所述觸控感測器上是否有水的步驟包括：在所述自容偵測中進入所述第一水檢測模式，且在所述第一水檢測子模式中，調整所述第一感測信號中所述振幅與所述頻率的所選一者，使其不同所述第二感測信號中所述振幅與所述頻率的所述所選一者，且從所述放大器電路的所述輸出端獲得第一水檢測子結果；進入所述第二水檢測模式，且在所述第二水檢測子模式中，調整所述第一感測信號中所述振幅與所述頻率的所述所選一者，使其不同所述第二感測信號中所述振幅與所述頻率的所述所選一 者且不同於所述第一水檢測子模式，且從所述放大器電路的所述輸出端獲得第二水檢測子結果；以及依據所述第一水檢測子結果及所述第二水檢測子結果判斷所述觸控感測器上是否有水。
7. 如請求項5所述的方法，其中所述第一感測信號中所述頻率與所述第二感測信號不同，其中將所述第一感測信號得到的觸控感應量補償至所述第二感測信號的觸控感應量。
8. 如請求項5所述的方法，還包括：在所述自容偵測中且在判斷所述觸控感測器上有水之後，進行數位觸控信號後處理程序。

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