觸碰感測裝置及方法

2023-08-08 03:13:21

專利名稱：觸碰感測裝置及方法
技術領域：
本發明涉及觸控面板(touch panel)，尤指一種用於觸控面板的觸碰感測裝置 (touch sensing device)及方法。
背景技術：
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、 個人數字助理(PDA)、平板計算機(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，因此觸控面板的耗電多寡亦是 影響電子裝置效能的重要因素。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是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，亦可達到省電的功效。為了解決以上技術問題，本發明提供了如下技術方案本發明提供了一種觸碰感測裝置，包含一觸控面板，具有複數條水平感應線及復 數條垂直感應線，用以在對該觸控面板進行一觸碰動作時，分別感應產生對應的複數個水 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系依據該 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的乘積而決定；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的 觸碰位置。本發明另提供了一種觸碰感測方法，包含感應觸控面板上的觸碰動作，以產生復 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坐標，每一 垂直感應訊號對應水平坐標；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系依據該些水平感應訊號其中之一與該些垂直感應訊 號其中之一兩者的乘積而決定；以及依據該些二維感應訊號，決定該觸碰動作在該觸控面 板上的觸碰位置。本發明採用的觸碰感測裝置及方法，可以精確偵測觸控面板上被觸碰的位置，亦 可達到省電的功效。


圖1為本發明的觸碰感測裝置的一實施例的方塊圖。圖2(a)為一電容式觸控面板的示意圖。圖2(b)為圖2(a)的電容式觸控面板內部的感應電路的示意圖。圖3為顯示在使用圖2(a)的電容式觸控面板時，圖1的觸碰感測裝置如何計算觸 碰位置的實例。圖4為本發明較佳實施例的觸碰感測方法流程圖。主要組件符號說明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:多任務器26:遲滯比較器40 42 觸碰感測方法的一較佳實施例的流程
具體實施例方式
圖1為本發明的觸碰感測裝置的一實施例的方塊圖，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復 數條水平感應線，每一垂直感應線對應一水平坐標，每一水平感應線對應一垂直坐標，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，形成一個二維的坐標系。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， 以產生相對應的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 對應水平坐標所感應到的觸碰強度，水平感應訊號則代表對應垂直坐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所產生的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的乘積。藉此，轉換單元12可將原本一維的垂直感應訊號及水 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 平坐標與垂直坐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噪聲變小，達到濾除噪聲的效果， 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所產生的二維感應訊號，計算 出使用者的觸碰動作在觸控面板11上的觸碰位置，其中，該觸碰位置的水平坐標系依據該 些二維感應訊號及其所對應的水平坐標而決定，而該觸碰位置的垂直坐標則依據該些二維 感應訊號及其所對應的垂直坐標而決定。於此實施例中，該觸碰位置的水平坐標為每個二 維感應訊號及其所對應的水平坐標的乘積之和除以該些二維感應訊號之和所獲得之商，而 該觸碰位置的垂直坐標為每個二維感應訊號及其所對應的垂直坐標的乘積之和除以該些 二維感應訊號之和所獲得之商，以計算精確的觸碰位置。計算單元13在計算出觸碰位置的 水平坐標及垂直坐標後，便將這些信息傳給電子裝置的微控制器(圖未顯示)，以解讀這些 信息代表的意義(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的水平坐標及Yl、Y2的垂直坐標。再假設其所感應產生的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所得的觸碰位置的水平坐標X與垂直坐標Y分別為X = (al*bl*Xl+al*b2*Xl+a2*bl*X2+a2*b2*X2+a3*bl*X3+a3*b2*X3)/(al*bl+al *b2+a2*bl+a2*b2+a3*bl+a3*b2)式(1)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， 例如選取大於垂直臨界值者，排除未選取者；轉換單元12依據所選取的水平感應訊號與垂 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 行該觸碰位置的計算，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系一電容式觸控面板(capacitive touchpanel) 14， 如圖2 (a)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(圖2 (a) 系以M = N = 5為例)，分別對應至XI X5水平坐標及Y1 Y5垂直坐標。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的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)感應線的等效電容值改變量越大， 即代表其對應的水平(或垂直)坐標越接近觸碰位置。圖2(b)為電容式觸控面板14內部的感應電路的示意圖，其中，每一垂直感應線及 水平感應線的等效電容皆耦接至多任務器25，由一控制訊號來切換，多任務器25的輸出端 耦接至一遲滯比較器(hysteresis comparator) 26的輸入端，遲滯比較器26的另一輸入端 則耦接至一參考電壓源Vref。當多任務器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，此時該等效電容的電位低於遲滯比較器26的遲 滯帶(hysteresisband)的上限，因此遲滯比較器26的輸出訊號為高電位。當該等效電容充 電至遲滯帶的上限時，遲滯比較器26的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的輸出訊號再恢復為高電位。舉例而言，電容式觸控面板14可利用一較快的頻 率訊號及計數電路(圖未顯示)來計數該等效電容充放電一次所經歷的頻率周期數；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的頻率周期數，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的垂直感應線與水 平感應線的等效電容值變大，造成等效電容的充放電時間變長，所經歷的頻率周期數也變 大。因此，可利用頻率周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的垂直感應訊號及水平感應訊號即代表頻率周期數的改變量，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，經由多任務器25快速切換至每一垂直感應線與每一水平感應線對應的等 效電容，圖2(b)的感應電路即可分別計算每一等效電容充放電一次所經歷的頻率周期數。 將所得的頻率周期數減去未有觸碰動作時等效電容充放電一次所經歷的頻率周期數，即為 頻率周期數的改變量。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頻率周期數的計算(以圖2(a)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)。由於執行頻率 周期數的計算相當耗電，因此上述實施例可以達到省電的效果。圖3為顯示在使用電容式觸控面板14時，觸碰感測裝置10如何計算觸碰位置的 實例。在觸碰動作進行時，電容式觸控面板14利用如圖2(b)所示的感應電路，分別計算對 應於XI X5及Y1 Y5的等效電容充放電一次所經歷的頻率周期數。接著，將這些頻率 周期數分別減去未觸碰時的頻率周期數(假設皆為100)，即為頻率周期數的變化量，其中， 對應於XI X5的頻率周期數變化量，即為垂直感應訊號；對應於Y1 Y5的頻率周期數 變化量，即為水平感應訊號。轉換單元12將任一對應於XI X5的頻率周期數變化量與任 一對應於Y1 Y5的頻率周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，簡少運算量並排除噪聲的影響。圖3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)所對應的二維乘積，依據前述式(1)與式(2) 的方式，來計算觸碰位置的水平坐標X與垂直坐標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的利用垂直或水平臨界值，排除 某些較小的頻率周期數變化量，即垂直或水平感應訊號，以簡化運算量並排除噪聲的影響。圖4為本發明的觸碰感測方法的一較佳實施例的流程圖，包含下列步驟步驟40 感應一觸控面板上的觸碰動作，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坐標，每一垂直感應訊號對應一水平坐標。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 系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的乘積而決定，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噪聲的影響。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的觸碰位置，觸碰位置的水 平坐標係為每個二維感應訊號及其所對應的水平坐標的乘積之和除以該些二維感應訊號 之和所獲得之商，觸碰位置的垂直坐標係為每個二維感應訊號及其所對應的垂直坐標的乘 積之和除以該些二維感應訊號之和所獲得之商，較佳地，亦可先比較該些二維感應訊號與 二維臨界值，以選取該些二維感應訊號至少其中之一，再進行觸碰位置的計算，以簡化運算 量並排除噪聲的影響。
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，分別感應產生對應的複數個 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系依據水平感應訊號 其中之一與垂直感應訊號其中之一兩者的乘積而決定；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的觸碰位置。以上所述系利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的範圍。凡熟知此 類技藝人士皆能明了，可根據以上實施例的揭示而做出諸多可能變化，仍不脫離本發明的 精神和範圍。
權利要求
一種觸碰感測裝置，其特徵在於，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，分別感應產生對應的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系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的乘積而決定；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的一觸碰位置。
2.如權利要求1所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，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.如權利要求1所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，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.如權利要求1所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，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.如權利要求1所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，該觸碰位置的水平坐標系依據該 些二維感應訊號及其所對應的水平坐標而決定。
6.如權利要求5所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，該觸碰位置的水平坐標系藉由將 每一二維感應訊號及其所對應的水平坐標的乘積之和除以該些二維感應訊號之和而獲得。
7.如權利要求1所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，該觸碰位置的垂直坐標系依據該 些二維感應訊號及其所對應的垂直坐標而決定。
8.如權利要求7所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，該觸碰位置的垂直坐標系藉由將 每一二維感應訊號及其所對應的垂直坐標的乘積之和除以該些二維感應訊號之和而獲得。
9.如權利要求1所述的觸碰感測裝置，其特徵在於，該觸控面板係為一電容式觸控面板。
10.一種觸碰感測方法，其特徵在於，包含感應一觸控面板上的一觸碰動作，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坐標，每一垂直感應訊號對應一水平坐標；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 維感應訊號系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的乘積 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的一觸碰位置。
11.如權利要求10所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該產生該些二維感應訊號的步 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.如權利要求10所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該產生該些二維感應訊號的步 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.如權利要求10所述的觸碰感測方法，其特徵在於，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，依據所選取的二維感應訊號決定該觸碰位置。
14.如權利要求10所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該觸碰位置的一水平坐標系依 據該些二維感應訊號及其所對應的水平坐標而決定。
15.如權利要求14所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該觸碰位置的水平坐標系藉由 將每一二維感應訊號及其所對應的水平坐標的乘積之和除以該些二維感應訊號之和而獲得。
16.如權利要求10所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該觸碰位置的一垂直坐標系依 據該些二維感應訊號及其所對應的垂直坐標而決定。
17.如權利要求16所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該觸碰位置的垂直坐標系藉由 將每一二維感應訊號及其所對應的垂直坐標的乘積之和與該些二維感應訊 號之和而獲得。
18.如權利要求10所述的觸碰感測方法，其特徵在於，該觸控面板系一電容式觸控面板。
全文摘要
本發明公開了一種觸碰感測裝置及方法，可以精確偵測觸控面板上被觸碰的位置，亦可達到省電的功效。觸碰感測裝置包含觸控面板、轉換單元及計算單元。觸控面板具有複數條水平感應線及垂直感應線，用以在對觸控面板進行觸碰動作時，分別感應產生對應的複數個水平感應訊號及垂直感應訊號；轉換單元依據該些水平感應訊號及垂直感應訊號，產生複數個二維感應訊號，每一二維感應訊號系依據其中一水平感應訊號與其中一垂直感應訊號兩者的乘積而決定；計算單元依據該些二維感應訊號，決定觸碰動作在觸控面板上的觸碰位置。
文檔編號G06F3/044GK101799728SQ20091000886
公開日2010年8月11日 申請日期2009年2月10日 優先權日2009年2月10日
發明者劉志鋼, 洪國強 申請人:晨星軟體研發(深圳)有限公司;晨星半導體股份有限公司