投射式電容觸摸面板及其坐標檢測方法

2023-09-16 14:43:45

專利名稱：投射式電容觸摸面板及其坐標檢測方法
技術領域：
本發明涉及投射式電容觸摸面板及其坐標檢測方法。
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)觸摸的位置的坐標。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，觸摸面板包括觸摸傳感器單元I和控制器2。觸摸傳感器單元I包括多個X電極Xl到Xn(n等於或大於2)，以及多個Y電極Yl到Ym (m等於或大於2)。X電極Xl到Xn與Y電極Yl到Ym布置為彼此交叉(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料板的正面或背面上，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Xl到Xn均包括多個矩形觸摸響應單元Xs和連接部Xe，如圖4B的X電極Xj所示的。每一個Y電極Yl到Ym均包括多個矩形觸摸響應單元Ys與連接部Yc,如圖4B的Y電極Yi所示的。觸摸響應單元的形狀不限於矩形。在圖4C中，X電極的觸摸響應單元由Y電極的四個觸摸響應單元圍繞，Y電極的觸摸響應單元由X電極的四個觸摸響應單元圍繞。當如圖4C所示地布置X電極和Y電極時，由於X電極的觸摸響應單元與Y電極的觸摸響應單元在顯示器的顯示表面的方向上(未示出)未彼此重疊，因此觸摸傳感器單元I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21Υ、Χ電極電容變化量檢測單元22Χ、Y電極電容變化量檢測單元22Υ、以及中心坐標計算單元23。X電極控制單元21Χ通過以預定周期掃描X電極Xl到Xn來順序地選擇X電極Xl到Χη。Y電極控制單元21Υ通過以預定周期掃描Y電極Yl到Ym來順序地選擇Y電極Yl到Ym。在手指觸摸該觸摸傳感器單元I時X電極電容變化量檢測單元22Χ通過測量X電極Xl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傳感器單元I時(在無觸摸期間)，在X電極Xl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22Χ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響應值。可以通過重複經由觸摸傳感器單元I的寄生電容(電容器)在集成電路中充入電荷，並通過使用例如數字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。當手指觸摸該觸摸傳感器單元I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。中心坐標計算單元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Xl到Xn和Y電極Yl到Ym的電容變化量來計算手指在觸摸傳感器單元I上觸摸的位置的中心坐標，以檢測該位置的坐標，並產生輸出坐標24。在圖4A的觸摸傳感器單元I中，由於X電極的觸摸響應單元和Y電極的觸摸響應單元未彼此重疊，提高了可見性。另一方面，當手指觸摸該觸摸傳感器單元I時，或者當手指類似觸摸地接近觸摸傳感器單元I時，X電極或Y電極可能不對觸摸做出響應。例如，當手指輕輕觸摸時，或者當小孩的手指觸摸時，由於手指與觸摸傳感器單元I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響應。此外，甚至在X電極和Y電極的觸摸響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響應。當X電極或Y電極不對手指的觸摸做出響應時，無法檢測手指觸摸的位置的坐標，由此發生所謂的坐標遺漏。為了避免坐標遺漏，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電極的觸摸響應單元被細分以形成梳狀，使得X電極和Y電極的梳狀部布置為彼此接合(參見例如日本專利申請公開 N0.2010-198586)。在圖5的情況下，每一個X電極Xl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Yl到Y3均被配置為包括在水平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，以及布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Xl到X4和Y電極Yl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電極的觸摸響應單元，從而使觸摸響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。

發明內容
鑑於以上問題，本發明提供一種投射式電容觸摸面板及其坐標檢測方法，其中無需細分X電極和Y電極的觸摸響應單元也不會發生坐標的遺漏。根據本發明的一個方面，提供了一種投射式電容觸摸面板，包括觸摸傳感器單元和控制器，在該觸摸傳感器單元中，X電極Xl到Xn (η等於或大於2)和Y電極Yl到Ym Cm等於或大於2)布置為彼此交叉。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Xl到Xn和Y電極Yl到Ym而檢測的X電極Xl到Xn和Y電極Yl到Ym的電容變化量；Χ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；以及中心坐標計算單元，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傳感器單元處的位置的中心坐標，並檢測所述位置的坐標。
X電極Xl到Xn的觸摸響應單元和Y電極Yl到Ym的觸摸響應單元可以布置為使得觸摸響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坐標檢測方法，所述投射式電容觸摸面板包括:觸摸傳感器單元和控制器，在該觸摸傳感器單元中，X電極Xi到Xn (η等於或大於2)和Y電極Yl到Ym Cm等於或大於2)布置為彼此交叉。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Xl到Xn和Y電極Yl到Ym而檢測的X電極Xl到Xn和Y電極Yl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；以及由中心坐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傳感器單元處的位置的中心坐標，並檢測所述位置的坐標。X電極Xl到Xn的觸摸響應單元和Y電極Yl到Ym的觸摸響應單元布置為使得觸摸響應單元在顯示器的顯示表面的方向上彼此不重疊。


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2Α到2C和圖3Α到3Ε示出圖1的觸摸傳感器單元的電極中產生的電容變化量;圖4Α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。
具體實施例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Xl到Xn和Y電極Yl到Ym而檢測到的X電極Xl到Xn (η等於或大於2)和Y電極Π到Ym Cm等於或大於2)的電容變化量存儲在暫存(存儲器)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傳感器單元處的位置的中心坐標，並檢測該位置的坐標。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坐標。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。 觸摸面板包括觸摸傳感器單元I和控制器3。由於觸摸傳感器單元I和形成觸摸傳感器單元I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3IX、Y電極控制單元31Υ、X電極電容變化量檢測單元32Χ、Υ電極電容變化量檢測單元32Υ、Χ電極暫存(存儲器)單元35Χ、Υ電極暫存(存儲器)35Υ、X電極電容變化量相加單元36Χ、Y電極電容變化量相加單元36Υ和中心坐標計算單元33。由於控制器3的X電極控制單元31Χ、Y電極控制單元31Υ、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21Υ、X電極電容變化量檢測單元22Χ和Y電極電容變化量檢測單元22Υ相同，將省略其說明。X電極暫存單元35Χ包括三個存儲器，其暫時存儲N次(在該實施例中Ν=3)掃描X電極Xl到Xn時X電極Xl到Xn的電容變化量。就是說，X電極暫存單元35Χ可以存儲三次掃描的電容變化量。在三個存儲器中存儲電容變化量，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存儲器中。Y電極暫存單元35Υ包括三個存儲器，其類似於X電極暫存單元35Χ地暫時存儲通過三次掃描Y電極Yl到Ym所檢測的Y電極Yl到Ym的電容變化量。X電極電容變化量相加單元36Χ將存儲在X電極暫存單元35Χ的三個存儲器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36Υ將存儲在Y電極暫存單元35Υ的三個存儲器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。中心坐標計算單元33通過使用由X電極電容變化量相加單元36Χ獲得的電容變化量和由Y電極電容變化量相加單元36Υ獲得的電容變化量來計算手指在觸摸傳感器單元I上觸摸的位置的中心坐標，以產生輸出坐標34。將參照圖2Α到3Ε來說明圖1的觸摸傳感器單元I的每一個電極中產生的電容變化量。首先，將說明圖2Α到2C。圖2Α表示X電極Χ3到Χ7的布置，圖2Β和2C表示在手指觸摸X電極Χ4時發生的電極的電容變化量。在圖2Β和2C中，橫軸表示X電極Χ3到Χ7，縱軸表示電容變化量的檢測值。此外，省略Y電極。手指觸摸該觸摸傳感器單元I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(觸摸響應單元)的面積大於手指的觸摸面積時)。將說明圖2Α中手指F以正常力量觸摸X電極Χ4時和手指F輕輕觸摸X電極Χ4時X電極Χ3到Χ7的電容變化量。首先，在圖2Α中，當手指F以正常力量觸摸X電極Χ4時，X電極Χ4和在其兩側的X電極Χ3和Χ5對觸摸做出響應，每一個X電極Χ3、Χ4和Χ5的電容量改變如圖2Β中所示。當手指F觸摸X電極Χ4時，X電極Χ4響應最強，並表現出最大的電容變化量，X電極Χ3和Χ5的電容變化量比X電極Χ4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)也對觸摸做出響應，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觸摸的位置的中心坐標，從而檢測該位置的坐標。同時，在圖2Α中，當手指F輕輕觸摸X電極Χ4時，發生如圖2C中的僅X電極Χ4做出響應而X電極Χ3和Χ5不響應的情況。在此情況下，相鄰於手指F的觸摸位置的Y電極(未示出)也會不響應。因此，在此情況下，不可能準確地檢測手指觸摸的位置的坐標。接下來，將說明圖3Α到3Ε。
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響應。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相同的方式做出響應，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電極的響應相同的方式做出響應。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坐標。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，通過三次掃描觸摸傳感器單元I的X電極Xl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坐標。類似地，關於Y電極Yl到Ym，通過將三次掃描Y電極Yl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坐標。在本實施例中，通過將三次掃描觸摸傳感器單元I的X電極Xl到Xn和Y電極Yl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坐標。因此，即使當手指輕輕觸摸該觸摸傳感器單元I時，也可以類似於手指以正常力量觸摸時的情況來檢測坐標，減小了遺漏坐標的頻率。此外，在該實施例中，即使當手指輕輕觸摸該觸摸傳感器單元I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響應的狀態。因此，可以準確地檢測手指實際觸摸的位置的坐標，增大了坐標檢測的解析度。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)時所檢測的坐標是對應於電極X5 (手指F2的位置)的坐標，其是早於手指F3的位置的一次掃描的坐標。就是說，所檢測的坐標是對應於與手指觸摸的電極X6相鄰的電極X5的坐標。這一坐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坐標所需的時間變長。因此，當考慮到手指以正常力量觸摸該觸摸傳感器單元時，手指觸摸處的電極和其兩側的電極均對觸摸做出響應，可以檢測到觸摸位置的精確坐標的事實，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響應單元，但觸摸響應單元的形狀不限於矩形。然而，如果觸摸響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聞。儘管在以上實施例中舉例說明了觸摸該觸摸傳感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，其包括觸摸傳感器單元，配置為使得和X電極和Y電極的觸摸響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電極布置為彼此重疊的觸摸傳感器單元的投射式電容觸摸面板。在將X電極和Y電極布置為彼此重疊的觸摸傳感器單元的情況下，不會頻繁發生坐標遺漏。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坐標的解析度。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傳感器單元的位置的坐標。因此，即使當觸摸面積較小，例如當手指輕輕觸摸該觸摸傳感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坐標。因此，可以避免坐標的遺漏。特別地，其在手指移動時的坐標檢測是優選的。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傳感器單元時，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響應的狀態等效狀態下檢測坐標。因此，可以準確檢測手指實際觸摸的位置的坐標，增大了坐標檢測的解析度。尤其在電極布置為X電極和Y電極的觸摸響應單元彼此不重疊時，本發明的效果(避免坐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權利要求限定的本發明的範圍的情況下做出多種改變和修改。
權利要求
1.一種投射式電容觸摸面板，包括觸摸傳感器單元和控制器，在所述觸摸傳感器單元中，X電極Xl到Xn (η等於或大於2)和Y電極Yl到Ym (m等於或大於2)布置為彼此交叉， 其中，所述控制器包括: X電極暫存單元和Y電極暫存單元，分別存儲通過N次(N等於或大於2)掃描所述X電極Xl到Xn和所述Y電極Yl到Ym而檢測的所述X電極Xl到Xn的電容變化量和所述Y電極Yl到Ym的電容變化量； X電極電容變化量相加單元和Y電極電容變化量相加單元，分別將所述X電極暫存單元的電容變化量和所述Y電極暫存單元的電容變化量相加；以及 中心坐標計算單元,通過使用由所述X電極電容變化量相加單元和所述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所述觸摸傳感器單元處的位置的中心坐標，並檢測所述位置的坐標。
2.根據權利要求1所述的投射式電容觸摸面板，其中，所述X電極Xl到Xn的觸摸響應單元和所述Y電極Π到Ym的觸摸響應單元布置為使得所述觸摸響應單元在顯示器的顯示表面的方向上彼此不重疊。
3.一種投射式電容觸摸面板的坐標檢測方法，所述投射式電容觸摸面板包括觸摸傳感器單元和控制器，在所述觸摸傳感器單元中，X電極Xl到Xn (η等於或大於2)和Y電極Yl到Ym (m等於或大於2)布置為彼此交叉，所述方法包括: 在X電極暫存單元和Y電極暫存單元中分別存儲通過N次(N等於或大於2)掃描所述X電極Xl到Xn和所述Y電極Yl到Ym而檢測的所述X電極Xl到Xn的電容變化量和所述Y電極Yl到Ym的電容變化量； 分別由所述X電極電容變化量相加單元和所述Y電極電容變化量相加單元將所述X電極暫存單元的電容變化量和所述Y電極暫存單元的電容變化量相加；以及 由中心坐標計算單元通過使用由所述X電極電容變化量相加單元和所述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所述觸摸傳感器單元處的位置的中心坐標，並檢測所述位置的坐標。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述X電極Xl到Xn的觸摸響應單元和所述Y電極Yl到Ym的觸摸響應單元布置為使得所述觸摸響應單元在顯示器的顯示表面的方向上彼此不重疊。
全文摘要
本發明是投射式電容觸摸面板及其坐標檢測方法。投射式電容觸摸面板包括觸摸傳感器單元和控制器，在該觸摸傳感器單元中，X電極和Y電極布置為彼此交叉。該控制器具有X電極和Y電極存儲單元，分別存儲通過N次掃描X電極和Y電極而檢測的X電極和Y電極的電容變化量；X電極和Y電極電容變化量相加單元，分別將X電極和Y電極的電容變化量相加；以及中心坐標計算單元，通過使用相加的電容變化量來計算導體觸摸該觸摸傳感器單元的位置的中心坐標。
文檔編號G06F3/044GK103176673SQ20121055892
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月20日 優先權日2011年12月21日
發明者井上和 申請人:雙葉電子工業株式會社