CN102053765A

CN102053765A - 电容式触控感应装置及其检测方法

Info

Publication number: CN102053765A
Application number: CN 200910206894
Authority: CN
Inventors: 许智信; 邓永佳
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: CN102053765B

Abstract

本发明揭示电容式触控感应装置及其检测方法。该电容式触控感应装置包含有多个感应电容单元、一控制讯号产生单元、多个高阻抗控制器以及一检测单元。该多个感应电容单元用来产生多个触控模拟讯号。该控制讯号产生单元用来产生多个控制讯号，且于一时间点，该多个控制讯号中仅有其中的一控制讯号处于一致能状态。该多个高阻抗控制器分别设置于多条控制讯号线与多条讯号传输线的交错处，每一高阻抗控制器是根据相对应的控制讯号，将相对应的触控模拟讯号导通至相对应的讯号传输线。该检测单元用来根据经导通的触控模拟讯号，判断是否发生触控事件。

Description

电容式触控感应装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种电容式触控感应装置及其检测方法，特别是涉及一种适用于多点触控检测的电容式触控感应装置及其检测方法。

背景技术

触控面板(Touch Panel)具有操作方便、反应速度快及节省空间的优点，能提供使用者更直觉与便利的操控方式，因而成为重要的输入接口。目前触控面板已广泛地用于各式的消费性电子产品中，例如个人数字助理、智能型移动通讯装置、笔记型计算机及销售管理系统(POS)等电子产品。而兼具性能稳定、灵敏度佳且耐用的电容式触控技术是目前最受欢迎的触控技术之一。

一般来说，电容式触控技术主要是藉由检测人体与触控面板上的触控点接触时，因静电结合所产生的感应电容变化，来判断触控事件，换句话说，即利用人体触摸某一触控点前后的电容特性差异，来实现触控功能。请参考图1，图1为现有的一投射电容感应装置10的示意图。电容投射电容感应装置10包含有感应电容串行X₁～X_m与Y₁～Y_n，每一感应电容串行是由多个感应电容所串接成的一维结构。现有的触控检测方式为检测每一感应电容串行的电容值，来判断是否有触控事件发生。假设感应电容串行X₁有a个感应电容，每一感应电容的电容值为C，则正常情况下，感应电容串行X₁的电容值为aC。若人体(例如手指)接触到感应电容串行X₁上的某一感应电容时的电容变化量为ΔC。若检测到感应电容串行X₁的电容值为(aC+ΔC)时，即表示目前手指正接触于感应电容串行X₁上的某处。如图1所示，于手指接触到触控点A(即(X₃，Y₃)坐标处)时，感应电容串行X₃及Y₃同时感应到电容变化，而判断触控感应点在(X₃，Y₃)处。

然而，针对多点触控的情况时，将可能面临误判的问题，举例来说，请参考图2，图2为投射电容感应装置10的多点触控示意图。如图2所示，由于同时有两只手指接触到投射电容感应装置10，感应电容串行X₃、X_m-1、Y₃、Y_n-1会同时感应到电容变化，因而将会判断成在(X₃，Y₃)、(X₃，Y_n-1)、(X_m-1，Y₃)、(X_m-1，Y_n-1)处有触控事件发生。但是，实际上，仅有(X₃，Y₃)与(X_m-1，Y_n-1)为真实触控点，而(X₃，Y_n-1)、(X_m-1，Y₃)并非真实触控点。在此情况下，投射电容感应装置10发生错误判断的结果，而使检测结果误报了两个非真实触控点，也就是导致了所谓幽灵键(ghost key)的情况。因此，当有多点触控的情形时，仅能得知有哪些感应电容串行的交会处可能有触控事件发生，而无法确实定位出真实触控点。

除此之外，为了实现二维定位的目的，投射电容感应装置10必须利用两次工艺来分别制作两层感应电容电极板，才能完成感应电容串行X₁～X_m与Y₁～Y_n，如此一来，将耗费许多的制造成本。另一方面，使用如投射电容感应装置10的结构，在感应检测时，必须考虑到每一感应电容串行上的所有感应电容的电容值总和，相形之下，触摸所产生的电容变化量所占比例非常小。因此，整体而言，投射电容感应装置10的感应灵敏度(ΔC/(aC+ΔC))并不理想，极易在判断是否有电容变化时产生错误。而且一旦感应电容串行包含更多感应电容时，灵敏度不佳的情况将会加更恶化。

发明内容

因此，本发明主要在于提供一种电容式触控感应装置及其检测方法。

本发明揭示一种电容式触控感应装置，包含有：一基板；多个感应电容单元，设置于该基板上，用来产生多个触控模拟讯号；多条控制讯号线，沿一第一方向平行设置；多条讯号传输线，沿异于该第一方向的一第二方向平行设置；一控制讯号产生单元，耦接于该多条控制讯号线，用来产生多个控制讯号，并通过该多条控制讯号线传送该多个控制讯号，其中于一时间点，该多个控制讯号中仅有其中的一控制讯号处于一致能状态；多个高阻抗控制器，分别设置于该多条控制讯号线与该多条讯号传输线的交错处，每一高阻抗控制器包含有一输入端、一输出端及一控制端，该输入端耦接于一相对应的感应电容单元，该控制端耦接于一相对应的控制讯号线，该输出端耦接于一相对应的讯号传输线，且该每一高阻抗控制器是根据相对应的控制讯号，将相对应的触控模拟讯号导通至相对应的讯号传输线；以及一检测单元，耦接于该多条讯号传输线，用来根据该多个触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出发生触控事件的感应电容单元。

本发明还揭示一种电容式触控感应装置，包含有一基板；一感应电容单元，设置于该基板上，用来产生一触控模拟讯号；一控制讯号产生单元，用来产生一控制讯号；一检测单元，用来根据该触控讯号，检测是否发生感应变化，以判断出触控事件；以及一高阻抗控制器，耦接于该感应电容单元、该控制讯号产生单元及该检测单元，用来根据该控制讯号，将该触控讯号导通至该检测单元。

本发明还揭示一种多点触控的检测方法，用于一电容式触控感应装置，该电容式触控感应装置包含有多条控制讯号线、多条讯号传输线以及多个高阻抗控制器，该多条控制讯号线是沿一第一方向平行设置，该多条讯号传输线是沿异于该第一方向的一第二方向平行设置，该多个高阻抗控制器，分别设置于该多条控制讯号线与该多条讯号传输线的交错处，该检测方法包含有产生多个触控模拟讯号；产生多个控制讯号，并通过该多条控制讯号线传送，其中，于一时间点，该多个控制讯号中仅有其中的一控制讯号处于一致能状态；每一高阻抗控制器根据该多个控制讯号中的一相对应的控制讯号，将相对应的一触控模拟讯号导通至一相对应的讯号传输线；以及根据经导通的该触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出一触控事件。

附图说明

图1为现有的一投射电容感应装置的示意图。

图2为现有的一投射电容感应装置的多点触控示意图。

图3为本发明实施例一电容式触控感应装置的示意图。

图4为本发明实施例一电容式触控感应装置的另一示意图。

图5为用于图3中电容式触控感应装置的一检测流程的示意图。

图6为图3中电容式触控感应装置使用于多点触控时的示意图。

图7为图3中电容式触控感应装置使用于多点触控时的讯号波形图。

附图符号说明

10 投射电容感应装置

30、40 电容式触控感应装置

302 基板

304 控制讯号产生单元

306 检测单元

50 流程

500、502、504、506、508、

510 步骤

C₁～C_Q 控制讯号

CAP_E 环境电容值

CAP_V 触控感应电容变化量

CL₁～CL_Q 控制讯号线

D1 第一方向

D2 第二方向

D3 第三方向

O₁～O_P 输出讯号

S₁₁～S_PQ 触控模拟讯号

SC₁₁～SC_PQ 感应电容单元

SL₁～SL_P 讯号传输线

SW₁₁～SW_PQ 高阻抗控制器

TH1 第一阈值

TH2 第二阈值

X₁～X_m、Y₁～Y_n 感应电容串行

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明实施例一电容式触控感应装置30的示意图。电容式触控感应装置30包含有一基板302、感应电容单元SC₁₁～SC_PQ、控制讯号线CL₁～CL_Q、讯号传输线SL₁～SL_P、一控制讯号产生单元304、高阻抗控制器SW₁₁～SW_PQ及一检测单元306。感应电容单元SC₁₁～SC_PQ设置于基板302上，分别用来产生触控模拟讯号S₁₁～S_PQ，每一触控模拟讯号中包含有其相对应感应电容单元的一环境电容值CAP_E与一触控感应电容变化量CAP_V。当有人体触碰到感应电容单元时，触控感应电容变化量CAP_V会产生变化。如图3所示，控制讯号线CL₁～CL_Q沿一第一方向D1平行设置，而讯号传输线SL₁～SL_P，沿一第二方向D2平行设置。控制讯号产生单元304耦接于控制讯号线CL₁～CL_Q，用来产生控制讯号C₁～C_Q，并且分别通过控制讯号线CL₁～CL_Q来传送其对应的控制讯号。高阻抗控制器SW₁₁～SW_PQ分别设置于控制讯号线CL₁～CL_Q与讯号传输线SL₁～SL_P的交错处，且每一高阻抗控制器包含有一输入端、一输出端及一控制端，其中每一高阻抗控制器的输入端耦接于一相对应的感应电容单元，控制端耦接于一相对应的控制讯号线，输出端耦接于一相对应的讯号传输线。例如，高阻抗控制器SW₁₂设置于讯号传输线SL₁与控制讯号线CL₂的交错处，则高阻抗控制器SW₁₂的输入端耦接感应电容单元SC₁₂，其控制端耦接控制讯号线CL₂，以及其输出端耦接讯号传输线SL₁。依此类推，每一高阻抗控制器可根据输入端接收到的控制讯号，将相对应的感应电容单元所产生的触控模拟讯号导通至相对应的讯号线。

进一步地，检测单元306耦接于讯号传输线SL₁～SL_P，用来根据经导通至讯号传输线SL₁～SL_P上的触控模拟讯号S₁₁～S_PQ，来判断感应电容单元SC₁₁～SC_PQ是否发生感应变化，进而检测出发生触控事件的感应电容单元。要注意的是，于同一时间点，控制讯号产生单元304会控制控制讯号C₁～C_Q中仅有某一个控制讯号处于一致能状态EN，并使其它控制讯号处于一失能状态DN。换句话说，同一时间，将只有一条控制讯号在线所传输的控制讯号为致能状态EN，在此情况下，仅有连接于此控制讯号线的高阻抗控制器会被致能而导通，并将其对应的触控模拟讯号，通过讯号传输线传送至检测单元306，以供判断触控事件。因此，通过控制讯号产生单元304的时序安排，控制讯号C₁～C_Q分时依序地切换至致能状态，使得电容式触控感应装置30于同一时间点仅致能耦接于某一条控制讯号在线的高阻抗控制器，亦即检测单元306可由每一讯号传输在线接收到最多一组相对应的触控模拟讯号。举例来说，通过控制讯号产生单元304控制而使得对应于控制讯号C₁～C_Q的控制讯号线CL₁～CL_Q沿第一方向D1依序切换至致能状态，则当各控制讯号皆切换至致能状态后，即表示感应电容单元SC₁₁～SC_PQ已被扫描检测过一次，如此一来，本发明实施例将可精确检测到每一感应电容单元的触控状况，而达到精准的定位目的。

因此，相较于现有技术无法于多点触控的情形下确实检测出真实的触控事件，又需检测每一感应电容串行上的电容值总和才能据以判断的缺点。本发明通过不同时间逐一检测各控制讯号线所对应的感应电容单元的触控模拟讯号，而可检测到每一感应电容单元的触控状况，达到精确多重定位目的。除此之外，本发明仅需检测单一感应电容的相关特性物理量即可进行触控检测，相较于现有技术将可大幅提升触控检测的灵敏度。

进一步说明，在本实施例中，当检测单元306经由讯号传输线SL₁～SL_P接收到被导通的触控模拟讯号后，检测单元306可判断触控模拟讯号中的所包含的环境电容值CAP_E与触控感应电容变化量CAP_V信息是否大于一第一阈值TH1；若是，则判断相对应的感应电容单元发生触控事件。或者，检测单元306可判断触控模拟讯号中的所包含的触控感应电容变化量CAP_V信息是否大于一第二阈值TH2；若是，则判断相对应的感应电容单元发生触控事件。其中，第一阈值TH1等于环境电容值CAP_E与第二阈值TH2的总和。

另一方面，控制讯号线CL₁～CL_Q与讯号传输线SL₁～SL_P主要用来传输讯号。要注意的是，控制讯号线与讯号传输线之间会有交会处，但主要是指相互之间的相对位置，而实际上两者之间并无任何的耦接或接触关系。而每一控制讯号线主要是用来使耦接于其上的所有高阻抗控制器得以同时根据同一控制讯号，来导通所对应的感应电容单元的触控模拟讯号。至于控制讯号线CL₁～CL_Q间的排列关系不拘。较佳地，可以平行方式设置各控制讯号线，以达到最好的检测效率。此外，关于所有控制讯号线与所有讯号传输线之间的相对关系，只要相互之间不发生互相重迭的情况即可，举例来说，如图3所示，所有控制讯号线与讯号传输线可呈垂直交错方式排列，或是如图4所示讯号传输线S₁～S_P，沿一第三方向D3平行设置，皆为本发明的实施例，且不限于此。

值得注意的是，电容式触控感应装置30为本发明的实施例，本领域的技术人员可据以做不同的变化。举例来说，电容式触控感应装置30中的感应电容单元的数量与配置，仅为本发明的实施例，但不以此为限，亦可仅有一个感应电容单元或是随系统设计而定。而感应电容单元亦不拘于任何形状或面积大小，凡是可以反应因人体触碰而产生电容变化的装置即可，举例来说，感应电容单元可为一导电极板，而导电极板的材质可为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或是其它可以制作透明电极的材质。除此之外，任何可根据对应的控制讯号，来选择输出对应的触控模拟讯号的装置皆可用来实现高阻抗控制器，例如使用一开关组件来实现高阻抗控制器，而开关组件可利用任何种类的金属氧化半导体晶体管、薄膜晶体管或低温多晶硅薄膜晶体管或是其组合来实现。

关于电容式触控感应装置30的实现，请参考图5，图5为用于图3中电容式触控感应装置30的一检测流程50的示意图。检测流程50包含以下步骤：

步骤500：开始。

步骤502：产生触控模拟讯号S₁₁～S_PQ。

步骤504：产生控制讯号C₁～C_Q，并通过控制讯号线CL₁～CL_Q传送，其中，于一时间点，控制讯号C₁～C_Q中仅有其中的一控制讯号处于一致能状态EN。

步骤506：每一高阻抗控制器根据控制讯号中C₁～C_Q的一相对应的控制讯号，将相对应的触控模拟讯号导通至相对应的讯号传输线。

步骤508：根据经导通的触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出触控事件。

步骤510：结束。

以下进一步说明检测流程50的运作方式，以4点触控为例，亦即同时有4根手指(或物体)触摸于电容式触控感应装置30。请参考图6及图7，图6为图3中电容式触控感应装置30使用于多点触控时的示意图。图7为图3中电容式触控感应装置30使用于多点触控时的讯号波形图。首先，利用感应电容单元SC₁₁～SC_PQ产生触控模拟讯号S₁₁～S_PQ。接着，假设控制讯号产生单元304依序控制讯号C₁～C_Q轮流切换至致能状态，相关的时序波形如图7所示。在时间T₁中，控制讯号C₁切换至致能状态，在此情况下，耦接于控制讯号线CL₁的高阻抗控制器SW₁₁～SW_P1将会因此被致能，而将触控模拟讯号S₁₁～S_P1分别传送至对应的讯号传输线SL₁～SL_P。在此情况下，讯号传输线SL₁～SL_P的输出讯号O₁～O_P即分别为触控模拟讯号S₁₁～S_P1。换句话说，在时间T₁中，每一讯号传输线SL₁～SL_P上仅有一组触控模拟讯号，也就是检测单元306可检测对应于控制讯号线CL₁的感应电容单元SC₁₁～SC_P1是否发生感应变化，而有触控事件发生。因此，随控制讯号C₁～C_Q的致能时序，将可逐列地检测各感应电容单元的触控状态。当然，在时间T₁中，检测单元306会检测到感应电容单元SC₂₁发生电容变化，而判断感应电容单元SC₂₁发生触控事件。依此方式类推，将分别于在时间T₂检测到感应电容单元SC₁₂及SC_P2发生电容变化而判断感应电容单元SC₁₂及SC_P2发生触控事件，以及于时间T_P中检测到感应电容单元SC_2Q发生电容变化，而判断感应电容单元SC_2Q有触控事件。当控制讯号C₁～C_Q依序轮流切换至致能状态后，检测单元306可正确地判断定位出目前感应电容单元SC₂₁、SC₁₂、SC_P2、SC_2Q有触控事件。换言之，电容式触控感应装置30通过控制讯号C₁～C_Q于不同时间逐一地导通对应的高阻抗控制器，而能精确检测各感应电容单元的触控状态。

综上所述，相较于现有技术，本发明除了不需耗费过多制造成本来制作两层感应电容电极板，即能实现二维定位的目的之外，本发明仅需检测单一感应电容的相关特性物理量，即可判断出触控事件，而大幅提升触控检测的灵敏度。更重要的是，本发明可精确检测到每一感应电容单元的触控状况，并通过不同时间逐一扫描检测各控制讯号线所对应的感应电容单元的触控状态，如此一来，将可正确检测到多点触控的情形，并达到精准的多重定位目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种电容式触控感应装置，包含有：

一基板；

多个感应电容单元，设置于该基板上，用来产生多个触控模拟讯号；

多条控制讯号线，沿一第一方向平行设置；

多条讯号传输线，沿异于该第一方向的一第二方向平行设置；

一控制讯号产生单元，耦接于该多条控制讯号线，用来产生多个控制讯号，并通过该多条控制讯号线传送该多个控制讯号，其中于一时间点，该多个控制讯号中仅有其中的一控制讯号处于一致能状态；

多个高阻抗控制器，分别设置于该多条控制讯号线与该多条讯号传输线的交错处，每一高阻抗控制器包含有一输入端、一输出端及一控制端，该输入端耦接于一相对应的感应电容单元，该控制端耦接于一相对应的控制讯号线，该输出端耦接于一相对应的讯号传输线，且该每一高阻抗控制器是根据相对应的控制讯号，将相对应的触控模拟讯号导通至相对应的讯号传输线；以及

一检测单元，耦接于该多条讯号传输线，用来根据该多个触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出发生触控事件的感应电容单元。

2.如权利要求1所述的电容式触控感应装置，其中每一感应电容单元是一导电极板。

3.如权利要求2所述的电容式触控感应装置，其中该导电极板的材质是一铟锡氧化物。

4.如权利要求1所述的电容式触控感应装置，其中该第一方向是垂直于该第二方向。

5.如权利要求1所述的电容式触控感应装置，其中该控制讯号产生单元控制该多个控制讯号，使该多个控制讯号轮流处于该致能状态，以致能耦接于相对应控制讯号线的高阻抗控制器。

6.如权利要求5所述的电容式触控感应装置，其中该控制讯号产生单元控制该多个控制讯号，使该多个控制讯号在线的该多个控制讯号沿该第一方向依序轮流处于该致能状态，以致能耦接于相对应控制线的高阻抗控制器。

7.如权利要求1所述的电容式触控感应装置，其中每一触控模拟讯号包含相对应的感应电容单元的一环境电容值与一触控感应电容变化量。

8.如权利要求7所述的电容式感应装置，其中该检测单元是于该多个触控模拟讯号中的一触控模拟讯号所包含的该环境电容值与该触控感应电容变化量的总和大于一阈值时，判断该触控模拟讯号所对应的一感应电容单元发生一触控事件。

9.如权利要求7所述的电容式触控感应装置，其中该检测单元是于该多个触控模拟讯号中的一触控模拟讯号所包含的该触控感应电容变化量大于一阈值时，判断该触控模拟讯号所对应的一感应电容单元发生一触控事件。

10.一种电容式触控感应装置，包含有：

一基板；

一感应电容单元，设置于该基板上，用来产生一触控模拟讯号；

一控制讯号产生单元，用来产生一控制讯号；

一检测单元，用来根据该触控模拟讯号，检测是否发生感应变化，以判断出触控事件；以及

一高阻抗控制器，耦接于该感应电容单元、该控制讯号产生单元及该检测单元，用来根据该控制讯号，将该触控讯号导通至检测单元。

11.如权利要求10所述的电容式触控感应装置，其中该感应电容单元包含有一导电极板。

12.如权利要求11所述的电容式触控感应装置，其中该导电极板的材料包含铟锡氧化物。

13.如权利要求10所述的电容式触控感应装置，其中该触控模拟讯号包含该感应电容单元的一环境电容值与一触控感应电容变化量。

14.如权利要求13所述的电容式感应装置，其中该检测单元是于该触控模拟讯号所包含的该环境电容值与该触控感应电容变化量的总和大于一阈值时，判断该感应电容单元发生一触控事件。

15.如权利要求13所述的电容式触控感应装置，其中该检测单元是于该触控模拟讯号所包含的该触控感应电容变化量大于一阈值时，判断该感应电容单元发生一触控事件。

16.一种多点触控的检测方法，用于一电容式触控感应装置，该电容式触控感应装置包含有多条控制讯号线、多条讯号传输线以及多个高阻抗控制器，该多条控制讯号线是沿一第一方向平行设置，该多条讯号传输线是沿异于该第一方向的一第二方向平行设置，该多个高阻抗控制器分别设置于该多条控制讯号线与该多条讯号传输线的交错处，该检测方法包含有：

产生多个触控模拟讯号；

产生多个控制讯号，并通过该多条控制讯号线传送，其中，于一时间点，该多个控制讯号中仅有其中的一控制讯号处于一致能状态；

每一高阻抗控制器根据该多个控制讯号中的一相对应的控制讯号，将相对应的一触控模拟讯号导通至一相对应的讯号传输线；以及

根据经导通的该触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出一触控事件。

17.如权利要求16所述的检测方法，其中该第一方向是垂直于该第二方向。

18.如权利要求16所述的检测方法，其中还包含：

控制该多个控制讯号，使该多个控制讯号轮流处于该致能状态，以致能耦接于相对应控制讯号线的高阻抗控制器。

19.如权利要求18所述的检测方法，其中控制该多个控制讯号，使该多个控制讯号轮流处于该致能状态，以致能耦接于相对应控制线的高阻抗控制器的步骤，包含控制该多个控制讯号，使该多条控制讯号在线的该多个控制讯号沿该第一方向依序轮流处于该致能状态，以轮流致能耦接于相对应控制讯号线的高阻抗控制器。

20.如权利要求16所述的检测方法，其中每一触控模拟讯号包含相对应的一环境电容值与一触控感应电容变化量。

21.如权利要求20所述的检测方法，其中根据经导通的该触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出该触控事件的步骤，包含于该触控模拟讯号中的该环境电容值与该触控感应电容变化量的总和大于一阈值时，判断发生一触控事件。

22.如权利要求20所述的检测方法，其中根据经导通的该触控模拟讯号，判断是否发生感应变化，以检测出该触控事件的步骤，包含于该触控感应电容变化量大于一阈值时，判断发生该触控事件。