CN102799322A

CN102799322A - 电容感测装置与控制方法

Info

Publication number: CN102799322A
Application number: CN2011101521290A
Authority: CN
Inventors: 洪国强; 潘宣亦; 叶丁豪; 何闿廷
Original assignee: MStar Software R&D Shenzhen Ltd; MStar Semiconductor Inc Taiwan
Current assignee: ILI Techonology Corp
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: CN102799322B

Abstract

本说明书揭露关于触控面板的电容感测装置与控制方法。一种电容感测装置，适用于一触控面板，具有多个感应串列，包括一第一感应串列以及一第二感应串列。一第一电压信号被输出至该第一感应串列。该第一感应串列的至少一电容量(capacitance intensity)被检测，以产生一第一电容值结果，用以触控检测。一第二电压信号被输出至该第二感应串列。该第二感应串列相邻于该第一感应串列。该第一电压信号与该第二电压信号于分别输出至该第一感应串列及该第二感应串列时具有一第一电压差，于该第一感应串列的该电容量被检测时具有一第二电压差。该第一电压差与该第二电压差大致相同。

Description

电容感测装置与控制方法

技术领域

本发明相关于触控面板的控制方法与相关装置，尤指对于触控面板上的电极的充放电控制方法与相关装置。

背景技术

随着科技不断的创新，触控面板已经广泛地应用于各式各样的电子装置，譬如智慧型手机(smart phones)、数字相机(digital cameras)、平板电脑(tablet PCs)等。触控面板不仅可以省去按键的设置，也可以加大电子装置的显示画面。

图1为一显示器30的透视图(perspective view)，其具有一透明触控面板22置于一显示面板20上方。当触控面板22检测到其表面24有物体碰触或是接近的事件发生时，触控面板22可以送出相对应的信号，给一处理器(未显示)，以进行相对应的反应。譬如说，如同图1所示，手指压按显示器30产生了两个接触点T1、T2，显示器30便产生了相对应的追踪信号(tracking signal)S1、S2，其可以带有对应接触点的坐标位置(coordinates)与压按力道(pressure)等信息。

一种采用投射式电容接触(Projected Capacitive Touch，PCT)技术(technology)的触控面板，其上具有许多电容感测点(capacitance sensing nodes)。每个电容感测点，至少有一个电极。其感测的方法，举例来说，可能是基于感测互电容(mutualcapacitance)或是自电容(selfcapacitance)电容值的变化量，一般称为互容式触控感测技术及自容式触控感测技术。对于互电容而言，测量的是两个电极(electrode)的间因接触而产生的电容值差异量。对于自电容而言，测量的是一电极对地因接触而产生的电容值差异量。而每个电容感测点的测量操作基本上是独立于其他电容感测点的测量操作。如此，电容值与坐标值的关系，便可以大致反映出触控面板表面上接触点的数量、中心位置、面积大小等讯息。

发明内容

本发明实施例揭露一种控制方法，适用于一触控面板，具有多个感应串列。一第一电压信号被输出至一第一感应串列。该第一感应串列的至少一电容量(capacitance intensity)被检测，以产生一第一电容值结果，用以触控检测。一第二电压信号被输出至一第二感应串列。该第二感应串列相邻于该第一感应串列。该第一电压信号与该第二电压信号于分别输出至该第一感应串列及该第二感应串列时具有一第一电压差，于该第一感应串列的该电容量被检测时具有一第二电压差。该第一电压差与该第二电压差大致相同。

本发明实施例揭露一种电容感测装置，具有多个感应串列，包括一第一感应串列以及一第二感应串列。该电容感测装置具有多个电容感测器，耦接至对应的该多个感应串列，包括一第一电容感测器以及一第二电容感测器。当该第一电容感测器被致动时，该第一电容感测器输出一第一电压信号至该第一感应串列，并检测该第一感应串列的至少一电容量，以产生一第一电容值结果，用以触控检测。当该第一电容感测器输出该第一电压信号至该第一感应串列时，该第二电容感测器输出一第二电压信号至该第二感应串列。该第二感应串列相邻于该第一感应串列。该第一电压信号与该第二电压信号于分别输出至该第一感应串列及该二第二感应串列时具有一第一电压差，于该第一感应串列的电容量被检测时具有一第二电压差，该第一电压差与该第二电压差实质相同。

附图说明

图1为一显示器的透视图。

图2显示一适用本发明的触控面板。

图3与图4分别显示在手指没有以及有碰触一触控面板时，所可能形成的电容。

图5为依据本发明所实施的一电路示意图。

图6显示图5中的相关信号可能的波形。

图7显示电压信号E(active)与电压信号E(neighboring)的一种可能波形。

图8显示另一适用本发明的触控面板。

【主要元件符号说明】

20 显示面板

22 触控面板

24 表面

30 显示器

31 触控面板

36 感应串列

37 感测区

38 感应串列

40 感测装置

42 感测装置

44、46 电极

48 触碰区域

50 y轴自电容值信号

52 x轴自电容值信号

53、54、56、58 导体

59 表面

60 感测装置

62(0)～62(N) 电容感测器

80 触控面板

82、82a、82b、82c、82d 三角形电极

84 感测装置

A(n) 致动信号

Channel(n) 感应串列

E(n) 电压信号

E(active)、E(neighboring)电压信号

F 自电容

GC、GL、GR 互电容

ML、MR、ML’、MR’ 互电容

S₁、S₂ 追踪信号

S(n) 自电容值信号

t_ACT、t_SEN 时间点

T₁、T₂ 接触点

V_OFFSET 偏移电压量

ΔV 电压差

具体实施方式

当触碰发生在一触控面板上，互电容与自电容往往是一起伴随出现。在感测过程中，如果可以降低彼此的影响，将可以增加接触点辨识与定位的准确性。

以下本发明的实施例，将以自容式触控感测技术为例，介绍如何降低或是消灭互电容对于测量自电容的影响。

图2显示一适用本发明一实施例的触控面板31。在感测区37中设有电极(electrode)44与46。本实施例中，通过一条导线(conductive trace)，同一列的电极46被短路在一起，并组成一感应串列(sensor channel)36，其连接到感测装置40。类似地，通过一条导线，将同一行的电极44被短路在一起，并组成一感应串列38，其连接到感测装置40。感测装置40可以感测每一条感应串列36上的自电容；而感测装置42可以感测每一条感应串列38上的自电容。举例来说，当一手指接触触控面板31，而产生一触碰区域48时，感测装置40与42便可能产生一y轴自电容值信号50与一x轴自电容值信号52。当一处理器接收到该y轴自电容值信号50与该x轴自电容值信号52后，通过适当的运算，便可得知该触碰区域48的位置。

图3与图4分别显示在手指没有以及有碰触一触控面板时，该触控面板上所可能形成的电容，用以说明各电容值因碰触而产生的变化。在图3中，导体54、55与56可以是透明的电极，以铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)构成，分别连接到三条感应串列。导体53可以是一接地的庇护层(shielding layer)。互电容ML、MR、GL、GR、GC分别显示两两导体之间的寄生电容，其电容值分别以C_ML、C_MR、C_GL、C_GR、C_GC表示。此时导体54感测到的自电容值C_54B，也就是导体54到接地线之间的电容，将可以用以下公式(1)推导而出。

C_54B＝C_GC+[(C_ML*C_GL)/(C_ML+C_GL)]+[(C_MR*C_GR)/(C_MR+C_GR)]......(1)

在本说明书中，C_XX表示XX的自电容值。在图4中，因为手指碰触了一触控面板的表面59，所以在手指与导体54之间形成了自电容F，同时也因为电场分布的改变，互电容ML、MR将会变成些许不一样的互电容ML’与MR’。同理，此时导体54的自电容值C_54A将可以用以下公式(2)推导而出。

C_54A＝C_GC+[(C_ML’*C_GL)/(C_ML’+C_GL)]+[(C_MR’*C_GR)/(C_MR’+C_GR)]+C_F......(2)

因此，从公式(1)与(2)都可以发现，依照以上的测量方法，所测量到的”自电容值”，不单单只是自电容F与GC的电容值而已，还会测量到互电容ML与MR电容值的变化。而这样的影响，会造成测量到的导体54的自电容值，没有线性地随着自电容F电容值的变化而改变。

当一感测装置去感测一感应串列上的自电容时，感测装置会送一电压信号E(active)至被致动的感应串列，等同送到相对应被感测的电极，来测量相对应充放电的电荷量变化，用以触控检测。在本发明的一实施例中，除了被感测的感应串列，对于与其相邻的感应串列，该感测装置也会送跟E(active)相同或大致上相同的电压信号E(neighboring)，但是不用以触控检测。如此，因为相邻感应串列与被感测的感应串列，其电压差大约一直维持在0，所以存在于被感测的感应串列上的电极及其相对应的相邻感应串列上的相邻电极间的互电容间电荷不会流动，其互电容值就不会被测量到。如此，所测量到的自电容值，就会随着外界物体，像是手指，所产生的自电容，而产生线性或近似变化。

所谓相邻感应串列，意味着其与被感测的感应串列之间，至少有一部分不具有其他固定在定电压的导体，或是意味着其与被感测的感应串列之间，存在有希望不被感测到的互电容。

图5为依据本发明实施例的一电路示意图，图6显示图5中的相关信号可能的波形。一感测装置60具有多个个电容感测器62(0)～62(N)。举例来说，感测装置60可以是图2的感测装置40或是感测装置42。以下将以62(n)表示第n个电容感测器，Channel(n)表示电容感测器62(n)所对应的感应串列，电容感测器62(n)通过感应串列Channel(n)输出以电压表示的电压信号E(n)，A(n)表示电容感测器62(n)所接收的致动信号，S(n)为电容感测器62(n)所感测到的自电容值信号。CS(n)表示连接到感应串列Channel(n)的电极的自电容，CM(n，n+1)表示感应串列(n)与感应串列(n+1)间的互电容。除了触控面板最边界处两侧的感应串列(例如：Channel(0))，感应串列Channel(n)至少有两个相邻感应串列Channel(n+1)与Channel(n-1)。

请参阅图6，其中显示电容感测器62(n)～62(n+s)被致动以检测感应串列Channel(n)～Channel(n+s)的自电容，用以触控检测的过程。致动信号A(n)～A(n+s)在时间点t_ACT时被致能，使得电压信号E(n)～E(n+s)于经过一段延迟时间后，大约同时拉高了电压差ΔV，成为步阶信号(step signal)。如图6所示，此时不用于触控检测的相邻感应串列Channel(n-1)、Channel(n+s+1)所对应的电压信号E(n-1)、E(n+s+1)，也是步阶信号，也大约在同时一起被拉高电压差ΔV。据此，从时间点t_ACT到检测时间点t_SEN，每一感应串列Channel(n)～Channel(n+s)的充放电电量，将会跟互电容CM(n-1，n)～CM(n+s，n+s+1)无关，只跟自电容CS(n)～CS(n+s)有关。也就是说，统读取的自电容量信号S(n)～S(n+s)可以线性地与自电容CS(n)～CS(n+s)的变化大约一致。

触控检测的一实施例的详述如下。自电容量信号S(n)可以视为自电容CS(n)的电容值的感测结果。当电容量信号S(n)显示相对应的自电容CS(n)的电容值超过一第一预设值时，就可以判断感应串列Channel(n)上发生了触控事件；相反的，当电容量信号S(n)显示相对应的自电容CS(n)的电容值低于一第二预设值(可能跟第一预设值一样或是不一样)时，就可以判断感应串列Channel(n)上没有发生触控事件。如果全部的电容量信号S(0)～S(N)都低于第二预设值，可以认定触控面板上完全没有触控事件发生。如果有连续M+1个感应串列Channel(n)～Channel(n+M)都被认定有发生了触控事件，一种实施例中，可以判定出一接触中心点大约是位于感应串列Channel(n+M/2)上。当然，在其他实施例里，接触中心点判定也可以用其他种方式来求出，而不限于以上的例子。举例来说，也可以采用类似质心(center of mass)的推导方式，把被认定有发生触控事件的连续M+1个感应串列感应串列Channel(n)～Channel(n+M)，依据其电容量信号S(n)～S(n+M)当作比重(weighting)，来求出一接触中心点。

在一实施例中电压差ΔV是正值，在另一实施例中电压差是负值。

在一实施例中，于感测感应串列Channel(n)～Channel(n+s)时，一面板上所有的感应串列Channel(1)～Channel(N)所对应的电压信号E(1)～E(N)，全部都是步阶信号，全部大约在同时一起被拉高电压差ΔV。

如同先前所述，用以触控检测的触控检测自电容值信号S(n)～S(n+s)并不会受到互电容CM(n-1，n)～CM(n+s，n+s+1)因触控产生的变化的影响，可以大约忠实的反映是否有触控事件的发生。至于其他感应串列，也就是除了被感测的感应串列Channel(n)～Channel(n+s)之外的相邻感应串列，其收受电压信号的目的为消除被感测的感应串列上的互电容影响，自不用于触控检测。一实施例中，可以选择不要检测相邻感应串列的自电容，也就是根本不产生自电容检测值，在另一实施例中，相邻感应串列的自电容所产生的自电容值信号会被检测但不用以判断是否有触控事件的发生。当然，在不同的时间点，先前的被感测的感应串列可以变成相邻感应串列，先前的相邻感应串列可能变成被感测的感应串列，端视那些感应串列当下被扫描读取到要做为触控检测。

被感测感应串列对被感测电极所送出的电压信号，不一定要跟被送到相邻感应串列的电压信号一模一样。图7显示另一实施例中，对被感测感应串列所送出的电压信号E(active)以及被送到相邻感应串列的电压信号E(neighboring)的信号波形。虽然电压信号E(active)与E(neighboring)都具有步阶高度ΔV，但是电压信号E(neighboring)相对于电压信号E(active)，有一偏移(offset)电压量V_OFFSET。在一实施例中，电压信号E(neighboring)与电压信号E(active)都是周期性信号，譬如是时脉方波、正弦波，都具有一样的频率与电压震幅，而且两者的相位也大约相同。在另一个实施例中，电压信号E(neighboring)与E(active)为非周期性信号。

需特别注意的是，要消除或是降低互电容对自电容感测上的影响，主要条件如下：电压信号E(active)与电压信号E(neighboring)的电压差dV，在充放电前，与充放电后检测时，需要大致维持相同，至于充放电过程中则可不必相同。这意味着在一被感测的感应串列与一相邻感应串列之间寄生的互电容的跨压，在充放电之前与之后，并没有改变。所以，存放互电容中的电荷量也没有改变。如此，电压信号E(active)只有对自电容充放电，所以相对应感测到的充放电电荷，将可以线性地反应自电容的电容值变化。

以图6为例，时间点t_ACT可以视为充放电前，检测时间点t_SEN可以视为充放电后。因为电压信号E(n-1)～E(n+s+1)大致上都一直维持了大约相同的电压准位，所以被感测的感应串列与相邻感应串列间的电压差，不论是充放电前与充放电后，都是0。以图7为例，电压信号E(active)与电压信号E(neighboring)的电压差，在充放电前大约是偏移电压量V_OFFSET，在充放电后还是偏移电压量V_OFFSET，没有改变。需特别注意的是，电压信号E(neiboring)并不仅限于送至被感测的感应串列的左右各相邻一感应串列。本发明的精神在于：将充放电前后大致维持相同电压差dV的电压信号E(active)与电压信号E(neighboring)分别送至被感测的感应串列以及被感测的感应串列左右各至少一相邻感应串列，以消除被感测的感应串列及其相邻感应串列间寄生的互电容对被感测感应串列自电容的电容值的影响。在实际应用上，系统亦可同时将电压信号E(neighboring)送至多个条相邻感应串列或整个触控面板。

需要感测任何数目的感应串列的自电容时，就可以适用本发明。因此，本发明并不限于应用于图2的触控面板。图8，举例来说，显示一触控面板80，其可适用本发明的技术。触控面板80上形成有交错的类三角形或梯形的电极82，每一个可以视为一感应串列，连接到上面或是下面的感测装置84。此类采用非矩形电极(感应串列)的触控面板利用手指触碰单一电极各部位产生的自电容大小不同的特性，而可仅仅利用单层感应阵列即经运算得出该手指触碰的位置。于本发明一实施例中，当感测装置84要感测电极82b与82c的自电容时，感测装置84以图7的电压信号E(active)对三角形电极82b与82c充放电，然后读取所需要的电荷量，并输出相对应的自电容量信号，用以触控检测。在充放电三角形电极82b与82c的同时，感测装置84也以图7的电压信号E(neighboring)对相邻电极82a与82d进行充放电，但是不用于触控检测。换言之，不检测产生电压信号E(neighboring)所相对需要的电荷，不产生相对应自电容量信号，或是所产生的相对应自电容量信号不用以判断是否有触控事件的发生。

在本发明的实施例中，因为被感测的感应串列与其相邻感应串列的间的互电容，并不会影响到自电容的感测结果，所以自电容的感测结果可以跟自电容的变化，呈现非常线性的关系。这可以增加接触点辨识与接触中心点定位的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明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

1.一种电容感测的控制方法，适用于一触控面板，具有多个感应串列，包含有：

输出一第一电压信号至一第一感应串列，并检测该第一感应串列的至少一电容量，以产生一第一电容值结果，用以触控检测；以及

输出一第二电压信号一第二感应串列，该第二感应串列相邻于该第一感应串列；

其中，该第一电压信号与该第二电压信号于分别输出至该第一感应串列及该第二感应串列时具有一第一电压差，于该第一感应串列的该电容量被检测时具有一第二电压差，该第一电压差与该第二电压差实质相同。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，检测该第一感应串列的该至少一电容量，以产生该第一电容值结果，用以触控检测的步骤，于该第一电容值结果显示该至少一电容量中的一第一电容量大于一预设值时，判断一触控事件发生于该第一感应串列上。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，输出该第一电压信号至该第一感应串列的步骤，于该第一电容值结果显示该至少一电容量皆小于一预设值时，判断一触控事件未发生。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，输出该第二电压信号的该步骤产生一第二电容值结果，且该第二电容值结果不用于触控检测。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该第一电压信号与第二电压信号都为步阶信号，具有大约相同的步进电压高度。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该第一电压信号与第二电压信号为周期性信号，且该第一电压信号与第二电压信号大约为同相。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该第一电压信号与第二电压信号实质相同。

8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该触控面板具有多个非矩形电极，且一触碰发生于每一非矩形电极的不同部位所产生的自电容值大小不同。

9.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，输出该第二电压信号的该步骤不产生任何对应到该第二感应串列的电容量的电容值结果。

10.一种电容感测装置，适用于一触控面板，具有多个感应串列，包括一第一感应串列以及一第二感应串列，包含有：

多个电容感测器，耦接至对应的该多个感应串列，包括一第一电容感测器以及一第二电容感测器；

其中，

当该第一电容感测器被致动时，该第一电容感测器输出一第一电压信号至该第一感应串列，并检测该第一感应串列的一电容量，以产生一第一电容值结果，用以触控检测；

当该第一电容感测器输出该第一电压信号至该第一感应串列时，该第二电容感测器输出一第二电压信号至该第二感应串列，其中，该第二感应串列相邻于该第一感应串列；以及

该第一电压信号与该第二电压信号于分别输出至该第一感应串列及该第二感应串列时具有一第一电压差，于该第一感应串列的电容量被检测时具有一第二电压差，该第一电压差与该第二电压差实质相同。

11.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第一电容感测器于该第一电容值结果显示该至少一电容量中的一第一电容量大于一预设值时，判断一触控事件发生于该第一感应串列上。

12.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第一电容感测器于该第一电容值结果显示该至少一电容量小于一预设值时，判断一触控事件未发生。

13.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第二电容感测器产生一第二电容值结果，且该第二电容值结果不用于触控检测。

14.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第一电压信号与该第二电压信号为步阶信号，具有大约相同的步进电压高度。

15.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第一电压信号与第二电压信号都为周期性信号，且该第一电压信号与第二电压信号大约为同相。

16.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第一电压信号与第二电压信号实质相同。

17.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该触控面板具有多个非矩形电极，且一触碰发生于每一非矩形电极的不同部位所产生的自电容值大小不同。

18.如权利要求10所述的电容感测装置，其特征在于，该第二电容感测器不产生电容值结果。