CN103186304B - 实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏及其数据处理方法，所述触摸屏包括至少两个互相独立的自电容电极组，所有自电容电极组位于同一层平面内，并且互不重叠地布满整个触摸屏的触摸区域。所述自电容电极组包括至少一对自电容耦合电极对，该自电容耦合电极对包括位于同一平面内的两电极板。该两电极板都包括各自的直线段状极板耦合边和直线段状极板底边，所述极板耦合边与极板底边具有锐角夹角。在自电容电极组内，各自电容耦合电极对的中心线互相平行设置，并且分属不同自电容电极组的任意两自电容耦合电极对的中心线也都互相平行设置。本发明充分发挥单层自电容触摸屏所具有的工艺结构简单的特点，用尽可能低的制造成本实现多点触控功能。

Description

实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏及其数据处理方法

技术领域

本发明涉及用于数据输入的触摸屏及其数据处理方法，特别是涉及基于自电容原理的触摸屏及其数据处理方法。

背景技术

现有技术普通的两层互电容触摸屏可以实现真实的多点触控，但是需要两层布设电极极板，该电极极板大多用透明导电材料氧化铟锡IndiumTinOxide制成，导致制造成本较高，所述氧化铟锡IndiumTinOxide简称ITO。另外，现有技术触摸屏大多采用的结构包括玻璃Glass/玻璃Glass结构，简称GG结构，玻璃Glass/膜Film/膜Film结构，简称GFF结构，以及单层玻璃OneGlassSolution结构，简称OGS结构。使用这些工艺结构，都需要两层ITO,或者在用作驱动电极的ITO和用作传感电极的ITO中间架桥。这些做法的生产流程都比较复杂，因而成本较高。

现有技术还有单层互电容触摸屏的方案，可以使用单层ITO来做互电容的电极，如图7所示，一种电极板设置在另一种电极板之间的间隙中，同一行的电极通过透明的ITO引线连接到屏体外面，然后在触摸有效区的外面把对应同一行的电极连接到一起。单层互电容触摸屏的工艺和成本比传统两层互电容的要精简，但其电极图形比较复杂,在触摸屏有效区外连接的线非常多，通常要150条以上，对生产工艺的精度提出较高要求，同时生产良率也会打折扣。

电极图案最简单的是一种单层自电容触摸屏方案，如图8所示，使用互补的类三角形电极构成。电极图形比较简单，走线也相对不多，一个四寸左右的触摸屏屏需要30条左右的走线。但是采用这种类三角形互补图案的自电容触摸屏由于对触摸点坐标数据的计算方法在水平方向采用触摸变化率计算坐标，在竖直方向采用触摸变化重心计算坐标，在一些情况下不能实现多点触控。例如，当多点触摸点发生在同一水平线时，所有检测到的触摸点在竖直方向的坐标用触摸变化重心计算出的坐标都一样，在水平方向无法通过触摸变化来区分检测到的各点，也就不能计算水平方向坐标，因而无法在同一水平电极上实现多点触控。同样道理，在同一竖直线上也不能实现多点触控。所以上述单层自电容方案在多点触控功能上有明显缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏及其数据处理方法，在单层自电容触摸屏上实现多点触控功能。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏，包括数据处理模块。尤其是，还包括至少两个互相独立的自电容电极组，所有自电容电极组位于同一层平面内，并且互不重叠地布满整个触摸屏的触摸区域。所述自电容电极组包括至少一对自电容耦合电极对，该自电容耦合电极对包括位于同一平面内的两电极板。该两电极板都包括各自的直线段状极板耦合边和直线段状极板底边，所述极板耦合边与极板底边具有锐角夹角。同属一自电容耦合电极对的两电极板各自的极板底边互相平行地设置在它们所在的自电容耦合电极对的两侧，该两电极板各自的极板耦合边也互相平行地设置在它们所在的自电容耦合电极对的中部。在自电容电极组内，各自电容耦合电极对的中心线互相平行设置，并且分属不同自电容电极组的任意两自电容耦合电极对的中心线也都互相平行设置。所述自电容耦合电极对的中心线是平行于该自电容耦合电极对的两极板底边的中心线。所有电极板都直接或者间接地电连接所述数据处理模块。

一种所述电极板的形状方案是，同属一对自电容耦合电极对的两电极板还各自包括两平行设置的极板侧边，从而电极板是以两极板侧边为底，极板耦合边和极板底边为腰的梯形电极板。

另一种所述电极板的形状方案是，同属一对自电容耦合电极对的两电极板还各自包括一极板侧边，并且所述电极板的极板耦合边与极板底边相交于一点，从而所述电极板是由极板侧边、极板耦合边和极板底边围成的三角形电极板。

另外，沿垂直于电极板的极板底边的方向，分属两相邻自电容耦合电极对的两相邻电极板的极板底边连接而成一块临接电极板。

本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：

实施基于上述单层自电容触摸屏的坐标数据处理方法，包括如下步骤：

A.检测出所有自电容变化数据，并统计出所有自电容变化数据是从Q套自电容电极组中检测而得；也就是，检测到Q套自电容变化数据组，一套自电容变化数据组中包括至少一组自电容变化数据；

B.如果Q大于1，执行步骤C；如果Q等于1，执行步骤F；

C.依次分别对Q套自电容变化数据组执行步骤D；

D.将一套自电容变化数据组中的各自电容变化数据分别处理成一套坐标数据组；

E.在所有Q套自电容变化数据组都经过步骤D处理之后，整合处理获取的Q套坐标数据组，以获取各触摸点的实际坐标数据，执行步骤H；

F.将一套自电容变化数据组中的各自电容变化数据分别处理成一套坐标数据组；

G.执行步骤H；

H.得出最终的触摸点坐标数据。

具体地，对于步骤E所述整合处理数据可采用如下方案，所述步骤E包括如下分步骤，

E1.根据Q套坐标数据组鉴别是否存在触摸点同时位于至少两个相邻自电容电极组内的情况；

E2.如果存在步骤E1所述情况，将反映触摸点同时位于至少两个相邻自电容电极组内的坐标数据合并为一个坐标数据；

E3.如果不存在步骤E1所述情况，就采用Q套坐标数据组；

E4.执行步骤H。

更具体地，所述分步骤E1还包括如下分步骤，

E11.设定坐标最小距离阈值，

E12.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13；

E13.计算本坐标数据确定的坐标点分别与其它坐标数据确定的坐标点之间的坐标距离，并且判断是否存坐标距离小于所述坐标最小距离阈值的近距坐标点；如果存在近距坐标点，记录一组重合坐标数据组，该重合坐标数据包括所有近距坐标点对应的坐标数据，以及本坐标数据；

E14.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13后，获取至少一组重合坐标数据组，执行分步骤E2；

E15.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13后，没有获取重合坐标数据组，执行分步骤E3。

关于步骤E2数据合并的具体方案，所述分步骤E2还包括如下分步骤，

E21.根据重合坐标数据组内的坐标数据，计算重合坐标数据组内所有坐标数据确定的所有坐标点所围成区域的形心坐标数据，该形心坐标数据就是同时位于至少两个相邻自电容电极组内的触摸点的坐标数据。

同现有技术相比较，本发明“实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏及其数据处理方法”的技术效果在于：

本发明改进单层自电容触摸屏，通过多个独立的自电容电极组克服现有技术单块自电容触摸屏的缺陷，充分发挥单层自电容触摸屏所具有的工艺结构简单的特点，用尽可能低的制造成本实现多点触控功能。

附图说明

图1是本发明“实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏及其数据处理方法”第一实施例的结构示意图；

图2是所述第一实施例的一个自电容电极组11的电极结构示意图；

图3是本发明第二实施例的一个自电容电极组11的电极结构示意图；

图4是本发明第三实施例的一个自电容电极组11的电极结构示意图；

图5是所述第一实施例的多点触摸示意图；

图6是图5所示触摸点94的局部放大示意图；

图7是现有技术单层互电容触摸屏的实现原理示意图；

图8是现有技术单层自电容触摸屏的电极结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例作进一步详述。

本发明提出一种实现多点触摸识别的单层自电容触摸屏1，如图1至图3所示，包括数据处理模块。尤其是，还包括至少两个互相独立的自电容电极组11，所有自电容电极组11位于同一层平面内，并且互不重叠地布满整个触摸屏1的触摸区域。所述自电容电极组11包括至少一对自电容耦合电极对110，该自电容耦合电极对110包括位于同一平面内的两电极板111。该两电极板111都包括各自的直线段状极板耦合边1111和直线段状极板底边1112，所述极板耦合边1111与极板底边1112具有锐角夹角。同属一自电容耦合电极对110的两电极板111各自的极板底边1112互相平行地设置在它们所在的自电容耦合电极对110的两侧，该两电极板111各自的极板耦合边1111也互相平行地设置在它们所在的自电容耦合电极对110的中部。在自电容电极组11内，各自电容耦合电极对110的中心线UV互相平行设置，并且分属不同自电容电极组11的任意两自电容耦合电极对110的中心线UV也都互相平行设置。所述自电容耦合电极对110的中心线UV是平行于该自电容耦合电极对110的两极板底边1112的中心线。所有电极板111都直接或者间接地电连接所述数据处理模块。

显然，如果有N个自电容电极组，就能够实现识别N点触摸，当自电容电极组的面积小到接近手指触摸面的程度，将会真实实现识别多点触摸。

本发明第一实施例，如图2所示，同属一对自电容耦合电极对110的两电极板111还各自包括一极板侧边1114，并且所述电极板111的极板耦合边1111与极板底边1112相交于一点，从而所述电极板111是由极板侧边1114、极板耦合边1111和极板底边1112围成的三角形电极板。

本发明第二实施例，如图3所示，一种所述电极板的形状方案是，同属一对自电容耦合电极对110的两电极板111还各自包括两平行设置的极板侧边1113，从而电极板111是以两极板侧边1113为底，极板耦合边1111和极板底边1112为腰的梯形电极板。

另外，分属两相邻自电容耦合电极对110的两相邻电极板111可以合并成一块电极板，本发明第三实施例，如图4所示，沿垂直于电极板111的极板底边1112的方向，分属两相邻自电容耦合电极对110的两相邻电极板111的极板底边1112连接而成一块临接电极板112。

本发明基于上述单层自电容触摸屏1的坐标数据处理方法，包括如下步骤：

A.检测出所有自电容变化数据，并统计出所有自电容变化数据是从Q套自电容电极组中检测而得；也就是，检测到Q套自电容变化数据组，一套自电容变化数据组中包括至少一组自电容变化数据；本发明第一实施例，如图5所示，以所述单层自电容触摸屏1发生四点触摸为例，由触摸点91至94四点同时触摸单层自电容触摸屏1，将会检测到五个自电容变化数据，也就是分别涉及触摸点91至93的自电容变化数据，以及触摸点941和942的自电容变化数据；涉及触摸点941和942的自电容变化数据是由于触摸点94同时触摸到两个自电容电极组内而形成的两个自电容变化数据；那么就是5个自电容变化数据是从4套自电容电极组中检测而得，一套自电容变化数据组仅涉及触摸点91引发的自电容变化数据，一套自电容变化数据组涉及触摸点92引发的自电容变化数据和触摸点93引发的自电容变化数据，一套自电容变化数据组仅涉及触摸点941引发的自电容变化数据，一套自电容变化数据组仅涉及触摸点942引发的自电容变化数据；显然，在一套自电容变化数据组中包括一个以上的自电容变化数据；

B.如果Q大于1，执行步骤C；如果Q等于1，执行步骤F；显然，如图5所示情况将会执行步骤C；

C.依次分别对Q套自电容变化数据组执行步骤D；

D.将一套自电容变化数据组中的各自电容变化数据分别处理成一套坐标数据组；如图5所示情况将会有4套坐标数据组，共5个坐标数据，即涉及触摸点91的坐标数据（X₉₁，Y₉₁），涉及触摸点92的坐标数据（X₉₂，Y₉₂），涉及触摸点93的坐标数据（X₉₃，Y₉₃），涉及触摸点941的坐标数据（X₉₄₁，Y₉₄₁），涉及触摸点942的坐标数据（X₉₄₂，Y₉₄₂）；其中涉及触摸点92的坐标数据（X₉₂，Y₉₂）和涉及触摸点93的坐标数据（X₉₃，Y₉₃）属于同一套坐标数据组；

E.在所有Q套自电容变化数据组都经过步骤D处理之后，整合处理获取的Q套坐标数据组，以获取各触摸点的实际坐标数据，执行步骤H；如图5所示情况，所述整合就是将涉及触摸点941的坐标数据（X₉₄₁，Y₉₄₁）和涉及触摸点942的坐标数据（X₉₄₂，Y₉₄₂）合并成涉及触摸点94的坐标数据（X₉₄，Y₉₄）；

F.将一套自电容变化数据组中的各自电容变化数据分别处理成一套坐标数据组；当Q等于1时，说明只有一块自电容电极组内发生触摸，并且这种触摸不一定是单点触摸，在自电容电极组面积足够大的情况下，有可能发生多点触摸，因此这里一套自电容变化数据组会有至少一个自电容变化数据；

G.执行步骤H；

H.得出最终的触摸点坐标数据。对于如图5所示情况，最终的触摸点坐标数据就是涉及触摸点91的坐标数据（X₉₁，Y₉₁），涉及触摸点92的坐标数据（X₉₂，Y₉₂），涉及触摸点93的坐标数据（X₉₃，Y₉₃），以及涉及触摸点94的坐标数据（X₉₄，Y₉₄）；

本发明，对于步骤E所述整合处理数据可采用如下具体方案，所述步骤E包括如下分步骤，

E1.根据Q套坐标数据组鉴别是否存在触摸点同时位于至少两个相邻自电容电极组内的情况；

E2.如果存在步骤E1所述情况，即如图5所示触摸点941和触摸点942的情况，将反映触摸点同时位于至少两个相邻自电容电极组内的坐标数据合并为一个坐标数据；即将如图5所示触摸点941和触摸点942的合并为触摸点94；

E3.如果不存在步骤E1所述情况，就采用Q套坐标数据组；

E4.执行步骤H。

本发明提出更为具体地实现数据整合的方案，所述分步骤E1还包括如下分步骤，

E11.设定坐标最小距离阈值，

E12.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13；

E13.计算本坐标数据确定的坐标点分别与其它坐标数据确定的坐标点之间的坐标距离，并且判断是否存坐标距离小于所述坐标最小距离阈值的近距坐标点；如果存在近距坐标点，记录一组重合坐标数据组，该重合坐标数据包括所有近距坐标点对应的坐标数据，以及本坐标数据；如图5和图6所示，在对坐标数据（X₉₄₁，Y₉₄₁）确定的坐标点M实施分步骤E13时，就会找到近距坐标点N，也就是坐标数据（X₉₄₂，Y₉₄₂）确定的坐标点，那么坐标数据（X₉₄₁，Y₉₄₁）和近距坐标点对应的坐标数据（X₉₄₂，Y₉₄₂）就组成重合坐标数据；当重合坐标数据不止一个时，通过分步骤E13就获取了重合坐标数据组；

E14.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13后，获取至少一组重合坐标数据组，执行分步骤E2；

E15.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13后，没有获取重合坐标数据组，执行分步骤E3。

关于步骤E2数据合并的具体方案，所述分步骤E2还包括如下分步骤，

E21.根据重合坐标数据组内的坐标数据，计算重合坐标数据组内所有坐标数据确定的所有坐标点所围成区域的形心坐标数据，该形心坐标数据就是同时位于至少两个相邻自电容电极组内的触摸点的坐标数据。如图6所示，由于重合坐标数据，即坐标数据（X₉₄₁，Y₉₄₁）和坐标数据（X₉₄₂，Y₉₄₂）各自确定的坐标点M、N只能构成直线段，因此用分步骤E21得出的形心坐标数据就是MN之间O点对应的坐标数据，即（X₉₄，Y₉₄）

以下举例说明步骤D和步骤F中涉及的计算坐标数据的方法。以第一实施例的电极结构为例，假设自电容电极组内的三角形电极板的电容值为T11，T12，T21,T22，T31，T32，…，TZ1，TZ2。T11、T12就是分别对应编号为1的自电容耦合电极对的两电极板的电容值，TZ1，TZ2就是分别对应编号为Z的对自电容耦合电极对两电极板的电容值。显然T11，T21，…，TZ1对应位于同侧的电极板电容值，T12，T22，…，TZ2对应另一组同侧的电极板电容值。当某触点触摸在所述自电容电极组区域内的时候，会影响Tii的电容，从而在对应电极产生触摸变化量。假定触摸点的位置影响的是T21，T22，TL31，TL32，TL41，TL42,每个电极对应的电容变化量分别为ΔT21，ΔT22，ΔT31，ΔT32，ΔT41，ΔT42。则触摸点的纵坐标可以通过其改变的电极的电容变化量进行空间平均，也即“重心”算法，具体如下：所述纵坐标垂直于所述自电容耦合电极对110的中心线UV；

Y=((ΔTL21+ΔTL22)*2+(ΔTL31+ΔTL32)*3+(ΔTL41+ΔTL42)*4)/(ΔTL21+ΔTL22+ΔTL31+ΔTL32+ΔTL41+ΔTL42)

触摸点改变的电极板的电容值包括一侧的三角形电极板电容值TL21,TL31和TL41，及另一侧的三角形电极TL22，TL32和TL42。通过两侧电极板的电容改变量的比例,可以得到触摸点的横坐标X方向的坐标信息，所述横坐标平行于所述自电容耦合电极对110的中心线UV；

X=(ΔTL21+ΔTL31+ΔTL41)/(ΔTL22+ΔTL32+ΔTL42)*K,其中K是X坐标的比例系数。

从而通过上述方法将一自电容变化数据转换为坐标数据。

Claims (4)

1.一种基于单层自电容触摸屏的坐标数据处理方法，所述单层自电容触摸屏包括数据处理模块，以及至少两个互相独立的自电容电极组(11)，所有自电容电极组(11)位于同一层平面内，并且互不重叠地布满整个触摸屏(1)的触摸区域；所述自电容电极组(11)包括至少一对自电容耦合电极对(110)，该自电容耦合电极对(110)包括位于同一平面内的两电极板(111)；该两电极板(111)都包括各自的直线段状极板耦合边(1111)和直线段状极板底边(1112)，所述极板耦合边(1111)与极板底边(1112)具有锐角夹角；同属一自电容耦合电极对(110)的两电极板(111)各自的极板底边(1112)互相平行地设置在它们所在的自电容耦合电极对(110)的两侧，该两电极板(111)各自的极板耦合边(1111)也互相平行地设置在它们所在的自电容耦合电极对(110)的中部；在自电容电极组(11)内，各自电容耦合电极对(110)的中心线互相平行设置，并且分属不同自电容电极组(11)的任意两自电容耦合电极对(110)的中心线也都互相平行设置；所述自电容耦合电极对(110)的中心线是平行于该自电容耦合电极对(110)的两极板底边(1112)的中心线；所有电极板(111)都直接或者间接地电连接所述数据处理模块；其特征在于所述方法包括如下步骤：

A.检测出所有自电容变化数据，并统计出所有自电容变化数据是从Q套自电容电极组中检测而得；也就是，检测到Q套自电容变化数据组，一套自电容变化数据组中包括至少一组自电容变化数据；

B.如果Q大于1，执行步骤C；如果Q等于1，执行步骤F；

C.依次分别对Q套自电容变化数据组执行步骤D；

D.将一套自电容变化数据组中的各自电容变化数据分别处理成一套坐标数据组；

E.在所有Q套自电容变化数据组都经过步骤D处理之后，整合处理获取的Q套坐标数据组，以获取各触摸点的实际坐标数据，执行步骤H；

F.将一套自电容变化数据组中的各自电容变化数据分别处理成一套坐标数据组；

G.执行步骤H；

H.得出最终的触摸点坐标数据。

2.根据权利要求1所述的坐标数据处理方法，其特征在于：

所述步骤E包括如下分步骤，

E1.根据Q套坐标数据组鉴别是否存在触摸点同时位于至少两个相邻自电容电极组内的情况；

E2.如果存在步骤E1所述情况，将反映触摸点同时位于至少两个相邻自电容电极组内的坐标数据合并为一个坐标数据；

E3.如果不存在步骤E1所述情况，就采用Q套坐标数据组；

E4.执行步骤H。

3.根据权利要求2所述的坐标数据处理方法，其特征在于：

所述分步骤E1还包括如下分步骤，

E11.设定坐标最小距离阈值，

E12.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13；

E13.计算本坐标数据确定的坐标点分别与其它坐标数据确定的坐标点之间的坐标距离，并且判断是否存坐标距离小于所述坐标最小距离阈值的近距坐标点；如果存在近距坐标点，记录一组重合坐标数据组，该重合坐标数据包括所有近距坐标点对应的坐标数据，以及本坐标数据；

E14.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13后，获取至少一组重合坐标数据组，执行分步骤E2；

E15.依次分别对各坐标数据都执行步骤E13后，没有获取重合坐标数据组，执行分步骤E3。

4.根据权利要求3所述的坐标数据处理方法，其特征在于：

所述分步骤E2还包括如下分步骤，

E21.根据重合坐标数据组内的坐标数据，计算重合坐标数据组内所有坐标数据确定的所有坐标点所围成区域的形心坐标数据，该形心坐标数据就是同时位于至少两个相邻自电容电极组内的触摸点的坐标数据。