CN103207713B - 触控面板的信号处理方法与触控面板系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对一触控面板的信号处理方法以及相关的触控面板系统。该触控面板具有数个电容电极。该信号处理方法包含有：提供数个检测值，分别对应这些电容电极的电容变化；依据一滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生数个滤波后值；以及，依据这些滤波后值，判断一触控事件于该触控面板的一发生位置。

Description

触控面板的信号处理方法与触控面板系统

技术领域

本发明相关于一种触控面板的信号处理方法，尤指一种可以防止或是降低面板变形所导致的扰动的信号处理方法。

背景技术

触控面板(touchpanel)为一种人机介面。透过屏幕上的触摸位置与变化方式，人可以很方便的对机器，像是电脑、手机、相机等，输入相对应的指令。目前市场上的触控面板有分电阻式与电容式。电容式触控面板因为比较耐用与省电，广泛应用于可携式产品，像是平板电脑(tabletPC)与手机。

降低产品成本一直是制造商增加产品竞争力的方法之一。而如何可以降低电容式触控面板的制造成本，也是制造商所追求的目标。举例来说，一传统的电容式触控面板需要有至少两层被图案化(patterned)的导电层，来架构出所需要的电容电极阵列。在成本与良率的考量下，目前已经发展出只要有单层的导电层就可以使用的电容式触控面板。只是，单层导电层的触控面板，也引发了许多控制上的问题。举例来说，手指的按压，会导致触控面板的变形，就可能导致单一导电层上的电容电极的电容值产生变化，因而影响到触控位置感测的结果。

发明内容

本发明的一实施例提供一种信号处理方法，适用于一触控面板。该触控面板具有数个电容电极。该信号处理方法包含有：提供数个检测值，分别对应这些电容电极的电容变化；依据一滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生数个滤波后值；以及，依据这些滤波后值和这些检测值其中之一，判断一触控事件于该触控面板的一发生位置。该滤波架构相关于一触控事件所反应的一特征。

本发明的一实施例提供一种触控面板系统，其包含有一触控面板以及一触控板控制器。该触控面板具有数个电容电极。该触控板控制器耦接至这些电容电极，并检测这些电容电极，以产生相对应的数个数字的检测值。该触控板控制器依据一滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生数个滤波后值。依据这些滤波值和这些检测值其中的一判断一触控事件于该触控面板的一发生位置。该滤波架构相关于一触控事件所反应的一特征。

附图说明

图1显示了一种触控面板系统；

图2A显示了一触控屏幕；

图2B显示了一触控屏幕被手指碰触后，一触控面板所产生的变形；

图3显示了手指在碰触一触控面板的过程中，检测值D_raw的变化；

图4举例一触控板控制器所推导出座标所代表的发生位置，其随着手指按压力道而变化；

图5显示了在一实施例，手指在碰触一触控面板的过程中，一触控板控制器所产生的检测值D_raw以及滤波后值D_filtered；

图6显示了一依据本发明实施，使用于图1中的触控板控制器中的一信号处理方法；

图7举例了说明图6中的步骤46；以及

图8举例了说明图6中的步骤54。

主要元件符号说明

10触控面板

12触控板控制器

14微处理器

16电容电极

20触控屏幕

24固着物

26液晶模块

30信号处理方法

32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、79、80、82、83、84、86、90、94、96步骤

D_filtered滤波后值

D_raw检测值

D_threshold临界值

DA_filtered(t_i)滤波后向量

DA_raw(t_i)检测值向量

t_touch-start时间点

t_touch-end时间点

T_{filter-activated}滤波启用期间

T_hf稳定期间

T_ini起始期间

T_learning学习期间

T_touch-event触控期间

具体实施方式

图1显示了一种触控面板系统，包含有触控面板10、触控板控制器12、以及微处理器14。触控面板10上有数个三角形或是梯形的电容电极16。触控板控制器12透过排线，连接到电容电极16。当导电物或是人手碰触或是接近电容电极16时，电容电极16的自电容(self-capacitance)会变化。透过排线，触控板控制器12可以检测到电容电极16的自电容的变化，并据以判定一触控事件的发生，并且可以推算出触控事件的发生位置，而把相对应座标提供给微处理器14。微处理器14则据以执行相对应的动作。

图2A显示触控屏幕20；图2B显示触控屏幕20被手指碰触后，触控面板10所产生的变形。触控屏幕20有触控面板10、固着物24、以及液晶模块(LCM)26。液晶模块26用来显示图案。固着物24可以是一双面胶(double-sidedtape)，用来将触控面板10大致固定于液晶模块26上。当手指接触施压在触控屏幕20，因为四周有固着物24的厚度支撑，仅触控面板10中央位置会凹陷而比较接近液晶模块26。

图3显示手指在碰触触控面板10的过程中，检测值D_raw的变化。以下将随时间轴的推衍，由左至右描述手指自接近、碰触至远离触控面板10的过程中，触控板控制器12检测对应于一电容电极16的检测值D_raw可能产生的自容值变化。对应于左一的触控面板10，当手指还没有碰触到触控面板10时，触控面板10上的电容电极16的自电容大致都没有变化，所以检测值D_raw大致为0。当手指接近或一开始碰触到触控面板10时，检测值D_raw开始上升。对应于左二的触控面板10，一旦检测值D_raw超过一临界值D_threshold时，触控板控制器12认定一触控事件发生。应特别注意的是，触控板控制器12可以用数个电容电极16的检测值D_raw，来求得手指碰触的发生位置的座标。然而对应于左三的触控面板10，当手指按压的程度足以造成触控面板10变形，并因此导致检测值D_raw不稳定漂移，如图所示。这样的漂移，可能会导致触控板控制器12所推导出的座标所代表的发生位置，与手指真正碰触触控面板10的发生位置不一致。最后对应于右一的触控面板10，在手指远离触控面板10的过程中，检测值D_raw快速的减低，回复到0。

图4举例触控板控制器12所推导出座标所代表的发生位置，其随着手指按压力道而变化。如同图4所示，当手指按压力道愈大时，触控板控制器12所推导产生的发生位置可能会往触控屏幕20中央飘移，远离真正的发生位置。这是因为手指按压程度越大，触控面板10的变形越大。越靠近触控屏幕20的中央，变形所导致的自电容变化越大。所以手指按压程度越大，触控板控制器12所推导出的发生位置便会越向中央飘移。

在以下的本发明的一实施例中，信号处理方法是运用于图1触控面板系统中的触控板控制器12，其检测触控面板10上的三角形或是梯形的电容电极16的自电容变化，并将模拟的检测结果转换成数字的检测值D_raw。所以，数字的检测值D_raw分别对应电容电极16的自电容变化量。在一实施例中，触控面板10为一单导电层触控面板，其具有一单一透明导电层来形成电容电极16。

在一实施例中，本发明包括一滤波架构，用来对检测值D_raw进行低通滤波，据以产生一滤波后值D_filtered。其后，始采用滤波后值D_filtered推导出一座标，代表触控事件在触控面板10上的一发生位置。本发明的滤波架构的设计，使得即使检测值D_raw因为触控面板10变形而随时间快速抖动，滤波后值D_filtered也会相对的平稳，所推导出来的发生位置也会比较稳定。甚而，滤波架构的设计使得对于快速点放的压按事件，也就是手指仅接触触控面板10极短时间的触控事件，由滤波后值D_filtered推导出来的发生位置比起透过检测值D_raw推导出来的位置，会相对准确。

在一实施例中，在触控事件发生后一开始的一段时间被设定为学习期间。这一段学习期间内，依据当下的检测值D_raw所产生的滤波后向量DA_filtered(t_i)，滤波架构的起始状态(initialcondition)被设定与更新。在此期间内，尚未设定好起始状态的滤波架构所产生的滤波后值D_filtered，并不用以推导触控事件的发生位置。直到学习期间结束之后，使用已设定好起始状态的滤波架构进行低通滤波以产生滤波后值D_filtered，并据以推导触控事件的发生位置，提供给微处理器。在一实施例中，学习期间内，触控板控制器12所推导出来的触控事件发生位置，不提供给微处理器14；在学习期间之后，触控板控制器12提供触控事件发生位置给微处理器14。

在一实施例中，该滤波架构的滤波系数，会随着触控事件的发生位置的移动速度而变化。举例来说，当移动速度越慢，滤波架构的低通效果就越强(heavy)。

图5显示，在一实施例，手指在碰触触控面板10的过程中，触控板控制器12所产生的检测值D_raw以及滤波后值D_filtered。图5的上半部中的实线显示检测值D_raw，其与图3完全相同，于此不再赘述。下半部的实线显示滤波后值D_filtered，虚线复制了检测值D_raw以作为比较。图5中的检测值D_raw仅仅对应触控面板10中一电容电极16的自电容变化量。但是业界具有一般知识者可以了解，同一时间触控板控制器12可以产生许多不同检测值D_raw，一对一对应到触控面板10的电容电极16。所以，图5中的说明也可以应用到其他的电容电极16。

在图5中，触控事件所发生的触控期间T_touch-event大致分成两段：学习期间T_learning与在后的滤波启用期间T_{filter-activated}。学习期间T_learning可更进一步分成两段：起始期间T_ini与在后的稳定期间T_hf。以下将大概的介绍图5中各时段的动作，稍后会以流程图进行说明。

在时间点t_touch-start，检测值D_raw超过了临界值D_threshold，所以触控板控制器12认定有触控事件发生，而开启整个触控期间T_touch-event。

于开启触控期间T_touch-event后，于前段的预设起始期间T_ini中，预设的检测值D_raw超过临界值D_threshold且尚在攀升中，处于一暂态而并未达一相对稳定态，此时本发明的触控面板系统尚未启用滤波架构，而直接以检测值D_raw作为滤波后值D_filtered。

待预设的起始期间T_ini终结，而开启预设的稳定期间T_hf时，本发明的触控面板系统方启用滤波架构，以先前的滤波后值D_filtered以及当下的检测值D_raw，来产生当下的滤波后值D_filtered。但是，此时的滤波后值D_filtered，尚不用以推导触控事件的发生位置。

于预设的稳定期间T_hf经过后，于随后的滤波启用期间T_{filter-activated}中，参考先前的滤波后值D_filtered以及当下的检测值D_raw，来产生当下的滤波后值D_filtered。而且，此时的滤波后值D_filtered，会用来推导触控事件的发生位置。在一实施例中，触控事件发生位置相对于时间的变化，大致上可关联于当下触控事件发生位置的移动速度，其可以作为后续滤波架构以及低通效果程度的参考，此部分将于后续图8的相关说明详述。

在一实施例中，当滤波后值D_filtered低于临界值D_threshold后，触控板控制器12认定触控事件结束，所以结束了触控期间T_touch-event，如同图5的时间点t_touch-end所示。

从以上说明可以得知，滤波架构中的滤波后值D_filtered，从滤波启用期间T_{filter-activated}开始，对推导触控事件的发生位置有影响。而滤波启用期间T_{filter-activated}中，滤波后值D_filtered的起始值是在学习期间T_learning的过程中决定。学习期间T_learning用来设定滤波启用期间T_{filter-activated}中，滤波后值D_filtered的起始值的期间。

比对图5中检测值D_raw及滤波后值D_filtered的曲线也可以得知，在滤波启用期间T_{filter-activated}中，触控板控制器以滤波后值D_filtered来推导触控事件的发生位置，将会比以未滤波前的检测值D_raw，比较没有扰动而更平顺。

图6显示依据本发明一实施例，使用于图1中的触控板控制器12中的信号处理方法30。

信号处理方法30从步骤32开始后，在步骤34把滤波状态(filtercondition)设定为”STOP”，表示触控板控制器12中的一滤波架构停止而没有作用。本实施例的滤波架构藉由以下公式I达成本发明的目的。

DA_filtered(t_i)

＝a*DA_filtered(t_i-1)+(1-a)*DA_raw(t_i)..........I.

其中，DA_raw(t_i)表示触控板控制器12在检测时间点t_i所产生的数个检测值D_raw所构成的一检测值向量；DA_filtered(t_i-1)表示在前一次检测时间点t_i-1的数个滤波后值D_filtered所构成的一滤波后向量；DA_filtered(t_i)表示在这次检测时间点t_i的数个滤波后值D_filtered所构成的另一滤波后向量；以及，a为值介于0到1之间的一个滤波系数。当a愈小时，滤波架构的低通滤波效果越轻。举例来说，当a为0时，滤波后向量DA_filtered(t_i)即等于检测值向量DA_raw(t_i)，也就是随着检测值向量DA_raw(t_i)而改变，等同于没有滤波效果。在别的实施例中，滤波架构可以执行不同于公式I的其他公式，只要所产生的滤波后向量DA_filtered(t_i)为检测值向量DA_raw(t_i)被低通滤波的结果就可以。

步骤36检测电容电极16，以提供检测值向量DA_raw(t_i)。检测值向量DA_raw(t_i)中的每一检测值D_raw对应一电容电极16的自电容变化量。

依据检测值向量DA_raw(t_i)，步骤38辨识一触控事件是否发生。举例来说，如果检测值向量DA_raw(t_i)中有任何一检测值D_raw超过临界值D_threshold，步骤38就认定一触控事件发生，接着执行步骤40，开始了触控期间T_touch-event；如果检测值向量DA_raw(t_i)中没有检测值D_raw超过临界值D_threshold，步骤38就认定触控事件没有发生，回到步骤36，来产生下个检测时间点的检测值向量DA_raw(t_i+1)。

请同时参阅图5与图6。步骤40、44与48透过滤波状态辨识当下时间点是属于触控期间T_touch-event中的哪一时间点。如果滤波状态为”STOP”，那表示当下是触控期间T_touch-event中的第一个检测时间点，则进行至步骤42设定滤波状态为”LEARNING”，准备进入学习期间T_learning。如果滤波状态目前为”LEARNING”，那表示当下处于学习期间T_learning之内，则进行至步骤46使滤波架构开始学习，产生滤波后向量DA_filtered(t_i)，作为进入滤波启用期间T_{filter-activated}时的起始值。并于预设的学习期间T_learning经过后，设定滤波状态为”START”。步骤46的详细运作容待后述。如果滤波状态为”START”，那表示当下处于滤波启用期间T_{filter-activated}之内，则进行至步骤50执行公式I的滤波架构来产生滤波后向量DA_filtered(t_i)，接着使检测值向量DA_raw(t_i)被更新为等于滤波后向量DA_filtered(t_i)。如果滤波状态不属于预先所定义的”STOP”、”LEARNING”、或”START”，则步骤60认定有错误发生，结束整个信号处理方法。

步骤52依据检测值向量DA_raw(t_i)，推估一座标(x(t_i)，y(t_i))，代表触控事件在触控面板上的发生位置。这座标(x(t_i)，y(t_i))可以由触控板控制器12输出至微处理器14。步骤54可以依据现在的座标(x(t_i)，y(t_i))与先前的座标(x(t_i-1)，y(t_i-1))，来设定当下的移动状态，例如当下发生位置的移动速度，同时可以据以设定滤波系数的值，以改变滤波架构的滤波程度的轻重。

步骤56辨识触控事件是否结束。类似的，如果检测值向量DA_raw(t_i)中有任何一检测值D_raw超过临界值D_threshold，步骤56就认定触控事件持续发生，接着回到步骤36；如果检测值向量DA_raw(t_i)中没有检测值D_raw超过临界值D_threshold，步骤56就认定触控事件已经结束，步骤58就把滤波状态设定为”STOP”，接着一样回到步骤36。

从信号处理方法30中可以发现，步骤42与46没有去更新检测值向量DA_raw(t_i)，也就是说，在此期间内步骤52对座标(x(t_i)，y(t_i))的推导是基于原始的量测值向量DA_raw(t_i)。直到步骤50以滤波后向量DA_filtered(t_i)更新检测值向量DA_raw(t_i)，步骤52对座标(x(t_i)，y(t_i))的推导才是基于更新后的量测值向量DA_raw(t_i)。由于步骤50是以滤波后向量DA_filtered(t_i)更新检测值向量DA_raw(t_i)，所以之后步骤52所推导出的座标(x(t_i)，y(t_i))就有了低通滤波的效果，比较不会飘移。

此外，在滤波启用期间T_{filter-activated}时，因为检测值向量DA_raw(t_i)在步骤50被更新为等于滤波后向量DA_filtered(t_i)，所以步骤56等同是依据滤波后向量DA_filtered(t_i)来辨识触控事件是否结束。

图7举例说明图6中的步骤46，其在学习期间T_learning内执行。步骤79先设滤波系数a为一较大值，譬如说0.8。这意味着在学习期间T_learning内，如果有执行滤波架构，也是执行重低通滤波。在一实施例中，学习期间T_learning为一触控事件发生后的40个检测时间点。

步骤80辨识当下是否属于预先定义的起始期间T_ini中。譬如说，当下为一触控事件发生后的10个检测时间点内，则步骤80的答案为”是”，进入步骤83，其直接以检测值向量DA_raw(t_i)来作为滤波后向量DA_filtered(t_i)。如果当下为一触控事件发生后的11～40个检测时间点内，意味着当下属于预先定义的稳定期间T_hf中，则进入步骤82，辨识当下是否为学习期间T_learning中的最后一个检测时间点。不论步骤82的结果为何，步骤84都会执行公式I的滤波架构，以重滤波的方式，依据先前的滤波后向量DA_filtered(t_i-1)以及当下的检测值向量DA_raw(t_i)，来产生当下之滤波后向量DA_filtered(t_i)。如果步骤82认为当下为学习期间T_learning中的最后一个检测时间点，步骤86把滤波状态设定为”START”，以便在下个检测时间点时，可以进入图6中的步骤50。于步骤82认为当下为学习期间T_learning中的最后一个检测时间点，而进行步骤86把滤波状态设定为”START”，紧接着于步骤84产生之滤波后向量DA_filtered(t_i)即作为滤波架构的起始状态(initialcondition)，完成学习期间设定滤波架构起始状态的任务。

图8举例说明图6中的步骤54。步骤62先计算出当下座标与先前座标的位移量d。举例来说，d＝squrt((x(t_i)-x(t_i-1))²+(y(t_i)-y(t_i-1))²)，其中，squrt()表示开平方根。步骤64与66区隔当下的位移量d属于哪一个范围。如果位移量d小于预设的值DS1，表示当下发生位置的移动速度近乎0，则移动状态设定为”NO-MOVING”(步骤68)，并且把滤波系数a设定为一较大值，譬如说0.8(步骤90)。此时，滤波架构成为重滤波。如果位移量d介于值DS1与DS2之间，移动状态设定为”SLOW-MOVING”(步骤70)，滤波系数a设定为一中间值，譬如说0.5(步骤94)。此时，滤波架构成为中滤波。如果位移量d高于预设的值DS2，则移动状态设定为”FAST-MOVING”(步骤72)，滤波系数a设定为一较小值，譬如说0.1(步骤96)。此时，滤波架构成为轻滤波。换言之，当触控事件的发生位置的移动速度很慢时候，图6中的步骤50会以比较重的滤波架构，来产生滤波后向量DA_filtered(t_i)，并据以更新检测值向量DA_raw(t_i)以及计算出后续的触控事件发生位置；所以，后续推算出的发生位置会比较稳定，不受触控面板10变形的噪声影响。相反的，当发生位置的移动速度很快的时候，图6中的步骤50会以比较轻的滤波架构，来产生滤波后向量DA_filtered(t_i)，并据以计算出后续的触控事件发生位置；所以，后续推算出的发生位置会比较快追上触控事件的真正发生位置，比较能够反映真实情形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种信号处理方法，适用于一触控面板，该触控面板具有多个电容电极，该信号处理方法包含有：

提供多个检测值，分别对应该触控面板在一次触碰过程中这些电容电极的电容变化；

依据一滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生多个滤波后值，该滤波架构相关于一触控事件所反应的一特征；以及

依据这些滤波后值，判断该触控事件于该触控面板的一发生位置。

2.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，另包含有：

依据这些检测值，判断该触控事件是否发生；以及

于该触控事件发生后设定一学习期间，在该学习期间内，依据这些检测值判断该发生位置。

3.如权利要求2所述的信号处理方法，其特征在于，包含有：

于该学习期间内的一稳定期间内，依据该滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生这些滤波后值；其中，该学习期间结束时的这些滤波后值为数个滤波起始值，用以设定该滤波架构。

4.如权利要求2所述的信号处理方法，其特征在于，包含有：

于该学习期间内的一起始期间内，以这些检测值作为这些滤波后值。

5.如权利要求2所述的信号处理方法，其特征在于，另包含有：

于该学习期间后，输出该发生位置予一微处理器；以及

于该学习期间内，不输出该发生位置予该微处理器。

6.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，另包含有：

依据该发生位置，决定一移动距离，该移动距离为该触控事件所反应的该特征。

7.如权利要求6所述的信号处理方法，其特征在于：

当该移动距离大于一第一距离时，设定该滤波架构为一第一滤波架构；

当该移动距离介于该第一距离以及一第二距离之间时，设定该滤波架构为一第二滤波架构；

当该移动距离小于该第二距离时，设定该滤波架构为一第三滤波架构；

该第一距离大于该第二距离；以及

该第一滤波架构、该第二滤波架构以及该第三滤波架构的滤波效果相关于该第一距离以及该第二距离，使该第三滤波架构的滤波效果重于该第二滤波架构的滤波效果，该第二滤波架构的滤波效果重于该第一滤波架构的滤波效果。

8.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，另包含有：

依据这些滤波后值，判断该触控事件是否结束。

9.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，这些检测值对应这些电容电极的自电容值变化。

10.如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，该触控面板为一单导电层触控面板。

11.一种触控面板系统，包含有：

一触控面板，具有多个电容电极；以及

一触控板控制器，耦接至这些电容电极，在该触控面板一次触碰过程中，检测这些电容电极，以产生相对应的多个检测值；

其中，该触控板控制器依据一滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生多个滤波后值，该滤波架构相关于一触控事件所反应的一特征，并依据这些滤波后值一判断该触控事件于该触控面板的一发生位置。

12.如权利要求11所述的触控面板系统，其特征在于，该触控板控制器依据这些检测值，判断该触控事件是否发生，且于该触控事件发生后设定一学习期间内，依据这些检测值判断该发生位置。

13.如权利要求12所述的触控面板系统，其特征在于，该触控板控制器于该学习期间中的一稳定期间内，依据该滤波架构对这些检测值进行低通滤波，以产生这些滤波后值；该学习期间结束时的这些滤波后值为数个滤波起始值，用以设定该滤波架构。

14.如权利要求12所述的触控面板系统，其特征在于，该触控板控制器于该学习期间中的一起始期间内，以这些检测值作为这些滤波后值。

15.如权利要求11所述的触控面板系统，其特征在于，该触控板控制器依据该发生位置，决定一移动距离，该移动距离为该触控事件所反应的该特征。

16.如权利要求15所述的触控面板系统，其特征在于：

当该移动距离大于一第一距离时，该触控板控制器以一第一滤波架构对这些检测值进行低通滤波；

当该移动距离介于该第一距离以及一第二距离之间时，该触控板控制器以一第二滤波架构对这些检测值进行低通滤波；

当该移动距离小于一第二距离时，该触控板控制器以一第三滤波架构对这些检测值进行低通滤波；

该第一距离大于该第二距离；以及

该第一滤波架构、该第二滤波架构以及该第三滤波架构的滤波效果相关于该第一距离以及该第二距离，使该第三滤波架构的滤波效果重于该第二滤波架构的滤波效果，该第二滤波架构的滤波效果重于该第一滤波架构的滤波效果。

17.如权利要求11所述的触控面板系统，其特征在于，这些检测值对应这些电容电极的自电容值变化。

18.如权利要求11所述的触控面板系统，其特征在于，该触控面板为一单导电层触控面板。