CN103616977B - 触摸检测系统及其检测方法、触摸屏终端 - Google Patents

触摸检测系统及其检测方法、触摸屏终端 Download PDF

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Abstract

本发明适用于触控技术领域，提供了一种触摸检测系统及其检测方法、触摸屏终端。所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容。本发明提供的基于寄生电容检测的触摸控制方案在检测原理上和传统技术有较大不同，能够针对现有技术中存在的问题进行改进，不仅仅可以适应简单的触摸屏电极设计，降低工艺要求，而且可以适应较高的触摸屏电极阻抗，同时支持多点触摸检测应用。

Description

触摸检测系统及其检测方法、触摸屏终端
技术领域
本发明属于触控技术领域，尤其涉及一种触摸检测系统及其检测方法、触摸屏终端。
背景技术
现有的电容触摸屏传感器主要基于两种技术，一种是自电容技术，另一种是互电容技术。
自电容技术利用触摸屏传感器X和Y方向的感应电极分别感知人体手指与感应电极之间的电容。其电场分布和等效电路分别如图1、图2所示，其中感测电极11发出电场线（图1中以虚线表示），实质检测的是人体手指与触摸屏感测电极11之间的电容（电场）。其基本原理是：感测电极11与远端大地有一个较小的耦合电容，人体与大地之间有较大的耦合电容，当人体手指靠近或接触感测电极11时，手指会吸收感测电极11发射的电场，一个小电流会从感测电极11流经人体到大地上，从而等效地改变了感测电极与大地之间的电容，图2中C1表示感测电极11与手指之间的耦合电容，R11表示感测电极11的等效电阻。但是由于技术架构限制，自电容技术仅可支持单点触摸检测应用或单点加手势检测应用。
如图3、图4所示，基于互电容技术检测的触摸屏传感器驱动电极31与感应电极32之间的互耦合电容Cx，其基本原理是：驱动电极31发射电场至感应电极32，驱动电极31与感应电极32之间等效有一个小的互耦合电容Cx。人体与大地之间有较大的耦合电容。当人体手指靠近或接触驱动/感应电极时，手指吸收驱动电极31发射出的电场，感应电极32接收的电场减少，一个小电流会从驱动电极21流经人体到大地上，从而等效地改变了驱动电极31与感应电极32之间的电容Cx，图4中R31、R32分别表示驱动电极31的等效电阻和感应电极32的等效电阻。互电容技术可以支持多点触摸检测应用。
随着技术的发展，高透光率、提升产品良率、低成本等要求越来越被重视，由此带来的一个直接影响是用于制作触摸屏电极的主要材料氧化铟锡ITO（不限于ITO）的方块电阻提升，触摸屏电极的阻抗提高。传统的自电容和互电容技术难以适应高阻抗电极的应用条件。
另外，传统的自电容和互电容技术应用中，为了获得较大的触摸灵敏度，触摸屏电极设计均非常有讲究，电极图案比较复杂，生产工艺要求较高，由此带来了生产上的困难，而且复杂的电极图案在某些情况下也会影响显示屏的视觉效果。
发明内容
本发明实施例所要解决的第一个技术问题在于提供一种触摸检测系统的检测方法，旨在简化电容式触摸屏布线设计，以适应较高电极阻抗的触摸屏。
本发明实施例是这样实现的，一种触摸检测系统的检测方法，所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容；所述检测方法包括下述步骤：
通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息，并根据检测结果定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；
根据所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
进一步地，所述的根据检测结果定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置的步骤具体包括下述步骤：
当有寄生电容参数的变化超过预设的阈值时，将该寄生电容对应的感应电极的所在位置，作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。
进一步地，所述的根据所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置的步骤具体包括下述步骤：
在扫描各个驱动电极的过程中，将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
进一步地，通过感应电极检测到的各个寄生电容参数的变化信息中，包含有第一类寄生电容的参数变化信息与第二类寄生电容的参数变化信息；所述第一类寄生电容为该感应电极与地之间形成的寄生电容，所述第二类寄生电容为可与该感应电极形成耦合电容的驱动电极与地之间形成的寄生电容。
进一步地，所述第二类寄生电容的参数变化信息通过耦合电容反映至感应电极上。
本发明实施例所要解决的第二个技术问题在于提供一种触摸检测系统，所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容；所述触摸检测系统还包括：
采样单元，其连接各个感应电极，用于通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息；
第一维度定位单元，用于根据检测结果定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；
第二维度定位单元，用于根据由所述第一维度定位单元确定的触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
进一步地，所述采样单元包括:一放大器，其同相输入端接各个感应电极，其反相输入端与其输出端之间形成负反馈。
进一步地，所述第一维度定位单元包括：
判断模块，用于判断是否有寄生电容参数的变化超过预设的阈值；
第一定位模块，用于在所述判断模块判断出有寄生电容参数的变化超过预设的阈值时，则将该寄生电容对应的感应电极的所在位置作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。
进一步地，所述第二维度定位单元包括：
对比模块，用于在扫描各个驱动电极的过程中，将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度进行对比，找到最大的寄生电容参数变化幅度；
第二定位模块，用于将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
进一步地，所述采样单元通过感应电极、耦合电容获取第二类寄生电容的参数变化信息。
本发明实施例所要解决的第三个技术问题在于提供一种触摸屏终端，包括驱动信号发生装置、触摸检测系统；所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，所述驱动信号发生装置与所述若干驱动电极连接；驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容；所述触摸检测系统还包括：
采样单元，其连接各个感应电极，用于通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息；
第一维度定位单元，用于根据检测结果定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；
第二维度定位单元，用于根据由所述第一维度定位单元确定的触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
本发明实施例提供的基于寄生电容检测的触摸控制方案在检测原理上和传统技术有较大不同，能够针对现有技术中存在的问题进行改进，可以通过配置高阻抗的前级放大器和较高阻抗的驱动信号源来适应较高的触摸屏电极阻抗，有助于改善显示透光率，同时支持多点触摸检测应用。
附图说明
图1是现有技术的提供的自电容技术电场分布图；
图2是现有技术的提供的自电容技术的等效电路图；
图3是现有技术的提供的互电容技术电场分布图；
图4是现有技术的提供的互电容技术的等效电路图；
图5是本发明提供的单层布线的互电容触摸传感器的布线图；
图6是本发明提供的双层布线的互电容触摸传感器的布线图；
图7是本发明提供的寄生电容技术电场分布图；
图8是本发明提供的触摸检测方法的实现流程图；
图9是本发明提供的定位被触摸的感应电极位置的流程图；
图10是本发明提供的定位被触摸的驱动电极位置的流程图；
图11是本发明提供的触摸检测系统中多个感应电极对一个驱动电极的结构图；
图12是本发明提供的触摸检测系统中一个感应电极对多个驱动电极的结构图；
图13是本发明提供的触摸检测系统中触摸控制芯片的结构原理图；
图14是图13中第一维度定位单元的结构原理图；
图15是图13中第二维度定位单元的结构原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中，触摸检测系统在工作时，驱动电极发射电场至感应电极，驱动与感应电极之间等效有一个小的耦合电容。同时驱动电极、感应电极与远端大地均有电场分布，因此驱动电极、感应电极分别与远端大地有一个小的寄生电容。当人体手指靠近或接触驱动/感应电极时，手指吸收驱动电极、感应电极发射出的电场。此时不仅驱动电极与感应电极之间的电场发生变化，驱动电极与大地、感应电极与大地的寄生电容也会发生变化，寄生电容的变化表现在分别从驱动电极和感应电极有一个小电流流出经人体到大地上。本发明提出的寄生电容检测技术主要利用手指对驱动、感应电极与大地寄生电容的影响来实现电容触控检测。
本发明提出的寄生电容检测技术主要适用于互电容结构的二维矩阵式触摸传感器。该触摸传感器可以是图5所示的单层布线，其中X1-Xm表示感应电极，Y1-Yn表示驱动电极，互换亦可，两种电极通过跳线（俗称搭桥）形成电容结构。该触摸传感器还可以是图6所示的双层布线，其中两种电极分别位于压电材料层61的两侧，且两种电极的方向相垂直或至少在对方的方向上有垂直分量，从而形成矩阵式电容结构。图7以单层布线为例示出了寄生电容技术的电场分布，可以看出，当有手指靠近或接触时，手指吸收从驱动电极71和感应电极72发射的电场，从而等效地改变了寄生电容的参数。
基于上述原理，图8示出了本发明提供的触摸检测方法的实现流程，详述如下。
在步骤S81中，通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息，并根据检测结果定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。
本发明中，寄生电容参数的变化信息包含了感应电极与地之间形成的寄生电容的参数变化信息，还包含可与该感应电极形成耦合电容的驱动电极与地之间形成的寄生电容的参数变化信息，本发明分别定义为第一类寄生电容的参数变化信息与第二类寄生电容的参数变化信息。其中第一类寄生电容的参数变化信息可直接通过感应电极获取，而第二类寄生电容的参数变化信息通过耦合电容间接反映至感应电极上，同样可以通过感应电极获取。又由于触摸检测系统中包括多个感应电极，因此可以得到多个寄生电容参数的变化信息。
作为本发明的一个实施例，步骤S81具体采用如图9所示的方式进行其中一个维度的定位。当检测到各寄生电容参数的变化信息后（步骤S811），再判断其中是否有变化幅度超过预设的阈值的情况（步骤S812），若有，则将该寄生电容对应的感应电极的所在位置，作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置（步骤S813）。举例说明，假设变化阈值预设为A，若发现其中有来自一个或多个感应电极的数据的变化超过A，则说明此一个或多个感应电极被触摸了。
当然，通过感应电极得到有关电容的信息不仅包含上文提出的寄生电容的相关信息，也会包含有驱动电极与感应电极形成的耦合电容的相关信息，而当驱动电极和感应电极的阻值满足一定条件时，可以使其中的耦合电容的相关信息的比例远小于寄生电容的比例，从而可以忽略耦合电容的相关信息，认为通过感应电极获取的只是寄生电容的相关信息。基于此考虑，不同于互电容技术多采用低阻抗的前级放大器和低阻抗的驱动信号源，本发明特别采用高阻抗的前级放大器和较高阻抗的驱动信号源，具体要求感应电极的方块电阻大于80欧姆，驱动电极的方块电阻大于80欧姆。
在步骤S82中，根据触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
作为本发明的又一个实施例，步骤S82具体采用如图10所示的方式进行另一个维度的定位。在扫描各个驱动电极的过程中（步骤S821），若有触摸操作，则根据所扫描的驱动电极的不同，通过感应电极得到第二类寄生电容的参数变化信息也不同，本发明将，将触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度进行对比，找到最大的寄生电容参数变化幅度（步骤S822），然后将触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置（步骤S823）。例如，假设有n个驱动电极，触摸操作的位置对应感应电极s，则在扫描过程中，一共可得到s1、s2、…、sn个寄生电容参数变化信息，若其中的第s2个信息变化幅度最大，则说明第2个驱动电极被触摸。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述各实施例提供的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该存储介质可以为ROM/RAM、磁盘、光盘等。
图11、图12示出了本发明提供的触摸检测系统的结构，为了便于描述，仅示出了与本发明相关的部分。其中的电阻R111、R113、R115、Rn为虚拟出来的驱动电极的等效电阻，电阻R112、R114、R116、Rm为虚拟出来的感应电极的等效电阻，Cx为虚拟的驱动电极与感应电极之间的耦合电容，C111、C113、C115、Cn为虚拟的第二类寄生电容，C112、C114、C116、Cm为虚拟的第一类寄生电容。触摸控制芯片中包含有硬件单元和软件单元，与本发明相关的部分如图13所示，而在图11、图12中又仅示出了其中的采样单元的部分，应当理解，具体实施时，触摸控制芯片还可能包括时钟信号单元、电源等组成部分。
一并参照图11、图12、图13，本发明提供的触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，任一驱动电极与任一感应电极之间均可形成耦合电容Cx，驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容C111-Cm。
采样单元131连接各个感应电极，用于通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息。第一维度定位单元132用于根据检测结果定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。第二维度定位单元133用于根据由第一维度定位单元132确定的触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
如上文所描述的，通过感应电极检测到的各个寄生电容参数的变化信息中，包含有第一类寄生电容的参数变化信息与第二类寄生电容的参数变化信息；第一类寄生电容为该感应电极与地之间形成的寄生电容，第二类寄生电容为可与该感应电极形成耦合电容的驱动电极与地之间形成的寄生电容。并且采样单元131通过感应电极、耦合电容获取第二类寄生电容的参数变化信息。
如图11、12所示，采样单元131包括一放大器，其同相输入端接各个感应电极，其反相输入端与其输出端之间形成负反馈。可以看出与图4示出的放大器的连接方式不同，在手指触摸上去之后，由于ITO电极阻抗较高而体现出来的等效电路不一样。
如图14所示，第一维度定位单元132包括判断模块1321和第一定位模块1322。其中判断模块1321用于判断是否有寄生电容参数的变化超过预设的阈值；第一定位模块1322在判断模块1321判断出有寄生电容参数的变化超过预设的阈值时，则将该寄生电容对应的感应电极的所在位置作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。
如图15所示，第二维度定位单元133包括对比模块1331和第二定位模块1332。其中对比模块1331用于在扫描各个驱动电极的过程中，将触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度进行对比，找到最大的寄生电容参数变化幅度；第二定位模块1332将触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
上述触摸检测系统可以应用于触摸屏手机等触摸屏终端中，此触摸屏终端中包括驱动信号发生装置，为驱动电极提供驱动信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种触摸检测系统的检测方法，其特征在于，所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容；所述驱动电极与感应电极的方块电阻大于80欧姆；所述检测方法包括下述步骤：
通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息，并仅根据检测到的各寄生电容参数的变化信息定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；具体包括：当有寄生电容参数的变化超过预设的阈值时，将该寄生电容对应的感应电极的所在位置，作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；
根据所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述的根据所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置的步骤具体包括下述步骤：
在扫描各个驱动电极的过程中，将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
3.如权利要求1至2任一项所述的检测方法，其特征在于，通过感应电极检测到的各个寄生电容参数的变化信息中，包含有第一类寄生电容的参数变化信息与第二类寄生电容的参数变化信息；所述第一类寄生电容为该感应电极与地之间形成的寄生电容，所述第二类寄生电容为可与该感应电极形成耦合电容的驱动电极与地之间形成的寄生电容。
4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述第二类寄生电容的参数变化信息通过耦合电容反映至感应电极上。
5.一种触摸检测系统，其特征在于，所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容；所述触摸检测系统还包括：
采样单元，其连接各个感应电极，用于通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息；
第一维度定位单元，用于仅根据检测到的各寄生电容参数的变化信息定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；
第二维度定位单元，用于根据由所述第一维度定位单元确定的触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置；
所述第一维度定位单元包括：判断模块和第一定位模块；
所述判断模块，用于判断是否有寄生电容参数的变化超过预设的阈值；
所述第一定位模块，用于在所述判断模块判断出有寄生电容参数的变化超过预设的阈值时，则将该寄生电容对应的感应电极的所在位置作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。
6.如权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述采样单元包括:
一放大器，其同相输入端接各个感应电极，其反相输入端与其输出端之间形成负反馈。
7.如权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述第二维度定位单元包括：
对比模块，用于在扫描各个驱动电极的过程中，将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度进行对比，找到最大的寄生电容参数变化幅度；
第二定位模块，用于将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
8.如权利要求5至7任一项所述的触摸检测系统，其特征在于，通过感应电极检测到的各个寄生电容参数的变化信息中，包含有第一类寄生电容的参数变化信息与第二类寄生电容的参数变化信息；所述第一类寄生电容为该感应电极与地之间形成的寄生电容，所述第二类寄生电容为可与该感应电极形成耦合电容的驱动电极与地之间形成的寄生电容。
9.如权利要求8所述的触摸检测系统，其特征在于，所述采样单元通过感应电极、耦合电容获取第二类寄生电容的参数变化信息。
10.一种触摸屏终端，其特征在于，包括驱动信号发生装置、触摸检测系统；所述触摸检测系统具有二维矩阵式触摸传感器，所述二维矩阵式触摸传感器上布设有若干驱动电极和若干感应电极，所述驱动信号发生装置与所述若干驱动电极连接；驱动电极与感应电极之间形成耦合电容，且驱动电极和感应电极均与地之间形成寄生电容；所述触摸检测系统还包括：
采样单元，其连接各个感应电极，用于通过各个感应电极检测各寄生电容参数的变化信息；
第一维度定位单元，用于仅根据检测到的各寄生电容参数的变化信息定位出触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置；
第二维度定位单元，用于根据由所述第一维度定位单元确定的触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数的变化，以及对所述驱动电极的扫描时序，定位出触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置；
所述第一维度定位单元包括：判断模块和第一定位模块；
所述判断模块，用于判断是否有寄生电容参数的变化超过预设的阈值；
所述第一定位模块，用于在所述判断模块判断出有寄生电容参数的变化超过预设的阈值时，则将该寄生电容对应的感应电极的所在位置作为触摸操作在感应电极所在维度上的触摸位置。
11.如权利要求10所述的触摸屏终端，其特征在于，所述采样单元包括:
一放大器，其同相输入端接各个感应电极，其反相输入端与其输出端之间形成负反馈。
12.如权利要求10所述的触摸屏终端，其特征在于，所述第二维度定位单元包括：
对比模块，用于在扫描各个驱动电极的过程中，将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度进行对比，找到最大的寄生电容参数变化幅度；
第二定位模块，用于将所述触摸位置上感应电极所对应的寄生电容参数变化幅度最大时所扫描的驱动电极的所在位置，作为触摸操作在驱动电极所在维度上的触摸位置。
13.如权利要求10至12任一项所述的触摸屏终端，其特征在于，通过感应电极检测到的各个寄生电容参数的变化信息中，包含有第一类寄生电容的参数变化信息与第二类寄生电容的参数变化信息；所述第一类寄生电容为该感应电极与地之间形成的寄生电容，所述第二类寄生电容为可与该感应电极形成耦合电容的驱动电极与地之间形成的寄生电容。
14.如权利要求13所述的触摸屏终端，其特征在于，所述采样单元通过感应电极、耦合电容获取第二类寄生电容的参数变化信息。
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