TW201243678A - Touch-control sensing device - Google Patents

Description

201243678 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種觸減測技術，特別是___種可顧於各種尺寸 之電容式觸控面板的交流式觸控感測裝置。 ’ 【先前技術】 電容式觸控面板是由銦錫氧化物（ITO)透明導電薄膜之導電電極所構 成’由手指或物體接觸面板後於ΙΤ0電極間所產生的電容變化大小來判斷 手指或物體的移動情形。由於人體手指可視為與電阻及電容等效，因此當 手指接觸於電容式觸控面板時，面板上的ΙΤ〇電極之電容值會產生變化。 就現有技術而言，多數電容式觸控面板係以開關控制直流訊號輸入， 並藉由其電容值的改變，造成時間常數改變，進而使充放電時間改變，以 藉此量測觸是砰麻以及觸雜置，例如美料利us細撕42281 或仍肅細叫。然而，當觸控面板尺寸需求愈大，大尺寸的電容式觸 控面板將面臨感測靈敏度下降的窘境；詳言之，當電容式觸控面板尺寸變 大，ITO電極所構成的阻值相對增加（大於2〇〇ΚΩ)，因時間常數=電阻值 、X電容值’故當電容值蚊時’整體偵測時間相對增加，錢靈敏度降低， 且當微小電容變化時之觸控訊號不易谓測，不易判斷是否手指有觸碰；再 者，且大尺寸電容式觸控面板除了阻值甚大之外，亦會受到周遭溫度、濕 度…等環境干擾的因素，使得電容式觸控面板量測出的ΙΤΟ電極之電容值 並不固定，而產生漂移現象，並會隨周遭環境改變，不利感測。 習知對於電容式觸控面板設計多利用直流模式斜電容進行充放電，以 量測其觸碰前後之些微變化，此種方法雖可適用於小尺寸，因為其肋電 201243678 極所造成的阻值較小（贏Ω)，但應用於大尺寸觸控面板，卻會產生上述 之缺失。桃於此，本發幫提卜_控感驗置，以有效解決前 題。 【發明内容】 本發明之Μ目的係在提供—種觸賊職置，其係期交流訊號模 式進行驗面板的電容量測，不但可減少其時間常數，並降低充放電時間， 更可使經觸蝴物權制，故條細於各種尺寸 的電容式砸面板，尤其是大尺相餘摘控面板。 本發明之另-目_在提供__概置，其射有效降低外界 與本身雜訊對感測裝置的干擾。 本發明之再一目的係在提供—種觸控感測裝置其係可選擇性的進行 垂直電容或水平電容的侧，並可藉此彈性調整觸控面板之架構，增加使 用上的彈性。 為達到上述目的，本發叢4之觸概職置係輸人交流電虔 訊號之電容式觸控面板之複數感測電極的至少—觸碰點，此觸控感測裝置 3有雜控制陣列’其係猶序控制並輸入一掃描訊號至該等感測電 極；以及-訊號轉換電路係電性連接掃播控制陣列，以感測掃描訊號流經 感測電極的電容變化，將此電容變化先轉換為—感測電舰號，並與一參 考電壓訊航較後’產生―_輪出域，⑽此轉觸碰點。 當然，訊號轉換電路更進—步包括有一感測放大電路及一電壓比較 器；感測放大電路係電性連接掃描控制陣列，並等效連接感測電極，以感 、則”電合變化並將其轉換域測電壓職，電壓比較顏接㈣測放大電 201243678 路之感測電壓訊號並與參考電壓訊號比較，以產生上述之感測輸出訊號。 底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易了解本發明 之目的、技術内容、特點及其所達成之功效。 【實施方式1 在說明本發明之觸控感測裝置之前，先完整說明整個電容式觸控面板 的控制電路架構，其係可將電容轉換成數位訊號並與賴端進行傳輸，如 第1圖所示，此、構包括有一訊號產生電路（〇scillat〇r) 1〇、一觸控感測裝 置12、一掃描訊號（scanning signai)電路14、一計數器16以及一傳輸介 面（UARTs) 18 〇此峨產生電路1G係產生躺電容所敍流電壓訊號， 如弦波訊號或方波訊號等，因電容之容抗值會隨著頻率的不同而產生變 化因此可藉此測付能取得最大容抗值之頻率，藉此增加電容發生變化時 的感測機率，換言之可增加其感測靈敏度；觸控感測裝置12係電性連接訊 號產生電路10 ’此觸控感測裝置12可將電容值轉換為電壓值，將電容值轉 換為方波或弦波訊號。掃描訊號電路14係電性連接觸控感測裝置12，並由 數位電路來設計時序進而驅誠測掃描㈣正常運作；計㈣16則根據觸 控感測裝置12之輸出並擷取其脈波寬度之數值大小，最後再利用傳輸介面 Μ將計數器16所得到的數值傳送到後端電腦裡進行記錄與運算。 接續請參卿2圖’其係為應用於電容式觸控面板之觸控感測裝置的 電路示;t® ’域所示，此f容式難雜上設有魏條垂直掃描線（本 實施例為L1〜L5)與複數條水平掃描線（本實施例為R1〜R5)，以構成複數 個感測電極，在此係以5*5個感測電極為例。此觸控感測裝置η係感測 一輸入有交流電屋訊號之電容式觸控面板之複數感測電極2〇的至少一觸碰 5 201243678 點。此觸控感測裝置u包括有—掃描控制陣列π，其係循序控制並輸入一 掃描訊號至該等感測電極2G，使導通為侧狀態_測電極2()會有交流變 化’而其餘未進行感測的感測電極2〇則進入重置狀態，維持在一電壓位準， 以降低外界與本身雜訊干擾；並有―訊號轉換電路24，其係電性連接掃描 控制陣列22 ’峨轉換電路％佩晴觀號流經躺_ 2()的電容變 化，將電錢化轉換為—感測電觀號，並與__參考電舰號比較，產生 一感測輸出訊號，以藉此取得觸碰點位置。 上述之訊號轉換電路24的電路示意圖，請參閱第3圖所示，訊號轉換 電路24包括有-感測放大電路242及一電壓比較器跳感測放大電路242 係電性連接掃描控制陣列22，且感測放大電路242等效連接感測電極20， 以感測其電容變化並轉換為感測電壓訊號；其中，此感測放大電路242至 少包括一耦合元件’電容器Qn，用以接收並調整交流電壓訊號的頻率特性， 並阻隔直流訊號’電容器Cin電性連接一第—運算放大器〇ρ卜第一運算放 大器OP1之反相輸入端係連接電容器Cin及等效連接感測電極2〇，非反相 輸入端則連接至接地端，以及輸出端舰接縣比健244及等效連接感 測電極20,以產生感測電壓訊號v。。電壓比較器244係包含一第二運算放 大器OP2，其係電性連接感測放大電路242及參考電壓訊號％，第二運算 放大器OP2之反相輸入端係連接感測放大電路2似之輸出端，以接收感測 電壓訊號V。’第二運算放〇P2之非反相輸人端則輸人參考電壓訊號 Vr’以比較感測電壓t趙;V。與參考電壓t總Vr，進而產生感測輸出訊號並 使第二運算放大^ 〇Ρ2之輸出端輸出讀訊號或賊訊號贼測輸出訊 號。 201243678 電容式感應的實現必須能夠解決係系統級變動問題以及由於溫度、濕 度、靜電放電（ESD)以及其他外在的干擾，且感測電極與感測電極之間亦 會互相干擾’尤其是時序切換造·電荷殘留，因此，本發明彻第2圖 的設計，讓掃描控制陣列22在重置狀態下，將感測電極2〇電壓重設為^， 使未進行感測之感測電極2G能有@定的電壓位準，不會因為外在環境去影 響到已在侧狀態下的感測電極2G。在本發明之觸控感測裝置之掃描控制 陣列22在進行低干擾掃瞒時，請同時參閱第2、3圖及第4圖之時序圖所 示’時序訊號係由vgswl輸入’此時電晶體T1導通，進行偵測狀態；反 之’電晶體T1關閉’電晶體T11導通，此即進入重置狀態，使電壓位準設 定為Vr;如第4⑻圖及帛4(b)圖所示，利用此時序，使得掃描控制陣列η 中之水平掃鱗列Vgswl〜Vgsw5以及垂直掃晦_ν_〜^㈣依序 導通’且只有在偵測狀態下的感測電極2〇會有變化，其餘感測電極2〇則 保持等電位的重置狀態。 當感測電極20電容發生變化時，輸入的交流電壓訊號的頻率應發生改 變，電壓值同時改變，此時即可偵測到電容發錢化之處。如第3圖所示， 交流龍訊號進入感測放大電路242後，其輸出所得的感測電壓訊號乂。與 交流電舰號Vs及電容變關之轉移函式如下列式⑴所示： V〇=-~- + sC,R, Fs Ο) 、中’s為頻率函數，Cin為麵合元件（電容器）之電容值，則為感 測電極20產生㈣容變狀較電容及電阻。如此—來，此制電壓訊號 V。之直流部分就不會被無限放大；同時，藉由後方之電壓比較器244，與 201243678 參考電壓魏Vi_作味，#糖面板上稿雜麵酬時，制電壓訊 號V。，、參考電壓訊號 ' 的差值將被放大，以利於得到觸碰點訊息。其中， 參考電壓錢Vi_為電容式觸控面板__取得的未受任何觸碰時最原始 的的交流電壓。 。再者’本發明之訊號轉換電路μ係可躺感測電極μ間的垂直電容 或Μ"電谷。如第5圖所示之可侧垂直電容的觸控面板示意圓，以及第6 圖所不之可_水平電容_控面板示意圖，由此可知，本發明可應用於 此-種觸控面板的感測模式，若此觸控面板為Ν行*Ν列個感測電極，垂 直電办式偵測可適用於多點觸控之應用，但其所需感測之電容為Ν㈣個， 所以會化費較多時間；相對地，平行電容式偵測則僅需偵測Ν+Ν個電容， 應時間比垂直電容式快上許多，但僅適用於單點觸控。因此，使用者可 依需求選擇本發暇_❹找__直電容歧斜電容，以藉此彈 性調整觸控面板系統之架構。 因此，本發明係利用交流電壓訊號進行觸控面板的電容變化量測，不 但可減少其時間常數，並大幅減少直流鶴造成的電容充放電時間，另一 方面’更可使經觸碰面板後的電容變化更為明顯且易於量測，故可廣泛應 用於各種財的電容摘控面板，尤其是12相上的狀寸_容式觸控 面板。 以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使 熟習此項技藝之人士能夠了解本發明之内容並據以實施，當不能以之限定 本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修 飾’仍應涵蓋在本發明之專利範圍内。 201243678 【圖式簡單說明】 第1圖為電容式臟^5板的控制電路架構示意圖。 第2圖為本發明顧於電容式觸控面板之難««㈣路示意圖。 •第3圖為本發明之訊號轉換電路的電路示意圖。 第4(a)圖及帛4(b)圖分別為本發明之水平掃瞒陣列與垂直掃猫陣列的時序 圖。 第5圖為本發明可债測垂直電容的觸控面板示意圖。 第ό圖為本發明可偵測水平電容的觸控面板示意圖。 【主要元件符號說明】 10 訊號產生電路（oscillator ) 12 觸控感測裝置 14 掃描訊號（scanningsignal)電路 16 計數器 18 傳輸介面（UARTs) 20 感測電極 ,22 掃描控制陣列 .24 訊號轉換電路 242感測放大電路 244電壓比較器

Claims (1)

1. 201243678 七、申請專利範圍·· 1· 一種觸控感測裝晋，i你 冉係感測一輸入一交流電壓訊號之電容式觸控面板 之複數感測電極的至少—觸碰點，該觸控感測裝置包括： 掃描控制陣列，其係循序控制並輸人-翻纖至該等制電極丨以 及 °奐電路其係電性連接該掃描控制陣列，該訊號轉換電路係感 測该掃描訊號流經該感測電極的電容變化，將該電容變化轉換為一感 測電壓訊號，並與一參考電壓訊號比較，產生一感測輸出訊號，以藉 此取得該觸碰點。 2. 如請求項1所述之觸控感測裝置，其中該訊號轉換電路更包括： -感測放大電路，其係電性連接該掃描控制_，且該感測放大電路等 效連接該_雜，以❹丨魏容變化麟換為喊測電壓訊號；以 及 -電壓比較H ’電性連接該感職大電路及該參考龍喊，以接枚該 感測電壓職並與該參考電壓訊號比較，產生職職出訊號。 3. 如請求項2所述之觸控感測裝置，其中該感測放大電路至少包括一耦合 元件，用以接收並調整該交流電壓訊號的頻率特性；以及一第一運算放 大器，電性連接該搞合元件，以產生該感測電壓訊號。 4. 如請求項3所述之觸控感測裝置，其中該耦合元件係為一電容器。 5·如請求項3所述之觸控感測裝置’其中該第—運算放大器之反相輸入端 係連接該耦合元件及等效連接該感測電極；該第一運算放大器之非反相 輪入端則連接至接地端；以及該第一運算放大器之輪出端則連接該電壓 201243678 比較器及等效連接該感測電極。 6.如請求項3所述之觸控感測裝置，其中該交流電壓訊號乂3、該電容變化 及該感測電壓訊號V。間之轉移函式為： £jn. + sC,R, A vr ’其中s為頻率函數，Cin為該耦合元件之電容值，Ct 及Rt則為該感測電極產生有電容變化之等效電容及電阻。 λ如請求項2所述之觸控感測裝置，其中該電壓比較器包含一第二運算放 出訊號。 9.如請求項1所述之觸控感測裝置，其中該感測輸出訊號> 或一弦波訊號。 8.如請求項7所述之觸控感測裝置’其中該第二運算放大器之反相輸入端 係連接該感測放大電路之輸出端；以及該第二運算放大器之非反相輸 端則輸入該參考電壓訊號；使該第二運算放大器之輸出端輪出該感夠輪 方波訊鱿 10.如請求項1所述之觸控感測裝置，其中該訊號轉換雷故A、 '、感測該感涓、J雷 極間的垂直電容或水平電容。 電壓訊號為該電容式觸控 11.如請求項1所述之觸控感測裝置，其中該參考 面板開機時所取得的未受任何觸碰時的交流電壓