TW201337696A - 觸碰判斷方法、觸碰判斷器、信號處理器及觸控系統 - Google Patents

Abstract

一種觸碰判斷器，適用於判斷設置於一觸控板上的一個觸控按鍵是否被觸控，包含：一前置單元，每隔一段時間分析一筆關於該觸控按鍵的感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。

Description

觸碰判斷方法、觸碰判斷器、信號處理器及觸控系統

本發明是有關於一種判斷器，特別是指一種適用於觸控按鍵的觸碰判斷器。

電容式觸控系統中，觸控按鍵會對應一感應器而設置，當有物體接近感應器時，感應器的感應電容會隨著物體靠近而加大，且感應器會根據感應電容值產生一感測資料。一般來說，只要感測資料高於一參考值，系統就會判定該觸控按鍵被觸碰。

不過，電路板上影響感測資料的因素眾多，例如感應器需要一段信號處理時間才能產生對應的感測資料，導致感測資料無法即時準確地反應按鍵受到的觸碰強度，因此常發生觸碰誤判的情況。尤其是有導電液體覆蓋在兩相鄰按鍵時，如果快速交替觸碰這兩個按鍵，系統更不容易正確判斷。

因此，本發明之目的，即在提供一種觸碰判斷方法、觸碰判斷器、信號處理器及觸控系統，優化對於觸控按鍵的觸碰判斷。

於是，本發明觸碰判斷方法，適用於判斷設置於一觸控板上的一個觸控按鍵是否被觸控，包含以下步驟：(A)每隔一段時間分析一筆關於該觸控按鍵的感測資料；(B)當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；(C)當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該觸控按鍵是否被觸碰；其中，該門檻大於該穩態值。

較佳地，觸碰判斷方法更包含以下步驟：(D)當目前時間的該感測資料高於該門檻，判斷該觸控按鍵被觸碰；其中，步驟(C)中，當調整後的該感測資料高於該門檻，判斷該觸控按鍵被觸碰。

較佳地，步驟(B)是使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到該補償信號；且步驟(C)是使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料。

而本發明觸碰判斷器，適用於判斷設置於一觸控板上的一個觸控按鍵是否被觸控，包含：一前置單元，每隔一段時間分析一筆關於該觸控按鍵的感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。

較佳地，當最新的目前時間的該感測資料高於該門檻，該決定單元判斷該觸控按鍵被觸碰。

較佳地，該運算單元使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到該補償信號，且使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料。

而本發明信號處理器，適用於耦接一個設置有多個觸控按鍵的觸控板，包含：一傳輸介面，用以接收該觸控板傳來的一觸控信號，其中該觸控信號每隔一段時間載有關於其中一觸控按鍵的感測資料；一前置單元，每隔一段時間分析該觸控信號，以取得該其中一觸控按鍵的感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該其中一觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該其中一觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。較佳地，該運算單元使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到該補償信號，且使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料；且當最新的目前時間的該感測資料高於該門檻，該決定單元判斷該觸控按鍵被觸碰。

而本發明觸控系統，包含：多個觸控按鍵；一感應器，包括一充電轉換器以及多個分別對應該等觸控按鍵的感應電容，該充電轉換器選擇性地電連接其中一個觸控按鍵的感應電容並進行感測，而據以調整一觸控信號；一前置單元，每隔一段時間分析該觸控信號，以取得該其中一觸控按鍵的一感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到一補償信號，其中該穩態值是該其中一觸控按鍵於剛上電且未被觸碰時的感測資料；一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料，並比較調整後的該感測資料和該門檻，以判斷該其中一觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。

較佳地，該感應器是以印刷電路板的銅箔導體做為感測，或在玻璃或塑膠薄膜表面上添加氧化銦錫(ITO)塗層來實現電容感測。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明觸碰判斷器22之較佳實施例適用於一觸控系統100中，觸控系統100包含一觸控板1和一信號處理器2。觸控板1包括多個第一型按鍵P1、多個第二型按鍵P2、一時序控制器11、一感應器12，以及一傳輸介面13。而信號處理器2包括一傳輸介面21、該觸碰判斷器22與一顯示單元23。

較佳地，觸控板1的時序控制器11、感應器12和傳輸介面13形成於一觸控晶片中，且使用的傳輸介面13、21為飛利浦公司提出的I²C(Inter-Integrated Circuit)介面，但其他應用不以此為限。

本例的第一型按鍵P1和第二型按鍵P2是指觸控按鍵。且所述第一型按鍵P1是以印刷電路板(printed circuit board)的銅箔導體做為感測，例如：一般觸控按鍵、彈簧觸控按鍵(Spring Keys)、可滑動觸控按鍵(Sensing Slider)，或其他。而所述第二型按鍵P2則為採用氧化銦錫(ITO)技術，在玻璃或塑膠薄膜表面上添加ITO塗層來實現電容感應，如手機的多媒體按鍵。

聯合參閱圖1和圖2，感應器12具有多個分別對應該等按鍵的感應電容Cs、一多工器14和一充電轉換器(Charge Transfer)15。多工器14接收時序控制器11傳來的一掃描信號，且受掃描信號控制而切換地使充電轉換器15電連接到其中一個按鍵的感應電容Cs。當該其中一按鍵被觸碰，對應的感應電容Cs大小會改變，且充電轉換器15遂感測以得到該按鍵的感測資料並載於一觸控信號中，然後透過傳輸介面13將觸控信號傳送出去。

充電轉換器15中，當開關S0導通且開關S1截止，電連接的感應電容Cs會根據電源VDD進行充電。當開關S0截止、開關S1導通且開關S3使多工器電連接至儲存電容Cr，累積於感應電容Cs的電荷會移轉到儲存電容Cr。之後，當開關S3使儲存電容Cr電連接至低通濾波器LF，低通濾波器LF基於儲存電容Cr跨壓進行低通濾波處理，然後傳到比較器CMP。當比較器CMP判斷出濾波後信號高於參考電壓Vref時，令開關S2導通，使得儲存電容Cr進行放電。當比較器CMP判斷出濾波後信號因儲存電容Cr放電而低於參考電壓Vref時，令開關S2截止，結束儲存電容Cr放電。

隨著時間過去，充電轉換器15依序電連接各個按鍵的感應電容Cs，所以觸控信號依序乘載相關於各按鍵的感測資料。為了讓信號處理器2有效識別觸控信號內容屬於哪一個按鍵，所以觸控板1的傳輸介面13會同步送出相關的掃描信號和觸控信號，其中掃描信號透露著充電轉換器15目前電連接哪一類型按鍵的哪一個。

多工器14的切換順序可以是先切換到第一型按鍵P1的第一個、第二個、第三個...，接著切換到第二型按鍵P2的第一個、第二個、第三個...，等到所有按鍵的感應電容Cs都相繼與充電轉換器15電連接，就再重複整個循環。或者，也可以只針對其中幾個按鍵進行切換循環。因此，觸控信號每隔一段取樣時間才會相關於一特定按鍵。

接下來說明信號處理器2的作動。傳輸介面21接收掃描信號和觸控信號，並轉送給觸碰判斷器22。觸碰判斷器22分析掃描信號和觸控信號，以擷取出各按鍵的感測資料，並且在其中一按鍵的感測資料高於一預設門檻時判定該按鍵被觸碰。之後，顯示單元23呈現判斷結果，例如：若判斷出一按鍵被觸發，配置給該按鍵的七段顯示器會發出匹配感測資料的光。

特別說明的是，觸控板1上電而未有外力介入時，感應電容Cs即存在非零值，因此感測資料初始值非零，且本例稱此初始值為一個穩態值。另外，通常充電轉換器15將累積於感應電容Cs的電荷移轉到一儲存電容Cr後，會根據儲存電容Cr的跨壓進行低通濾波處理，才做為調整觸控信號的基礎。但低通濾波會造成群延遲(group delay)現象，並且在按鍵從被觸碰轉為不被觸碰後，低通濾波處理後的信號下降速度不及感應電容Cs值下降速度，遂導致感測資料急遽降到低於穩態值，之後才漸漸回歸穩態值。此可參考圖3的時間t=4~10。

不幸地，如果感測資料還沒回歸穩態值，按鍵就又被再次觸碰，感測資料可能無法上拉超出門檻，其中門檻>穩態值，此時觸碰判斷器22會誤判為按鍵沒有被觸碰，而與實際不符。為了解決這類問題，本例特地在觸碰判斷器22得知目前取樣時間的感測資料介於穩態值和門檻間時(即穩態值≦感測資料<門檻)，使用穩態值和先前取樣時間的感測資料來調整目前感測資料後，再與門檻相比較。

詳細來說，圖1的觸碰判斷器22具有彼此電連接的一前置單元24、一運算單元25及一決定單元26。對於一特定按鍵，觸碰判斷器22所執行的本發明觸碰判斷方法之較佳實施例包含圖4的以下步驟：

步驟70：前置單元24預設一補償信號。

步驟71：前置單元24分析掃描信號和觸控信號，以擷取出一筆關於該按鍵的感測資料，其中掃描信號載有觸控信號何時相關於該按鍵的訊息。

步驟72：決定單元26判斷目前取樣時間的感測資料是否≧門檻，其中門檻>穩態值。若是，判定該按鍵被觸碰，跳到步驟76，否則繼續步驟73。

步驟73：決定單元26判斷目前取樣時間的感測資料是否≧穩態值。若否，跳到步驟75。若是，運算單元25將感測資料調整=(目前取樣時間的感測資料)+(補償信號)。

步驟74：決定單元26判斷最新的感測資料是否≧門檻。若是，判定按鍵被觸碰；若否，判定按鍵未被觸碰。然後，跳到步驟76。

步驟75：由於目前取樣時間的感測資料低於穩態值，運算單元25更新該補償信號=(穩態值)-(目前取樣時間的感測資料)，且決定單元26判定按鍵未被觸碰。

步驟76：前置單元24在距離前一次擷取出感測資料時間已達一段取樣時間，即回到步驟71。

因此，步驟75算出的補償信號是為了下一次感測資料調整做準備。也就是說，當前一時間的感測資料低於穩態值，運算單元25使穩態值減去前一時間的感測資料來更新該補償信號。且如果目前時間的感測資料落於穩態值和門檻間，該決定單元26便使補償信號加上目前時間的感測資料來得到調整後的感測資料。

需提醒的是，雖然本例的觸碰判斷器22是每隔一段取樣時間才分析特定按鍵的感測資料，但是其他應用的觸碰判斷器22分析時間間距也可以是取樣時間的整數倍或其他，不需以此為限。

舉圖5為例，感測資料穩態值=200，門檻=500，按鍵被接續觸碰兩次，觸碰時間分別為t=1~3和t=5~7。以下先行說明沒有墊高感測信號(如實線)時，按鍵觸碰與否的判定。

在t=0~1，感測資料=穩態值<門檻，判定未被觸碰。

在t=1~3，感測資料≧門檻，判定「被觸碰」。

在t=3~5，感測資料<門檻，判定未被觸碰。

在t=5~7，感測資料<門檻，判定未被觸碰。

在t=7~13，感測資料<門檻，判定未被觸碰。

觀察判定結果，可發現：沒有墊高感測資料時，只有t=1~3時判定按鍵「被觸碰」，不符實際。

參閱圖6，如果使用本例觸碰判斷器22適時墊高感測資料，則按鍵觸碰與否的判定如下。

在t=0~1，感測資料=穩態值<門檻，判定未被觸碰。

在t=1~3，感測資料≧門檻，判定「被觸碰」。

在t=3~5，更新補償信號；又感測資料<門檻，故判定未被觸碰。

在t=5~7，使感測資料墊高如虛線，由於墊高後的感測資料>門檻，判定「被觸碰」。

在t=7~13，重新設定補償信號。感測資料<門檻，判定未被觸碰。

從前述判定，可以得知：「被觸碰」的期間有t=1~3和t=5~7，符合實際狀況，所以本例觸碰判斷器22的確能有效解決觸碰誤判，按鍵觸碰靈敏度獲得改善。

接下來，再舉圖7為例，圖7顯示兩個相鄰設置按鍵的感測資料A和B，且感測資料A的按鍵在t=1~3被觸碰，感測資料B的按鍵在t=5~7被觸碰。由於按鍵設置位置接近，觸碰一按鍵時，另一按鍵的電容值也會跟著牽動，所以感測資料A、B會相互影響，特別是在有導電液體覆蓋於這兩個按鍵的情況。以下先行說明沒有墊高感測資料(A以加粗實線表示，B以較細實線表示)時，按鍵觸碰與否的判定。

在t=0~1，感測資料A=感測資料B=穩態值<門檻，判定兩按鍵未被觸碰。

在t=1~3，感測資料A≧門檻，判定對應按鍵「被觸碰」。感測資料B<門檻，判定對應按鍵未被觸碰。

在t=3~5，更新各按鍵的補償信號；感測資料A、B皆<門檻，判定未被觸碰。

在t=5~7，感測資料A、B皆<門檻，判定未被觸碰。

在t=7~13，感測資料A、B皆<門檻，判定未被觸碰。

因此，直接拿未調整過的感測資料來相比於門檻，只會在t=1~3時判斷出感測資料A的按鍵「被觸碰」，這與前述實際情形並不吻合，其中實際情形為感測資料A的按鍵在t=1~3被觸碰，感測資料B的按鍵在t=5~7被觸碰。

較佳地，如果使用本例觸碰判斷器22適時墊高感測資料(以虛線表示調整後的感測資料A，以點虛線表示調整後的感測資料B)，則按鍵觸碰與否的判定如下。

在t=0~1，感測資料A=感測資料B=穩態值<門檻，判定兩按鍵未被觸碰。

在t=1~3，感測資料A≧門檻，判定對應按鍵「被觸碰」。感測資料B<門檻，判定對應按鍵未被觸碰。

在t=3~5，更新各按鍵的補償信號。又感測資料A、B皆<門檻，判定未被觸碰。

在t=5~7，使感測資料A墊高如虛線，使感測資料B墊高如點虛線。墊高之後，感測資料A<門檻，判定對應按鍵未被觸碰，而感測資料B≧門檻，判定對應按鍵「被觸碰」。

在t=7~13，重新設定該二個補償信號。感測資料A、B皆<門檻，判定未被觸碰。

很明顯地，感測資料經過調整後，觸碰判斷器22會在t=1~3判定感測資料A的按鍵被觸碰，在t=5~7判定感測資料B的按鍵被觸碰，符合實際情況，觸碰誤判獲得改善。

綜上所述，前述較佳實施例中，運算單元25會適時地以補償信號調整感測資料，以供決定單元26判斷按鍵是否被觸碰，這樣的調整是基於按鍵從被觸碰轉換成不被觸碰時造成的感測資料過度下降，且調整後的感測資料能有效提升正確判斷觸碰的機率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．觸控系統

1．．．觸控板

11．．．時序控制器

12．．．感應器

13．．．傳輸介面

2．．．信號處理器

21．．．傳輸介面

22．．．觸碰判斷器

23．．．顯示單元

24．．．前置單元

25．．．運算單元

26．．．決定單元

Cs．．．感應電容

Cr．．．儲存電容

CMP．．．比較器

LF．．．低通濾波器

P1．．．第一型按鍵

P2．．．第二型按鍵

S0~S3．．．開關

圖1是一方塊圖，說明觸控系統；

圖2是一電路圖，說明本較佳實施例的感應器；

圖3是一示意圖，說明感測資料隨著按鍵是否被觸碰而改變；

圖4是一流程圖，說明本發明觸碰判斷方法之較佳實施例；

圖5是一示意圖，說明按鍵被觸碰兩次的感測資料；

圖6是一示意圖，說明按鍵被觸碰兩次的調整後感測資料；及

圖7是一示意圖，說明兩個相鄰設置按鍵的感測資料。

100．．．觸控系統

1．．．觸控板

11．．．時序控制器

12．．．感應器

13．．．傳輸介面

2．．．信號處理器

21．．．傳輸介面

22．．．觸碰判斷器

23．．．顯示單元

24．．．前置單元

25．．．運算單元

26．．．決定單元

P1．．．第一型按鍵

P2．．．第二型按鍵

Claims (10)

1. 一種觸碰判斷方法，適用於判斷設置於一觸控板上的一個觸控按鍵是否被觸控，包含以下步驟：(A)每隔一段時間分析一筆關於該觸控按鍵的感測資料；(B)當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；(C)當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該觸控按鍵是否被觸碰；其中，該門檻大於該穩態值。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之觸碰判斷方法，更包含以下步驟：(D)當目前時間的該感測資料高於該門檻，判斷該觸控按鍵被觸碰；其中，步驟(C)中，當調整後的該感測資料高於該門檻，判斷該觸控按鍵被觸碰。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之觸碰判斷方法，其中，步驟(B)是使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到該補償信號；且步驟(C)是使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料。
4. 一種觸碰判斷器，適用於判斷設置於一觸控板上的一個觸控按鍵是否被觸控，包含：一前置單元，每隔一段時間分析一筆關於該觸控按鍵的感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；及一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之觸碰判斷器，其中，當最新的目前時間的該感測資料高於該門檻，該決定單元判斷該觸控按鍵被觸碰。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之觸碰判斷器，其中，該運算單元使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到該補償信號，且使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料。
7. 一種信號處理器，適用於耦接一個設置有多個觸控按鍵的觸控板，包含：一傳輸介面，用以接收該觸控板傳來的一觸控信號，其中該觸控信號每隔一段時間載有關於其中一觸控按鍵的感測資料；一前置單元，每隔一段時間分析該觸控信號，以取得該其中一觸控按鍵的感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，根據前一時間的該感測資料和該穩態值得到一補償信號，其中該穩態值是該其中一觸控按鍵於該觸控板剛上電且未被觸碰時的感測資料；及一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，利用該補償信號調整目前時間的該感測資料，且使調整後的該感測資料相比於該門檻，以判斷該其中一觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之信號處理器，其中，該運算單元使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到該補償信號，且使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料；且當最新的目前時間的該感測資料高於該門檻，該決定單元判斷該觸控按鍵被觸碰。
9. 一種觸控系統，包含：多個觸控按鍵；一感應器，包括一充電轉換器以及多個分別對應該等觸控按鍵的感應電容，該充電轉換器選擇性地電連接其中一個觸控按鍵的感應電容並進行感測，而據以調整一觸控信號；一前置單元，每隔一段時間分析該觸控信號，以取得該其中一觸控按鍵的一感測資料；一運算單元，當前一時間的該感測資料低於一穩態值，使該穩態值減去前一時間的該感測資料來得到一補償信號，其中該穩態值是該其中一觸控按鍵於剛上電且未被觸碰時的感測資料；及一決定單元，當目前時間的該感測資料落於該穩態值和一門檻間，使該補償信號加上目前時間的該感測資料來得到調整後的該感測資料，並比較調整後的該感測資料和該門檻，以判斷該其中一觸控按鍵是否被觸碰，其中該門檻大於該穩態值。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之觸控系統，其中，該感應器是以印刷電路板的銅箔導體做為感測，或在玻璃或塑膠薄膜表面上添加氧化銦錫(ITO)塗層來實現電容感測。