TW201339935A - 電容式觸控系統、觸控裝置及觸控方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種電容式觸控系統、觸控裝置與觸控方法。電容式觸控系統包括主觸控屏、主觸控感應單元、幹擾檢測單元、控制單元及觸控執行單元。主觸控屏依據觸碰體的觸摸操作產生對應之電荷的變化，主觸控感應單元感測該電荷的變化量並對應輸出主感測訊號。幹擾檢測單元用於檢測僅由外界環境引起的主觸控屏上電荷的變化量並對應輸出輔感測訊號。控制單元依據該輔感測訊號補償該主感測訊號並獲得經補償後之主感測訊號，觸控執行單元依據補償後之主感測訊號執行對應主觸控屏上觸控位置的觸摸操作。

Description

電容式觸控系統、觸控裝置及觸控方法

本發明係關於一種電容式觸控系統與觸控裝置，以及觸控方法。

目前，觸控式電子裝置已較為廣泛地應用於人們的生產生活中，例如常用的觸控式手機、平板電腦。通常，觸控式電子裝置又分為電容觸控裝置、電阻觸控裝置、光學（紅外線）觸控裝置等。對於電容觸控裝置而言，是通過感測由於觸碰體，如手指等，接觸電容觸控屏引起電荷的變化，從而通過感測該電荷量的變化來確定觸碰位置。

然而，電容觸控屏對周圍環境的影響較為敏感，例如觸控屏較長時間處於較高溫度或/與較高濕度的情況下，均能夠引起電容觸控屏上電電荷量的變化。也就是說，在較長時間處於高溫、高濕環境下，電容觸控屏未受到用戶的觸摸操作時也會產生一定電荷的變化。此時，當電容式觸控屏受到輕微碰觸就會導致產生一變化量較大的電荷變化量，造成該電容觸控屏的誤觸發。故此，目前的觸控式電子裝置的抗干擾能力較弱，給用戶的使用帶來不便。

有鑑於此，提供一種能夠濾除環境對觸控裝置的影響，以提高抗干擾能力的電容式觸控系統與觸控裝置。

進一步，本發明還提供一種電容式觸控系統的觸控方法。

一種電容式觸控系統，其包括一主觸控屏與一主觸控感應單元，該主觸控屏用於依據觸碰體的觸摸操作產生對應的電荷的變化，該主觸控感應單元用於感測該電荷的變化量，並對應輸出一主感測訊號。該電容式觸控系統還包括干擾檢測單元與控制單元，該干擾檢測單元用於檢測僅由外界環境引起該主觸控屏上電荷的變化量，並且依據該僅由外界環境引起的電荷的變化量輸出一輔感測訊號，該控制單元接收並處理該主感測訊號與該輔感測訊號，並依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得經補償後之主感測訊號，且將該經補償後之主感測訊號與一觸控閾值進行比較，當該經補償後之主感測訊號大於或者等於該觸控閾值，該控制單元輸出一控制訊號，以表徵該觸摸操作有效且依據該控制訊號執行對應該觸摸操作的動作；當該經補償後之主感測訊號小於該觸控閾值，該控制單元並不輸出該控制訊號。

一種觸控方法，包括以下步驟：

主觸控屏接受觸碰物觸控，並產生相應的電荷的變化，且對應該電荷的變化輸出一主感測訊號；

干擾檢測單元檢測僅由外界環境引起該主觸控屏上電荷的變化，並且對應該電荷的變化量輸出一輔感測訊號；

依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得補償後的主感測訊號；及

比較該補償後的主感測訊號與一預設的觸控閾值，當該補償後的主感測訊號大於或者等於該預設的觸控閾值時，輸出一控制訊號以表徵該觸摸操作有效並執行對應該觸摸操作的動作；當該補償後的主感測訊號小於該觸控閾值時，並不輸出該控制訊號。

一種觸控裝置，包括一主觸控屏與一主觸控感應單元，該主觸控屏用於依據觸碰體的觸摸操作產生對應的電荷的變化，該主觸控感應單元用於感測該電荷的變化量，並對應輸出一主感測訊號。該觸控裝置還包括干擾檢測單元、控制單元以及觸控執行單元，該干擾檢測單元用於檢測僅由外界環境引起該主觸控屏上電荷的變化量，並且依據該僅由外界環境引起的電荷的變化量輸出一輔感測訊號，該控制單元接收並處理該主感測訊號與該輔感測訊號，並依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得經補償後之主感測訊號，且將該經補償後之主感測訊號與一觸控閾值進行比較，當該因經補償後之主感測訊號大於或者等於該觸控閾值，該控制單元輸出一控制訊號至該觸控執行單元，以表徵該觸摸操作有效且該觸摸執行單元執行對該觸摸操作的動作；當該經補償後之主感測訊號小於該觸控閾值，該控制單元並不輸出該控制訊號。

相較於先前技術，該電容式觸控系統通過檢測周圍環境對主觸控屏產生的影響，並且經過訊號處理和運算濾去對應該環境影響而產生的變化，準確獲得主觸控屏由於觸控操作而產生的變化，避免了主觸控屏由於環境影響而產生誤操作，提高了主觸控屏的抗干擾能力。

請參閱圖1，其為本發明電容式觸控系統10一實施方式的功能方框示意圖，該電容式觸控系統10包括主觸控屏101、主觸控感應單元110、干擾檢測單元103與控制單元104。

主觸控屏101用於感應由於觸碰體，如手指等，的觸摸操作，並產生相應電荷的變化。該主觸控感應單元110檢測該電荷的變化，並依據該電荷的變化產生相應的電訊號，如電流或者電壓訊號等，該電訊號作為主感測訊號A。當然，主觸控屏101上產生的電荷的變化包括主觸控屏101受外界環境影響所產生的電荷的變化。

干擾檢測單元103用於檢測主觸控屏101周圍環境對主觸控屏101產生的干擾影響，獲得僅由外界環境引起的主觸控屏101上電荷的變化量。該干擾檢測單元103包括電容感測屏102及輔觸控感應單元120。電容感測屏102與主觸控屏101具有相同的觸控特性，包括具有相同的檢測靈敏度與精度、相同的構造及相同的製作材料。電容感測屏102與主觸控屏101處在同一環境下工作，用於接受外界環境，如溫度、濕度對電容式觸控屏的影響，並對應該環境影響產生相應的電荷的變化。輔觸控感應單元120用於電容感測屏102上的該電荷的變化量，並且對應電容感測屏102上電荷的變化量輸出相應的電訊號，該電訊號作為輔感測訊號B。

控制單元104接收並處理該主感測訊號A與輔感測訊號B，並依據輔感測訊號B對該主感測訊號A進行補償，獲得補償後的主感測訊號，從而濾除外界環境對主感測訊號A的影響，得到因觸摸操作直接導致的電荷的變化量，且依據補償後的主感測訊號選擇性地輸出一控制訊號。其中，輸出該控制訊號則表徵該觸摸操作有效，則電容式觸控系統10依據該控制訊號執行對應該觸摸操作的動作。

進一步，本實施方式中，電容式觸控系統10還進一步包括一觸控執行單元105，觸控執行單元105接受該控制訊號，並且在該控制訊號的控制下執行對應該主觸控屏101上觸控位置的觸摸操作，例如打開檔、運行可執行程式等。

具體地，控制單元104包括選擇導通單元141、訊號處理單元143以及控制器145。

選擇導通單元141分別連接於主觸控感應單元110與輔觸控感應單元120，並在控制器145的控制下分時地將主觸控感應單元110或者輔觸控感應單元120與訊號處理單元143連接，從而使得主感測訊號A和輔感測訊號B分時地輸入至訊號處理單元143。

具體地，請參閱圖2，其為主感測訊號A和輔感測訊號B分時輸入訊號處理單元143及控制器145的時序圖，選擇導通單元141在控制器145的控制下，在第一時間段T1時，將主感測訊號A至訊號處理單元143；在第二時間段T2時，將輔感測訊號B輸出訊號處理單元143。在本實施方式中，選擇導通單元141可以為一多路選擇開關或者定時開關。

訊號處理單元143對該主感測訊號A和輔感測訊號B進行訊號處理。具體地，訊號處理單元143將接收到的主感測訊號A和輔感測訊號B進行濾波及A/D轉換（模數轉換）等處理，以獲得表示該主感測訊號A幅值大小的主處理訊號A1，以及表示該輔感測訊號B幅值大小的輔處理訊號B1，在本實施方式中，主處理訊號A1和輔處理訊號B1均為數位訊號。

控制器145分時接受並對經訊號處理單元143處理後的主處理訊號A1和輔處理訊號B1進行運算，依據運算結果輸出控制訊號至觸控執行單元105。

具體地，請再次參閱圖2，控制器145在第一時間段T1內接收主處理訊號A1，在第二時間段T2內接收輔處理訊號B1，然後對主處理訊號A1和輔處理訊號B1進行求差運算，獲得運算結果A’，也即是經補償後的主感測訊號，運算結果A’表示了自主處理訊號A1中消除代表環境干擾成分的輔處理訊號B1，同時也代表了主觸控屏101上僅由使用者的觸摸操作而產生的實際電荷的變化量。應當能夠理解，在第一時間段T1接收到的主處理訊號A1可以暫存於一存儲單元內，在接收到輔處理訊號B1後再讀取該主處理訊號A1。

進一步，控制器145將運算結果A’與一預設的觸控閾值進行比較，以判定是否輸出該控制訊號，當該運算結果A’大於或者等於該觸控閾值時，控制器145輸出該控制訊號；當該運算結果A’小於該觸控閾值時，控制器145並不輸出該控制訊號。該觸控閾值為該主觸控屏101在不受環境因素的影響下，觸控執行單元105執行對應該觸摸操作的動作的門檻電荷變化量。即，若該電荷的變化量達到了該觸控閾值，則電容式觸控系統10執行對應該觸碰操作的動作，若該電荷的變化量未達到該觸控閾值，則電容式觸控系統10不執行任何動作。

優選地，控制器145將複數連續或則間隔的主處理訊號A1進行求均值處理，獲得該複數主處理訊號A1的平均值；以及將複數連續或者間隔的輔處理訊號B1進行求均值處理，獲得複數輔處理訊號B1的平均值，並且將該複數主處理訊號A1的平均值與該複數輔處理訊號B1的平均值進行求差運算，將運算結果作為A’。

相較於先前技術，該電容式觸控系統10通過檢測並濾去周圍環境對主觸控屏101產生的影響，準確獲得主觸控屏101由於觸控操作而產生的實際的電荷的變化量，避免了主觸控屏101由於環境影響而產生誤操作，提高了主觸控屏101的抗干擾能力。

請參閱圖3，其為本發明電容式觸控系統10中觸控方法的流程圖，該觸控方法包括以下步驟：

步驟S101，觸碰物觸控該主觸控屏101，從而產生相應的電荷變化，該電荷的變化包括主觸控屏101受外界環境影響所產生的電荷的變化。該主觸控感應單元110用於感測該主觸控屏101的該電荷的變化量，並對應輸出主感測訊號A。

步驟S102，檢測僅由外界環境對主觸控屏101產生的影響，從而對應該外界環境的影響輸出相應的輔感測訊號B，該步驟由干擾檢測單元103來實現。

具體地，利用該電容感測屏102感測外界環境的影響並產生對應的電荷的變化，利用輔觸控感應單元120依據該電容感測屏102上電荷的變化量對應輸出該輔感測訊號B。

步驟S103，依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得該因觸摸操作直接導致的電荷的變化量，也即是消除了外界環境影響而產生的電荷的變化量。

具體地，分時濾波及A/D轉換處理該主感測訊號A與輔感測訊號B，分別獲得表示主感測訊號A幅值大小的主處理訊號A1與表示輔感測訊號B幅值大小的輔處理訊號B1，並對該主處理訊號A1與輔處理訊號B1進行求差運算，獲得運算結果A’，該運算結果A’表示因使用者的觸摸操作直接導致的電荷的變化量。

優選地，在該步驟S103中，分時獲得複數主處理訊號A1與複數輔處理訊號B1，將複數主處理訊號A1進行均值處理，獲得該複數主處理訊號A1的平均值；以及將複數輔處理訊號B1進行均值處理，獲得該複數輔處理訊號B1的平均值，然後再將該主處理訊號的平均值與輔處理訊號的平均值進行求差運算，並獲得運算結果A’。

步驟S104，依據運算結果A’選擇性地輸出一控制訊號，以表徵該觸摸操作是否有效，觸控執行單元則依據該控制訊號執行該主觸控屏上對應觸控點的觸摸操作。

具體地，比較運算結果A’與預定的該觸控閾值，當該運算結果A’大於或者等於該的觸控閾值時，輸出該控制訊號，表徵該觸摸操作有效，觸控執行單元105在該控制訊號的控制下執行該主觸控屏101上對應觸控點的觸摸操作，例如打開檔、運行可執行檔等；當該運算結果A’小於該觸控閾值時，並不輸出該控制訊號。該觸控閾值為該主觸控屏在不受外界環境的影響下，該觸控執行單元執行觸控動作的門檻電荷變化量。

請參閱圖4，其為本發明電容式觸控系統10作為一觸控裝置20的結構示意圖。觸控裝置20在本實施方式中為一手機，當然在本發明其他實施方式中，觸控裝置20也可以為平板電腦或者其他觸控設備。

觸控裝置20包括一殼體（未標示），該殼體開設有一開口，該主觸控屏101與電容感測屏102相鄰設置且收容於觸控裝置20中殼體內，並將該主觸控屏101與電容感測屏102的觸控面經由開口顯露於殼體外。電容感測屏102的面積遠小於主觸控屏101的面積，位於主觸控屏101一側的邊緣，以不影響使用者對主觸控屏101的操作產生不便為宜，且不易觀察到。

可變更地，電容感測屏102也可以為主觸控屏101鄰近其邊緣的一部分，可以與電容感測屏102也可以是與主觸控屏101採用相同的制程一體成型而成。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

10．．．電容式觸控系統

101．．．主觸控屏

110．．．主觸控感應單元

103．．．干擾檢測單元

102．．．電容感測屏

120．．．輔觸控感應單元

104．．．控制單元

141．．．選擇導通單元

143．．．訊號處理單元

145．．．控制器

105．．．觸控執行單元

20．．．觸控裝置

A．．．主感測訊號

A1．．．主處理訊號

B．．．輔感測訊號

B1．．．輔處理訊號

A’．．．運算結果

圖1是本發明電容式觸控系統的一實施方式的方框示意圖。

圖2是圖1所示電容式觸控系統中主感測訊號與輔感測訊號接收處理的時序示意圖。

圖3是本發明觸控方法一實施方式流程圖。

圖4是本發明電容式觸控系統一應用實施方式的結構示意圖。

10．．．電容式觸控系統

101．．．主觸控屏

110．．．主觸控感應單元

103．．．干擾檢測單元

102．．．電容感測屏

120．．．輔觸控感應單元

104．．．控制單元

141．．．選擇導通單元

143．．．訊號處理單元

145．．．控制器

105．．．觸控執行單元

Claims (12)

1. 一種電容式觸控系統，其包括一主觸控屏與一主觸控感應單元，該主觸控屏用於依據觸碰體的觸摸操作產生對應的電荷的變化，該主觸控感應單元用於感測該電荷的變化量，並對應輸出一主感測訊號，該電容式觸控系統還包括干擾檢測單元與控制單元，該干擾檢測單元用於檢測僅由外界環境引起該主觸控屏上電荷的變化量，並且依據該僅由外界環境引起的電荷的變化量輸出一輔感測訊號，該控制單元接收並處理該主感測訊號與該輔感測訊號，並依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得經補償後之主感測訊號，且將該經補償後之主感測訊號與一觸控閾值進行比較，當該經補償後之主感測訊號大於或者等於該觸控閾值，該控制單元輸出一控制訊號，以表徵該觸摸操作有效且依據該控制訊號執行對應該觸摸操作的動作；當該經補償後之主感測訊號小於該觸控閾值，該控制單元並不輸出該控制訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控系統，其中，干擾檢測單元包括一電容感測屏與一輔觸控感測單元，該電容感測屏用於僅在外界環境的影響而產生電荷的變化，該輔觸控感應單元用於感測該電容感測屏上的電荷的變化量，且對應該電容感測屏產生的電荷的變化量輸出相應的電訊號，該電訊號作為該輔感測訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控系統，其中，該電容感測屏與該主觸控屏具有相同的檢測靈敏度和精度以及相同的製作材料，且該電容感測屏與該電容感測屏處於相同環境下，用於僅在外界環境的影響下對應產生電荷的變化。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控系統，其中，該控制單元包括一選擇導通單元、一訊號處理單元與一控制器，該選擇導通單元在該控制器的控制下將該主觸控感測單元與該輔觸控感測單元分時選擇性地與訊號處理單元連接，以分時將該主感測訊號與該輔感測訊號輸出至該訊號處理單元，該訊號處理單元用於將該主感測訊號與輔感測訊號進行濾波及數模轉換處理，分別獲得表示該主感測訊號幅值大小的主處理訊號與表示該輔感測訊號幅值大小的輔處理訊號，該控制器分時接收該主處理訊號與輔處理訊號，並且對該主處理訊號與輔處理訊號進行求差運算並獲得一運算結果，該運算結果表示該因觸摸操作直接導致的電荷的變化量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電容式觸控系統，其中，該控制單元包括一選擇導通單元、一訊號處理單元與一控制器，該選擇導通單元在該控制器的控制下將該主觸控感測單元與該輔觸控感測單元分時選擇性地與訊號處理單元連接，以分時將該主感測訊號與該輔感測訊號輸出至該訊號處理單元，該訊號處理單元用於將該主感測訊號與輔感測訊號進行濾波及數模轉換處理，分別獲得表示該主感測訊號幅值大小的主處理訊號與表示該輔感測訊號幅值大小的輔處理訊號，該控制器分時接收該主處理訊號與輔處理訊號，該控制器對接收到的複數該主處理訊號進行均值處理，獲得該複數主處理訊號的平均值；該控制器對接收到的複數輔處理訊號進行均值處理，獲得該複數輔處理訊號的平均值，將該主處理訊號的平均值與該輔處理訊號的平均值進行求差運算並獲得一運算結果，該運算結果表示該因觸摸操作直接導致的電荷的變化量。
6. 一種觸控方法，包括以下步驟：
   主觸控屏接受觸碰物觸控，並產生相應的電荷的變化，且對應該電荷的變化輸出一主感測訊號；
   干擾檢測單元檢測僅由外界環境引起該主觸控屏上電荷的變化，並且對應該電荷的變化量輸出一輔感測訊號；
   依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得補償後的主感測訊號；及
   比較該補償後的主感測訊號與一預設的觸控閾值，當該補償後的主感測訊號大於或者等於該預設的觸控閾值時，輸出一控制訊號以表徵該觸摸操作有效並執行對應該觸摸操作的動作；當該補償後的主感測訊號小於該觸控閾值時，並不輸出該控制訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中，提供一電容感測屏與一輔觸控感測單元，該電容感測屏與該主觸控屏具有相同的結構以及製作材料，該電容感測屏與該主觸控屏處於相同環境下，用於僅在外界環境的影響產生電荷的變化，該輔觸控感應單元用於感測該電容感測屏上的該電荷的變化量，且對應該輔電容感測屏產生的電荷的變化量輸出相應的電訊號，該電訊號作為該輔感測訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中，分時濾波及模數轉換處理該主感測訊號與該輔感測訊號，分別獲得表示該主感測訊號幅值大小的主處理訊號與表示該輔感測訊號幅值大小的輔處理訊號，對該主處理訊號與該輔處理訊號進行求差運算，獲得一運算結果，該運算結果表示該因觸摸操作直接導致的電荷的變化量。
9. 如申請專利範圍第6項所述之觸控方法，其中，在所述的求差步驟中，還包括分時獲得複數主處理訊號與複數輔處理訊號，將複數主處理訊號進行均值處理，獲得該複數主處理訊號的平均值；以及將複數輔處理訊號進行均值處理，獲得該複數輔處理訊號的平均值，然後再將該主處理訊號的平均值與輔處理訊號的平均值進行求差運算。
10. 一種觸控裝置，包括一主觸控屏與一主觸控感應單元，該主觸控屏用於依據觸碰體的觸摸操作產生對應的電荷的變化，該主觸控感應單元用於感測該電荷的變化量，並對應輸出一主感測訊號，該觸控裝置還包括干擾檢測單元、控制單元以及觸控執行單元，該干擾檢測單元用於檢測僅由外界環境引起該主觸控屏上電荷的變化量，並且依據該僅由外界環境引起的電荷的變化量輸出一輔感測訊號，該控制單元接收並處理該主感測訊號與該輔感測訊號，並依據該輔感測訊號對該主感測訊號進行補償，以獲得經補償後之主感測訊號，且將該經補償後之主感測訊號與一觸控閾值進行比較，當該經補償後之主感測訊號大於或者等於該觸控閾值，該控制單元輸出一控制訊號至該觸控執行單元，以表徵該觸摸操作有效且該觸摸執行單元執行對該觸摸操作的動作；當該經補償後之主感測訊號小於該觸控閾值，該控制單元並不輸出該控制訊號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，其中，干擾檢測單元包括一電容感測屏與一輔觸控感測單元，該電容感測屏用於僅在外界環境的影響而產生電荷的變化，該輔觸控感應單元用於感測該電容感測屏上的電荷的變化量，且對應該電容感測屏產生的電荷的變化量輸出相應的電訊號，該電訊號作為該輔感測訊號。
12. 如申請專利範圍第10項所述之觸控裝置，其中，該電容感測屏設置於該主觸控屏一側，且該電容感測屏與該主觸控屏具有相同的結構以及製作材料，該電容感測屏與該主觸控屏處於相同環境下。