TWI428809B - Two - dimensional structure of the capacitive touchpad positioning method - Google Patents

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Description

二維式架構的電容式觸控板的定位方法
本發明係有關一種電容式觸控板，特別是關於一種具二維式架構的電容式觸控板的定位方法。
電容式觸控板的佈線和定位方法分為全點式和二維式。全點式的電容式觸控板係將多個獨立的單點感應器排列成矩陣，每個感應器各自經由獨立的感應線連接到偵測電路。這種觸控板可以獲得精準的物件位置資訊，但是由於感應器及感應線的數量很多，因此成本高昂，且資料運算量很大。
二維式的電容式觸控板又稱為投影式的電容式觸控板，如圖1所示，這種電容式觸控板的感應器係由X方向的感應線和Y方向的感應線交錯組成，與二維式的偵測電路搭配，將各X方向的感應線和Y方向的感應線的電容值變化轉換成數位資訊，分別產生X方向與Y方向的感應值，再從該些感應值定位出物件的位置。如圖2所示，這種觸控板的定位方法係循序偵測X方向的感應線和Y方向的感應線的電容值變化，分別定位出手指10在X軸上的位置X1 與Y軸上的位置Y1 ，而後加以組合產生定位點(X1 ,Y1 )。這種定位方法應用在單指偵測時能夠以較低的運算量迅速取得手指10的位置，但應用在多指偵測時卻會出現鬼點(ghost point)的問題，如圖3所示，當手指12和14接觸二維式的電容式觸控板時，會偵測到電容值變化在位置X1 、X2 、Y1 和Y2 ，組合這四個位置將產生(X1 ,Y1 )、(X1 ,Y2 )、(X2 ,Y1 )及(X2 ,Y2 )共4個定位點，其中(X1 ,Y2 )和(X2 ,Y1 )即非實際位置的鬼點。這種情況會造成偵測電路無法正確判斷手指的位置。
習知的全點式和二維式的電容式觸控板各自具有其優勢及缺陷，因此，本發明提出一種在二維式架構上進行全點偵測的定位方法，並將該定位方法與習知的二維式定位方法組合，以低運算量提供完整的位置資訊，消除二維式的電容式觸控板的鬼點問題。
本發明的目的之一，在於提出二維式架構的電容式觸控板的定位方法。
根據本發明，一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有第一感應線、第二感應線及第三感應線，該第一感應線分別與該第二感應線及該第三感應線相交形成第一交點及第二交點，該定位方法包括：在第一狀態下同相激活該第一感應線及該第二感應線，偵測該第一感應線取得第一電容值；根據該第一電容值設定一基準值；在第二狀態下同相激活該第一感應線及該第二感應線，偵測該第一感應線取得第二電容值；在該第二狀態下同相激活該第一感應線及該第三感應線，偵測該第一感應線取得第三電容值；以及分別將該第二、第三電容值與該基準值比較以判斷物件位置。在該第一狀態時，無物件接觸該電容式觸控板，在該第二狀態時，有物件接觸該電容式觸控板。
根據本發明，一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有複數條第一方向感應線及複數條第二方向感應線，該定位方法包括：依序掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，產生二維式偵測幀；同相交錯掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，獲得全點式偵測幀；以及根據該二維式偵測幀及該全點式偵測幀，獲得該電容式觸控板上的物件接觸資訊。
根據本發明，一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有複數條第一方向感應線及複數條第二方向感應線，該定位方法包括循序執行下列步驟：(a)依序掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，獲得二維式偵測資訊；(b)偵測該電容式觸控板上的物件數目，並判斷該物件數目是否大於一；(c)若該物件數目小於或等於一，則回到步驟(a)；(d)若該物件數目大於一，則依序對該些第一方向感應線及該些第二方向感應線同相交錯驅動，並偵測獲得全點式偵測資訊；(e)再次偵測該電容式觸控板上的物件數目，並判斷該物件數目是否大於一；(f)若該物件數目小於或等於一，則回到步驟(a)；以及(g)若該物件數目大於一，則回到步驟(d)。
根據本發明，一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有複數條第一方向感應線及複數條第二方向感應線，該定位方法包括循序執行下列步驟：(a)依序掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，產生二維式偵測資訊；(b)根據該二維式偵測資訊判斷是否出現鬼點現象；(c)若否，則回到步驟(a)；以及(d)若是，則針對出現鬼點現象附近的第一方向感應線和第二方向感應線，依序進行同相交錯激活，並對其偵測以獲得其上的全點式偵測資訊，消除該鬼點現象。
參照圖1，在沒有手指接觸二維式的電容式觸控板的時候，感應線X1、X2和X3的電容值分別為
CX1,no_finger =CX1,g +CX1,Y1 +CX1,Y2 +CX1,Y3 ，　式1
CX2,no_finger =CX2,g +CX2,Y1 +CX2,Y2 +CX2,Y3 ，　式2
CX3,no_finger =CX3,g +CX3,Y1 +CX3,Y2 +CX3,Y3 ，　式3
其中，CX1,g 表示感應線X1與接地端之間的耦合電容，CX1,Y1 、CX1,Y2 和CX1,Y3 分別表示感應線X1與感應線Y1、Y2、Y3之間的耦合電容，依此類推。若以同相訊號同時激活交錯的感應線X1和Y1並偵測感應線X1，由於感應線X1和Y1等電位，二者之間的耦合電容CX1,Y1 會被抵銷而無法量測到，此時偵測感應線X1可得
CX1,no_finger(Y1) ～CX1,no_finger -CX1,Y1 =CX1,g +CX1,Y2 +CX1,Y3 。　式4
參照圖2，當手指10接觸感應線X1和Y1的交點(X1,Y1)時，會在感應線X1上產生耦合電容變化ΔCX1,g 和ΔCX1,Y1 ，其中ΔCX1,g >0，ΔCX1,Y1 <0。如圖4所示，在手指16接觸感應線X1和Y1的交點(X1,Y1)時，將感應線Y1、Y2、Y3接地並依序對感應線X1、X2、X3充電做偵測，得到其電容值分別為
CX1,finger_on_X1 =CX1,g +CX1,Y1 +CX1,Y2 +CX1,Y3 +ΔCX1,g +ΔCX1,Y1 ，　式5
CX2,finger_on_X1 =CX2,g +CX2,Y1 +CX2,Y2 +CX2,Y3 ，　式6
CX3,finger_on_X1 =CX3,g +CX3,Y1 +CX3,Y2 +CX3,Y3 ，　式7
其中|ΔCX1,g |>|ΔCX1,Y1 |，故CX1,finger_on_X1 >CX1 ，感應線X2和X3的電容值未受手指16的影響，維持在原本的準位。
根據式4和式5，同時對感應線X1和Y1充電取得之無手指接觸的電容值CX1,no_finger(Y1) 小於有手指接觸的CX1,finger_on_X1 ，因此，本發明根據同相交錯激活無手指接觸得到的電容CX1,no_finger(Y1) 設定一基準值，提供給後續的運算判斷使用。參照圖5，將偵測到的感應線的電容值減去基準值，便可確認該處是否有手指存在，並據以轉換成感應值進行後續處理及座標定位。
接著，如圖6所示，對手指18所在處的感應線X1和Y1同相激活並偵測感應線X1，由於此時的感應線X1和Y1同相位，CX1,Y1 和ΔCX1,Y1 由於無法量測到而等於零，對感應線X1和Y1同相交錯激活，並偵測感應線X1獲得
CX1,finger_on_Y1(Y1) ～CX1,g +CX1,Y2 +CX1,Y3 +ΔCX1,g ，　式8
對感應線X1和Y2同相交錯激活，並偵測感應線X1獲得
CX1,finger_on_Y1(Y2) ～CX1,g +CX1,Y1 +CX1,Y3 +ΔCX1,g +ΔCX1,Y1 ，　式9
對感應線X1和Y3同相交錯激活，並偵測感應線X1獲得
CX1,finger_on_Y1(Y3) ～CX1,g +CX1,Y1 +CX1,Y2 +ΔCX1,g +ΔCX1,Y1 ，　式10
其中，ΔCX1,g >0，ΔCX1,Y1 <0,且|ΔCX1,g |>|ΔCX1,Y1 |。
當有兩隻手指接觸觸控板時，如圖7所示，依序對感應線X1和Y1、感應線X1和Y2、感應線X1和Y3同相激活，偵測感應線X1得到
CX1,finger_on_Y1Y3(Y1) ～CX1,g +CX1,Y2 +CX1,Y3 +2ΔCX1,g +ΔCX1,Y3 ，　式11
CX1,finger_on_Y1Y3(Y2) ～CX1,g +CX1,Y1 +CX1,Y3 +2ΔCX1,g +ΔCX1,Y1 +ΔCX1,Y3 ，　式12
CX1,finger_on_Y1Y3(Y3) ～CX1,g +CX1,Y1 +CX1,Y2 +2ΔCX1,g +ΔCX1,Y1 ，　式13
其中ΔCX1,g >0，ΔCX1,Y1 <0，ΔCX1,Y3 <0，且|ΔCX1,g |>|ΔCX1,Y1 |，|ΔCX1,g |>|ΔCX1,Y3 |。
圖8至圖10繪示手指對感應線X1造成的電容值變化。當沒有手指接近觸控板時，如圖8所示，感應線X1與感應線Y0、Y1、Y2、Y3和Y4相交處的電容值都極低；當一隻手指接近感應線X1和Y1的交點時，如圖9所示，在該交點造成耦合電容並促使感應線X1整體的電容值增加；當有兩隻手指接觸感應線X1時，如圖10所示，感應線X1整體的電容值更進一步升高，但仍在與感應線Y1和Y3的交點處出現明顯的峰值。由圖8至圖10及式4可知，在有手指接觸觸控板的狀態下，感應線X1上無論是接觸點或非接觸點的電容值都將大於無手指接觸時的感應線X1電容CX1,no_finger(Y1) ，且手指的數目越多，感應線X1上的基本電容值增加越多，因此，根據無手指接觸時的感應線X1的電容值CX1,no_finger(Y1) 決定的基準值最好隨手指數目的增加而增加。
除了設定基準值做為判斷標準外，將感應線X1上每個交點的兩條相交感應線同相交錯激活，並偵測感應線X1獲得每個交點的電容值，再根據該些交點電容值產生電容值變化曲線，亦可精確判斷手指位置，以二維式的感應器配置獲得與全點式感應架構相同的偵測能力。在二維式架構下，當多指接觸觸控板，如圖11所示，會產生鬼點26而難以判斷手指的實際位置，此時依序對感應線X1、Y1同相激活並偵測感應線X1，再對感應線X1、Y2同相激活並偵測感應線X1，對感應線X1、Y3同相激活並偵測感應線X1，便可獲得各交點(X1,Y1)、(X1,Y2)和(X1,Y3)的電容值，根據該些電容值產生感應線X1的電容值變化曲線22，即可得知有兩隻手指分別位於(X1,Y1)和(X1,Y3)；接著，再依序對感應線X2、Y1，感應線X2、Y2，和感應線X2、Y3同時充電並偵測感應線X2，同樣根據取得的電容值產生感應線X2的電容值變化曲線24，即可得知手指位於(X2,Y1)，並判斷出位置26無手指存在，為鬼點。
圖12係另一種在二維方向上定位手指位置的示意圖，對觸控板上每個交點進行前述之同相交錯激活和偵測，取得電容值後，以同心圓的方式繪示電容值，越內圈表示的電容值越高，並以該些同心圓的中心做為手指的質心，定位出所有手指的位置。
上述的定位方法雖然能在二維式架構下達成全點式偵測，但仍可能有增加資料運算量的缺陷，因此，本發明還提出數種混合型的電容式觸控板的定位方法，以習知的二維式偵測為基礎，在適當時機切換為全點式偵測，以低運算量獲得與習知全點式偵測般精確的位置資訊。
圖13係根據本發明之混合型電容式觸控板的定位方法的第一實施例，空白方塊表示以習知的二維式偵測方法獲得的幀，斜線方塊表示以本發明提出之全點式偵測獲得的幀，每做三次二維式偵測後做一次全點式偵測，如此一來不但能維持較低運算量，在出現鬼點時也能及時修正，判斷出正確的手指位置。在其他實施例中，設計者亦可根據需求調整二維式偵測幀和全點式偵測幀的混合方式。
圖14係根據本發明的混合型電容式觸控板的定位方法的第二實施例的流程圖，在步驟32開始後，先在步驟34進行二維式偵測取得運算資料，接著步驟36進行手指數目分析，步驟38判斷手指數目是否大於1，若否，則回到步驟34繼續取得下一幀的資料；若是，則進入步驟40進行全點式偵測，以獲得正確的手指位置，接著步驟42進行手指數目分析，步驟44判斷手指數目是否大於1，若是，則回到步驟40；若否，則回到步驟34，取得下一幀的資料。
圖15係根據本發明之混合型電容式觸控板的定位方法的第三實施例，虛線表示設置於其上的X方向感應線和Y方向感應線。在正常狀態下，電容式觸控板50皆以習知的二維式偵測工作，當出現鬼點狀況時，如圖15所示，則針對出現鬼點的感應線X5、X6、X13、X14和感應線Y3、Y4、Y9、Y10進行前述的全點式偵測，確定手指的實際接觸位置，消除鬼點現象。
本案申請人曾提出申請案號098100351和098105214兩篇專利申請案，詳述對電容式觸控板上相交錯的兩條感應線同時充電偵測的操作及原理，謹提供參考。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10．．．手指
12．．．手指
14．．．手指
16．．．手指
18．．．手指
20．．．手指
22．．．電容值變化曲線
24．．．電容值變化曲線
26．．．位置
32．．．開始
34．．．二維式偵測
36．．．手指數目分析
38．．．手指數目>1？
40．．．全點式偵測
42．．．手指數目分析
44．．．手指數目>1？
50．．．電容式觸控板
圖1係無手指接觸的二維式電容式觸控板的示意圖；
圖2係有手指接觸的二維式電容式觸控板的示意圖；
圖3係鬼點現象的示意圖；
圖4係偵測二維式電容式觸控板的感應線的電容值的示意圖；
圖5係手指定位的示意圖；
圖6係以同相交錯激活偵測單指觸控的示意圖；
圖7係以同相交錯驅動激活偵測雙指觸控的示意圖；
圖8至圖10係手指接觸造成的電容值變化的示意圖；
圖11係根據本發明之電容值變化曲線定位手指位置的示意圖；
圖12係以等位線定位手指位置的示意圖；
圖13係根據本發明之混合型電容式觸控板的定位方法的第一實施例；
圖14係根據本發明的混合型電容式觸控板的定位方法的第二實施例的流程圖；以及
圖15係根據本發明的混合型電容式觸控板的定位方法的第三實施例的示意圖。
16‧‧‧手指

Claims (6)

  1. 一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有第一感應線、第二感應線及第三感應線，該第一感應線分別與該第二感應線及該第三感應線相交形成第一交點及第二交點，該定位方法包括：(a)在第一狀態下同相激活該第一感應線及該第二感應線，偵測該第一感應線取得第一電容值；(b)根據該第一電容值設定一基準值；(c)在第二狀態下同相激活該第一感應線及該第二感應線，偵測該第一感應線取得第二電容值；(d)在該第二狀態下同相激活該第一感應線及該第三感應線，偵測該第一感應線取得第三電容值；以及(e)分別將該第二、第三電容值與該基準值比較以判斷物件位置；其中，在該第一狀態時，無物件接觸該電容式觸控板，在該第二狀態時，有物件接觸該電容式觸控板。
  2. 如請求項1之定位方法，其中該步驟(b)包括當接觸該觸控板的物件數目越多時，將該基準值設定的越高。
  3. 如請求項1之定位方法，其中該步驟(e)包括：若該第二電容值大於該基準值，判定該第一交點有物件接觸；若該第三電容值大於該基準值，判定該第二交點有物件接觸；以及若該第二及第三電容值皆大於該基準值，判定有第一物件及第二物件分別接觸該第一交點及該第二交點。
  4. 一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有複數條第一方向感應線及複數條第二方向感應線，該定位方法包括：(a)依序掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，產生二維式偵測幀；(b)同相交錯掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，獲得全點式偵測幀；以及(c)根據該二維式偵測幀及該全點式偵測幀，獲得該電容式觸控板上的物件接觸資訊。
  5. 一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有複數條第一方向感應線及複數條第二方向感應線，該定位方法包括循序執行下列步驟：(a)依序掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，獲得二維式偵測資訊；(b)偵測該電容式觸控板上的物件數目，並判斷該物件數目是否大於一；(c)若該物件數目小於或等於一，則回到步驟(a)；(d)若該物件數目大於一，則依序對該些第一方向感應線及該些第二方向感應線同相交錯驅動，並偵測獲得全點式偵測資訊；(e)再次偵測該電容式觸控板上的物件數目，並判斷該物件數目是否大於一；(f)若該物件數目小於或等於一，則回到步驟(a)；以及(g)若該物件數目大於一，則回到步驟(d)。
  6. 一種二維式架構的電容式觸控板的定位方法，該電容式觸控板具有複數條第一方向感應線及複數條第二方向感應線，該定位方法包括循序執行下列步驟：(a)依序掃瞄該些第一方向感應線及該些第二方向感應線，產生二維式偵測資訊；(b)根據該二維式偵測資訊判斷是否出現鬼點現象；(c)若否，則回到步驟(a)；以及(d)若是，則針對出現鬼點現象附近的第一方向感應線和第二方向感應線，依序進行同相交錯激活，並對其偵測以獲得其上的全點式偵測資訊，消除該鬼點現象。
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