TWI439909B - Baseline Value Setting and Calibration Method of Capacitive Touch Panel Capacitor - Google Patents

Description

電容式觸控面板電容基線值設定及校準方法

   本發明係有關於一種電容式觸控面板電容基線值設定及校準方法，尤指一種在觸控面板於進入閒置狀態一段時間後，具有自動對電容基線值進行重新校準的方法。

　 隨著蘋果電腦的iPhone智慧型手機所帶起的多點觸控顯示螢幕的熱潮，也逐漸地蔓延到一般的筆記型電腦及桌上型電腦，進而設計出具有多點觸控功能顯示螢幕的平板電腦及AIO(ALL IN ONE)觸控電腦，藉由其簡單而直覺性的操作介面，使得操作者可以很容易地直接經由顯示螢幕的畫面上進行畫面縮小、放大、旋轉、程式的點選及執行或多媒體檔案的播放等操作。
　 請參閱第1圖所示，係為電容式觸控面板的結構示意圖。電容式觸控面板1主要是在一玻璃面板10的表面蝕刻有多組X、Y軸驅動線12、14，X、Y軸驅動線12、14在玻璃面板10上是以陣列分佈在不同平面且相互垂直之方式所構成，並分別連接至一控制器進行控制，而每一條X、Y軸驅動線12、14交會點皆形成有一感應器18，當控制器16驅動電流流經該等X、Y軸驅動線12、14時，即可在X、Y軸驅動線12、14之間所交會的感應器18位置處形成一電容量，又稱寄生電容(parasitic capacitance)，當手指碰觸觸控面板1表面時，在觸碰位置處則會額外增加手指觸碰時所產生的電容量，又稱指觸電容(finger capacitance)，使得控制器16透過掃瞄X、Y軸驅動線12、14後，即可透過偵測觸碰位置的電容值變化量，進而確認手指在觸控面板1上的正確位置。
　 再者，觸控裝置在操作前，一般會皆要執行一電容基線值的設定程序，使得在觸控操作過程之中，能夠以該電容基線值作為一電容值比較的基準，用以判定觸控面板上所接收的電容值訊號，是否具為一有效的觸碰事件。請參閱第2圖所示，係為習知觸控裝置操作的流程。惟熟習該項技術人士應當瞭解，此流程中省略各種時序及記憶體儲存問題，該操作流程包括：步驟101中，啟動觸控裝置進行一初始化的作業，即於觸控裝置啟動後執行必要的偵測，以確認觸控裝置的正常運作；接著在步驟102中，觸碰裝置的控制器將會主動地分別掃瞄X、Y軸每一條驅動線，藉以偵測並取得每一個感應器的電容值；在下一步驟103中，依據剛剛所取得的電容值設定做為每一個感應器的電容基線值，並暫存於一記憶體中；接續在步驟104中，當觸控裝置設定好前述每一個感應器的電容基線值後，即可正常執行一觸控操作活動之偵測，偵測觸控裝置上是否有任何觸碰事件的發生；在步驟105中，當手指或任何帶有電容值的物體碰觸到觸控裝置上任一感應器上時，感應器將會偵測取得一量測電容值；在步驟106中，觸控裝置將此量測電容值與相對應於該感應器所事先暫存的電容基線值進行比對，判斷量測電容值是否高於該電容基線值，如判斷結果為是，則表示所偵測的量測電容值為一有效的觸碰事件，則結束觸控操作之偵測，並將結果(例如觸碰位置之座標)輸出至系統；如判斷結果為否，則表示為一非有效的觸碰事件，例如因誤觸或環境雜訊造成感應器電容值的改變，則重新回到步驟104重複執行下一次的觸控操作活動之偵測。
　 然而現有的現有觸控裝置具有下列的缺點：

1. 電容基線值的設定僅暫時儲存於隨機存取記憶體，故每當觸控裝置進行操作時，皆必須在初使化過程中重新執行一次X、Y軸驅動線的掃瞄，建立電容基線值的更新，以進行後續觸控操作的電容值比對，觸控裝置於初始化後所設定的電容基線值於觸控操作過程中並無自動更新的機制。
2. 初始化過程中觸控裝置，帶靜電容的物體停留在觸控面板表面上時，例如手指、導電體，或者觸控裝置放置在背景環境不佳的地方，例如環境溫、濕度過高或過低、環境電磁場過強的地方，可能使得初始設定的電容基線值實際上為失真的數據，或者當觸控裝置轉換不同環境或操作狀態時，原預設的電容基線值並無法因應當下的環境的需要或操作的狀態而即時更正，造成觸控裝置的靈敏度不佳，進而在觸控操作過程中無法正確地判斷觸控事件的發生。
3. 由於電容基線值是以暫存方式儲存在暫存記憶體中，故必須於觸控裝置的每一次初始化過程中重新執行一次X、Y軸驅動線的掃瞄，建立電容基線值的設定作業，故需耗費過多的系統資源及等待時間。

   因此，如何解決前述觸控裝置所存在的缺點已成為當前本領域具有通常知識者亟欲努力解決之目標。

   為了改善既有電容式觸控面板於設定及更新電容基線值方面的缺點，本發明提供一種 電容式觸控面板電容基線值設定及校準方法，主要係在一觸控裝置組裝於一主機上時，在首次初始化作業時，即進行電容基線值設定，並永久儲存於儲存裝置內，以便於在主機下一次初始開機後，觸控裝置即可直接讀取該電容基線值執行應用；另者，進一步提供在觸控操作的過程中，如果偵測觸控裝置持續經歷一段時間後無進行任何操作時，將自動執行電容基線值設定程序，藉以更新儲存於第一儲存裝置的電容基線值資料。

   為了達成前述之目的，本發明提出一種電容式觸控面板電容基線值設定方法，係應用於一電容式觸控裝置，其中該觸控裝置具有多組X、Y軸驅動線，且每一個該X、Y軸驅動線交會點皆形成有一感應器，該方法包括有下列步驟：
   於該觸控裝置初始化時執行一電容基線值設定程序；
   掃瞄X、Y軸每一條驅動線，分別偵測取得該感應器之一電容值；
   將取得電容值分別暫存於一第一儲存裝置；
   判斷掃瞄次數是否達到一門檻值，如判斷結果為是，進行至下一步驟；
   根據該等電容值計算取得一平均電容值；以及
   依據該平均電容值決定一電容基線值，並分別儲存於一第二儲存裝置。

   本發明另一方面提出了一種電容式觸控面板電容基線值校準方法，其係應用於電容式觸控面板電容基線值設定中，用以進行電容基線值之校準方法，該方法包括有下列步驟：
   啟動一觸控裝置；
   讀取儲存之該等電容基線值，並暫存至該第二儲存裝置；
   正常執行一觸控操作；
   判斷觸控操作活動是否停止一預設時間值T1；以及
   當判斷結果為是，重新執行該電容基線值設定程序。

茲為使　貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效能有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：
　 請參閱第3圖，係本發明觸控裝置執行電容基線值設定之流程圖。如圖所示，本發明提供一種電容基線值設定方法，主要係在一觸控裝置組裝於一主機上時，在首次初始化作業時，即進行電容基線值設定，並永久儲存於儲存裝置內，以便於在主機下一次初始開機後，觸控裝置即可直接讀取該電容基線值執行應用。其中該主機可以為任何配備有電容式觸控面板的電子產品，例如觸控電腦、平板電腦、智慧型手機、液晶電視、筆記型電腦或迷你電腦等電子產品，而該觸控面板主要是在一玻璃面板的表面蝕刻有多組X、Y軸驅動線，X、Y軸驅動線在玻璃面板上以陣列分佈在不同平面且相互垂直之方式所構成，並分別連接至一控制器進行控制，而每一條X、Y軸驅動線交會點皆形成有一感應器，當控制器驅動電流流經該等X、Y軸驅動線時，即可在X、Y軸驅動線之間所交會的感應器位置處形成一電容量，如第1圖所示。該設定方法之流程包括有：首先在步驟201中，於觸控裝置的初始化或產品初次開機時執行一電容基線值設定程序，為了使電容基線值的設定得到最有效的參考值，避免在設定過程中受到外界環境的干擾，在此流程中可以圖像或語音的方式發出警告文字或語音，藉以提醒操作者將手指或物品遠離觸控面板表面及周圍；在步驟202中，觸控裝置經由執行一預設軟體程序，發出一控制指令要求觸控裝置一控制器，針對觸控裝置的多個X、Y軸驅動線逐一進行掃瞄，分別偵測取得X、Y軸驅動線上每一個感應器的電容值；在步驟203中，將前述每一個感應器所偵測的電容值逐一暫存至一第一儲存裝置，其中該第一儲存裝置可選自為設置在觸控裝置或主機等硬體上之一隨機存取記憶體(Random Access Memory, RAM)，例如SRAM、DRAM或DDR SDRM等；在步驟204中，為了使得感應器電容值的偵測不致受到外在環境或人為的影響而造成失真，本設定方法除了可以僅掃瞄一次該X、Y軸驅動線，藉以偵測取得X、Y軸驅動線上每一個感應器的電容值，亦可預先設定一掃瞄次數的門檻值S，並在執行完步驟203後，進行判斷掃瞄次數已達到該預設值S，如果判斷結果為否，則回到步驟202，並繼續重新執行一次X、Y軸驅動線的掃瞄，並在下一個步驟203中，將偵測取得的電容值儲存於儲存裝置，但不覆蓋前次的電容值資料；反之，如判斷結果為是，則進入下一步驟205；在步驟205中，將每一個感應器所偵測取得的電容值予以適當的加總運算，再予以平均運算後，計算出每一個感應器的一平均電容值，例如，將每一個感應器偵測取得的電容值1-S予以相加總後，再除以門檻值S，即可得到該平均電容值；在下一個步驟206中，依據前一個步驟205中計算所得的平均電容值設定為一電容基線值，並將此電容基線值予以儲存或更新至一第二儲存裝置，其中該第二儲存裝置可選自為設置在觸控裝置或主機等硬體上之一唯讀記憶體(Read Only Memory, ROM)，例如：MASK ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory等；在下一個步驟207中，藉由該電容基線值決定每一個感應器的一電容高限值及一電容低限值，並將電容高限值及電容低限值分別儲存至第二儲存裝置，其中電容高限值及電容低限值決定的方法，主要是以電容基線值分別去加減一預設電容值C_a 、C_b ，以分別計算求出電容高限值及電容低限值，而該預設電容值C_a 、C_b 可以為觸控裝置於出廠時即已內存設定的預設值，或是由使用者依據使用經驗而透過及執行一操作視窗介面來自行設定，其中該預設電容值C_a 、C_b 最佳者是以該電容基線值的固定比例值來做設定，算式如下：
　　 C_a =電容基線值 × P %，
　　 C_b =電容基線值 × Q %，
其中該P、Q 分別可以依據需要被界定在1～20之間，至此完成電容基線值之設定方法。
　 請參閱第4圖所示，係本發明觸控裝置操作及校準電容基線值之流程圖。在此流程中包括兩種偵測步驟：一第一偵測步驟A及一第二偵測步驟B；本實施例為了防止事先設定的電容基線值，在操作過程中因環境的變化或操作上的人為因素而造成電容基線值的偏離，因此在觸控操作的過程中，如果偵測觸控裝置持續經歷一段時間後無進行任何操作時，即可自動再一次執行電容基線值設定程序，藉以更新儲存於第一儲存裝置的電容基線值資料，如第一偵測步驟A。又，本實施例在觸控操作的過程中，將會週期性的偵測各感應器的電容值，並與電容高限值及電容低限值進行比對，以便於當比對結果不符合預設條件時，重新執行電容基線值設定程序，如第二偵測步驟B。接著詳細介紹本流程如後：在步驟301中，當主機電源開關打開啟動觸控裝置後，進入下一步驟302；在步驟302中，觸控裝置將會先讀取儲存在第一儲存裝置且相對應於各感應器的電容基線值，並將其暫存至第二儲存裝置內，完成設定並進入下一步驟；在步驟303中，觸控裝置開始正常執行一觸控操作，藉由偵測觸控裝置的任一感應器是否有偵測任何電容值的改變，以便於該感應器預設之電容基線值進行比對，以判斷是否為有效的觸碰事件，如為有效的觸碰事件則將觸控點的資訊傳遞至主機，如否則忽略此一觸碰事件，並繼續進行偵測下一次的觸碰事件，惟此一步驟內容因屬習知技術，於此不多贅述；在下一步驟304中，將週期性地偵測觸控裝置的觸控操作活動是否停止一預設時間門檻值T1，如判斷結果為否，則回到步驟303持續執行觸控操作，如判斷結果為是，則進入下一步驟305；在步驟305中，當在步驟304中判斷觸控操作活動已停止預設時間值，則重新執行一次電容基線值設定程序(步驟201～207)，藉以校準電容基線值的正確性，如此即可利用觸控裝置進入至閒置狀態下時，可以根據當時的操作環境及狀況，即時重新更新電容基線值，避免電容基線值因操作環境及狀況的改變而形成偏離，造成觸控裝置靈敏度的降低；再者，在本步驟中所重新執行的電容基線值設定程序(步驟201～207)，大致上與觸控裝置初次設定電容基線值設定程序內容相同，僅在於步驟206及207中，所決定的電容基線值、電容高限值及電容低限值可以選擇僅暫時儲存於第一儲存裝置，而不需要永久儲存於第二儲存裝置中。
　 在步驟303之後，將同時執行另一偵測步驟，藉以判斷是否重新執行電容基線值設定程序(步驟201～207)，在步驟306中，觸控裝置於正常執行觸控操作的過程將會週期性的掃瞄X、Y軸每一條驅動線，藉以分別偵測取得每一個感應器的一偵測電容值，並進入至下一步驟；請參閱第5A~5C圖所示，分別係本發明觸控面板偵測電容值的取樣示意圖。在本示意圖中，橫軸代表時間，縱軸代表偵測電容值，一般而言，觸控面板操作過程仍會持續遭致到溫度或其他環境因素的影響，甚至是手指或其他帶有靜電容物體長期放置於觸控面板上，而使得感應器上所偵測取樣的偵測電容量會隨著時間而變動，在正常情況下，當偵測電容值的變動量維持在電容上限值及電容下限值之範圍內，代表其所遭受到外在環境的影響不太大，觸控面板的系統效能或感應的靈敏度仍可維持其穩定性，如第5A圖所示，因此在此請況下觸控裝置並不會主動重新執行電容基線值設定程序；但是當觸控面板受到外在環境的影響，例如具有過多的正負靜電容物體停放在觸控面板一段時間，或是觸控面板受到溫度或其他環境因素而使得觸控面板上持續維持過高或過低的電容值時，如第5B、5C圖所示，則代表觸控面板的將因為偵測電容值持續維持著過大或過小的狀況，而造成系統效能或感應的靈敏度相對地降低，而會影響觸控面板正常的操作，而為了避免上述這類情形發生，因此在步驟307中，觸控裝置將會在執行觸控操作的過程中，以週期性偵測的方式，偵測及判斷電容值是否持續超過電容高限值一預設時間門檻值T2或持續低過電容低限值一預設時間門檻值T3，如判斷結果有任一條件成立，則進入至步驟305，以重新執行電容基線值設定程序(步驟201～207)，當判斷結果無任一條件成立，則回到步驟303正常執行一觸控操作。
   藉由上述說明可知，本發明具有下列的優點：

1. 由於本發明於 觸控裝置組裝於一主機上時，即已事先進行該電容基線值之初次設定，並永久儲存於第二儲存裝置內，故觸控裝置在往後的開機過程中不需要重複進行電容基線值的設定，以避免設定過程中遭受周圍環境或人為因素影響，造成電容基線值的設定值不穩定，而致感應靈敏度不佳。
2. 觸控裝置可以因應周圍環境及操作狀態利用操作閒置的過程進行電容基線值的校準，藉以提高觸控操作的靈敏度。
3. 觸控裝置可以經由週期性 偵測取得每一個感應器的偵測電容值，藉此判斷偵測電容值的變動量是否維持在電容上限值及電容下限值之範圍內，以便於即時 進行電容基線值的校準，藉以提高觸控操作的靈敏度。

　惟本發明雖已於前述實施例中所揭露，但並不僅限於前述實施例中所提及之內容，在不脫離本發明之精神和範圍內所做之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
　綜上所述，本發明已具備顯著功效增進，並符合發明專利要件，爰依法提出申請。

1．．．觸控裝置

10．．．玻璃面板

12．．．X軸驅動線

14．．．Y軸驅動線

16．．．控制器

18．．．感應器

A．．．第一偵測步驟

B．．．第二偵測步驟

101~106．．．習知觸控裝置操作的流程

201~207．．．電容基線值設定流程

301~307．．．電容基線值校準流程

第1圖係為電容式觸控面板的結構示意圖。
第2圖係為習知觸控裝置操作的流程。
第3圖係本發明觸控裝置執行電容基線值設定之流程圖。
第4圖係本發明觸控裝置操作及校準電容基線值之流程圖。
第5A~5C圖分別係本發明觸控面板偵測電容值的取樣示意圖。

201~207．．．電容基線值設定流程

Claims (6)

1. 一種電容式觸控面板電容基線值設定方法，係應用於一電容式觸控裝置，其中該觸控裝置具有多組X、Y軸驅動線，且每一個該X、Y軸驅動線交會點皆形成有一感應器，該方法包括有下列步驟：
     於該觸控裝置初始化時執行一電容基線值設定程序；
     掃瞄X、Y軸每一條驅動線，分別偵測取得該感應器之一電容值；
     將取得電容值分別暫存於一第一儲存裝置；
     判斷掃瞄次數是否達到一門檻值，如判斷結果為是，進行至下一步驟；
     根據該等電容值計算取得一平均電容值；以及
     依據該平均電容值決定一電容基線值，並分別儲存於一第二儲存裝置。
2. 如申請範圍第1項所述之電容式觸控面板電容基線值設定方法，更包括有下一步驟：
     依據該平均電容值決定一電容高限值及一電容低限值，並儲存至該第二儲存裝置。
3. 一種電容式觸控面板電容基線值校準方法，其係應用在申請專利範圍第1項電容式觸控面板電容基線值設定方法中，用以進行電容基線值之校準方法，該方法包括有下列步驟：
     啟動一觸控裝置；
     讀取儲存之該等電容基線值，並暫存至該第二儲存裝置；
     正常執行一觸控操作；
     判斷觸控操作活動是否停止一預設時間值T1；以及
     當判斷結果為是，重新執行該電容基線值設定程序。
4. 如申請範圍第3項所述之電容式觸控面板電容基線值校準方法，更包括有下一步驟：
     依據該平均電容值決定一電容高限值及一電容低限值。
5. 如申請範圍第4項所述之電容式觸控面板電容基線值校準方法，其更包括有下列步驟：
     掃瞄X、Y軸每一條驅動線，分別偵測取得該等感應器之一偵測電容值；
     判斷電容值是否持續超過電容高限值一預設時間門檻值T2或持續低過電容低限值一預設時間門檻值T3；
     當判斷結果有任一條件成立，重新執行該電容基線值設定程序。
6. 一種電容式觸控面板電容基線值校準方法，其係應用在申請專利範圍第2項電容式觸控面板電容基線值設定方法中，用以進行電容基線值之校準方法，該方法包括有下列步驟：
     啟動一觸控裝置；
     讀取儲存之該等電容基線值，並暫存至該第二儲存裝置；
     正常執行一觸控操作；
     掃瞄X、Y軸每一條驅動線，分別偵測取得該等感應器之一偵測電容值；
     判斷電容值是否持續超過電容高限值一預設時間門檻值T2或持續低過電容低限值一預設時間門檻值T3；以及
     當判斷結果有任一條件成立，重新執行該電容基線值設定程序。