TWI444863B - 檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法及裝置 - Google Patents

Description

檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法及裝置

本發明係有關於觸摸面板，特別有關於檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法及裝置。

觸摸面板現已廣泛應用於便攜裝置中。舉例來說，觸摸面板可通過顯示器或指紋識別器(fingerprint reader)的方式來實作，其中顯示器或指紋識別器可應用在個人數位助理(Personal Digital Assistant，以下簡稱為PDA)與膝上型電腦中。特別地，類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，以下簡稱為ADC)用於將觸摸面板上不同位置的信號分別轉換為數位值以檢測用戶是否觸摸到觸摸面板。依據先前技術的方法，用戶觸摸在觸摸面板上的位置可藉由檢測數位值的最大值來決定。更特別的是，在先前技術方法的教導中，對應於ADC輸出的最大值的位置實質上就是用戶觸摸在習知觸摸面板上的位置。

在先前技術所提供的體系下，每一個ADC需要一個很大的動態範圍以檢測數位值的可能最大值，從而會增加相關成本。實際上，如果任何一個ADC沒有對信號進行足夠的線性轉換，都會降低上述檢測的精確度。因此，每一個ADC還需要一個很大的線性區域。

由於ADC的嚴格需求，如很大的動態範圍與很大的線性區域，使得配備有習知觸摸面板的便攜裝置的整體成本難以進一步降低。因此，需要一種新穎的方法及相關裝置來解決先前技術的問題。

有鑒於此，本發明的目的之一在於提供一種檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法及裝置，以解決上述技術問題。

本發明之一實施例提供一種檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，包含有：獲取觸摸面板之第一方向的多個幾何差異(geometric difference)，其中第一方向之多個幾何差異的每一者代表觸摸面板之第一方向上多個位置中兩個位置的耦合量(coupling amount)之間的差異；以及分析第一方向之多個幾何差異以獲得至少一分析結果，其中至少一分析結果包含有代表用戶是否在一個或多個地方觸摸了觸摸面板的資訊。

本發明之另一實施例提供一種檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，包含有：類比數位轉換模組，用於對觸摸面板之第一方向上多個位置的耦合量執行類比數位轉換；以及處理單元，用於獲取第一方向之多個幾何差異，以及分析第一方向之多個幾何差異以獲得至少一分析結果，其中第一方向之多個幾何差異的每一者代表觸摸面板之第一方向上多個位置中兩個位置的耦合量之間的差異，以及至少一分析結 果包含有代表用戶是否在一個或多個地方觸摸了觸摸面板的資訊。

本發明所提供之方法及裝置與先前技術相比較，其有益效果包括：藉由獲取幾何差異並對其進行分析，類比數位轉換可具有較小的動態範圍與線性區域，從而降低了相關成本，同時仍能具有較好的檢測精確度。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。

以下係根據多個圖式對本發明之實施例進行的詳細描述，本領域習知技藝者閱讀後應可明確了解本發明之目的。

第1圖係為依據本發明第一實施例之檢測觸摸面板80上的用戶觸摸的裝置100的示意圖。如第1圖所示，利用虛線象徵性地示意了觸 摸面板80的傳感結構的至少一部分，如設置在虛線交叉處的觸摸傳感器。第1圖所示的傳感結構的數目與排列方式僅用於闡釋本發明之目的，並非用於限制本發明的範圍。此外，本實施例的傳感結構(如觸摸傳感器)可耦接至包含開關與電容器(如第1圖中所示耦接於端點10-0,10-1,10-2,...,10-(N-3),10-(N-2),10-(N-1)以及10-N的開關與電容器)的中間電路。在上述中間電路中，開關與電容器係用來選擇性地儲存從傳感結構獲得的觸摸面板80的耦合量(coupling amount)。因此，裝置100可對耦合量進行檢測以決定觸摸面板80上的用戶觸摸。

依據本實施例，裝置100包含類比數位轉換模組110與處理單元(如控制器120)。此外，類比數位轉換模組110包含多個類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，以下簡稱為ADC)，如包含112-1,112-2,...,112-(N-2),112-(N-1)以及112-N的第一組ADC。其中每一個ADC耦接於第1圖所示端點10-0,10-1,10-2,...,10-(N-3),10-(N-2),10-(N-1)以及10-N的其中兩個，而不是耦接至單一端點。

第2圖顯示了依據本發明之一實施例應用在檢測觸摸面板(如觸摸面板80)上的用戶觸摸的方法中的幾何差異(geometric difference)的示例概況(profile)，其中也顯示了藉由減去無觸摸平均值(non-touching average)而獲得的一種概況，以做比較之用。此方法可應用於第1圖所示的裝置100，藉由裝置100來實作。因此，上述方法首先依據第一實施例進行描述。

類比數位轉換模組110對觸摸面板80第一方向(如本實施例中垂 直方向)上的多個位置的耦合量執行類比數位轉換。請注意，上述耦合量代表用戶以多大力氣觸摸在觸摸面板80上。實作上可利用一些電子特性(如電感值或電壓值)來表示耦合量。

本實施例中的處理單元(即控制器120)利用類比數位轉換模組110來檢測用戶的觸摸，以得到第一方向的多個幾何差異。為了實現檢測操作，如觸摸面板80的垂直方向的檢測操作，首先選擇垂直行(column)中的多個傳感結構(以虛線示出)，然後藉由類比數位轉換模組110通過觸摸面板80水平方向的導線(wire)分別進行檢測。

本實施例中，第一方向(如垂直方向)的每一幾何差異代表觸摸面板80的第一方向上的多個位置中兩個位置的耦合量之間的差異。

在一個實作例子中，可利用端點10-0,10-1,...,10-N上的電壓位準V₀,V₁,...,V_N來代表第一方向的相應位置的耦合量。依據本實施例方法的第一策略，兩個位置與觸摸面板80的兩個緊鄰的(adjacent)觸摸傳感器相關，其中這兩個緊鄰的觸摸傳感器之間的實體距離不必等同於緊鄰的顯示畫素之間的實體距離，上述顯示畫素關乎觸摸面板80的顯示解析度。更特別的是，本實施例中，這兩個緊鄰的觸摸傳感器之間的實體距離可大於緊鄰的顯示畫素之間的實體距離。因此，幾何差異可表示為(V_n-V_n-1)，其中n=1,2，...，或N。(V_n-V_n-1)的表示法將在下文進一步解釋。

由於類比數位轉換模組110中的線路設計，ADC 112-1,112-2,..., 112-N對第一方向的上述多個位置的耦合量差動地執行類比數位轉換以產生多個數位值。換言之，本實施例中，上述ADC中的每一個(以下表示為112-J，其中J=1,2,...,N)利用上述耦合量中的兩個作為其差動輸入，並對這兩個耦合量執行類比數位轉換以產生上述數位值之一。因此，本實施例的處理單元(即控制器120)分別將這些數位值作為幾何差異，如上述例子中表示為(V_n-V_n-1)的幾何差異。

依據本實施例，控制器120分析第一方向的這些幾何差異以相應地獲得至少一分析結果，並通過結果信號Sr輸出分析結果。此處，結果信號Sr所載有的分析結果包含有代表用戶是否在一個或多個地方觸摸了觸摸面板80的資訊。更特別的是，分析結果可進一步包含第一方向的上述一個或多個地方的至少一位置的坐標值。

請注意，在以上描述中，“地方”係特別用來描述用戶觸摸了觸摸面板80的何處，以防止意義不明確並與“位置”相區分。當用戶用指尖觸摸觸摸面板80時，其觸摸在觸摸面板80上的“地方”可能是一個區域，當用戶用筆觸摸觸摸面板80時，其觸摸在觸摸面板80上的“地方”可能實質上是一個點，依據本實施例，裝置100檢測到的位置應該落在上述一個或多個地方之內。

請參照第2圖，最上端的概況(標示為“原始概況”)分別代表端點10-0,10-1,...,10-N上的各個電壓位準V₀,V₁,...,V_N的原始概況。下一概況(標示為“藉由減去無觸摸平均值而獲得的概況”)顯示了先前技術的一種方法，此方法仍然要求每一ADC都具有很大的動態範圍 與很大的線性區域以獲得此概況，且需要複雜的處理電路。

標示為“幾何差異(V_n-V_n-1)的概況”的第三個概況係依據本實施例方法的第一策略而獲得。依據本實施例，通過控制器120的分析，將極性發生改變的位置實質上定義為用戶觸摸的位置。更具體地說，用戶觸摸的位置是指一個正幾何差異(第2圖中表示為“+”)、一個負幾何差異(第2圖中表示為“-”)或以上兩者所在的位置，此位置與極性變化相關，極性變化可以是從正變負或從負變正。如第2圖所示，當用戶觸摸了觸摸面板80的兩個地方時，控制器120藉由找到極性變化發生的位置來分析第一方向上的幾何差異，以獲得分析結果。

關於第2圖所示的第三個概況，請注意，在本例中，對幾何差異的分析可基於從正到負的極性變化，如對應於第三個概況中的負溢出(slop)。這一分析規則是很實用的，如兩個手指在觸摸面板80上很靠近的時候。依據本實施例，由於幾何差異以(V_n-V_n-1)而不是(V_n-1-V_n)來計算，只有在遇到第三個概況的負溢出的時候，控制器120才將極性變化發生的位置決定為用戶觸摸在觸摸面板80上的位置。類似地，如果幾何差異以(V_n-1-V_n)計算，對幾何差異的分析可基於從負到正的極性變化，如對應於第三個概況中的正溢出。因此，控制器120通過結果信號Sr輸出分析結果，其中分析結果可進一步包含對應於用戶觸摸在觸摸面板80上的兩個位置的坐標值。

與第二個概況相比較，第三個概況表明本發明實施例的方法需要較小的類比數位轉換的動態範圍，因此可降低相關成本并減少占用面 積。此外，依據本實施例方法第一策略的ADC(如112-1,112-2,...,112-N)僅在零交越位準(如第三個概況中水平虛線顯示的位置)附近需要線性轉換。換言之，本實施例的方法不要求每一個ADC都具有很大的線性區域，但仍具有很好的檢測精確度。

與先前技術相反，本發明實施例所提供的方法和裝置不需要計算無觸摸平均值(即沒有手指觸摸觸摸面板80時的平均位準)，也不需要從每一數位值中減去無觸摸平均值。因此大大降低了處理負載。此外，因為無觸摸平均值很容易因應於不同的條件(如溫度、濕度或觸摸面板80的使用時間)發生變化，先前技術必須對無觸摸平均值進行校準。然而，無論遇到何種條件，本實施例可移除決定是否要減去無觸摸平均值的問題，因此與先前技術相比較，本實施例的方法和裝置的效能均可得到顯著提升。

為簡潔起見，僅繪示了垂直方向上的第一組ADC 112-1,112-2,...,112-N及其至端點10-0,10-1,...,10-N的導線(wiring)。水平方向上的第二組ADC及其導線類似於垂直方向，因此未顯示在第1圖中。

可選地，依據第一實施例的變化情形，第一組ADC 112-1,112-2,...,112-N以及第二組ADC可實作於同一個類比數位轉換模組110中，而不是如上文所述分別實作於兩個類比數位轉換模組中。

上述操作除了應用在垂直方向之外，類似的操作也可用於水平方向，以下將作簡述。

依據本實施例，包含水平方向的第二組ADC的另一類比數位轉換模組用於對觸摸面板的第二方向上的多個位置的耦合量進行類比數位轉換，本實施例中第二方向為水平方向。

本實施例的控制器120更利用水平方向的類比數位轉換模組檢測用戶的觸摸，以獲得第二方向的多個幾何差異。依據本實施例，第二方向的幾何差異的每一者代表觸摸面板80的第二方向上多個位置中兩個位置的耦合量之間的差異。另外，控制器120分析第二方向的幾何差異以獲得至少一分析結果，並通過結果信號Sr輸出此分析結果。類似地，結果信號Sr所載有的分析結果進一步包含第二方向的上述一個或多個地方的至少一位置的坐標值。

總體來說，依據第一實施例的不同變化情形，上述兩個位置可與觸摸面板80上兩個鄰近但不緊鄰的觸摸傳感器相關。舉例來說，依據本實施例方法的第二策略，上述幾何差異中的一個可表示為(V_n-V_n-2)，其中n=2,3，...，或N。依據本實施例方法的第三策略，上述幾何差異中的一個可表示為(V_n-V_n-2)，其中n=2,4,6，...，等等。

請再次參照第2圖，最下端的概況(標示為“幾何差異(V_n-V_n-2)的概況”)係依據本實施例方法的策略之一而獲得。類似地，最下端的概況同樣表明此方法不需要每一ADC都具有很大的動態範圍或很大的線性區域。最下端的概況典型地發生在依據本發明的一些簡化或特殊應用中。如，不需要很精確地檢測用戶觸摸位置的情況，或兩緊鄰 觸摸傳感器的耦合量之間的差異難以區分的情況。此外，為了達到較好的檢測精確度，可校準用戶觸摸位置與極性變化發生位置之間的輕微偏移。為了簡潔起見，對於其他策略的類似描述不再重複。

第3圖係為依據本發明第二實施例之檢測觸摸面板(如觸摸面板80)上的用戶觸摸的裝置200的示意圖。如上文第一實施例所述，端點10-0,10-1,...,10-N上的電壓位準V₀,V₁,...,V_N可分別代表第一方向的相應位置的耦合量。

如第3圖所示，類比數位轉換模組210包含ADC，如高速ADC 212，更包含多工器218。高速ADC 212分別對第一方向的多個位置的耦合量時分地執行類比數位轉換，以產生多個數位值。

更特別的是，多工器218依次選擇第一方向的多個位置的耦合量中的一個或兩個。在一個例子中，通過來自控制器220的選擇信號Ss，多工器218選擇(如多工傳輸)其中的兩個耦合量，並將所選擇的兩個耦合量輸出到高速ADC 212。然後，高速ADC 212對所選擇的兩個耦合量執行類比數位轉換以產生數位值之一。因此，本實施例的處理單元(即控制器220)以數位值作為幾何差異。

另一例子中，通過來自控制器220的選擇信號Ss，多工器218選擇其中一個耦合量作為所選擇的耦合量，並將所選擇的耦合量輸出到高速ADC 212。然後，高速ADC 212對所選擇的耦合量執行類比數位轉換以產生數位值之一。因此，本實施例的處理單元(即控制器220) 分別計算數位值之間的差異以產生幾何差異。本例中，控制器220將數位值之間的差異分別作為幾何差異。

請注意，在從高速ADC 212接收全部數位值之前，本實施例的處理單元(即控制器220)便可開始產生幾何差異並開始對其進行分析以加速裝置200的效能。此外，方法的不同策略(如上述的第一、第二以及第三策略)均可適用於本實施例的裝置200。

依據第二實施例，同樣的類比數位轉換模組210可用於水平方向的處理。依據第二實施例的變化情形，兩個同樣的類比數位轉換模組210可集成於同一個模組中，其中此變化情形的多工器218依次選擇全部耦合量中的一個或兩個，此處的全部耦合量包括第一方向上的多個位置的耦合量以及第二方向上的多個位置的耦合量。此外，此方法的不同策略(如上述的第一、第二以及第三策略)均可應用於此變化情形的裝置200。為簡潔起見，此處不再贅述。

請注意，如上文所述類似，用戶觸摸在觸摸面板80上的位置可藉由決定零交越點來檢測。然而，此僅用來說明本發明的原理，並非用於限定本發明。關於檢測用戶觸摸在觸摸面板80上的位置的其他實作選擇均可適用於上述實施例的變化情形。舉例來說，將耦合量與閾值位準作比較也是可行的。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何習知技藝者可依據本發 明之精神輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。

80‧‧‧觸摸面板

100、200‧‧‧裝置

110、210‧‧‧類比數位轉換模組

120、220‧‧‧控制器

10-0~10-N‧‧‧端點

112-1~112-N‧‧‧ADC

212‧‧‧高速ADC

218‧‧‧多工器

第1圖係為依據本發明第一實施例之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置的示意圖。

第2圖顯示了依據本發明之一實施例應用在檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法中的幾何差異的示例概況，其中也顯示了藉由減去無觸摸平均值而獲得的一種概況，以作比較之用。

第3圖係為依據本發明第二實施例之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置的示意圖。

80‧‧‧觸摸面板

100‧‧‧裝置

110‧‧‧類比數位轉換模組

120‧‧‧控制器

10-0~10-N‧‧‧端點

112-1~112-N‧‧‧ADC

Claims (20)

1. 一種檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，該方法包含：獲取該觸摸面板之一第一方向的多個幾何差異，其中該第一方向之該些幾何差異的每一者代表該觸摸面板之該第一方向上多個位置中兩個位置的耦合量之間的一差異；分析該第一方向之該些幾何差異以獲得至少一分析結果，包含：根據對應於該觸摸面板之該第一方向上多個位置中的兩個不同位置的幾何差異的極性，找到極性變化發生的位置；其中該至少一分析結果包含有代表該用戶是否在一個或多個地方觸摸該觸摸面板的資訊；以及將極性發生改變的位置實質上定義為用戶觸摸的位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中該兩個位置與該觸摸面板之兩個鄰近的觸摸傳感器相關。
3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中該兩個位置與該觸摸面板之兩個緊鄰的觸摸傳感器相關。
4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中獲取該觸摸面板之該第一方向的該些幾何差異的步驟更包含：分別對該第一方向的該些位置的該些耦合量差動地執行類比數位轉換，以產生多個數位值；以及分別利用該些數位值來作為該些幾何差異。
5. 如申請專利範圍第4項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中分別對該第一方向的該些位置的該些耦合量差動地執行類比數位轉換以產生該些數位值的步驟更包含：利用該些位置的該些耦合量中的兩個耦合量作為一類比數位轉換器的差動輸入；以及利用該類比數位轉換器對該兩個耦合量執行類比數位轉換以產生該些數位值之一者。
6. 如申請專利範圍第1項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中獲取該觸摸面板之該第一方向的該些幾何差異的步驟更包含：分別對該第一方向的該些位置的該些耦合量時分地執行類比數位轉換，以產生多個數位值；以及分別計算該些數位值之間的差異以產生該些幾何差異。
7. 如申請專利範圍第6項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中分別對該第一方向的該些位置的該些耦合量時分地執行類比數位轉換以產生該些數位值的步驟更包含：依次選擇該第一方向的該些位置的該些耦合量之至少一者；以及對所選擇的耦合量時分地執行類比數位轉換，以產生該些數位值之一者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中該至少一分析結果包含該第一方向上該一個或多個地方之至 少一位置的坐標值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，更包含：獲取該觸摸面板之一第二方向的多個幾何差異，其中該第二方向之該些幾何差異的每一者代表該觸摸面板之該第二方向上多個位置中兩個位置的耦合量之間的一差異；以及分析該第二方向之該些幾何差異，以獲得該至少一分析結果。
10. 如申請專利範圍第9項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的方法，其中該至少一分析結果包含該第二方向上該一個或多個地方之至少一位置的坐標值。
11. 一種檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，該裝置包含：一類比數位轉換模組，用於對該觸摸面板之一第一方向上多個位置的耦合量執行類比數位轉換；以及一處理單元，用於獲取該第一方向之多個幾何差異，以及根據對應於該觸摸面板之該第一方向上多個位置中的兩個不同位置的幾何差異的極性，找到極性變化發生的位置，其中該第一方向之該些幾何差異的每一者代表該觸摸面板之該第一方向上該些位置中兩個位置的耦合量之間的一差異，並將極性發生改變的位置實質上定義為用戶觸摸的位置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的 裝置，其中該兩個位置與該觸摸面板之兩個鄰近的觸摸傳感器相關。
13. 如申請專利範圍第11項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該兩個位置與該觸摸面板之兩個緊鄰的觸摸傳感器相關。
14. 如申請專利範圍第11項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該類比數位轉換模組包含：多個類比數位轉換器，用於分別對該第一方向的該些位置的該些耦合量差動地執行類比數位轉換，以產生多個數位值；其中該處理單元分別利用該些數位值來作為該些幾何差異。
15. 如申請專利範圍第14項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該些類比數位轉換器之每一者利用該些位置的該些耦合量中的兩個耦合量作為該類比數位轉換器的差動輸入；以及對該兩個耦合量執行類比數位轉換以產生該些數位值之一者。
16. 如申請專利範圍第11項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該類比數位轉換模組包含：一類比數位轉換器，用於分別對該第一方向的該些位置的該些耦合量時分地執行類比數位轉換，以產生多個數位值；其中該處理單元分別計算該些數位值之間的差異以產生該些幾何差異。
17. 如申請專利範圍第16項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的 裝置，其中該類比數位轉換模組更包含：一多工器，用於依次選擇該第一方向的該些位置的該些耦合量之至少一者；其中該類比數位轉換器對所選擇的耦合量執行類比數位轉換，以產生該些數位值之一者。
18. 如申請專利範圍第11項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該至少一分析結果包含該第一方向上該一個或多個地方之至少一位置的坐標值。
19. 如申請專利範圍第11項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該類比數位轉換模組更對該觸摸面板之一第二方向的多個位置的耦合量執行類比數位轉換；該處理單元利用該類比數位轉換模組來檢測用戶觸摸，以獲取該第二方向之多個幾何差異；其中該第二方向之該些幾何差異之每一者代表該觸摸面板之該第二方向上該些位置中兩個位置的耦合量之間的一差異，以及該處理單元分析該第二方向之該些幾何差異以獲得該至少一分析結果。
20. 如申請專利範圍第19項所述之檢測觸摸面板上的用戶觸摸的裝置，其中該至少一分析結果包含該第二方向上該一個或多個地方之至少一位置的坐標值。