TWI460632B

TWI460632B - 觸控點偵測方法

Info

Publication number: TWI460632B
Application number: TW101130287A
Authority: TW
Inventors: Yu Chi Kang; Yung Chih Wu
Original assignee: Au Optronics Corp
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-11-11
Also published as: CN102915150A; TW201409299A; CN102915150B

Description

觸控點偵測方法

本發明是有關於一種觸控點偵測方法，且特別是有關於一種非數值運算類型的觸控點偵測方法。

觸控面板的設計原理是在面板上設計多個感測單元，且當感測單元被以特定的方式觸碰時會產生物理變化。舉例來說，當使用光照方式來進行感測時，一旦有物品靠近觸控面，則感測單元所接收到的光通量就可能有所改變；若使用按壓方式來進行感測，則當物品按壓到觸控面時，感測單元就可能產生形變，或者會因為感測單元與觸控面之間的相對距離改變而造成電容量產生變化。在發現感測單元有物理量變化的時候，這些物理量變化通常會被轉換為電子訊號而傳遞到處理器進行對應的計算；甚至進一步利用演算法，將觸碰的面積資訊提供給後端模組進行與使用者互動方式的設計。

然而，無論是物理量變化本身、對於物理量變化的偵測以及在電子訊號傳遞的過程中，都有可能產生各類的雜訊而影響到觸碰面積的判斷，甚至可能造成誤報觸碰點的狀況。有鑑於此，採用差動(differential)來消除雜訊的方式就因應而生。在利用差動來消除雜訊的過程中，會把相鄰的感測單元的輸出訊號兩兩相減，藉此將共模(common)雜訊去除，因此可以排除共模雜訊所造成的影響。然而，在某些特定的情況，差動技術並無法有效地消除雜訊的影響。例如，在使用內嵌式(in-cell)感測單元的觸控面板時，隨著感測單元的排列方式、畫面的顯示內容以及畫素驅動時的極性設計等因素的變化，對於內嵌式感測單元的輸出訊號都會產生不同的影響。

如圖1A與圖1B所示，圖1A為差動訊號的示意圖，圖1B則是由圖1A的差動訊號還原而得的感測訊號的示意圖。其中，整體差動訊號X與整體感測訊號S分別包含n個差動訊號與n個感測訊號，X₀ 、X_a 、X_b 與X_n 分別表示第0個、第a個、第b個與第n個差動訊號，而S₀ 、S_a 、S_b 與S_n 分別表示第0個、第a個、第b個與第n個感測訊號。整體差動訊號X與整體感測訊號S之間的關係滿足以下公式：S_y =S_y-1 +X_y

因此，在整體差動訊號X本身沒有雜訊干擾的時候，可以還原正確的整體感測訊號S。然而，一旦在整體差動訊號X中出現了雜訊，則還原的整體感測訊號S就會出現問題。請參考圖1C與圖1D，圖1C顯示在差動訊號Xa之前出現了一個突波雜訊。基於以上公式，這個整體差動訊號中的突波雜訊會使得整體感測訊號S如圖1D所示在感測訊號Sa之前就被向上抬升。假若被抬升的值大於判斷是否為觸碰點時所使用的臨界值，則觸碰點的判斷結果就會失敗。

本發明提出一種觸控點偵測方法，包括：提供包含了第一數量的預設電位特徵的電位特徵預設組合，偵測得複數感測單元的複數感測電位特徵，判斷按照依一個特定方向排列的複數感測單元的感測電位特徵的排列結果，最後根據感測電位特徵排列結果與前述電位特徵預設組合之間的關係的判斷結果以設定觸控點偵測的結果。其中，在判斷按照某一個特定方向排列的感測單元的感測電位特徵的排列結果時，先在特定方向上依序取得與感測單元之一及所取感測單元之後的連續多個感測單元相對應、總數共為第二數量的感測電位特徵，之後判斷這些感測電位特徵與前述電位特徵預設組合中位於相對應位置的預設電位特徵是否相符。接下來，在此特定方向上，從此次所取之感測單元中的第一個往後計數第三數量後開始，重複進行前述的感測電位特徵取得及判斷是否相符的操作，直到取得此特定方向上排列的所有需進行判斷的感測單元的感測電位特徵為止。最後根據前述判斷感測單元的感測電位特徵排列結果以設定觸控點偵測的結果。其中，前述的第一數量大於第二數量。

本發明因使用非數值方式來進行觸控點的判斷，所以不會受到突波雜訊的影響而可以進行準確的觸控點偵測。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

為了使此一技術領域者能快速明白本案的優點及相關設計理念，以下將以內嵌式(in-cell)觸控面板為例來進行說明。然，本案所提供的技術並非只能運用於內嵌式觸控面板中，此點合當知悉。

請參考圖2，其為實施本發明之實施例時所用的觸控系統的系統方塊圖。在此實施例中，觸控系統主要包含了內嵌式觸控面板20，感測晶片23以及訊號處理模組25。在內嵌式觸控面板20之中設置了多個像素200、202、206與208，而在每個像素旁則分別設置了一個對應的感測單元210、212、216與 218。此外，以多個感測單元為一組，此組感測單元所產生的感測結果會同時被提供到一條讀取線上而做為讀取資料。例如，感測單元210、212、216與218所產生的感測資料就會同時被提供到讀取線220上以做為讀取資料；類似的，讀取線222也會電性耦接到另一組對應的感測單元，並藉此取得該組對應的感測單元所提供的感測結果而做為另一讀取資料。在此，所謂的讀取資料可能包含電流或電位等常用的電子量測對象，或者其他可以用來傳遞相關訊息的載體。

前述的讀取資料會透過讀取線220與222而被傳送到感測晶片23上。如圖2所示，感測晶片23包括了差動放大器230、增益器232以及類比至數位轉換器234。差動放大器230的兩個輸入端分別電性耦接至連續設置的兩條讀取線220與222，藉此達到下式的功能：X_n =D_n+1 -D_n

其中，X_n 表示為第n個差動訊號，D_n 與D_n+1 則分別表示第n條讀取線與第n+1條讀取線上傳遞的讀取資料。

由於在觸碰時的物理變化量會以觸碰點中央較大而四周較小，因此在沿著特定方向掃描時，會先碰到物理變化量較小的點，隨後物理變化量會越來越大直到觸碰的中心點到達物理變化量最大，接下來物理變化量才會開始減少，直到最後會再度回復到如差動訊號波形前段一般維持在某一個特定電位上的狀況。因此，由各讀取資料所組合成的讀取訊號也會產生由小而大的變化，其波形的形狀會形成如圖1B所示般的常態分佈狀況。而隨著電路的設計不同，前述由小而大的變化可能是由絕對值由小而大的正值變化，也可能是絕對值由小而大的負值變化；換言之，常態分佈可能是一個有著波峰的波形，也可能是一個有著波谷的波形。

差動放大器230把從輸入端接收到的讀取資料進行減法運算，進而得到對應的一個差動訊號。此差動訊號在經過增益器232的放大之後，會再經過類比至數位轉換器234的轉換而成為一個輸出至訊號處理模組25使用的電子訊號。從類比至數位轉換器234輸出電子訊號至處理模組25的時候可以採用各種方式，例如印刷式電路或無線傳輸等。為了說明上的方便，被提供到訊號處理模組25的電子訊號在後續將被稱為感測電位特徵。雖然在此實施例中的感測電位特徵是經由差動放大後而得的，但實際上只要是能夠供應至訊號處理模組25進行非數值性的操作的訊號，都可以是適合的感測電位特徵。

在訊號處理模組25之中，特徵查找模組250會把其中所儲存的多個預設電位特徵與所接收到的感測電位特徵進行比對，最後再以比對所得的結果提供給訊號產生模組252以產生對應的感測訊號。

接著請一併參考圖3A與圖3B。圖3A與圖3B為根據本發明實施例之施行步驟流程圖。在本實施例中，會準備一組電位特徵預設組合以提供給圖2中的特徵查找模組250使用，而電位特徵預設組合裡面則包括了總數為第一數量的預設電位特徵(步驟S300)。在另一方面(時間點並沒有特別限制，可以在步驟S300之後、之前或約略同時)，觸控面板20會被驅動以從某一個特定的方向對感測單元進行掃瞄，以藉此取得對應的多個感測電位特徵(步驟S302)。這個特定方向一般來說是依照圖2中的感測單元210、212...216到218的排列方向，以使所有的讀取線220與222等能夠在一次的掃瞄中各提供一筆讀取資料。所提供的多筆讀取資料將透過感測晶片23的處理而變成對應的多筆感測電位特徵。這些感測電位特徵可以如圖2所示般，是可依照靈敏度調整或選擇由任兩筆鄰近的讀取資料所形成的差動訊號的電位，也可以是由每一筆讀取資料經過其他處理所得到的相應的電位。

請一併參照圖4，其為連續多筆差動訊號排列而成的整體差動訊號波形圖。單就整體差動訊號的波形本身而言，可以發現在波形前段是維持在某一個特定的電位上，這代表著位於此處的連續兩條讀取線上的讀取資料之間並沒有值的差異，也就是說此處並沒有感應到任何觸碰狀況。接下來，整體差動訊號波形上下變化的區域則代表或許有觸碰狀況被感應到。

對應於上述的狀況，由於資料訊號為常態分佈，因此在資料訊號的波形落在反曲點的時候，差動訊號的變化率會有一個最大值出現，因此整體差動訊號的波形在一開始碰到物理變化量較小的點的時候會開始上升，並在變化率最大的時候到達整體差動訊號的波形的波峰，之後開始下降直到到達觸碰中心點(也就是物理變化量最大的地方)的時候回到整體差動訊號的波形的反曲點；接下來，從觸碰中心點開始，整體差動訊號的波形會因為物理變化量逐漸減少而開始隨之降低，並同樣在變化率最大的時候到達整體差動訊號的波形的波谷，之後開始上升(因為物理變化量的變化率降低)直到最後回到特定電位上，而此處就是開始感測不到物理變化量之處。因此，整體差動訊號的波形會呈現為一個正弦波，而其中的特定電位則可以是某一個預先設定好的電位。或者，在另一種電路設計方法中，由於正負號取值的不同，整體差動訊號的波形將會呈現為一個餘弦波。然而，這只是表示上的不同，對於此案技術並不會造成無法適用的影響。

在圖4所示的波形中，透過前述的步驟S302所取得的感測電位特徵就是之前提過的差動訊號。而在取得這些差動訊號之後，就會在步驟S304從這些差動訊號中取得位於特定位置上，且總數量達到第二數量的差動訊號來預備進行後續的比對操作。更詳細地說，如圖4所示，所取得的所有差動訊號組成了一個完整的整體差動訊號的波形，而步驟S304所要取得的總數為第二數量的差動訊號，就如同圖4中的虛線方框410所標示的部分一樣，僅為完整差動訊號波形中特定的一部分。一般來說，可以從波形的最前端，也就是穩定維持在特定電位上的部分開始取，並沿著箭頭400所指的方向逐步移動所選取的部分，直到選取完波形的全部內容為止。而一個虛線方框410中所取的X₀ ~X_n 共n+1個差動訊號，就是前述的第二數量的差動訊號。惟，應注意的是，此處的X₀ ~X_n 表示的僅是虛線方框410中的前後關係，並不是代表整個觸控面板中的第0筆到第n筆的差動訊號的值。

在步驟S304取得位於特定位置、數量為第二數量的感測電位特徵之後，流程即進入步驟S306以把所取得的第二數量的感測電位特徵與電位特徵預設組合中相對應於此特定位置、同樣為第二數量的預設電位特徵來相比較。請一併參照圖5A，其為根據本發明實施例之電位特徵預設組合中的一部分。在此實施例中，電位特徵預設組合以”+”與”-”來表達。這可以視為是提供了差動訊號的正負符號為電位特徵預設組合中的內容，也可以視為是提供了差動訊號與特定電位(在此為零電位)之間的差值的正負符號為電位特徵預設組合中的內容。請一併參照圖4與圖5A，在本實施例中，當圖4的虛線方框410整個進入到波形的上升段，也就是所選取的差動訊號都為”+”的時候，在電位特徵預設組合中所對應的為狀態t=0；而在虛線方框410涵蓋到波形的後半段的時候，則其狀態將視”-”符號的多寡而在電位特徵預設組合中對應到不同的狀態t=1與t=p等等。

另一方面，由於讀取訊號實際上可為具有波谷的常態分佈，因此圖4的波形會以反轉的方式存在，也就是波形一開始維持穩定於特定電位，接下來會呈現先下降後上升的狀況，最後再維持穩定在同一個特定電位。在這種情形下，適用的電位特徵預設組合將使用如圖5B所示的內容。或者，在另一個實施例中，可以將圖5A與圖5B結合在一起成為一個電位特徵預設組合，這樣就可以同時適用於不同的波形比對。

在進行步驟S306進行比對的時候，可以簡單按照虛線方框410所選取的差動訊號的正負值來判斷是否與電位特徵預設組合中的哪一個狀態相同。或者，在另一個實施例中，一旦發現所選取的差動訊號的正負值排列順序與特徵預設組合中的狀態t=1所包含的預設電位特徵的排列順序相同的時候，後續的比對就不再把虛線方框所選取的差動訊號的正負值的排列順序與狀態t=0所包含的預設電位特徵的排列順序進行比對。假若步驟S306的比對發現兩者之間沒有相同的排列方式，則流程直接進入步驟S310以確認此次掃瞄得到的感測電位特徵是否都已經被比對過；相反地，一旦步驟S306的比對發現兩者相同，則會在步驟S308把比對符合的數量進行計數，並接下來確認此次掃瞄得到的感測電位特徵是否都已經被比對過(步驟S310)。

如果在步驟S310中發現還沒有把所有掃瞄得到的感測電位特徵進行比對，則流程回到步驟S304以取得其他的感測電位特徵並進行下一次的比對。如果在步驟S310中發現已經把所有掃瞄得到的感測電位特徵比對完畢，則流程進入步驟S312以判斷在步驟S308中計算完畢的符合數量是否能夠超過預先設定的一個門檻值。假若符合數量超過預先設定的門檻值，則判斷出現觸碰點(步驟S314)，之後將感測訊號轉換為觸碰座標，並且顯示於顯示裝置(圖未示)上；相對的，假若符合數量沒有超過預先設定的門檻值，則判斷沒有出現觸碰點，或者判斷出現的突波僅為雜訊(步驟S316)。換句話說，若判斷掃瞄所得的感測電位特徵與電位特徵預設組合出現連續相符的次數不小於前述的門檻值，則判斷連續相符之處所對應的感測單元受到觸碰；而若判斷掃瞄所得的感測電位特徵與電位特徵預設組合出現連續相符的次數小於前述的門檻值，則判斷連續相符之處所對應的感測單元沒有受到觸碰。之後將符合數量重置(reset)準備下一次的特徵比對。

上述是以單觸碰點為例，但上述例子也可以運用於多點觸碰的狀況。在多點觸碰的時候，每一次從穩定持續的特定電位進入到圖5A或圖5B中的任何一個狀態的時候，就可以視為是一個可能觸碰點的起始處。其他的判斷方式基本上都相同，可以由此技術領域者加以簡單變化而成。例如，在步驟S308處的符合數量會在觸碰點的起始處進行重置，藉此計算每一個可能觸碰點的存在；而且不同的可能觸碰點的符合數量可以各自獨立存在，也可以前者被後者取代，並佐以另一種記錄方式紀錄每一個可能的觸碰點的判斷結果。或者，在另一種方法中，每一個可能觸碰點的符合數量可以在每一個可能觸碰點的最終判斷時進行重置，如此可以依據每一可能觸碰點的起始點與結束點簡單地進一步找出每一個可能觸碰點的觸控面積。

此外還有許多可以變動的部分。舉例來說，為了節省時間，可以在遇到波形沒有保持在特定電位上的時候才開始比對的操作。在另一個例子中，可以使用感測單元的感測電位，也就是前述的讀取資料，與某一個預設電位(例如接地電位)之間的大小關係來做為感測電位特徵。

應注意的是，每次由圖4虛線方框410所框取的感測電位特徵的數量(前述的第二數量)是可以改變的，其數量可以視觸碰裝置之靈敏度設計需求而定。圖5A與圖5B中每一狀態的預設電位特徵的數量基本應該與第二數量相當，但考慮到有多個狀態存在，因此整個電位特徵預設組合中的預設電位特徵的數量(前述的第一數量)會大於前述的第二數量。而虛線方框410一次移動所跨越的感測電位特徵的數量(後稱第三數量)也可以視需要而進行對應的調整，但此第三數量應小於第二數量才不會有沒被比對到的感測電位特徵被遺漏下來。

上述方法可以依階段而被分別設計於圖2的觸控面板20、感測晶片23與訊號處理模組25。尤其，在圖2所示之實施例的訊號處理模組25之中，特徵查找模組250會把所儲存的預設電位特徵與所接收到的感測電位特徵進行比對，最後再以比對所得的結果提供給訊號產生模組252以產生對應的感測訊號。在這一個階段中，訊號產生模組252可以依照圖3的步驟S312~S316的判斷結果，把由讀取資料組合而成的感測訊號中對應於非觸碰點的部分的電位進行調整。舉例來說，由於雜訊的部分可能會因為前述的操作步驟而被判定為非觸碰點，所以這些雜訊的部分在最後被整合為感測訊號並做為訊號產生模組252的輸出的時候就可以被直接調整為0電位，藉此還可以更進一步降低後續處理感測訊號時所可能產生的錯誤結果。

綜上所述，本發明利用電位正負的關係而非電位的值來做為觸碰點是否存在的判斷依據，加上觸碰點附近的訊號群聚效果，所以在隔離短暫雜訊的方面比之前所使用的技術有更好的效果。

本發明實施例揭露一種訊號判斷方法可應用於觸碰裝置例如是PDA，個人行動裝置，顯示觸碰裝置等，或者是其他需要作判斷的訊號，並不侷限其應用範圍。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

20‧‧‧觸控面板

23‧‧‧感測晶片

25‧‧‧訊號處理模組

200、202、206、208‧‧‧像素

210、212、216、218‧‧‧感測單元

220、222‧‧‧讀取線

230‧‧‧差動放大器

232‧‧‧增益器

234‧‧‧類比至數位轉換器

250‧‧‧特徵查找模組

252‧‧‧訊號產生模組

400‧‧‧箭頭方向

410‧‧‧虛線方框

S300~S316‧‧‧本發明一實施例的施行步驟

S₀ 、S_a 、S_b 、S_n ‧‧‧感測訊號

X₀ 、X_a 、X_b 、X_n ‧‧‧差動訊號

圖1A為差動訊號的示意圖。

圖1B為由圖1A的差動訊號還原而得的感測訊號的示意圖。

圖1C為含有雜訊之差動訊號的示意圖。

圖1D為由圖1B的差動訊號還原而得的感測訊號的示意圖。

圖2為實施本發明一實施例時所用的觸控系統的系統方塊圖。

圖3A與圖3B為根據本發明一實施例之施行步驟流程圖。

圖4為連續多筆差動訊號排列而成的訊號波形圖。

圖5A為根據本發明一實施例之電位特徵預設組合中的一部分的示意圖。

圖5B為根據本發明另一實施例之電位特徵預設組合中的一部分的示意圖。

400‧‧‧箭頭方向

410‧‧‧虛線方框

X₀ 、X_n ‧‧‧差動訊號

Claims

一種觸控點偵測方法，包括：提供一電位特徵預設組合，該電位特徵預設組合包含一第一數量的多個預設電位特徵；偵測得複數感測單元的複數感測電位特徵；判斷該複數感測電位特徵中依一特定方向排列的多個連續感測單元的感測電位特徵排列結果，包括：在該特定方向上依序取得該多個連續感測單元相對應之一第二數量的感測電位特徵，其中該第一數量大於該第二數量；判斷該第二數量的感測電位特徵與該電位特徵預設組合中位於相對應位置的該些預設電位特徵是否相符；以及依照該特定方向，從此次所取之該些感測單元中的第一個往後一第三數量開始，重複進行前述的感測電位特徵取得及判斷是否相符的操作，直到取得該特定方向上排列的所有需進行判斷的該些感測單元的感測電位特徵為止；以及根據判斷該些感測單元的該第二數量感測電位特徵排列結果而設定觸控點偵測的結果。
如申請專利範圍第1項所述之觸控點偵測方法，其中該些感測電位特徵包括對應的該感測單元的感測電位與一特定電位之間的大小關係。
如申請專利範圍第2項所述之觸控點偵測方法，其中該特定電位為一接地電位。
如申請專利範圍第1項所述之觸控點偵測方法，其中根據判斷該些感測單元的該第二數量感測電位特徵排列結果而設定觸控點偵測的結果，包括：若連續判斷該第二數量感測電位特徵與該電位特徵預設組合中位於相對應位置的該些預設電位特徵為相符的次數不小於一預設門檻值，則判斷連續相符之處所對應的該些感測單元受到觸碰；以及若連續判斷該第二數量感測電位特徵與該電位特徵預設組合中位於相對應位置的該些預設電位特徵為相符的次數小於該預設門檻值，則判斷連續相符之處所對應的該些感測單元未受到觸碰。
如申請專利範圍第4項所述之觸控點偵測方法，其中當判斷連續相符之處所對應的該些感測單元未受到觸碰時，更將判斷連續相符之處所對應的一部分輸出訊號的電位設定為一特定電位。
如申請專利範圍第5項所述之觸控點偵測方法，其中該特定電位為一接地電位。
如申請專利範圍第1項所述之觸控點偵測方法，更包括：根據判斷該些感測單元的該第二數量感測電位特徵排列結果而決定是否調整一輸出訊號中的一部分的電位。