TWI469021B - Projection method of projection capacitive touch panel - Google Patents

Description

投射電容式觸控面板的掃描方法

本發明係有關於電容式觸控面板，特別是關於投射電容式觸控面板的掃描方法。

電容式觸控面板包括投射電容式和表面電容式，二者工作原理不盡相同。

如圖1所示，為一種傳統的投射式觸控屏的結構圖示。該觸控屏包括一保護層11、一基板12、一投射電容式觸控面板13以及一控制器14；該保護層11為透明材料製成，設於投射電容式觸控面板13的一表面；基板12位於與該保護層11相對的投射式電容觸控面板13的另一表面；控制器14與投射電容式觸控面板13電連接，用於驅動投射電容式觸控面板13工作。

其中，投射電容式觸控面板13一般包括相互正交並且彼此絕緣的導電電極。如圖2所示，導電電極包括沿第一方向(定義為x軸方向)的M(M1)個相互平行排佈的第一電極(或稱為橫軸電極)和沿第二方向(定義為y軸方向)的N(N1)個相互平行排怖的第二電極(或稱為縱軸電極)。所有的第一電極和第二電極相互交錯排列形成一電極矩陣。

在觸控面板處於工作狀態時，若沒有外部導體(如人的手指、手寫筆等)介入，則第一電極、第二電極與地之間會形成M+N個自電容(self-capacitance)，同時第一電極和第二電極的交叉處形成M*N個互電容(mutual-capacitance)。當外部導體與投射電容式觸控面板13接觸後，接觸範圍內的自電容和互電容的電容值都會發生改變。具體地，自電容的電容值增大，互電容的電容值減小。藉由檢測這種電容值的變化，然後經過計算，可以確定面板被觸碰的位置。

由於第一電極和第二電極交叉的位置基本上可以反映觸摸屏上的位置，因此傳統的檢測方法是藉由全局掃描第一電極和第二電極交叉處的互電容的變化來達成的，即對M*N個交叉點出的互電容進行全面的掃描，獲取觸點的位置。在觸摸屏變得越來越大時，這種掃描方式會使觸摸屏的掃描精度和掃描頻率之間產生矛盾。

對於較小面積的觸摸屏來說，設置為數不多的橫軸電極和縱軸電極即可達成較高掃描精度，同時保證一定程度的掃描頻率。

而當觸摸屏變得越來越大時，為保證掃描精度，必須相應地增加橫軸電極和縱軸電極的數量。電極數量的增多則意味著掃描互電容的時間增加，具體是以橫軸電極數量(M)或縱軸電極數量(N)的平方成正比的增加。例如對於42英吋的觸控面板，若設置M=170,N=100，在每個互電容的掃描時間為30微秒的情況下，那麼完成一次掃描的時間為170*100*30微秒=0.51秒。以大多數的觸摸屏中利用光標指示觸點的位置為例，即每0.51秒該觸摸屏會為使用者刷新一次光標的位置，也即掃描頻率為1/0.51=1.96。低的掃描頻率會導致觸點定位的延遲，特別是需要對多個點同時定位時，會因為不能及時檢測而發生漏檢的情形。

因此，亟需提出一種投射電容式觸控面板的掃描方法，以解決上述大面積的觸摸屏無法在保證掃描精度的同時兼顧掃描頻率的矛盾。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種投射電容式觸控面板的掃描方法，能夠同時保證大面積觸摸屏具有較高的掃描精度和掃描頻率。

根據本發明實施例所揭露之一種投射電容式觸控面板的掃描方法包括如下步驟：A.掃描每一沿第一方向排列的第一電極和每一沿第二方向排列的第二電極，獲得自電容發生變化的第一電極和第二電極；B.檢測自電容發生變化的第一電極和第二電極的交叉處的互電容，判斷該交叉處的互電容是否發生變化，將互電容發生變化的區域判定為實際被觸碰的區域。

本發明的掃描方法能夠顯著減少掃描所需時間，提高掃描幀率，在大面積的觸摸屏上也可同時保證掃描精度和掃描頻率。

本發明的掃描方法主要由投射電容式觸控面板13和控制器14完成，如圖3所示：投射電容式觸控面板13與控制器14之間電性連接，所述投射電容式觸控面板13包括相互絕緣的導電電極，即包括沿第一方向(X軸方向)排佈的彼此基本相互平行M(M1)條第一電極(橫軸電極)和沿第二方向(Y軸方向)排佈的亦彼此基本相互平行且正交於橫軸電極的N(N1)條第二電極(縱軸電極)，所述的第一電極和第二電極相互之間構成電極矩陣，所述的第一電極或第二電極分別接地形成M和N個自電容，所述的第一電極和第二電極交叉處形成M*N個互電容，這是本領域的技術人員所通曉的公知技術，這裡不再敖述。

以下以一具體實施例說明實施該掃描方法的步驟：

A.掃描每一沿第一方向排列的第一電極和每一沿第二方向排列的第二電極，獲得自電容發生變化的第一電極和第二電極；

B.檢測自電容發生變化的第一電極和第二電極的交叉處的互電容，判斷該交叉處的互電容是否發生變化，將互電容發生變化的區域判定為實際被觸碰的區域。

如圖6所示，為外界導體單點觸碰觸摸屏時的示意圖。單點觸碰涉及通過該觸點的第一電極和第二電極。若觸點所覆蓋的範圍相對電極的寬度較小，則該單點觸碰可能僅涉及一條第一電極和一條第二電極。若由A步驟檢測到該第一電極和第二電極的自電容發生了變化，則根據該第一電極所在橫軸座標(Xi，1iM)和該第二電極所在縱軸座標(Yj，1jN)即可確定觸點所在位置，經由B步驟進一步檢測也可確認該觸點。

實際應用中，一般觸點所覆蓋的範圍相對電極的寬度較大。在一較佳實施例中，電極的最佳寬度是用手指觸碰後所覆蓋範圍寬度的一半，因此該觸點134會涉及通過該觸點的兩條第一電極和兩條第二電極，如圖7所示。由於四條電極相交會產生位於實際觸碰區域內的4個座標，此時應進一步計算實際被觸碰區域的重心。假設觸碰涉及的第一電極所在橫軸座標為X_i ,X_i+1 (1iM-1)，電壓變化相應為U_i ,U_i+1 (1iM-1)，則該重心的橫軸座標為X=(X_i *U_i +X_i+1 *U_i+1 )/(U_i +U_i+1 )；觸碰涉及的第二電極所在縱軸座標為Y_j ,Y_j+1 (1jN-1)，電壓變化相應為U_j ,U_j+1 (1jN-1)，則該重心的橫軸座標為Y=(Y_j *U_j +Y_j+1 *U_j+1 )/(U_j +U_j+1 )。而該重心座標即為(X,Y)。其他涉及多條第一電極和多條第二電極的情況依此類推計算。

另外，觸碰也可能涉及兩個以上的觸點。

如圖8所示，為外界導體多點觸碰觸摸屏時的示意圖。多點觸碰會形成影子區域，本實施例以兩點同時觸碰為例進行說明。這些被碰觸的第一電極和第二電極交叉會形成四個區域有135a、135b、135c、135d(如圖9所示)，其中只有135a、135b兩個區域是實際被觸碰區域，其他135c、135d兩個區域並非真正的觸碰區域，業內稱之為影子區域(如圖10所示)，然而僅藉由分別掃描獲取橫軸電極或縱軸電極的自電容變化，控制器14此時並不能將實際被觸碰區域與影子區域區分開。如此，類推三個觸點、四個觸點等均一樣。因此需要進一步檢測可能被觸碰的區域的第一電極和第二電極交叉處的互電容的變化，進而區分實際被觸碰區域和影子區域。獲得實際被觸碰區域後，同樣的，可參照上述重心的計算方法，獲得該實際被觸碰區域的重心，從而確定觸點。

根據上述實施例可看出：與傳統的掃描方式需要掃描M*N個互電容相比，本實施例需掃描的次數為：M+N+(p1*p2)，其中M,N分別為第一電極和第二電極的數量，而p1為觸點所覆蓋範圍內的第一電極的數量，p2為觸點所覆蓋範圍內的第二電極的數量。在M或N顯著大於2而p1，p2均為較小的數量級時，M*N是顯著大於M+N+(p1*p2)的。

通常情況，投射電容式面板僅需要確定2個觸點，對於M與N的數值大於4(即m x n大於16)的小尺寸的投射電容式觸控面板，其m x n將大於m+n+2×2，本發明就比傳統的方式的掃描效果好。如果假設10個點被觸摸(一個多點觸摸系統一般最多僅需要支援10個觸點)，對於M與N的數值大於11(即m x n大於121)的中尺寸的投射電容式觸控面板，按本發明的掃描方法，掃描最大值11+11+10x10=121，本發明就比傳統的方式有更好的掃描頻率。

現仍以一42英吋的面板為例進行說明，該面板有M=170條第一電極及N=100條第二電極。

如圖6所示：當單點觸摸時，掃描M=170條第一電極及N=100條第二電極自電容的變化，即僅需掃描M+N=270個自電容就可以一次性判斷出哪一條第一電極及哪一條第二電極被觸摸。該第一電極及該第二電極只產生一個交點133。每個自電容檢測需要30微秒，完成整個面板的檢測需要(170+100)×30微秒+1×1×30微秒=8.13毫秒。換句話說，最大的掃描頻率可以達到123幀/秒而不是先前的1.96幀/秒。

如圖8所示：當雙點被觸摸時，掃描M=170條第一電極及N=100條第二電極自電容的變化，其對應的兩條第一電極(131a、131b)及兩條第二電極(132a、132b)將被偵測到；兩條第一電極及兩條第二電極將形成四個交點133a、133b、133c、133d，這四個交點包含了兩個實際觸點133a、133b和兩個並非使用者手指觸點133c、133d，即稱之為影子點。那麼完成整個面板的檢測需要(170+100)×30微秒+2×2×30微秒=8.22毫秒，或者說最大的掃描頻率可以達到121幀/秒。

因此，本實施例的掃描方法可以顯著減少掃描所需時間，提高掃描幀率，在大面積的觸摸屏上也可同時保證掃描解析度和掃描幀率。

上述實施例中步驟A獲得自電容發生變化的第一電極和第二電極具體包括：將每一第一電極和每一第二電極的當前自電容值與每一第一電極和每一第二電極各自預先設定的自電容基準值進行比較，獲得自電容值滿足設定變化條件的第一電極和第二電極。

設定所述的每條第一電極的自電容基準值和每條第二電極的自電容基準值有兩種方式：第一種是人為或者藉由經驗值，實驗值直接在控制器14中設定；第二種是控制器14對每條第一電極和每條第二電極的自電容進行初始掃描多次以得到每條第一電極和每條第二電極的數個自電容初始值，各取均值作為對應該條第一電極和該條第二電極的自電容基準儲存。

上述控制器14對電極的自電容進行掃描得到電極的自電容值有多種實施方式，均為習知技術。例如控制器14對電極進行充電到一個設定值，然後把電極與一個參考電容連接，對該參考電容進行充電，則該電極自身會放電，電壓就會降低，其降低到另一個設定值的所用的時間則可以等效為該電極的自電容的容值。

如圖4所示，控制器14依次對第一方向(X軸)每條第一電極進行充電，再對第一電極連接的參考電容進行放電，得到每條第一電極的一個自電容初始值，為了得到相對準確穩定的自電容初始值，依所述方式進行多次，得到每條第一電極的數個自電容初始值，取均值作為該條第一電極的自電容基準值進行儲存，這將得到共計M個自電容基準值；同理，如圖5所示，控制器14依次對第二方向每條第二電極進行多次充電，再對第二電極連接的參考電容進行放電，得到每條第二電極的一個自電容初始值，依所述方式進行多次，得到每條第二電極的數個自電容初始值，取均值作為該條第二電極的自電容基準值進行儲存，這將得到N個自電容基準值。

同樣的，步驟B中判斷該交叉處的互電容是否發生變化具體包括：將該交叉處的當前互電容值與該交叉處預先設定的互電容基準值進行比較，獲得互電容值滿足設定變化條件的互電容所在區域。

設定所述的每個交叉處的互電容基準值亦有兩種方式；第一種仍然是人為或者藉由經驗值，實驗值直接在控制器14中設定；第二種是控制器對每個交叉處的互電容進行初始掃描多次以得到每個交叉處的數個互電容初始值，各取均值作為各交叉處的互電容基準值儲存。具體包括控制器14將第二方向(Y軸方向)的第二電電極作為驅動電極、第一方向(X軸方向)第一電極作為感應電極，控制器14先將對第二方向的第二電極進行充電，在第一方向每條第一電極就會感生負電荷，控制器14再依次重複(從M=1到M=m)或並行重複收集所有第一方向每條第一電極上感應的負電荷，並將負電荷放大並轉成正電壓，得到每個交叉處的互電容的一個互電容初始值，為了得到相對準確穩定的互電容初始值，依上述方式進行多次，得到每個交叉處的互電容的數個互電容初始值，分別各取均作為該交叉處的互電容基準值進行存儲，這將得到M*N個互電容基準值。當然也可以把所有第一方向上排佈第一電極作為驅動電極、所有第二方向上排佈第二電極作為感應電極，這對互電容基準值的取得並不存在實質區別。

上述步驟A中自電容掃描與設定每條第一電極的自電容基準值所採用的自電容掃描方式相同，亦為控制器14先分別對每條第一電極和每條第二電極進行充電再對與之相連接的參考電容進行放電以得到該條第一電極和該條第二電極的自電容當前值。

該自電容當前值與自電容基準值相比可能會不一致，即電極的自電容值產生了變化，引起電極的自電容值發生變化的因素有多種，比如面板被觸碰、掃描過程中對電極充電不充分或電極的厚度不均等，當然面板被觸碰是主要的因素，能夠引起自電容值發生較大變化，為了儘量排除後兩種因素的影響準確判斷出被碰觸到第一電極和第二極，則在所述的上述步驟A中還包括設定每條第一電極和每條第二電極自電容變化閾值；則所述步驟B中每條電極的自電容當前值與對應該條電極的自電容基準值之差大於該條電極的自電容變化閾值的第一電極或第二電極，才確定是被觸碰到的電極；如果所述步驟A中每條電極的自電容當前值與對應該條電極的自電容基準值之差均未大於該條電極的自電容變化閾值，則重複步驟A，不進入步驟B。

上述步驟B中互電容掃描仍與設定每個交叉處的互電容基準值進行互電空掃描相同，具體包括為控制器14分別對步驟A中確定出被觸碰的自電容發生變化的每條第二電極進行充電，控制器14依次(從M=1到M=m)或並行收集被觸碰的自電容發生變化的每條第一電極上感應的電荷並轉成電壓，得到被觸碰的自電容變化的第一電極和第二電極所有交叉處的互電容當前值。該互電容當前值與互電容基準值進行比較可能不同，同樣引起電極交叉處的互電容值發生變化的因素亦有多種，當然面板被觸碰是主要的因素，能夠引起互電容值發生較大變化，這是因為人體是個低電勢體，會影響第一方向上每條橫軸電極上感應產生的負電荷的數量，這將導致第一方向上每條橫軸電極的負電荷變少，相應其正電壓降低，互電容當前值相應減小，為了能夠準確判斷出哪些受觸碰影響引起互電容值發生較大變化的交叉處，上述步驟B中還包括設定所有的第一電極和第二電極的每個交叉處的互電容變化閾值，那麼所述步驟B中將步驟A中確定出的被觸碰到的第一電極和第二電極每個交叉處的互電容當前值與對應該交叉處的互電容基準值進行比較，判斷出自電容當前值與對應該交叉的互電容基準值之差大於該交叉的互電容變化基準的交叉處。這些互電容值變化超出了互電容變化基準的交叉處所在的區域對應面板上被觸碰的實際區域。

從上述具體實施方式的描述中看出，本發明所需的時間主要由兩部份構成，一是掃描(M+N)個自電容所需時間，一次性預判出是被手指觸碰到的第一電極及第二電極；二是掃描被偵測出第一電極及第二電極互電容所需時間。省去對未被手指碰到的第一電極及第二電極交叉處的互電容進行掃描所需時間。檢測掃描的時間被大為降低，不會因為掃描的時間長而來不及檢測，發生漏檢觸點的情況。特別是投射電容式觸控面板的尺寸變得越來越大又需要對多點進行觸控定位時，本發明的優勢就尤為明顯。

上述的實施例僅用來列舉本發明的優選實施方式，以及闡述本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的保護範圍，任何本領域普通技術人員可以輕易完對本方案的特徵等同替換均屬本發明所主張的保護範圍，本發明的權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

10．．．鏡面基板

1．．．投射式觸控屏

11．．．保護層

12．．．基板

13．．．投射電容式觸控面板

131a、131b．．．第一電極

132a、132b．．．第二電極

133．．．第一電極和一個第二電極的交點

134．．．觸點

135a、135b、135c、135d．．．四個觸碰區域

14．．．控制器

圖1是現有的投射式觸控屏的結構示意圖；

圖2是現有的投射電容式觸控面板的結構示意圖；

圖3是本發明方法中投射電容式觸控面板與控制器連接示意圖；

圖4是本發明方法中對第一方向上第一電極的自電容進行掃描示意圖；

圖5是本發明方法中對第二方向上第二電極的自電容進行掃描示意圖；

圖6是本發明方法中投射電容式觸控面板的單點觸控示意圖；

圖7是圖6中單點觸控的電極示意圖；

圖8是本發明方法中投射電容式觸控面板的兩點觸控示意圖；

圖9是圖8中兩點觸摸的電極示意圖；

圖10是圖8中兩點觸摸的實際觸點與影子觸點的示意圖。

135a、135b、135c、135d．．．四個觸碰區域

Claims (11)

1. 一種投射電容式觸控面板的掃描方法，包括：A、掃描每一沿第一方向排列的第一電極和每一沿第二方向排列的第二電極，獲得自電容發生變化的該第一電極和該第二電極；B、檢測該自電容發生變化的該第一電極和該第二電極的交叉處的互電容，判斷該交叉處的該互電容是否發生變化，將該互電容發生變化的區域判定為實際被觸碰的區域；其中在步驟A中獲得該自電容發生變化的該第一電極和該第二電極具體包括：將每一該第一電極和每一該第二電極的當前自電容值與每一該第一電極和每一該第二電極各自預先設定的自電容基準值進行比較，獲得自電容值滿足設定變化條件的該第一電極和該第二電極；其中該自電容基準值為對應的該第一電極或該第二電極在多次初始掃描時的初始電容值的平均值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，獲取每一該第一電極和每一該第二電極的該當前自電容值具體包括：對每一該第一電極和每一該第二電極充電；對與每一該第一電極和每一該第二電極連接的參考電容放電，該參考電容放電完畢即可得到每一該第一電極和每一該第二電極的該當前自電容值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，該初始掃描具體為：對每一該第一電極和每一該第二電極充電；對與每一該第一電極和每一該第二電極充電連接的參考電容放電，該參考電容放電完畢即可得到每一該第一電極和每一該第二電極的該初始電容值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，設定變化條件包括：設定變化閾值；該當前自電容值與該自電容基準值之差大於該變化閾值時，判定對應的該第一電極或該第二電極的該自電容發生了變化。
5. 如申請專利範圍第1項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，在步驟B中判斷該交叉處的該互電容是否發生變化具體包括：將該交叉處的當前互電容值與該交叉處預先設定的互電容基準值進行比較，獲得互電容值滿足設定變化條件的互電容所在區域。
6. 如申請專利範圍第5項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，獲取該交叉處的該當前互電容值包括：對該自電容發生變化的每一該第二電極進行充電；依次重複或並行重複收集每一該自電容發生變化該第一電極上感應的電荷並轉成電壓，得到每個該交叉處的該當前互電容值。
7. 如申請專利範圍第5項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，該互電容基準值為對應的該互電容在多次初始掃描時的初始電容值的平均值。
8. 如申請專利範圍第7項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，該初始掃描具體為：對每一該第二電極進行充電；依次重複或並行重複收集該第一電極上感應的電荷並轉成電壓，得到每個該交叉處的互電容初始值。
9. 如申請專利範圍第5項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，設定變化條件包括：設定變化閾值；交叉處該當前互電容值與自電容基準值之差大於該該變化閾值時，判定對應的該交叉處的該互電容發生了變化。
10. 如申請專利範圍第1項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，還包括計算實際被觸碰區域的重心的步驟。
11. 如申請專利範圍第1項所述之投射電容式觸控面板的掃描方法，若沒有任何該第一電極或該第二電極的該自電容發生變化，則重複步驟A。