TWI492134B - 利用自電容與互電容感應交替掃瞄之去除觸控雜訊的方法 - Google Patents

利用自電容與互電容感應交替掃瞄之去除觸控雜訊的方法 Download PDF

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Description

利用自電容與互電容感應交替掃瞄之去除觸控雜訊的方法
本發明係關於觸控面板之技術領域，尤指利用自電容與互電容感應交替掃瞄用以去除觸控雜訊的方法。
觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅外線等，進而測出觸壓點的座標位置。例如電阻式觸控面板即為利用上、下電極間的電位差，用以計算施壓點位置檢測出觸碰點所在。電容式觸控面板是利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之電流或電壓來檢測其座標。
習知的電容式觸控系統在計算座標時，必須經由感測電路量測觸控面板上電容值的變化得到觸控位置等資訊，藉此計算使用者觸摸位置座標。然而在取得觸控資料的過程中，極可能因為電容感測電路、觸控面板單元乃至驅動 電路端受到雜訊干擾、外部雜訊對地干擾以及面板或積體電路內部所產生的雜訊干擾使得觸控資料失真飄移，造成如圖1中所示雜點出現的情形或是真實觸碰點消失或座標偏移。
習知的投射式電容觸控感測(Projected Capacitive)技術又可分為自感電容型(Self capacitance)及互感電容型(Mutual capacitance)。自感電容型係指觸控物與導體線間產生電容耦合，並量測導體線的電容變化，用以確定觸碰發生。而互感電容型則是當觸碰發生，會在鄰近兩層導體線間產生電容耦合現象。
習知的自感電容感測技術係感測每一條導體線對地電容，藉由對地電容值變化判斷是否有物體靠近電容式觸控面板，其中，自感電容或對地電容並非實體電容，其係每一條導體線的寄生及雜散電容。
習知的互感電容型感測技術係感測互感應電容(mutual capacitance,Cm)的大小變化，用以判斷是否有物體靠近觸控面板，同樣地，互感應電容並非實體電容，其係驅動導體線與感測導體線之間互感應電容。
自感電容感測技術容易產生鬼點，但是自感電容感測技術在相對位置上還是可以偵測出正確的位置。圖2係自感電容感測技術之假點的示意圖。
雖然自感電容感測技術會產生兩個假點，但是X、Y軸上的觸碰點還是可以表示的出來。亦即，雖然無法分辨出哪兩點是真實的觸碰點，但至少只需要去分辨圖2中四點之中哪兩點是觸碰點即可。
而互感電容型感測技術則使用不同時間打出的驅動訊號，可以簡單的偵測到兩點的正確位置。圖3係互感電容型感測技術的示意圖。由圖3可看出驅動訊號是在不同的時間輸出，也因為如此可以經由時間差，找出各觸碰點的正確位置。
然而當有外來雜訊或是電路及面板接收到雜訊時，可發現互感電容型感測技術在同一條感測線上容易受到雜訊的干擾。其原因為當觸控系統連接至真實的大地接地系統時，由於觸控介質(例如：使用者的手指)也是連接至真實的大地接地系統，故此時觸控系統可以穩定且正確地的輸出觸碰點的座標。但是當將觸控系統改為獨立電源，該獨立電源的接地與真實的大地接地系統有所差異，此時就可以發現觸碰點的座標有晃動很大的現象或是有其他的雜點產生，如圖4所示，這對觸控系統的穩定度來說有不利的影響。
圖5係互感電容型感測技術的模型之示意圖。電容Cd代表驅動導體線上的寄生及雜散電容，電容Cs代表感測導體線上的寄生及雜散電容，電容Cm代表驅動導體線與感測導體線之間互感應電容，電容Cf2代表手指觸碰時的電容。
如圖5所示，依據電容Cm變化量來判斷面板是否有被手指觸碰。由於電容Cm為互感應電容，故其係一個極小的電容，其電容值約0.7pF左右，因此當驅動導體線D1輸入驅動訊號時，電容Cm反而成為一個大阻抗。當手指觸摸時，雜訊由手指傳入。對積分器而言，驅動訊號的振幅 由於電容Cm緣故，相對較小，因此積分器的輸出訊號受雜訊影響就大。
圖6係自感電容感測技術的模型之示意圖。電容Cf代表手指觸碰時的電容，電容Cx代表導體線對地的電容。電容Cx為導體線對地的電容，遠較電容Cm為大，故驅動訊號是對一個大電容Cx充放電，雜訊影響相對比互感電容型感測技術較小。
為了改善上述影響互電容輸出結果，使得雜訊影響變小並且座標穩定輸出，習知方法係使用濾波電路，以濾除不屬於驅動訊號的外來雜訊。通常濾波電路會加在積分器前後，如圖7所示。濾波電路可以是低通、高通、帶通或是帶拒等有濾波效果的抗雜訊電路。
濾波電路可以是電阻和電容的組合，即被動式濾波電路。被動式濾波電路在不複雜的電路系統下往往可以得到很好的效果。但是將被動式濾波電路應用在觸控系統時，因為觸控電路依各家廠商的設計不同，而有不同的解決方法。然而同樣的困難點在於微小的電容變化量以及相對一般電路下較小的輸入電壓。這兩種條件對於抗雜訊來說就是不利的因素。濾波電路對於一些可預期或是影響不大的雜訊率是可以發揮很好的效果，然而在對容易受到干擾的微小信號量電路，些微的雜訊影響就可能造成資料判斷錯誤，更甚至將原本的微弱訊號給濾除掉，所以濾波電路對觸控電路來說也是有其缺點存在。
針對上述問題，也有觸控積體電路的設計廠商 將驅動訊號的電壓加大，用以應付雜訊的干擾。但是相對而言，此會增加功率消耗，並不是很適合於手持式裝置。同時，在積分電路前就已受到雜訊影響的電路，即使將驅動訊號的電壓加大，亦難以消除雜訊的影響。
另一種習知方法係將判斷是否有觸碰點產生的門檻值予以調整。圖8係一調整雜訊門檻值的示意圖。電容觸控系統是使用電容的微量變化來偵測是否有觸碰點產生，為避免雜訊干擾而產生誤判的觸碰點，其中一種方法是調整雜訊門檻值(Noise Threshold)。此種方法可以隨著環境變化，將雜訊門檻值調高或調低，用以符合當時環境的影響。如圖8所示，在設計A中，雜訊門檻值較低，然而在設計B中，則將雜訊門檻值調高。
然而要做到可調變的雜訊門檻值卻不是那麼容易，因為觸控積體電路內部並不清楚雜訊來源為何，而且必須設定在哪些情況下必須調整雜訊門檻值，這代表著必須使系統重新初始化，將參數做調整才能得到最好的雜訊門檻值，這種情況下需要耗費相當多的系統資源。
美國專利第7919367號公告中，則採取了一種變頻驅動的方式來避開不同頻帶雜訊干擾。如圖9所示，其係使用三個頻率不同的驅動訊號來掃描觸控面板。對大部份的雜訊而言，這是一個很好的避開雜訊的方法，而且有三種頻率的資料做比較，對於後續的座標處理，可以提升觸碰點座標的準確度。然而，因為雜訊來源不明，此方法無法完全避開可能碰到雜訊的頻率，同時由於使用三個頻率不同的驅 動訊號，其無可避免的必須耗費較多系統資源、降低觸碰點的偵測頻率(Report Rate)、以及耗電的問題。因此，習知電容式觸控面板的感測技術實仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一種利用自電容與互電容感應交替掃瞄之去除觸控雜訊的方法，以降低雜訊對觸碰位置的影響，並提升觸碰位置的準確度，俾可應用於手持式裝置中。
依據本發明之一特色，本發明提出一種利用自電容與互電容感應交替掃瞄用以去除觸控雜訊的方法，係用於一電容式多點觸控系統，包含有一電容式觸控面板、一第一驅動感測裝置、一第二驅動感測裝置、及一控制裝置，該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置分別具有一第一工作模式及一第二工作模式，其中，當該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置於該第一工作模式時，執行一自感電容驅動感測，以及當該第一及第二驅動感測裝置於該第二工作模式時，執行一互感電容驅動感測，該方法包含下列步驟：(A)該控制裝置對該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置執行一初始化；(B)分別設定該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置為該第一工作模式或該第二工作模式，對該電容式觸控面板進行前述自感電容驅動感測或互感電容驅動感測，以分別找出一第一可能觸控範圍或一第二可能觸控範圍，並儲存於該儲存單元中；(C)判斷該第二可能觸控範圍 與該第一可能觸控範圍是否有交集；以及(D)若有，產生一可能觸控範圍交集，並依據該可能觸控範圍交集用以計算觸碰點的座標。
100‧‧‧電容式多點觸控系統
110‧‧‧電容式觸控面板
120‧‧‧第一驅動感測裝置
130‧‧‧第二驅動感測裝置
140‧‧‧控制裝置
112‧‧‧第一導體線
111‧‧‧第二導體線
141‧‧‧儲存單元
(A)~(D)‧‧‧步驟
(B1)、(B2)‧‧‧步驟
圖1係一習知電容式觸控系統雜點之示意圖。
圖2係一習知自感電容感測技術之假點的示意圖。
圖3係一習知互感電容型感測技術的示意圖。
圖4係一習知互感電容型感測技術受雜訊影響的示意圖。
圖5係一習知互感電容型感測技術的模型之示意圖。
圖6係一習知自感電容感測技術的模型之示意圖。
圖7係一習知電容式觸控系統使用濾波電路之示意圖。
圖8係一習知調整雜訊門檻值的示意圖。
圖9係一習知使用三個頻率不同的驅動訊號來掃描觸控面板的示意圖。
圖10係本發明應用於一電容式多點觸控系統之方塊圖。
圖11係本發明一種利用自電容與互電容感應交替掃瞄以去除觸控雜訊的方法之流程圖。
圖12係本發明使用自感電容驅動感測的示意圖。
圖13係本發明使用互感電容型感測的示意圖。
圖14係本發明產生一可能觸控範圍交集的示意圖。
圖15係本發明產生一可能觸控範圍交集的另一示意圖。
圖16係本發明一應用的示意圖。
本發明係一種利用自電容與互電容感應交替掃瞄以去除觸控雜訊的方法，其係用於一電容式多點觸控系統中，圖10係該電容式多點觸控系統100的方塊圖，圖11係本發明之利用自電容與互電容感應交替掃瞄以去除觸控雜訊的方法之流程圖。如圖10所示，該電容式多點觸控系統100包含一電容式觸控面板110、一第一驅動感測裝置120、一第二驅動感測裝置130、及一控制裝置140。
該電容式觸控面板110具有於第一方向(X方向)分佈的m條第一導體線112以及於第二方向(Y方向)分佈的n條第二導體線111，其中，m,n為大於1之整數，第一方向及第二方向係互相垂直。
該第一驅動感測裝置120及該第二驅動感測裝置130皆分別具有一第一工作模式及一第二工作模式。當該第一驅動感測裝置120及該第二驅動感測裝置130於該第一工作模式時，執行自感電容驅動感測，以及當該第一驅動感測裝置120及該第二驅動感測裝置130於該第二工作模式時，則執行互感電容驅動感測。該控制裝置140具有一儲存單元141。
參照圖11所示之流程圖，首先於步驟(A)中，該控制裝置140對該第一驅動感測裝置120及該第二驅動感測裝置130執行初始化。
於步驟(B)中，設定該第一驅動感測裝置及該 第二驅動感測裝置為該第一工作模式或該第二工作模式，分別對該電容式觸控面板進行前述自感電容驅動感測或互感電容驅動感測，以分別找出一第一可能觸控範圍或一第二可能觸控範圍，並儲存於該儲存單元中。
於步驟(B1)中，該控制裝置140分別設定該第一驅動感測裝置120及該第二驅動感測裝置130為該第一工作模式，用以對該電容式觸控面板110進行至少一次自感電容驅動感測，進而找出一第一可能觸控範圍，並將其儲存於該儲存單元141中。圖12係本發明使用自感電容驅動感測的示意圖。
更進一步說明，步驟(B1)使用自感電容驅動感測來偵測該電容式觸控面板110上的觸碰範圍。步驟(B1)可以使用至少一次平均的結果或是至少一次的有效結果來當作觸控範圍資料。使用自感電容驅動感測可以在實施互感電容型感測技術之前、之後或各個不同流程順序，有助於排除雜點而保留真實觸控點。
步驟(B1)係進行至少一次自感電容驅動感測，以產生一自感電容影像未處理資料，該控制裝置140依據該自感電容影像未處理資料中是否有大於一第一門檻值Th1，以找出該第一可能觸控範圍。當該自感電容影像未處理資料大於該第一門檻值Th1時，該控制裝置140判定該此為有觸碰點，藉此找出該第一可能觸控範圍。由於係使用自感電容驅動感測，故該自感電容影像未處理資料的資料量為m+n筆資料，其中，m及n皆為大於1之整數。
如圖12所示，該第一可能觸控範圍可為{(D6,S4)、(D6,S5)、(D6,S6)、(D7,S4)、(D7,S5)、(D7,S6)、(D8,S4)、(D8,S5)、(D8,S6)}。
於步驟(B2)中，該控制裝置140設定該第一驅動感測裝置120及該第二驅動感測裝置130為該第二工作模式，用以對該電容式觸控面板110進行至少一次互感電容驅動感測，進而找出一第二可能觸控範圍，並將其儲存於該儲存單元141中。圖13係本發明使用互感電容型感測的示意圖。
更進一步說明，步驟(B2)使用互感電容型感測技術來偵測該電容式觸控面板110上的可能產生的觸控點合理位置，亦可使用至少一次平均的結果或是至少一次的有效結果當作觸控點資料，互電容觸控技術可以實施在自電容觸控技術之前、之後、或是各個不同流程順序，有助於接下來的座標輸出的流程點實施。
於步驟(B2)中，係進行至少一次互感電容驅動感測，以產生一互感電容影像未處理資料，該控制裝置140依據該互感電容影像未處理資料中是否有大於一第二門檻值Th2，以找出該第二可能觸控範圍。當該互感電容影像未處理資料中大於該第一門檻值Th2時，該控制裝置140判定該此為有觸碰點，藉此找出該第二可能觸控範圍。由於係使用互感電容驅動感測，故該互感電容影像未處理資料的資料量為m×n筆資料，m及n皆為大於1之整數。
如圖13所示，該第二可能觸控範圍可為 {(D3,S5)、(D7,S4)、(D7,S5)、(D8,S4)、(D8,S5)、(D8,S6)}。
於步驟(C)中，判斷該第二可能觸控範圍與該第一可能觸控範圍是否有交集。
於步驟(C)中，係計算該第一可能觸控範圍中的每一元素與該第二可能觸控範圍每一元素的距離，藉該等距離以獲得一可能觸控範圍交集。亦即依序計算該第一可能觸控範圍中的元素與該第二可能觸控範圍每一元素的距離，並判斷該等判斷是否有一為0，若是，表示該第一可能觸控範圍中的元素亦在該第二可能觸控範圍內，故該第一可能觸控範圍中的元素則為該可能觸控範圍交集的元素。
當該等距離均非為0，表示該第一可能觸控範圍中的元素不在該第二可能觸控範圍內，故該第一可能觸控範圍中的元素則非為該可能觸控範圍交集的元素。
例如，該第一可能觸控範圍中的(D6,S4)與該第二可能觸控範圍中的任一個元素{(D3,S5)、(D7,S4)、(D7,S5)、(D8,S4)、(D8,S5)、(D8,S6)}，其距離均大於0，因此(D6,S4)非為該可能觸控範圍交集的元素，而該第一可能觸控範圍中的(D7,S4)與該第二可能觸控範圍中的(D7,S4)，其距離為0，因此該第一可能觸控範圍中的(D7,S4)為該可能觸控範圍交集的元素。
前述方式係以該第一可能觸控範圍中的元素為基礎，以計算該元素與該第二可能觸控範圍中的每一元素的距離，以判斷該第一可能觸控範圍中的元素是否為該 可能觸控範圍交集的元素。亦可以該第二可能觸控範圍中的元素為基礎，以計算該元素與該第一可能觸控範圍中的每一元素的距離，以判斷該第二可能觸控範圍中的元素是否為該可能觸控範圍交集的元素。例如，該第二可能觸控範圍中的(D3,S5)與該第一可能觸控範圍中的任一個元素{(D6,S4)、(D6,S5)、(D6,S6)、(D7,S4)、(D7,S5)、(D7,S6)、(D8,S4)、(D8,S5)、(D8,S6)}，其距離均大於0，因此(D3,S5)非為該可能觸控範圍交集的元素。
為求更準確計算出觸碰點的座標，亦可先執行以該第一可能觸控範圍中的元素為基礎，再執行該第二可能觸控範圍中的元素為基礎，而獲得該可能觸控範圍交集。
若有，則於步驟(D)中，產生該可能觸控範圍交集，並依據該可能觸控範圍交集以計算觸碰點的座標。
圖14係本發明產生一可能觸控範圍交集的示意圖。當執行步驟(B1)及步驟(B2)之後，可先透過自感電容驅動感測找出有效的觸控範圍，再透過互感電容型感測找出有效的觸控點如圖14所示。其先將可能的觸控位置經由多次自感電容驅動感測偵測出來(包含鬼點)，再與互感電容型感測技術偵測觸控面板，比對兩者資料共通性，判斷出沒有受雜訊影響的資料。亦可將所得到的觸控範圍與可能的觸控點作比較，其中，觸控範圍可以是感測軸上可能的觸控範圍、驅動軸上可能的觸控範圍或是感測及驅動軸上可能的觸控範圍。可能的觸控點為手指或觸控介質的感測點、雜訊或其他內外因素產生的雜點，實施例中在可能的 觸控範圍尋找觸控點，亦可在可能的觸控點找出對應有效的觸控範圍。如圖14所示，該可能觸控範圍交集為{(D7,S4)、(D7,S5)、(D8,S4)、(D8,S5)、(D8,S6)}。
圖15係本發明產生一可能觸控範圍交集的另一示意圖。其先透過互容觸控找出有效的觸控範圍，再透過自容觸控找出有效的觸控點。
於步驟(E)中，係輸出觸碰點的座標。
此外，於步驟(C)中，若判定該第二可能觸控範圍與該第一可能觸控範圍沒有交集，則重回步驟(B)。
圖16係本發明一應用的示意圖。當電容式觸控面板110上有水滴時，對互感電容驅動感測技術而言，只能偵測到負值，無法有效地判斷觸碰點的座標。然而，對自感電容驅動感測技術而言，水滴跟手指的觸碰反應一樣，所以利用本發明技術而得知水滴的存在，以進行後續之處理。
於其他實施例中，步驟(B1)與步驟(B2)可交換執行順序，亦即先執行步驟(B2)，再執行步驟(B1)，亦可獲致本案的相同功效。
由前述說明可知，單獨使用互感電容型感測技術可能會產生許多雜點，甚至會使原本的觸碰點消失。因此本發明整合次自感電容驅動感測和互感電容型感測技術，將座標資料進行相互比對，亦即先將可能的觸控位置經由自容式偵測出來(包含鬼點)，再與互容式觸控技術偵測觸控面板，比對兩者資料共同性，用以判斷出沒有受雜訊 影響的資料，進而輸出真實座標。此方法可以減少濾波電路的使用與設計，因此能以較少的系統資源得到正確且穩定的座標輸出。
而本發明技術使用自電容觸控技術，在驅動或感測線上不易受雜訊干擾的特性，先使用自電容標記出合理的觸控發生範圍，輔以互電容觸控技術能正確找出觸碰點的特性，進而達成濾除雜訊的方法。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
(A)~(F)‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種利用自電容與互電容感應交替掃瞄用以去除觸控雜訊的方法，係用於一電容式多點觸控系統，包含有一電容式觸控面板、一第一驅動感測裝置、一第二驅動感測裝置、及一控制裝置，該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置分別具有一第一工作模式及一第二工作模式，其中，當該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置於該第一工作模式時，執行一自感電容驅動感測，以及當該第一及第二驅動感測裝置於該第二工作模式時，執行一互感電容驅動感測，該方法包含下列步驟：(A)該控制裝置對該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置執行一初始化；(B)分別設定該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置為該第一工作模式或該第二工作模式，對該電容式觸控面板進行前述自感電容驅動感測或互感電容驅動感測，以分別找出一第一可能觸控範圍或一第二可能觸控範圍，並儲存於一儲存單元中；(C)判斷該第二可能觸控範圍與該第一可能觸控範圍是否有交集；以及(D)若有，產生一可能觸控範圍交集，並依據該可能觸控範圍交集用以計算觸碰點的座標。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，於步驟(C)中，若判定該第二可能觸控範圍與該第一可能觸控範圍沒有交集，則重回步驟(B)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其更包含步驟(E)，以輸出前述觸碰點的座標。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，步驟(B)中，係進行至少一次前述自感電容驅動感測，以產生一自感電容影像未處理資料，該控制裝置依據該自感電容影像未處理資料中是否有大於一第一門檻值，用以判斷該第一可能觸控範圍。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，步驟(B)中，係進行至少一次前述互感電容驅動感測，以產生一互感電容影像未處理資料，該控制裝置依據該互感電容影像未處理資料中是否有大於一第二門檻值，用以判斷該第二可能觸控範圍。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，步驟(B)中，係先設定該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置為該第一工作模式，以對該電容式觸控面板進行前述自感電容驅動感測，以找出該第一可能觸控範圍並儲存於該儲存單元中，在設定該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置為該該第二工作模式，以對該電容式觸控面板進行前述互感電容驅動感測，以找該第二可能觸控範圍，並儲存於該儲存單元中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，步驟(B)中，係先設定該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置為該第二工作模式，以對該電容式觸控面板進行前述互感電容驅動感測，以找出該第一可能觸控範圍並儲存於該儲存單元中，在設定該第一驅動感測裝置及該第二驅動感測裝置為該該第一工作模式，以對該電容式觸控面板進行前述自感電容驅動感測，以找該第二可能觸控範圍，並儲存於該儲存單元中。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該電容式觸控面板具有於一第一方向分佈的m條第一導體線，以及於一第二方向分佈的n條第二導體線，該自感電容影像未處理資料的資料量為m+n筆資料，m及n皆為大於1整數。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該電容式觸控面板具有於一第一方向分佈的m條第一導體線，以及於一第二方向分佈的n條第二導體線，該互感電容影像未處理資料的資料量為m×n筆資料。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，步驟(C)係計算該第一可能觸控範圍中的每一元素與該第二可能觸控範圍每一元素的距離，藉該等距離以獲得該可能觸控範圍交集。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，步驟(C)係依序計算該第一可能觸控範圍中的元素與該第二可能觸控範圍每一元素的距離，並判斷該等距離是否有一為0，若是，該第一可能觸控範圍中的元素則為該可能觸控範圍交集的元素。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，步驟(C)中，當該等距離均非為0，該第一可能觸控範圍中的元素則非為該可能觸控範圍交集的元素。
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