TWI584172B

TWI584172B - 觸控偵測方法

Info

Publication number: TWI584172B
Application number: TW105106266A
Authority: TW
Inventors: 周宜群; 蔡明衡; 陳許民
Original assignee: 聯陽半導體股份有限公司
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-05-21
Also published as: US20170255329A1; US10203805B2; TW201732509A; CN107153489B; CN107153489A

Description

觸控偵測方法

本發明係關於一種觸控偵測方法，尤指一種用於一觸控偵測裝置且可執行一校正運算之觸控偵測方法。

當前的觸控偵測裝置中，係藉由輸出訊號執行電容充電，再接收對應於電容放電之輸入訊號，以判斷是否發生觸控事件。為了執行充電、放電之程序，僅可使用例如為方波的數位訊號，故不利於濾除雜訊之操作，導致訊雜比（signal-to-noise ratio；SNR）無法提高。此外，觸控面板上的各部位之觸控靈敏度的落差，也常導致觸控手勢的判讀失敗。舉例而言，若觸控面板之各觸控部位的面積相異，則對應之觸控訊號變化量常隨之相異，故造成各觸控部位之間的觸控效果不佳，常導致觸控手勢的判讀失敗，不利於使用者經驗與產品競爭力。故本領域實需一解決方案以提昇觸控的功效。

本發明一實施例揭露一種用於一觸控偵測裝置之觸控偵測方法。該觸控偵測裝置包含一處理單元，一第一電容及一第二電容。該第一電容之一第一端耦接於該處理單元之一輸出端，該第一電容之一第二端耦接於該處理單元之一輸入端及該第二電容之一第一端，該第二電容之一第二端係耦接於一地端。該觸控偵測方法包含經由該處理單元之該輸出端輸出一第一訊號；經由該處理單元之該輸入端接收一第二訊號，其中該第二訊號之位準值對應於該第一訊號之位準值、該第一電容之一第一電容值、及該第二電容之一第二電容值；以一校正參數對於該第二訊號之位準值之變化量執行一校正運算，從而得到一校正後變化量；及若該校正後變化量大於一門檻值，判斷一觸控事件發生。

第1圖係本發明一實施例之的觸控偵測裝置100之電路示意圖。觸控偵測裝置100可包含處理單元110、第一電容C1及第二電容C2。第一電容C1之第一端c11可耦接於處理單元110之輸出端1101，第一電容C1之第二端c12可耦接於處理單元110之輸入端1102及第二電容C2之第一端c21，第二電容之第二端c22可耦接於地端GND。處理單元110之輸出端1101可用以輸出第一訊號Sa1（其可對應於位準值Va1）、及輸入端1102可用以接收第二訊號Sa2（其可對應於位準值Va2）。第一電容C1可具有第一電容值Cv1，第二電容C2可具有第二電容值Cv2。第1圖中，第二訊號Sa2之位準值Va2可對應於第一訊號Sa1之位準值Va1、第一電容C1之第一電容值Cv1、及第二電容C2之第二電容值Cv2，其對應關係可例如算式eq-1所示：Va2=Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2)]...(eq-1)

第2圖係本發明一實施例中觸控偵測方法200的流程圖。參照第1圖，觸控偵測方法200可包含：步驟210：經由處理單元110之輸出端1101輸出第一訊號Sa1；步驟220：經由處理單元110之輸入端1102接收第二訊號Sa2；步驟230：以校正參數P對於第二訊號Sa2之位準值Va2之變化量△Va2執行一校正運算，從而得到校正後變化量△Va2’；步驟240：校正後變化量△Va2’是否大於門檻值？若是，進入步驟250；若否，進入步驟210；及步驟250：判斷觸控事件發生。

步驟220中，第二訊號Sa2之位準值Va2可對應於第一訊號Sa1之位準值Va1、第一電容C1之第一電容值Cv1、及第二電容C2之第二電容值Cv2，當尚未發生觸控事件時，位準值Va2可如前述之算式eq-1所示。當觸控事件未發生，則位準值Va2可實質上保持原值，故位準值Va2的變化量△Va2實質上可為0，步驟230至240之校正後變化量△Va2’可小於門檻值，從而判斷觸控事件未發生。當發生觸控事件時，則位準值Va2可對應變化，步驟230至240之校正後變化量△Va2’可大於門檻值，從而判斷觸控事件發生。

根據本發明實施例，上述的第一訊號Sa1可為第一類比訊號，且第二訊號Sa2可為第二類比訊號，其可例如為弦波形式，以提高雜訊濾除之功效。根據本發明一實施例，步驟230所述的校正參數Pi可正比於第一電容值Cv1；根據本發明另一實施例，校正參數Pi可正比於第二電容值Cv2，其詳述如下。

第3圖係第1圖之實施例的觸控偵測裝置100發生觸控事件時之電路示意圖。所述觸控事件可對應於外部物體Cx觸碰觸控偵測裝置100之情況，外部物體Cx可例如為手指或觸控筆(stylus)等物體，且具有第三電容值Cvx。當觸控事件發生時，第二訊號Sa2之位準值Va2_touch相較於觸控事件發生前的位準值Va2，其變化量△Va2可對應於第一電容值Cv1、第二電容值Cv2、第三電容值Cvx及第一訊號Sa1之位準值Va1，如算式eq-2所示：Va2_touch=Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2+Cvx)]...(eq-2)

因此，觸碰事件發生前、及發生後的第二位準值之變化量△Va2，可如算式eq-3所示：△Va2=Va2-Va2_touch=Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2)]-Va1*[Cv1/(Cv1+Cv2+Cvx)]=Va1*Cv1*Cvx/[(Cv1+Cv2)*(Cv1+Cv2+Cvx)]...(eq-3)

當發生觸控事件時，變化量△Va2越大則觸控靈敏度可越佳，為了求得變化量△Va2之最大值，可預設Cv1+Cv2>>Cvx從而從算式eq-3得到偏微分計算式eq-4：

當變化量△Va2為最大值時，，此情況下可得Cv1=Cv2。換言之，於本發明一實施例中，第一電容值Cv1可設定為實質上等於第二電容值Cv2。當Cv1=Cv2，則根據算式eq-1，觸碰事件發生前之位準值Va2可為位準值Va1的一半，且因變化量△Va2為最大值，觸控偵測裝置100之偵測靈敏度可為最佳。將此結果代回算式eq-3，並考量Cx ＜＜ Cv2，則觸碰事件發生前後之第二訊號Sa2的位準值之變化量△Va2可如算式eq-5所示： △Va2 = Va1* Cv1*Cvx/ [(Cv1+Cv2)*( Cv1+Cv2+Cvx)] = Va1*(Cvx/4Cv2) …(eq-5)

因此可知，變化量△Va2可反比於第二電容值Cv2。若第一電容值Cv1係設定為實質上等於第二電容值Cv2，則變化量△Va2亦反比於第一電容值Cv1。所述的第二電容C2及對應的第一電容C1，係對應於觸控面板上的一觸控部位，而觸控面板可包含多個觸控部位。根據本發明實施例，觸控偵測裝置200可對應於一觸控部位，且校正參數P可對應於觸控部位之面積，其說明如下。

第4圖係本發明一實施例之觸控面板400之觸控部位A1-An示意圖。觸控面板400之形狀可為各種形狀而不限於圓形，但本文中以圓形為例。由第4圖可見，觸控面板400可被切分從而包含觸控部位A1至An。由第4圖可見，觸控部位A1至An的面積並不平均，若以觸控部位A1與觸控部位Ai為例（其中i與n係正整數且1＜ i ＜ n），則觸控部位A1的面積遠小於觸控部位Ai的面積。此種觸控部位之面積大小不均之現象，常可見於形狀較不方正、為不規則形、橢圓形或圓形的觸控面板。由於第二電容C2係相關於觸控部位之面積，例如觸控部位之面積越大則其對應之第二電容值Cv2亦越大（反之亦然），又如算式eq-5所示，觸碰事件發生前後之變化量△Va2可為Va1*(Cvx/4Cv2)而反比於第二電容值Cv2，因此，對應於相同的觸控物體Cx（例如同一觸控筆或同一指尖之觸控），觸控部位A1對應之變化量△Va2與觸控部位Ai產生的變化量△Va2可能相異。此現象會降低觸控時的精確度與線性度。舉例而言，若使用者以手指進行手勢（gesture）操作，則當指尖滑過觸控面板之多個觸控部位時，若因觸控部位之面積相異，而造成多個觸控部位各自對應之變化量△Va2相異，則可能無法偵測完整的手勢而降低偵測成功率。根據本案一實施例，步驟230中的校正參數Pi可正比於第二電容值Cv2，從而校正各個觸控部位對應的第二訊號之位準值之變化量。例如第1表所示： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0008"><TBODY><tr><td> 觸控部位 </td><td> 對應的第二電容值 </td><td> 對應的第一訊號之位準值 </td><td> 對應的第二訊號之位準值的變化量 </td><td> 對應之校正參數 </td><td> 校正後變化量 </td></tr><tr><td> A1 </td><td> Cv21 </td><td> Va11 </td><td> △Va21= Va11*Cvx/4Cv21 </td><td> P1（正比於Cv21） </td><td> △Va21’= k(Va11*Cvx) </td></tr><tr><td> Ai </td><td> Cv2i </td><td> Va1i </td><td> △Va2i= Va1i*Cvx/4Cv2i </td><td> Pi（正比於Cv2i） </td><td> △Va2i’= k(Va1i*Cvx) </td></tr></TBODY></TABLE>

（第1表）

其中，觸控部位Ai係對應於第二電容值Cv2i，且如算式eq-5所示，其於觸控事件發生前後之第二訊號的位準值之變化量△Va2i可為Va1i*(Cvx/4Cv2i)，因此，若將校正參數Pi設為正比於第二電容值Cv2i（例如為第二電容值Cv2i之倍數），則步驟230所述的校正運算可例如為將變化量△Va2i乘上校正參數Pi，從而得到不受第二電容值Cv2i影響之校正後變化量△Va2i’= k(Va1i*Cvx)，其中參數k係為可選擇之常數，可隨工程需求而調整。同理，若將上述的變數i改為1則可得到第1表中對應於觸控部位A1之校正後變化量△Va21’= k(Va11*Cvx)。若設定觸控部位A1與Ai對應的第一訊號Sa1相同，也就是使位準值Va11等於位準值Va1i，則經校正後，觸控部位A1與Ai對應的校正後變化量△Va21’與△Va2i’可相等，故可避免觸控部位大小、形狀不均所造成觸控精確度下降問題。若用函數cali表示校正運算之函數，則觸控部位Ai之校正運算可如算式eq-6所示： △Va2i’ = cali(△Va2i, Pi) = △Va2i * Pi = Va1i*(Cvx/4Cv2i) * Pi = k (Va1i*Cvx) …(eq-6)

若第一訊號的位準值Va11至Va1n均實質上相等，則對應於同一Cvx，△Va21’至△Va2n’可實質上互相相等。又如上述，第一電容值Cv1可實質上等於第二電容值Cv2以求得變化量△Va2之最大值，因此當校正參數P係正比於第二電容值Cv2，且Cv1=Cv2，則校正參數P亦可正比於第一電容值Cv1。第5圖係本發明實施例中處理單元110之內部功能方塊示意圖。其中，處理單元110可包含校正單元C及分析單元D，用以根據校正參數P，對於第二訊號Sa2之位準值Va2之變化量△Va2執行校正運算（以函數cali示意），從而得到校正後變化量△Va2’，以供控制單元D判斷是否發生觸控事件。

步驟230之校正運算可不限於將變化量△Va2乘上校正參數P，根據本發明實施例，校正運算也可為根據校正參數P查找查詢表、或執行其他數學運算。其中，處理單元110及其內部各單元可整合於可控制之硬體電路，例如將處理單元110整合為積體電路（integrated circuit；IC），其可包含數位邏輯閘及/或類比電路元件。根據本案另一實施例，第一電容C1及處理單元110可被整合於積體電路。

第6圖係本發明實施例中，觸控偵測方法600之流程圖。觸控偵測方法600相較於第2圖之觸控偵測方法200，可另包含步驟2210、2220、2230。根據本發明實施例，觸控偵測方法600可另包含：

步驟210：經由處理單元110之輸出端1101輸出第一訊號Sa1；

步驟220：經由處理單元110之輸入端1102接收第二訊號Sa2；

步驟2210：比較第二訊號Sa2之位準值Va2及第一訊號Sa1之位準值Va1；

步驟2220：第二訊號Sa2之位準值Va2實質上是否等於第一訊號Sa1之位準值Va1之一半？若是，進入步驟230；若否，進入步驟2230；

步驟2230：調整第一電容值Cv1，從而使第二訊號Sa2之位準值Va2實質上等於第一訊號Sa1之位準值Va1之一半；進入步驟2210；

步驟230：以校正參數P對於第二訊號Sa2之位準值Va2之變化量△Va2執行一校正運算，從而得到校正後變化量△Va2’；

步驟240：校正後變化量△Va2’是否大於門檻值？若是，進入步驟250；若否，進入步驟210；及

步驟250：判斷觸控事件發生。

根據本發明實施例，第一電容C1可例如具有可調整之（adjustable）第一電容值Cv1，故步驟2210至2230可根據位準值Va2及Va1之比較結果，調整第一電容值Cv1，從而使第一電容值Cv1實質上相等於第二電容值Cv2。執行步驟2210至2230後，可得知第一電容值Cv1、第二電容值Cv2，因校正參數P可對應於第二電容值Cv2，故可推估求得對應之校正參數P。以第4圖為例，可求得觸控部位A1至 An各自對應的校正參數P1至Pn。求得之第一電容值Cv1、第二電容值Cv2及校正參數P，可儲存於記憶單元備用。記憶單元可例如為硬碟單元、動態隨機存取記憶體（dynamic random-access memory）單元及/或唯讀記憶體（read-only memory）單元。又以第4圖為例，在本發明實施例中，當觸控面板400之觸控部位Ai執行觸控偵測後，可執行計數器疊加操作，以進行下一輪觸控偵測操作，進行觸控部位Ai+1之觸控偵測，從而執行觸控部位A1至An的觸控偵測（其中，i與n為正整數，且1≦ I ＜ i+1≦n）。舉例而言，計數器疊加操作可例如為將計數器加1，直到預計偵測之觸控部位或所有觸控部位已偵測完畢，其偵測順序係可編程。

綜上所述，本發明實施例揭露的觸控偵測方法，其對應之觸控偵測裝置可不須切換輸入及輸出模式，故電路結構較單純，且可藉由使用校正參數執行校正運算，故可對多個觸控部位對應的變化量進行校正，以使觸控事件觸發的增益（gain）被常規化（normalize），故可有效避免錯誤偵測，而提高觸控偵測之正確度。尤其對於具有多個面積相異之觸控部位的觸控面板，更可提昇觸控偵測之正確度，因此，本發明對於智慧手機、智慧手錶、穿戴式設備、車用設備及智慧家電等裝置的研發者與使用者，實有助益。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧觸控偵測裝置

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

Cx‧‧‧第三電容

Cv1‧‧‧第一電容值

Cv2、Cv21、Cv2i‧‧‧第二電容值

Cvx‧‧‧第三電容值

c11、c21‧‧‧第一端

c12、c22‧‧‧第二端

Va1、Va2、Va21、Va2i‧‧‧位準值

Sa1‧‧‧第一訊號

Sa2‧‧‧第二訊號

GND‧‧‧地端

110‧‧‧處理單元

1101‧‧‧輸出端

1102‧‧‧輸入端

D‧‧‧分析單元

C‧‧‧校正單元

A1至An‧‧‧觸控部位

P、P1、Pi‧‧‧校止參數

△Va2、△Va21、△Va2i‧‧‧變化量

△Va2’、△Va21’、△Va2i’‧‧‧校正後變化量

cali()‧‧‧函數

400‧‧‧觸控面板

200、600‧‧‧觸控偵測方法

210至250、2210至2230‧‧‧步驟

第1圖係本發明一實施例之的觸控偵測裝置之電路示意圖。第2圖係本發明一實施例中觸控偵測方法的流程圖。第3圖係第1圖之實施例的觸控偵測裝置發生觸控事件時之電路示意圖。第4圖係本發明一實施例之觸控面板之觸控部位之示意圖。第5圖係本發明一實施例中的處理單元之內部功能方塊示意圖。第6圖係本發明一實施例之觸控偵測方法之流程圖。

200‧‧‧觸控偵測方法

210至250‧‧‧步驟

Claims

一種用於一觸控偵測裝置之觸控偵測方法，該觸控偵測裝置包含一處理單元，一第一電容及一第二電容，該第一電容之一第一端耦接於該處理單元之一輸出端，該第一電容之一第二端耦接於該處理單元之一輸入端及該第二電容之一第一端，該第二電容之一第二端係耦接於一地端，該觸控偵測方法包含：經由該處理單元之該輸出端輸出一第一訊號；經由該處理單元之該輸入端接收一第二訊號，其中該第二訊號之位準值對應於該第一訊號之位準值、該第一電容之一第一電容值、及該第二電容之一第二電容值；以一校正參數對於該第二訊號之位準值之變化量執行一校正運算，從而得到一校正後變化量；及若該校正後變化量大於一門檻值，判斷一觸控事件發生；其中該觸控事件係對應於一外部物體觸碰該觸控偵測裝置，該外部物體具有一第三電容值，該第二訊號之位準值之變化量係對應於該第一電容值、該第二電容值、該第三電容值及該第一訊號之位準值。
如請求項1所述的觸控偵測方法，其中該第一訊號係一第一類比訊號，且該第二訊號係一第二類比訊號。
如請求項1所述的觸控偵測方法，另包含：比較該第二訊號之位準值及該第一訊號之位準值；及若該第二訊號之位準值實質上不等於該第一訊號之位準值之一半，則調整該第一電容值，從而使該第二訊號之位準值實質上等於該第一訊號之位準值之一半。
如請求項1至3中任一項所述的觸控偵測方法，其中該第一電容值係實質上等於該第二電容值。
如請求項1至3中任一項所述的觸控偵測方法，其中該校正參數係正比於該第一電容值。
如請求項1至3中任一項所述的觸控偵測方法，其中該校正參數係正比於該第二電容值。
如請求項1至3中任一項所述的觸控偵測方法，其中該觸控偵測裝置係對應於一觸控部位，且該校正參數係對應於該觸控部位之一面積。
如請求項1至3中任一項所述的觸控偵測方法，另包含：儲存該校正參數於一儲存單元。
如請求項1至3中任一項所述觸控偵測方法，另包含：執行一計數器疊加操作，以進行一下一輪觸控偵測操作。