TWI597643B

TWI597643B - 觸控感測模組

Info

Publication number: TWI597643B
Application number: TW105100865A
Authority: TW
Inventors: 孫士強
Original assignee: 矽創電子股份有限公司
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-09-01
Also published as: CN106484173A; TW201709042A

Description

觸控感測模組

本發明係指一種觸控感測模組，尤指一種利用感測電極的基礎電容值變化來達到偵測觸控點位置的觸控感測模組。

電子行動裝置之硬體發展已追求輕薄化或節能減碳之設計，例如常見的電容式觸控裝置，將使用單層的電極層來實現多階段控制能力（如手指滑動操作）。

請參考第1圖，第1圖為習知技術中一觸控裝置之局部示意圖。如第1圖所示，觸控裝置包含有感測電極1〜5，以及支援多個感測通道的微控制器MCU。當使用者觸摸在感測電極2與感測電極3之間時，感測電極2〜3分別偵測到因手指觸碰而產生的電容值變化，因此微控制器能透過電容值的變化得知手指觸碰於感測電極2~3之間，再藉由內插公式得到手指觸摸的座標位置。簡單來說，為達到多階段控制，觸控裝置中需採用多個感測電極來進行不同位置的定位偵測。由上述可知，習知的觸控裝置需要很多個感測電極才能達到多階段控制能力，造成觸控裝置的尺寸變大。另外，在微控制器需偵測多個感測電極的情況下，觸控裝置的耗電量也會變大。除此之外，觸控裝置需使用具有多個感測能力（如對應多個感測電極的感測通道（channel））的微控制器，也造成成本提升的問題。

為改善上述缺失，本領域技術人員提出另一觸控裝置，用以改善習知技術中需使用較多數量的感測電極的問題。請參考第2圖，第2圖為為習知技術中一觸控裝置之局部示意圖。如第2圖所示，觸控裝置使用二個三角形的感測電極20a～20b，來進行定位偵測。觸控裝置的運作方式主要是透過手指觸摸在二個感測電極20a～20b之間，手指觸摸的位置為透過手指所含蓋的區域大小所產生的電容值差異來計算出。舉例來說，當手指觸摸在感測電極20a～20b之間，由於感測電極的形狀為三角形，手指按壓在感測電極20a～20b上的面積不同，因此產生不同的電容值變化。因此，微控制器根據感測電極20a～20b所偵測到的電容值變化，計算出手指的座標位置。簡單來說，手指觸摸的座標位置是透過手指在二個感測電極20a～20b上所按壓的區域大小來計算出。

然而，觸控裝置中所使用的三角形感測電極20a～20b的末端較細，因此造成生產難度高且生產良率低，導致製造成本的提升。除此之外，當手指偏移時，由於手指在三角形感測電極20a～20b上的涵蓋面積有變化，會造成定位座標的錯誤。

本發明的目的在於提高感測電極的生產良率，以降低製造成本，並能提高定位精準度的觸控感測模組。

本發明揭露一種一種觸控感測模組，包含有：至少一感測電極，用來偵測一感測區域中的電容值變化；以及一同步電路，設置於該至少一感測電極周圍，其中該同步電路中的一端用來輸入一同步訊號，而同步電路的另一端接地，以及該同步電路包含一阻抗特性，用來當該同步訊號輸入時，透過該阻抗特性產生分壓效果；其中，透過該同步電路的分壓效果，該至少一感測電極會產生基礎電容值變化，用來當有觸控情況發生時，該至少一感測電極會根據該觸控點的位置產生不同大小的電容值變化，用以定位該觸控點的位置。

本發明另揭露一種觸控裝置，包含有：至少一觸控感測模組，其中該觸控感測模組包含：至少一感測電極，用來偵測一感測區域中的電容值變化；以及一同步電路，設置於該至少一感測電極周圍，其中該同步電路中的一端用來輸入一同步訊號，而同步電路的另一端接地，以及該同步電路包含一阻抗特性，用來當該同步訊號輸入時，透過該阻抗特性產生分壓效果；其中，透過該同步電路的分壓效果，該至少一感測電極會產生基礎電容值變化，用來當有觸控情況發生時，該至少一感測電極會根據該觸控點的位置產生不同大小的電容值變化，用以定位該觸控點的位置；以及一微控制器，連接該至少一觸控感測模組，用來監測該至少一感測電極的電容值變化，並計算出該觸控點的座標位置。

請參考第3圖，第3圖為本發明一觸控感測模組30的示意圖。觸控感測模組30包含一感測電極300，以及一同步電路302。其中，同步電路302包含一圍繞在感測電極300的一同步線3020，同步線3020的第一端3020a用來輸入一同步訊號S，以及第二端3020g用來接地。值得注意的是，在一實施例中，同步線3020根據一適當間隔斷開並串聯電阻。因此，當同步訊號S從同步線3020的第一端3020a輸入時，同步線3020上會因為電阻而產生分壓，而分壓會造成感測電極300的基礎電容值的變化。詳細來說，如第3圖所示，當同步訊號S透過第一端3020a從右方輸入時，同步訊號S會在同步線3020上形成由右至左逐漸變小的分壓，因此感測電極300的基礎電容值會由右至左逐漸變大。當感測電極300的基礎電容值變大，手指在感測電極300上觸摸造成的電容值變化較小，因此手指訊號會較小。反之，當感測電極300的基礎電容值變小時，手指訊號會較大。因此，本發明的概念在於透過分壓方式造成感測電極300的基礎電容值在一方向（如左右方向）上的變化，當手指觸摸情況發生時，手指訊號在此方向上也會產生不同大小，藉以判斷手指觸摸的位置。值得注意的是，同步線3020的第一端3020a與第二端3020g部分需為低阻抗或無阻抗材質，如鍍上銀漿材質的金屬物，以避免產生另一方向（如上下方向）的分壓效果而影響感測電極300的基礎電容值。

在另一實施例中，如第4圖所示，同步線3020可為具有阻抗特性的銦錫氧化物（Indium Tin Oxide，ITO）材料，因此同步線3020不需斷開並串聯電阻，就能形成同步線3020上的分壓效果。除此之外，在另一實施例中，如第5圖所示，同步線及同步訊號S可置於感測電極的下方，只要能在感測電極上形成基礎電容值的變化，同步線及同步訊號S的佈設位置不限於此，皆屬於本發明的技術範疇。

根據本發明的技術概念，使用者僅使用一個感測電極300即可達到多階段控制能力（於感測電極上滑移即可產生不同大小的電容值變化／手指訊號，以判斷手指位置）。再者，透過僅使用單一個感測電極300，手指觸摸的座標位置計算不會受到手指按壓面積而受到影響，因此相較於習知技術利用二個三角形感測電極上被手指按壓的面積來進行定位，造成偏移的問題也能降低。另外，本發明的感測電極300為矩形（即寬度無變化），而非習知三角形感測電極末端尖細的形狀，因此本發明的感測電極300的量產良率較高，並進而降低生產成本。

請繼續參考第6A～6B圖，第6A～6B圖為本發明較佳實施例一觸控感測模組60的示意圖。觸控感測模組60包含感測電極600及同步電路602。觸控感測模組60的結構與上述觸控感測模組30結構相似，其差別在於同步電路602另包含開關SW1～SW2，用來分別切換同步線6020的第一端6020a與第二端6020g於同步訊號輸入端B、D與接地端A、C之間。因此，當同步訊號S由左方注入時，右方則須接地，如此就可形成分壓由左到右逐漸變小，而感測電極600的基礎電容值由左到右逐漸變大的效果。反之，當同步訊號S由右方注入時，左方則須接地, 如此就可行成分壓由右到左逐漸變小，而感測電極600的基礎電容值由右到左逐漸變大的效果。觸控感測模組60的運作方式，詳細說明如下。如第6A圖所示，當開關SW1 切到A時，SW2則切到D，此時同部訊號S由右方輸入，感測電極600開始進行手指觸碰的感測掃瞄，以得到電容值變化的第一偵測結果。另一方面，如第6B圖所示，當開關SW1切到B時，SW2則切到C，此時同部訊號S由左方輸入，感測電極600開始進行手指觸碰的感測掃瞄，以得到電容值變化的第二偵測結果。因此，手指觸摸位置可由第一偵測結果與第二偵測結果計算出來。

進一步地，為得到更準確的定位座標，本發明另提供手指按壓偏移時的座標補償方法。請參見第7圖，第7圖為本發明實施例一觸控感測模組70的示意圖。如第7圖所示，觸控感測模組70採用兩個感測電極701、702來偵測觸摸偏移。同上所述，同部訊號S分別由右方及左方輸入，此時第一偵測結果為感測電極701、702偵測的電容值變化結果，而第二偵測結果為感測電極701、702偵測的電容值變化結果。手指按壓偏移量可經由感測電極701與感測電極702的比較而得出（如感測電極701偵測到的電容變化量減掉感測電極702偵測到的電容變化量）。因此，透過本發明的座標補償方法，當手指位置偏移時，相較於三角形感測電極的定位座標能改善許多。

請參考第8圖，上述觸控感測模組60、70的運作方式，可歸納成一觸控偵測流程80。如第8圖所示，觸控偵測流程80包含以下步驟：

步驟800：開始。

步驟802：設定同步訊號由左輸入。

步驟804：感測電極偵測出第一偵測結果。

步驟806：微控制器計算出第一偏移量。

步驟808：設定同步訊號由右輸入。

步驟810：感測電極偵測出第二偵測結果。

步驟812：微控制器計算出第二偏移量

步驟814：微控制器計算根據第一偏移量及第二偏移量計算出平均偏移量

步驟816：微控制器根據第一偵測結果、第二偵測結果，計算出手指觸碰的座標位置。

步驟818：微控制器根據平均偏移量，對步驟816計算出的座標位置進行座標補償，以得到正確的定位座標。

步驟820：結束。

值得注意的是，微控制器支援感測通道連接感測電極，並用來計算手指觸摸位置的功能應為本領域者所熟知，微控制器根據內插法或電容值變化大小的座標位置演算法並非本發明重點，因此不再贅述微控制器的詳細運作方式。

請參考第9圖，第9圖為本發明實施例一觸控裝置90的示意圖。觸控裝置90使用多個觸控感測模組901～907（觸控感測模組的數量不限於此，僅為示意）併起來形成觸控面板。值得注意的是，如9圖所示，在觸控裝置90中，僅有邊緣的觸控感測模組901、907需使用兩個感測電極。觸控裝置中其他的觸控感測模組902～906可使用相鄰的感測電極進行偏移偵測。

請參考第10圖，第10圖為本發明實施例一觸控裝置100的示意圖。觸控裝置100可用來偵測多點觸控的位置。簡單來說，本發明佈設另一組同步電路102，用以將感測電極分成兩區塊的佈設方式。值得注意的是，同路電路102中的同步線1020的第一端1020a與第二端1020g應為低阻抗或零阻抗材料，因此當同步電路102中的開關SW3切換至同步訊號輸入端H，以及開關SW1、SW2切換至接地端A、C時，同步訊號S不會在同步線1020的第一端1020a與第二端1020g上產生分壓，而僅在同步線1020上（即平行方向）有分壓效果，藉以分別對兩區塊的感測電極產生基礎電容值變化。在此實施例中，右方區塊的感測電極的基礎電容值變化由左至右逐漸變大，而左方區塊的感測電極的基礎電容值變化由右至左逐漸變大。因此，當手指觸碰兩區塊中的感測電極時，二區塊的感測電極皆能偵測到不同大小的手指訊號，藉以計算多點觸控的座標位置（可視為第一偵測結果）。另一方面，當同步電路102中的開關SW3切換至接地端G，以及開關SW1、SW2切換至同步訊號輸入端B、D時，右方區塊中的感測電極的基礎電容值變化由右至左逐漸變大，而左方區塊中的感測電極的基礎電容值變化由左至右逐漸變大，因此，當手指觸碰兩區塊中的感測電極時，二區塊的感測電極皆能偵測到不同大小的手指訊號，藉以計算多點觸控的座標位置（可視為第二偵測結果）。關於感測電極的偵測結果、偵測偏移量、計算定位座標的詳細操作說明，可參考上述，在此不再贅述。

綜上所述，本發明利用分壓方式在一感測電極上產生基礎電容值變化效果，藉以在單一感測電極上就能實現多階段控制能力的觸控技術。本案相較於習知技術，具有更精確的定位效果，且感測電極製作良率高、感測電極數量減少（減少微控制器所需支援的感測通道數量），因此相較於習知技術更有低製造成本的優勢。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。

1～5、20a、20b‧‧‧感測電極
MCU‧‧‧微控制器
30、40、60、70、901～907‧‧‧觸控感測模組
300、400、600、701、702‧‧‧感測電極
302、402、602、702‧‧‧同步電路
3020、4020、6020、1020‧‧‧同步線
3020a、4020a、6020a、7020a、1020a‧‧‧第一端
3020g、4020g、6020g、7020g、1020g‧‧‧第二端
SW1、SW2、SW3‧‧‧開關
A、C、G‧‧‧接地端
B、D、H‧‧‧同步訊號輸入端
S‧‧‧同步訊號
F‧‧‧手指觸摸區域
80‧‧‧流程
800～820‧‧‧步驟
90、100‧‧‧觸控裝置

第1～2圖為習知技術中一觸控裝置之局部示意圖。第3圖為本發明一觸控感測模組的示意圖。第4～5圖為本發明實施例一同步電路的示意圖。第6A～6B圖為本發明較佳實施例一觸控感測模組的運作示意圖。第7圖為本發明實施例一觸控感測模組的示意圖。第8圖為本發明一偵測流程的示意圖。第9圖為本發明一觸控裝置的結構示意圖。第10圖為本發明實施例一觸控裝置的示意圖。

60‧‧‧觸控感測模組

600‧‧‧感測電極

602‧‧‧同步電路

6020‧‧‧同步線

6020a‧‧‧第一端

6020g‧‧‧第二端

SW1、SW2‧‧‧開關

A、C‧‧‧接地端

B、D‧‧‧同步訊號輸入端

S‧‧‧同步訊號

F‧‧‧手指觸摸區域

Claims

一種觸控感測模組，包含有：至少一感測電極，用來偵測一感測區域中的電容值變化；以及一同步電路，設置於該至少一感測電極周圍，其中該同步電路中的一端點用來輸入一同步訊號，而同步電路的另一端點接地，以及該同步電路包含一阻抗特性，用來當該同步訊號輸入時，透過該阻抗特性產生分壓效果；其中，透過該同步電路的分壓效果，該至少一感測電極會產生基礎電容值變化，用來當有觸控情況發生時，該至少一感測電極會根據一觸控點的位置產生不同大小的電容值變化，用以定位該觸控點的位置。
如請求項1所述之觸控感測模組，其中該同步電路更包含有一第一開關，用來切換該同步電路的一第一端於一第一同步訊號輸入端與一第一接地端之間，以及一第二開關，用來當該第一開關將該第一端切換至該第一同步訊號輸入端時，該第二開關將該同步電路的一第二端切換至一第二接地端，以及當該第一開關將該第一端切換至該第一接地端時，該第二開關將該第二端切換至一第二同步訊號輸入端。
如請求項1所述之觸控感測模組，其中該同步電路包含有一同步線，用來圍繞在該感測電極周圍，或該同步電路包含有一同步面板，用來提供一同步區域在該感測電極周圍。
如請求項3所述之觸控感測模組，其中該同步線或同步面板可為具有阻抗特性的銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)材料，以形成分壓效果。
如請求項3所述之觸控感測模組，其中該同步線與複數個電阻串聯，用來產生阻抗，以形成分壓效果。
如請求項2所述之觸控感測模組，其中該同步電路連接該第一或第二接地端與連接該第一或第二同步訊號輸入端的部分為零阻抗的金屬材料。
一種觸控裝置，包含有：至少一觸控感測模組，其中該觸控感測模組包含：至少一感測電極，用來偵測一感測區域中的電容值變化；以及一同步電路，設置於該至少一感測電極周圍，其中該同步電路中的一端用來輸入一同步訊號，而同步電路的另一端接地，以及該同步電路包含一阻抗特性，用來當該同步訊號輸入時，透過該阻抗特性產生分壓效果；其中，透過該同步電路的分壓效果，該至少一感測電極會產生基礎電容值變化，用來當有觸控情況發生時，該至少一感測電極會根據一觸控點的位置產生不同大小的電容值變化，用以定位該觸控點的位置；以及一微控制器，連接該至少一觸控感測模組，用來監測該至少一感測電極的電容值變化，並計算出該觸控點的座標位置。
如請求項7所述之觸控裝置，其中該同步電路更包含有一第一開關，用來切換該同步電路的一第一端於一第一同步訊號輸入端與一第一接地端之間，以及一第二開關，用來當該第一開關將該第一端切換至該第一同步訊號輸入端時，該第二開關將該同步電路的一第二端切換至一第二接地端，以及當該第一開關將該第一端切換至該第一接地端時，該第二開關將該第二端切換至一第二同步訊號輸入端。
如請求項7所述之觸控裝置，其中該同步電路包含有一同步線，用來圍繞在該感測電極周圍，或該同步電路包含有一同步面板，用來提供一同步區域在該感測電極周圍。
如請求項9所述之觸控裝置，其中該同步線或同步面板為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)材料。
如請求項9所述之觸控裝置，其中該同步線與複數個電阻串聯，用來產生阻抗特性。
如請求項8所述之觸控裝置，其中該同步電路連接該第一或第二接地端與連接該第一或第二同步訊號輸入端的部分為零阻抗的金屬材料。
如請求項8所述之觸控裝置，其中該微控器更用來當該同步電路的該第一開關切換至該第一同步訊號輸入端，使同步訊號從該同步電路的該第一端輸入時，對該至少一感測電極進行第一次電容值變化的監測，以計算出該觸控點的一第一座標位置、用來當該同步電路的該第二開關切換至該第二同步訊號輸入端，使同步訊號從該同步電路的該第二端輸入時，對該至少一感測電極進行第二次電容值變化的監測，以計算出該觸控點的一第二座標位置，以及用來根據該第一、二座標位置計算出正確的觸控位置。