TWI602099B

TWI602099B - 電容式感測裝置及在導電異物中觸碰事件的偵測方法

Info

Publication number: TWI602099B
Application number: TW105134183A
Authority: TW
Inventors: 李尚禮; 丁科豪; 劉孟謙
Original assignee: 鹽光股份有限公司; 意象無限股份有限公司
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-10-11
Also published as: US10444921B2; TW201816563A; US20180113530A1

Description

電容式感測裝置及在導電異物中觸碰事件的偵測方法

本發明是關於一種電容式感測技術，特別是關於一種電容式感測裝置及在導電異物中觸碰事件的偵測方法。

為了提升使用上的便利性，越來越多電子裝置使用觸控螢幕(touch screen)作為操作介面，以讓使用者直接在觸控螢幕上點選畫面來進行操作，藉此提供更為便捷且人性化的操作模式。觸控螢幕主要由提供顯示功能之顯示器以及提供觸控功能之感測裝置所組成。

感測裝置依照構造和感測形式的不同可區分為：電阻式感測裝置、電容式感測裝置、音波式感測裝置、光學式(紅外線)感測裝置、電磁式感測裝置。其中，電容式感測裝置不需要應力應變的材料變形、較不受外界環境光線影響，且製程也較簡單，因此近期的觸控螢幕多是採用電容式感測裝置。

當電容式感測裝置上有一導電異物區域時(例如：水或其他導電物質等)時，在導電異物區域中軸向導線之間的等效電路與等效雜散電容亦會隨之改變，因而造成控制量測電路感測到軸向導線上之電流或電荷轉移量之變化，進而導致誤判及誤動作。或者，當觸點在導電異物區域上時，觸點位置之軸向導線應被量測到相對較小之對應電流或電荷轉移量，卻因導電異物區域而被旁接至相鄰軸向導線(而經由相鄰軸向導線接地)，以致控制量測電路無法正確感測觸點之位置。

因此，如何有效地避免因導電異物所造成的誤判及誤動作乃為業界不斷致力研發的方向之一。

在一實施例中，一種在電容式感測裝置上的導電異物的偵測方法，其包括：掃描複數偵測點以得到此些偵測點的感測訊號、計算感測訊號中所有正訊號的第一訊號總合、確認第一訊號總合相較於先前的第一訊號總合的第一變化、計算感測訊號中所有負訊號的第二訊號總合、確認第二訊號總合相較於先前的第二訊號總合的第二變化、當該第一變化與第二變化為正向變化時，根據第一變化與第二變化設定一旗標、當第一變化與第二變化為負向變化時，根據第一變化與第二變化清除旗標、以及於旗標存在時，禁能至少一觸碰點的報點。其中，各觸碰點是由多個偵測點所構成。

在一實施例中，一種電容式感測裝置，其包括：複數第一電極線、複數第二電極線以及一感測控制器。此些第一電極線與此些第二電極線交錯，並且此些第一電極線與此些第二電極線界定以一矩陣配置之複數偵測點。感測控制器電性連接此些第一電極線與此些第二電極線。感測控制器執行下列步驟：掃描複數偵測點以得到此些偵測點的感測訊號、計算感測訊號中所有正訊號的第一訊號總合、確認第一訊號總合相較於先前的第一訊號總合的第一變化、計算感測訊號中所有負訊號的第二訊號總合、確認第二訊號總合相較於先前的第二訊號總合的第二變化、當該第一變化與第二變化為正向變化時，根據第一變化與第二變化設定一旗標、當第一變化與第二變化為負向變化時，根據第一變化與第二變化清除旗標、以及於旗標存在時，禁能至少一觸碰點的報點。其中，各觸碰點是由多個偵測點所構成。

綜上，根據本發明之電容式感測裝置及在導電異物中觸碰事件的偵測方法，其得以判斷觸碰事件是否發生在導電異物中，進而排除因導電異物所造成的誤動作。

12‧‧‧感測控制器

14‧‧‧訊號感測器

16‧‧‧感測區

18‧‧‧儲存單元

20‧‧‧顯示器

30‧‧‧處理單元

X1~Xn‧‧‧第一電極線

Y1~Ym‧‧‧第二電極線

P(1,1)~P(n,m)‧‧‧偵測點

T1‧‧‧觸碰點

S41‧‧‧掃描複數偵測點以得到此些偵測點的複數感測訊號

S43‧‧‧計算複數感測訊號中所有正訊號的第一訊號總合

S45‧‧‧確認第一訊號總合相較於先前的第一訊號總合的第一變化

S47‧‧‧計算複數感測訊號中所有負訊號的第二訊號總合

S49‧‧‧確認第二訊號總合相較於先前的第二訊號總合的第二變化

S51‧‧‧當第一變化與第二變化為正向變化時，根據第一變化與第二變化設定一旗標

S511‧‧‧根據一第一正向閥值確認第一變化

S513‧‧‧根據一第二正向閥值確認第二變化

S515‧‧‧是否為第一變化大於第一正向閥值且第二變化大於第二正向閥值？

S517‧‧‧設定一旗標

S53‧‧‧當第一變化與第二變化為負向變化時，根據第一變化與第二變化清除旗標

S531‧‧‧根據一第一負向閥值確認第一變化

S533‧‧‧根據一第二負向閥值確認第二變化

S535‧‧‧是否為第一變化大於第一負向閥值且第二變化大於第二負向閥值？

S537‧‧‧清除旗標

S61‧‧‧根據一觸控閥值確認各感測訊號

S63‧‧‧是否有任一感測訊號大於觸控閥值？

S65‧‧‧維持旗標的狀態

S67‧‧‧清除旗標

S71‧‧‧旗標是否存在？

S73‧‧‧禁能觸碰點的報點

S75‧‧‧不禁能觸碰點的報點

[第1圖]為應用本發明任一實施例之電容式感測裝置的觸控設備的示意圖。

[第2圖]為第1圖中訊號感測器之一實施例的示意圖。

[第3圖]為根據本發明第一實施例之在導電異物中觸碰事件的偵測方法的流程圖。

[第4圖]為在本發明任一實施例之電容式感測裝置中之觸碰事件的一實施例的示意圖。

[第5圖]為一實施例之步驟S51的流程圖。

[第6圖]為一實施例之步驟S53的流程圖。

[第7圖]為另一實施例之步驟S51的流程圖。

[第8圖]為另一實施例之步驟S53的流程圖。

[第9圖]為一實施例之觸控閥值與感測訊號之判斷結果的流程圖。

首先，根據本發明任一實施例的在導電異物中觸碰事件的偵測方法可適於一觸控設備。觸控設備可以是但不限於觸控螢幕、電子畫板、手寫板等觸控裝置或具有觸控裝置之電子裝置。電子裝置可以是但不限於智慧型手機(smart phone)、導航機(PND)、數位相框(PDF)、電子書(e-book)、筆記型電腦(notebook)、或平版電腦(Tablet or Pad)等。為了清楚說明，以下之實施方式雖以觸控螢幕為例進行說明，但並非用以限定本發明的範籌。舉例來說，在下述實施方式中所描述的「觸碰事件」，若以觸控面板為例，觸碰事件可以是用手指或觸控筆等觸控元件來發生；若以電子畫板為例，則觸碰事件可以是用電子畫板對應的觸碰元件(如，觸碰畫筆)來發生；若以手寫板為例，則觸碰事件可以是用手寫板對應的觸碰元件(如，手寫筆或手指)來發生。

第1圖為應用本發明任一實施例之電容式感測裝置的觸控設備的示意圖。第2圖為第1圖中訊號感測器之一實施例的示意圖。在下述的說明中，觸控設備係以電子裝置為例進行說明，但本發明並不以此為限。

參照第1圖，觸控設備包含電容式感測裝置、顯示器20、及處理單元30。電容式感測裝置包含一感測控制器12以及一訊號感測器14。感測控制器12連接至訊號感測器14，並且訊號感測器14位在顯示器20的顯示面上。處理單元30電性連接至感測控制器12與顯示器20。訊號感測器14包括交錯配置的多個電極線(例如：第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn以及第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym)。其中，n及m為正整數。再者，n可等於m，亦可不等於m。第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn以及第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym電性連接至感測控制器12。

從頂視視角來看，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn與第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym相互交錯，並且界定以一矩陣配置之複數偵測點P(1,1)~P(n,m)，如第2圖所示。換言之，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn與第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym是構成一個平面座標系統。以此實施而為例，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn與第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym係構成一個直角座標系統(笛卡爾座標系統，Cartesian Coordinate System)，但本發明並不以此為限，亦可以是極座標系統、非直角座標系統、或是其他平面座標系統。在一些實施例中，交疊後之第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn與第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym的頂視圖呈菱形蜂巢狀、網格狀或柵狀。

在一些實施例中，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn以及第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym可以位於不同平面(位於不同感測層上)，並且不同平面之間可以但不限於夾置有絕緣層(圖中未示)。在另一些實施例中，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn與第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym可以位於同一平面，也就是僅位於單一感測層上。

在一些實施例中，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn為發射電極線，並且第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym為接收電極線。在另一些實施例中，第一電極線X1、X2~Xn-1、Xn為接收電極線，並且第二電極線Y1、Y2~Ym-1、Ym為發射電極線。

在一些實施例中，感測層可以採用透明或半透明的設計，因此當顯示器20顯示資訊時，使用者能穿透所有感測層而看到顯示器20所顯示的內容。換句話說，顯示器20發出的光線可以穿過所有感測層而到達使用者的眼睛。在另一些實施例中，感測層可以不採用透明或半透明的設計，例如：電子畫板或手寫板等不具顯示器20的觸控裝置的感測層。

在一些實施例中，處理單元30可以是內部的處理器，或者是設置在外部主機中的處理器。

當使用者觸碰電容式感測裝置時，電容式感測裝置偵測觸碰事件(觸碰動作)，並且由處理單元30做進一步處理。此進一步處理的內容視觸碰事件的觸控位置對應顯示器20顯示位置之應用程式而定，例如：但不限於處理單元30響應觸碰事件而啟動某一應用程式、或在觸碰事件發生的位置顯示筆觸等等。

顯示器20用來顯示資訊的區域對應於訊號感測器14的感測區16。此感測區16係指能夠偵測使用者是否有觸碰事件發生。偵測點P(1,1)~P(n,m)則形成在此感測區16中。

於此，感測控制器12可以採用自電容(self-capacitance)觸控技術或互電容(mutual capacitance)觸控技術感測使用者之觸碰動作。感測控制器12除了正常觸控動作的偵測外，另會進行導電異物(例如：水)中觸碰事件的偵測，以排除發生在導電異物中之觸碰事件所造成的誤動作。

舉例來說，以導電異物為水為例，水在訊號感測器14上是形成浮接(float)電位的物質，以致感測控制器12透過量測到訊號感測器14相對水而形成的電位反應而對應生成正與負兩種感測訊號。當手指(觸控元件)觸碰在感測區16上水存在的區域時，水透過手指形成接地電位使部分感測訊號變為正的，此時，水存在的區域之電位變化現象類似手掌，即生成大面積之正訊號。再者，水中含有鹽分時，對應水存在的區域的感測訊號會有更多正訊號。

第3圖為根據本發明第一實施例之在導電異物中觸碰事件的偵測方法的流程圖。

參照第3圖，感測控制器12進行導電線的掃描，以取得感測區16中所有偵測點P(1,1)~P(n,m)的感測訊號(步驟S41)。在一些實施例中，感測控制器12掃描每一偵測點(P(1,1)~P(n,m)中之每一者，以下標示為P)的訊號，並且將掃描到的訊號與對應的背景值相比較以得到其感測訊號。換言之，感測訊號為掃描到的訊號與對應的背景值的差值。其中，各偵測點P的對應的背景值可為先前掃描到的訊號或為出廠預設值。當掃描到的訊號大於背景值時，得到的感測訊號為正訊號。反之，當掃描到的訊號小於或等於背景值時，得到的感測訊號為負訊號。

接著，感測控制器12計算所有偵測點P(1,1)~P(n,m)的感測訊號中所有正訊號的訊號總合(以下稱第一訊號總合)(步驟S43)，並且確認第一訊號總合相較於先前的第一訊號總合的變化(以下稱第一變化)(步驟S45)。在一些實施例中，第一變化可為多次掃描中最大的變化量之當前的第一訊號總合相較於先前的第一訊號總合的變化。換言之，每一次掃描，感測控制器12會記錄計算得所有正訊號的第一訊號總合。在步驟S45的一實施例中，於步驟S43之後，感測控制器12會計算當前的第一訊號總合(當前掃描週期所得之所有正訊號的訊號總合)分別與前k次的第一訊號總合(先前k個掃描週期所得之所有正訊號的訊號總合)的差以得到k個正訊號的待選變化。然後，以k個正訊號的待選變化中之變化量最大的待選變化(最大值)作為第一變化。其中，k為大於或等於1的正整數。較佳地，k=2~9。更佳地，k=3~5。舉例來說，假設k=3，7次掃描(時間點t=1~7)的正訊號的第一訊號總合為[1,1,80,150,150,150,150]。於此，t=2的第一變化為0、t=3的第一變化為79、t=4的第一變化為149、t=5的第一變化為149、t=6的第一變化為70，而t=7的第一變化為0。

此外，感測控制器12亦計算所有偵測點P(1,1)~P(n,m)的感測訊號中所有負訊號的訊號總合(以下稱第二訊號總合)(步驟S47)，並且確認第二訊號總合相較於前次的第二訊號總合的變化(以下稱第二變化)(步驟S49)。在一些實施例中，第二變化可為多次掃描中最大的變化量之當前的第二訊號總合相較於前次的第二訊號總合的變化。換言之，每一次掃描，感測控制器12會記錄計算得所有負訊號的第二訊號總合。在步驟S49的一實施例中，於步驟S47之後，感測控制器12計算當前的第二訊號總合(當前掃描週期所得之所有負訊號的訊號總合)分別與前j次的第二訊號總合(先前j個掃描週期所得之所有負訊號的訊號總合)的差以得到j個負訊號的待選變化。然後，以j個負訊號的待選變化中之變化量最大的待選變化作為第二變化。其中，j為大於或等於1的正整數。較佳地，j=2~9。更佳地，j=3~5。於此，k可以等於j，或者不等於j。

其中，當第一變化與第二變化為正向變化時，感測控制器12根據第一變化與第二變化設定一旗標於儲存單元18中(步驟S51)。當第一變化與第二變化為負向變化時，感測控制器12根據第一變化與第二變化清除儲存單元中已設定的旗標(步驟S53)。其中，儲存單元18可設置於感測控制器12的外部，亦或是內建於感測控制器12中(圖中未示)。

並且，感測控制器12判斷儲存單元18是否存在旗標(步驟S71)。於旗標存在時，感測控制器12禁能觸碰點的報點(步驟S73)。反之，於旗標不存在時，感測控制器12不禁能觸碰點的報點(步驟S75)。於此，各觸碰點T1是由大於觸控閥值的複數偵測點P(2,i)、P(2,i+1)、P(3,i)、P(3,i+1)所構成，如第4圖所示。於此，報點是指感測控制器12輸出觸碰點T1的位置資訊。而「禁能」則是指於觸碰點T1達到報點條件(如，連續多次掃描週期都偵測到此觸碰點T1)時，感測控制器12仍不輸出此觸碰點T1的位置資訊。

參照第5圖，在步驟S51的一實施例中，當第一變化與第二變化為正向變化時，感測控制器12根據一第一正向閥值確認第一變化(步驟S511)，以確認當前第一訊號總合相對於先前第一訊號總合的正向變化量(第一變化)是否大於第一正向閥值(步驟S515)。並且，感測控制器12亦根據一第二正向閥值確認第二變化(步驟S513)，以確認當前第二訊號總合相對於先前第二訊號總合的正向變化量(第二變化)是否大於第二正向閥值(步驟S515)。當第一變化的量大於第一正向閥值且第二變化的量大於第二正向閥值時，感測控制器12設定旗標於儲存單元18中(步驟S517)。反之，當第一變化的量不大於第一正向閥值及/或第二變化的量不大於第二正向閥值時，感測控制器12則根據一觸控閥值確認各感測訊號(步驟S61)。

參照第6圖，在步驟S53的一實施例中，當第一變化與第二變化為負向變化時，感測控制器12根據一第一負向閥值確認第一變化(步驟S531)，以確認當前第一訊號總合相對於先前第一訊號總合的負向變化量(第一變化)是否大於第一負向閥值(步驟S535)。並且，感測控制器12亦根據一第二負向閥值確認第二變化(步驟S533)，以確認當前第二訊號總合相對於先前第二訊號總合的負向變化量(第二變化)是否大於第二負向閥值(步驟S535)。當第一變化的量大於第一負向閥值且第二變化的量大於第二負向閥值時，感測控制器12清除儲存單元18中已設定的旗標(步驟S537)。反之，當第一變化的量不大於第一負向閥值及/或第二變化的量不大於第二負向閥值時，感測控制器12則根據觸控閥值確認各感測訊號(步驟S61)。

參照第7及8圖，在一些實施例中，於步驟S517或步驟S537之後，感測控制器12亦會根據觸控閥值確認各感測訊號(步驟S61)。

參照第9圖，於前述之任一實施例之步驟S61中，感測控制器12會判斷是否有任一感測訊號大於觸控閥值(步驟S63)。

當任一感測訊號大於觸控閥值時，感測控制器12則維持旗標的狀態(步驟S65)，並且接續進行旗標狀態的確認(即，執行步驟S71)。換言之，在步驟S65中，當儲存單元18中已設定有旗標時，感測控制器12不清除儲存單元18中設定的旗標，即，維持旗標繼續儲存在儲存單元18中。反之，在步驟S65中，當儲存單元18中未設定有旗標時，感測控制器12不變更儲存單元18的儲存內容，即維持儲存單元18不儲存旗標。

然而，當所有偵測點P(1,1)~P(n,m)的感測訊號均不大於觸控閥值時，感測控制器12則清除儲存單元18中已設定的旗標(步驟S67)，並且接續進行旗標狀態的確認(即，執行步驟S71)。

在一些實施例中，觸控閥值大於0。其中，觸控閥值可為一手指訊號。

於此，感測控制器12會將每一次計算得的第一訊號總合與第二訊號總合儲存在儲存單元18中，以提供下一次偵測時計算第一變化與第二變化。

應當可理解的是，各步驟的執行順序並不限於前述描述順序，可依據步驟的執行內容適當地調配執行順序。舉例來說，可先執行步驟S47在執行步驟S43或步驟S45之前，或者與步驟S43或步驟S45同時執行步驟S47，換言之，步驟S47可在步驟S41之後且步驟S49之前的任意時點執行。

在一些實施例中，前述之儲存單元18可由一個或多個記憶體元件實現。各記憶體元件可為唯讀記憶體、隨機存取記憶體、非永久性記憶體、永久性記憶體、靜態記憶體、動態記憶體、快閃記憶體和/或任何存儲數位資訊的設備。

在一些實施例中，根據本發明之在導電異物中觸碰事件的偵測方法可由一電腦程式產品實現，以致於當電腦(即，任意觸控設備)載入程式並執行後可完成根據本發明任一實施例之在導電異物中觸碰事件的偵測方法。在一些實施例中，電腦程式產品可為一可讀取記錄媒體，而上述程式則儲存在可讀取記錄媒體中供電腦載入。在一些實施例中，上述程式本身即可為電腦程式產品，並且經由有線或無線的方式傳輸至電腦中。