TWI658383B - 具有力量偵測之投射式電容觸控 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種力量感測觸控感測器，其包括：一基板，在該基板之一表面上具有複數個導電電極列及實質上垂直於該複數個導電電極列且位於其上方之複數個導電電極行；及一力量感測器，其位於該基板之每一隅角處。當將一觸控施加至該觸控感測器之該表面時，由接近於對該觸控感測器之該表面之該觸控之位置的一電極列與行之一相交點形成之一電容器之電容值將改變。此等力量感測器偵測該觸控感測器基板上之總計且成比例之力量。然後將此力量資訊與先前所判定之該(等)觸控位置組合，且然後可以足以用於三維(3D)手勢應用之解析度來對該(等)個別觸控力量進行內插。

Description

具有力量偵測之投射式電容觸控
本發明係關於觸控感測器，且更特定而言，係關於一種觸控感測器，該觸控感測器在一觸控及/或手勢期間感測觸控位置及施加於該觸控感測器處之壓力(力量)兩者。
包括具有一區域之一觸控偵測基板之觸控感測器通常可僅判定對該基板區域之一表面之一(多個)觸控之一(多個)位置，例如，二維X-Y座標。期望一第三感測輸入以允許可與X-Y觸控位置輸入組合使用之額外資訊。能夠不僅判定一觸控之X-Y座標位置而且判定對觸控感測器基板之表面之觸控之力量賦予可與具有帶此等特徵之一觸控感測器之一裝置一起使用之另一控制選項。
因此，需要可用於偵測對其之一(多個)觸控之一(多個)位置及該(等)位置上之一(多個)力量兩者之一種觸控感測器。
根據一實施例，一種用於判定一觸控感測表面上對其之一觸控之一位置及該觸控之一力量的一設備可包括：第一複數個電極，其沿具有一第一軸之一平行定向配置，其中該第一複數個電極中之每一者可包括一自電容；第二複數個電極，其沿具有實質上垂直於該第一軸之一第二軸之一平行定向配置，該第一複數個電極可定位於該第二複數個電極上方且形成複數個節點，該複數個節點可包括該第一複數個 電極與該第二複數個電極之重疊相交點，其中該複數個節點中之每一者可包括一互電容；一基板，其上安置有該第一複數個電極及該第二複數個電極，其中該基板可具有複數個隅角；及複數個力量感測器，其中該基板之每一隅角可耦合至該複數個力量感測器中之一各別者；藉此該複數個力量感測器中之每一者在對其之一觸控期間量測施加至該基板之一力量之一部分。
根據又一實施例，該基板可係實質上透光的且該第一複數個電極及該第二複數個電極可包括氧化銦錫(ITO)。根據又一實施例，該基板可係實質上透光的且該第一複數個電極及該第二複數個電極可包括氧化銻錫(ATO)。根據又一實施例，該基板可包括四個隅角。
根據另一實施例，一種用於判定一觸控感測表面上對其之一觸控之一位置及該觸控之一力量之方法可包括以下步驟：提供沿具有一第一軸之一平行定向配置之第一複數個電極，其中該第一複數個電極中之每一者可包括一自電容；提供沿具有實質上垂直於該第一軸之一第二軸之一平行定向配置之第二複數個電極，該第一複數個電極可定位於該第二複數個電極上方且形成複數個節點，該複數個節點可包括該第一複數個電極與該第二複數個電極之重疊相交點，其中該複數個節點中之每一者可包括一互電容；提供其上安置有該第一複數個電極及該第二複數個電極之一基板，其中該基板可具有複數個隅角；提供複數個力量感測器，其中該基板之每一隅角可耦合至該複數個力量感測器中之一各別者；掃描該第一複數個電極以判定其該等自電容之值；比較該等所掃描自電容之該等值以判定該第一複數個電極中之哪一者可具有最大自電容值；掃描具有該最大自電容值的該第一複數個電極中之該一者之該等節點以判定該各別複數個節點之該等互電容之值；比較具有該最大自電容值的該第一電極上之該各別複數個節點之該等所掃描互電容之該等值，其中具有該最大互電容值之該節點可係 該觸控感測表面上之一觸控之一位置；及依據由該複數個力量感測器量測之力量值來判定該觸控感測表面上之該觸控之一力量。
根據該方法之又一實施例，可用一類比前端及一類比轉數位轉換器(ADC)來量測該等自電容值及互電容值。根據該方法之又一實施例，可將該等自電容值及互電容值儲存於一數位裝置之一記憶體中。根據該方法之又一實施例，該數位裝置中之一數位處理器可使用該等所儲存自電容值及互電容值來判定該觸控之該觸控位置及由該觸控在該觸控位置處施加至該觸控感測表面之該力量。根據該方法之又一實施例，判定該觸控感測表面上之該觸控之一力量之該步驟可包括一下步驟：藉由將由該複數個力量感測器量測之該等力量值加在一起來判定一所計算力量點(CFP)。
根據另一實施例，一種用於判定一觸控感測表面上對其之複數個觸控之位置及該等觸控之一組合力量之方法可包括以下步驟：提供沿具有一第一軸之一平行定向配置之第一複數個電極，其中該第一複數個電極中之每一者可包括一自電容；提供沿具有實質上垂直於該第一軸之一第二軸之一平行定向配置之第二複數個電極，該第一複數個電極可定位於該第二複數個電極上方且形成複數個節點，該複數個節點可包括該第一複數個電極與該第二複數個電極之重疊相交點，其中該複數個節點中之每一者可包括一互電容；提供其上安置有該第一複數個電極及該第二複數個電極之一基板，其中該基板可具有複數個隅角；提供複數個力量感測器，其中該基板之每一隅角可耦合至該複數個力量感測器中之一各別者；掃描該第一複數個電極以判定其該等自電容之值；比較該等所掃描自電容之該等值以判定該第一複數個電極中之哪些者可具有最大自電容值；掃描具有該最大自電容值的該第一複數個電極中之該等者之該等節點以判定該各別複數個節點之該等互電容之值；比較具有該等最大自電容值的該等第一電極上之該各別複 數個節點之該等所掃描互電容之該等值，其中具有最大互電容值之該等節點可係該觸控感測表面上之觸控之位置；及依據由該複數個力量感測器量測之力量值來判定該觸控感測表面上之該等觸控之一組合力量。
根據該方法之又一實施例，可用一類比前端及一類比轉數位轉換器(ADC)來量測該等自電容值及互電容值。根據該方法之又一實施例，可將該等自電容值及互電容值儲存於一數位裝置之一記憶體中。根據該方法之又一實施例，該數位裝置中之一數位處理器可使用該等所儲存自電容值及互電容值來判定該等觸控之該等觸控位置及由該等觸控在該等觸控位置處施加至該觸控感測表面之該等各別力量。
根據該方法之又一實施例，判定該觸控感測表面上之該等觸控之一組合力量之該步驟可包括以下步驟：藉由將由該複數個力量感測器量測之該等力量值加在一起來判定一所計算力量點(CFP)；及藉由使用該等觸控位置及由該複數個力量感測器量測之該等力量值來判定一質心(CM)。
根據該方法之又一實施例，判定該CM之步驟可包括以下步驟：判定CFP之一X偏移XR；及判定CFP之一Y偏移YR。根據該方法之又一實施例，判定X偏移XR之步驟可包括以下步驟：求解XR=(((F1+F3)*(-W/2))+((F2+F4)*(W/2))/FR，其中W可係觸控感測表面之一面之一寬度，且XR可係自CM至CFP之一X偏移。根據該方法之又一實施例，判定Y偏移YR之步驟可包括以下步驟：求解YR=(((F1+F2)*(-H/2))+((F3+F4)*(H/2))/FR，其中H可係觸控感測表面之一面之一高度，且YR可係自CM至CFP之一Y偏移。
根據另一實施例，一種用於判定一觸控感測表面上對其之觸控之位置及該等觸控之一組合力量之系統可包括：第一複數個電極，其沿具有一第一軸之一平行定向配置，其中該第一複數個電極中之每一 者可包括一自電容；第二複數個電極，其沿具有實質上垂直於該第一軸之一第二軸之一平行定向配置，該第一複數個電極可定位於該第二複數個電極上方且形成複數個節點，該複數個節點可包括該第一複數個電極與該第二複數個電極之重疊相交點，其中該複數個節點中之每一者可包括一互電容；一基板，其上安置有該第一複數個電極及該第二複數個電極，其中該基板可具有複數個隅角；複數個力量感測器，其中該基板之每一隅角可耦合至該複數個力量感測器中之一各別者；一數位處理器與記憶體，其中該數位處理器之數位輸出可耦合至該第一複數個電極及該第二複數個電極；一類比前端，其耦合至該第一複數個電極及該第二複數個電極以及該複數個力量感測器；一類比轉數位轉換器(ADC)，其具有耦合至數位處理器之至少一個數位輸出；其中可藉由該類比前端針對該第一複數個電極中之每一者量測該等自電容之值，可將該等所量測自電容之該等值儲存於該記憶體中；可藉由該類比前端量測具有最大自電容值中之至少一者的該等第一電極中之至少一者之該等互電容之值；可將該等所量測互電容之該等值儲存於該記憶體中；可將由該複數個力量感測器量測之力量之值儲存於該記憶體中；且該數位處理器可使用該等所儲存自電容值及互電容值來判定該等觸控之位置，且依據由該複數個力量感測器量測之該等力量值來計算該觸控感測表面上之一力量點(CFP)及一質心(CM)。
根據又一實施例，該數位處理器、該記憶體、該類比前端及該ADC可係由一數位裝置提供。根據又一實施例，該數位處理器、該記憶體、該類比前端及該ADC可係由至少一個數位裝置提供。根據又一實施例，該數位裝置可包括一微控制器。根據又一實施例，該數位裝置可選自由以下各項組成之群組：一微處理器、一數位信號處理器、一特殊應用積體電路(ASIC)及一可程式化邏輯陣列(PLA)。
根據又一實施例，該基板可係實質上透光的且該第一複數個電 極及該第二複數個電極可包括氧化銦錫(ITO)。根據又一實施例，該基板可係實質上透光的且該第一複數個電極及該第二複數個電極可包括氧化銻錫(ATO)。根據又一實施例，該基板可包括四個隅角。
101‧‧‧基板/隅角/觸控感測器基板/力量感測器基板
102‧‧‧觸控感測器
103a‧‧‧力量感測器/感測器
103b‧‧‧力量感測器/感測器
103c‧‧‧力量感測器/感測器
103d‧‧‧力量感測器/感測器
104‧‧‧傳導性行
105‧‧‧傳導性列
105a‧‧‧傳導性列
106‧‧‧數位處理器與記憶體/記憶體
108‧‧‧類比轉數位轉換器控制器
110‧‧‧電容觸控類比前端
112‧‧‧數位裝置/微控制器
120‧‧‧互電容
1142‧‧‧力量
1210‧‧‧質心
1212‧‧‧所計算力量點
1214‧‧‧觸控點
1216‧‧‧觸控點
F1‧‧‧力量
F2‧‧‧力量
F3‧‧‧力量
F4‧‧‧力量
結合附圖參考下文闡述可獲得對本發明之一更全面地理解，在附圖中：圖1圖解說明根據本發明之一實施例之具有一電容觸控及力量感測器、一電容觸控類比前端及一數位處理器之一電子系統之一示意性方塊圖；圖2A至圖2D圖解說明根據本發明之教示之具有各種電容觸控感測器組態之觸控感測器之示意性平面圖；圖3及圖4圖解說明根據本發明之教示之對一觸控感測器之一單個觸控之自電容及互電容觸控偵測之示意性平面圖；圖5至圖9圖解說明根據本發明之教示之對一觸控感測器之兩個觸控之自電容及互電容觸控偵測之示意性平面圖；圖10圖解說明根據本發明之一實施例之一觸控感測器，其能夠偵測該觸控感測器之表面上對其之觸控之位置及彼等觸控之力量兩者；圖11圖解說明根據本發明之教示之能夠偵測對其之觸控之位置及彼等觸控之力量之一觸控感測器之一示意性立面圖；圖12圖解說明根據本發明之教示之一觸控感測器之示意性平面及立面圖，展示對該觸控感測器面之兩個同時觸控點、其所得幾何中心及所得力量。
圖13圖解說明根據本發明之教示之一觸控感測面之一示意性平面圖，展示對該觸控感測器面之一單個觸控點及一所得力量；圖14圖解說明根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示意性 平面圖，展示對該觸控感測器面之兩個同時觸控點及一所得組合力量；圖15圖解說明根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示意性平面圖，展示對該觸控感測器面之三個同時觸控點及一所得組合力量；且圖16圖解說明根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示意性平面圖，展示對該觸控感測器面之四個同時觸控點及一所得組合力量。
雖然本發明易於作出各種修改及替代形式，但在圖式中顯示並在本文中詳細闡述其特定實例性實施例。然而，應瞭解，本文中對特定實例性實施例之說明並意欲將本發明限定於本文中所揭示之特定形式，而是相反，本發明將涵蓋所附申請專利範圍所界定的所有修改及等效形式。
根據各種實施例，一觸控感測器可包括：一基板，其在該基板之一表面上具有複數個導電電極列及實質上垂直於該複數個導電電極列且位於其上方之複數個導電電極行；及一力量或壓力感測器，其定位於該基板之每一隅角處。術語「力量」及「壓力」在本文中可互換使用。當將一觸控施加至該觸控感測器之該表面時，由接近於對該觸控感測器之該表面之該觸控之位置的一電極列與行之一相交點形成之一電容器之電容值將改變。判定對一觸控感測器之表面之觸控之此方法稱作「投射式電容(PCAP)觸控」且更全面地闡述於Todd O'Connor之標題為「mTouchTM Projected Capacitive Touch Screen Sensing Theory of Operation」之技術通報TB3064(可在www.microchip.com處獲得)以及Jerry Hanauer之標題為「Capacitive Touch System Using Both Self and Mutual Capacitance」之共同擁有之美國專利申請公開案 第US 2012/0113047號中，其中出於所有目的該技術通報及該美國專利申請公開案兩者特此以引用方式併入本文中。觸控感測器可併入至用於以下各項中之一觸控螢幕顯示器中：智慧型電話、平板電腦、電腦顯示器、汽車、飛機及輪船資訊及控制顯示器等。
一力量或壓力感測器可定位於一觸控感測器基板之每一隅角處。此等力量感測器偵測該觸控感測器基板上之總計且成比例之力量。然後將此力量資訊與先前所判定之該(等)觸控位置組合，且然後可以足以用於三維(3D)手勢應用之解析度來對該(等)個別觸控力量進行內插。舉例而言，針對一正方形或矩形觸控感測器基板，每當存在對觸控感測器基板之表面進行一或多個觸控時，將力量施加至四個力量感測器(基板之每一隅角處定位一個力量感測器)。每一力量感測器處之力量取決於一或多個觸控之觸控感測器之表面上之(多個)位置。當將一單個觸控施加至該觸控感測器之該表面時，來自四個觸控感測器之力量資訊可用於判定單個觸控之力量。當將兩個觸控施加至觸控感測器基板之表面時，來自四個觸控感測器之力量資訊可用於內插基於兩個觸控之已知位置所施加之力量。當將三個或三個以上觸控施加至觸控感測器基板之表面時，來自四個觸控感測器之力量資訊可用於判定觸控位置之間的壓力偏置。
來自一或多個觸控之所得力量資訊可用於判定並利用資訊之一第三維度，此可有利地用於僅使用一個二維觸控螢幕或面板結合四個觸控感測器(觸控螢幕或面板之每一隅角處一個觸控感測器)提供關於三維(3D)手勢辨識之資訊及特徵。此允許在不影響觸控螢幕或面板之顯示部分之視覺清晰度之情況下觸控螢幕或面板上之手勢命令之頻寬、複雜性及功能性之一增加。
現在參考圖式，示意性地圖解說明特定實例性實施例之細節。圖式中，將由相同編號表示相同元件，且將由帶有一不同小寫字母後 綴之相同編號表示相似元件。
參考圖1，其繪示根據本發明之教示之具有一電容觸控感測器、一電容觸控類比前端及一數位處理器之一電子系統之一示意性方塊圖。一數位裝置112可包括一數位處理器與記憶體106、一類比轉數位轉換器(ADC)控制器108及一電容觸控類比前端(AFE)110。數位裝置112可耦合至一觸控感測器102，該觸控感測器由以下各項構成：一基板101，其具有在其上配置成一矩陣之複數個傳導性行104及列105；及四個力量感測器103，該基板之每一隅角101處一個感測器103。預期且在本發明之範疇內，傳導性列105及/或傳導性行104可係(舉例而言但不限於)印刷電路板導體、導線、一透明基板(例如，顯示器/觸控螢幕等)上之氧化銦錫(ITO)或氧化銻錫(ATO)塗層或其任何組合。數位裝置112可包括一微控制器、微處理器、數位信號處理器、特殊應用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯陣列(PLA)等，且可進一步包括一或多個積體電路(未展示)(經封裝或未經封裝)。
參考圖2A至圖2D，其繪示根據本發明之教示之具有各種電容觸控感測器組態之觸控感測器之示意性平面圖。圖2A展示傳導性行104及傳導性列105。傳導性行104中之每一者具有在處於一靜態狀態中時可個別量測之一「自電容」，或所有傳導性列105可在傳導性行104中之每一者已對其進行自電容量測時經主動激發。全部傳導性列105之主動激發可為傳導性行104之個別電容量測提供一更強量測信號。
舉例而言，若在一自電容掃描期間在傳導性行104中之一者上偵測到一觸控，則在其一互電容掃描期間僅需要進一步量測其上偵測有觸控之彼傳導性行104。自電容掃描可僅判定傳導性行104中之哪一者已經觸控，而非在沿著彼傳導性行104之軸之何位置處其經觸控。互電容掃描可藉由一次一個地個別激發(驅動)傳導性列105且量測與傳導性列105相交(交叉)之彼傳導性行104上之位置中之每一者之一互電 容值來判定沿著彼傳導性行104之軸之觸控位置。一絕緣非傳導性電介質(未展示)可存在於傳導性行104與傳導性列105之間並將其分離。在傳導性行104與傳導性列105相交(交叉)之情況下，藉此形成互電容120。在上文自電容掃描期間，所有傳導性列105可接地(例如，VSS)或用一邏輯信號驅動至一電壓(例如，VDD)，藉此形成與傳導性行104中之每一者相關聯之個別行電容器。
圖2B及圖2C展示傳導性行104及傳導性列105之菱形形狀圖案之交錯。此組態可使每一軸向傳導性行及/或列至一觸控之曝露最大化(例如，較佳敏感性)，其中傳導性行104與傳導性列105之間具有一較小重疊。圖1D展示構成梳狀咬合指狀件之接收器(頂部)傳導性列(例如，電極)105a及傳輸器(底部)傳導性行104a。傳導性行104a及傳導性列105a以一並排平面圖展示，但通常頂部傳導性列105a將在底部傳導性行104a上方。
參考圖3及圖4，其繪示根據本發明之教示之對一觸控感測器之一單個觸控之自電容及互電容觸控偵測之示意性平面圖。在圖3中，一觸控(由一手指之一部分之一圖片表示)約位於(X05,Y07)之座標處。在自電容觸控偵測期間，可量測列Y01至Y09中之每一者以判定其電容值。應注意，已取得針對列Y01至Y09中之每一者之在無對其之觸控之情況下之基準電容值並將其儲存於一記憶體(例如，記憶體106(圖1))中。列Y01至Y09之基準電容值之任何顯著電容改變將係明顯的且視為一手指觸控。在圖3中所展示之實例中，手指正觸控列Y07且彼列之電容值將改變，指示對其之一觸控。然而，依據自電容量測值仍無法得知此列上何處已發生觸控。
一旦已使用其自電容改變來判定經觸控列(Y07)，互電容偵測可用於判定經觸控列(Y07)上何處已發生觸控。上述情形可藉由一次一個地激發行X01至X12中之每一者(例如，將一電壓脈衝置於其上)同時 在行X01至X12中之每一者經個別激發時量測列Y07之電容值來完成。致使列Y07之電容值之最大改變之行(X05)激發將係對應於行X05與列Y07相交點之彼列上之位置，因此單個觸控位於點或節點(X05,Y07)處。使用自電容及互電容觸控偵測顯著減少列及行掃描之數目以獲得觸控感測器102上之(X,Y)觸控座標。在此實例中，在自電容觸控偵測期間掃描九(9)個列且在互電容觸控偵測期間掃描十二(12)個行，總計9+12=21個掃描。若使用每一節點(位置)之個別x-y電容觸控感測器，則將需要9×12=108個掃描以找到此一個觸控(一顯著差異)。預期且在本發明之範疇內，可首先判定行X01至X21之自電容，接著藉由激發每一列Y01至Y09判定一所選擇行之所判定互電容以找到所選擇行上之觸控位置。
參考圖5至圖9，其繪示根據本發明之教示之對一觸控感測器之兩個觸控之自電容及互電容觸控偵測之示意性平面圖。在圖5中，兩個觸控(由兩個手指之部分之一圖片表示)約位於座標(X05,Y07)(針對觸控#1)及(X02,Y03)(觸控#2)。在自電容觸控偵測期間，可量測列Y01至Y09中之每一者以判定其電容值。應注意，已取得針對列Y01至Y09中之每一者之在無對其之觸控之情況下之基準電容值並將其儲存於一記憶體(例如，記憶體106(圖1))中。列Y01至Y09之基準電容值之任何顯著電容改變將係明顯的且視為手指觸控。在圖6中所展示之實例中，第一手指正觸控列Y07且第二手指正觸控列Y03，其中彼兩個列之電容值將改變，指示對其之觸控。然而，依據自電容量測值仍無法得知此兩個列上何處已發生觸控。
一旦已使用其自電容改變來判定經觸控列(Y07及Y03)，互電容偵測可用於判定此兩個經觸控列(Y07及Y03)上何處已發生觸控。參考圖7，上述情形可藉由一次一個地激發行X01至X12中之每一者(例如，將一電壓脈衝置於其上)同時在行X01至X12中之每一者經個別激 發時量測列Y07之電容值來完成。致使列Y07之電容值之最大改變之行(X05)激發將係對應於行X05與列Y07相交點之彼列上之位置。參考圖8，同樣地，在各別激發行X01至X12中之每一者時量測列Y03之電容值來判定行Y03上何處已發生觸控#2。參考圖9，兩個觸控在點或節點(X05,Y07)及(X02,Y03)處。預期且在本發明之範疇內，若可同時量測所選擇列(例如，Y07及Y03)中之一個以上者之電容，則判定對觸控感測器102之兩個觸控中僅需要一組個別行X01至X12激發。
使用投射式電容(PCAP)觸控系統之多點觸控偵測及手勢更全面地闡述於Jerry Hanauer之標題為「Capacitive Touch System Using Both Self and Mutual Capacitance」之共同所有之美國專利申請公開案第US 2012/0113047號以及Lance Lamont與Jerry Hanauer之標題為「Method And System For Multi-Touch Decoding」於2013年3月14日提出申請之序號為13/830,891之美國專利申請案中，其中出於所有目的該等申請案皆特此以引用方式併入本文中。
參考圖10及圖11，其分別繪示根據本發明之一實施例之一觸控感測器之示意性透視圖及立面圖，該觸控感測器能夠偵測該觸控感測器之表面上對其之觸控之位置及彼等觸控之力量兩者。能夠偵測對其之一(多個)觸控之一位置及對其之彼(等)觸控之一(多個)力量兩者之一觸控感測器(通常由編號102表示)可包括在一基板101上之複數個傳導性列105及行104，以及力量感測器103、定位於該基板101之每一隅角處之一個力量感測器103。傳導性行104及傳導性列105用於判定一(多個)觸控之一(多個)位置，如上文中更全面地闡述，且力量感測器103用於偵測施加至基板101之力量1142的量。基板101可係透明、通透或不透明或其任一組合。一視覺移位可包含於基板101中或投射穿過基板101用於將資訊及影像供應至一使用者，且在觸控感測器102之觸控及/或手勢操作期間提供視覺回饋。預期且在本發明之範疇內，根據 本發明之教示，可使用四個以上或以下之力量感測器103，其中基板101之任何幾何形狀適於使用應用。
返回參考圖1，微控制器112現在包含增強對此電容值改變之偵測及評估之周邊裝置。各種電容觸控系統應用之更詳細說明更全面地揭示於微晶片技術有限公司(Microchip Technology Incorporated)應用註解AN1298、AN1325及AN1334中，該等應用註解可在www.microchip.com處獲得且出於所有目的而特此以引用方式併入本文中。一種此應用利用電容分壓器(CVD)方法來判定一電容值及/或評估電容值是否已改變。CVD方法更全面地闡述於應用註解AN1208(可在www.microchip.com處獲得)中；且CVD方法之一更詳細闡釋呈現於Dieter Peter之標題為「Capacitive Touch Sensing using an Internal Capacitor of an Analog-To-Digital Converter(ADC)and a Voltage Reference」之共同所有美國專利申請公開案第US 2010/0181180號中，其中出於所有目的該應用註解及該美國專利申請公開案兩者特此以引用方式併入本文中。
一充電時間量測單元(CTMU)可用於極其準確之電容量測。CTMU更全面地闡述於微晶片應用註解AN1250及AN1375(在www.microchip.com處可獲得)以及標題為「Measuring a long time period」之共同擁有之美國專利第US 7,460,441 B2號及標題為「Current-time digital-to-analog converter」之US 7,764,213 B2(兩者作者皆係James E.Bartling)中；其中全部上述內容出於各種目的以引用方式併入本文中。
預期且在本發明之範疇內，具有必需解析度之任何類型之電容量測電路可用於判定複數個傳導性行104及行105之電容值，且熟習電子此項技術且自本發明獲益者可實施此一電容量測電路。
參考圖12，其根據本發明之教示揭示一觸控感測器之示意性平 面圖及立面圖，展示對觸控感測器面之兩個同時觸控點、其所得幾何中心及所得力量。四個力量感測器103a至103d(該基板之每一隅角101處定位一者)提供觸控感測器基板101上之總計且成比例之力量。一觸控力量偏置定義為一觸控(觸控點)叢集之幾何中心與由個別手指壓力位準產生之所得力量(所計算力量點)以及該力量之量值之間的偏移。舉例而言，圖12中展示兩個手指觸控，其中一左手指壓力(觸控點1214)小於一右手指壓力(觸控點1216)。此兩個手指觸控之間的幾何中心可由位於兩個觸控點1214與1216之間的一質心(CM)1210表示。
四個感測器103a至103d可用於判定所得力量(例如，由觸控點1214及1216處之兩個觸控產生之所計算力量點(CFP)1212)。可使用感測器103中之每一者處之壓力(力量)藉助一個二維計算來判定所得力量(CFP 1212)。四個感測器103上之力量提供由全部觸控位置處之使用者之(多個)手指壓力產生之總力量。藉由(舉例而言但不限於)一X及Y所得力量計算來判定位置。為計算所得力量(CFP 1212)，X及Y座標系統可以螢幕之質心處為零而疊加於觸控感測器上。所得力量向量可然後用於以下方程式中。
總所得力量FR(CFP 1212)可如下計算：FR=F1+F2+F3+F4(方程式1)。
其中F1、F2、F3及F4係由各別感測器103中之每一者量測之力量。
可如下計算總所得力量FR(CFP 1212)之X偏移XR：FR * XR=((F1+F3)*(-W/2))+((F2+F4)*(W/2) (方程式2)。
其中W係觸控感測器102之面之寬度且XR係自質心(CM 1210)至所得力量(CFP 1212)之X偏移。
可如下計算總所得力量FR(CFP 1212)之Y偏移YR：FR * YR=((F1+F2)*(-H/2))+((F3+F4)*(H/2) (方程式3)。
其中H係觸控感測器102之面之高度且YR係自質心(CM 1210)至所得力量(CFP 1212)之Y偏移。
可然後藉由使用相同X-Y座標系統計算幾何中心。當比較所得力量之位置對幾何中心時，可產生兩個偏置解決方案：1.所得力量與幾何中心匹配且按壓可係一垂直移動。一向下推動可用於遍及一多頁文件搜尋、插入一頁面或將一物件固定於適當位置中。
2.所得力量自幾何中心偏移且按壓係繞垂直於所得力量與幾何中心之間的線之一軸之一旋轉移動。旋轉度可由所得力量之量值來判定。上述情形針對使物件沿各種軸旋轉起作用。
此等偏置解決方案可然後與當前按壓之歷史(使壓力隨時間增加或觸控移動)組合以判定產生數個可能手勢中之哪一者。其他偏置解決方案係可能的且涵蓋於本文中。
參考圖13，其繪示根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示意性平面圖，展示對該觸控感測器面之一單個觸控點及一所得力量。四個力量感測器103定位於一觸控感測器基板101之隅角處。力量感測器103提供觸控感測器基板101上之總計且成比例之力量。來自觸控感測器103之力量資訊及觸控感測器上之先前所判定之觸控點(TP)用於判定一所計算力量點(CFP)。
參考圖14，其繪示根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示意性平面圖，展示對觸控感測器面之兩個同時觸控點及一所得組合力量。四個力量感測器103定位於一觸控感測器基板101之隅角處。力量感測器103提供觸控感測器基板101上之總計且成比例之力量。來自觸控感測器103之力量資訊及觸控感測器上之先前所判定之觸控點(TP)用於判定一質心(CM)及一所計算力量點(CFP)。
參考圖15，其繪示根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示 意性平面圖，展示對觸控感測器面之三個同時觸控點及一所得組合力量。四個力量感測器103定位於一觸控感測器基板101之隅角處。力量感測器103提供觸控感測器基板101上之總計且成比例之力量。來自觸控感測器103之力量資訊及觸控感測器上之先前所判定之觸控點(TP)用於判定一質心(CM)及一所計算力量點(CFP)。
參考圖16，其繪示根據本發明之教示之一觸控感測器面之一示意性平面圖，展示對觸控感測器面之四個同時觸控點及一所得組合力量。四個力量感測器103定位於一觸控感測器基板101之隅角處。力量感測器103提供觸控感測器基板101上之總計且成比例之力量。來自觸控感測器103之力量資訊及觸控感測器上之先前所判定之觸控點(TP)用於判定一質心(CM)及一所計算力量點(CFP)。
預期且在本發明之範疇內，使用四個以上或以下力量感測器103可偵測四個以上觸控位置且判定其CFP及CM。另外，力量感測器基板101可係適於使用應用之任何適當幾何形狀。
儘管已參考本發明之實例性實施例來繪示、闡述及定義本發明之實施例，但此參考並不意味著對本發明之一限制，且不應推斷出存在此限制。所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、變更及等效形式，熟悉此項技術者根據本發明將會聯想到此等修改、變更及等效形式並受益於本發明。本發明所繪示及所闡述實施例僅作為實例，而並非是對本發明範疇之窮盡性說明。

Claims (18)

  1. 一種用於判定一觸控感測表面上對其之觸控之一位置及該等觸控之一組合力量的一系統，該系統包括：第一複數個電極，其沿具有一第一軸之一平行定向配置，其中該第一複數個電極中之每一者包括一自電容；第二複數個電極，其沿具有實質上垂直於該第一軸之一第二軸之一平行定向配置，該第一複數個電極定位於該第二複數個電極上方且形成包括該第一複數個電極與該第二複數個電極之重疊相交點之複數個節點，其中該複數個節點中之每一者包括一互電容；一基板，其上安置有該第一複數個電極及該第二複數個電極，其中該基板具有複數個隅角；及複數個力量感測器，其中該基板之每一隅角耦合至該複數個力量感測器中之一各別者；一數位處理器與記憶體，其中該數位處理器之數位輸出耦合至該第一複數個電極及該第二複數個電極；一類比前端，其耦合至該第一複數個電極及該第二複數個電極以及該複數個力量感測器；一類比轉數位轉換器，其具有耦合至該數位處理器之至少一個數位輸出；其中該類比前端、類比轉數位轉換器及處理器經組態以：對該第一複數個電極中之每一者量測該等自電容之值，將該等所量測自電容之該等值儲存於該記憶體中；量測具有最大自電容值中之至少一者的該等第一電極中之至少一者之該等節點之該等互電容之值，將該等所量測互電容之該等值儲存於該記憶體中；將由該複數個力量感測器量測之力量之值儲存於該記憶體中；及使用該等所儲存自電容值及互電容值來判定該等觸控之位置，其中該處理器經進一步組態以：自由該複數個力量感測器量測之該等力量值來計算該觸控感測表面上之一力量點及一幾何質心並比較該所計算力量點及幾何質心以判定待執行之動作。
  2. 如請求項1之系統，其中該基板係實質上透光的，且該第一複數個電極及該第二複數個電極包括氧化銦錫(ITO)。
  3. 如請求項1之系統，其中該基板係實質上透光的，且該第一複數個電極及該第二複數個電極包括氧化銻錫(ATO)。
  4. 如請求項1之系統，其中該基板包括四個隅角。
  5. 如請求項1之系統，其中該數位處理器及記憶體、該類比前端及該ADC係由一數位裝置提供。
  6. 如請求項1之系統，其中該數位處理器、該記憶體、該類比前端及該ADC係由至少一個數位裝置提供。
  7. 如請求項5之系統，其中該數位裝置包括一微控制器。
  8. 如請求項5之系統，其中該數位裝置選自由以下各項組成之群組：一微處理器、一數位信號處理器、一特殊應用積體電路及一可程式化邏輯陣列。
  9. 一種用於判定一觸控感測表面上對其之複數個觸控之位置及該等觸控之一組合力量之方法，該方法包括以下步驟：提供沿具有一第一軸之一平行定向配置之第一複數個電極，其中該第一複數個電極中之每一者包括一自電容；提供沿具有實質上垂直於該第一軸之一第二軸之一平行定向配置之第二複數個電極，該第一複數個電極定位於該第二複數個電極上方且形成包括該第一複數個電極與該第二複數個電極之重疊相交點之複數個節點，其中該複數個節點中之每一者包括一互電容；提供其上安置有該第一複數個電極及該第二複數個電極之一基板，其中該基板具有複數個隅角；提供複數個力量感測器，其中該基板之每一隅角耦合至該複數個力量感測器中之一各別者；掃描該第一複數個電極以判定其該等自電容之值；比較該等所掃描自電容之該等值以判定該第一複數個電極中之哪些者具有最大自電容值；掃描具有該等最大自電容值的該第一複數個電極中之該等者之該等節點以判定該各別複數個節點之該等互電容之值；比較具有該等最大自電容值的該等第一電極上之該各別複數個節點之該等所掃描互電容之該等值，其中具有最大互電容值之該等節點係該觸控感測表面上之觸控之位置；及依據由該複數個力量感測器量測之力量值及依據該等觸控之經判定位置來判定：一所計算力量點；及一幾何質心；比較該所計算力量點及該質心以判定待執行之動作。
  10. 如請求項9之方法，其中用一類比前端及一類比轉數位轉換器(ADC)量測該等自電容值及互電容值。
  11. 如請求項10之方法，其中將該等自電容值及互電容值儲存於一數位裝置之一記憶體中。
  12. 如請求項11之方法，其中該數位裝置中之一數位處理器使用該等所儲存自電容值及互電容值來判定該等觸控之該等觸控位置及由該等觸控在該等觸控位置處施加至該觸控感測表面之該等各別力量。
  13. 如請求項9之方法，其包括以下步驟：藉由將由該複數個力量感測器量測之該等力量值加在一起來判定該所計算力量點；及藉由使用該等觸控位置及由該複數個力量感測器量測之該等力量值來判定該幾何質心。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括：判定該所計算力量點相對於該幾何質心之一X偏移XR；及判定該所計算力量點相對於該幾何質心之一Y偏移YR。
  15. 如請求項14之方法，其中判定該X偏移XR包括：求解XR=(((F1+F3)*(-W/2))+((F2+F4)*(W/2))/FR，其中W係該觸控感測表面之一面之一寬度，且XR係自該質心至該所計算力量點之一X偏移。
  16. 如請求項14或15之方法，其中判定該Y偏移YR包括：求解YR=(((F1+F2)*(-H/2))+((F3+F4)*(H/2))/FR，其中H係該觸控感測表面之一面之一高度，且YR係自該質心至該所計算力量點之一Y偏移。
  17. 如請求項9之方法，其中當該所計算力量點與該質心匹配時判定該等觸控之一垂直移動。
  18. 如請求項9之方法，其中當該所計算力量點與該質心不匹配時判定該等觸控之一旋轉移動。
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